房建设备红外线感应器的应用与维修

房建设备红外线感应器的应用与维修
作者：任光琴
来源：《科技创新与生产力》 2013年第7期
任光琴
（大秦铁路股份有限公司太原铁路职工培训基地，山西太原 030009）
摘要：对红外线感应器的工作原理、功能特点、容易出现的故障，及应用红外线自动感应控制系统的知识指导现场维修等方面进行了阐述。

根据现场调研分析，总结使用红外线感应器
时的注意事项，帮助查找分析故障发生的原因。

关键词：红外线感应器；自控系统；电磁阀；自动洗面池
中图分类号：TN873 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2013.07.087
随着社会生产力和科学技术的迅猛发展，人类物质文明和精神文明得到了极大的提高，人
们的生活水平也越来越优质化，各种先进的产品陆续应用到人们的日常生活中。

其中，自动控
制系统的一系列产品更是给人们带来了方便、快捷，使人们的生活更加舒适，尤以红外线感应
器为核心的红外线自动感应控制系统更是令人耳目一新。

这种高科技产品的问世，标志着自动
控制领域已经进入了数字化控制时代。

红外线技术的自动感应控制系统具有很强的实用性，加
之功能齐全、性能稳定、技术先进、真正能够做到既节能又环保，这项技术目前已经广泛应用
到各行各业，显示了科学技术的进步为社会带来的应用价值，为人类生活的改善产生深刻的影
响[1]。

让人们深深懂得，科学技术的大力发展将会改变人类的物质文明，当然也包括精神文明，加快社会文明发展的进程。

笔者试从红外线感应器的研究意义和目的、工作原理、功能特点、故障分析与维修等方面
进行探讨，侧重于红外线感应器在房建设备中的应用与维修方法。

1 红外线感应器研究的意义和目的
随着红外线感应技术的不断提高，红外线感应器的发明，许多红外线自动冲水产品相继问世，这些产品能够做到“人到开启，无人关闭，方便卫生”，既方便安全又节能节水，并且设
计思路简洁、集成度高，科学化、人性化设计，性能稳定、经济耐用，使用单位改造起来简便，投资小、见效快，解决了长期困扰许多公共场所如学校、火车站、飞机场、汽车站、宾馆、医院、办公楼等单位水费支出开支大、厕所用水效率低、不好管理等一系列社会难题。

然而公共场所毕竟人员复杂，很多人对红外线自动感应控制系统盲目无知，使用时乱搬乱拧，造成设施的损坏率极高。

另外，维修人员对红外线自动感应控制系统也缺乏相应的知识，
对产品缺乏认知，购买产品时根本不考虑后续维修，设备损坏维修时又缺乏相应的专业知识，
造成维修成本居高不下。

为此，笔者从其基本的工作原理出发，对新技术的原理和指标进行了
详细的分析，为使用单位在产品购买、维修方面提供一些有益的帮助，从而达到简化安装使用、降低维修成本的目的。

2 红外线感应器的工作原理
2.1 红外线感应原理
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。

他把太阳光线用三棱镜分解开，然后在各种不同颜色的区域上放置了温度计，
用来测量各种颜色的光的加热效应。

实验结果发现，放在红光外侧的那支温度计的温度升得最快。

因此，霍胥尔的结论是在太阳光谱中红光的外侧一定还存在着一种看不见的光线，并称之
为红外线，它位于太阳光谱中波长自0.76~400 μm的那一段。

并且，它同其他物质一样可以当作传输的介质。

该论文阐述的房建设备红外线感应器的原理利用的就是上述红外线的这一特性。

根据红外线的这一特性，已经研发出了一系列红外线自动感应产品，见图1。

例如：红外线自
动感应门、红外线自动感应给皂机、自动干手器等。

笔者以自动洗面池和小便斗红外线感应器（也称为热红外人体感应器）为例加以说明。

2.2 红外线感应器的工作原理
红外线感应器电路由红外线发射电路、红外线接收电路、单片机集成电路、双稳态电磁阀
驱动电路等四部分组成，见图2。

其中，+5 V电源经单片机的脚（20）端输入，经单片机对输
入电源进行处理，再由单片机的脚（2）端输出一个脉冲信号，输出的脉冲信号经三极管VT5放大后推动红外线发射二极管VD1发出频率为125 Hz、载波频率为36 kHz的红外线脉冲信号。

TL0038是一体化红外线接收头，由红外线接收管、带通放大器、检波和脉冲整流电路等部分组成。

当控制器前有人，在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时，红外线接受管接收到由VD1发射、经人体反射的红外线脉冲信号，经放大、检波、整流后从接受头的脚（3）输出频率
为125 Hz的脉冲信号，再通过单片机的脚（8）端输入作为单片机的识别信号进行计数处理；
在人体离开红外线的感应区域，控制器前没有人时，红外线接受管收不到VD1发射的红外线，
接受头的脚（3）端输不出脉冲信号。

单片机的脚（16）端至脚（19）端为双稳态电磁阀的驱动输出端，VT1~VT4为双稳态电磁阀的四个型号均为TIP127的推动三极管。

平时，脚（16）端至
脚（19）端均为高电平。

当脚（16）端与脚（18）端为高电平、脚（17）端与脚（19）端为低
电平时，电磁阀加上正向电压吸合，然后脚（17）端与脚（19）端也恢复高电平，此时，电磁
阀内部的磁铁吸合维持稳定状态，电磁阀关断；当脚（16）端与脚（18）端为低电平、脚（17）端与脚（19）端为高电平时，电磁阀加上反向电压，产生的电磁场和内部磁铁的磁场方向相反，电磁阀释放、出水。

由于电磁阀的绕组内阻较小，瞬间工作电流较大，故在电源两端并联了1
只容量较大的电解电容器C5进行过电流保护。

脚（11）端为感应器的工作模式选择端。

当脚（11）端接电源正极时为冲水模式，接电源负极时为洗手模式。

发光二极管VD2为控制器的工
作状态指示标志，当控制器前有人时，脚（9）端输出低电平，VD2灯亮；否则，控制器前无人时，脚（9）端输出高电平，VD2灯熄灭。

2.3 红外线感应器的流程图解
为了更好地理解红外线感应器的工作原理，可以借助图2来进一步理解。

1）信号采集。

信号采集由红外线发射电路与红外线接收电路共同完成。

在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时，红外线感应器的接收管接受到人体反射过来的红外线信号，通过
红外线接收电路对采集到的红外线信号进行放大、检波、整流处理，将这种红外线信号的变化
经过接收电路转化成频率为125 Hz的脉冲电压或脉冲电流等模拟量的变化[2-3]。

2）信号处理。

信号处理由单片机集成电路完成。

由红外线接收电路输出的频率为125 Hz
的脉冲信号输入单片机集成电路，单片机集成电路将输入的脉冲电压或脉冲电流等的变化再进
行必要的转换，为后面的信号控制提供准备。

3）信号控制。

信号控制由单片机集成电路和双稳态控制电路共同完成。

输入单片机集成电路的脉冲信号经单片机集成电路处理后由脚（16）和脚（19）输出，控制双稳态控制电路的4
个驱动三极管的基极电流，通过1个预定的控制方式，实现对设计要求的准确操作。

4）信号响应信号响应主要由双稳态电磁阀驱动电路完成。

根据双稳态驱动电路的4个驱动三极管基极电流电平的高低，来实现控制双稳态部分电磁阀的开关要求。

3 红外线感应器的功能特点
3.1 红外线感应器的节能特点
首先，红外线感应器是先进的智能化节水节能产品。

自动洗面器和小便斗红外线感应器均
属于红外线自动感应控制系统，它们采用的是红外线感应自动冲水方式，微电脑全自动智能控制，属于智能节水控制器。

只有在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时，感应器才会接
受信号，然后经过信号处理，控制电磁阀打开、出水。

当人体的某一部位离开红外线的感应区
域时，电磁阀关闭。

人多多冲，人少少冲，无人不冲。

对于小便感应器，它的内部还设有水量
调节阀，可以调节冲水量的大小。

在水管和水压不变的情况下，只要调节小便感应器的开关水
阀的时间，就可以实现调节水流的大小。

延长时间时，水量就增大，缩短时间时，水量就减小。

另外，红外线感应器还具有超时功能，当连续使用时间超过１ min时，感应器将自动关水，避
免因异物长时间在感应范围内造成水资源的浪费。

感应器还可根据使用的频率及每次使用的时
间的长短自动调节水量的大小。

在使用频率高的场所，平均每次冲水量为1.2~3 L；在使用频
率低的场所，每次冲水为2~4 L。

节水率高达60%~90%。

确实达到了节能节水的目的。

据统计，一个单位在改装红外线感应器后，一般在1～3个月就可以收回全部投资，投资回报率及高。

其次，红外线感应器还具有省电节能特点。

小便斗红外线感应器和自动洗面器均采用先进
成熟的集成电路，高倍节能。

电源可选择交、直流两种供电方式，有一部分部分产品还可以采
用交直流同时供电。

若选择直流供电时，使用4节5号电池供电，若每天使用300次，3年内
无需更换电池。

若选择交流供电时，年耗电仅2～3 kW·h．
3.2 红外线感应器的卫生特点
小便斗红外线感应器和自动洗面器的冲洗过程均由感应器自动完成，是非接触产品，不需
要手动控制，出水由感应器自动完成。

冲洗彻底、不留异味，有效地避免了细菌的交叉感染。

另外，小便斗红外线感应器还具有定时自动冲水功能，当小便斗长期处于不使用状态时，冲水
器将24 h自动冲水一次，真正实现了方便、卫生、安全的功能。

特别适合人多的公共场所使用，如学校、火车站、飞机场、汽车站等。

3.3 红外线感应器的其他特点
自动洗面器和小便斗红外线感应器除具有节能、卫生两大功能外，它们还具有许多其他功能。

例如：自动洗面器内装柔水器，出水均匀流畅，使用舒适方便；安装简单，非专业人员也
可以准确无误地安装；外形设计美观流畅，还可起到装饰作用；此外，小便斗感应器采用微电
脑控制，冲洗程序、冲洗时间和感应距离均可调整，是目前国内比较先进的智能化产品。

4 应用红外线感应器的原理进行故障分析
４.1 感应器有感应不出水
红外线感应器有感应，感应器的指示灯亮，但是，电磁阀没有打开，阀门不出水。

出现这
种故障的原因可能有3种：一是电磁阀内置的过滤网被砂石等杂物堵塞。

拆开电磁阀内部进行
清洗，然后再原样装回。

二是如果清洗过滤网之后，电磁阀的阀芯还没有工作（开启和开闭）
的声音，说明双稳态电磁阀内部线圈阻力增加，弹簧弹力不够，弹簧失效损坏，更换电磁阀线
圈即可。

三是如果上述两种原因都不是，则可能是双稳态电磁阀的4个驱动三极管损坏。

可用
万用表测量双稳态电磁阀的4个驱动三极管的各项参数指标是否正确，然后把检测出损坏的驱
动三极管更换即可。

４.2 感应器没感应常流水
红外线感应器没有接受感应，指示灯没亮。

但是阀门常开，流水不断。

出现这种故障的原
因也可能有3种：其一可能是电源出了问题，检查电源是否接的正常。

其二如果电源接的正常，感应感应器，指示灯仍不亮，则可能是发射二极管VD1损坏或是有物体堵塞了二极管发射出的
红外线。

其三前面两种原因都不是时，可能是双稳态电磁阀内部的磁铁失效，磁力不够，电磁
阀不能紧密吸合，则打开电磁阀，更换电磁阀内部的磁铁即可。

４.3 感应器有感应常流水
红外线感应器有感应，指示灯亮着，水流不断。

出现这种情况时，首先要检查进水处是否
有杂质堵塞，如果没有就用手感应，仔细听电磁阀阀芯是否工作（有开启和关闭的声音）。

或
者是双稳态电磁阀损坏失控造成，此时检查双稳态电磁阀的4个驱动三极管是损坏，还是电磁
阀内部的磁铁失效，然后有针对性地更换。

４.4 造成其他故障的原因
如果小便器与进水管连接不紧密，会有漏水的可能。

如果小便器与法兰盘连接不正确，也
会有漏水的可能。

5 生产指导
5.1 红外线感应器的分类及优缺点
红外线感应器自动控制系统材料有整体式的，也有分体式的。

整体式的红外线感应器自动控制系统使用寿命长，不容易损坏，如TOTO品牌产品，一般质量好，价格高，但更换维修成本也比较高；分体式的红外线感应器自动控制系统，损坏率较整体式的红外线感应器偏高，坏了以后，需要维修人员进行故障分析，有针对性地更换其中的零部件。

并且，对一些场所替换下来的零部件还可以进行再次拆解，实现再次使用。

5.2 红外线感应器的选择
据调查，太原火车站第一、第三候车大厅使用的是米奇牌红外线感应器；第二、第四候车大厅使用的是箭牌红外线感应器。

这两种产品虽然都属于分体式的，但是这两种产品的商家，只卖整件，不卖配件，红外线感应器出现问题时，还得整体更换，维修成本还是居高不下。

如果把现在使用的品牌更换成可以买到零部件的品牌（如卓美卫浴），在红外线感应器损坏时，维修技术人员就可以利用工作原理分析故障原因，在小范围内更换个别零部件，这样就会降低维修成本。

要想降低成本，还必须要求房建维修职工认真学习红外线感应器自动控制系统的专业技术知识，提高专业的维修技能责任感，在鱼目混珠的商品供应市场，应慎重选择新材料感应器，既便于维修，又有利于节省开支。

6 结束语
红外线自动感应器是自动控制系统中重要的一支，红外线自动感应器从它的设计，制造到使用都具有现代新技术的重要特征，笔者着重阐述的是自动洗面器和小便斗红外线感应器，因其具有独特的节水、省电、卫生的特点，已广泛融入现代公共场所和公共设施中，而且越来越受到人们青睐和喜爱，再加上舒适方便、安装简单、外形美观等优点，在房建设备中也已经得到人们广泛的认同和应用。

相信随着现代科学技术的不断进步和发展，红外线自动感应系统的一系列产品的发展会进一步完善，应用越来越普遍，市场越来越广阔，前景越来越美好。

参考文献：
[1] 王国栋.大学物理学[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2] 吴国祯.分子振动光谱学原理与研究[M].北京:清华大学出版社,2002.
[3] 方容川.固体光谱学[M].安徽:中国科学技术大学出版社,2001. （责任编辑高远）。