創意電子小製作,老人多用途報警手杖

2020-12-23 電子工程師小李

動手在普通手杖內安裝上下面介紹的多功能報警電路,可製成新穎的老人多用途報警手杖,把它送給年邁的爺爺、奶奶或父母,可表達出自己的一片孝心!

這種多用途報警手杖具有老人橫穿馬路聲光警示、發生意外尋求救助、防盜報警、天亮報曉等4種功能,是老人生活中非常有用的「好幫手」!

弄懂工作原理

老人多用途報警手杖的電路如圖19-1所示,它主要採用了模擬聲集成電路A。平時,模擬聲集成電路A不工作,晶體三極體VT1、VT2均截止,整個電路靜態耗電甚微(實測總電流<3μA)。當模擬聲集成電路A的觸發端TG受到高電平(或正脈衝)觸發時,A內部電路工作,其輸出端OUT輸出內儲的「叮—咚」聲電信號,經晶體三極體VT1功率放大後,推動揚聲器B發聲;與此同時,揚聲器B兩端的部分音響電信號經限流電阻器R2加至晶體三極體VT2的發射結,經VT2功率放大後,驅動小電珠H隨聲響有節奏地閃光。

圖19-1老人多用途報警手杖電路圖

SA為功能選擇開關,當其撥至位置「1」時,水銀導電開關SQ和光敏電阻器RL被接入模擬聲集成電路A的觸發迴路。平時,手杖不用時豎直放置或使用時基本呈豎立狀態,SQ內部水銀觸點斷開,與其並接的RL也被遮光罩罩住呈高阻值,故A的觸發端TG無法獲得高電平觸發信號,報警電路無聲光信號產生。當老人不慎摔倒或因其他原因急需幫助時,隨著手杖落地或老人有意橫放手杖,SQ內部水銀觸點接通,A獲得高電平觸發信號,電路即產生聲、光信號,從而提醒附近的人們迅速給以救助。用於天亮報曉時,將手杖豎放在窗臺上,取掉光敏電阻器RL上的遮光罩,將感光孔朝向窗外;天亮時,RL感光呈低電阻值,A受高電平信號觸發,電路即發出報曉聲。

當老人橫穿馬路時,將功能選擇開關SA撥至位置「2」,模擬聲集成電路A便會經電阻器R1獲得高電平觸發信號,電路即產生聲、光信號,提示車輛司機注意。尤其在夜晚由手杖頂端發出的一閃一閃紅光,更為老人行路增加了安全。如果在插孔XS內接入由幹簧管E、小磁鐵等組成的磁控開關,則可構成簡易防盜報警器,可用於家庭門窗及貴重物的防盜報警。平時,小磁鐵靠近並吸合幹簧管E內部的常開觸點,使模擬聲集成電路A的觸發端TG接地(V SS ),報警電路無聲、光信號產生;一旦發生盜情,小磁鐵就會遠離幹簧管E使其內部觸點斷開,模擬聲集成電路A便經電阻器R1獲得高電平觸發信號,使電路同樣產生聲、光報警信號。

準備好元器件

本製作共用了19個元器件,備料清單見表19。

表19 元器件清單

A選用KD-153H型「叮—咚」門鈴專用模擬聲集成電路。該集成電路採用黑膏封裝在一塊尺寸為24mm×12mm的小印製電路板上,並給有插焊外圍元器件的孔眼,安裝使用很方便。KD-153H的主要參數:工作電壓範圍1.3~5V,觸發電流≤40μA;當工作電壓為1.5V時,實測輸出電流≥2mA、靜態總電流<0.5μA;工作溫度範圍—10~60℃。

VT1選用9013(集電極最大允許電流I CM =0.5A,集電極最大允許功耗P CM =625mW)或3DG12、3DK4、3DX201型矽NPN中功率三極體,VT2選用9012(集電極最大允許電流I CM =—0.5A,集電極最大允許功耗P CM =625mW)或3CG23型矽PNP中功率三極體,均要求電流放大係數β>150。

SQ選用KG-205型萬向玻璃水銀導電開關,其外形和內部結構如圖19-2所示,外形尺寸約為φ5mm×13mm,要求工作角度≥45°。該水銀導電開關是在玻璃管內封裝上一定量的水銀,並引出直電極和環電極密封而成,通過水銀球的移動來實現開關的通斷。當水銀導電開關處於圖19-2(a)所示的垂直狀態時,由於水銀球僅與直電極接觸,而環電極與直電極間是相互不接觸的,所以水銀導電開關呈斷開狀態;當水銀導電開關按圖19-2(b)所示向任意方向傾斜時,一旦傾角超過工作角度,則與直電極接觸的水銀球還會與環電極接觸,這等於通過水銀球橋接通了直電極和環電極,從而使水銀導電開關呈導通狀態。可見,只要通過改變這種水銀導電開關的「工作角度」,內部兩個電極便會通過水銀球完成「開」或「關」的動作。

圖19-2 KG-205型萬向玻璃水銀導電開關

與機械開關相比較,水銀導電開關有許多特點:由於水銀導電開關是密封的,內部的水銀和外界是隔絕的,所以它可以在有油、蒸汽、灰塵及腐蝕性氣體的惡劣環境條件下使用;由於水銀是唯一能在常溫下保持液態的金屬,它的表面張力和比重都較大,所以只要稍加外力使水銀導電開關產生傾斜,就會使水銀球發生位移,從而實現開關的通斷;由於水銀的導電性較好,所以水銀導電開關電極間的接觸電阻一般小於100mΩ,具有良好的導通性能;水銀開關允許通過的電流取決於電極的材料,鎢絲電極最大允許電流為10A,而普通合金絲最大允許電流一般為1A;電極的通斷是液態接觸,無任何噪聲,並且可以長期可靠地工作;由於水銀可以流動,只要加速度達到設定值以上,水銀導電開關就可以通或斷,因而還可以作為振動的敏感元件使用;體積小,形式多樣,且為全密封式器件;結構簡單,價格低廉。

E可選用JAG-3型常開觸點幹簧管。小磁鐵可用F18型(尺寸:18mm×5mm×6.2mm),亦可拆自廢舊磁性鉛筆盒或櫃櫥用磁性碰鎖。

RL宜選用MG44-03型塑料樹脂封裝光敏電阻器,也可用其他亮阻≤5kΩ、暗阻≥1MΩ的普通光敏電阻器來直接代用。

R1、R2均用RTX-1/8W型碳膜電阻器,標稱阻值分別為30kΩ和220Ω。C用CD11-10V型電解電容器,標稱容量為100μF。

B用φ57mm以內、阻抗是8Ω、額定功率≥0.25W的小口徑動圈式揚聲器。H用市售手電筒常用的3.8V、0.3A小電珠。SA用CKB-1型單刀雙擲微型撥動開關。XS用CKX2-3.5型耳塞機用插孔,XP配套用CSX2-3.5型插頭。G用3節5號乾電池串聯而成,電壓4.5V。

製作與使用

圖19-3所示為該老人多用途報警手杖的印製電路板接線圖。印製電路板用刀刻法製作,實際尺寸約為40mm×25mm。晶體三極體VT1可直接插焊在模擬聲集成電路A的小印製電路板上。A的小印製電路板則通過4根長約6mm的元器件剪腳線插焊在電路板上。焊接時注意:電烙鐵外殼一定要良好接地,以免交流感應電壓擊穿模擬聲集成電路A內部CMOS電路!

圖19-3老人多用途報警手杖印製電路板圖

焊接好的電路機芯(磁控開關及插頭XP除外)如圖19-4所示,全部裝入一個普通空心手杖(如竹製或硬塑料管制手杖)內。手杖頂端分別開孔伸出小電珠H、開孔固定功能選擇開關SA,並要求為小電珠H裝上紅色透光保護罩;手柄前端固定揚聲器B,並在其下方為光敏電阻器RL開出感光窗口,要求分別為揚聲器B加裝上釋音良好的保護殼體、為光敏電阻器RL配上遮光罩(實為一黑色橡皮塞),要求遮光罩裝卸靈活。手杖裡側適當位置處開孔固定插孔XS。需要注意的是,水銀導電開關SQ在手杖內安裝時應如圖19-2(a)所示豎立固定,其安裝角度直接影響求助報警的靈敏度。手柄應做成可拆卸式,以方便更換乾電池G。

圖19-4老人多用途報警手杖外形圖

製成的報警手杖,電路無需任何調試,便可投入使用。手杖每次用畢後,都應豎立放置,並且將功能選擇開關SA撥至位置「1」。在家中用於防盜報警時,功能選擇開關SA應撥至位置「2」,磁控開關的具體安裝方法應根據實際情況而確定,下面僅向讀者介紹幾種典型安裝方法。

⑴當用於門窗或抽屜的防盜報警時,可將小磁鐵固定在門窗或抽屜的移動邊沿上,幹簧管E則固定在框邊對應處,要求位置選擇得既隱蔽,又能報警靈敏。幹簧管E的兩根引線儘量以隱蔽方式通過插頭XP與手杖相連。

⑵當用於電視機(或其他貴重物品)的防盜報警時,可將小磁鐵用強力膠粘貼在電視機的底座下面(注意遠離螢屏)空閒位置處,在放置電視機的桌(櫃、臺)下選擇最能有效地使幹簧管E兩觸點可靠吸合的位置固定幹簧管E。最後,將幹簧管引線通過插頭XP與遠處(如臥室等)的報警手杖相接即可。

⑶如果要同時防護多臺家用電器,可根據需要選用數組幹簧管及對應小磁鐵,按照上面介紹的方法安裝好以後,通過導線將所有幹簧管串聯起來,再將首、尾引線通過插頭XP與報警手杖相接。還可在家裡所有門窗上都安上小磁鐵及對應幹簧管,構成家庭簡易防盜系統,不論小偷撬門還是破窗入室作案,均會引發手杖報警。

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