冰箱门开限时提醒电路

冰箱门开限时提醒电路,The door opened reminder

  作者：卢望威 电冰箱门长时间打开或者没有关好，不仅可能使贮藏的食物变质腐坏，还将耗损大量的电能。更严重的是箱门开启着或者处于略微半开半掩状态，往往不被人发觉。这里推荐的冰箱报警器可以及时地提醒你箱门没关闭好，让你立即关好门。以下介绍此报警器电路原理、调试方法及构造结构特点的有关问题。
　　电路原理如
　　下图所示，电冰箱报警器电路由单一封装IC、光敏电阻(LDR)、蜂鸣器、二极管及少量电阻、电容构成。在低温条件下工作意味着所有元器件必须满足低温指标的要求。IC要达到-40oC。
　　压电蜂鸣器要达到-20oC，其他元件如电阻、电容、LDR、二极管也要能够工作在-20oC以下。
　　电池用碱性的，在低温下能供给所必须的电流，而且电流消耗不大。处在黑暗中的电路，典型的静态电流小于6μA，这种小电流防止在持续期间内使电池放电。当报警器发声时电流消耗只有2mA。
　　报警器工作是基于用LDR进行光的探测。该器件在有足够光照射在它表面时变为低电阻，小于10kΩ，当它处于黑暗中，它有很高的电阻，大于1MΩ。
　　由LDR与1MΩ微调电阻(VR1)和150k电阻组成分压器跨接在9V电源上，利用其中LDR电阻的变化。在施密特触发倒相器IC1a的输入端(脚1)检测到LDR上的电压。
　　IC1a有两个阈值电压，分别标定在电源电压的1／3和2／3。用9V电源，阈值分别为3V和6V。若脚1电压为6V或高于6V，那么脚2输出将为0V。
　　若脚1电压降至低于3V，脚2输出将为9V。
　　一、报警器处在黑暗中
　　当电冰箱门关闭，LDR完全处于黑暗中，它有高阻。VR1和150k的总电阻现在小于LDR电阻，这引起脚1电压上升高于施密特触发器的上阈值。因此，脚2输出为0V。
　　通过D1及串联2.2kΩ电阻，使电容C1保持在0V。施密特触发器IC1b在脚3输入端检测C1上的电压。因而脚3为0V，脚4为9V。
　　二极管和D2和串联的2.2k电阻把IC1c输入端脚5拉到9V，因而脚6为0V。IC1c输出去激发并联施密特触发器IC1d、IC1e和IC1f，因为IC1c的输出为0V，并联触发器输出为9V。
　　IC1d、IC1e和IC1f的输出脚分别为8、10和12，它们驱动压电蜂鸣器的负端(-)。在这时，因为压电蜂鸣器的正端(+)接到9V电源，而负端(-)也接9V，故蜂鸣器不发声响。
　　在黑暗中，这是冰箱报警器的正常状态。电池漏电流很小，而且由几条路径引起漏电流。
　　一条是电流流经LDR、VR1和150k电阻。在黑暗中LDR有约2MΩ或更高的电阻，这部分电流将小于4.5μA。另一条通路流经D2、串联2.2k电阻，和IC1c脚5、6间的10MΩ电阻。因为IC1b脚4为9V，IC1c脚6为0V，故有电流通过。此漏电流小于1μA。
　　最后一条漏电流路径是供电电路本身及跨接在电源的100μF电容。为此，2只100μF电容器应选择低漏电型的。IC1是CMOS器件，有很低的供电电流，典型地低于0.05μA。总的电流损耗因此为6到7μA。  
　　二、冰箱门打开
　　当冰箱门打开时，光照LDR电阻降低，这把lC1a脚1电压拉到低于它的下阈值，因而脚2达到9V。二极管D1变为反偏置，电容C1现在开始通过100k电阻和微调VR2，由脚2上的9V电压充电。C1的充电时间用VR2调节，定时值可设定在10秒到100秒之间。当C1上的电压达到6V，这电压大于IC1b的正向阈值，它的输出就是0V。
　　现在D2被反向偏置，已经充电的C2经过脚5和脚6间的10M电阻放电。当C2放电到3V时，达到触发器IC1c的下限阈值，脚6输出达到9V。C2现在经1MΩ电阻和二极管D3充电。此充电时间比放电时间快10倍，当这电压达到lC1c输入的上限阈值时，脚6输出达到0V。
　　IC1c如此构成短脉冲发生器，与它的输出周期比较，只有很短时间输出9V。
　　当IC1c输出9V，IC1d、IC1e和IC1f有OV输出，从而驱动9V供电的压电蜂鸣器，使它发出声响。当IC1c输出变为OV，IC1d、IC1e和IC1f倒相输出是9V，使蜂鸣器截止不发声。这样一系列信号去驱动蜂鸣器发出短脉冲声响。
　　当电冰箱门再次关闭，LDR变为高阻值。IC1a脚1电位升高到触发器上限阈值。这要几秒钟时间，因为LDR暗阻在这时间内缓慢地升高，才达到最终值。
　　这是一个对低背景光更缓慢响应的器件。VR1去调节对暗度的灵敏度。
　　这调节使报警器在很低光照度下启动工作，典型的如冰箱门半开半掩的情况。
　　最后，在完全黑暗中，IC1a脚1达到6V，IC1a输出进入低电位，使C1放电。在IC1b脚4应有9V，它经过D2和2．2k电阻使C2充电。从而使短脉冲发生器处于截止状态，脚6输出为OV。
　　电路从9V电池供电。如果电池接反了，D4起到反向保护。100μF电容起到电源去耦作用，并为压电蜂鸣器发声提供能量。 结构的注意点
　　本装置的所有元器件都装在一块印板上。元件分布图及印板图分别见上图和下图。
　　PC板和电池装在透明的塑料盒内。盒壁的适当位置上打一孔，使光线穿过能落在其内部的LDR上。在底部需钻2孔，用于固定安装。在顶部钻一孔作为声音发出口。
　　盒要装在冰箱内靠近开门的位置。
　　以便于探测到内部灯泡和外部进入的光线。关键是要探测到外部进入的光线，确定冰箱门是否处在稍微半开半掩状态。因为内部光线在箱门关闭前由门开关关断，在门虚掩时内部光线不会被指示。
　　LDR是非线性的，将它的两根引线插入PC板上，在LDL与PC板间留有10mm长的距离。焊接后，把LDR引线变成对板边沿成90o角度。
　　调试
　　首先调节VR1到中间位置，VR2反时针调到一边。接通电池。报警器大约经1O秒钟后发出短脉冲声。再检查安装在PC板上的元件。再测量IC1a脚2的电压，应接近9V。IC1b脚4电压应为0V。IC1脚7和脚14间电压应大约为9V。
　　调节VR2设定在报警器发声之前希望有的间歇时间。完全调到顺时针一边，在报警器发声之前通常提供100秒的间歇。
　　报警器必须安装在完全黑暗之中，在蜂呜器才能处于静止状态。简单地用手指盖住LDR是不够的。又要注意，报警器在黑暗中要经过10到20秒才关闭，因为LDR的暗阻是缓慢地增加。在冷冻箱中，这时间可能升高达几分钟。
　　可把报警器放在抽屉里进行调试。
　　若抽屉略微拉开，调节VR1使报警器发声。现在把报警器放在冰箱内，调试它在温度稳定之后能正确工作。
　　如果报警器放在冷冻箱中，就需要重调VR1。这是由于IC1a的阈值电压随温度而变化。而且LDR的暗阻不会提高达到室温下的大小。
　　改进
　　若要加长延时，就加大电容C1的值。用220μF电容就可有2倍的延时。
　　如果要提高报警器的突发速率，可减小C2值。
　　冰箱门报警器也可作为抽屉和箱柜的报警。在这种情况，取短的延迟时间为好。减小C1就会减小这时间。装在电源部分的开关也能解除报警器的工作。