開關(guān)門自動照明模擬電路

摘要 描述了由直流穩(wěn)壓電源、霍爾傳感器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器組成的開關(guān)門自動照明電路。設(shè)計實現(xiàn)當(dāng)有人推門而入時，室內(nèi)照明燈自動亮起；而當(dāng)有人推門而出時，照明燈自動熄滅的控制功能。
關(guān)鍵詞 自動照明；霍爾傳感器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；D觸發(fā)器

通常室內(nèi)照明燈都用開關(guān)按鈕控制燈的亮滅，文中介紹了一種自控照明燈電路，其無需人為操作，省電方便，適合家庭使用。實現(xiàn)了當(dāng)有人推門而入后，室內(nèi)照明燈自動亮起；而當(dāng)有人推門而出時，照明燈自動熄滅的控制功能。

1 單元電路分析
該開關(guān)門自動照明模擬電路主要由直流穩(wěn)壓電源、CS3020霍爾傳感器、NE555單穩(wěn)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(wěn)壓電源是由交流電源、整流橋2W10、穩(wěn)壓元件LM7850、電容C1、C2、C3、C4構(gòu)成的橋式整流電容濾波穩(wěn)壓電路提供。該電路需要5 V的直流穩(wěn)壓電源，故用50 Hz的交流電流經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)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(wěn)壓電路是當(dāng)輸入交流電源電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定，該電路中采用集成穩(wěn)壓器以達(dá)到穩(wěn)壓的目的，有些開關(guān)門模擬電路中也可以用穩(wěn)壓二極管代替。
開關(guān)型霍爾集成傳感器提供開關(guān)式的數(shù)字信號，是由霍爾傳感器CS3020配合小磁鋼來使用，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(yīng)制作而成。開關(guān)型霍爾集成傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號，其中霍爾傳感器和小磁鋼配對使用的目的是，需要用小磁鋼來提供磁場。如果電路中沒有信號產(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。沒有磁鋼提供磁場時傳感器輸出高電平，而有磁鋼時則輸出低電平。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由NE555定時器構(gòu)成，這部分單元電路還包含元件電阻R4、電容C5、C6。其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點是：在沒有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持在穩(wěn)態(tài)；在受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入“暫穩(wěn)態(tài)”。假設(shè)穩(wěn)態(tài)為0，則暫穩(wěn)態(tài)為1；經(jīng)過一段時間，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)停留的時間僅取決于電路本身的參數(shù)。
雙D觸發(fā)器CC4013與電阻R5、R6、發(fā)光二極管LED2、LED3構(gòu)成最后一部分單元電路。雙D觸發(fā)器工作特點是：CP上升沿觸發(fā)，信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，抗干擾能力極強(qiáng)。

2 開關(guān)門自動照明電路的工作現(xiàn)象
通電后，LED1點亮，LED2先亮后滅，而LED3是滅的。當(dāng)小磁鋼靠近時，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，LED1滅，LED2亮而LED3滅；若再次移走小磁鋼，LED1亮，LED2滅，LED3滅，恢復(fù)到通電初始的狀態(tài)；這和開關(guān)門自動照明燈的實際需求一致。其中LED3相當(dāng)于室內(nèi)的照明燈，而小磁鋼的作用相當(dāng)門。當(dāng)推開門人進(jìn)入后，門的狀態(tài)是先被打開后自動關(guān)上，相當(dāng)于小磁鋼的靠近和離開，在這個過程中室內(nèi)照明燈要求是點亮的，故LED3點亮；當(dāng)再次打開門出去后，門的狀態(tài)仍然是打開后自動關(guān)上，又相當(dāng)于小磁鋼的第二次靠近和離開，在這個過程中室內(nèi)照明燈要求是自動滅的，故LED3滅。

3 開關(guān)門自動照明電路的工作原理
通電后小磁鋼未靠近霍爾傳感器時，由于沒有信號，傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管導(dǎo)通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳時，無觸發(fā)信號，故發(fā)光二極管LED2由于不導(dǎo)通是滅的，所以D觸發(fā)器CC4013也沒有信號觸發(fā)，發(fā)光二極管LED3滅；當(dāng)小磁鋼靠近霍爾傳感器時，受到磁場強(qiáng)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，輸入腳低電平觸發(fā)，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED2導(dǎo)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)，此時輸出信號翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED3導(dǎo)通發(fā)亮；當(dāng)小磁鋼離開霍爾傳感器后，磁場強(qiáng)度減小時傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管再次導(dǎo)通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無觸發(fā)信號，發(fā)光二極管LED2由于不導(dǎo)通由亮變暗，燈滅，但D觸發(fā)器CC4013只有上升沿觸發(fā)，故輸出信號無改變，發(fā)光二極管LED3仍保持導(dǎo)通發(fā)亮狀態(tài)不變；當(dāng)小磁鋼再次靠近霍爾傳感器時，磁場強(qiáng)度再次加強(qiáng)時傳感器輸出為低電平，發(fā)光二極管LED1截止，燈滅，當(dāng)?shù)碗娖叫盘栞斎氲絅E555的2腳時，輸入腳低電平觸發(fā)，輸出為高電平，發(fā)光二極管LED2導(dǎo)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(zhuǎn)，輸出從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，發(fā)光二極管LED3截止，燈滅；而小磁鋼再次離開霍爾傳感器后，無信號時傳感器輸出為高電平，故發(fā)光二極管再次導(dǎo)通，LED1亮，而高電平信號輸入到NE555的低電平輸入端2腳，無觸發(fā)信號，故發(fā)光二極管LED2不導(dǎo)通由亮變暗，燈滅，但D觸發(fā)器CC4013需要在上升沿觸發(fā)，輸出信號無改變，發(fā)光二極管LED3仍然保持導(dǎo)通滅燈狀態(tài)不變。

4 結(jié)束語
開關(guān)門自動照明燈現(xiàn)在廣泛使用在各類建筑中和家庭中，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(fù)載是普通的發(fā)光二極管，實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(chǔ)上做出相應(yīng)調(diào)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，最終實現(xiàn)當(dāng)磁鋼靠近時220 V的白熾燈亮，遠(yuǎn)離時保持亮的這種狀態(tài)，當(dāng)磁鋼再次靠近時220 V的白熾燈滅，遠(yuǎn)離時保持此狀態(tài)，從而實現(xiàn)開關(guān)門自動照明電路控制。