一触即发——只需一根手指控制继电器开关


作者:Paul Danzer,呼号N1II

翻译:LifeWieller

本文已发表于《电子制作》2015年1月刊

几年以前流行一种用脚踏开关控制电台的方法——用脚踩在开关上时发射,松开之后接收。随着越来越多的电台具有声控发射功能,这种方法逐步被淘汰。但是在周围有其他杂音时,如小孩吵闹,宠物声音,或者日常家庭中的噪音时也会触发声控发射功能,将这些声音发射出去。这个小制作就是为解决这个问题而设计的。它起到脚踏开关的功能,避免了机械开关的问题,同时可以放心使用声控发射功能而不用担心杂音干扰。这个制作仅使用两个集成电路和其他很少元件,可以在一个晚上制作完成。

用手指替代脚踏

虽然本文题目为“一触即发”,但使用两块金属片检测的触摸按键并不可靠。这种检测方式取决于环境湿度和手指——干净的或有油渍,潮湿或干燥。本文所用的电路采用红外方式检测手指,红外发光二极管发出红外光线(题图左上角),红外光电三极管检测发出的红外光线。这种检测方式不受手指情况影响,电路上电(5V电源)之后,继电器保持断开状态。用手指触摸红外发光二极管和红外光电三极管之前的区域,红外线被手指遮挡,继电器闭合并保持闭合状态。再触摸一次,继电器断开。如果将继电器连接至话筒PTT(发射键)开关,你就可以通过触摸开关切换发射和接收状态。

工作原理

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图1是这个制作的电路原理图。图中红外发光二极管和红外光电三极管面对面放置。图中红外发光二极管和红外光电三极管外壳都有一处平边,靠近平边的引脚为正极。当手指挡住红外光时,红外光电三极管产生一个正脉冲。脉冲经施密特触发器U1整形后进入J-K触发器U2。每个脉冲改变一次J-K触发器的状态。U2的11脚为J-K触发器的输出脚,控制继电器开关。当11脚输出高电平(+5V)时继电器闭合,输出低电平(接近0V)时继电器断开。R4和C2确保电路上电时继电器保持关闭状态。继电器的触点和电路完全隔离,因此可以控制话筒PTT或其他低压设备而不受本电路影响。

U1和U2的引脚顺序如原理图下方所示。确保D1安装方向正确,否则可能烧掉U2——我就烧掉过!

连接元件

题图示例中所有元件安装在面包板上。上述从RadioShack购买的面包板上下两面各有两条横向连接面包板的插座,可以用来连接地线(0V)和+5V电源线,如图2所示。如果你想制作一个能长期使用的电路,可以使用实验电路板代替,如RadioShack货号276-160的实验电路板。如果使用实验电路板,可能需要用导线连接元件,因为实验电路板上下两面只有两条横向连接线。图2右侧的红、黑色导线对应表示+5V电源线和地线。

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注意:继电器的引脚间距可能比面包板插孔间距小。可以将继电器引脚稍微向外弯折,并适当用力向下按压以确保接触良好。电路的继电器输出为两条绿色的导线,如题图右侧所示。如果电路周围射频辐射比较大,可以在继电器触点两端增加0.1μF电容,并改用屏蔽线作为输出线。

使用方法

图中的继电器输出触点额定参数为0.5A,120V,对于话筒发射电路完全足够。如果想控制其他设备,直接将120V电压连接至面包板是很不安全的。如果需要,可以使用面包板上的继电器控制面包板外的另一个继电器,之后就可以控制其它你能想到的任何设备了。

题图:图中左上方为红外发光二极管,左下方为红外光电三极管。电源和输出导线在右边。使用的时候将手指放在发光二极管和光电三极管之间。

图1:除红外元件之外,整个电路只用到了两个集成电路和一个继电器,还有一些电阻电容。图中左边LED:Anode:正极,Cathode:负极。Q1:光电三极管

图2:上下四条线分别连接至+5V和地线,这样面包板上下都能提供电源连接位置。

R1——100Ω 1/4W(棕黑棕)

R2——2.2kΩ 1/4W(红红红)

R3——10kΩ 1/4W(棕黑橙)

R4——22kΩ 1/4W(红红橙)

C1——10μF 50V或更高耐压

C2——0,1μF 50V或更高耐压

RY1——5V 250Ω继电器,如RadioShack 275-0232

LED——红外发光二极管,RadioShack 276-0143

Q1——红外光电三极管,RadioShack 276-0145

U1——7414 TTL电平十六进制施密特触发芯片,如RadioShack NTE7414,商品目录代码55051310

U2——7476 TTL电平双J-K触发器芯片,如RadioShack NTE74LS107,商品目录代码55051045

D1——小功率硅开关二极管,如1N914——RadioShack 276-1122,RadioShack模块化U形面包板 276-003

Paul Danzer,呼号是N1II,在青年时候就以业余无线电通信为爱好,并成为电子工程师,从事雷达和数字系统设计。从工作岗位退休以后,Paul在ARRL HQ的书籍部门工作,并加入当地的社区大学,在计算机科学学院任教授。目前他仍在40米波段CW模式和30米波段CW模式通联——和他青年时候一样。

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