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电子雷电报警器

2014-9-17 10:51| 发布者: admin| 查看: 3753| 评论: 0|原作者: 转帖

摘要: 雷雨季节,我们常会看到电光闪闪,听到雷声隆隆,这就是人们常说的雷电。雷电对人类的危害性众所周知,就每家每户而言,雷电发生时常会引起家庭失火、损坏家用电器,甚至危及人身安全!每年的5月~9月是我国雷雨频发 ...
      雷雨季节,我们常会看到电光闪闪,听到雷声隆隆,这就是人们常说的雷电。雷电对人类的危害性众所周知,就每家每户而言,雷电发生时常会引起家庭失火、损坏家用电器,甚至危及人身安全!每年的5月~9月是我国雷雨频发的季节,科学预防雷电灾害活动具有极其重要的意义。

  如果自己动手制作一个能够预报雷电的报警器,便可在雷雨到来之前,探测出远处天空云层间或云层与大地之间的放电,对雷电进行早期预警。这样,我们可以及时采取相关的防雷击措施,如断开家用电器的电源、拔掉计算机调制解调器的数据传输线、不使用电话和手机等,做到防患于未然!
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       图1 雷电预报器电路图

  工作原理
  这个雷电报警器的电路如图1所示,它实际上是一个高灵敏度的静电放电检测器。晶体三极管VT1、VT2组成直流耦合式自激振荡电路,其正反馈回路总增益由微调电位器RP来设定。晶体三极管VT3与晶体二极管VD、耦合电容器C4等组成整流开关电路。HA为微型压电陶瓷蜂鸣器。

  平时,由晶体三极管VT1和VT2组成的振荡电路处于临界自激振荡状态,晶体三极管VT3因无合适偏压而处于截止状态,压电陶瓷蜂鸣器HA无电不工作。此时,整个电路耗电甚微,实测静态总电流≤60μA。每当远处云层放电或已发生雷击(云层与地面之间的放电)时,天线W检测到感应电信号,并经电容器C1耦合到晶体三极管VT1的基极,触发振荡电路起振。于是,VT2的集电极就会输出约42kHz的振荡电信号,经电容器C4耦合、晶体二极管VD整流后,向VT3的基极提供合适的正向偏置电压,使VT3导通,压电陶瓷蜂鸣器HA通电发出单音“嘀——”声,提醒主人:雷电将至,注意预防!

  电路中,电容器C3设定了晶体三极管VT2发射极的固定相位,而接在微调电位器RP滑动触点上的电容器C2在振荡时会增加相移。C5为晶体三极管VT3输出电压的滤波兼延时电容器,它不仅能够使压电陶瓷蜂鸣器HA两端获得平稳的工作电压,使HA发声更响亮,而且由于其容量选择比较大,所以还具有一定的使HA延时发声作用。C6为电源滤波电容器,它能够降低电池G的交流内电阻,避免电路产生阻塞振荡,相对延长电池使用寿命。
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      图2 所用元器件实物外形图

  元器件选择
  该制作总共用了19个电子元器件和配件,可对照图2所示的实物集体照一一进行配购。

  晶体管VT1~VT3均用9014(集电极最大允许电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310mW)型硅NPN小功率三极管,要求电流放大系数β>200。实际上任何同类型的小功率、高增益晶体三极管(如3DG8、BC109C等),都可以在这里使用。VD用1N4148型硅开关二极管。

  HA选用CPB14A12-4.0型自带音源微型直流压电陶瓷蜂鸣器,其外形尺寸及引脚排列如图3所示,它实质上是一个内含振荡电路和压电陶瓷片的有源发声器;它不需要外加任何音频驱动电路,只要接通直流电源就能直接发声,使用非常方便。CPB14A12-4.0的主要参数:外形尺寸为φ14mm×7.5mm,重量0.9g;发声频率为4.0±0.5 kHZ(连续单音),声压电平≥80dB;直流工作电压范围3V~15V,工作电流≤7mA,工作温度范围-20℃~70℃。该压电陶瓷蜂鸣器属于微功耗器件,被广泛应用在各种仪器、仪表和微型报警装置上作发声器件。RP选用普通塑料封装的小型卧式微调电位器。R1~R4一律用RTX-1/4W型碳膜电阻器。C1、C2用CC1型高频瓷介电容器,C3、C4用CT1型低频瓷介电容器,C5、C6用CD11-16V型电解电容器。天线W可用一段φ1mm、长度150mm的铁(铜)丝。如果希望作品更美观一些的话,可选用便携式收音机常用的150mm长度的拉杆天线。G采用6F22-9V型叠层干电池,要求配上揿钮式接线扣板。本装置不设电源开关,用毕从揿钮式接线扣板上取下干电池即可。
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      图3 CPB14A12-4.0型压电陶瓷蜂鸣器

制作方法
  整个制作过程可分为焊接电路、调试电路和组装3大步骤来完成,现分步介绍如下:

  第1步,焊接电路。首先,裁取一块尺寸约为35 mm×20mm的单孔“洞洞板”,按照图4给出的电路板接线图进行焊接(注意:焊接面朝向读者,元器件在板的背面)。焊接时充分利用元器件引脚飞线连接,要求焊点光要求焊点光亮整洁。采用“洞洞板”的好处是取材简便、成本低廉、使用方便,可达到事半功倍的效果。焊接时注意,压电陶瓷蜂鸣器HA通过4cm长的两根细电线焊接在“洞洞板”上,电池扣板的引线长度以7cm左右为宜。焊接好的实物如图5所示。
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       图4 “洞洞板”接线图

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            图5 焊接好的电路

      第2步,调试电路。焊接好的电路,经检查无问题后,便可按图6(a)所示接通9V叠层干电池,开始进行调试。具体方法:首先,按照图6(b)所示,用小螺丝刀缓慢调节微调电位器RP的电阻值,使压电陶瓷蜂鸣器HA处于临界发声状态(即振荡电路处于临界起振状态)。调节RP电阻值的技巧是,可预先将小螺丝刀逆时针旋转至HA不发声,接着一边缓慢顺时针方向旋转小螺丝刀,一边听HA是否开始发声。当压电陶瓷蜂鸣器HA发声时,即停止顺时针方向旋转小螺丝刀,并反方向(逆时针)稍退回一点点,使HA停止发声,即获最佳工作状态。

  然后,按图6(c)所示,用小螺丝刀或手指直接去触及一下天线W,则压电陶瓷蜂鸣器HA应发声1s~2s。如果HA连续发声或根本不发声,则说明探测器的灵敏度过高或太低,应重新微调RP,再进行检测,直到符合要求。还可以用塑料梳子连续梳干燥的头发十多下,使塑料梳子与头发摩擦后带上静电,在距离天线W约2m远的地方用手指逼近塑料梳子使其放电,以检验能否让压电陶瓷蜂鸣器HA可靠发声1~2s。如果不符合要求,亦应重新细调RP,直至达到要求为止。

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             图6 电路的调试

      使用方法  雷电预报器做成功以后,可摆放在计算机桌旁或经常有人的地方,进行每天24小时全天候的雷电预报工作。一旦预报器反复发声,在排除其他静电放电干扰的情况下,便说明雷电即将到来。

  需要指出的是,该预报器不仅能够探测静电放电,而且还能探测附近各种电器产生的“电火花”。每当开关附近的电灯或其他用电器的电源开关时,“天线宝宝”均会发声1~2s。而如果房间空气比较干燥时,人体就会带上较高的静电,当用手去接触金属门拉手或其他物体时,只要产生静电放电,亦会触发不远处的“天线宝宝”发声1~2s。使用中应注意加以区分,不要预报器一发声就判断为雷电将至。如果使用中发现预报器的探测灵敏度不够理想,可按照前面所讲的电路调试方法,微调电位器RP的电阻值,并进行灵敏度测试,直到满意为止。该预报器一般可检测到半径5km范围内的云中放电。其电路静态工作电流≤60μA,报警时工作电流为4mA左右。每换一块9V新干电池,通常可连续监控一年时间。


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