智能技術(shù)是當(dāng)今許多消費(fèi)電子設(shè)備的一個(gè)組成部分。在家電市場(chǎng)，越來(lái)越多的智能家電在設(shè)計(jì)中開(kāi)始采用傳感器，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的傳感和控制。位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制傳感器技術(shù)被用于范圍廣泛的電器中，以提高準(zhǔn)確性、可靠性和效率。現(xiàn)代的智能電器設(shè)計(jì)需要在每個(gè)單元布置多個(gè)傳感器，如圖1 所示。
是什么推動(dòng)了傳感器在家電行業(yè)中應(yīng)用?本文將首先對(duì)最主要的四個(gè)因素進(jìn)行探討，包括在家用電器設(shè)計(jì)中微處理器控制系統(tǒng)的采用。然后，文章將列舉非接觸式傳感技術(shù)的兩個(gè)例子，并說(shuō)明它們對(duì)家用電器設(shè)計(jì)的影響。
影響家用電器傳感器應(yīng)用的四大因素
1.對(duì)消費(fèi)者便利和家庭自動(dòng)化的需求推動(dòng)了對(duì)采用智能傳感器的家用電器的需求。由于現(xiàn)代家庭越來(lái)越依賴(lài)于智能技術(shù)，采用先進(jìn)傳感技術(shù)的智能家電技術(shù)并使同步通信和控制成為可能。
2.全球各地包括亞洲、南美和其他各洲，對(duì)于高效節(jié)能而且價(jià)格低廉的電器的需求持續(xù)增長(zhǎng)。
3.不斷上漲的能源價(jià)格和相關(guān)政府法規(guī)要求使用節(jié)能的家用電器。傳感器在多種應(yīng)用中的廣泛使用，包括智能電網(wǎng)、智能建筑以及智能工業(yè)過(guò)程控制，將有助于實(shí)現(xiàn)更有效的資源利用和減少溫室氣體排放。通過(guò)采用內(nèi)置高效節(jié)能的先進(jìn)技術(shù)顯著降低了能源和水的需求水平，同時(shí)最大程度減少了相應(yīng)的水電浪費(fèi)。
4.微處理器控制系統(tǒng)的使用減少了對(duì)大型機(jī)械接觸器/繼電器和傳統(tǒng)上以數(shù)安培電流開(kāi)關(guān)白熾燈的開(kāi)關(guān)技術(shù)的需求。今天的智能家電需要低電壓和低電流的開(kāi)關(guān)/傳感裝置。非接觸式傳感裝置是機(jī)械裝置的理想替代品。下一節(jié)將列舉幾個(gè)例子并說(shuō)明它們?cè)诩译娛袌?chǎng)中的應(yīng)用。
非接觸式傳感器：磁簧開(kāi)關(guān)和霍爾效應(yīng)
磁簧開(kāi)關(guān)和霍爾傳感器是適合數(shù)以百萬(wàn)次運(yùn)行周期的非接觸式傳感技術(shù)。它們之所以被認(rèn)為是非接觸式的，是因?yàn)閱?dòng)器件無(wú)需與傳感器產(chǎn)生物理接觸來(lái)改變傳感器輸出。現(xiàn)在我們來(lái)討論有關(guān)磁簧開(kāi)關(guān)和霍爾傳感器的關(guān)鍵細(xì)節(jié)以及它們是如何影響今天的家電設(shè)計(jì)的。
磁簧開(kāi)關(guān)
磁簧開(kāi)關(guān)是一種由外加磁場(chǎng)操作的電子開(kāi)關(guān)。作為一種無(wú)源器件，它不需要任何電能來(lái)運(yùn)行。這種開(kāi)關(guān)由兩個(gè)或三個(gè)被稱(chēng)為簧片的薄金屬片構(gòu)成，這些金屬片頂端有電鍍觸點(diǎn)，它們之間有很小的間隔(見(jiàn)圖 2)。簧片通常被密封在充滿(mǎn)惰性氣體的密封玻璃管中。
由于其簡(jiǎn)單和可靠的性能，磁簧開(kāi)關(guān)成為低功率應(yīng)用(如家用電器)的理想選擇。磁簧開(kāi)關(guān)通常在冰箱和烤箱門(mén)中用以檢測(cè)門(mén)的打開(kāi)或關(guān)閉狀態(tài)。傳感器向控制單元發(fā)出信號(hào)以迅速啟動(dòng)或停止電器中的 LED 照明。
磁簧開(kāi)關(guān)的磁靈敏度開(kāi)關(guān)點(diǎn)比固態(tài)開(kāi)關(guān)更為精確。對(duì)于在各種工作條件下都要發(fā)揮正常功能的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，高精度是非常重要的。由于磁簧開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)是密封的，從而避免了許多電器中常見(jiàn)的極端溫度、濕度和水分的影響，不會(huì)因此影響到它們的接觸穩(wěn)定性和運(yùn)行壽命。
霍爾傳感器
霍爾傳感器是基于半導(dǎo)體技術(shù)的傳感器，原理是響應(yīng)磁場(chǎng)的變化而改變感應(yīng)電壓。這類(lèi)傳感器將霍爾效應(yīng)傳感元件結(jié)合到電路中，以提供一個(gè)對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)變化而感應(yīng)的數(shù)字開(kāi)/關(guān)或模擬輸出信號(hào)，而無(wú)需任何運(yùn)動(dòng)部件。
不同于磁簧開(kāi)關(guān)，霍爾效應(yīng)器件含有源電路，因此始終需要少量的電流(見(jiàn)圖 3)。霍爾效應(yīng)器件是可編程的，可以以各種方式加以使用以獲得多種輸出，包括數(shù)字、模擬和速度感測(cè)。
霍爾傳感器在洗衣機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用十分普及。洗衣機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速是由一個(gè)連接至電動(dòng)機(jī)軸的多級(jí)磁體(16或32極)監(jiān)控的。這個(gè)磁體在具有優(yōu)異速度測(cè)量功能的霍爾效應(yīng)傳感器上旋轉(zhuǎn)。這個(gè)數(shù)字速度信號(hào)被發(fā)送至控制單元，控制單元在內(nèi)部控制著電機(jī)速度以獲得各種轉(zhuǎn)速周期。
非接觸式傳感器是如何提高今天家用電器的性能的?
為了在當(dāng)今智能家電市場(chǎng)保持競(jìng)爭(zhēng)力，設(shè)計(jì)人員必須充分利用他們可以使用的每一種技術(shù)，包括非接觸式傳感器。這些傳感器可以提高家電設(shè)計(jì)的性能和外觀，從而增加消費(fèi)者的滿(mǎn)意度，提升需求。與機(jī)械式技術(shù)相比，使用非接觸式傳感器不僅有與使用微處理器節(jié)能效果，而且增強(qiáng)了可靠性和更低的維護(hù)成本。
更高精確度
非接觸式傳感器的輸出信號(hào)選項(xiàng)包括位置感應(yīng)信號(hào)和線(xiàn)性或旋轉(zhuǎn)感應(yīng)的比率量度輸出值。這些信號(hào)可以提供瞬時(shí)響應(yīng)，從而確保更嚴(yán)格的控制和更好的分辨度，帶來(lái)增強(qiáng)的感應(yīng)精確度。
更大靈活性和可靠性
采用非接觸式傳感技術(shù)，家電設(shè)計(jì)對(duì)要求嚴(yán)格容差的應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有更大的靈活性。
對(duì)于安裝傳感器的空間非常有限的狹窄空間，這一點(diǎn)尤為重要。
非接觸式傳感器在整個(gè)電器壽命中可提供改善的可靠性和耐久性，因?yàn)樗鼈儾皇軝C(jī)械觸點(diǎn)機(jī)械磨損或氧化積累的影響。此外，這些傳感器不會(huì)因許多家用電器中常見(jiàn)的溫度和濕度變化而受到影響。
更高能效
非接觸式傳感解決方案幫助實(shí)現(xiàn)了家用電器所需要的能源效率從而獲得能源之星評(píng)級(jí)。越來(lái)越多的能源之星電器的使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的積極影響。請(qǐng)看以下事實(shí)：
·環(huán)保署估計(jì)，能源之星產(chǎn)品每年可防止超過(guò) 1.5 億噸的溫室氣體排放。
·這些產(chǎn)品每年還節(jié)省了2千億瓦時(shí)的電力，占全美國(guó)住宅用電的15%。
·自1992 年啟動(dòng)以來(lái)，能源之星計(jì)劃已節(jié)約了數(shù)十億美元的能源使用開(kāi)支。
增強(qiáng)的美感
與具有可見(jiàn)的杠桿或按鈕的機(jī)械器件不同，非接觸式技術(shù)的傳感器和磁體致動(dòng)器隱藏在電器面板的后面。從而可以產(chǎn)生更多時(shí)尚、并有吸引力的設(shè)計(jì)，更受當(dāng)代客戶(hù)的喜愛(ài)。
結(jié)論
智能家電市場(chǎng)的增長(zhǎng)引發(fā)了對(duì)先進(jìn)傳感器技術(shù)的需求。微控制器的使用、家庭自動(dòng)化的增長(zhǎng)、能源價(jià)格的上漲以及對(duì)低價(jià)電器的全球需求都幫助確立了非接觸式傳感器在家用電器市場(chǎng)中的地位。低功率、非接觸式傳感器(如磁簧開(kāi)關(guān)和霍爾效應(yīng)傳感器)可提供具有更嚴(yán)格公差要求的靈活的傳感解決方案。使用這些先進(jìn)的傳感器，電器設(shè)計(jì)會(huì)更加可靠、耐用和美觀，對(duì)環(huán)境的影響也會(huì)更小。
