CN102594314B - 感应式大功率电器提醒关机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种感应式大功率电器提醒关机装置。该提醒关机装置由9V直流电源、电磁感应探头与全桥整流电路、信号检测与放大电路、电平倒相电路、循环定时电路、延时电路及提醒电路组成。本发明是为解决大功率用电器在不使用时，是一种非接触、间断性的提醒用户及时切断大功率用电器电源的电子装置。在设计上以不改变原有大功率用电器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，不时提醒用户关闭大功率用电器的电源；使用它一来可减少电力浪费，达到节约用电的目的；二来可有效杜绝大功率用电器引发的火灾，保障用电和财产及人员安全。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种感应式大功率电器提醒关机装置。
背景技术
电熨斗、电暖器、热风机、电水壶等大功率用电器在不使用时，若忘记切断电源，轻则造成电力浪费，重则容易引发火灾。尤其是那些用电器自身没有自动或定时关机功能的大功率用电器，它们均存在着用电方面的安全隐患。为有效解决这个问题，在不改变原有用电器的结构和内部电路基础上，设法用感应方式检测大功率用电器的工作状态。
本发明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，利用高灵敏度的放大电路将检测到微弱的感应电动势进行放大，并由相应电路循环周期的通过声音提醒用户及时关闭用电器电源。
以下详细说明一种感应式大功率电器提醒关机装置在实施制作过程中所涉及的相关技术内容。
发明内容
发明目的及有益效果：本发明是为解决大功率用电器在不使用时，是一种非接触、间断性的提醒用户及时切断大功率用电器电源的电子装置。在设计上以不改变原有大功率用电器的结构和内部电路为原则，在距离大功率用电器35cm之内即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；使用它一来可减少电力浪费，达到节约用电的目的；二来可有效杜绝大功率用电器引发的火灾，保障用电和财产及人员安全。
电路工作原理：电磁感应线圈采用工频降压变压器，仅使用变压器220V初级线圈作为提醒关机装置的电磁感应探头。变压器B的初级线圈从大功率用电器周围感应到交变磁场电动势后，由4只肖特基二极管进行全波整流，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脚反相输入端用微调电位器W1进行预置；由于NPN型晶体管VT1截止不导通，使集成电路IC2的复位端12脚处于高电位，集成电路IC2处于关闭状态；因而集成电路IC2及其余周边的电路均处于不工作状态。
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IC1的同相输入端的电压上升，使高阻运算放大器IC1的输出端6脚变为高电平，使NPN型晶体管VT1导通，使集成电路IC2的复位端12脚变为低电平，集成电路IC2被激活开始工作。
IC2采用芯片型号为CD4060，它是一片振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路，在电路中作为15分钟定时器。当电磁感应探头感应到用电器周围的电动势时，且到达预定时间后，集成电路IC2的15脚将输出高电平，集成电路IC2的15脚所接的电解电容C3被瞬间高电平充电，PNP型晶体管VT2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，故在PNP型晶体管VT2负载回路中的蜂鸣器YA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的电压变化而变化。
技术方案：感应式大功率电器提醒关机装置，由9V直流电源、电磁感应探头与全桥整流电路、信号检测与放大电路、电平倒相电路、循环定时电路、延时电路及提醒电路组成，其特征包括：
电磁感应探头与全桥整流电路：感应探头使用工频变压器B的初级线圈，全桥整流电路使用4只肖特基二极管D1～D4，工频变压器B初级线圈的两端分别接全桥整流电路的输入端，全桥整流电路输出端负极与电路地GND相连；
信号检测与放大电路：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采用的型号为CA3140，高阻运算放大器IC1的3脚接全桥整流电路输出端的正极，高阻运算放大器IC1的2脚接匹配电阻R1的一端，匹配电阻R1的另一端接微调电位器W1的活动臂，高阻运算放大器IC1的7脚、4脚分别接电路正极VCC、电路地GND，微调电位器W1的一端接电路正极VCC，微调电位器W1的另一端接电路地GND；
电平倒相电路：由NPN型晶体管VT1、耦合电阻R2和负载电阻R3组成，耦合电阻R2的一端接高阻运算放大器IC1的6脚，耦合电阻R2的另一端接NPN型晶体管VT1的基极，NPN型晶体管VT1的集电极与负载电阻R3的一端、振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的12脚相连，负载电阻R3的另一端接电路正极VCC，NPN型晶体管VT1的发射极接电路地GND；
循环定时电路：由振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2、定时电阻R4～R5、定时电容C1组成，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2采用的型号为CD4060，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的11脚接定时电阻R4的一端，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的10脚接定时电阻R5的一端，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的9脚接定时电容C1的一端，定时电阻R4的另一端与电阻R5的另一端、电容C1的另一端相连，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的16脚、8脚分别接电路正极VCC、电路地GND；
延时电路及提醒电路：由耦合电阻R6、PNP型晶体管VT2、延时电容C2和蜂鸣器YA组成，延时电容C2的正极、耦合电阻R6的一端与振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的15脚相连，延时电容C2负极接电路地GND，耦合电阻R6的另一端接PNP型晶体管VT2的基极，PNP型晶体管VT2的集电极接蜂鸣器YA的负极，蜂鸣器YA的正极接电路正极VCC，PNP型晶体管VT2的发射极接电路地GND。
9V直流电源的正极与电路正极VCC相连，9V直流电源的负极与电路地GND相连。
附图说明
附图1是感应式大功率电器提醒关机装置的电路工作原理图。
具体实施方式
按照附图1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。
元器件选择及其技术参数：
集成电路IC1采用芯片为CA3140，它是一片用MOSFET为输入的高阻运算放大器，具有极高的输入阻抗(1.5TΩ)和极低的输入电流(10PA)；
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。
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 |
| VT1 | 2SC9013 | NPN型、TO-92塑封 | 1只 | 3DG6 |
| VT2 | 2SC9012 | PNP型、TO-92塑封 | 1只 | 3CG21 |
| D1～D4 | 肖特基二极管 | 耐压≥10V | 4只 | 贴片式 |
| C1 | 钽电容 | 2.2μF/16V | 1只 | 立式 |
| C2 | 电解电容 | 220～330μF/16V | 1只 | 时间可调整 |
| R1 | 电阻 | 1.1MΩ | 1只 | |
| R2 | 电阻 | 200Ω | 1只 | |
| R3 | 电阻 | 6.2KΩ | 1只 | |
| R4 | 金属膜电阻 | 1MΩ | 1只 | |
| R5 | 金属膜电阻 | 220KΩ | 1只 | |
| R6 | 电阻 | 10KΩ | 1只 | |
| B | 工频变压器 | 9V/220V、1～1.5W | 1只 | 用初级线圈 |
| W1 | 微调电位器 | 1MΩ | 1只 | 半可变微调 |
| YA | Ф10蜂鸣器 | 9V、内含电子线路 | 1只 | 两脚可焊式 |
电路制作要点与电路调试：
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，安装时应拆去变压器B的金属紧固外框，且装置的外壳切不能使用金属材料；
静态调试：在没有开启用电器情况下进行电路调试。装置接通9V直流电源后，调整高阻运算放大器IC1的2脚接入的预置微调电位器W1，使高阻运算放大器IC1的输出端为低电位，这时NPN型晶体管VT1截止不导通，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路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9V直流电源后，将装置放置距离大功率用电器(功率≥1000W)35cm之内，电磁感应探头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，电磁感应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NPN型晶体管VT1处于导通状态，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的复位端12脚应处于低电位，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2开始工作，大约经过15分钟后，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的15脚输出高电平，PNP型晶体管VT2处于导通状态，蜂鸣器YA得电鸣响。蜂鸣器YA鸣响的时间取决于延时电容C2、电阻R6的数值，延时电容C2的容量越大或电阻R6的阻值越大蜂鸣器YA鸣响的时间就越长。调整定时元件电阻R4、电阻R5或电容C2的数值，可以改变周期性提醒时间的长短。
Claims (2)
1.一种感应式大功率电器提醒关机装置，由9V直流电源、电磁感应探头与全桥整流电路、信号检测与放大电路、电平倒相电路、循环定时电路、延时电路及提醒电路组成，其特征包括：
电磁感应探头与全桥整流电路中的感应探头使用工频变压器B的初级线圈，全桥整流电路使用4只肖特基二极管D1～D4，工频变压器B初级线圈的两端分别接全桥整流电路的输入端，全桥整流电路输出端的负极与电路地GND相连；
信号检测与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采用的型号为CA3140，高阻运算放大器IC1的3脚接全桥整流电路输出端的正极，高阻运算放大器IC1的2脚接匹配电阻R1的一端，匹配电阻R1的另一端接微调电位器W1的活动臂，高阻运算放大器IC1的7脚、4脚分别接电路正极VCC、电路地GND，微调电位器W1的一端接电路正极VCC，微调电位器W1的另一端接电路地GND；
电平倒相电路由NPN型晶体管VT1、耦合电阻R2和负载电阻R3组成，耦合电阻R2的一端接高阻运算放大器IC1的6脚，耦合电阻R2的另一端接NPN型晶体管VT1的基极，NPN型晶体管VT1的集电极与负载电阻R3的一端、振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的12脚相连，负载电阻R3的另一端接电路正极VCC，NPN型晶体管VT1的发射极接电路地GND；
循环定时电路由振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2、定时电阻R4～R5、定时电容C1组成，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2采用的型号为CD4060，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的11脚接定时电阻R4的一端，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的10脚接定时电阻R5的一端，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的9脚接定时电容C1的一端，定时电阻R4的另一端与电阻R5的另一端、电容C1的另一端相连，振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的16脚、8脚分别接电路正极VCC、电路地GND；
延时电路及提醒电路由耦合电阻R6、PNP型晶体管VT2、延时电容C2和蜂鸣器YA组成，延时电容C2的正极、耦合电阻R6的一端与振荡器兼14级脉动计数器复合集成电路IC2的15脚相连，延时电容C2负极接电路地GND，耦合电阻R6的另一端接PNP型晶体管VT2的基极，PNP型晶体管VT2的集电极接蜂鸣器YA的负极，蜂鸣器YA的正极接电路正极VCC，PNP型晶体管VT2的发射极接电路地GND。
2.根据权利要求1所述的感应式大功率电器提醒关机装置，其特征是：9V直流电源的正极与电路正极VCC相连，9V直流电源的负极与电路地GND相连。
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