自动洗手器的设计.doc

自动洗手器 的设计课题基本要求0 1、设计一个用于控制水龙头自动出水的装 置； 0 2、当有人洗手时，装置能自动出水，若手 稍微偏离水龙头时（偏离时间1S以内）， 水龙头也能自动出水； 0 3、工作电源为交流220V； 0 4、灵敏度可调； 注：请在第7周（3.29）之前完成作品制作和 设计报告。课程设计的基本要求1、查找资料、确定课题的总体设计方案，画出总方框图，划分各单元电路的 功能，并进行各单元电路的设计，画出电路图。方案报指导教师审核， 提出修改意见。2、选择元器件型号，确定元器件的参数。3、应用Protel99软件设计电路原理图，设计PCB板图，制作出电路板，完成 焊装。.4、自拟硬件的测试方法及步骤（注意：请务必保证工作电源正常后，方能插 上其它集成芯片），并进行电路调试，最终实现设计要求的功能。5、每人独立完成一份设计报告，报告的组成部分如下： （1）题目；（小二号黑体） （2）设计人（含专业、学号等）、指导教师、设计时间；（小三号黑体） （3）摘要、关键词（35个）；（五号字）（4）正文包括：设计任务；设计方案（含系统总框图）；各功能模块设 计（含各模块原理图、集成电路封装及功能描述、工作原理、最后形成系统原理图）；硬件调试要点；结果分析、改进思路及设计工作总 结； （五号字）（5）参考文献； （五号字） （6）附件（元器件清单、系统原理图、PCB版图）。自动洗手器实现方案0 1、目前，自动洗手器使用最多的方案是利 用红外发射接收实现自动控制； 0 2、也有采用红外感应实现自动控制出水控 制，但该方案成本较高，易受干扰。 建议同学们采用红外控制方案。红外控制方案+V13R210KR6R1IC12+RW1+5VRW25k+1K7805C2LM567IC3R7IC2C1100uF/25V4V+Rt5200SFH506-381000uF/25vLED1LED2C36 36+5VINCt1043红外发射C4红外接收2LfilGND7+2.2uFC6R82T17C51OfilOUT810k90131uF+outD1-D4R5+V+5V4007X4R34+5V IC41KD51LED10k8555400710k红外接收8RLED310Vac74DISVCCJ13C78156THRQ320.01uf2R4925T2LM358 AVinoutTRIGCVolt90135.1K10k10k5k14220Vac1C8F1GND104470kVin+2A1uF红外接收电路代替SFH506-38红外接收波形图38KHz载波调制信号发射信号接收信号1（库房接收头） 接收信号2（SFH506-38）LM567的原理与应用0 1脚输出滤波,2脚环路滤波(脚所接电容决定锁相环路的 捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的 容量应至少是脚电容的2倍。 ) 0 脚是输入端，要求输入信号25mV; 0 4脚接Vcc, 7脚接地; 0 、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心 频率f2，f21/1.1RC; 0 脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管， 允许最大灌电流为100mA。 0 LM567的工作电压为4.759V，工作频率从直流到 500kHz，静态工作电流约8mA。 LM567的原理与应用0 （1）逻辑输出具有高达 0 100mA的吸收电流； 0 （2）锁定带宽范围从0% 0 到14%中心频率； 0 （3）噪声抑制能力强； 输出滤波1放大器8输出环路滤波2鉴相器I7 GND3压控振荡器信号输入6定时电容鉴相器QVcc 45定时电阻图5.7.1 LM567的内部结构及引脚0 （4）抗假信号干扰能力强； 0 （5）中心频率稳定度高； 0 （6）中心频率从0.01Hz到500KHz可调。 0 电路工作时，输入信号与压控振荡器VCO的振荡信号在鉴相器 （双平衡模拟乘法器）中鉴相，相差信号经环路低通滤波后，形 成与相差成一定比例的电压信号，用于控制VCO输入频率跟踪输 入信号的相位变化，若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内， 则环路锁定，VCO的频率与输入信号的频率一致。 0 鉴相器（双平衡模拟乘法器）与鉴相器工作方式略有不同， 它是利用压控振荡器的输出信号经90度移相后与输入信号鉴相， 因而鉴相器的输出电压达到输出范围的最大值，经运放后反相 输出，其输出是集电极开路方式，采用该方式方便输出信号与 TTL或CMOS电路匹配，且可直接驱动继电器等小功率负载。 0 中心频率为f=1/1.1RC；捕捉的带宽为BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其 中25mVVin200mV，Vin为有效值，） 0 LM567的工作频率范围为0.01HZ500kHZ，而且工作频率十分 稳定。最大锁范围为14%f0，电源电压为4.75V9V，输入电阻为 20千欧，典型工作电流为7mA，主要用于单音解码。 整机调试的步骤0 （1）为了便于调试和维修，导线的颜色和安装应符合一定 的要求。通常正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑 线；线径不要太细，否则容易断开；连线不允许跨接在集 成电路上，应从芯片周围过，且尽量做到横平竖直；按上 述要求做不仅电路整齐美观，而且能提高电路的可靠性、 便于检查和排除故障。 0 （2）将线路板的各引线梳理整齐，避免乱缠在一起，将工 作台的管脚、焊锡渣等清扫干净，以避免这些杂质引起线 路板局部短路。准备好纸笔，把各步骤调试的现象记录下 来，并加以适当的说明。 0 （3）认真检查线路接线是否正确无误。根据原理图逐一检 查各器件连接是否正确、器件型号参数是否正确、有极性 的器件（如二极管、三极管、稳压管、电解电容等）方向 是否正确。借助万用表电阻档测各点的对地电阻，并与原 理图的理论分析对照，以便找出电源对地短路、元器件焊 点之间短路等故障。 整机调试的步骤（4）确定线路安装无误后，若部分关键芯片可拔起来的话先拔起来，再接 入电路设计要求的电压，观察电路中各元件是否有严重发热、冒烟、异常 声响、异常气味等不正常现象。若有异常现象，应立即断开电源，直到故 障排除后方能再次通电；若无异常，用万用表测芯片座电源输入电压是否 符合要求，若符合要求则断开电源后插上芯片再重新通电，若不符合要求 要进行排查直至符合要求才能断电插上芯片。0 （5）单元电路调试。一个复杂的电子线路系统通常由多个单元电路组合而 成，调试时先按照信号流向逐级逐单元调试。调试前应明确本单元电路的 调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形或频谱。电路调试包括静 态调试和动态调试，静态调试指单元电路无信号输入时，调整相关元件， 测试各测试点的电流、电压、波形等，使这些信号满足设计指标，它是动 态调试的基础。动态调试是指单元电路加入规定的信号，调整相关元件， 测试各测试点的电流、电压、波形等，使这些信号满足设计指标。 0 （6）整机联调。各单元电路调整完毕后，将各单元电路连接起来进行静态 调试和动态调试，用万用表、示波器、扫频仪、频谱仪等仪器检查电路的 性能参数，分析测量结果是否满足设计指标，若有故障或指标不满足设计 要求及时采取相应措施。 常用的电路故障排查方法0 （1）目视检查法 0 检查电源线、信号线是否连错；PCB板布线是否布错；器件型号、参数是 否正确；二极管、三极管、稳压管、电解电容极性是否正确；功率器件、 芯片等是否异常发热；元器件之间、焊点之间、信号线之间、PCB铜膜导 线之间是否存在局部短路；观察显示装置（指示灯、数码管、液晶屏等） 的显示内容大体推断故障部位和性质。 0 （2）信号循迹法 0 寻找电路故障时，一般可以按照信号的流程逐级进行。从电路的输入端加 入适当的信号，用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内各部分传 输的情况，根据电路的工作原理分析电路的功能是否正常，如果有问题， 应及时处理。调试电路时也可从输出级向输入级倒推进行，信号从最后一 级电路的输入端加入，观察输出端是否正常，然后逐级将适当信号加入前 面一级电路输入端，继续进行检查。这里所指的“适当信号”指频率、电压 幅值等参数应满足电路要求，这样才能使调试顺利进行。 0 （3）对分法 0 把有故障的电路分为两部分，先检测这两部分中究竟是哪部分有故障，然 后再对有故障的部分检测，一直到找出故障为止。采用“对分法”可减少调 试工作量。 常用的电路故障排查方法0 （4）分割测试法 0 对于一些有反馈的环形电路，如振荡器、稳压器等电路，它 们各级的工作情况互相有牵连，这时可采取分割环路方法， 将反馈环去掉，然后逐级检查，可更快查出故障部分。对自 激振荡现象也可以用此法检查。 0 （5）电容旁路法 0 如遇电路发生自激振荡或寄生调幅等故障，检测时可用一只 容量较大的电容器并联到故障电路的输入端或输出端，观察 对故障现象的影响，据此分析故障的部位。在放大电路中， 旁路电容失效或开路，使负反馈加强，输出量下降，此时用 适当的电容并联在旁路电容两端，就可以看到输出幅度恢复 正常，也就可断定旁路电容的问题。这种检查可能要多处试 验才有结果，这时要细心分析可能引起故障的原因。这种方 法也可用来检查电源滤波和去耦电路的故障。 0 （6）对比法 0 将有问题的电路的状态、参数与相同的正常电路进行逐项对 比。此法可以较快地从异常的参数中分析出故障。 常用的电路故障排查方法0 （7）替代法 0 把已调试好的单元电路代替有故障或有疑问的相同的单元电路 （注意共地），这样可以很快判断故障部位。有时元器件的故 障不很明显，如电容器漏电、电阻变质、晶体管或集成电路性 能下降等，这时用相同规格的优质元器件逐一替代试验，就可 以具体的判断故障点，加快查找故障点的速度，提高调试效率。 0 （8）静态测试法 0 故障部位找到后，要确定是哪一个或哪几个元件有问题，最常 用的就是静态测试法和动态测试法。静态测试是在电路不加信 号时用万用表测试电阻值、电容器漏电、电路是否短路或断路， 晶体管和集成电路的各引脚电压是否正常等，通过测试发现判 断故障元件。 0 （9）动态测试法 0 当静态测试还未能找到故障时，采用动态测试法。测试时在电 路输入端加上适当的信号再测试元器件的工作情况，观察电路 的工作状况，分析、判断故障原因。 本课程设计的故障排查（信号循迹法）0 1、测试电源是否正常，若不正常查电源部分电路； 0 2、测试1点信号波形是否为近似方波，且幅度约为4伏，若不正常查 LM567部分电路； 0 3、测试2点信号波形是否为近似方波，且幅度为零点几伏，若不正常查R2 及其铜膜导线； 0 4、测试3点信号波形是否为近似方波，且幅度约为4伏，若不正常查T1和 LED2是否坏或方向错； 0 5、有反射时，测试4点是否有信号波形，且信号频率和1点的信号频率相 同，若无可能红外接收管坏或方向错； 0 6、有反射时，测试5点是否有信号波形，若无可能LM358及其周边电路有 问题； 0 7、有反射时，测试6点是否有信号波形，若无可能C3及其铜膜导线有问 题； 0 8、有反射时，7点应为低电平，否则LM567及其周边电路有问题； 0 9、有反射时，8点应为高电平，否则NE555及其周边电路有问题； 0 10、有反射时，9点应为零点几伏电压，且继电器吸合，指示灯亮，否则 可能继电器有问题。断电时量继电器的1和2脚之间的阻值应为几百欧。 红外发射接收管引脚判断红外发射管红外接收管+-+正向电阻