如何通过电路设计让您的家更智能

电路反映了电子产品和设备中各种元件的电气连接，以帮助人们尽快熟悉电子设备的电路结构和工作原理。在这里，我们将介绍几种可用的家庭爱好电路，以及它们的设计原理和组件选择。它们将为您的日常生活提供更多便利。

红外探测防盗报警器

该报警器可以检测人体发出的红外线，当有人进入监控区域时，可以发出警报。适用于家庭、办公室、仓库和实验室。

1） 电路图

图1：红外检测报警电路

该装置由红外传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音频报警电路组成。当传感器IC1检测到前方人体辐射的红外信号时，从引脚②输出微弱的电信号。经三极管VT1构成的一级放大电路放大后，经C2高增益低噪声放大后输入到运算放大器IC2。IC3 用作电压比较器。其脚⑤参考电压由R10和VD1提供。当IC2脚①输出的信号电压经过IC3脚⑥时，比较两个输入端的电压。此时IC3脚⑦由高电平变为低电平。IC4为报警延时电路，由R14和C6组成。其持续时间约为一分钟。

当IC3 pin⑦变为低电平时，C6通过VD2放电，IC4 pin②变为低电平，与IC4 pin③参考电压进行比较。当低于其参考电压时，IC4脚①变为高电平，VT2导通，蜂鸣器BL通电并发出报警声。人的红外信号消失后，IC3脚⑦输出高电平，此时VD2截止。由于C6两端电压不能突变，通过R14对C6缓慢充电。当C6两端电压高于其参考电压时，IC4脚①变为低电平约一分钟。即，闹铃时间为一分钟。

通电延时电路由VT3、R20、C8组成。主要是防止上电立即报警，使用户有足够的时间离开监控现场，同时防止停电时误报警。该器件使用 9 至 12 VDC 电源，具有 T 降压、全桥整流和 C10 滤波功能。检测电路采用IC5供电，交直流自动不间断转换。

2）元器件选择

IC1采用进口器件Q74，波长9～10μm。IC2采用运放LM358，增益高，功耗低。IC3和IC4是低功耗、低失调电压的双电压比较器LM393。其中C2和C5必须使用漏极小的钽电容，否则会影响调试。R12是调节灵敏度的关键元件，应选择线性高精度密封型。可以选择其他元件，如电路图所示。

3）DIY和调整

制作时，在IC1传感器前面安装了一个菲涅耳透镜。由于人体的频率范围是0.1～10Hz，所以需要用菲涅耳透镜对人体的频率进行倍增。安装完成后，接通电源进行调试。让一个人在探测器前面走大约7到10米，调整电路中的R12，使蜂鸣器报警。只要其他零件质量好，焊接正确，无需调试即可正常工作。本机静态工作电流约为10毫安。上电约一分钟后进入等待状态。只要有人进入监控区域，就会报警并在一分钟内停止。另外，如果将蜂鸣器改成继电器驱动其他设备，也会用于其他控制。

禁止吸烟警告装置

禁止吸烟警示装置可用于家庭居室或各种禁止吸烟的场所（如医院、会议室等）。当有人吸烟时，禁止吸烟警告装置会发出“禁止吸烟！”的警告声。提醒吸烟者自觉戒烟。

1） 电路图

图 2：烟雾报警器电路

禁烟警示电路由烟雾探测器、单稳态触发器、语音发生器和功率放大电路组成。烟雾探测器由电位器RP1、电阻器R1和气体传感器组成。单稳态触发器有时基集成电路IC1、电阻器R2、电容器C1、电位器RP2。语音发生器电路由语音集成电路IC2、电阻器R3-R5、电容器C2和稳压二极管VS组成。音频功放电路包括晶体管V、升压功放模块IC3、电阻R6、R7、电容C3、C4、扬声器BL。

当气体传感器没有检测到烟雾时，A和B之间的电阻值比较大。IC1 pin2为高电平（高于2VCC/3），pin3输出低电平，而语音发生器电路和音频功放电路不工作。当有人吸烟，气体传感器检测到烟雾时，A和B之间的电阻值变小，导致IC1 pin2的电压下降。当该管脚电压下降到 VCC/3 时，IC1 管脚 3 由低电平变为高电平。高电平经过限流器R3、滤波器C2和稳压二极管VS，产生4.2V直流电压，供给语音IC2和晶振臂。IC2通电工作后，输出语音电信号。信号经V和IC3放大后，使BL发出“禁止吸烟！”的语音警告声。

2） 元器件选择

Rl~R7选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RP1和RP2可选用小型线性电位器或可变电阻器。C1、C2、C4均采用耐压16V的铝电解电容；C3 使用独石电容器。VS选用1/2W、4.2V的硅齐纳二极管。V 使用 S9013 或 C8050 硅 NPN 晶体管。IC1采用NE555定时器IC；IC2采用语音集成电路；lC3采用WVH68升压功放厚模IC。BL选用8Ω、1~3W的电动扬声器。气体传感器为MQK-2型传感器。

3） DIY 和调整

此禁止吸烟警告装置可用作烟雾报警器，以检测火灾或有害气体，以及可燃气体。调节RP1电阻可以改变气敏元件的加热电流（一般为130mA左右）。并且调整RP2电阻可以改变单稳态触发电路的灵敏度。

简易温度控制器

本电路是一个由555定时器IC和少量外围元件组成的温度自动控制器。因为电路中每一点的电压都来自同一个直流电源，所以不需要高性能稳压电源。采用电容降压方式可以可靠工作。电路元件价格低，体积小，业余条件下易于自制。本电路制成的自动温度控制器，可用于工业生产和家庭使用的电加热控制，效果良好。

1） 电路图

图 3：基于 555 定时器的温度控制电路

温度较低时，负温度系数的热敏电阻Rt阻值较大，555定时器IC的2脚电位低于Ec电压的1/3（约4V），其3脚输出高电平。 此时，V导通，加热器RL加热，计时循环开始。当热敏电阻Rt的温度高于设定值且定时循环未完成时，定时循环停止后，加热器RL将切断。当 Rt 温度降至设定值以下时，V 将再次导通并打开加热器 RL 进行加热。这样就可以实现温度的自动控制。

2）元件选择

本电路中，热敏电阻Rt可以是负温度系数型MF12或MF53，也可以是不同阻值的其他类型的负温度系数热敏电阻，只要在要控制的温度条件下满足Rt＋VR1=2R4即可。 较大的电位器 VR1 可以有较大的调节范围，但其灵敏度会降低。双向晶闸管V也可以根据负载电流的大小来选择。对其他组件没有特殊要求。根据电路图中给出的参数进行选择。

3）DIY和调整

整个电路可以安装在PCB上。一般不需要调试。时间间隔为1….1R2×C3，应小于加热系统的热时间常数，但不能太小，否则会因晶闸管V快速导通或关断而造成射频干扰过大。安装调试好后放入小塑料盒中，将热敏电阻Rt引到需要的地方即可。

数字温度计

本电路是采用AD590专用集成温度传感器制作的温度计，具有结构简单、使用可靠、精度高等特点。

1） 电路图

图 4：数字温度计电路

100V交流电压经过变压器T1、整流桥堆UR和电容C1后，得到直流电压，然后可调稳压电路μA723C为温度传感器AD590提供稳定的工作电压。AD590是一种新型的电流输出温度传感器，由多个相同参数的晶体管和电阻组成。当传感器两端施加特定的直流工作电压时，如果传感器温度为1摄氏度，传感器的输出电流变化1μA。传感器的变化电流通过电阻R5和可变电阻RP2转换成电压信号，然后输出到数字仪表，显示温度变化。

2）元器件选择

IC选用AD590系列温度传感器。本电路其他元件无特殊要求，可根据电路图中给出的参数选择。

3）DIY与调整

通过调整电阻R5和可变电阻RP2的阻值，可以提高电路输出的灵敏度。

自动鱼缸水温控制器

全自动鱼缸水温控制器采用负温度系数热敏电阻作为温度传感器，通过加热气体自动加热鱼缸。该电路的瞬态时间小，有利于温度控制的准确性。并且适用于各种尺寸的鱼缸。

1） 电路图

图5：鱼缸水温自动控制

经二极管VD2～VD5整流，电容C2滤波后，给电路的控制部分提供12V左右的电压。555定时器接单稳态触发器，瞬态11s。设置控制温度为25℃，调节电位器RP，使RP+Rt=2R1（Rt为负温度系数热敏电阻）。当温度低于25℃时，Rt电阻值增大，555定时器的pin2为低电平，pin3输出由低电平变为高电平。继电器 K 接通，其触点闭合。加热管开始加热，直到温度回到25℃，Rt电阻值变小，555定时器的pin2为高电平，pin3输出低电平。继电器 K 失电，其触点打开，加热停止。

2）元器件选择

IC采用NE555、NA555、SL555等555定时器IC；VD1采用IN4148硅开关二极管；LED采用普通发光二极管；VD2~VD5采用IN4001硅整流二极管；Rt在室温下采用470Ω MF51型负温度系数热敏电阻；RP采用WSW有机实心微调电位器；R1和R2采用RXT-1/8W碳膜电阻；C1、C3采用CD11-16V电解电容；C2采用CT1陶瓷介质电容；K采用12V JZC-22F电磁继电器。

3） DIY和调整

温度传感器探头用导线连接热敏电阻Rt，然后用环氧树脂胶密封焊点，避免水蚀。只要在DIY过程中电路正确，这个电路就很容易操作。如果组件性能好，安装后无需调试即可使用。

循环工作时序控制器

电路可以设置设备的循环时间和每次工作的时间，让设备按照设定的时间连续工作。该电路可应用于定时抽气、定时换气、定时切断等控制场合。

1） 电路工作模型

图 6：循环计时电路

电路经电容C2和泄压电阻R3降压后，再经桥堆IC2整流，经VD2稳压后，得到12V左右的直流电压，为IC1等电路供电。IC1是一个14位二进制计数器/分频器集成电路。由R1、R2、C1和IC1的内部电路组成具有一定频率的时钟振荡器，为IC1定时提供时钟脉冲。电路上电时，首先进入器件的工作间隙等待时间。IC1内部通过对时钟脉冲进行计数和分频来实现延时。当定时到时（根据图中参数，约3小时），IC1的Q14端输出高电平，使三极管V导通。继电器KA开始工作，带动受控设备开始工作。此时，IC1重新开始计时设备的工作时间。当定时到时（根据图中参数，约20分钟），Q14端输出低电平。使V被切断，设备停止工作。同时，IC1 自动复位并开始下一次计时。使设备可以根据需要进行定时循环。图中，VL 为工作指示灯。

2） 元件选择

集成电路IC1选用14位二进制计数器/分频器CD4066，或CC4066或其他具有相同功能的数字电路集成电路块。IC2选用1A、50V的桥堆，也可外接4个1N4007二极管。晶体管V使用NPN型晶体管8050，也可以使用9013或3DG12等其他晶体管。VD1选用整流二极管1N4007；VD1选用1W、12V的硅稳压管，如1N4742；VD3～VD5选用开关二极管1N4148；VL选用普通发光二极管。电阻R1、R2、R4、R6、R7采用1/4W金属膜电阻；R3和R5使用1/2W碳膜电阻。C1选用涤纶或独石电容；C2选用耐压450V及以上的聚丙烯电容；C3选用耐压16V的铝电解电容。

3） DIY与调整

电路安装后无需调试即可正常工作。当需要调整控制时间时，可以调整R1、C1的参数。也可以改变IC1输出控制端（Q4~Q14）的位置。

家用电器过压自动断电装置

由于市电不稳定，家用电器经常受到影响，使用寿命可能会缩短。严重时容易因电压浪涌而烧毁。本例中描述的电路可以很好地解决这个问题。

1） 电路工作模型

图 7：电器的过压保护电路

市电通过C1、VD1、DW1为开关集成电路提供稳定的12V工作电压。VD3、R2和RP1组成分压采样电路。市电电压正常时，DW2无法开启，TWH8778脚⑤工作电压低于1.6V。继电器J不吸合，市电通过J-1常闭触点给CZ插座供电。当市电电压高于正常设定值时，DW2击穿，TWH8778脚⑤电位上升到1.6V，使IC翻转，③脚输出高电平。此时继电器吸合，立即切断电源，避免过电压影响电器。

2）元件选择

C1选用0.47µ/400V电解电容，继电器J选用6V直流接触器；RP采用普通微调电位器，芯片IC可以是TWH8778型电子开关或TWH8752型电子开关。

3）DIY与调整

设备焊接正确后，将市电接到稳压器输入端，配合稳压器仔细调整RP1，使继电器J在电压为250V时闭合，然后该电路连接到主电网。

风扇自动温控调速器

这是一款电风扇自动温控调速器，可根据温度变化自动调节转速。电路可调节，可用于其他电气设备的控制。

1） 电路工作模型

图 8：风扇电路中的自动温度控制和速度调节

图中IC为555定时器IC，由R2、R3、C2组成多谐振荡器。它可以发出具有可调占空比的矩形波信号。当温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化，因此多谐振荡器输出方波的占空比发生变化。调节双向晶闸管 VT 的导通角会改变风扇电极两端的电压，从而自动调节电风扇的转速。

2）元器件选择

集成电路IC选用NE555定时器，也可采用LM555、TLC555等型号。VT为双向晶闸管，其耐压应在400V以上，额定电流应根据被控电风扇的容量合理选择。电阻R1～R5可选择普通1/8或1/4W碳膜电阻；Rt为负温度系数热敏电阻，可以选择常温下阻值为10KΩ左右的热敏电阻。电容C1采用普通铝电解电容；电容器 C2 和 C3 是聚酯电容器。VD是稳压二极管，稳压9.1V。

3）DIY和调整

您可以自己制作PCB，也可以使用通用的。电路安装好后，可以人为改变热敏电阻Rt的温度，观察风扇电机的转速。如果控温效果不理想，可以适当调整热敏电阻的阻值或温度变化范围。

沸水报警器

厨房烧水时，一旦水沸腾，如不及时关气，开水就会溢出，熄灭火焰。气体可能会溢出，这是非常不安全的。这个问题可以通过使用水警报来解决。

1） 电路工作模型

图 9：沸水报警电路

该电路使用热敏电阻作为温度传感元件。当水温升高时，热敏电阻的阻值降低，A点电位升高。当A点电位高于IC-1逆变器的转换电压时，IC-1输出低电平，IC-2输出高电平。使IC-3和IC-4组成的音频振荡器工作，压电陶瓷片发出声音。当IC-2输出低电平时，音频振荡器不工作，压电陶瓷芯片无声。

2）元器件选择

IC采用C066二输入端四与非门，工作电压3V~18V，供电电源3V~6V；RT热敏电阻选择阻值约1kΩ；压电陶瓷芯片直径为27mm；电阻选用普通1/8或1/4W金属膜电阻。

3）DIY和调整

找两个废荧光灯的启动器外壳，用铁皮做夹子，把两个启动器的顶部合上，用螺丝固定。其中一个启动器可以设置在水壶的嘴上，以获得水的温度。热敏电阻的两个引脚焊接在另一个启动器的盖子上并放入外壳中。注意热敏电阻必须靠近内壳壁，以利于热传递。焊接热敏电阻的外引线和温度传感器。所有元件焊接检查完毕后，即可打开电源进行调试。将温度传感器放在水壶口上，水开时调节RP，使压电陶瓷片发出声音。重复几次，此电路才能正常使用。如果你想改变声音的频率，您可以更改 C2 容量。如果你觉得声音很轻，可以在IC-4输出端外接一个晶体管来放大声音。

审核编辑：郭婷