家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器的研究與制作

文/符俊虎 河南省平頂山市一中 河南平頂山 467000

家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器的研究與制作

文/符俊虎 河南省平頂山市一中 河南平頂山 467000

目前，市面上所銷售的電加熱熱水器因安裝和使用方便深得老百姓的喜愛。但由于我國很多建筑電源設計和施工不夠規范，電熱水器在使用過程中的安全問題在現實生活中尤顯非常重要。

熱水器；紅外接收；人體感應

根據我國相關標準要求，電加熱熱水器在出廠時都安裝有防漏電控制部分。但因操作使用不當或防漏電失靈等原因仍事故不斷。那么怎么才能讓既經濟又環保的電熱水器做到絕對安全，讓我們使用起來可以放心呢？為此筆者設計制作了家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器，在防觸電方面能夠做到安全可靠。原理是：人體輻射的紅外光被人體感應自動斷電安全控制器紅外接收窗口接收到后，人體紅外熱信號通過紅外組件轉換為電信號觸發IC555構成的施密特觸發器控制器控制電路，推動雙組四觸點繼電器動作，自動斷開電熱水器的電源，使電加熱熱水器使用過程中完全和220V交流電隔離，從而確保使用者在使用過程中在防觸電方面的絕對安全。試驗結果表明，在使用者沒有進入使用區域時，雙組四觸電常閉觸點一直接通為熱水器正常加熱供電，當使用者進入使用區域后控制器紅外組件接收到使用者人體所輻射的紅外光，從而為后續IC555觸發電路提供信號，使控制器工作推動繼電器動作，這時繼電器常閉觸點完全斷開，達到安全使用的目的。當使用者離開使用現場后，因為紅外組件收不到紅外熱信號，后續控制器失去控制信號，繼電器不能得電，當延時結束后，繼電器因失電常閉觸點重新閉合繼續為熱水器供電。

下面簡要介紹一下紅外接收組件的結構原理

紅外接收組件主要由光學菲涅爾透鏡系統、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和控制電路等幾部分組成。電熱水器在使用過程中人體所輻射的紅外光透過紅外組件的菲涅爾透鏡聚集在紅外探測元上，其特殊結構也產生交替變化的紅外輻射強弱交替信號，以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；控制器設計的核心是熱釋電紅外傳感器器件，把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為自動控制功能的實現打下基礎。我們為了制作方便采用市面上成品紅外線探頭組件，IC555控制部分自己動手制作。

人體感應自動斷電安全控制器的特點是能夠響應使用者在使用區域內移動時所引起的紅外輻射變化，產生并推動IC3555為核心的控制電路觸發繼電器動作從而達到控制熱水器自動接通和自動斷電的功能，從而實現熱水器的安全使用。下面簡單介紹一下本人制作的人體感應自動斷電安全控制器相關參數、構成和控制電路原理：

一、紅外傳感器通常采用3引腳金屬外殼封裝結構，其各引腳分別為

D極：電源供電端(內部開關管D極，DRAIN)、

S極：信號輸出端(內部開關管S極，SOURCE)、

接地端：接地端(GROUND)。

二、紅外傳感器的主要工作參數有工作電壓

工作電壓范圍為：3～15V

工作波長：7.5～14 μ m

源極電壓：0.4～1.1V，R=47kΩ

輸出信號電壓：通常大于2.0V

三、相關實物圖片和應用實例

圖1是紅外接收傳感器實物圖片，圖2為紅外接收傳感器內部結構圖，圖3為市面上成品紅外線探頭組件，圖4為IC555構成施密特觸發器及波形的變換和整形圖,圖5為本人制作的控制器電路圖。

圖1　紅外接收傳感器實物

圖2　紅外接收傳感器內部結構

圖3　IN911接收頭組件

圖4　IC 555構成施密特觸發器及波形的變換和整形圖

圖5　本人制作的控制器電路圖

家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器的控制過程中，將555電路的2腳作為輸入端的觸發器，如圖4(a)和圖5應用實例所示，圖4為IC555典型的施密特觸發器及波形的變換和整形圖，是控制器實現自動控制的核心部分。圖5是IC555典型的施密特觸發器在本案中的實際應用。施密特觸發器輸出電壓和輸入電壓的關系是一個長方形的曲線形，如圖4(b)所示，從曲線可知，當輸入V1=0時輸出Vo=1，當輸入電壓從0上升到＞2/3VDD后，Vo翻轉成0，當輸入電壓從最高值下降到＜1/3VDD后，Vo又翻轉成1。由于前端HN911紅外組件為它輸入有兩個不同的閾值電壓，其后端信號輸出隨著前端輸入信號的改變而發生改變，從而達到自動控制的目的，該電路制作比較容易，結構簡單，非常易于自己動手制作，如圖5所示。

四、家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器正確的安裝應滿足下列條件：

（1）控制器探測部分應離地面2.0～2. 2米。

（2）應遠離空調、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方。

（3）探測范圍內不得有其他隔離物。

用紅外傳感器和IC555為核心部件設計的家用電熱水器人體感應自動斷電安全控制器控制系統具有結構簡單、便于操作、使用方便、成本低等優點，可以實現電加熱熱水器在其正常工作中的全自動控制。經過多次測試和本人家庭的實際應用，該系統工作情況非常穩定、可靠，具有很好的推廣和應用價值。

符俊虎（1999—），男，漢族，籍貫：葉縣，現就讀于平頂山市一中高三（8）班。