開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明模擬電路

摘要 描述了由直流穩壓電源、霍爾傳感器、單穩態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器組成的開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明電路。設計實(shí)現當有人推門(mén)而入時(shí)，室內照明燈自動(dòng)亮起；而當有人推門(mén)而出時(shí)，照明燈自動(dòng)熄滅的控制功能。
關(guān)鍵詞 自動(dòng)照明；霍爾傳感器；單穩態(tài)觸發(fā)器；D觸發(fā)器

通常室內照明燈都用開(kāi)關(guān)按鈕控制燈的亮滅，文中介紹了一種自控照明燈電路，其無(wú)需人為操作，省電方便，適合家庭使用。實(shí)現了當有人推門(mén)而入后，室內照明燈自動(dòng)亮起；而當有人推門(mén)而出時(shí)，照明燈自動(dòng)熄滅的控制功能。

1 單元電路分析
該開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明模擬電路主要由直流穩壓電源、CS3020霍爾傳感器、NE555單穩態(tài)觸發(fā)器和CC4013雙D觸發(fā)器4部分，電路圖如圖2所示。

直流穩壓電源是由交流電源、整流橋2W10、穩壓元件LM7850、電容C1、C2、C3、C4構成的橋式整流電容濾波穩壓電路提供。該電路需要5 V的直流穩壓電源，故用50 Hz的交流電流經(jīng)過(guò)整流、濾波和穩壓后獲得。整流電路將交流電壓轉換成直流電壓；濾波電路濾除整流后單向脈沖電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩壓電路是當輸入交流電源電壓波動(dòng)、負載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩定，該電路中采用集成穩壓器以達到穩壓的目的，有些開(kāi)關(guān)門(mén)模擬電路中也可以用穩壓二極管代替。
開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器提供開(kāi)關(guān)式的數字信號，是由霍爾傳感器CS3020配合小磁鋼來(lái)使用，這部分單元電路還包含電阻R1、R2和發(fā)光二極管LED1，而霍爾傳感器中的核心霍爾元件是利用霍爾效應制作而成。開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數字信號，其中霍爾傳感器和小磁鋼配對使用的目的是，需要用小磁鋼來(lái)提供磁場(chǎng)。如果電路中沒(méi)有信號產(chǎn)生，可以改變小磁鋼的方向再試一次，因為霍爾傳感器對小磁鋼的極性有一定要求。沒(méi)有磁鋼提供磁場(chǎng)時(shí)傳感器輸出高電平，而有磁鋼時(shí)則輸出低電平。
單穩態(tài)觸發(fā)器由NE555定時(shí)器構成，這部分單元電路還包含元件電阻R4、電容C5、C6。其中單穩態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：在沒(méi)有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩態(tài)觸發(fā)器保持在穩態(tài)；在受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩態(tài)觸發(fā)器翻轉，進(jìn)入“暫穩態(tài)”。假設穩態(tài)為0，則暫穩態(tài)為1；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，單穩態(tài)觸發(fā)器從暫穩態(tài)返回穩態(tài)。單穩態(tài)觸發(fā)器在暫穩態(tài)停留的時(shí)間僅取決于電路本身的參數。
雙D觸發(fā)器CC4013與電阻R5、R6、發(fā)光二極管LED2、LED3構成最后一部分單元電路。雙D觸發(fā)器工作特點(diǎn)是：CP上升沿觸發(fā)，信號發(fā)生翻轉，抗干擾能力極強。

2 開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明電路的工作現象
通電后，LED1點(diǎn)亮，LED2先亮后滅，而LED3是滅的。當小磁鋼靠近時(shí)，LED1滅，LED2和LED3亮；若移走小磁鋼，LED1亮，LED2滅，LED3保持亮；小磁鋼再次靠近時(shí)，LED1滅，LED2亮而LED3滅；若再次移走小磁鋼，LED1亮，LED2滅，LED3滅，恢復到通電初始的狀態(tài)；這和開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明燈的實(shí)際需求一致。其中LED3相當于室內的照明燈，而小磁鋼的作用相當門(mén)。當推開(kāi)門(mén)人進(jìn)入后，門(mén)的狀態(tài)是先被打開(kāi)后自動(dòng)關(guān)上，相當于小磁鋼的靠近和離開(kāi)，在這個(gè)過(guò)程中室內照明燈要求是點(diǎn)亮的，故LED3點(diǎn)亮；當再次打開(kāi)門(mén)出去后，門(mén)的狀態(tài)仍然是打開(kāi)后自動(dòng)關(guān)上，又相當于小磁鋼的第二次靠近和離開(kāi)，在這個(gè)過(guò)程中室內照明燈要求是自動(dòng)滅的，故LED3滅。

3 開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明電路的工作原理
通電后小磁鋼未靠近霍爾傳感器時(shí)，由于沒(méi)有信號，傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳時(shí)，無(wú)觸發(fā)信號，故發(fā)光二極管LED2由于不導通是滅的，所以D觸發(fā)器CC4013也沒(méi)有信號觸發(fā)，發(fā)光二極管LED3滅；當小磁鋼靠近霍爾傳感器時(shí)，受到磁場(chǎng)強度變化的影響，傳感器輸出為低電平，發(fā)光二極管LED1截止，燈滅，該低電平信號輸入到NE555的2腳時(shí)，輸入腳低電平觸發(fā)，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED2導通發(fā)亮，故3腳輸出為高電平，D觸發(fā)器CC4013的11腳上升沿觸發(fā)，此時(shí)輸出信號翻轉，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED3導通發(fā)亮；當小磁鋼離開(kāi)霍爾傳感器后，磁場(chǎng)強度減小時(shí)傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管再次導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無(wú)觸發(fā)信號，發(fā)光二極管LED2由于不導通由亮變暗，燈滅，但D觸發(fā)器CC4013只有上升沿觸發(fā)，故輸出信號無(wú)改變，發(fā)光二極管LED3仍保持導通發(fā)亮狀態(tài)不變；當小磁鋼再次靠近霍爾傳感器時(shí)，磁場(chǎng)強度再次加強時(shí)傳感器輸出為低電平，發(fā)光二極管LED1截止，燈滅，當低電平信號輸入到NE555的2腳時(shí)，輸入腳低電平觸發(fā)，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED2導通發(fā)亮，故3腳輸出為高電平，D觸發(fā)器CC4013的11腳上升沿觸發(fā)，故輸出信號翻轉，輸出從高電平翻轉為低電平，發(fā)光二極管LED3截止，燈滅；而小磁鋼再次離開(kāi)霍爾傳感器后，無(wú)信號時(shí)傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管再次導通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無(wú)觸發(fā)信號，故發(fā)光二極管LED2不導通由亮變暗，燈滅，但D觸發(fā)器CC4013需要在上升沿觸發(fā)，輸出信號無(wú)改變，發(fā)光二極管LED3仍然保持導通滅燈狀態(tài)不變。

4 結束語(yǔ)
開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明燈現在廣泛使用在各類(lèi)建筑中和家庭中，為驗證此電路的可行性，該模擬電路是在直流+5 V電源觸發(fā)下運作的，負載是普通的發(fā)光二極管，實(shí)驗證明該電路可以正常運行，而日常生活中多使用220 V交流電源的用電器，可以在該電路的基礎上做出相應調整，即可去掉發(fā)光二極管LED3，加上雙向晶閘管和燈泡。雙向晶閘管在電路中作為開(kāi)關(guān)元件使用，除此之外雙向晶閘管可以用小信號控制大電流，這樣就可以在雙向晶閘管的輸出端接高電壓大功率的元器件，最終實(shí)現當磁鋼靠近時(shí)220 V的白熾燈亮，遠離時(shí)保持亮的這種狀態(tài)，當磁鋼再次靠近時(shí)220 V的白熾燈滅，遠離時(shí)保持此狀態(tài)，從而實(shí)現開(kāi)關(guān)門(mén)自動(dòng)照明電路控制。