专用于模拟传感器的LED指示型三态电压报警器

山西工程技术学院 崔建国 宁永香

专用于模拟传感器的LED指示型三态电压报警器

山西工程技术学院 崔建国 宁永香

针对目前报警器或检测器只对两种状态（或现象）“0”或“1”提供警示，这对于数字型传感器合适；但对于某些像温度、水位、气流、电压等模拟型传感器来说，其输出电压值是模拟信号，对它的警示或指示若只有“0”或“1”两种状态已显不足。提供一种简单电路，采用四个三极管及外围元件组成一个检测电路，这些三极管互相触发或箝位，将不同电压段的模拟传感器输出信号按照“欠压、正常、过压”用三个发光二极管分别警示，完美解决了我们日常生活中的另一种“报警”现象，即“三状态”报警。

传感器；模拟信号；三态；报警

1 引言

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础[1]。

传感器按输出信号的类型可以分为数字型传感器和模拟型传感器，输出数字量的传感器就是数字传感器，输出模拟量的传感器就是模拟传感器。

一般常见的报警器只能对“正常”和“不正常”两种现象提供警示，因为提供信号源的传感器往往是数字型传感器，其只有“0”、“1”两种输出状态，如下图1所示；对于某些模拟传感器输出信号，下面模型不能实现。

图1 数字型传感器报警工作模型

2 LED指示型三态电压报警器

这种三态电压报警器，专门针对于某些模拟传感器而设计,很好地解决了我们日常生活中的另一种“报警”现象，即“三状态”报警，使我们对人类生活环境的检测更灵活、更人性化，这种三态警示在人类生活环境中还是很必须的。

2.1 模拟型传感器报警模型

有时我们需要了解一个放大器是否已经达到饱和还是放大不足；一个电源电压是否过压或欠压还是正好；或某些电压型传感器（即使电流型的传感器通过采样电阻采样也可形成电压型输出）如温度、水位、气流等传感器的输出是否已经超过极限值（包括正极限和负极限），这些对环境的“三种状态（简称三态）”的描述往往对工作都很有必要。

对于这些“三态”的工矿状态，如果使用像图1模型而设计的数字传感器报警电路来实现是不合适的，不能实现的。如果使用一种功能完善的安全监视器系统（摄像头、监视器、报警器等）并从性价比上看也不合算。

使用本文设计的模拟型传感器报警模型则是极为合适的，如图2所示。

图2 模拟型传感器报警工作模型

2.2 L E D指示型三态电压报警器工作原理详解

对于上述模拟型传感器报警工作模型设计一个电路，该电路设计简单、可以作为通用型的三态电压监视系统，该设计利用LED发光二极管指示输入电压是处于“正常工作范围”、还是“过压工作范围”或“欠压工作范围”，大多数模拟传感器只要与这种“LED指示型三态电压报警器”组合，即可形成一个完整的环境报警系统，它可以对上述三种现象报警或指示，而不是一般报警器的两种现象（或状态）警示[2]。电气原理图如图3所示：

图3 三态电压报警器电气原理图

报警器由四个三极管、三个发光二极管以及8个电阻构成，这些器件互相触发或箝位，将不同电压段的模拟传感器输出信号按照“欠压、正常、过压”用三个发光二极管分别警示，完美解决了我们日常生活中的另一种“报警”现象，即“三状态”报警[3]。

当电压型模拟传感器的输出电压，即本电路的输入电压电平在3.5V～8.5V之间时，晶体管T1和T2产生开启电流，它们C-E极导通（T3和T4截止），则T1、R5、发光二极管D1、T2形成回路，发光二极管D1点亮，由于晶体管T3和T4截止使发光二极管D2、D3熄灭，D1点亮指示输入信号电平处于“正常工作范围”内。

当输入电平上升到约8.5V以上时，晶体管T1由于基极电位抬高由导通反转为截止状态，晶体管T2仍然导通，T1截止导致T3基极电平跌落，T3导通，T2导通使T4基极仍处于低电平，T4仍然截止。T3虽然导通但基极电流太小，不足以点亮发光二极管D1，熄灭；晶体管T3、发光二极管D2、电阻R8形成回路，D2点亮；T4截止，发光二极管D3仍然熄灭。D2点亮指示输入电平已经超过“正常工作范围”，处于“过压”状态，间接说明安装传感器的环境比如水位、温度、速度等已经超过警戒线。

最后，当输入信号降到3.5V以下时，晶体管T1和T4导通，T2、T3截止，发光二极管

D3点亮，D1、D2熄灭，指示输入信号电平低于“正常工作范围”，处于“欠压”状态，间接说明传感器环境比如气压、水位等低于警戒线。

当输入（R1/R3之结点）断开时，输入电压等于电源电压的一半，即6V，这时发光二极管D1也会发光，故本电路若要作为报警器用，要尽量保证输入接线的可靠连接，否则会引起警事漏报。

本电路的总电流消耗主要取决于发光二极管的电流，其值最大时约为20mA。其中处于“正常工作范围”发光二极管D1采用绿色指示；超过“正常工作范围”即处于“过压”状态的发光二极管采用红色指示；低于“正常工作范围”即处于“欠压”状态的发光二极管采用黄色指示，这种颜色设计与我们日常生活认知的报警颜色相同，没有任何不适应、不会产生误读。

2.3 1 2 V直流电源

12V直流电源由220V交流电源、变压器T、桥堆B、电容C、以及稳压二极管D产生，作为三态电压报警器的12V供电[4]。如图3所示：

图4 1 2 V直流电源

3 结语

本设计也可以设计为声光报警，既有LED发光报警、同时配有强烈的声音报警。但由于这种报警器是对三种状态指示，而人类对声音的敏感度相对于颜色来说相差很大，即对颜色特别敏感、对声音不很敏感，所以依靠声音区别三种现象不是很容易。如果采用现成的语音集成电路设计，成本高不说，设计难度加大，其实有些画蛇添足。

以上介绍的“LED指示型三态电压报警器”，虽然电路结构比较简单，但设计理念新颖、独特，完全不同于常见的“0或1”报警，可以很好地解决了我们日常生活中的另一种“报警”现象，即“三状态”报警，使我们对人类生活环境的检测更灵活、更人性化，这种三态警示在人类生活环境中还是很必须的。该设计经过仿真测试，证明电路结构完美、元件参数准确，十分利于市场推广。

[1]李中年．控制电器及应用[M]．北京：清华大学出版社,2007．

[2]李仁．电器控制[M]．北京：机械工业出版社,2013．

[3]韩广兴．电子元器件与实用电路基础(修订版)[M]．北京：电子工业出版社,2005

[4]刘畅生．传感器简明手册及应用电路[M]．陕西：西安电子科技大学出版社,2006

LED indicator three state voltage alarm for analog sensor

CUI Jian-guo NING Yong-xiang
（Shanxi Engineering Technology Institute，Yangquan Shanxi 045000,China）

At present，only two kinds of alarm detector or state(or phenomenon)”0”or”1”to provide a warning，the digital sensor suitable for some；but like temperature，water level，f l ow，voltage analog sensor，the output voltage value of the analog signal is a warning or indicator light”on it 0”or”1”two states have been insuff i cient.Provide a simple circuit with four transistors and peripheral components of a detection circuit，the transistor trigger each other or clamp，the analog output signal of the sensor section according to the different voltage under voltage，overvoltage，normal”warning respectively with three light-emitting diodes，perfect solution to another kind of”alarm “phenomenon in our daily life，namely”three state”alarm.

sensor；analog signal；three state；alarm

崔建国（1969—），男，山西阳泉人，大学本科，毕业于桂林电子科技大学，山西工程技术学院副教授。

宁永香（1973—），女，山西阳泉人，硕士研究生，山西工程技术学院副教授。