雨傳感器應用電路

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000）

雨傳感器應用電路

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000）

文章分析了555、OP07和繼電器等器件的基本工作原理，設計了雨傳感器應用電路中的脈沖發生電路、濾波電路、比較電路、放大控制電路，分析了雨傳感器的一個實際應用電路.

雨傳感器；電路；復位；濾波；比較；控制

1 器件工作原理

1.1 555定時器

在通常的集成電路中，要使電路的各個元件良好地工作在同一狀態下，必須對其時鐘控制電路進行設計和改善.在本電路中，我們使用555定時器產生時鐘脈沖.接下來，我們對555定時器的功能及其在電路中的作用做一下了解.

555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件.一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556.555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V-16V工作，7555可在3-18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容.

555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等的脈沖產生與變換電路.它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面.555定時器的外引腳排列圖1所示.555定時器內由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器、基本RS觸發器、放電三極管和緩沖反相器組成.其中，1腳為接地端，2腳為低電平觸發端，由此輸入低電平觸發脈沖，6腳為高電平觸發端，由此輸入高電平觸發脈沖，4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時器直接復位，5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uF的電容接地，以防止引入干擾，7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電，3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅動繼電器、發光二極管、指示燈等，8腳為電源端，可在5V—18V范圍內使用.555外接兩個電阻和一個電容不得可接成多諧振蕩器，3腳輸出矩形波，4腳為復位端可對輸出信號的有無進行控制.

圖1 555定時器

1.2 OP07

電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器.電壓比較器比較兩個電壓的大小，當“+”輸入端電壓高于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平,當“+”輸入端電壓低于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態，所以其中的集成運放常工作在非線性區.常見的有LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，這些都可以做成電壓比較器.圖3-2是OP07芯片的引腳說明，1和8為偏置平衡 (調零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳,6為輸出，7接電源+.

圖2 OP07引腳說明

對兩個或多個數據進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關系及排列順序稱為比較.能夠實現這種比較功能的電路或裝置稱為比較器.比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路.比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進制信號，當輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定.

運算放大器在不加負反饋時，從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號.而且，在這種情況下，運算放大器的響應時間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能，如：滯回、內部基準等.比較器通常不能用作運算放大器，比較器經過調節可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運算放大器正是利用了頻響修正這一優勢而成為靈活多用的器件.

1.3 繼電器

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”.故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用.

電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統輸入回路和被控制系統輸出回路，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關”.故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用.電磁繼電器一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧片、觸點等組成的.只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合.當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的作用下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放.這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的.

2 雨傳感器應用電路

雨傳感器應用電路如圖3所示:電路由雨傳感器（1）555振蕩器（2）RC 濾波電路（3）比較器（4）放大控制電路（5）組成，雨傳感器由兩塊山形金屬板構成，兩塊山形金屬板通過引線分別連接到電容C1的兩端，C1的上端經電阻R1接電源，C1和R1間信號送入555振蕩器的4管腳，555振蕩器的3管腳輸出矩形波經RC濾波電路、比較器后送入放大控制電路5），放大后信號控制繼電器的開閉，從而控制電機工作.

圖3 雨傳感器應用電路

RC濾波電路屬于模擬濾波器，電阻R在電路中起限流作用，電容C的作用是平滑濾波；RC的乘積為濾波時間常數也稱作積分時間常數，RC時間常數決定電路的幅頻特性及相頻特性.

無雨時，兩塊山形金屬板被斷路，555振蕩器的4管腳經電阻接電源為高電平，555振蕩器工作，555振蕩器的3管腳輸出矩形波經RC濾波電路、比較器后送入放大控制電路，放大后信號控制繼電器閉合，從而控制屋頂卷揚機的電動機M工作.下雨時，兩塊山形金屬板被雨水短路，555振蕩器的4管腳變為低電平，555振蕩器不工作，555振蕩器的3管腳無輸出，繼電器的不工作，電動機M不工作.

3 結束語

雨傳感器的應用非常廣泛，例如可設計自動涼衣架、自動涼曬廠等.文章分析了555、OP07和繼電器等器件的基本工作原理，設計了雨傳感器應用電路中的脈沖發生電路、濾波電路、比較電路、放大控制電路，分析了雨傳感器的一個實際應用電路.

〔1〕湯山俊夫.數字電路設計與制作[M].北京：科學出版社，2009.

〔2〕黃智偉.電子電路計算機仿真設計與分析[M].北京：電子工業出版社，2009.

〔3〕孫余凱.傳感器應用電路300例[M].北京：電子工業出版社，2008.

〔4〕Williams S.Ir D A:Past,Present and Future[J].IEEE PersonalCommunications,2000,7(1):11～19.

TP212

A

1673-260X（2012）11-0040-02

赤峰學院教育教學研究項目（JYXM1003）