利用雙計時器系統提供非接觸式給水

作者 : Praveen Kr. Agrawal和S. V. Nakhe,Raja Ramanna先進技術中心

相較於多數盥洗台以手動操作水龍頭,經改造的非接觸式給水裝置不僅經濟高效,還有助於「抗疫」以及減少洗手過程中的用水浪費…

非接觸式盥洗台的水龍頭可以在不具疾病傳播風險的情況下給水,這在對抗新冠肺炎(COVID-19)病毒的「戰疫」中發揮著重要作用。目前,全球大多數盥洗台的水龍頭都是手動操作的,而本文的設計實例提供了一種簡單、經濟高效的改造解決方案來實現非接觸式給水裝置。

非接觸式水龍頭控制裝置還有助於減少洗手過程中的水量浪費,因為大多數人傾向於在醫療機構推薦的「20秒」正確洗手期間,全程保持水龍頭開啟。本文介紹的這款解決方案不僅可靠且易於用常見元件實現,也只需對現有設置進行很少的改動。

電子電路原理圖如1所示。該電路有兩個獨立的感測器,當其紅外線(IR)發射器和偵測器之間的光路徑中斷時,兩個感測器將會產生觸發訊號。第一個觸發訊號會將水管打開5秒讓使用者足以打濕雙手。第二個觸發訊號再讓水流持續20秒,讓使用者徹底並沖洗雙手。只需調整電阻電容組合(R3、C7或R4、C8),即可輕鬆因應需求調整計時。

circuit diagram of a dual timer contactless water dispensing unit

圖1:這種基於雙計時器的非接觸式給水裝置使用兩個獨立的感測器,當IR發射器和偵測器之間的光路徑中斷時,隨即產生觸發訊號。

兩個偵測器電路都使用IR發射二極體(D1、D3=OSRAM SFH 484,λp=880nm)作為發射器。固定IR發射器的支架對齊,以確保其窄輸出光束(半角=±8°)垂直落在各自的偵測器(D2、D4=Motorola MRD 821)上。

限流電阻R6和R10 (560Ω、1/4W)將IR發射器的正向電流限制在約20mA,從而足以確保在發射器和偵測器之間不超過150mm距離處可靠地運行。該電路採用+12VDC單電源供電,探測器D2和D4在反向偏置條件下作業。偵測器的輸出(即陰極接腳)連接到六同相緩衝器(U1,CD4050)的輸入(接腳3和5)。U1 (接腳2和4)的輸出被饋送到雙施密特(Schmidt)觸發器(U2,CD4098),後者被配置為上升沿(+Ve)觸發和單穩態工作(不可重新觸發)。

元件R3、C7 (1MΩ、10μF)和R4、C8 (4.7MΩ、10μF)用來產生時間常數,從而使U2從其輸出接腳(分別為6和10)產生脈衝寬度為5秒和20秒的訊號。U2的輸出訊號被饋送到U1中的兩對緩衝器中(3/6、4/6和5/6、6/6),它們以並聯方式提供驅動電晶體Q1 (TIP122)所需的電流,從而驅動水閥電磁閥。

根據接收到的輸入訊號,驅動訊號通過二極體D6或D7(IN4148)以及電阻R9 (3.3kΩ)到達電晶體。電容C1~C6用於降低電源雜訊的影響。指示燈LED1、LED2和LED3用作電源開啓、5秒(濕手模式)和20秒(洗手模式)的狀態訊號。Q1的集電極引出到電路電源連接器(CN2)的一個接腳,而另一個接腳則連接到+12VDC。

磁閥致動器的電磁閥線圈(S)連接到CN2和常閉1/2″電磁閥之間(12VDC、350mA,可從Adrafuit Industries公司購買)。該組裝與盥洗台水龍頭串聯連接,如1所示,因此電磁閥現在就可以控制水流。二極體D5 (IN4002)是與CN2並聯連接的,從而保護電晶體Q1免受電磁閥關閉期間出現的反電動勢電壓突波的影響。

在非接觸式給水方案中,兩個光學感測器(D1-D2和D3-D4)可以方便地放置在盥洗台附近。當使用者在任意一感測器附近揮手並中斷D1和D2之間的IR輻射時,電路會在U2的輸出接腳6處產生一個5秒的脈衝,從而驅動電晶體Q1,並進而激勵電磁線圈(S),產生5秒的水流。

同樣地,如果在D2和D4之間偵測到中斷,電磁線圈將由電晶體Q2激勵,以產生20秒的水流,這樣就可以完成醫師建議的正確洗手過程。

(參考原文:Dual-timer-based system provides contactless water-dispensing solution,by Praveen Kr. Agrawal & S. V. Nakhe)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年6月號雜誌

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