電水壺自動斷電控制器的研究與設計

為了實現電水壺的自動斷電控制，通過介紹一種新型的電水壺自動斷電控制器，該產品能有效地在水燒沸后將電水壺從電源上自動斷開，并進行聲光報警提醒。產品設計結構合理、安全可靠，且使用極為方便，投入量產后，必將引起電水壺產業的又一次革新。

市場上的電水壺基本可分為兩大類型：非自動式普通型和自動控溫型電水壺。前一種電水壺當水燒沸后，需要手動將電水壺從電源上斷開，使用極不方便，當人外出遺忘斷電后，不但會導致電能的浪費和燒壞電水壺，甚至可能會存在安全隱患；后一種電水壺的溫控裝置與電水壺都是一體化的，維修不易，且價格比較貴，絕大部分家庭或單位在出現這種情況后都是將電水壺作報廢處理，這樣做比較浪費資源。

1 產品優點
根據國家標準GB4706.4《家用和類似用途電器的安全電水壺的特殊要求》中的有關規定，該產品(專利號：201210098217)在非自動式普通型電水壺的基礎上，克服以往產品的設計缺陷，設計了一種新型的電水壺自動斷電控制器，該產品在電水壺內水燒沸后能實現自動切斷電源，且進行聲光報警提醒，電路設計結構合理、安全可靠；且該控制器為外接裝置，維修、更換方便，而且價格相對比較便宜。

2 產品電路設計
電水壺自動斷電控制器包括控制器供電電路、傳感信號發生電路、放大電路、自動斷電且保持電路和光電隔離電路及輸出控制電路。
控制器電路中還兼設有聲光報警電路：
1)指示燈包括水未燒沸綠色指示燈和水已燒沸紅色指示燈；
2)當水燒沸后，蜂鳴器會發出聲音進行報警；
3)利用紅、綠指示燈的顯示變化及聲音報警的雙從提示，提醒用戶水是否燒開。
2．1 控制器供電電路
控制器供電電路是由變壓器、4個整流二極管組成的橋式整流電路、濾波電路和三端穩壓器組成，自動斷路控制器中的所需的直流電源都是從此供電電路輸出后獲取。控制器供電電路如圖1所示。

2．2 傳感信號發生電路
本設計中的傳感器用的是濕敏電阻傳感器，工作時需1．5V AC的正弦波信號，因此如何獲取1．5 V AC的正弦波信號也是本控制器設計的關鍵。
方案一：使用220 V市電經變壓器變壓后獲取此正弦波，但200 V市電由于相對1．5 V AC太大，且市對相對而言不是太穩定，這樣就會造成獲取正弦波信號不穩定，給電路的穩定性造成極大的影響。
方案二：可由NE555等組成的自激多諧振蕩電路產生，通過電容C2的充、放電，從而在NE555輸出端得到正弦波信號。
本設計選用方案二，如圖2所示。

將NE555的2腳與6腳直接相連，組成的自激多諧振蕩電路將產生對稱方波，經過電容C2，此電平信號經過接線端口J1一端加至濕敏傳感器探頭上；濕度傳感器探頭將感測出的信號經過接線端口J1的另一端返傳送至后續放大電路。
濕度傳感器接在NE555自激多諧振蕩電路與放大電路之間(即接線端口J1上)，用于檢測電水壺產生的水蒸氣濕度信號。

2．3 放大電路
放大電路主要由LM324構成，如圖3所示。

1)由LM324和D2、D3組成的對數變換電路，其輸出電位隨相對濕度的增加而增加。
2)輸出信號再經過R3和C3濾去干擾短脈沖后，加至LM324的同相輸入端，當相對濕度變化時，LM324輸出端的電位將隨之改變，當傳感器感知到相對濕度變大時，放大電路的輸出將變成高電平；反之為低電平。
3)通過調節電位器RP，可以設定相對濕度的參考值，此設定值比較關鍵。
通過這樣的設計就可以實時檢測到電水壺中的水是否燒沸。
2．4 自動斷電且保持電路
自動斷電且保持電路由繼電器K1、晶體管Q1、CD4013及電阻R8、R9、電容C5、C6組成的單穩態電路和雙穩態電路組成，如圖4所示。