单门出入的单人场所自动照明装置的设计

李晓虹

（武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

照明用电占整个电能消耗相当大的比例，改进照明电路对于节省能源具有重要的意义。现有的照明灯具多采用人为开关来控制，在公共场所尤其是仅容一人出入的卫生间等场所使用起来有诸多的不便，通常只好采用“长明灯”的照明方式；有的照明电路利用声音或光照强度来控制照明灯具的亮灭，往往又因周围环境的干扰而造成失误。因此设计出一种结构简单、使用方便、运行可靠的单门出入的单人场所自动照明装置十分必要。笔者曾经设计了一款单门出入的单人场所自动照明装置并成功地申报了国家专利。本设计在原有设计的基础上进行了改进，不仅降低了制作成本，性能也更加稳定可靠。

1 单门出入的单人场所自动照明装置整机电路

1.1 单门出入的单人场所自动照明电路的组成

单门出入的单人场所自动照明电路的组成如图1所示，由信号采集与处理、单稳态触发电路、控制驱动电路、照明电路、直流稳压电源等部分组成。

图1 单门出入的单人场所自动照明电路组成框图

采用处于门框上的磁控元件根据门扇的开合采集有人使用及离开的信号，将其转换为高、低电平信号送入单稳态触发电路，由单稳态触发电路输出一个正脉冲送给控制驱动电路。若有人使用时，则由控制驱动电路控制照明电路接通电源点亮电灯；人一离开则由控制驱动电路控制照明电路断开电源使灯熄灭。其中直流稳压电源为单门出入的单人场所的自动照明电路提供所需的直流电压。整个系统采用～220V／50Hz电源供电。

1.2 单门出入的单人场所自动照明电路

单门出入的单人场所自动照明装置整机电路如图2所示。

图2 单门出入的单人场所自动照明电路

其工作原理如下：

（1）信号采集与处理

信号采集与处理由霍尔集成传感器CS3020、电阻R1构成的CS3020基本应用电路完成，门扇合上即磁钢（CG）靠近CS3020时，CS3020的3号端输出低电平（约0.01V）；门扇打开即磁钢（CG）离开CS3020时，CS3020 的3 号端输出高电平（约4.9 V）。采用自动关闭门，初始状态设定为门扇合上，即磁钢（CG）靠近CS3020。

（2）单稳态触发电路

由CC4013上升沿D 触发器U3A、电阻R2、电容C5、二极管D5构成单稳态触发电路，该电路的初始状态为稳态，即磁钢（CG）靠近CS3020，CS3020的3号端为低电平，此时电容C5 放电完毕。当门扇打开即磁钢（CG）离开CS3020时，CS3020的3端输出一个高电平有效信号给CC4013的S端（异步置1端，高电平有效），U3A 输出Q 端置1，即U3A的Q 端为高电平，该高电平通过电阻R2对电容C5充电，当C5两端电压充至使U3A 的R 端（异步置0端，高电平有效）为高电平有效信号，并且此时门扇已自动关闭，U3A 的S端为低电平无效信号，因此U3A 输出端Q 端置0，即U3A 的Q 端为低电平，此时C5通过D5迅速放电，C5两端电压迅速下降，使U3A 的Q 端稳定在低电平状态。由此可见，门扇每打开并自动合上一次，U3A 的Q 端输出一个正脉冲。

（3）控制驱动原理

由D 触发器U3B、电阻R3、双向晶闸管T1构成控制驱动电路。由U3A 的Q 端输出的正脉冲，送给U3B的CLK 端作为D 触发器U3B 的触发脉冲，由于U3B的D 端与端相连，使得U3B每来一个正脉冲，在该正脉冲的上升沿D 触发器U3B 的状态（输出端Q 的状态）翻转一次，而U3B 的Q 端的输出信号作为双向晶闸管的触发信号，当U3B的Q端为高电平时，双向晶闸管导通，灯L1 亮，当U3B的Q 端为低电平时，双向晶闸管截止，灯L1灭。

（4）直流稳压电源

由变压器Tr、二极管D1～D4、电容C1～C4、集成稳压器7805构成输出为＋5V 的直流稳压电源，为整个电路提供所需的直流电压。

1.3 工作过程

单门出入的单人场所的门为自动关闭门（门扇上安装有磁钢CG），初始状态设定为磁钢（CG）靠近CS3020（固定在门框上），且此时灯L1灭。

来一人拉门扇进入，磁钢（CG）离开CS3020，此时灯L1亮。门扇自动合上，锁上，磁钢（CG）靠近CS3020，灯L1仍亮。

来人推门扇离开，磁钢（CG）离开CS3020，此时灯L1灭。门扇自动合上，磁钢（CG）靠近CS3020，灯L1仍灭。

2 单门出入的单人场所自动照明装置的安装

单门出入的单人场所自动照明装置的安装结构如图3所示，包括门、复位器、灯、控制电路（装在绝缘小盒内）、霍尔集成传感器、磁钢，其中门采用自动关闭门，复位器为自动闭门合页，连接门的框和扇，使门扇在推开后能自动回到原关闭处。霍尔集成传感器固定在门框上，磁钢固定在门扇上与霍尔集成传感器相对应的位置，霍尔集成传感器将采集到的信息送给控制电路，再由控制电路来控制照明灯具的亮与灭。

图3 单门出入的单人场所自动照明装置结构图

单门出入的单人场所自动照明电路调试成功后，根据图2制作单面PCB 板，其中因电源变压器体积较其它元件大许多，故只需在PCB板上制作相应的焊盘焊接电源变压器引线即可，电源变压器不直接占用PCB 板；霍尔集成传感器、灯、～220V 工频交流电源均制作成位于PCB板边缘处的接线端，以方便整套装置的整体安装。将电源变压器与焊接调试好的PCB板的控制电路固定安装在一绝缘小盒内，该绝缘小盒安装在人触及不到的安全的地方，如图3所示。根据图2由绝缘小盒内相应的接线端引出三根绝缘导线连接霍尔集成传感器CS3020的三个引脚，导线长度视绝缘小盒及霍尔集成传感器的安装位置而定，霍尔集成传感器固定嵌入安装在门框高处的地方，与霍尔集成传感器相对的门扇上固定嵌入安装强度和大小均足够的磁钢，磁钢安装的方向及位置一定要准确，以确保霍尔集成传感器在门扇开关时能正确地工作；由绝缘小盒内相应的接线端引出两根绝缘导线接照明灯具，导线长度视绝缘小盒及灯具的安装位置而定；由绝缘小盒内相应的接线端引出两根接～220V 工频交流电源的绝缘导线（或两孔插头），给整个系统供电，导线长度视绝缘小盒的安装位置、绝缘导线并入～220V 工频交流电源的安装位置（或两孔电源插座位置）而定。整套装置安装完成后调试成功。

3 结论

设计的单门出入的单人场所自动照明装置可为仅容一人出入的场所提供自动照明功能，采用单稳态触发电路及上升沿D 触发器控制双向晶闸管，磁钢每离开霍尔集成传感器一次，单稳态触发电路输出一个正脉冲，在该正脉冲的上升沿，D 触发器的输出状态翻转一次，灯的状态也随之转换一次，能稳定可靠地实现有人使用时灯亮、人走灯灭的功能，节省电能的效果十分显著，具有一定的创新性，值得在相关场所推广和应用。如果该单门出入的单人场所白天的照明效果较好，则可利用其他电气控制设施控制该场所只夜间供电，从而进一步节省了电能。

［1］程军.传感器及实用检测技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2008.