遥控门铃的节能化设计与改进

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  我家新买了个遥控音乐门铃,开关粘贴在大门口,没有电线连接,门铃可随意摆放,使用非常方便。从此再也不用担心敲门无人应了,我们全家都非常喜欢它。
  但是,两个月不到门铃就罢工了,原来是电池没电了。我们平常使用门铃的次数并不多,为什么电池很快就用完了呢?
  一、探究门铃耗电原因
  1.结构与原理
  遥控门铃分为安装固定在门口的“遥控开关”和安放在室内可自由移动的“接收门铃”两部分。
  “遥控开关”由电源(采用一节A23型12V电池供电)、压触式开关和信号发射器组成。按压开关时接通电路,信号发射器工作,产生一组无线脉冲信号。“接收门铃”由电源(采用两节5号1.5V电池供电)、信号接收器和门铃(含音乐和灯光)组成。安装电池后,接收门铃即处于待机状态;当信号接收器接收到来自遥控开关的无线脉冲信号时,即启动门铃部分的电路,发出悦耳的音乐并伴随闪烁的灯光。
  “遥控开关”部分只有在按压时才工作,消耗的电能非常有限。而“接收门铃”部分则由于信号接收器要随时准备接收来自遥控开关的脉冲指令,须长时间保持通电待机状态,要消耗一定的电能。
  2.耗电情况的测量
  我将万用电表调到“A”档,分别使用“0-1mA”和“0-100mA”量程,将万用电表串联到电路中测量,测得待机时的电流为0.45mA,启动门铃正常工作时的电流为50mA(注:随着音乐强弱的不同,电流有少许变化,取平均值),每次音乐和灯光的持续时间平均为10s。
  可见,待机时的电流虽然只是正常工作时的1%,但由于不间断且持续时间长,需要消耗很大一部分电能——如果以每天使用门铃5次、全天24小时待机计算,门铃用于待机所消耗的电能是工作所消耗电能的15倍。长时间待机是电池很快耗尽的主要原因。
  资料显示,有的门铃不用电池供电,而是直接插到插座上,利用变压器供电。但这并不能解决待机耗电的问题,反而由于变压器长时间持续工作,还存在发热起火的危险。
  因此,减少不必要的待机时间是避免电能过度损耗、电池过早报废的主要原因。
  二、节能改进的思路
  门铃的作用在于提醒户主有客来访,以便及时开门迎客。当无人在家时,门铃则可有可无。随着社会的进步,现代人际交往中人们已经养成来访预约的习惯。所以,门铃使用一般都有特定的时间。
  因此,只要在接收门铃部分加装一个开关,就可有效控制待机时间,从而减少不必要的电能损耗,提高电池使用寿命。
  思路1:在接收门铃部分装一个开关
  直接加装一个开关,有人在家需要使用时,闭合开关,接通电源,接收器处于待机状态;无人在家时,则断开开关,切断电源,接收器不工作,不再耗电。按这种思路改进,虽然可有效控制接收门铃的待机时间,但开合开关是一项额外的操作,难以坚持。
  生活中,我观察到正常工作的台式风扇在翻倒时能自动断电停止运转。它是怎么做到的?原来里面串联了一个特别的开关(图1):当风扇正立时,金屬球刚好将两个触点连接,电路接通;当风扇翻倒时,金属球由于重力作用滚离两个触点,电路自动断开。
  我曾设想在“接收门铃”中也安装一个类似的装置,只需简单的放正和放倒操作,就能控制电路的连接状态。但这种开关制作和安装太麻烦,只好放弃。
  如果工厂能根据以上原理,生产时直接在塑料外壳上设计制作一个成形的开关,只需增加一个小金属球和两小块金属片的成本,就能实现节能。这倒是一个颇有创意、非常不错的好点子。
  思路2:与日常生活习惯相结合的改进
  大家都有出门带钥匙、回家放钥匙的习惯,这与接收门铃是否需要待机恰好同步。能否将这一系列动作与接收门铃的电路通断结合呢?
  如果在木板上横向并排钉上两颗小铁钉,两钉间距1cm左右,将接收门铃中连接电源正极的导线剪断,两端断头分别接在两个钉子上。进门时,顺手将钥匙挂在两个钉子上,就可利用金属钥匙圈自动接通电源,门铃处于待机状态;出门拿走钥匙时,则自动断开电源,达到省电目的。
  这是一种非常方便的设计思路,家里有木板和工具,或者不在乎往墙上钉钉子的朋友不妨一试。
  正巧我家有一个儿时拼制的小木屋,能不能将接收门铃装在这个小木屋呢?
  我将门铃的各个部分拆下来,分别装进木屋的内部,如图2、图3。电路板固定在内墙上,电池盒直接放在房间内,窗口装上小喇叭,彩灯装在阳台的栅栏里。
  栏杆和阳台上各装一根铜线,将与电源正极相连的导线剪断,两端线头分别接在两根铜线上。只要将金属钥匙放在阳台上触碰到两根铜线,电源接通,门铃处于待机状态;拿走钥匙,门铃断电。
  三、效益分析
  改进后的接收门铃具有以下优点。
  1.节能
  根据上述改进过程中所测量的数据,假设每天平均使用门铃5次,改进后的待机时间为每天下班后到睡觉前共5小时,改进后的门铃可省电70%。实际使用中,如果能做到有预约时才开启,省电效率会更高。因此,以上改进可有效节约能源,减少因产生过多的废弃电池而带来的环境污染。
  2.美观
  将门铃安装在小木屋中,改变了原产品古板生硬的外观。如果将改进后的门铃与盆栽植物放在一起,则互相映衬,实用又美观。有客来访时,伴随着美妙的音乐,小木屋中灯光闪烁,增添了生活情趣。
  3.方便
  改装后的门铃耗电量大大降低,省去了频繁更换电池所带来的烦恼。同时,由于将接收门铃的电源通断与人们出门时带上钥匙、回家后放下钥匙的生活习惯有机地结合,使用非常方便!(指导老师:朱少祥)
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