光線強弱報警器

在光線太強或太弱的環境下看書、寫字，時間長了會造成視力減退。這里介紹的光線強弱報警器，能夠很方便地監測閱讀書寫環境的光照度，指導人們在合適的光線下學習、工作，對視力保健起到積極有效的作用。

該光線強弱報警器體積小巧、攜帶方便，在學校和家里都能使用；它的造價不足6元，制作和調試都很簡單，何不馬上動手一試!

一、工作原理

光線強弱報警器的電路如圖l所示。它的核心元件是一塊4－2輸入端與非門集成電路A(Ⅰ－Ⅳ)，其中門Ⅰ與門Ⅱ構成電壓檢測“窗口”電路，門Ⅲ和門Ⅳ等構成了音頻自激多諧振蕩器。

RL是光敏電阻器，其阻值隨光照強度變化而變化。電位器RP1、RP2的滑動臂(動接點)所輸出的電壓分別作為門Ⅰ和門Ⅱ的輸入電壓，調節RP1、RP2阻值，可分別改變報警器監測光線強度的下限和上限值。

當環境亮度低于設定的下限值時，光敏電阻器RL感受到的光線較弱，所呈現的電阻值較大，電位器RP1和RP2的滑動臂所輸出電壓均＞1／2VDD。

由于該電壓大于門電路的翻轉電壓(也叫轉移電壓、開啟電壓)，故門Ⅰ輸出低電平，門Ⅱ輸出高電平，與門Ⅱ輸出端相接的門Ⅲ控制輸入端也為高電平。

由門Ⅲ、門Ⅳ和電阻器R、電容器C構成的振蕩電路工作，壓電陶瓷片B便會發出頻率約為1200Hz的報警聲，表示被監測的環境光線照度低于規定值范圍。

當環境亮度高于設定的上限值時，光敏電阻器RL感受到的光線較強，所呈現的電阻值較小，此時電位器RP1、RP2的滑動臂所輸出電壓均＜1／2VDD，門Ⅰ輸出為高電平，門Ⅱ輸出也為高電平，由門Ⅲ和門Ⅳ構成的音頻振蕩器同樣工作，壓電陶瓷片B也會發出報警聲，表示環境光線照度高于規定值范圍。

當環境亮度在設定的正常值范圍以內時，受光敏電阻器RL光電阻的控制，電位器RP1的滑動臂輸出電壓＜1／2VDD，而RP2的滑動臂輸出電壓＞1／2VDD。此時門1輸出高電平，門Ⅱ輸出低電平，門Ⅲ控制輸入端被“封住”，由門Ⅲ和門Ⅳ等組成的多諧振蕩器不起振，壓電陶瓷片B不發聲，表示環境光線照度正常。

電路中，通過改變電阻器R或電容器C的數值大小，可調節振蕩電路的工作頻率，從而達到改變壓電陶瓷片B發聲音調的目的。

由于CMOS門電路的翻轉電壓與電源電壓成正比(約為1／2VDD)關系，故電池電壓的變化不會影響到電路工作點的改變。又由于門電路的翻轉電壓值受溫度變化影響較小，而且翻轉特性較陡峭，故此電路雖然很簡單，但工作卻穩定可靠，完全能滿足實際監測時的要求。

二、元器件選擇

Al(Ⅰ－Ⅵ)選用CD401 1型二輸入端四與非門數字集成電路，它采用塑料雙列直插形式封裝，共有14個引出腳，其引腳排列如圖2所示。

CD4011也可用CC4011、TC4011或MC14011型等同類數字集成電路塊來直接進行代換。

RL可用國產MG44-05型塑料樹脂封裝光敏電阻器，其他φ5mm－φ9mm、亮電阻~＜20kFZ的光敏電阻器也可代用。RPI、RP2可用WH7-A型微調電位器。R用RTX-1／8W型碳膜電阻器。C用CTl型瓷介電容器。

B選用FT-27或HTD27A-I型壓電陶瓷片，要求配帶簡易助聲腔蓋(也叫共振腔蓋或共鳴腔蓋)，以增大發音量。G用6F22-9V型層疊干電池。SA用CKB-1型(1×2)小型撥動開關，亦可用KNX-2WID型小型鈕子開關來代替。

三、制作與使用

圖3所示是光線強弱報警器的印制電路板接線圖，印制電路板實際尺寸約為35mm×28mm。焊接時應特別注意：電烙鐵外殼一定要良好接地，以免交流感應電壓擊穿集成電路A內部CMOS電路!

整個電路全部裝人尺寸約為80ram×40mm×22mm的有機玻璃小盒內，其外形如圖4所示。盒面板開孔固定電源開關SA，并為壓電陶瓷片B開出釋音孔、為光敏電阻器RL開出感光窗口。

這里需要特別說明的是：電池G應通過帶引線的電池扣板與電路板接通。電池扣板可從廢舊疊層干電池上拆取，并焊上引線即行。

由于電池扣板與疊層干電池之間的接觸扣是凹凸相扣，所以在電池扣板上。應是凹扣接電路正極引線，凸扣接電路負極引線。具體接線如圖5所示，注意不要搞錯。

焊裝好的電路，經檢查無誤后，就可通電調試。調試時可借助標準照度計進行。一般適合于閱讀、書寫環境的照度以100－1000lx(勒克斯)為宜。

具體調法是：把標準照度計和報警器同時放置在桌面上(光敏電阻器RL的受光面一定要朝上)，調節放置在正上方的調光臺燈亮度，在標準照度計上指示值分別為100lx和1000lx時，分別調節電位器RPI和RP2阻值，使壓電陶瓷片B剛好處于臨界發聲狀態即可。

如果沒有標準照度計，也可按下述方法進行電路調試：用220V、15W白熾燈作光源，在燈泡正下方0.3m處放置報警器，調電位器RP1使壓電陶瓷片B處于臨界發聲狀態(如B始終發聲，可粗調一下RF2后再調RP1)；然后將白熾燈換成100W，再細調電位器RP2的阻值，使B也處于臨界發聲狀態即可。調試時應注意光敏電阻器RL周圍不可有其他光線照射干擾。

使用時，將光線強弱報警器平放在書桌或閱讀環境里，合上電源開關，如果報警器無聲，說明環境光線照度適合；如果報警器發出“嘟……”的響聲，說明檢測環境的光線不是太弱便是太強了，應采取相應措施加以調節，直到報警器停止發聲以后，才可放心書寫或閱讀。

對于“學習迷”或“工作狂”來講，如果事先將合上電源開關的報警器放置在案頭，則當夜幕降臨，環境亮度在不知不覺中降到最低標準以下時，它便會發出告警聲，提醒主人：快開燈!