冰箱門開限時(shí)提醒電路,The door opened reminder

作者：盧望威

電冰箱門長時(shí)間打開或者沒有關(guān)好，不僅可能使貯藏的食物變質(zhì)腐壞，還將耗損大量的電能。更嚴(yán)重的是箱門開啟著或者處于略微半開半掩狀態(tài)，往往不被人發(fā)覺。這里推薦的冰箱報(bào)警器可以及時(shí)地提醒你箱門沒關(guān)閉好，讓你立即關(guān)好門。以下介紹此報(bào)警器電路原理、調(diào)試方法及構(gòu)造結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的有關(guān)問題。
電路原理如
下圖所示，電冰箱報(bào)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(gòu)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(biāo)的要求。IC要達(dá)到-40oC。
壓電蜂鳴器要達(dá)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(tài)電流小于6μA，這種小電流防止在持續(xù)期間內(nèi)使電池放電。當(dāng)報(bào)警器發(fā)聲時(shí)電流消耗只有2mA。
報(bào)警器工作是基于用LDR進(jìn)行光的探測。該器件在有足夠光照射在它表面時(shí)變?yōu)榈碗娮瑁∮?0kΩ，當(dāng)它處于黑暗中，它有很高的電阻，大于1MΩ。
由LDR與1MΩ微調(diào)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(fā)倒相器IC1a的輸入端(腳1)檢測到LDR上的電壓。
IC1a有兩個(gè)閾值電壓，分別標(biāo)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(bào)警器處在黑暗中
當(dāng)電冰箱門關(guān)閉，LDR完全處于黑暗中，它有高阻。VR1和150k的總電阻現(xiàn)在小于LDR電阻，這引起腳1電壓上升高于施密特觸發(fā)器的上閾值。因此，腳2輸出為0V。
通過D1及串聯(lián)2.2kΩ電阻，使電容C1保持在0V。施密特觸發(fā)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(lián)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(fā)并聯(lián)施密特觸發(fā)器IC1d、IC1e和IC1f，因?yàn)镮C1c的輸出為0V，并聯(lián)觸發(fā)器輸出為9V。
IC1d、IC1e和IC1f的輸出腳分別為8、10和12，它們驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器的負(fù)端(-)。在這時(shí)，因?yàn)閴弘姺澍Q器的正端(+)接到9V電源，而負(fù)端(-)也接9V，故蜂鳴器不發(fā)聲響。
在黑暗中，這是冰箱報(bào)警器的正常狀態(tài)。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(jīng)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(jīng)D2、串聯(lián)2.2k電阻，和IC1c腳5、6間的10MΩ電阻。因?yàn)镮C1b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(yīng)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?？偟碾娏鲹p耗因此為6到7μA。

二、冰箱門打開
當(dāng)冰箱門打開時(shí)，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(dá)到9V。二極管D1變?yōu)榉雌?，電容C1現(xiàn)在開始通過100k電阻和微調(diào)VR2，由腳2上的9V電壓充電。C1的充電時(shí)間用VR2調(diào)節(jié)，定時(shí)值可設(shè)定在10秒到100秒之間。當(dāng)C1上的電壓達(dá)到6V，這電壓大于IC1b的正向閾值，它的輸出就是0V。
現(xiàn)在D2被反向偏置，已經(jīng)充電的C2經(jīng)過腳5和腳6間的10M電阻放電。當(dāng)C2放電到3V時(shí)，達(dá)到觸發(fā)器IC1c的下限閾值，腳6輸出達(dá)到9V。C2現(xiàn)在經(jīng)1MΩ電阻和二極管D3充電。此充電時(shí)間比放電時(shí)間快10倍，當(dāng)這電壓達(dá)到lC1c輸入的上限閾值時(shí)，腳6輸出達(dá)到0V。
IC1c如此構(gòu)成短脈沖發(fā)生器，與它的輸出周期比較，只有很短時(shí)間輸出9V。
當(dāng)IC1c輸出9V，IC1d、IC1e和IC1f有OV輸出，從而驅(qū)動(dòng)9V供電的壓電蜂鳴器，使它發(fā)出聲響。當(dāng)IC1c輸出變?yōu)镺V，IC1d、IC1e和IC1f倒相輸出是9V，使蜂鳴器截止不發(fā)聲。這樣一系列信號(hào)去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出短脈沖聲響。
當(dāng)電冰箱門再次關(guān)閉，LDR變?yōu)楦咦柚?。IC1a腳1電位升高到觸發(fā)器上限閾值。這要幾秒鐘時(shí)間，因?yàn)長DR暗阻在這時(shí)間內(nèi)緩慢地升高，才達(dá)到最終值。
這是一個(gè)對低背景光更緩慢響應(yīng)的器件。VR1去調(diào)節(jié)對暗度的靈敏度。
這調(diào)節(jié)使報(bào)警器在很低光照度下啟動(dòng)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(dá)到6V，IC1a輸出進(jìn)入低電位，使C1放電。在IC1b腳4應(yīng)有9V，它經(jīng)過D2和2．2k電阻使C2充電。從而使短脈沖發(fā)生器處于截止?fàn)顟B(tài)，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(hù)。100μF電容起到電源去耦作用，并為壓電蜂鳴器發(fā)聲提供能量。

結(jié)構(gòu)的注意點(diǎn)
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(nèi)。盒壁的適當(dāng)位置上打一孔，使光線穿過能落在其內(nèi)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(fā)出口。
盒要裝在冰箱內(nèi)靠近開門的位置。
以便于探測到內(nèi)部燈泡和外部進(jìn)入的光線。關(guān)鍵是要探測到外部進(jìn)入的光線，確定冰箱門是否處在稍微半開半掩狀態(tài)。因?yàn)閮?nèi)部光線在箱門關(guān)閉前由門開關(guān)關(guān)斷，在門虛掩時(shí)內(nèi)部光線不會(huì)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(diào)試
首先調(diào)節(jié)VR1到中間位置，VR2反時(shí)針調(diào)到一邊。接通電池。報(bào)警器大約經(jīng)1O秒鐘后發(fā)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(yīng)接近9V。IC1b腳4電壓應(yīng)為0V。IC1腳7和腳14間電壓應(yīng)大約為9V。
調(diào)節(jié)VR2設(shè)定在報(bào)警器發(fā)聲之前希望有的間歇時(shí)間。完全調(diào)到順時(shí)針一邊，在報(bào)警器發(fā)聲之前通常提供100秒的間歇。
報(bào)警器必須安裝在完全黑暗之中，在蜂嗚器才能處于靜止?fàn)顟B(tài)。簡單地用手指蓋住LDR是不夠的。又要注意，報(bào)警器在黑暗中要經(jīng)過10到20秒才關(guān)閉，因?yàn)長DR的暗阻是緩慢地增加。在冷凍箱中，這時(shí)間可能升高達(dá)幾分鐘。
可把報(bào)警器放在抽屜里進(jìn)行調(diào)試。
若抽屜略微拉開，調(diào)節(jié)VR1使報(bào)警器發(fā)聲。現(xiàn)在把報(bào)警器放在冰箱內(nèi)，調(diào)試它在溫度穩(wěn)定之后能正確工作。
如果報(bào)警器放在冷凍箱中，就需要重調(diào)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(huì)提高達(dá)到室溫下的大小。
改進(jìn)
若要加長延時(shí)，就加大電容C1的值。用220μF電容就可有2倍的延時(shí)。
如果要提高報(bào)警器的突發(fā)速率，可減小C2值。
冰箱門報(bào)警器也可作為抽屜和箱柜的報(bào)警。在這種情況，取短的延遲時(shí)間為好。減小C1就會(huì)減小這時(shí)間。裝在電源部分的開關(guān)也能解除報(bào)警器的工作。