红外线自动干手机器的电路设计毕业论文.doc

摘 要自动干手机是一种高档卫生洁具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。其工作原理是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。自动干手电路是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，吹风机开关电路和电源电路五部分构成的。在红外线发射电路中，输出电路端Q产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管D1起保护红外发光二极管的作用。在时间延迟和吹风机开关电路中，当输出端Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器与三极管集电极相连，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，电路闭合，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，电路断开，吹风机不吹出热风。同时在继电器两端并联一个二极管实现保护，在电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。关键字: 红外线发射电路 红外线接收放大电路 吹风机开关控制电路 时间延迟电路 电源电路ABSTRACTAutomatic dry cell phone is a kind of high-grade sanitary ware, widely used in hotels, airport station, sports stadiums and other public places of the bathroom. The working principle of adopting a infrared control of electronic switch, when a hand stretch to come over, infrared switch will electric blower automatically open, the man left and automatic will blower closed.Automatic circuit is dry hands by infrared emission circuit, infrared receiver circuits, time delay circuit, hair dryer switch circuit and power circuit composed of five parts. In the infrared emission circuit, the output power LuDuan Q produce the pulse signal to control the infrared emitting diode launch a light pulse, diode D1 infrared leds on protection of the role.In the time delay and hair dryer switch circuit, when the output low electricity output Q at ordinary times, the transistor, no current through the. Relay and triode connected to the collector, when a current drivers, switch suck close, electromagnetic valve electricity, closed circuit, blower, the hot air; When no current drivers, switch, solenoid valves no electricity, circuit disconnect, hair dryer dont blow hot air out. At the same time in the relay ends a diode in parallel to realize protection, in a circuit to join leds D3 as show circuit, show hair dryer is activeKey word: infrared emission circuit Infrared receiver amplifier circuit Hair dryer switch control circuits Time delay circuit Power supply circuit 目 录第一章 绪 论11.1 引 言11.2 国内外发展方向及现状1第二章 方案设计32.1 方案论证32.1.1 干手器的构成及传感器控制32.1.2 工作原理32.2.3 工作方案设计4第三章 原理设计73.1 主要单元电路设计73.1.1 红外线发射电路73.1.2 红外接收电路103.1.3 时间延迟电路133.1.4 电源电路153.1.5 整体电路实现193.2 电路工作原理20第四章 电路仿真及Multisim软件介绍214.1 Multisim 2001 程序概论214.1.1 简介214.1.2 功能及特色214.2 multiSIM 2001仿真电路创建224.2.1 电路创建224.2.2 原理图创建与绘制234.3 设置元器件参数及仿真要求274.3.1 元器件参数设置参考附件-元件清单274.3.2 仿真要求274.3.3 仿真实现27第五章 PCB板设计及protel介绍315.1 印刷电路板(PCB)简介315.1.1 PCB简介315.1.2 Protel DXP简介325.2 Protel DXP原理图的设计335.2.1 印制电路板设计的一般步骤335.2.2 启动Protel DXP原理图编辑器345.2.3 装载元器件库及放置元器件355.2.4 元器件的位置调整和布线375.2.5 元器件属性设置及原理图编译385.3 Protel DXP电路板的设计395.3.1 PCB的层395.3.2 利用向导创建PCB405.3.3 PCB板布局415.3.4 PCB板布线42第六章 总结与体会43致谢45参考文献47附录一 元件清单49第一章 绪论1.1 引 言随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，其广泛用于家庭、商场、工厂、学校、餐厅等场所 。因此，研究红外线控制自动但受其及其应用，有着非常重要的意义。本论文设计的是一种以红外线自动控制的干手器。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动吹风。本设计满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。1.2 国内外发展方向及现状随着红外技术的高速发展，红外焦平面阵列技术出现了，并且迅速得到发展。美、英、法、德、日、加拿大、以色列等西方发达国家都在竞相研制和生产先进的红外焦平面阵列摄像仪，其中美国在红外焦平面阵列传感器的发展水平方面处于遥遥领先地位，其焦平面阵列规模已达20482048元，已接近与可见光硅CCD摄像阵列水平。日本在世界上最先实现了100万像元集成度的单片式红外焦平面阵列等种类产品推向市场，抢占商机，法国、荷兰、瑞典、英国、德国和意大利等在非制冷红外热摄像仪技术的发展方面，已显示出其处于前沿的竞争地位。此外，加拿大、以色列、韩国、澳大利亚、波兰、新加坡的一些公司和机构都在尽力发展先进红外焦平面阵列热摄像仪技术，竞争已遍及全球几大洲。近几年来，中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展，与西方的差距正在逐步缩小，有些设备的先进性也同西方同步。如目前已能生产面积小于30um210001000像素的探测器阵列，由于采用了基于锑化铟的新器件，目前已达到了分辨率小于0.01的温差，使对目标的识别达到更高的水平。第二章 方案设计2.1 方案论证2.1.1 干手器的构成及传感器控制干手器采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图2-1所示）。物体图2-1 反射式红外传感器反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动干手器时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。2.1.2 工作原理自动干手机的工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手机将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手器是一样的。该红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。根据设计任务与要求,当人们需要干手时，人们把手靠近干手机时，自动干手机会自动打开加热装置和吹风装置，一段时间后会自动停止，并可以调节加热和吹风的时间。2.2 工作方案设计系统组成框图简易自动干手机控制电路的总体框图如图2-2.它是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手机开关电路和电源电路五部分构成的。红外线发射电路红外线接收电路时间延迟电路自动干手机开关电路电源电路图2-2 简易自干手机电路的总体框图图2-3 简易自干手机电路的原理方框图红外线发射电路的功能的利用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体的感应。红外线接收电路功能的利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。时间延迟电路的功能的利用单稳态电路的特性，实现对自动干手机开关打开时间的控制。自动干手机电路的功能的利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过点引号对干手机进行控制。电源电路的功能的为上述所有电路提供直流电源。第三章 原理设计3.1 主要单元电路设计3.1.1 红外线发射电路图3-1 红外线发射电路1. 红外线发射电路原理（1）红外发射的功能：555组成的多谐振荡电路驱动红外发射管向外发射红外线。 （2）红外发射的组成：由 555时基集成电路， SE303红外发光二极管，电阻器R2 ，R5 ，R6， 电容器C5C6组成的电路。接通电源9V，由U1及其外围容阻元件构成的多谐振荡器通电工作，驱动红外发光二极管工作，将红外信号调制发射出去。2. 集成时基电路 集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个3K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556电路；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压Vtt5V15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源时电压为318V。1) 555电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图3-2所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相吕、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RD是复位端（4脚），当RD0,555输出低电平。平时RD端开路或接VCC。图3-2 555定时器内部框图及引脚排列Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。 2）构成多谐振荡器图33（a）为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关和T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部2与脚5与6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端C1放电，使电路产生振荡。电容C在1/3VCCt和2/3Vcc之间充电和放电。其波形如图33（b）所示。输出信号的时间参数如式（3-21）（3-22）（3-23）Ttw1+tw2 （3-11） tw1=0.7(R1+R2)C （3-12） tw2=0.7R2C （3-13）555电路要求R1与R2均应大于或等于1K,但R1R2应小于或等于3.3M欧。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即要获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。（a） 图3-3 多谐振荡器 （b）3）红外线发射电路分析图3-1是电路为红外线发射电路，主要组成部分就是NE555构成的多谐振荡器和红外线发射管SE303。SE303发射的红外线在可见光范畴之外，故用图3-1中的PH302感应接受红外线。而NE555作为多谐振荡器发射固定频率的方波脉冲信号，激发SE303产生特定频率的红外线。电流从R2、R6进入，给C6充电，V7、V2电压升高，当V2达到8V左右时，NE555复位，输出端（引脚3）为低电平。之后C6通过R2放电，V2降低，当V2降到4V时，输出端输出高电平，SE303向外发射红外线。电源又通过R2、R6给C6充电，当V2升到8V时，触发器再次翻转。如此3号脚输出特定频率的脉冲方波信号。频率为f=1/T=1/0.7（R2+2R6）C6=1/0.7（20k+2*62k）0.1F99.56HZ；占空比：q=R2/(R2+2R6)= 20k/（20k+2*62k）13.9%从NE555输出端的电流大概是200mA,而SE303正常工作只需20mA。故连上R5来限流，保护红外线发光二极管。3.1.2 红外接收电路图3-4 红外线接收电路图3-4是红外线接收电路，该电路由三部分组成。第一部分，红外接受装置PH302，第二部分是反相放大电路，此处用的是六相反相器CD4069的三个非门组成放大电路，第三部分是有两个反相器构成的施密特电路，利用其回差特性，对数字信号进行滤波整流。当PH302未接收到光信号时相当于，反向截止，电路从R7过，C3左端高电平，大概是8v。当接受到光信号时，PH302处于导通状态，相当于短路，C3左端相当于直接接地，为低电平。经过C3、R8、U2:1、U2:2 、U2:3 U2:4、 U2:5、R3、R9，反相放大后输出低电平为1V。在经过施密特电路整形滤波，整个发射电路输出低电平。（即人伸进手时输出低电平）这是施密特电路通过整形滤波到矩形脉冲，为NE555延时电路中输入触发信号。1.光电传感器（PH302）图3-5 PH302光电元件特点是其高精度、高分辨率、大动态范围，利用光敏元件上的光电流随光强变动而变化这一现象实现几何增量，光电传感器可广泛地应用于静态测量、动态测量及自动化控制等领域。本设计中接收部分就采用了光敏二极管。（1）光电传感器的工作原理光电传感器的基本转换原理是将被测量参数转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件转换成电信号的输出。常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。如果在该点有障碍物，光就照不到光敏二极管上，电路处于偏置状态，PN结截止，反向电流很小。当没有障碍物遮挡时，光照到光敏二极管上时，PN结附近产生电子空穴对，并在外.电场和内电场的共同作用下，漂移过PN结，产生光电流。此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。具体方法是在光源侧使用发光二极管，在受光侧使用光敏二极管，并将信号处理电路集成制作在一块芯片上。它的特点是体积小，可靠性高，工作电源电压范围宽，接口电路的复杂程度大幅度减少，可直接与TTL，LSTTL和CMLS电路芯片连接。2. CD4069CD4069由六个COS/MOS反相器电路组成，管脚图，如图3-5所示。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。电源电压范围：为3.0V15V ，有高抗干扰性，0.45V时，最大输出电流为230mA图3-5 CD4069管脚图（1）CD4069施密特触发器的电路实现1）施密特电路施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，它是利用脉冲整形电路将非矩形脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。它具有滞后特性的数字传输门，且受电源限制，可对输入波形进行变换和整形。阈值电压UT1、UT2和回差电压UT是其主要参数。施密特触发器的特点电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压（UT+）和负向阈值电压（UT-），二者的差值称为回差电压（UT）。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。不同于其它的各类触发器，施密特触发器属于“电平触发”型电路，触发信号Vin可以是变化缓慢的模拟信号, Vin达某一电平值时，输出电压VOUT突变。输入信号增加和减小时，电路有不同的阈值电压。当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密特触发器的整形就能获得满意的矩形脉冲波形。 图3-7 波形图(a) 传输线上电容较大，波形的上升沿和下降沿变坏；(b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；(c) 受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。在实际电路中信号传送过程中，信号会受到干扰而失去原有的波形，利用施密特电路就可以得到想要的脉冲波形。2） 用两级CMOS反相器构成的施密特触发器电路中两级反相器串联，分压电阻RW1、R4将输出端的电压反馈到输入端对电路产生影响。图3-8 反相器CD4069组成的施密特触发器 Vin=0，G1、G2门为正反馈，Vout=VoL=0。 Vin=1，G1、G2在正反馈的作用下，使电路状态迅速变化Vout=VoH=1。正向阈值电压 （3-14） 负向阈值电压 （3-15）图3-9 施密特触发器的传输特性及输入输出波形3.1.3 时间延迟电路图3-10 时间延迟电路和电机电路（1） 时间延迟电路电路中C4、R12组成微分电路，将施密特触发器输出的方波形成触发脉冲，实现对NE555的可靠触发。后面是NE555芯片组成的单稳态触发器，R12为上拉电阻，2号脚为输入端，当2号脚输入为低电平时（低于9v*1/3=3v），经过555输出端（引脚3）为一个高电平，555进入暂稳态。因为tw(Max)=1.1*R11*C8=13.64s,所以吹风时间13.64s。之后电源通过上拉电阻R12充电，使2号脚的电平升高超过12*1/3=4v，电源通过R11充电使6号脚变成超过8V，此时，NE555发生翻转，输出低电平。（2） 吹风机开关电路电动机直接接在220V交流电上，不能直接用数字电路中的微电来控制，所以要用继电器来控制。电磁继电器一般需要大电流，Ne555输出为高电平，继电器工作，开关KT闭合，电动机工作D3起到保护作用，当Ne555输出低电平时，继电器两端均为低电平，开关KT处于断开状态，电动机不工作。（3） NE555单稳态触发器延时时间：T=1.1RC秒。图3-11 NE555单稳触发器4） 微分电路它和放大电路中的 RC耦合电路很相微分电路是脉冲电路中最常用的波形变换电路，似，见图 5 。当电路时间常数 =RCt k 时，输入矩形脉冲，由于电容器充放电极快，输出可得到一对尖脉冲。输入脉冲前沿则输出正向尖脉冲，输入脉冲后沿则输出负向尖脉冲。这种尖脉冲常被用作触发 脉冲或计数脉冲。图3-12 微分电路在设计电路中红外线接收电路中的C4和与延时电路中的R12组成微分电路，其作用是将整形电路输出的方波信号微分为触发脉冲去触发单稳态触发器。3.1.4 电源电路图3-13 电源电路1.图3-13是电源电路，电路直接从220V电网供电，通过T变压器电路，出来12V左右的交流电压，经过二极管桥式整流电路，输出9v的直流电流，然后在经过C1、C2完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。它们共同构成电源电路，为整个电路提供9v的直流电压。2.该级电路主要由变压器、整流桥、三端稳压器7809组成电源功能：为各元器件的正常工作提供直流电源。根据设计要求组成电路的主要部分有555够成的多谐振荡器，其工作电压为4.5V18V，放大电路与红外发射管相配套光敏二极管PH302接收，其工作电压为3V18V，电磁阀9V12V，由此可知，电源电压应为9V使电路正常工作。(1)电源的组成：由变压器，整流桥，滤波器，稳压器组成。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。(2)电源变压器变压器的作用是将220V 50Hz交流电变成整流滤波所需的交流电压。本设计需要把220V交流电变为9V 交流电，变压器匝数比 n=原边匝数/副边匝数25。(3)整流滤波电路整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。整流桥的工作原理：很多电路要用直流电源供电，为了方便对市电的利用，就需要将市电转换为所需电压的直流电，整流电路的作用是将交流转换为直流的电路大部分由变压器、整流器以及滤波电路组成，变压器将市电转换为幅值较小的交流电，整流器将交流转换为直流，镇流器的转换过程可用下图表示：当输入的交流为正半周时： 当输入的交流为负半周时：从以上分析可以看出，输出不再是交流，输入、的对应输出如下图所示：此输出经电容C1滤波，C1使通向负载的直流电流变得平滑，在一个周期之内，电容C1被两次充放电，使得输出的电压波形更加平滑，减少了脉动成分，起到了滤波的作用。(4)稳压电路经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电，因此需要经过稳压电路将电压稳定到整个系统所需的要求。对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究起输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。直流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路，本设计采用串联型稳压电路。稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器1）7809的作用：（芯片7809的输入电源电压的范围是 12V= VIN =35V,最高输入安全电压35V）整流滤波后得到的直流电压通常是不稳定的，这是因为交流电网的供电电压常有波动，使得整流滤波后的直流电压也相应变动，为了得到稳定的直流电压，避免电压的变化对电路工作状态的影响，需要利用稳压器达到稳压的作用。7809是三端集成稳压器中的一种，它是将调整管、稳压管与取样放大管等制作在一块芯片上，它的输出电流为1A，7809的输出电压为9V。它在使用时要与电容连接，电容C1即可以减小整流后电压的波动，又有一只输入端瞬态过电压的作此只对一些细节进行声明,DS2为红外线发射，D2为红外线接收，为防止在没有人要洗手时D2对红外线的吸收，在安装时需要将DS2与D2并排朝下放置。2）三端稳压器三端稳压器的工作原理（如图3-6所示）：原它与一般分立元件组成的串联式的稳压电路基本相似的.不同的是增加了启动电路,保护电路和恒流源。启动电路是为恒流源建立工作点而设置的.恒流源设置在基准电压形成和误差放大器电路中，是为了使稳压器能够在比较大的电压变化范围内正常可靠的工作。在芯片内设置了两种较为完善的保护电路：一是过流保护，一是过热保护Rsc是过流保护的取样电阻。Ri，Rb 为输出采样电阻。Rb 两端上的电压（反映输出电压的大小的采样电压）与基准电压在误差放大器中进行比较和放大，产生误差电压，去控制调整管的工作状态，从而稳定输出电压。输入ViT调整管调整管安全工作区保护恒流电源RSC误差放大基础电压启动电路V 0短路保护输出RA过热保护地RB图3-14 三端稳压器框图3.1.5 整体电路实现图3-15 红外线干手器电路3.2 电路工作原理1 220V 交流电路经变压器T 降压，变为低压交流电，经整流滤波，成为低压直流，再经三端集成稳压电路7809稳压，得到9V直流电供给控制电路工作。DS1为红色发光二极管，作为电源指示灯。2 DS2（SE303）是红外发射电路中的红外二极管，D2（PH302）为红外接收电路中的红外接收二极管，没有人干手时，红外接收电路中D2接收不到红外发射电路通过NE555组成的多谢振荡器使DS2向外发射一定频率的红外线，当PH302未接收到光信号时相当于，反向截止，电路从R7过，C3左端高电平，大概是8v。当接受到光信号时，PH302处于导通状态，相当于短路，C3左端相当于直接接地，为低电平。经过C3、R8、U2:1、U2:2 、U2:3 U2:4、 U2:5、R3、R9，反相放大后输出低电平为1V。再在经过施密特电路整形滤波，整个发射电路输出低电平。（即人伸进手时输出低电平）这是施密特电路通过整形滤波到矩形脉冲，为NE555延时电路中输入低电平的触发信号。3 由红外接收电路输出的触发信号传到延时电路后，通过延时电路中NE555外围的延时电阻R11和延时电容C8使得NE555的输出脚3输出高电平，三极管导通，继电器KT吸合，使其常开触点闭合，接通电机Y 的220V 交流电源，Y 开始动作，同时发光二极管DS3 发出绿光，指示干手器正工作于吹出风状态。干手完毕，人手离开干手器后，延时电路延时几秒钟后复位，使干手器停止。变压器T采用220V/12V小型交流变压器，DS2为PH303红外发射二极管，Q1为9013三极管，KT采用JRX-13F、6V小型直流继电器，Y采用市售的220V交流电机，其余元件型号与数据见图中所标参数。第四章 Multisim软件电路仿真4.1 Multisim 2001 程序概论4.1.1 简介从上世纪八十年代开始，随着计算机技术的飞速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，Pspice、EWB等一大批各具特色的优秀电子设计自动化（EDA）软件的出现，改变了一定量估算和电路实验为基础的电路设计方法。熟练掌握一些电路仿真软件已成为当今电子电路分析和设计人员所必须具备的基本技能之一。 Multisim 2001是加拿大Interactive Image Technologies公司2001年推出的Multisim最新版本，是该公司电子线路仿真软件EWB的升级版。 4.1.2 功能及特色Multisim 2001用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了模仿实际元器件和仪器的功能。 （1）Multisim 2001的元件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可以方便的在工程设计中使用。 （2）Multisim 2001的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有实验用的通用仪器，如万用表、函数发生器、示波器等，还有实验室少有的仪器，如波特图仪、失真仪、逻辑分析仪等。 （3）原理图的编辑非常方便，鼠标点击拖动界面，点点自动连线。分层的工作环境，手工调整元器件时自动重排线路，自动分配元器件的参考编号，对原理图尺寸大小没有限制。 （4）Multisim 2001提供了非常丰富的分析功能，虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、傅立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、交流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等多种分析工具，可以在线显示图形并具有很大的灵活性。 （5）Multisim 2001还可以对被仿真电路中的元器件人为设置故障。在进行仿真的同时，它还可以存储测试点的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据，列出被仿真电路的所有元器件清单等。 （6）专业版的Multisim 2001还支持VHDL和Verilog语言的电路仿真与设计。 （7）Multisim 2001的“子电路”功能很有特色，在复杂电子电路系统的设计过程中，合理而恰当的利用“子电路”功能。能使系统设计大大简化，工作效率得到提高。允许把子电路当作一个元器件使用，从而争大了电路的仿真规模。 针对不同的用户需要，Multisim 2001发行了多个版本，分为增强专业版（Power Porfessional）、专业版（Porfessional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等。4.2 multiSIM 2001仿真电路创建4.2.1 电路创建1. 单击任务栏上“开始”“程序”“multiSIM 2001程序组”“multiSIM 2001”，进入multiSIM 2001主窗口，如图4-1所示。图4-1 multiSIM 2001主窗口图4-1 为multiSIM 2001主窗口，图中为一个由电阻、电容、三极管等元件组成的单管放大电路，使用的测试仪器为双踪示波器，其中双踪示波器上显示了当前的分析结果，从图中可以看出要绘制一个完整的电路必须使用到元件、节点、连线等。主窗口主要由电路工作区、菜单栏、工具栏、元器件栏、仿真开关等组成。2. 绘制仿真电路 进行电路仿真实验前必须先搭接好线路，仿真电路的建立主要包括以下几个过程。 新建电路文件。 设置电路工作窗口。 选择和放置元器件。 连接线路。 设置元器件参数及仿真要求。 仿真实现及调用仪器。4.2.2 原理图创建与绘制1. 新建电路文件选择FileNew创建新原理图文件，保存其文件名为“电路.msm”，在该工作窗口内可以进行仿真电路的创建。2. 原理图设置图4-2 原理图设置(1) 设置图纸大小选择编辑(E）属性，单击工作区选项卡，屏幕弹出图4-2所示窗口。在（图纸大小）Sheet Size设置标准图纸大小；Custom Size（自定义）用于自定义图纸大小；Inches（英寸）和Centimeters（厘米）用于设置单位制；用来设置图纸放置方向。 (2) 设置栅格、页边缘和标题栏的显示状态图4-2中，显示栏设置电路图栅格、页边缘和标题栏显示状态，点击复选框打“”后选中该项。执行ViewShow Grid(显示栅格)、Show Page Bounds(显示页边缘)和Show Title Block and Border(显示标题栏)可设置显示或隐藏状态。图2-7所示为使用栅格和标题栏的电路。 (3) 设置电路图选项 选择OptionsPreferences，单击Circuit选项，屏幕弹出图2-8所示的电路图选项对话框。其中Show区用于设置元器件标号、参考编号、属性、标称值和节点号显示状态；Color区用于设置电路图颜色，在下拉列表框中可以选择四种固定配色方案或Custom（定制），当选择Custom，可自行进行电路图背景、连接线、元器件颜色设置。 3. 放置元器件 (1) 放置理想元件（如窗口4-3） 用鼠标单击元器件所在库，即可打开相应的部件箱，其中背景为绿色的元件为理想元件。在部件箱中找到所需的理想元件，单击该元件，移动光标到合适的位置后，再次单击鼠标，元件就放置于工作区中，如图4-3所示，理想元件的标称值都是固定的 。1) 设置元件标称值 双击元件，屏幕上弹出图4-3所示元件特性设置对话框，单击图2-12中的Value选项卡，在Resistance栏中键入元件的标称值即可，理想元件的标称值可以任意设置。图4-3 元件选择对话框2) 设置元器件标号双击所选元件，屏幕出现图4-4所示的对话框。Label（标号）可以由用户根据电路自行设定，Reference ID（参考编号）是由系统自动定义，而且必须是唯一的，一般情况下不要修改参考编号。 图4-4 元件标号修改对话框（2）放置实际元件用鼠标单击元器件中的实际元件，在其中选择需要的标称值后单击【OK】按钮放置元件，如放置的是1.0k的电阻。（3）放置多功能单元的元件 某些元器件（如某些集成电路）存在多个功能单元，放置这些元件时，屏幕将提示选择对应的功能单元。如CD4069共有，放置元件时，屏幕弹出元器件浏览屏，选择所需的元件CD4069，单击【OK】按钮，屏幕上弹出选择功能单元菜单，如图4-5所示，从中选择功能单元A（或B、C、D）后即完成放置74OON的第1个与非门，元件的标号自动设置为U1A，表示选择的是第一个功能单元，此时可以继续选择放置功能单元B、C、D；若要取消放置状态，可以单击【取消】按钮。图4-5 功能单元选择4 连接线路原理图线路连接接如图4-6图4-6 原理图连线4.3 设置元器件参数及仿真要求4.3.1. 元器件参数设置参考附件-元件清单4.3.2. 仿真要求（1） 实现220V交流电通过电源电路向其他模块电路供应9v工作电压。（2） 红外线发射电路中红外线二极管的发光频率达到设计要求。（3） 红外线接收电路实现对红外信号的接收、放大并输出给延时电路的脉冲信号。（4） 延时电路实现延时工作要求，电机电路实现继电器控制电机工作。4.3.3 仿真实现1. 9v工作电压的实现(1) 变压器参数设置图4-7 变压器参数设置（2） 整流桥整流后电压图4-8 整流后的电压（3） 三端稳压器7809输出电压图4-9 稳压器稳压后电压（4）红外线发射电路仿真图4-10 示波器测红外线发射频率周期： T=10.038ms发射频率： F=1/T=1/(10.038*10的负3次方）=99.6HZ（赫兹）（5）接收电路的仿真仿真实验中光敏器件PH302不能达到设计要求，其工作原理是PH302未接收到光信号时相当于，反向截止，当接受到光信号时，PH302处于导通状态，相当于短路，因此，我们用一个按钮开关代替实现仿真；电路图如下图4-11。图4-11 红外接收电路仿真电路（6）延时电路及电机电路的仿真（通过观察发光二极管亮的时间得以确定仿真的实现）图4-12 延时电路和电机工作电路仿真电路（7）整体电路仿真（如图4-13）图4-13 整体仿真电路第五章 PCB板设计5.1 印刷电路板(PCB)简介5.1.1 PCB简介印制电路板(Printed Circuit Board. PCB)亦称为印制板，是电子产品中的基本部件，几乎出现在每一种电子设备中。PCB可以提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如特性阻抗等；PCB也可以为元器件的插装、检查和维修提供识别字符及图形；此外，可以直接使用PCB板制作元件，如天线等。 PCB的实际制造是在PCB 工厂里完成的，工厂是不管设计的，设计师一般只需要将没计好的PCB板图交给专门的工厂，由工厂的将其制作成现实中的实物板。这里简单介绍PCB板的结构，便于读者更好地认识和设计PCB板。 PCB板的原始物料是覆铜基板，简称基板，也称为覆铜板。基板通常是两面有铜的树脂板，最常用的板材代号是FR4，主要用于计算机、通讯设备等档次的电子产品。选择PCB基板时主要考虑三个要求:耐燃性、是玻璃态转化温度(Tg点)和介电常数。铜箔是在基板上形成导线的导体，铜箔厚度一般在0.3-3.0mil(100mil2.54mm)之间，常用的PCB板厚2mil (0.05mm)。通常是通过对基板进行蚀刻来制作所需的PCB的。 除焊接点外，PCB的表面通常要涂抹阻焊油。阻焊油也称为防焊漆、绿油，常用的阻焊油为绿色，有少数采用黄色、黑色、蓝色等。我们通常见到的PCB板的颜色实际上就是阻焊油的颜色。阻焊油起着防止波峰焊时产生桥接现象、提高焊接质量和节约焊料等的作用，同时也成为印制板的永久性保护层.起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。 单面有印制线路图形的我们称单面印制线路板。双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，我们就称其为双面板。而多个层印刷线路图形的，称为多层板，其中夹在内部的是内层，露在外面可以焊接各种配件的叫做外层。图1.1和图1.2分别是双面板和六层板的示意图。常见的多层板有四层板、六层板和八层板，现在已有超过100层的实用印制线路板了。PCB板的层数越多，造价就越高。对于同学们来说，一般的电路可以使用单面板和双面板.其价格比较便宜。图5.1 双面板示意图 图1.2 六层板示意图对于PCB来说，每一层都是由导线、过孔(VIA)和焊盘(PAD)组成的。导线就是起导通作用的铜线。过孔(via)是多层PCB的重要组成部分之一，属于导通孔(Plating hole、PT)，通常是用电镀工艺在孔壁上电镀上铜作为导电介质，可以起到不同层间的电器连接作用。焊盘是用来焊接元件的，包括通孔元件的焊盘(也可以看作一个VlA及一个表面贴焊盘的组合)和表面贴元件的焊盘(没有孔)两种，焊盘上不需要涂阻焊。当然，PCB板上也会有一些不导通孔(None Plating hole. NPT)，主要是固定板卡的机械孔等，其特点是孔壁无铜。5.1.2 Protel DXP简介Protel DXP在前一版本Protel99 SE的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。新的项目管理和设计合成功能包括项目级双向同步、强大的项目级设计验证和调试、强大的错误检查功能、文件对比功能等。新的设计输入功能包括电路图和FPGA应用程序的设计输入，为Xilinx和Altera设备族提供完全的巨集和基元库，直接从电路图产生EDIF文件、电路图信号、PCB轨迹、Spice模型和信号集成模型等元器件集成库。新的工程分析与验证功能包括同时可显示4个所测得图像的集成波形观察仪，在板卡最终设计和布线完成之前可从源电路图上运行初步阻抗和反应模拟等。新的输出设置和发生功能包括输出文件的项目级定义、制造文件(Fabrication files)，包括Gerber、Nc Dril1、0DB+和输入输出到ODB+或Gerber