基于紅外感應技術(shù)電暖器的應用設(shè)計與試驗
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應用各種發(fā)熱器件制作的電暖器已普及到城鄉(xiāng)千家萬戶。不論是已安裝了空調(diào)設(shè)備、還是使用其他取暖設(shè)備的場所，包括辦公場所，個別地方甚至達到了人手一臺的程度。說明了這類取暖設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉、節(jié)電節(jié)能，使用方便，得到了人們的青睞與喜歡，在今后相當長的時期內(nèi)，尤其是在南方，仍具有廣闊的市場前景。但是，因使用電暖器不慎而造成的火災時有發(fā)生，有些火災給人們的生命財產(chǎn)造成了無法挽回的損害。根據(jù)調(diào)查分析，結(jié)合身邊所發(fā)生過的案例，并參考各種媒體的報道可知，引起火災的主要原因是人們因某種原因突然外出，或睡覺休息等忘記關(guān)斷電源，時間長而引發(fā)了火災。人們不能絕對保證在所有用電的場所、所有的時刻不發(fā)生一點點疏忽大意，也不是說一二次的疏忽大意就必然會發(fā)生火災事故，但一旦發(fā)生、一旦發(fā)生到某家底、某個人身上，則對于這個家庭將是災難性的、將造成無法挽回的后果。所以要重視暖器的安全問題，需要研究設(shè)計能提高安全性能、爭取做到萬無一失、節(jié)電、保安的電暖器。
1 總體設(shè)計
1．1 基本設(shè)計要求
在基本不改變現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，應該實現(xiàn)以下功能：
(1)距火源1 m范圍內(nèi)，只要有人在取暖烤火，能保證連續(xù)供電而不斷電；
(2)當人短暫離開(10 min內(nèi))仍要保持通電狀態(tài)；
在無人狀態(tài)且超過設(shè)定時間后應立即自動切斷電源；
(3)能根據(jù)使用者的需要正常調(diào)節(jié)溫度；
(4)設(shè)計溫控保護，當超過設(shè)定溫度后能自動斷電，溫度下降后又能自動接通電路；
(5)要有斷電自鎖保護功能。
1．2 總體電路
從圖1中可以看出，總體電路的主要特點是結(jié)構(gòu)雖然簡單，卻具有多重保護功能：即人體紅外感應自動斷電功能，由繼電器控制實現(xiàn)的斷電自鎖保護功能；由溫控開關(guān)實現(xiàn)的高溫自動斷電、溫度下降后自動接通功能；由調(diào)溫器實現(xiàn)的溫度手動調(diào)節(jié)功能。另外，人體紅外傳感器所控制的是繼電器電磁線圈電流，工作可靠，使用壽命長，功耗卻很小，通過的電流只有1．4 mA，起到了節(jié)電和保護紅外傳感器的作用，因為負載電流不通過紅外傳感器。對于斷電自鎖功能應用于電暖器上是非常有意義、也是非常有必要的。雖然斷電、人來后不能自動接通發(fā)熱電路，但只要輕輕按下按鈕，這對于取暖者而言并不麻煩，且在某種程度上還增加了用電必須注意節(jié)約和提高安全用電的意識。
2 熱釋電紅外傳感器總成電路的設(shè)計
熱釋電紅外傳感器能檢測到人體發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。因為人體都有恒定的體溫，一般在37℃左右，會發(fā)出特定波長的紅外線(普通人體會發(fā)射10μm左右的特定波長紅外線)，利用紅外探頭(PIR管)探測人體發(fā)射的紅外線，利用菲涅耳濾光片，增強后聚集到PIR管，同時能明顯的抑制環(huán)境干擾。人們利用這方面的研究成果，已成功運用到安全防范、燈光控制、衛(wèi)廚設(shè)備、人體測溫，也應用到對人體傷害極為嚴重的高壓電及X射線、7射線工業(yè)無損檢測等方面。實際上，通過分析研究試驗，參考相關(guān)電路并進行改進設(shè)計，熱釋電紅外傳感器也適宜應用于普及到千家萬戶的各類電暖器上。電路如圖2所示。
以上電路由人體熱釋電紅外線傳感器、信號處理芯片、控制及執(zhí)行電路、電源電路等幾部分組成。電路中主要采用了CSC9803紅外感應信號處理芯片。該芯片工作電壓為直流4．0～5．5 V，內(nèi)置穩(wěn)壓3．1 V輸出直接驅(qū)動PIR管。PIR管(探頭)感應到信號經(jīng)內(nèi)部放大，若判斷有觸發(fā)，運放輸出高電平，這時計時檢測電路開始計時，計滿一定的內(nèi)部時鐘周期，則跳變?yōu)楦?，控制信號由芯片?1腳輸出，經(jīng)三極管放大控制雙向可控硅，并由雙向可控硅控制外部交流電路。外圍電路中的R15為1 mΩ固定電阻，R12為微型可調(diào)電阻，兩電阻與C9組成了RC電路，通過調(diào)節(jié)R12的值可以實現(xiàn)對延時時間的控制。試驗得知在總電阻R=R12+R15=1 mΩ時，可控硅接通時間約為4 min；當R=R12+R15=3 mΩ時，可控硅接通時間約達到9 min。為了增加人體的有效感應面(感應范圍)，設(shè)計中采用并聯(lián)兩只PIR管，可以通過三根連接線將其連接后分別安裝在不同位置，但要盡可能地縮短相互間的連接線，以防止信號在導線上的損耗和噪聲干擾，影響自動斷電的可靠性。
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