紅外線水龍頭自動控制電路

1、河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)河南理工大學(xué) 電子技術(shù)課程設(shè)計報告電子技術(shù)課程設(shè)計報告 紅外線水龍頭控制電路紅外線水龍頭控制電路 所在學(xué)院：電氣工程與自動化學(xué)院 姓 名： 鄭凱寧 學(xué) 號： 1 專業(yè)班級： 自動化 06-6 班 指導(dǎo)老師： 2009 年 1 月 8 日 摘要摘要 水是生命之源，然而地球上能夠直接供人們使用的淡水資源卻很貧乏， 而且分布不均，特別是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，無論是在農(nóng)業(yè)還是在工業(yè)方面對淡水 的需求越來越大，所以我們應(yīng)該大力提倡節(jié)約用水，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設(shè) 計用紅外線自動控制電路控制水龍頭，從我們?nèi)粘Ｉ钪袦p少水資源的浪費。 學(xué)以致用，針對節(jié)約用水的問題，結(jié)合自己所學(xué)的知識，開發(fā)

2、一種既 能節(jié)約用水，又操作簡單方便、有實用性的水龍頭。本設(shè)計要求水龍頭具有 紅外線自動控制功能，當(dāng)有人接近或盛水容器靠近時，水龍頭能自動打開， 以一定流速放水；離開時水龍頭自動關(guān)閉。這樣不僅使用起來就很方便，而 且可以防止因疏忽忘記關(guān)水龍頭造成水資源的白白浪費，同時又避免各種傳 染病的擴散和傳播，可以廣泛應(yīng)用在公共場所（如學(xué)校、醫(yī)院）的餐廳、食 堂、衛(wèi)生間等，既節(jié)約用水，又方便、安全衛(wèi)生。 該紅外線水龍頭控制電路由濾波整流電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、紅外發(fā)射 電路、紅外接收電路以及電磁閥控制電路等組成。用到的元器件有光電傳感器 （紅外發(fā)射器、紅外接收器、 ）開關(guān)放大電路、光電耦合器、電磁閥、555

3、集 成芯片以及電阻、電容若干，由 220 伏交流電供電，經(jīng)變壓器從次級輸出 9 伏 交流電壓，該電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓，得到 5 伏電壓提供給控制電路。整個 電路的核心是基于 555 定時器的紅外傳感器，由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路 構(gòu)成，一塊 555 集成芯片用于控制紅外線信號的產(chǎn)生，另一塊用于紅外接收， 其中在第二塊集成芯片中 1、2 管腳還設(shè)有一級自動偏置限制電路，其作用主 要是用來防止強光的沖擊干擾和提高對弱信號的放大能力。當(dāng)有人洗手或接水 時接近水龍頭的手或容器將紅外線反射回一部分，由紅外接收電路接收并轉(zhuǎn)化 為電信號傳遞給后繼電路，繼而引發(fā)電磁閥的控制活動。 目錄目錄 1 1 概述概

4、述.3 3 1.1 引言 .3 1.2 設(shè)計目的 .3 1.3 設(shè)計內(nèi)容及要求 .3 2 2 紅外線水龍頭自動控制電路原理方框圖紅外線水龍頭自動控制電路原理方框圖.4 4 2.1 紅外線水龍頭自動控制電路的組成 .4 2.2 原理方框圖 .4 3 3 各部分功能模塊設(shè)計各部分功能模塊設(shè)計.5 5 31 變壓器及整流濾波穩(wěn)壓電路 .5 3.2 靈敏度調(diào)節(jié)電路 .5 3.3 紅外發(fā)射電路 .6 3.4 紅外接收電路 .7 3.5 電磁閥控制電路 .8 4 4 電路元器件介紹電路元器件介紹.9 9 4.1 電路元件 .9 5 5 遇到的問題及解決方法遇到的問題及解決方法.1111 6 6 心得體會心

5、得體會.1212 參考文獻：參考文獻：.1212 附錄附錄.1313 1 概述概述 1.1 引言 水是生命之源，然而地球上能夠直接供人們使用的淡水資源卻很貧乏， 而且分布不均，特別是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，無論是在農(nóng)業(yè)還是在工業(yè)方面對淡水 的需求越來越大，所以我們應(yīng)該大力提倡節(jié)約用水，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設(shè) 計用紅外線自動控制電路控制水龍頭，從我們?nèi)粘Ｉ钪袦p少水資源的浪費。 1.2 設(shè)計目的 1、掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法。 2、能夠運用所學(xué)知識，合理的選擇使用集成電路元件組成電路。 3、了解紅外線水龍頭自動控制的原理、組成。 1.3 設(shè)計內(nèi)容及要求 1、要求該電路具有自動控制功能，當(dāng)有人接近

6、或盛水容器靠近時，水龍 頭能自動打開，以一定流速放水；離開時水龍頭自動關(guān)閉。 2、用常用的元器件及集成芯片等構(gòu)成電路，畫出原理圖，寫出設(shè)計心得 體會。 2 紅外線水龍頭自動控制電路原理方框圖紅外線水龍頭自動控制電路原理方框圖 2.1 紅外線水龍頭自動控制電路的組成 紅外線水龍頭控制電路由濾波整流電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、紅外發(fā)射電 路、紅外接收電路以及電磁閥控制電路等組成 2.2 原理方框圖 紅外發(fā)射電路 變壓器 濾波整流電路 電磁閥控制電 路 紅外接收電路 3 各部分功能模塊設(shè)計各部分功能模塊設(shè)計 31 變壓器及整流濾波穩(wěn)壓電路 IC4、VD2VD5、T、C7、C6 共同構(gòu)成了控制電路的直流電壓

7、產(chǎn)生電路， 220V 交流電壓經(jīng) T 變壓器從次級輸出 9V 交流電壓。該電壓經(jīng)整流、濾波、 穩(wěn)壓，得到的 5V 電壓提供給控制電路。 3.2 靈敏度調(diào)節(jié)電路 Rp2 是一只可變電阻， 調(diào)節(jié)其阻值，可改變 IC27 腳上的電位及 VT1 的導(dǎo) 通狀態(tài)。正常時，調(diào)整 Rp2 的阻值，7 腳上的電壓值為 4.6V，VT1 處于微飽和 導(dǎo)通狀態(tài)，此時，電路靈敏度最佳。 3.3 紅外發(fā)射電路 IC1 的型號為 CA7555,是一塊時基集成電路，由該 IC 構(gòu)成了紅外發(fā)射電 路。該電路是一個多諧振蕩器，振蕩頻率為 f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）xC1，調(diào) 整 Rp1 的電阻值，可使發(fā)射電路的振蕩

8、頻率 f=38KHZ。該振蕩頻率的信號從 IC1 的 3 腳輸出后， 由紅外發(fā)射二極管 LED1 向外輻射紅外光。R3 是紅外發(fā) 射二極管 LED1 的限流保持電阻。 3.4 紅外接收電路 IC2 是一塊紅外線接受集成電路。其 1 腳外接紅外接收二極管；2 腳所接 的 C2、R4 主要是用來設(shè)置 IC2 內(nèi)前置放大器的頻率特性和增益的。IC2 的 1、2 腳內(nèi)還沒有一級自動偏置限制（ABLC）電路， 其作用主要是用來防止強 光的沖擊干擾和提高對弱信號的放大能力；3 腳所接的 C3 為檢測電容，當(dāng)其 容量值變小時，檢波輸出脈沖的脈寬變動就大，極易造成遙控誤動作。IC2 的 5 腳與電源之間所接的

9、 R5 為帶通濾波器中心頻率 f0 的設(shè)置電阻；6 腳與地之 間所接的 C4 為內(nèi)部整形電路的積分電容。當(dāng)其容量值變大時，不但抗外部噪 聲干擾能力下降，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時間也將增加，由此也會造成遙 控失靈。 3.5 電磁閥控制電路 紅外遙控信號發(fā)射器的信號在無人洗手或接水時，IC2 接收不到紅外光而 后級電路不會動作。 當(dāng)有人洗手或接水時，接近水龍頭的手或盛水容器將紅外反射回一部分， 由紅外接收管 LED2 接收并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。該信號通過 IC2 的 1 腳輸入 電阻（指 IC 內(nèi)的等效輸入電阻，其值約為 45 歐姆）形成了約 40uV 的電壓信 號，經(jīng)前置放大、限幅放大、38k

10、Hz 的帶通濾波、峰值檢波，使 IC2 的 7 腳輸 出的電壓由高變低，使 VD1、VT1 相繼導(dǎo)通，使 LED1 發(fā)光，并使 VS1 雙向晶閘 管導(dǎo)通，使電磁閥 DF-1 得電，打開放水。 4 電路元器件介紹電路元器件介紹 4.1 電路元件 該電路用到的元器件有光電傳感器（紅外發(fā)射器、紅外接收器、 ）開關(guān)放大 電路、光電耦合器、電磁閥、555 集成芯片以及電阻、電容若干。 1、光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)花成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。 一般情況下有三部分構(gòu)成：發(fā)射器、接收器和檢測電路。 發(fā)射器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極 管 LED、激光二極管及紅外發(fā)射二極

11、管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖 寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝 有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面時檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用 該信號。 2、光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號處理電 路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā)光器件 LED 上， LED 發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出， 或者將電信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn) 換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為 電隔離。它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸

12、點輸入與 輸出在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動控制 領(lǐng)域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開關(guān)電路、 數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。 3、電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每 個孔都通向不同的水管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通 電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排水的孔， 而進水孔是常開的，水進入不同的排水管，然后通過水的壓力來推動活塞，活 塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制 了機械運動。 4、555 時基電路

13、邏輯功能表 復(fù)位端 4 腳 高電平觸發(fā) 端 6 腳 低電平觸發(fā)端 2 腳 比較輸出 A1() A2(R )S 輸出端 3 腳 三極 管 VTD 00導(dǎo)通 123Vcc13Vcc001截止 123Vcc13Vcc010導(dǎo)通 123Vcc13Vcc101截止 123Vcc13Vcc11不變不變 5、555 單時基集成電路引腳排列方式和引腳說明 引腳字母代號功能說明引腳字母 代號 功能說明 1GND公共地線端5Vc控制信號輸入端 2 TR 觸發(fā)信號輸入端6TH閥值信號輸入端 3Vo信號復(fù)位端7DIS放電控制器 4 MR 主復(fù)位信號輸入端8Vcc工作電源輸入端 5 5 遇到的問題及解決方法遇到的問題及

14、解決方法 雖然學(xué)習(xí)過相關(guān)的理論知識，然而真正的到實際運用時還是會出現(xiàn)各種問 題。通過本次課程設(shè)計，暴露了不少問題，主要有以下幾個方面： 1、元器件的選擇，對于用到的芯片或其它一些元件，在理論上覺得很熟悉，實 際中選擇元件以及連接電路圖時，還是經(jīng)常會出錯的。 2、畫圖工具相關(guān)操作不熟練，在用 protel 畫電路圖時畫出的圖中，元件顯示的 很小，不清晰。 3、分析問題不透徹，思考某些遇到的問題時不全面，造成設(shè)計過程復(fù)雜麻煩 盡管遇到了很多困難，但是通過復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識，看書，上網(wǎng)查資料 以及請教同學(xué)和老師，遇到的問題還是迎刃而解了，設(shè)計過程中也學(xué)習(xí)到了不 少東西。 6 心得體會心得體會 通過本次課程設(shè)計，使我進一步了解熟悉數(shù)字邏輯電路技術(shù) 的相關(guān)知識以及各芯片的功能