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基于继电器控制的触摸开关设计

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 190次


张建荣

山西大学商务学院 信息学院,山西太原,030031)

摘要:随着人们生活水平的提高,如何实现家用电器智能开关问题逐渐凸显,待机状态下的电器不仅浪费电力资源,而且有很大的安全隐患,经常开关电源也是人们日常生活中很头疼的事情。基于继电器控制的触摸开关很好地解决了这个难题,它操作方便,使用灵活性好,成本低廉。

关键词:触摸开关,继电器,智能开关

 

Design of Touch switch based on Relay control

Zhang Jianrong

(Information Faculty,Business College of Shanxi University, Taiyuan, Shanxi Province,030031)

Abstract: With the improvement of people's living standard, how to realize the intelligent switch of household electrical appliances has been gradually highlighted. Standby state of the electrical appliances is not only a waste of power resources, but also a great security risks. And it is also a headache for people's daily lives to switching power often. The touch switch based on Relay control solves this problem well. It is easy to operate, good flexibility and low cost.

Key words: touch switch, relay, intelligent switch

1 引言

新型的智能住宅采用一系列高技术,实现服务、信息和系统资源的高度共享,为住户提供一种更加安全方便的智能化的生活空间,而目前的很多住宅的开关都是按钮式的,耐用性不是很强,这也给生活的方便性不是很好,为了使在人们可以挥手就能准确而且不费力气就可以关掉开关,因此我们设计了触摸式开关。本触摸开关[1]通过触控屏装置传输信号,控制继电器之后做出数据的传输,控制继电器的通断,进而控制插座通断电。

2 电路设计

2.1电路工作原理

 

 

 

 

 

 

 

1 触摸开关工作原理图

 

1为触摸开关工作原理图。220V交流电经过变压器之后变为5V电压,输入继电器电路和触控屏并控制其开始工作,此时用手触摸触控屏上的键,键灯亮,信号输出,然后继电器传输信号,控制用电器工作 ;再触摸触控屏,信号传输停止,用电器停止工作。

2为触摸开关概要电路图。

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

2 触摸开关概要电路图

 

2.2触控屏

常用的触控屏有电阻触控屏和电容式触控屏[2-3]等。电容式触控屏较电阻触控屏省电,而且使用较方便,效果也较好,因此选用电容式触控屏。触控屏为弱电操作系统,开启/关闭用电器时无火花产生,在洗浴与容易沾水的地方使用很安全。

2.3 继电器

继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 常用的继电器主要有电压继电器、电磁式继电器和固态继电器等。

    电压继电器是一种按电压值动作的继电器。主要用于发电机、变压器和输电线的继电保护装置中,作为过电压保护或低电压闭锁的启动原件。

    电流继电器电流继电器通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。分为:静态电流继电器,无辅源静态电流继电器,电磁式电流继电器,交直流电流继电器,直流电磁式继电器。

固态继电器是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件[4],它利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离,利用大功率三极管、功率场效应管、可控硅等器件的开关特性,来达到无触点、无火花地接通和断开被控电路。广泛应用于计算机外围接口设备、遥控系统、工业自动化装置、照明舞台灯光控制系统、仪器仪表、医疗器械、复印机、保安系统,以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等。

电磁继电器一般由电磁铁,衔铁,弹簧片,触点等组成的[5],其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。在电路中起着自动调节安全保护转换电路作用,本设计选择电磁继电器。

   电磁继电器的工作原理:只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中导通、切断的目的。对于继电器的常开、常闭触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为常开触点;处于接通状态的静触点称为常闭触点

下图3为本设计中电磁继电器电路图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 电磁继电器电路图

2.4变压器

变压器的原理是:当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。

本设计中220V~5V变压器采用的是JD-W30模块。其优点是:电源电压转换稳定,而且带有电流过载保护和过热保护。其体积相对于其他变压器模块小。图4JD-W30模块电路图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  JD-W30模块电路图

3 结果分析

     在测试过程中,当用用手触摸触控屏给出信号之后,继电器工作,对应用电器通电,再次触摸,对应用电器断电,符合设计目的。

4本设计的特点

目前智能开关的种类比较多,但是本设计独特之处在于采用继电器控制,这是大多数开关不具有的。因此,本次设计的触摸开关具有以下特点:

1)安装方便:标准86式墙壁开关外型设计,不需接零线,不需对灯具改动任何接配件,可直接替换原有墙壁开关;

2)防雷设计:设有防雷功能,性能安全可靠;

3)来电自熄:电网停电后再来电,开关自动处于关闭状态,避免浪费电能;

4)超低供耗设计,待机耗电:小于0.011W,根据1度电=1千瓦时的公式计算:全年耗电=0.011W×24小时×365天)÷1千瓦时=0.096度电(10年不足1度电);

5)安全性好:开关面板为弱电操作系统,开启/关闭灯具时无火花产生,在洗浴与容易沾水的地方使用很安全。

6)维修方便:某一个开关故障不会影响其它开关的使用,用户可直接换新的智能开关安装上去即可,在维修期间可用普通开关直接代替使用,不会影响正常照明。

7)电路简单,成本低廉,便于推广。

 

参考文献

 [1]触摸式电子开关的设计与应用[J].楼建明,傅越千.宁波高等专科学校学报.2001,13(4).

 [2]电容式触摸感应开关设计与实现[J].徐忠坤,谷瑞华.电子设计工程.2013,21(19):83-85.

 [3]电容式触摸屏的多点解决方案[D]. 周自立. 广东:华南理工大学.2012.

 [4]固态继电器的特点及应用[J].周卫兵.山西电子技术.2010(1):90-92.

[5]一种电磁电压继电器自动检测系统的研制[D].彭江波.广东:汕头大学,2008.

 

 

 

 

作者简历:张建荣,女,汉族,1983.5,讲师,硕士研究生,毕业于太原理工大学信号与信息处理专业,主要研究方向为信号与信息处理。

 

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