CN102013884B

CN102013884B - 非接触式大功率电器关机提醒装置

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Publication number: CN102013884B
Application number: CN2010105374351A
Authority: CN
Inventors: 刘昭利
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: CN102013884A

Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种非接触式大功率电器关机提醒装置。该装置由小型工频变压器(感应探头)、全桥整流电路、高阻运算放大器、电平倒相电路、循环定时电路、延时及直流放大电路、蜂鸣器、供电电源组成，其特征是感应探头使用小型工频变压器初级，全桥整流电路使用肖特基二极管，高阻运算放大器采用CA3140，循环定时电路采用CD4060。该发明以不改变大功率用电设备的结构和内部电路为原则，本装置在距离大功率用电器35cm之内就可检测到大功率用电器是否在工作，并且每隔15分钟会主动发出短促的变音嘟声，不时提醒用户关闭大功率用电器的电源，从而达到保障安全用电和节约用电的目的。

Description

非接触式大功率电器关机提醒装置

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种非接触式大功率电器关机提醒装置，主要用于节约电力、防范火灾发生。

背景技术

如今大功率用电器越来越多，如：电熨斗、电暖器、热风机、电水壶等，这些大功率用电器在不用时，如果忘记及时切断电源，不仅造成很大的电力浪费，不符合节能降耗的环保要求，而且非常容易引发火灾。尤其是那些自身没有自动、或定时关机功能大功率用电设备均存在着用电方面的安全隐患。为了有效解决这方面的问题，在不改变原有用电设备电路和结构的基础上，经过多种方案试验、分析和比较，实现用非接触方式检测大功率用电设备的工作状态。

本发明是利用大功率用电器在通电工作时，其周围存在着较强的交变磁场，运用电感线圈作为探头，并利用灵敏地放大电路将检测到微弱的感应电动势进行放大，并由相应的电路循环周期性的通过声、光提醒用户及时关闭用电器电源。

以下详细说明一种非接触式大功率电器关机提醒装置制作的相关技术。

发明内容

发明目的：本发明是为解决在大功率用电器不使用时，间断性的提醒用户及时切断用电器电源的一种非接触电子装置。在设计上以不改变原有大功率用电设备的结构和内部电路为原则，使用它一来可减少电力浪费，二来可有效杜绝大功率用电器引发的火灾，保障用电安全。

技术方案：非接触式大功率电器关机提醒装置，由工频变压器(感应探头)、全桥整流电路、高阻运算放大器、电平倒相电路、循环定时电路、延时及直流放大电路、蜂鸣器、供电电源电路组成，其特征是感应探头使用小型工频变压器的初级，全桥整流电路使用4只肖特基二极管，高阻运算放大器采用CA3140集成电路(IC1)，循环定时电路采用CD4060集成电路(IC2)。

各部分电路组成及其元器件相互之间的连接关系

1.检测信号放大电路：由高阻运算放大器(IC1)、微调电位器(W1)、匹配电阻(R1)组成，运算放大器(IC1)的3脚接全桥整流电路(D1～D4)的正极输出，运算放大器(IC1)的2脚接匹配电阻(R1)右端，运算放大器(IC1)的6脚接耦合电阻(R2)左端，运算放大器(IC1)的7脚、4脚分别接供电电源正极(VCC)、电路地，微调电位器(W1)上端接电源正极(VCC)，微调电位器(W1)下端接电路地。

2.电平倒相电路：由耦合电阻(R2)、N型晶体管(T1)和负载电阻(R3)组成，耦合电阻(R2)左端接运算放大器(IC1)的6脚，耦合电阻(R2)右端接N型晶体管(T1)基极，N型晶体管(T1)集电极分别与负载电阻(R3)的下端、集成电路(IC2)的12脚相连，负载电阻(R3)上端接供电电源正极(VCC)，晶体管(T1)的发射极接电路地。

3.循环定时电路及振荡指示电路：由振荡器兼14级脉动计数器的复合集成电路(IC2)、两只定时电阻(R5、R6)、定时电容(C2)、降压限流电阻(R4)和发光二极管(D5)组成，集成电路(IC2)的11脚接定时电阻(R5)左端，集成电路(IC2)的10脚接定时电阻(R6)左端，集成电路(IC2)的9脚接定时电容(C2)左端，定时电阻(R5)的右端与电阻(R6)、电容(C2)的右端相连，集成电路(IC2)的7脚通过降压限流电阻(R4)接发光二极管(D5)正极，发光二极管(D5)负极接电路地，集成电路(IC2)的16脚、8脚分别接供电电源的正极(VCC)、电路地。

4.延时及直流放大电路：由耦合电阻(R7)、P型晶体管(T2)、延时电容(C3)和蜂鸣器(Y)组成，延时电容(C3)正极分别与耦合电阻(R7)的左端、集成电路CD4060(IC2)的15脚相连，延时电容(C3)负极接电路地，耦合电阻(R7)的另一端接P型晶体管(T2)的基极，P型晶体管(T2)的集电极通过蜂鸣器(Y)接供电电源正极(VCC)，P型晶体管(T2)的发射极接电路地。

电路工作原理

电磁感应线圈采用标准工频降压变压器，其次级线圈空着不用，仅使用变压器的初级线圈(220V)作为关机提醒装置的电磁感应线圈(感应探头)。变压器(B)的初级线圈从大功率用电器周围感应接收到交变磁场的电动势后，由肖特基二极管D1～D4进行全波整流，将整流后的直流信号输送至高阻运算放大器CA3140(IC1)的3脚同相输入端，使高阻运算放大器(IC1)的输出端维持低电位。高阻运算放大器(IC1)的2脚反相输入端可用微调电位器(W1)进行预置。

因此，N型晶体管(T1)截止不导通，使集成电路CD4060(IC2)的复位端12脚处于高电位，集成电路CD4060(IC2)处于关闭状态。那么，集成电路CD4060(IC2)及其余周边的电路部分均处于不工作状态。

当大功率电器接通电源工作时，大功率电器周围的交变电动势感应至变压器B的初级，于是高阻运算放大器CA3140(IC1)的同相输入端的电压上升，使高阻运算放大器CA3140(IC1)的输出端6脚变为高电平，使N型晶体管(T1)导通，接着集成电路CD4060(IC2)的复位端12脚变为低电平，集成电路CD4060(IC2)被激活。

IC2采用芯片为CD4060，它是一片振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路，在电路中用作15分钟定时器。在探头感应到用电器周围的电动势时，且预定时间到达后，集成电路CD4060(IC2)的15脚将瞬间输出高电平，集成电路CD4060(IC2)的15脚所接的电解电容(C3)被瞬间的高电平充电，P型晶体管(T2)由截止变为导通，因电解电容(C3)上的电压上升或跌落为逐渐变化，故使P型晶体管(T2)负载回路中的蜂鸣器(Y)两端得到的电压是从小大、再从大到小变化的，因而蜂鸣器的声音将随着电解电容(C3)的电压变化而由小到大、再由大到小。与此同时，集成电路CD4060(IC2)的7脚也同时间断地输出高电平使其7脚所接的发光管二极管(D5)闪烁发光。

有益效果：本发明所述的非接触式大功率电器关机提醒装置，以不改变原有用电设备的结构和内部电路为原则，在距离大功率用电器35cm之内就可检测到大功率用电器是否在工作，并且每隔15分钟会主动发出短促的变音嘟声，不时提醒用户您关闭大功率用电器的电源，从而达到保障安全用电和节约用电的目的。

附图说明

附图是非接触式大功率电器关机提醒装置电路工作原理图。附图中工频变压器(B)为感应探头。D1～D4选用肖特基二极管作为全波整流元件。

具体实施方式

按照附图所示电路工作原理图和附图说明及以下所述的技术要求实施，即可实现本发明。

元器件选择：

1.集成电路IC1采用芯片为CA3140，它是一片用MOSFET为输入的运算放大器，具有极高的输入阻抗(1.5TΩ)和极低的输入电流(10PA)。

2.集成电路IC2采用芯片为CD4060，它是一片振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路。

3.为了提高工频变压器(感应探头)感应大功率用电器在工作时周围交变磁场的效果，安装时拆去变压器(B)的金属紧固外框，且装置的外壳切不能使用金属材料。

4.元器件名称及主要技术参数

元件编号	元器件名称	主要参数	数量	备注
					IC1	CA3140	双列直插、DIP封装	1只	8脚
IC2	CD4060	双列直插、DIP封装	1只	16脚
					T1	2SC9013	NPN型、T0-92塑封	1只	3DG6
T2	2SC9012	PNP型、T0-92塑封	1只	3CG21
					D1～D4	肖特基二极管	耐压≥10V	4只	贴片式
D5	红色发光二极	Ф5、LED	1只	绿色发光管
					C1	电解电容	1000μF/16V	1只	立式
C2	钽电容	2.2μF/16V	1只	立式
					C3	电解电容	220～330μF/16V	1只	按需调整
R1	电阻	1.1MΩ	1只
					R2	电阻	200Ω	1只
R3	电阻	6.2KΩ	1只
					R4	电阻	220Ω	1只
R5	金属膜电阻	1MΩ	1只
					R6	金属膜电阻	220KΩ	1只
R7	电阻	10KΩ	1只
					B	工频变压器	9V/220V、1～1.5W	1只	使用初级
W1	微调电位器	1MΩ	1只	半可变微调
					Y	Ф10蜂鸣器	6V、内含电子线路	1只	两脚可焊式
SW	普通电源开关	无特别要求	1只
					DC	电池组	9V	1组	或叠层电池

电路调试：按照说明书附图中的电路工作原理图，检查电路中全部元器件的焊接正确与否和焊接质量，检查无误后即可进入通电9V电源进行调试。

调试分为两大步骤，即：静态调试和工作状态调试。

静态调试：就是在没有开启用电器情况下进行调试。装置接通电源后，调整高阻运算放大器CA3140(IC1)的2脚接入的预置电位器(W1)，使高阻运算放大器CA3140(IC1)的输出端为低电位，这时晶体管(T1)截止不导通，集成电路CD4060(IC2)的复位端12脚应处于高电位(电平≥6V)。

工作状态调试：打开大功率用电器情况下进行调试。装置接通电源后，将装置放置距大功率用电器(功率≥1000W)35cm之内，感应探头(工频变压器B的初级)感应的电动势经肖特基二极管(D1～D4)整流后可得到2V以上的直流电压，探头距用电器越近或用电器的功率越大，感应到电动势就越高。当高阻运算放大器(IC1)的输出端为高电位，这时N型晶体管(T1)处于导通状态，集成电路(IC2)的复位端12脚应处于低电位，集成电路(IC2)开始工作，大约间隔15分钟后，集成电路(IC2)的15脚输出高电平，P型晶体管(T2)处于导通状态，蜂鸣器(Y)得电鸣响。蜂鸣器(Y)鸣响的时间取决于延时电容(C3)、电阻(R7)的数值，延时电容(C3)的容量越大、电阻(R7)的阻值越大蜂鸣器(Y)鸣响的时间就越长。调整定时元件(R5、R6)或电容(C2)数值，可以改变延时的时间间隔。

技术指标

1.供电电源电压：8～10V；

2.待机工作电流：≤1mA；

3.整机瞬间最大工作电流：≤21mA；

4.整机平均工作电流：≤9mA；

5.延时间间隔：15分钟；

6.探测距离：装置与用电器的最大探测距离不小于35cm。

Claims

1.一种非接触式大功率电器关机提醒装置，它由工频变压器、全桥整流电路、检测信号放大电路、电平倒相电路、循环定时电路及振荡指示电路、延时及直流放大电路、蜂鸣器、供电电源组成，其特征是：感应探头使用小型工频变压器的初级，全桥整流电路使用肖特基二极管，检测信号放大电路包括高阻运算放大器(IC1)，高阻运算放大器采用的型号为CA3140，循环定时电路及振荡指示电路包括循环定时集成电路(IC2)，循环定时集成电路采用的型号为CD4060；

其中，检测信号放大电路由高阻运算放大器(IC1)、微调电位器(W1)、匹配电阻(R1)组成，高阻运算放大器(IC1)的第3脚接全桥整流(D1～D4)的正极输出端，运算放大器(IC1)的第2脚经匹配电阻(R1)接入微调电位器(W1)，使运算放大器(IC1)的第2脚可用微调电位器(W1)进行预置，运算放大器(IC1)第6脚接第一耦合电阻(R2)左端，运算放大器(IC1)的第7脚、第4脚分别接供电电源正极(VCC)、电路地，微调电位器(W1)上端接电源正极(VCC)，微调电位器(W1)下端接电路地；

电平倒相电路由第一耦合电阻(R2)、NPN型晶体管(T1)和负载电阻(R3)组成，第一耦合电阻(R2)右端接NPN型晶体管(T1)基极，NPN型晶体管(T1)集电极接负载电阻(R3)的下端和循环定时集成电路(IC2)的第12脚，负载电阻(R3)上端接供电电源正极(VCC)，NPN型晶体管(T1)的发射极接电路地；

循环定时电路及振荡指示电路由循环定时集成电路(IC2)、第一定时电阻(R5)、第二定时电阻(R6)、定时电容(C2)、降压限流电阻(R4)和发光二极管(D5)组成，循环定时集成电路(IC2)的第11脚接第一定时电阻(R5)左端，循环定时集成电路(IC2)的第10脚接第二定时电阻(R6)左端，循环定时集成电路(IC2)的第9脚接定时电容(C2)左端，第一定时电阻(R5)右端与第二定时电阻(R6)右端、定时电容(C2)右端相连，循环定时集成电路(IC2)的第7脚通过降压限流电阻(R4)接发光二极管(D5)的正极，发光二极管(D5)的负极接电路地，循环定时集成电路(IC2)的第16脚、第8脚分别接供电电源正极(VCC)、电路地；

延时及直流放大电路由第二耦合电阻(R7)、PNP型晶体管(T2)、延时电容(C3)和蜂鸣器(Y)组成，延时电容(C3)正极与第二耦合电阻(R7)的左端和集成电路(IC2)的第15脚相连，延时电容(C3)负极接电路地，第二耦合电阻(R7)的另一端接PNP型晶体管(T2)的基极，PNP型晶体管(T2)的发射极通过蜂鸣器(Y)接供电电源正极(VCC)，PNP型晶体管(T2)的集电极接电路地。