如何通過電路設(shè)計(jì)讓您的家更智能

電路反映了電子產(chǎn)品和設(shè)備中各種元件的電氣連接，以幫助人們盡快熟悉電子設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。在這里，我們將介紹幾種可用的家庭愛好電路，以及它們的設(shè)計(jì)原理和組件選擇。它們將為您的日常生活提供更多便利。

紅外探測防盜報(bào)警器

該報(bào)警器可以檢測人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，可以發(fā)出警報(bào)。適用于家庭、辦公室、倉庫和實(shí)驗(yàn)室。

1） 電路圖

圖1：紅外檢測報(bào)警電路

該裝置由紅外傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和音頻報(bào)警電路組成。當(dāng)傳感器IC1檢測到前方人體輻射的紅外信號時(shí)，從引腳②輸出微弱的電信號。經(jīng)三極管VT1構(gòu)成的一級放大電路放大后，經(jīng)C2高增益低噪聲放大后輸入到運(yùn)算放大器IC2。IC3 用作電壓比較器。其腳⑤參考電壓由R10和VD1提供。當(dāng)IC2腳①輸出的信號電壓經(jīng)過IC3腳⑥時(shí)，比較兩個(gè)輸入端的電壓。此時(shí)IC3腳⑦由高電平變?yōu)榈碗娖健C4為報(bào)警延時(shí)電路，由R14和C6組成。其持續(xù)時(shí)間約為一分鐘。

當(dāng)IC3 pin⑦變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，C6通過VD2放電，IC4 pin②變?yōu)榈碗娖?，與IC4 pin③參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)?shù)陀谄鋮⒖茧妷簳r(shí)，IC4腳①變?yōu)楦唠娖剑琕T2導(dǎo)通，蜂鳴器BL通電并發(fā)出報(bào)警聲。人的紅外信號消失后，IC3腳⑦輸出高電平，此時(shí)VD2截止。由于C6兩端電壓不能突變，通過R14對C6緩慢充電。當(dāng)C6兩端電壓高于其參考電壓時(shí)，IC4腳①變?yōu)榈碗娖郊s一分鐘。即，鬧鈴時(shí)間為一分鐘。

通電延時(shí)電路由VT3、R20、C8組成。主要是防止上電立即報(bào)警，使用戶有足夠的時(shí)間離開監(jiān)控現(xiàn)場，同時(shí)防止停電時(shí)誤報(bào)警。該器件使用 9 至 12 VDC 電源，具有 T 降壓、全橋整流和 C10 濾波功能。檢測電路采用IC5供電，交直流自動不間斷轉(zhuǎn)換。

2）元器件選擇

IC1采用進(jìn)口器件Q74，波長9～10μm。IC2采用運(yùn)放LM358，增益高，功耗低。IC3和IC4是低功耗、低失調(diào)電壓的雙電壓比較器LM393。其中C2和C5必須使用漏極小的鉭電容，否則會影響調(diào)試。R12是調(diào)節(jié)靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選擇線性高精度密封型。可以選擇其他元件，如電路圖所示。

3）DIY和調(diào)整

制作時(shí)，在IC1傳感器前面安裝了一個(gè)菲涅耳透鏡。由于人體的頻率范圍是0.1～10Hz，所以需要用菲涅耳透鏡對人體的頻率進(jìn)行倍增。安裝完成后，接通電源進(jìn)行調(diào)試。讓一個(gè)人在探測器前面走大約7到10米，調(diào)整電路中的R12，使蜂鳴器報(bào)警。只要其他零件質(zhì)量好，焊接正確，無需調(diào)試即可正常工作。本機(jī)靜態(tài)工作電流約為10毫安。上電約一分鐘后進(jìn)入等待狀態(tài)。只要有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，就會報(bào)警并在一分鐘內(nèi)停止。另外，如果將蜂鳴器改成繼電器驅(qū)動其他設(shè)備，也會用于其他控制。

禁止吸煙警告裝置

禁止吸煙警示裝置可用于家庭居室或各種禁止吸煙的場所（如醫(yī)院、會議室等）。當(dāng)有人吸煙時(shí)，禁止吸煙警告裝置會發(fā)出“禁止吸煙！”的警告聲。提醒吸煙者自覺戒煙。

1） 電路圖

圖 2：煙霧報(bào)警器電路

禁煙警示電路由煙霧探測器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、語音發(fā)生器和功率放大電路組成。煙霧探測器由電位器RP1、電阻器R1和氣體傳感器組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有時(shí)基集成電路IC1、電阻器R2、電容器C1、電位器RP2。語音發(fā)生器電路由語音集成電路IC2、電阻器R3-R5、電容器C2和穩(wěn)壓二極管VS組成。音頻功放電路包括晶體管V、升壓功放模塊IC3、電阻R6、R7、電容C3、C4、揚(yáng)聲器BL。

當(dāng)氣體傳感器沒有檢測到煙霧時(shí)，A和B之間的電阻值比較大。IC1 pin2為高電平（高于2VCC/3），pin3輸出低電平，而語音發(fā)生器電路和音頻功放電路不工作。當(dāng)有人吸煙，氣體傳感器檢測到煙霧時(shí)，A和B之間的電阻值變小，導(dǎo)致IC1 pin2的電壓下降。當(dāng)該管腳電壓下降到 VCC/3 時(shí)，IC1 管腳 3 由低電平變?yōu)楦唠娖健８唠娖浇?jīng)過限流器R3、濾波器C2和穩(wěn)壓二極管VS，產(chǎn)生4.2V直流電壓，供給語音IC2和晶振臂。IC2通電工作后，輸出語音電信號。信號經(jīng)V和IC3放大后，使BL發(fā)出“禁止吸煙！”的語音警告聲。

2） 元器件選擇

Rl~R7選用1/4W碳膜電阻器或金屬膜電阻器。RP1和RP2可選用小型線性電位器或可變電阻器。C1、C2、C4均采用耐壓16V的鋁電解電容；C3 使用獨(dú)石電容器。VS選用1/2W、4.2V的硅齊納二極管。V 使用 S9013 或 C8050 硅 NPN 晶體管。IC1采用NE555定時(shí)器IC；IC2采用語音集成電路；lC3采用WVH68升壓功放厚模IC。BL選用8Ω、1~3W的電動揚(yáng)聲器。氣體傳感器為MQK-2型傳感器。

3） DIY 和調(diào)整

此禁止吸煙警告裝置可用作煙霧報(bào)警器，以檢測火災(zāi)或有害氣體，以及可燃?xì)怏w。調(diào)節(jié)RP1電阻可以改變氣敏元件的加熱電流（一般為130mA左右）。并且調(diào)整RP2電阻可以改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的靈敏度。

簡易溫度控制器

本電路是一個(gè)由555定時(shí)器IC和少量外圍元件組成的溫度自動控制器。因?yàn)殡娐分忻恳稽c(diǎn)的電壓都來自同一個(gè)直流電源，所以不需要高性能穩(wěn)壓電源。采用電容降壓方式可以可靠工作。電路元件價(jià)格低，體積小，業(yè)余條件下易于自制。本電路制成的自動溫度控制器，可用于工業(yè)生產(chǎn)和家庭使用的電加熱控制，效果良好。

1） 電路圖

圖 3：基于 555 定時(shí)器的溫度控制電路

溫度較低時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt阻值較大，555定時(shí)器IC的2腳電位低于Ec電壓的1/3（約4V），其3腳輸出高電平。 此時(shí)，V導(dǎo)通，加熱器RL加熱，計(jì)時(shí)循環(huán)開始。當(dāng)熱敏電阻Rt的溫度高于設(shè)定值且定時(shí)循環(huán)未完成時(shí)，定時(shí)循環(huán)停止后，加熱器RL將切斷。當(dāng) Rt 溫度降至設(shè)定值以下時(shí)，V 將再次導(dǎo)通并打開加熱器 RL 進(jìn)行加熱。這樣就可以實(shí)現(xiàn)溫度的自動控制。

2）元件選擇

本電路中，熱敏電阻Rt可以是負(fù)溫度系數(shù)型MF12或MF53，也可以是不同阻值的其他類型的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，只要在要控制的溫度條件下滿足Rt＋VR1=2R4即可。 較大的電位器 VR1 可以有較大的調(diào)節(jié)范圍，但其靈敏度會降低。雙向晶閘管V也可以根據(jù)負(fù)載電流的大小來選擇。對其他組件沒有特殊要求。根據(jù)電路圖中給出的參數(shù)進(jìn)行選擇。

3）DIY和調(diào)整

整個(gè)電路可以安裝在PCB上。一般不需要調(diào)試。時(shí)間間隔為1….1R2×C3，應(yīng)小于加熱系統(tǒng)的熱時(shí)間常數(shù)，但不能太小，否則會因晶閘管V快速導(dǎo)通或關(guān)斷而造成射頻干擾過大。安裝調(diào)試好后放入小塑料盒中，將熱敏電阻Rt引到需要的地方即可。

數(shù)字溫度計(jì)

本電路是采用AD590專用集成溫度傳感器制作的溫度計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、精度高等特點(diǎn)。

1） 電路圖

圖 4：數(shù)字溫度計(jì)電路

100V交流電壓經(jīng)過變壓器T1、整流橋堆UR和電容C1后，得到直流電壓，然后可調(diào)穩(wěn)壓電路μA723C為溫度傳感器AD590提供穩(wěn)定的工作電壓。AD590是一種新型的電流輸出溫度傳感器，由多個(gè)相同參數(shù)的晶體管和電阻組成。當(dāng)傳感器兩端施加特定的直流工作電壓時(shí)，如果傳感器溫度為1攝氏度，傳感器的輸出電流變化1μA。傳感器的變化電流通過電阻R5和可變電阻RP2轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸出到數(shù)字儀表，顯示溫度變化。

2）元器件選擇

IC選用AD590系列溫度傳感器。本電路其他元件無特殊要求，可根據(jù)電路圖中給出的參數(shù)選擇。

3）DIY與調(diào)整

通過調(diào)整電阻R5和可變電阻RP2的阻值，可以提高電路輸出的靈敏度。

自動魚缸水溫控制器

全自動魚缸水溫控制器采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻作為溫度傳感器，通過加熱氣體自動加熱魚缸。該電路的瞬態(tài)時(shí)間小，有利于溫度控制的準(zhǔn)確性。并且適用于各種尺寸的魚缸。

1） 電路圖

圖5：魚缸水溫自動控制

經(jīng)二極管VD2～VD5整流，電容C2濾波后，給電路的控制部分提供12V左右的電壓。555定時(shí)器接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，瞬態(tài)11s。設(shè)置控制溫度為25℃，調(diào)節(jié)電位器RP，使RP+Rt=2R1（Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）。當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，Rt電阻值增大，555定時(shí)器的pin2為低電平，pin3輸出由低電平變?yōu)楦唠娖健＠^電器 K 接通，其觸點(diǎn)閉合。加熱管開始加熱，直到溫度回到25℃，Rt電阻值變小，555定時(shí)器的pin2為高電平，pin3輸出低電平。繼電器 K 失電，其觸點(diǎn)打開，加熱停止。

2）元器件選擇

IC采用NE555、NA555、SL555等555定時(shí)器IC；VD1采用IN4148硅開關(guān)二極管；LED采用普通發(fā)光二極管；VD2~VD5采用IN4001硅整流二極管；Rt在室溫下采用470Ω MF51型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；RP采用WSW有機(jī)實(shí)心微調(diào)電位器；R1和R2采用RXT-1/8W碳膜電阻；C1、C3采用CD11-16V電解電容；C2采用CT1陶瓷介質(zhì)電容；K采用12V JZC-22F電磁繼電器。

3） DIY和調(diào)整

溫度傳感器探頭用導(dǎo)線連接熱敏電阻Rt，然后用環(huán)氧樹脂膠密封焊點(diǎn)，避免水蝕。只要在DIY過程中電路正確，這個(gè)電路就很容易操作。如果組件性能好，安裝后無需調(diào)試即可使用。

循環(huán)工作時(shí)序控制器

電路可以設(shè)置設(shè)備的循環(huán)時(shí)間和每次工作的時(shí)間，讓設(shè)備按照設(shè)定的時(shí)間連續(xù)工作。該電路可應(yīng)用于定時(shí)抽氣、定時(shí)換氣、定時(shí)切斷等控制場合。

1） 電路工作模型

圖 6：循環(huán)計(jì)時(shí)電路

電路經(jīng)電容C2和泄壓電阻R3降壓后，再經(jīng)橋堆IC2整流，經(jīng)VD2穩(wěn)壓后，得到12V左右的直流電壓，為IC1等電路供電。IC1是一個(gè)14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器集成電路。由R1、R2、C1和IC1的內(nèi)部電路組成具有一定頻率的時(shí)鐘振蕩器，為IC1定時(shí)提供時(shí)鐘脈沖。電路上電時(shí)，首先進(jìn)入器件的工作間隙等待時(shí)間。IC1內(nèi)部通過對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和分頻來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。當(dāng)定時(shí)到時(shí)（根據(jù)圖中參數(shù)，約3小時(shí)），IC1的Q14端輸出高電平，使三極管V導(dǎo)通。繼電器KA開始工作，帶動受控設(shè)備開始工作。此時(shí)，IC1重新開始計(jì)時(shí)設(shè)備的工作時(shí)間。當(dāng)定時(shí)到時(shí)（根據(jù)圖中參數(shù)，約20分鐘），Q14端輸出低電平。使V被切斷，設(shè)備停止工作。同時(shí)，IC1 自動復(fù)位并開始下一次計(jì)時(shí)。使設(shè)備可以根據(jù)需要進(jìn)行定時(shí)循環(huán)。圖中，VL 為工作指示燈。

2） 元件選擇

集成電路IC1選用14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器CD4066，或CC4066或其他具有相同功能的數(shù)字電路集成電路塊。IC2選用1A、50V的橋堆，也可外接4個(gè)1N4007二極管。晶體管V使用NPN型晶體管8050，也可以使用9013或3DG12等其他晶體管。VD1選用整流二極管1N4007；VD1選用1W、12V的硅穩(wěn)壓管，如1N4742；VD3～VD5選用開關(guān)二極管1N4148；VL選用普通發(fā)光二極管。電阻R1、R2、R4、R6、R7采用1/4W金屬膜電阻；R3和R5使用1/2W碳膜電阻。C1選用滌綸或獨(dú)石電容；C2選用耐壓450V及以上的聚丙烯電容；C3選用耐壓16V的鋁電解電容。

3） DIY與調(diào)整

電路安裝后無需調(diào)試即可正常工作。當(dāng)需要調(diào)整控制時(shí)間時(shí)，可以調(diào)整R1、C1的參數(shù)。也可以改變IC1輸出控制端（Q4~Q14）的位置。

家用電器過壓自動斷電裝置

由于市電不穩(wěn)定，家用電器經(jīng)常受到影響，使用壽命可能會縮短。嚴(yán)重時(shí)容易因電壓浪涌而燒毀。本例中描述的電路可以很好地解決這個(gè)問題。

1） 電路工作模型

圖 7：電器的過壓保護(hù)電路

市電通過C1、VD1、DW1為開關(guān)集成電路提供穩(wěn)定的12V工作電壓。VD3、R2和RP1組成分壓采樣電路。市電電壓正常時(shí)，DW2無法開啟，TWH8778腳⑤工作電壓低于1.6V。繼電器J不吸合，市電通過J-1常閉觸點(diǎn)給CZ插座供電。當(dāng)市電電壓高于正常設(shè)定值時(shí)，DW2擊穿，TWH8778腳⑤電位上升到1.6V，使IC翻轉(zhuǎn)，③腳輸出高電平。此時(shí)繼電器吸合，立即切斷電源，避免過電壓影響電器。

2）元件選擇

C1選用0.47μ/400V電解電容，繼電器J選用6V直流接觸器；RP采用普通微調(diào)電位器，芯片IC可以是TWH8778型電子開關(guān)或TWH8752型電子開關(guān)。

3）DIY與調(diào)整

設(shè)備焊接正確后，將市電接到穩(wěn)壓器輸入端，配合穩(wěn)壓器仔細(xì)調(diào)整RP1，使繼電器J在電壓為250V時(shí)閉合，然后該電路連接到主電網(wǎng)。

風(fēng)扇自動溫控調(diào)速器

這是一款電風(fēng)扇自動溫控調(diào)速器，可根據(jù)溫度變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電路可調(diào)節(jié)，可用于其他電氣設(shè)備的控制。

1） 電路工作模型

圖 8：風(fēng)扇電路中的自動溫度控制和速度調(diào)節(jié)

圖中IC為555定時(shí)器IC，由R2、R3、C2組成多諧振蕩器。它可以發(fā)出具有可調(diào)占空比的矩形波信號。當(dāng)溫度變化時(shí)，熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，因此多諧振蕩器輸出方波的占空比發(fā)生變化。調(diào)節(jié)雙向晶閘管 VT 的導(dǎo)通角會改變風(fēng)扇電極兩端的電壓，從而自動調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

2）元器件選擇

集成電路IC選用NE555定時(shí)器，也可采用LM555、TLC555等型號。VT為雙向晶閘管，其耐壓應(yīng)在400V以上，額定電流應(yīng)根據(jù)被控電風(fēng)扇的容量合理選擇。電阻R1～R5可選擇普通1/8或1/4W碳膜電阻；Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，可以選擇常溫下阻值為10KΩ左右的熱敏電阻。電容C1采用普通鋁電解電容；電容器 C2 和 C3 是聚酯電容器。VD是穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓9.1V。

3）DIY和調(diào)整

您可以自己制作PCB，也可以使用通用的。電路安裝好后，可以人為改變熱敏電阻Rt的溫度，觀察風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果控溫效果不理想，可以適當(dāng)調(diào)整熱敏電阻的阻值或溫度變化范圍。

沸水報(bào)警器

廚房燒水時(shí)，一旦水沸騰，如不及時(shí)關(guān)氣，開水就會溢出，熄滅火焰。氣體可能會溢出，這是非常不安全的。這個(gè)問題可以通過使用水警報(bào)來解決。

1） 電路工作模型

圖 9：沸水報(bào)警電路

該電路使用熱敏電阻作為溫度傳感元件。當(dāng)水溫升高時(shí)，熱敏電阻的阻值降低，A點(diǎn)電位升高。當(dāng)A點(diǎn)電位高于IC-1逆變器的轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，IC-1輸出低電平，IC-2輸出高電平。使IC-3和IC-4組成的音頻振蕩器工作，壓電陶瓷片發(fā)出聲音。當(dāng)IC-2輸出低電平時(shí)，音頻振蕩器不工作，壓電陶瓷芯片無聲。

2）元器件選擇

IC采用C066二輸入端四與非門，工作電壓3V~18V，供電電源3V~6V；RT熱敏電阻選擇阻值約1kΩ；壓電陶瓷芯片直徑為27mm；電阻選用普通1/8或1/4W金屬膜電阻。

3）DIY和調(diào)整

找兩個(gè)廢熒光燈的啟動器外殼，用鐵皮做夾子，把兩個(gè)啟動器的頂部合上，用螺絲固定。其中一個(gè)啟動器可以設(shè)置在水壺的嘴上，以獲得水的溫度。熱敏電阻的兩個(gè)引腳焊接在另一個(gè)啟動器的蓋子上并放入外殼中。注意熱敏電阻必須靠近內(nèi)殼壁，以利于熱傳遞。焊接熱敏電阻的外引線和溫度傳感器。所有元件焊接檢查完畢后，即可打開電源進(jìn)行調(diào)試。將溫度傳感器放在水壺口上，水開時(shí)調(diào)節(jié)RP，使壓電陶瓷片發(fā)出聲音。重復(fù)幾次，此電路才能正常使用。如果你想改變聲音的頻率，您可以更改 C2 容量。如果你覺得聲音很輕，可以在IC-4輸出端外接一個(gè)晶體管來放大聲音。

審核編輯：郭婷