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，越來越多的智能家電在設(shè)計(jì)中開始采用傳感器，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。

圖 1、顯示各個(gè)傳感器位置的冰箱圖。

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，并說明它們對家用電器設(shè)計(jì)的影響。

影響家用電器傳感器應(yīng)用的四大因素

1.對消費(fèi)者便利和家庭自動(dòng)化的需求推動(dòng)了對采用智能傳感器的家用電器的需求。由于現(xiàn)代家庭越來越依賴于智能技術(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，對于高效節(jié)能而且價(jià)格低廉的電器的需求持續(xù)增長。

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)的使用減少了對大型機(jī)械接觸器/繼電器和傳統(tǒng)上以數(shù)安培電流開關(guān)白熾燈的開關(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)例子并說明它們在家電市場中的應(yīng)用。

非接觸式傳感器：磁簧開關(guān)和霍爾效應(yīng)

磁簧開關(guān)和霍爾傳感器是適合數(shù)以百萬次運(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)器件無需與傳感器產(chǎn)生物理接觸來改變傳感器輸出?，F(xiàn)在我們來討論有關(guān)磁簧開關(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。

磁簧開關(guān)

磁簧開關(guān)是一種由外加磁場操作的電子開關(guān)。作為一種無源器件，它不需要任何電能來運(yùn)行。這種開關(guān)由兩個(gè)或三個(gè)被稱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(見圖 2)?；善ǔ１幻芊庠诔錆M惰性氣體的密封玻璃管中。

圖 2、磁簧開關(guān)的組件。

由于其簡單和可靠的性能，磁簧開關(guān)成為低功率應(yīng)用(如家用電器)的理想選擇。磁簧開關(guān)通常在冰箱和烤箱門中用以檢測門的打開或關(guān)閉狀態(tài)。傳感器向控制單元發(fā)出信號以迅速啟動(dòng)或停止電器中的 LED 照明。

磁簧開關(guān)的磁靈敏度開關(guān)點(diǎn)比固態(tài)開關(guān)更為精確。對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)來說，高精度是非常重要的。由于磁簧開關(guān)的觸點(diǎn)是密封的，從而避免了許多電器中常見的極端溫度、濕度和水分的影響，不會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)磁場的變化而改變感應(yīng)電壓。這類傳感器將霍爾效應(yīng)傳感元件結(jié)合到電路中，以提供一個(gè)對應(yīng)磁場變化而感應(yīng)的數(shù)字開/關(guān)或模擬輸出信號，而無需任何運(yùn)動(dòng)部件。

不同于磁簧開關(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。

圖 3、帶有環(huán)形磁鐵的洗衣機(jī)滾筒速度霍爾效應(yīng)傳感器。

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)軸的多級磁體(16或32極)監(jiān)控的。這個(gè)磁體在具有優(yōu)異速度測量功能的霍爾效應(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)今智能家電市場保持競爭力，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選項(xiàng)包括位置感應(yīng)信號和線性或旋轉(zhuǎn)感應(yīng)的比率量度輸出值。這些信號可以提供瞬時(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)對要求嚴(yán)格容差的應(yīng)用來說具有更大的靈活性。

對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，這些傳感器不會因許多家用電器中常見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級。越來越多的能源之星電器的使用對環(huán)境產(chǎn)生的積極影響。請看以下事實(shí)：

·環(huán)保署估計(jì)，能源之星產(chǎn)品每年可防止超過 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，占全美國住宅用電的15%。

·自 1992 年啟動(dòng)以來，能源之星計(jì)劃已節(jié)約了數(shù)十億美元的能源使用開支。

增強(qiáng)的美感

與具有可見的杠桿或按鈕的機(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)代客戶的喜愛。

結(jié)論

智能家電市場的增長引發(fā)了對先進(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、能源價(jià)格的上漲以及對低價(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中的地位。低功率、非接觸式傳感器(如磁簧開關(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)會更加可靠、耐用和美觀，對環(huán)境的影響也會更小。