開關門自動照明模擬電路

吳 晶

(武漢工程職業技術學院 信息工程系，湖北 武漢 430080)

通常室內照明燈都用開關按鈕控制燈的亮滅，文中介紹了一種自控照明燈電路，其無需人為操作，省電方便，適合家庭使用。實現了當有人推門而入后，室內照明燈自動亮起;而當有人推門而出時，照明燈自動熄滅的控制功能。

1 單元電路分析

該開關門自動照明模擬電路主要由直流穩壓電源、CS3020霍爾傳感器、NE555單穩態觸發器和CC4013雙D觸發器4部分，電路圖如圖2所示。

圖1 開關門自動照明電路框圖

圖2 開關門自動照明電路

直流穩壓電源是由交流電源、整流橋2W10、穩壓元件 LM7850、電容 C1、C2、C3、C4構成的橋式整流電容濾波穩壓電路提供。該電路需要5 V的直流穩壓電源，故用50 Hz的交流電流經過整流、濾波和穩壓后獲得。整流電路將交流電壓轉換成直流電壓;濾波電路濾除整流后單向脈沖電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓;穩壓電路是當輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定，該電路中采用集成穩壓器以達到穩壓的目的，有些開關門模擬電路中也可以用穩壓二極管代替。

開關型霍爾集成傳感器提供開關式的數字信號，是由霍爾傳感器CS3020配合小磁鋼來使用，這部分單元電路還包含電阻R1、R2和發光二極管LED1，而霍爾傳感器中的核心霍爾元件是利用霍爾效應制作而成。開關型霍爾集成傳感器是把霍爾元件的輸出經過處理后輸出一個高電平或低電平的數字信號，其中霍爾傳感器和小磁鋼配對使用的目的是，需要用小磁鋼來提供磁場。如果電路中沒有信號產生，可以改變小磁鋼的方向再試一次，因為霍爾傳感器對小磁鋼的極性有一定要求。沒有磁鋼提供磁場時傳感器輸出高電平，而有磁鋼時則輸出低電平。

單穩態觸發器由NE555定時器構成，這部分單元電路還包含元件電阻R4、電容C5、C6。其中單穩態觸發器的工作特點是:在沒有受到外界觸發脈沖作用的情況下，單穩態觸發器保持在穩態;在受到外界觸發脈沖作用的情況下，單穩態觸發器翻轉，進入“暫穩態”。假設穩態為0，則暫穩態為1;經過一段時間，單穩態觸發器從暫穩態返回穩態。單穩態觸發器在暫穩態停留的時間僅取決于電路本身的參數。

雙D觸發器CC4013與電阻 R5、R6、發光二極管LED2、LED3構成最后一部分單元電路。雙D觸發器工作特點是:CP上升沿觸發，信號發生翻轉，抗干擾能力極強。

2 開關門自動照明電路的工作現象

通電后，LED1點亮，LED2先亮后滅，而LED3是滅的。當小磁鋼靠近時，LED1滅，LED2和LED3亮;若移走小磁鋼，LED1亮，LED2滅，LED3保持亮;小磁鋼再次靠近時，LED1滅，LED2亮而LED3滅;若再次移走小磁鋼，LED1亮，LED2滅，LED3滅，恢復到通電初始的狀態;這和開關門自動照明燈的實際需求一致。其中LED3相當于室內的照明燈，而小磁鋼的作用相當門。當推開門人進入后，門的狀態是先被打開后自動關上，相當于小磁鋼的靠近和離開，在這個過程中室內照明燈要求是點亮的，故LED3點亮;當再次打開門出去后，門的狀態仍然是打開后自動關上，又相當于小磁鋼的第二次靠近和離開，在這個過程中室內照明燈要求是自動滅的，故LED3滅。

3 開關門自動照明電路的工作原理

通電后小磁鋼未靠近霍爾傳感器時，由于沒有信號，傳感器輸出為高電平，故發光二極管導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳時，無觸發信號，故發光二極管LED2由于不導通是滅的，所以D觸發器CC4013也沒有信號觸發，發光二極管LED3滅;當小磁鋼靠近霍爾傳感器時，受到磁場強度變化的影響，傳感器輸出為低電平，發光二極管LED1截止，燈滅，該低電平信號輸入到NE555的2腳時，輸入腳低電平觸發，輸出為高電平，發光二極管LED2導通發亮，故3腳輸出為高電平，D觸發器CC4013的11腳上升沿觸發，此時輸出信號翻轉，輸出為高電平，發光二極管LED3導通發亮;當小磁鋼離開霍爾傳感器后，磁場強度減小時傳感器輸出為高電平，故發光二極管再次導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無觸發信號，發光二極管LED2由于不導通由亮變暗，燈滅，但D觸發器CC4013只有上升沿觸發，故輸出信號無改變，發光二極管LED3仍保持導通發亮狀態不變;當小磁鋼再次靠近霍爾傳感器時，磁場強度再次加強時傳感器輸出為低電平，發光二極管LED1截止，燈滅，當低電平信號輸入到NE555的2腳時，輸入腳低電平觸發，輸出為高電平，發光二極管LED2導通發亮，故3腳輸出為高電平，D觸發器CC4013的11腳上升沿觸發，故輸出信號翻轉，輸出從高電平翻轉為低電平，發光二極管LED3截止，燈滅;而小磁鋼再次離開霍爾傳感器后，無信號時傳感器輸出為高電平，故發光二極管再次導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無觸發信號，故發光二極管LED2不導通由亮變暗，燈滅，但D觸發器CC4013需要在上升沿觸發，輸出信號無改變，發光二極管LED3仍然保持導通滅燈狀態不變。

4 結束語

開關門自動照明燈現在廣泛使用在各類建筑中和家庭中，為驗證此電路的可行性，該模擬電路是在直流+5 V電源觸發下運作的，負載是普通的發光二極管，實驗證明該電路可以正常運行，而日常生活中多使用220 V交流電源的用電器，可以在該電路的基礎上做出相應調整，即可去掉發光二極管LED3，加上雙向晶閘管和燈泡。雙向晶閘管在電路中作為開關元件使用，除此之外雙向晶閘管可以用小信號控制大電流，這樣就可以在雙向晶閘管的輸出端接高電壓大功率的元器件，最終實現當磁鋼靠近時220 V的白熾燈亮，遠離時保持亮的這種狀態，當磁鋼再次靠近時220 V的白熾燈滅，遠離時保持此狀態，從而實現開關門自動照明電路控制。

［1］康華光.電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社，2006.

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［3］馬西秦.自動檢測技術［M］.北京:機械工業出版社，2008.

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