自动人体感应节电器设计

摘　要：鉴于目前市场还未发现将普通插座改造成人体感应插座的相关技术，我们研制了本自动人体感应节电器，本产品的创新点在于自动检测人体并作出反应，在普通插座内植入感应器就变成了自动人体感应插座，关键技术是人体感应技术和抗干扰技术。本产品具有成本低，功耗低，简单实用，可靠性高，抗干扰能力强等特点。

关键词：人体感应；节电；自控；电器

一、研制背景及意义
　　生活中有些电器，周围无人时可暂时不工作，如取暖器、电风扇、电灯、空调等，而人们有时在离开时忘记关闭电器，或因暂时离开不想开关电器，日积月累会浪费较多电能。基于此，我们设计一款自动人体感应节电器，此节电器具有如下特点：（一）在普通插座内加入控制电路，改造方便。（二）全自动感应，灵敏度高，可靠性强。（三）体积小、成本低，超低功耗，抗干扰能力强，如取暖器等电器发射的信号不会对本产品造成干扰。
　　以传统的排插为基础，加入人体感应传感器，根据传感器信号作用于继电器，从而控制接入电器电路的通断。
二、设计方案
     核心电路设计划分为三大模块，第一模块为电源模块， 220V的市电经过变压、整流、滤波后得到5V稳定的工作电压，为其他模块提供电源。第二模块为人体感应模块，在设计中我们运用了红外热释电传感器，传感器的感应灵敏度高范围广，有效感应范围可调，感应角度大，第三个模块为驱动模块，在设计中使用9013三极管作为驱动管，三极管基极与人体感应传感器的I/O口相连，传感器输出信号经三级管放大后，驱动继电器动作，从而来控制接入电器电路的通断。控制效果是，只要电器周围设定范围内无人，感应器30秒后会断电，若30秒内人出现在感应范围，不会断电，或者30秒后有人出现在感应范围，电器自动开启。
　　（一） 电源电路设计
　　 变压电路：本产品中所使用的模块电路由5V电压供电，要用到家庭中使用需要把市电220V转换为12V电压，需用到变压器。控制器电源由1W的变压器接入220V电压转变为5V的电压。
　　 整流电路：本产品中所需要的电流为直流电，但接入的电流为交流电，于是需用桥式整流电路进行整流把原本的交流电转换为直流电。                                              
　　 滤波电路：本产品中采用电容虑波电路（电容为4700uF）把电流波形进行滤波。
　　 稳压电路：采用三端固定输出稳压块进行稳压，稳压块采用7800, 稳压后得到较稳定的12V电压。
　　（二）控制电路设计 
　　当热释电红外线传感器探测到有人时会产生一个高电平，通过Q2数据传输端传入三极管的基极使三极管导通，这时继电器的两端就产生回路电流，继电器工作闭合，就相当于开关闭合负载开始工作，同样，热释电红外传感器没有探测的人的存在，Q2不输出电流三极管不导通，继电器没有接通电路，继电器不工作就相当于开关断开负载就停止工作。
　　（三）人体感应传感器设计
　　热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米距离。
　　    ①防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。
　　    ②抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁、微波炉、取暖器等干扰不会引起误报。
　　    ③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。
　　 （四） 继电器电路
　　 继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本产品使用常开继电器当不工作时处于断开状态负载不工作，当继电器接收到传感器给的高电频电压继电器就闭合形成开路带动负载工作。
　　

三、理论计算与性能分析
　　测得本控制器本身的功率为0.5W，测得热释电传感器正常工作时所能感应到的距离为7-8米，所能感应到的最大广角为180度，由此可知该产品的试用范围非常广，在无人的情况下功耗也非常低，达到了节能的效果。
　　仅就大学教室照明系统为例来计算，假设每只日光灯45W，每间教室六盏，每栋教学楼有50间教室，一所大学有20栋教学楼，一个省有85所大专院校，在教室无人忘记关灯时，如果这些教室安装了本节能器，每小时可以省电0.045*6*50*20*85=22950度。
　　本产品工作过程以控制LED灯为例说明，若有人体进入红外节能控制器的感应范围内活动，红外感应模块将启动并检测到信号 ，信号触发延时开关模块开启LED灯。如果人持续的在其范围内活动，LED灯将常亮。当人离开其范围后，已无红外感应信号，延时开关在30秒的设定值内（值数大小可以调节）自动关闭LED灯。各个模块回到待命状态，等待下一个周期。
　　产品优点：1.电路稳定性和可靠性高，安全性能好。2.功耗低、可起到大幅度技能效果。3.感应灵敏度强，感应角度大。4.控制简单，使用起来方便。5.防干扰性能好。6.成本低，体积小 7.便于安装
四、创新点及应用
　　自动人体感应节电器配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成自动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、取暖器等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
　　经过反复试验，样品的制作，技术上已经完全可行，现实社会大量的普通插座，只要在内部安装本设计的感应装置，就能变成自动感应插座，我们的设计电路简单可靠，成本低，体积小，便于改造，量产的可行性高。
　　本产品由于设计成普通插座形式，只要人不在，自动断电，人重新到来，自动给电，可应用在需要省电的一切场所，大功率电器如取暖器、空调等，节能意义较大。
　　
参考文献：
　　
[1]《红外热释电与超声波遥控电路》.人民邮电.2003-9-1.