冰箱門開限時提醒電路,The door opened reminder

關鍵字：門開提醒電路圖

作者：盧望威

電冰箱門長時間打開或者沒有關好，不僅可能使貯藏的食物變質腐壞，還將耗損大量的電能。更嚴重的是箱門開啟著或者處于略微半開半掩狀態，往往不被人發覺。這里推薦的冰箱報警器可以及時地提醒你箱門沒關閉好，讓你立即關好門。以下介紹此報警器電路原理、調試方法及構造結構特點的有關問題。
　　電路原理如
　　下圖所示，電冰箱報警器電路由單一封裝IC、光敏電阻(LDR)、蜂鳴器、二極管及少量電阻、電容構成。在低溫條件下工作意味著所有元器件必須滿足低溫指標的要求。IC要達到-40oC。
　　壓電蜂鳴器要達到-20oC，其他元件如電阻、電容、LDR、二極管也要能夠工作在-20oC以下。
　　電池用堿性的，在低溫下能供給所必須的電流，而且電流消耗不大。處在黑暗中的電路，典型的靜態電流小于6μA，這種小電流防止在持續期間內使電池放電。當報警器發聲時電流消耗只有2mA。
　　報警器工作是基于用LDR進行光的探測。該器件在有足夠光照射在它表面時變為低電阻，小于10kΩ，當它處于黑暗中，它有很高的電阻，大于1MΩ。
　　由LDR與1MΩ微調電阻(VR1)和150k電阻組成分壓器跨接在9V電源上，利用其中LDR電阻的變化。在施密特觸發倒相器IC1a的輸入端(腳1)檢測到LDR上的電壓。
　　IC1a有兩個閾值電壓，分別標定在電源電壓的1／3和2／3。用9V電源，閾值分別為3V和6V。若腳1電壓為6V或高于6V，那么腳2輸出將為0V。
　　若腳1電壓降至低于3V，腳2輸出將為9V。
　　一、報警器處在黑暗中
　　當電冰箱門關閉，LDR完全處于黑暗中，它有高阻。VR1和150k的總電阻現在小于LDR電阻，這引起腳1電壓上升高于施密特觸發器的上閾值。因此，腳2輸出為0V。
　　通過D1及串聯2.2kΩ電阻，使電容C1保持在0V。施密特觸發器IC1b在腳3輸入端檢測C1上的電壓。因而腳3為0V，腳4為9V。
　　二極管和D2和串聯的2.2k電阻把IC1c輸入端腳5拉到9V，因而腳6為0V。IC1c輸出去激發并聯施密特觸發器IC1d、IC1e和IC1f，因為IC1c的輸出為0V，并聯觸發器輸出為9V。
　　IC1d、IC1e和IC1f的輸出腳分別為8、10和12，它們驅動壓電蜂鳴器的負端(-)。在這時，因為壓電蜂鳴器的正端(+)接到9V電源，而負端(-)也接9V，故蜂鳴器不發聲響。
　　在黑暗中，這是冰箱報警器的正常狀態。電池漏電流很小，而且由幾條路徑引起漏電流。
　　一條是電流流經LDR、VR1和150k電阻。在黑暗中LDR有約2MΩ或更高的電阻，這部分電流將小于4.5μA。另一條通路流經D2、串聯2.2k電阻，和IC1c腳5、6間的10MΩ電阻。因為IC1b腳4為9V，IC1c腳6為0V，故有電流通過。此漏電流小于1μA。
　　最后一條漏電流路徑是供電電路本身及跨接在電源的100μF電容。為此，2只100μF電容器應選擇低漏電型的。IC1是CMOS器件，有很低的供電電流，典型地低于0.05μA。總的電流損耗因此為6到7μA。

　　二、冰箱門打開
　　當冰箱門打開時，光照LDR電阻降低，這把lC1a腳1電壓拉到低于它的下閾值，因而腳2達到9V。二極管D1變為反偏置，電容C1現在開始通過100k電阻和微調VR2，由腳2上的9V電壓充電。C1的充電時間用VR2調節，定時值可設定在10秒到100秒之間。當C1上的電壓達到6V，這電壓大于IC1b的正向閾值，它的輸出就是0V。
　　現在D2被反向偏置，已經充電的C2經過腳5和腳6間的10M電阻放電。當C2放電到3V時，達到觸發器IC1c的下限閾值，腳6輸出達到9V。C2現在經1MΩ電阻和二極管D3充電。此充電時間比放電時間快10倍，當這電壓達到lC1c輸入的上限閾值時，腳6輸出達到0V。
　　IC1c如此構成短脈沖發生器，與它的輸出周期比較，只有很短時間輸出9V。
　　當IC1c輸出9V，IC1d、IC1e和IC1f有OV輸出，從而驅動9V供電的壓電蜂鳴器，使它發出聲響。當IC1c輸出變為OV，IC1d、IC1e和IC1f倒相輸出是9V，使蜂鳴器截止不發聲。這樣一系列信號去驅動蜂鳴器發出短脈沖聲響。
　　當電冰箱門再次關閉，LDR變為高阻值。IC1a腳1電位升高到觸發器上限閾值。這要幾秒鐘時間，因為LDR暗阻在這時間內緩慢地升高，才達到最終值。
　　這是一個對低背景光更緩慢響應的器件。VR1去調節對暗度的靈敏度。
　　這調節使報警器在很低光照度下啟動工作，典型的如冰箱門半開半掩的情況。
　　最后，在完全黑暗中，IC1a腳1達到6V，IC1a輸出進入低電位，使C1放電。在IC1b腳4應有9V，它經過D2和2．2k電阻使C2充電。從而使短脈沖發生器處于截止狀態，腳6輸出為OV。
　　電路從9V電池供電。如果電池接反了，D4起到反向保護。100μF電容起到電源去耦作用，并為壓電蜂鳴器發聲提供能量。

結構的注意點
　　本裝置的所有元器件都裝在一塊印板上。元件分布圖及印板圖分別見上圖和下圖。
　　PC板和電池裝在透明的塑料盒內。盒壁的適當位置上打一孔，使光線穿過能落在其內部的LDR上。在底部需鉆2孔，用于固定安裝。在頂部鉆一孔作為聲音發出口。
　　盒要裝在冰箱內靠近開門的位置。
　　以便于探測到內部燈泡和外部進入的光線。關鍵是要探測到外部進入的光線，確定冰箱門是否處在稍微半開半掩狀態。因為內部光線在箱門關閉前由門開關關斷，在門虛掩時內部光線不會被指示。
　　LDR是非線性的，將它的兩根引線插入PC板上，在LDL與PC板間留有10mm長的距離。焊接后，把LDR引線變成對板邊沿成90o角度。
　　調試
　　首先調節VR1到中間位置，VR2反時針調到一邊。接通電池。報警器大約經1O秒鐘后發出短脈沖聲。再檢查安裝在PC板上的元件。再測量IC1a腳2的電壓，應接近9V。IC1b腳4電壓應為0V。IC1腳7和腳14間電壓應大約為9V。
　　調節VR2設定在報警器發聲之前希望有的間歇時間。完全調到順時針一邊，在報警器發聲之前通常提供100秒的間歇。
　　報警器必須安裝在完全黑暗之中，在蜂嗚器才能處于靜止狀態。簡單地用手指蓋住LDR是不夠的。又要注意，報警器在黑暗中要經過10到20秒才關閉，因為LDR的暗阻是緩慢地增加。在冷凍箱中，這時間可能升高達幾分鐘。
　　可把報警器放在抽屜里進行調試。
　　若抽屜略微拉開，調節VR1使報警器發聲。現在把報警器放在冰箱內，調試它在溫度穩定之后能正確工作。
　　如果報警器放在冷凍箱中，就需要重調VR1。這是由于IC1a的閾值電壓隨溫度而變化。而且LDR的暗阻不會提高達到室溫下的大小。
　　改進
　　若要加長延時，就加大電容C1的值。用220μF電容就可有2倍的延時。
　　如果要提高報警器的突發速率，可減小C2值。
　　冰箱門報警器也可作為抽屜和箱柜的報警。在這種情況，取短的延遲時間為好。減小C1就會減小這時間。裝在電源部分的開關也能解除報警器的工作。