家用电热水器人体感应自动断电安全控制器的研究与制作

文/符俊虎 河南省平顶山市一中 河南平顶山 467000

家用电热水器人体感应自动断电安全控制器的研究与制作

文/符俊虎 河南省平顶山市一中 河南平顶山 467000

目前，市面上所销售的电加热热水器因安装和使用方便深得老百姓的喜爱。但由于我国很多建筑电源设计和施工不够规范，电热水器在使用过程中的安全问题在现实生活中尤显非常重要。

热水器；红外接收；人体感应

根据我国相关标准要求，电加热热水器在出厂时都安装有防漏电控制部分。但因操作使用不当或防漏电失灵等原因仍事故不断。那么怎么才能让既经济又环保的电热水器做到绝对安全，让我们使用起来可以放心呢？为此笔者设计制作了家用电热水器人体感应自动断电安全控制器，在防触电方面能够做到安全可靠。原理是：人体辐射的红外光被人体感应自动断电安全控制器红外接收窗口接收到后，人体红外热信号通过红外组件转换为电信号触发IC555构成的施密特触发器控制器控制电路，推动双组四触点继电器动作，自动断开电热水器的电源，使电加热热水器使用过程中完全和220V交流电隔离，从而确保使用者在使用过程中在防触电方面的绝对安全。试验结果表明，在使用者没有进入使用区域时，双组四触电常闭触点一直接通为热水器正常加热供电，当使用者进入使用区域后控制器红外组件接收到使用者人体所辐射的红外光，从而为后续IC555触发电路提供信号，使控制器工作推动继电器动作，这时继电器常闭触点完全断开，达到安全使用的目的。当使用者离开使用现场后，因为红外组件收不到红外热信号，后续控制器失去控制信号，继电器不能得电，当延时结束后，继电器因失电常闭触点重新闭合继续为热水器供电。

下面简要介绍一下红外接收组件的结构原理

红外接收组件主要由光学菲涅尔透镜系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和控制电路等几部分组成。电热水器在使用过程中人体所辐射的红外光透过红外组件的菲涅尔透镜聚集在红外探测元上，其特殊结构也产生交替变化的红外辐射强弱交替信号，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；控制器设计的核心是热释电红外传感器器件，把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为自动控制功能的实现打下基础。我们为了制作方便采用市面上成品红外线探头组件，IC555控制部分自己动手制作。

人体感应自动断电安全控制器的特点是能够响应使用者在使用区域内移动时所引起的红外辐射变化，产生并推动IC3555为核心的控制电路触发继电器动作从而达到控制热水器自动接通和自动断电的功能，从而实现热水器的安全使用。下面简单介绍一下本人制作的人体感应自动断电安全控制器相关参数、构成和控制电路原理：

一、红外传感器通常采用3引脚金属外壳封装结构，其各引脚分别为

D极：电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、

S极：信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、

接地端：接地端(GROUND)。

二、红外传感器的主要工作参数有工作电压

工作电压范围为：3～15V

工作波长：7.5～14 μ m

源极电压：0.4～1.1V，R=47kΩ

输出信号电压：通常大于2.0V

三、相关实物图片和应用实例

图1是红外接收传感器实物图片，图2为红外接收传感器内部结构图，图3为市面上成品红外线探头组件，图4为IC555构成施密特触发器及波形的变换和整形图,图5为本人制作的控制器电路图。

图1　红外接收传感器实物

图2　红外接收传感器内部结构

图3　IN911接收头组件

图4　IC 555构成施密特触发器及波形的变换和整形图

图5　本人制作的控制器电路图

家用电热水器人体感应自动断电安全控制器的控制过程中，将555电路的2脚作为输入端的触发器，如图4(a)和图5应用实例所示，图4为IC555典型的施密特触发器及波形的变换和整形图，是控制器实现自动控制的核心部分。图5是IC555典型的施密特触发器在本案中的实际应用。施密特触发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的曲线形，如图4(b)所示，从曲线可知，当输入V1=0时输出Vo=1，当输入电压从0上升到＞2/3VDD后，Vo翻转成0，当输入电压从最高值下降到＜1/3VDD后，Vo又翻转成1。由于前端HN911红外组件为它输入有两个不同的阈值电压，其后端信号输出随着前端输入信号的改变而发生改变，从而达到自动控制的目的，该电路制作比较容易，结构简单，非常易于自己动手制作，如图5所示。

四、家用电热水器人体感应自动断电安全控制器正确的安装应满足下列条件：

（1）控制器探测部分应离地面2.0～2. 2米。

（2）应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。

（3）探测范围内不得有其他隔离物。

用红外传感器和IC555为核心部件设计的家用电热水器人体感应自动断电安全控制器控制系统具有结构简单、便于操作、使用方便、成本低等优点，可以实现电加热热水器在其正常工作中的全自动控制。经过多次测试和本人家庭的实际应用，该系统工作情况非常稳定、可靠，具有很好的推广和应用价值。

符俊虎（1999—），男，汉族，籍贯：叶县，现就读于平顶山市一中高三（8）班。