紅外線自動(dòng)控制水龍頭設(shè)計(jì)

1、湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文第一章引言第二章系統(tǒng)的基本組成2.1水龍頭的構(gòu)成及紅外傳感器控制2.2系統(tǒng)組成方框圖目錄第三章系統(tǒng)的工作原理3.1紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成3.2紅外線水龍頭控制電路的原理圖（見(jiàn)附錄）3.3紅外線水龍頭控制電路工作原理第四章單元電路的設(shè)計(jì)4.1+5v的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).4.2振蕩器電路的設(shè)計(jì)4.3紅外接受控制電路的設(shè)計(jì):4.4電壓放大電路的設(shè)計(jì)4.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計(jì)4.6 三端穩(wěn)壓器4.7 LM567芯片使用.4.5.6.7.910114.8元件選取12第五章結(jié)論13致謝語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15附錄:16湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院

2、2008屆畢業(yè)生論文第一章引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有 力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品 性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。水資源是不可缺少的，沒(méi)有水不管人或事物都不能存活。節(jié)約用水是一種美德。普通水龍頭當(dāng)然也是一種選擇，但是如果人們有急事卻忘了關(guān)水會(huì)使水一 直流，從而會(huì)浪費(fèi)很多水。要是在干旱的地區(qū)水就猶如他們的生命。所以本設(shè)計(jì) 一種可以不會(huì)浪費(fèi)水，專門為那些容易忘記關(guān)水的人使用。本論文設(shè)計(jì)一種以紅外控制水龍頭。采用了反射式紅外傳感器，

3、這種傳感器的發(fā)射與接收是一體化的。當(dāng)人或事物靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號(hào)繼電器動(dòng)作, 使電磁閥得電吸合放水的功能。它安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，使用壽 命長(zhǎng)，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。發(fā)出的二極管光為不可見(jiàn)光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號(hào)調(diào)制 后，只有專門的解調(diào)電路才能收到?？稍趶?qiáng)光下工作，給人們生活帶來(lái)了極大的 方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，其廣泛用于家庭、車站、工廠、 學(xué)校、餐廳等場(chǎng)所。而且大大地?cái)U(kuò)展了原先水龍頭的功能。因此，研究紅外自動(dòng) 水龍頭及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本設(shè)計(jì)滿足了人們對(duì)物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性。以適應(yīng)當(dāng)今品種多批量小的電子市場(chǎng)的需求，大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。第

4、二章系統(tǒng)的基本組成2.1水龍頭的構(gòu)成及紅外傳感器控制水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發(fā)射和接收一般使用紅外發(fā)光二極管和紅外接收管來(lái)完成。當(dāng)有物體靠近時(shí)，一部份紅外光被發(fā)射到接收管。反射式紅外傳感器（見(jiàn)圖l-l）o物體湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文圖2-1 反射式紅外傳感器紅外水龍頭控制過(guò)程是，當(dāng)人或物體接近自動(dòng)水龍頭時(shí)，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體反射到紅外接收光電管。接收光電管接收到的反射光信號(hào)自 動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)電路進(jìn)一步放大、整形、譯碼，最后驅(qū)動(dòng)電路控制電 磁閥動(dòng)作打開水源。當(dāng)人手或物體離開自動(dòng)水龍頭時(shí)，接收光電管接收不到

5、反射 光信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路斷電電磁閥電源。2.2系統(tǒng)組成方框圖紅外線自動(dòng)控制水龍頭整個(gè)控制過(guò)程分5個(gè)模塊。系統(tǒng)組成方框圖（見(jiàn)圖l-2)o紅外接收電壓放大（LM741）多諧振蕩器 調(diào)幅紅外光第三章系統(tǒng)的工作原理3.1紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成紅外線水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2,運(yùn)算放大器(LM741).音頻譯碼器(LM567).繼電器K.電源電路等組成。3.2紅外線水龍頭控制電路的原理圖(見(jiàn)附錄)3-3紅外線水龍頭控制電路工作原理工作原理：發(fā)射電路中，多諧振蕩器由IC (555)和R0.R1和C7等組成。

6、其振蕩頻率為匸1.44/ (R0+2R1) C7,圖中所示的參數(shù)對(duì)應(yīng)頻率為40KHZ,振蕩輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)TLN104型的LED1LED3工作，從而產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)制波。接收 電路中紅外接受頭D1.D2與發(fā)射中的發(fā)射管相匹配，采用TLN104型。紅外脈 沖調(diào)制經(jīng)D1.D2接收管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)C1藕合至LM741,再經(jīng)C2輸入到LM567的第3管腳，經(jīng)識(shí)別譯碼，使得中心頻率匸1/1.1R6C3與紅外調(diào)制頻率 40KHZ致，使第8管腳輸出為低電平，又經(jīng)反相后，驅(qū)動(dòng)VT2導(dǎo)通，繼電器因控制有信號(hào)觸發(fā)而有交流輸出。當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時(shí)，相應(yīng)的D1.D2 因接收到光信號(hào)而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而使LM567

7、因有信號(hào)輸入而在第8腳輸出 為低點(diǎn)平，經(jīng)反相VT2導(dǎo)通，繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使水龍頭的 電池閥動(dòng)作，水源打開。單元電路的設(shè)計(jì)湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文（7805）極為簡(jiǎn)捷方便的搭成。200v交流電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路D1D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩 端形式一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載 的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在 穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生精度高，穩(wěn)定性好的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源電路（見(jiàn)圖4-l)o2IJT.1UFN

8、2N 8V5A+5V/ A湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文/ A湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文04-1穩(wěn)壓電源電路4.2振蕩器電路的設(shè)計(jì)振蕩電路是一種不需要外接輸入信號(hào)就能將直流能源轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出的電路。1OOKD1S(a)電路圖(b)工作波形圖4-2 由定吋器構(gòu)成的多諧振蕩器由于555內(nèi)部比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這時(shí)振蕩頻率受電源的溫度變化的影響較小。故只需通過(guò)調(diào)節(jié)R1的阻值來(lái)改變f來(lái)使其為1Hz 的秒脈沖信號(hào)，作為閘門信號(hào)。4.3紅外接受控制電路的設(shè)計(jì):本電路是用小型一體化紅外接收/解調(diào)塊接受頭SFM506-38和鎖相環(huán)電

9、路。它具有體積小，無(wú)需外部元件、抗光電干擾性能好，接受角度寬、功耗低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。LM567、開關(guān)放大電路VT9013、固態(tài)繼電器TAC08、電磁閥構(gòu)成控制電路(見(jiàn)圖42) o SFM506-38內(nèi)部方框圖(見(jiàn)圖4-3)。圖43/ A湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文100mA, LM567的工作電壓為4. 759V,工作頻率01Hz500kHz,靜態(tài)工作電流為8mA。當(dāng)無(wú)人洗手時(shí)，IC1接受到發(fā)射電路的紅外脈沖經(jīng)放大輸出到IC2 的3腳后，IC2的8腳就會(huì)輸出低電平，三極管VT1截止，繼電器K斷電處于釋放狀 態(tài)，電磁閥丫不動(dòng)作，水龍頭無(wú)自來(lái)水放出。當(dāng)手放到水龍頭下時(shí)，IC1不能接受

10、紅外線，IC2的3腳無(wú)信號(hào)輸入，8腳輸出高電平，使得VT1導(dǎo)通，繼電器K吸合, 使其常開觸點(diǎn)閉合，接通電磁閥丫的220VAC, 丫開始動(dòng)作，使水龍頭放出自來(lái)水, 同時(shí)LED發(fā)出綠光，指示水龍頭正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，手離開水龍頭后,輸入控制電路停止放水。SFM506-38地內(nèi)部原理圖（見(jiàn)圖43）。VCCOUTACCX PIN普通濾波GI®圖444.4電壓放大電路的設(shè)計(jì)電壓放大電路采用LM741集成運(yùn)算放大器oLM741是高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器，功耗低，無(wú)需外部頻率補(bǔ)償，具有短路保護(hù)和失調(diào)電壓調(diào)零能力。此電路（見(jiàn) 圖44。LM741的管腳功能是：1腳為調(diào)零端，2腳為反相輸入端，3腳

11、為同相輸入端,4腳為負(fù)電源端，5腳為調(diào)零端，6腳為輸出端，7腳為正電源端，8腳為空腳端。此引腳圖（見(jiàn)4-5）o內(nèi)部原理圖（見(jiàn)46）。湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文5001123湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文LM741OUTPUT10kft圖45 LM741集成運(yùn)放大器OFFSET 町LLNCIWCRTING IN PUTv+Ttl50NCN-INVCRTING INPUTOUTPUT圖46 LM741集成運(yùn)放大器OFFSET NULL輸入級(jí)偏置電路小間級(jí)，輸岀級(jí)ItEF3KDuThTilMF10J2IV£l15VT205001123湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論

12、文4.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計(jì)音調(diào)譯碼器米用LM567鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)內(nèi)則包含一個(gè)電流控制振蕩器（CC0）、一個(gè)鑒相器和一個(gè)反饋濾波器。此音調(diào)解碼塊包含一個(gè)穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個(gè)晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時(shí)，即可產(chǎn)生一 個(gè)接地方波。當(dāng)輸入信號(hào)于通帶內(nèi)時(shí)提供飽和晶體管對(duì)地開關(guān)，電路由I與Q檢波 器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨(dú)立設(shè) 定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。LM567的基本工作狀況有如一個(gè)低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個(gè)位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時(shí)，開關(guān)就接通

13、。通用的LM567還可以用做可變波形發(fā)生 器或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時(shí)，所檢測(cè)的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500KHz內(nèi)的任何值，檢測(cè)帶寬可以設(shè)定在中心頻率14%內(nèi)的任何值。而且,輸出開關(guān)延遲可以通過(guò)選擇外電阻和電容在一個(gè)寬時(shí)間范圍內(nèi)改變。LM567的管腳功能是：1腳為輸出濾波，2腳為回路濾波，3腳為輸入端，4腳為正電源端（電壓值需最小為4. 75V,最大為9V） , 5腳為定時(shí)電阻端，6腳為定時(shí)電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。LM567的引腳功能圖（見(jiàn)圖47）。LM567的內(nèi)部原理圖（見(jiàn)圖48）。7VCO4Huh宦時(shí)電宙6INVCC8V4320K36104OUTLM567內(nèi)

14、部原理1U工圖49LM567的內(nèi)部原理圖TL iuIT4.6三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化，系列化的通用線性的穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小成本低性能好，工作可靠性高等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最廣泛的 一種單片式集成穩(wěn)壓器件O三端穩(wěn)壓器的工作原理如下：原理框圖（410）可見(jiàn)，它與一般分立元件組成的串聯(lián)式的穩(wěn)壓電路基本相似的不同的是增加了啟動(dòng)電路，保護(hù)電路和恒流源。啟動(dòng)電路是為恒流源建立工作點(diǎn)而設(shè)置的恒流源設(shè)置在基準(zhǔn)電壓形成和誤差放 大器電路中，是為了使穩(wěn)壓器能夠在比較大的電壓變化范圍內(nèi)正?？煽康墓ぷ?。在芯片內(nèi)設(shè)置了兩種較為完善的保護(hù)電路：一是過(guò)流保護(hù)，一是過(guò)熱保護(hù)Rsc 是過(guò)流保護(hù)的取樣電

15、阻。Ri, Rb為輸出采樣電阻。Rb兩端上的電壓（反映輸r湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文ViG1 * V=基礎(chǔ)電用想路保護(hù)I 過(guò)熱保護(hù)1I IRSC v Q 二 <! 迥RA 飆出 "u創(chuàng)7T .1 <A'l調(diào)帙訝安全 工偉區(qū)保護(hù)湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文圖410三端穩(wěn)壓器框圖4.7 LM567芯片使用LM567為通用音調(diào)譯碼器，主用外接電阻20比1范圍，邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力。它的技術(shù)指標(biāo)：1.可調(diào)帶寬從0%至14% ； 2寬信號(hào)輸出與噪聲的高抑制；3.對(duì)假信號(hào)抗干擾;4.高穩(wěn)定的中心

16、頻率；5中心頻率調(diào)節(jié)從0.01Hz 到500kHz； 6電源電壓5V-15V,推薦使用8V。應(yīng)用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K, C1> C2為1uF。R1. C1決定振蕩頻率，一般C1為104電容,R1為10K-200Ko電源電壓為8V。電路（見(jiàn)圖47）湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文4”B8;Y學(xué)定S湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文4.8元件選取序號(hào)名稱符號(hào)型號(hào)和規(guī)格件數(shù)rfct 電谷CO0. lufrfct 電谷Cl0. 22ufl+t電谷C20. lufrfct 電谷C30.

17、 Olufrfct 電谷C42. 2ufrfct 電谷C5l.Oufrf-t 電谷C647uf電阻RO9. IK電阻R113K10電阻R26. 2K11電阻R3100K12電阻R41K13電阻R5100K14電阻R612K15電阻R71K16電阻R810K17晶體三極管VT2901318發(fā)光二極管LED1920芯片LM56721集成運(yùn)算放大LM741湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)生論文第五章結(jié)論通過(guò)這次對(duì)紅外自動(dòng)控制水龍頭的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于水龍頭的原理與設(shè)計(jì)理念，。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種 電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是

18、應(yīng)該自 己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。除了學(xué)會(huì)了許多專業(yè)知識(shí)外，在遇到困難時(shí), 積極地去請(qǐng)教我的指導(dǎo)老師，在通過(guò)看現(xiàn)有的教材或去圖書館查閱資料、去網(wǎng)上 搜索相關(guān)信息，直至把每一個(gè)細(xì)節(jié)，每一個(gè)原理都搞清楚弄明白為止，大大增強(qiáng)了我的自學(xué)能力和獨(dú)立能力。更重要的是，我拓展了思路，開闊了視野，活躍了 思想。畢業(yè)論文設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)水平的研究能力的綜合檢驗(yàn)，是學(xué)生運(yùn)用自己所具備的知識(shí)和能力去分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，進(jìn)行理論與實(shí)際相結(jié)合的一次重要的 訓(xùn)練，需要學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦、是對(duì)寫作能力，認(rèn)識(shí)能力，創(chuàng)造性，理論修養(yǎng) 和綜合素質(zhì)的一種磨練。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我選做的是紅外自動(dòng)控制水龍頭的設(shè)計(jì)，紅外線水龍頭控制電路

19、包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二 極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2,運(yùn)算放大器(LM741).音頻譯碼器(LM567).繼電器K.電源電路等組成。這次論文使我對(duì)相關(guān)知識(shí)有了更深的理解，讓我認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)對(duì)工作實(shí)踐的重要的重大意義，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際。畢業(yè)論文要求我們完全依靠自己的能 力去學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，而不是像以往課程那樣一切又教材和教師安排。因此，它給了 我們更大的發(fā)揮空間。讓我們發(fā)揮主觀能動(dòng)性獨(dú)立的查資料，找數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 方案，并將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，讓我懂得數(shù)字鐘在生中的廣泛應(yīng)用。通過(guò)這次設(shè)計(jì)提高了我們的認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。更重要的是,該設(shè)計(jì)需要我們發(fā)揮合作精神，可以說(shuō)這篇論文不是我一個(gè)人的作品，而是很多致謝語(yǔ)經(jīng)過(guò)這半年來(lái)的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已接近尾聲，作為一個(gè)大專生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo) 師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了許多意想不到的困難。在此我要感謝我的指導(dǎo)老師楊阿弟老師給我悉心的幫助和對(duì)我耐心而細(xì)致的指導(dǎo)，我的畢業(yè)論文較 為復(fù)雜煩瑣，但是楊老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩楊老師的專業(yè) 水平，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并