紅外線自動干手器課程設(shè)計

1、xxxxxx課程設(shè)計紅外線自動干手器課程設(shè)計綜述自動干手機具有風(fēng)量大、噪音小、靈敏度高、使用方便、迅速和安生等的性能特點， 在當(dāng)今，它是一個先進和理想的衛(wèi)生清潔器具和設(shè)備。廣泛應(yīng)用于賓館酒店、機場車站、 體育場館等公共場所的洗手間。當(dāng)您洗手后，將雙手伸在自動干手機的出風(fēng)口下，自動 干手機會自動送出舒適的暖風(fēng)，迅速使您的雙手去濕變干，而當(dāng)您把手一離開自動干手機 風(fēng)口時它又自動停風(fēng)關(guān)機，因而真正達到防止疾病交叉感染的要求。其工作原理只是采用一種紅外線控制的電子開關(guān)，當(dāng)有人手伸過來時，紅外線開關(guān)將 電熱吹風(fēng)機自動打開，人離開時又自動將吹風(fēng)機關(guān)閉。成品的自動干手器將紅外線控制開 關(guān)和電熱吹風(fēng)機制作為一

2、體，根據(jù)這個基本原理，用一只普通的電熱吹風(fēng)機，加裝一個紅 外控制開關(guān)，就可組成一個自動千手器，其效果與成品自動干手機是一樣的。在手置于干手器下部時，由于手對紅外線的反射作用，接收電路中的光敏二極管將接 收到的紅外線變成電信號，經(jīng)選頻放大器，其輸出信號經(jīng)放大、整形、濾波變成直流信號 進人比較器。比較器的門限電壓設(shè)置較高，其目的是提高電路的抗干擾能力。當(dāng)比較器的 輸人電平超過門限電壓時，其輸出變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)555定時器開始定時，同時該定時器 的3腳變?yōu)楦唠娖?，繼電器觸點吸合，接通電阻絲和風(fēng)機。繼電器進入暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)設(shè)定的 延時時間結(jié)束后定時器的3腳變成低電平，繼電器觸電放開，切斷電阻絲和風(fēng)機，工作

3、結(jié) 柬31方案設(shè)計與分析1.1方案設(shè)計一本設(shè)計方案的紅外線發(fā)射部分由光敏二極管，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器與紅外線 發(fā)射管組成，實現(xiàn)對由從多諧振蕩器獲得的電信號進行發(fā)射的功能；紅外線的接收部分由 集成運算放大電路和紅外線接收管構(gòu)成，實現(xiàn)對由光敏二極管發(fā)射的電信號進行接收，放 大，選頻的功能；由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路和交流固態(tài)繼電器作為該設(shè)計的延時電 路，實現(xiàn)控制電吹風(fēng)的工作與停止。圖1-1方案設(shè)計一框圖12方案設(shè)計二采用BISS0001型紅外傳感信號專用處理集成電路與紅外線熱釋傳感器構(gòu)成紅外線觸 發(fā)電路，它可以接收到人身體發(fā)射出的紅外線并通過專用的集成電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，用來 觸發(fā)555

4、定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以提供延時功能，使干手器實現(xiàn)工作一 定時間后自動停止的功能。SSR采用JCX-2F-DC5V型過零緊湊型固態(tài)繼電器，它體積小 巧，可以直接插焊在印制電路板上。xxxxxx課程設(shè)計71VDDc220 V SO Hz 0Dc圖1-2方案設(shè)計二原理圖1.3方案分析方案一根據(jù)紅外線反射的原理工作，光敏二極管依靠反射回來的紅外線工作性能比較 穩(wěn)定，控制電路制作中用到了多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)電路，但是元件比較普通成本也不高。方案二根據(jù)紅外線熱釋開關(guān)實現(xiàn)工作要求，紅外線熱釋傳感器感應(yīng)外界紅外線變化工 作，有可能對其他紅外熱源敏感，并且需要專用的芯片支持。二者的延時電路與電吹風(fēng)

5、電路基本相同，方案一雖然電路相對復(fù)雜，但是其穩(wěn)定性與 成本方面比較優(yōu)秀。方案二電路雖然簡單，但是其穩(wěn)定性不高容易產(chǎn)生誤操作，并且成本 控制的不好。出于實用與生產(chǎn)方面考慮我選擇電路相對復(fù)雜一些的方案一。5xxxxxx課程設(shè)計2系統(tǒng)設(shè)計與原理2.1單元電路設(shè)計2.1.1 555定時器原理及參數(shù)分析圖211是555定時器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器免、一個RS觸發(fā)器，一個放電三極管和三個5KQ電阻的分壓器而構(gòu)成。圖2-1-1 555定時器內(nèi)部組成框圖它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源Y雙極型時基電路Vs的范圍是4. 5 16V, CMOS型時

6、基電路Vs的范圍 為 3 18Vo 一般用 5Vo3腳：輸出端Vo2腳：豆低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：兀是直接清零端。當(dāng)瓦端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TE、TH處于 何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：*為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端 不用時，應(yīng)將該端串入一只0. 01 mF電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電叫2.1.2 555定時器的參數(shù)分析71在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器人基準(zhǔn)電壓分別為Vcc * Vcr的情況 下，555時基電路的功能表如表2-1-2示M

7、l。表2-1-2 （1）555定時器的功能表清零端和高聲端低觸發(fā)端TLQn+1放電管T功能0XX0導(dǎo)通直接清零213VccVg0導(dǎo)通置0213Vcc訂81截止置1213VccVgQn不變保持表2-1-2555定時器的參數(shù)表參數(shù)量值電源電壓范圍4.5-18V靜態(tài)功耗（Vcc=15V）120mW定時精度1%溫度系數(shù)0. 03%每度電壓漂移0. 03%每伏閾值電壓（Vcc=15V）9.8-10. 2V觸發(fā)電壓（Vcc=15V）4.8-5. 2V復(fù)位電壓=100mA102.1.3紅外線發(fā)射電路設(shè)計廠 0.01 uF紅外線發(fā)射電路圖2-1-3紅外線發(fā)射電路圖紅外發(fā)射器以555芯片及紅外發(fā)射管構(gòu)成，555

8、芯片連接成多諧振蕩器，為紅外線管 提供振蕩脈沖，使其發(fā)射出紅外線。根據(jù)任務(wù)書要求要發(fā)射出1000赫茲的紅外線，那么多諧振蕩器的振蕩頻率便為1000 赫茲。根據(jù)多諧振蕩器頻率公式(1-1),根據(jù)頻率/ = 1000赫茲，可以求出Rx.RC的值。 即f = = (2-1)T (R+2RCM2計算出 & =3OKC. R,=6OKG. C = O.O1“F2.1.4多諧振蕩器仿真電路分析由2.1.3數(shù)據(jù)可以得到構(gòu)成紅外線發(fā)射電路的多諧振蕩器的仿真電路模型及其波形圖，如圖214和圖2亠4圖2-1-4C1)多諧振蕩器仿真電路模型圖2-1-4(2)多諧振蕩器仿真波形圖2.1.5延時裝置設(shè)計RC圖2-1-5

9、延時裝置延時裝置由555定時器組成得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，當(dāng)受到紅外線信號出發(fā)后，將給繼 電器一個高電平，繼電器通電吸合，將電吹風(fēng)電源接通吹出熱風(fēng)。這是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入 暫穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)時間由R.C數(shù)值決定。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器公式(2-2)可以求出R.C的值。V -0“tw = RCIn = RCIn 3 = 1(22)V3 根據(jù)暫穩(wěn)態(tài)時間定為15s,可以求出/? = 62OK1. C = 22jliFq2.1.6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真電路分析由2.1.5數(shù)據(jù)可以得到構(gòu)成延時電路的單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型及其波形圖，如圖2-1-6(1)和圖 2-1-6(2)xxxxxx課程設(shè)計12TOTRI&示汝蠱-X5C1CO

10、WGNDRZ555 VIRTUAL 100。皿CI2uFC2 丄OnF2-l-6(l)單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型區(qū)n創(chuàng)空時間3.985 ms通道12.000 V通道上相反IT24-5.495 ms12.000 VT2-T11.509 ms0,000 V尿仔 I時基刻度 |2 msJDivGND金X位置 I| 7T Add| 日汕 J MB |通道A逋道日觸發(fā)刻度 |5 V/Div刻度|5 Viv沿位置|0y位置|a水平AC o I |dc eAC | 0 DC - | 廠內(nèi).|無.自動I圖2-l-6(2)單穩(wěn)態(tài)電路仿真波形圖xxxxxx課程設(shè)計172.2整體電路設(shè)計2.2.1單元電路的組合根據(jù)單元電路

11、的設(shè)計，將各單元電路的獨立電源整合為一個12V電源，加入電路工作 指示燈，并且加入了選頻網(wǎng)絡(luò)電路，對光敏二極管接收的紅外信號進行放大、整形、濾波, 使其變成標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)脈沖信號。由此得到紅外線自動干手器整體設(shè)計電路圖2-2-10V120電吹風(fēng)VDS41UL二 C2 7-1UF SSS-VIRTUAL0. OZF620kOhiaVCCA2DISTHPTPTCONC7SSS VIR1UALU1 RSlMOluaRGLOkOhn=0.丄C6 ZZuTOUTGWD圖2-2-1整體設(shè)計電路2.2.2工作原理紅外線發(fā)射器由SE303與紅外線發(fā)射管PH302組成。它是由555電路組成的多諧振蕩 器，振蕩頻率1

12、000赫茲。由多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率脈沖經(jīng)&送到紅外發(fā)射管SE303 向外發(fā)射。紅外線接收放大器由紅外線接收管PH302和電壓放大器組成，&是其反饋偏置電阻。 由紅外線接收管PH302將接收到的紅外反射信號變?yōu)殡娒}沖后,加至電壓放大器的輸入端, 進行脈沖幅度的放大。C$、組成微分電路，將施密特觸發(fā)器輸出的方波形成觸發(fā)脈沖，以便對后級電路可 靠地觸發(fā)。開關(guān)控制電路由A2組成。A2與R7、C6組成了脈沖啟動型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由G、&形 成的觸發(fā)脈沖觸發(fā)而翻轉(zhuǎn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在穩(wěn)態(tài)時，A2與的OUT腳輸出低電平，繼電器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)其受到 觸發(fā)后翻轉(zhuǎn)，OUT腳輸出高電平，繼電器通電吸合，將電吹風(fēng)機的

13、電源接通，電吹風(fēng)機得 電開始運轉(zhuǎn)并吹出熱風(fēng)。這時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)。其暫穩(wěn)態(tài)時間由&和G的數(shù)值 決定，按電路中的數(shù)值，暫穩(wěn)態(tài)時間約為15so 15s后暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。 繼電器釋放將電吹風(fēng)機電源切斷，吹風(fēng)機停。干手器的控制器應(yīng)安裝在洗手間的適當(dāng)位置，將紅外發(fā)射、接收頭置于控制器的下方。 當(dāng)手伸向控制器的下方時，紅外發(fā)射頭發(fā)射的紅外信號被反射到接收頭，通過信號處理使 電熱吹風(fēng)機開啟，15s后自動關(guān)閉。如果想繼續(xù)開啟，可在停機后再次將手伸向控制器的 下方叭由上述分析可知，整體設(shè)計電路是在對各單元電路設(shè)計基礎(chǔ)上，結(jié)合各單元電路的特 點，加上適當(dāng)?shù)臑V波整流電路，電源電路以及指示電路，

14、實現(xiàn)了整體電路的設(shè)計要求?？偨Y(jié)本設(shè)計主要以555定時器為核心，通過555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號驅(qū) 動光敏二極管產(chǎn)生紅外線發(fā)射信號，紅外線接收電路的光敏二極管接受到信號后，將接收 信號放大，整流，濾波，通過555單穩(wěn)態(tài)電路，是風(fēng)機的短暫起停，暫穩(wěn)時間為15秒， 達到自動控制功能。本設(shè)計不僅反應(yīng)速度較快而且頻率低，功耗小。制作價格比較便宜，特別適合家庭使并且實現(xiàn)了預(yù)期要求的任務(wù)指標(biāo)：技術(shù)要求實際性能電路能夠通過感應(yīng)裝置，在人們需要干實現(xiàn)手時，自動打開加熱和吹風(fēng)裝置電路在打開加熱和吹風(fēng)裝置一段時間在實現(xiàn)的基礎(chǔ)上我們能夠讓系統(tǒng)反應(yīng)靈后，自動關(guān)斷開關(guān)敏度達到很高電路能夠調(diào)解加熱和吹風(fēng)裝置開關(guān)

15、打開在實現(xiàn)的基礎(chǔ)上我們能夠隨意設(shè)置延時的時間時間本設(shè)計的不足之處：由于時間倉促，加之自己的知識有限，在設(shè)計的過程中有許多沒 有照顧到的地方，紅外線接收的選頻網(wǎng)絡(luò)電路對信號的整形、濾波不是很完美，有些參數(shù) 的選定沒有達到最佳的效果。有些電路圖輸入得也不夠規(guī)范，這些問題和毛病會在以后的 設(shè)計過程中加以克服。課程設(shè)計體會經(jīng)過一周的時間，通過上網(wǎng)査找資料，與同學(xué)互相探討，結(jié)合自己在課堂上所學(xué)的知 識，完成了本設(shè)計。通過本設(shè)計，不僅對在課堂上所學(xué)的東西加以了鞏固和擴展，而且把 自己所學(xué)的理論知識結(jié)合到了實踐當(dāng)中，學(xué)到了許許多多從書本上學(xué)不到的東西。學(xué)到了 很多關(guān)于元器件，Electronics Workbench軟件的使用以及査閱相關(guān)資料的方法。也使我的 信心倍增，更重要的是使我有了質(zhì)的提高。在以后面對困難都能夠勇于向前。對于本次設(shè) 計，更深刻的體會到了 555定時器在生活中各個方面的應(yīng)用，更加認(rèn)識到了運算放大電路 用法之靈活，功能之強大，還有光敏二極管，三極管，繼電器等常用元器件在實際當(dāng)中的 應(yīng)用。這些都為以后電子技術(shù)的學(xué)習(xí)打下了堅實的實踐基礎(chǔ)，為日后學(xué)習(xí)其他專業(yè)課奠定 了實踐基石。參考文獻