简易自动干手器.doc

简易自动干手器郑州轻工业学院电子技术课程设计 题 目 简易自动干手电路 学生姓名 许培振 专业班级 自动化11-02 班 学 号 541101010245 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 方洁 完成时间 2013年06月30日 郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易自动干手电路 专业 自动化11级 学号 541101010245 姓名 许培振 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路能够通过感应装置，在人们需要干手时，自动打开加热和吹风装置。2. 要求电路在打开加热和吹风装置一段时间后，自动关断开关。3. 要求电路能够调节加热和吹风装置开关打开的时间。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2013 年 6 月 22日 简易自动干手器 摘 要当今，服务业、人们生活质量的提高，更人性化的产品越来越受欢迎，科技产品趋于电子化，弱电化。近年来，在宾馆，网吧等高档地方普遍出现了自动干手器。做为一个电气专业的大学生，对专业知识的渴求和对电子方面的热爱，设计一简易自动干手器。主要由电源电路、红外线发射电路、红外线接受电路、时间延迟电路、风机启动关闭电路五个重要部分组成。还有三极管，LED,等电子元器件。简易自动干手器，当人伸手时，由红外线发射器发射的红外线被人手挡住触发红外线接受器产生电信号，经放大电路对电信号的放大，风机吹风将手烘干，一段时间后风机自动停机。关键词 自动干手/红外线发射电路/风机开关电路/延时电路 目 录1 系统组成框图及各部分功能11.1 系统组成框图11.2 各部分电路的功能12 主要单元电路设计22.1 红外线发射电路22.1.1 红外线发射电路图22.1.2 利用NE555构成多谐振荡器22.1.3 NE555各引脚功能以及相关参数和内部结构32.2 红外线接收电路42.2.1 红外线接收电路图42.2.2 红外线接收原理52.2.3 信号需放大原因52.2.4 特殊说明62.3 时间延迟电路62.3.1 时间延迟电路图62.3.2 时间延迟电路原理62.4 吹风机开关电路92.4.1 吹风机开关电路图92.4.2 吹风机开关原理92.5 电源电路102.5.1 电源电路图102.5.2 电源电路原理113 电路原理及总电路图113.1 电路原理114 元件清单14结 束 语16致 谢17参考文献18附 录191 系统组成框图及各部分功能1.1 系统组成框图简易自动干手电路的总体框图如下图1.1所示。它是由红外线发射电路、红外线接收电、时间延迟电路、吹风机开关电路和电源电路5部分构成的。吹风机开关电路时间延迟 电 路红外线接收电路红外线发射电路电源电路 图1.1 系统组成框图1.2 各部分电路的功能（1） 红外线发射电路：利用红外线发光管发射光脉冲，实现电路对人手的感应。（2） 红外线接收电路：利用光敏原件接收发射出来的光脉冲，并把光脉冲信号转化成电信号，同时对转化成的电信号进行放大。（3） 时间延迟电路：利用单稳态电路的特性，实现对吹风机吹风时间的控制。（4） 吹风机开关电路：利用电磁继电器作为吹风机的开关，这样就可以通过电信号对吹风机进行控制。（5） 电源电路：为以上4部分电路供给直流电源。2 主要单元电路设计2.1 红外线发射电路2.1.1 红外线发射电路图下图1.2为红外线发射电路。该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303。红外线发光二极管由GaAs的PN结构成，其发光波段处于可见光波段之外，所以不可以在显示中使用，而只作为光信号传输而用。本电路的感应装置一般要求不可见，所以只能采用红外线发光二极管作为感应装置。 图1.2红外线发射电路2.1.2 利用NE555构成多谐振荡器红外线发光二极管正向电流不能超过其最大额定值，而作为感应装置则要求它要有较大的光输出，一般采用其响应快的特性，通过脉冲信号驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，本电路采用的是NE555集成电路构成的多谐振荡器组成，存在两个暂稳态。该红外线发射电路的运行包括两个过程： 利用直流电源经电阻R1、R2对电容C1充电的过程；（2） 电容C1经电阻R2从NE555集成电路的DIS端的放电过程。通过这两（3） 过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出端产生脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f和占空比q为：f=1/0.7(R1+2R2)C1=1/0.7(220+2*22)100Uf541Hz q=R1/(R1+2R2)=220/(220+2*22)83.3% 这样输出端Q输出脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管D1起保护红外线发光二极管的作用。2.1.3 NE555各引脚功能以及相关参数和内部结构需要注意的是在利用NE555构成多些振荡器时需要注意个引脚的连接。这里列出NE555集成电路图以及各引脚功能。（1） 各引脚功能引脚序号引脚功能引脚符号1接地端GND2触发端TL3输出端OUT4复位端RD5控制电压端Cv6门限TH7放电端DC8电源电压Vcc（2）NE555内部电路图及引脚图功能表图2.1555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能00导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零2.2 红外线接收电路2.2.1 红外线接收电路图下图2.2是红外线接收电路。该电路包括两个部分：（1） 红外线接收电路（2） 信号放大电路。图2.2红外线接收电路2.2.2 红外线接收原理红外线接收电路实际上就是一个红外线接收二极管PH302。PH302具有按照光信号的强度产生出对应的电信号的特性，这叫做光敏元件。PH302是高灵敏度、抗干扰性能强的红外线接收管，也叫光电二极管，它的结构和二极管极为相似，被封装在透明玻璃壳内，管中的PN结可以接受光照，它在电路中是反向工作，当没有光照时，反向电阻很大，可达到几兆欧；有光照时，反向电阻很小，只有几欧，反向电流约几微安，通常用在光电转换自动控制仪器中。本电路即采用该原件接收红外线。2.2.3 信号需放大原因PH303的输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。上图（3）右侧所示电路为信号放大电路。该电路是有电阻R4、R6R8、T1、T2和C6构成，电路采用了双三极管放大电路。这样就可以使电路的放大倍数比单管放大电路的放大倍数增加B倍，从而得到更合适的信号。R6、R7为放大电路的集电极偏置电阻，C6为放大电路的滤波电容。R4为放大电路的反馈电阻，其功能是保证放大电路由一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压。2.2.4 特殊说明需要说明的是，在该红外线接收电路中有许多不同的电子元器件可以相互代替，例如红外线接收器件，也可以用硅光电池2CR21，放大信号电路部分也可以用运放或者非门来实现对信号的放大功能，具体制作时，可以作出不同的选择。2.3 时间延迟电路2.3.1 时间延迟电路图下图2.3是时间延迟电路。该电路主要两部分构成：（1） 整流和滤波；（3） 由NE555集成电路的单稳态电路。 图2.3 时间延迟电路2.3.2 时间延迟电路原理555定时器的实质既是一个由555组成的单稳态触发器。它的内部包含两个电压比较器，等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输级。它提供两个基准电压2VCC/3和VCC/3,A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，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脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。RD是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC, Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器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，通常接一个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。 图2.4 555构成单稳态触发器上图2.4即为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形见下图（7）。 图2.5暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC。通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态。前端电路的输出电压V1首先经过二极管D1和D2整流，再经过电容C1滤波，则在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。当接收到红外线脉冲信号时，前端电路输出电压V1经由整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路的特性知，输端Q输出低电平；当有人体或者物体的阻隔，没有接收到红外线脉冲时，前端电路没有输出电压V1，则TRIG端输入为零，单稳态电路接收到触发信号，输出端Q输出为高电平信号并保持一段时间。延迟时间由可变电阻R2和电容C1的数值决定，通过调节可变电阻的大小，可以改变延迟时间的长短，以适合不同场合的应用。2.4 吹风机开关电路2.4.1 吹风机开关电路图一 下图2.6为吹风机开关控制电路l1l1J1 图2.6 吹风机开关控制电路2.4.2 吹风机开关原理由于电磁阀通过的是大电流、大功率，而直流电源一般无法提供很大的电流和功率，因此电磁阀需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。而一般NE555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。上图所示电路为电流放大电路，它是用两个并联的非门构成的放大电路，是一种比较常见的信号放大电路，非门的内部结构实际上是一个TTL放大器，是一个三极管，因此非门的放大原理与三极管的放大原理没有多大的区别。下面简单介绍由三极管构成的放大器的工作原理。电路图如下图（9）所示。 图2.7三极管构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路。其中R3为电流电阻，防止输入电流过大而烧毁三极管。T1为发射极电路，当输出端Q输出高电平信号时，三极管饱和导通，将输入电流放大B倍；当输出端Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接非门内部三极管的集电极，当有电流通过时，开关吸合，电磁阀通电，吹风机开始吹风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不同电，吹风机不工作，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护作用。同时在电路中加入一个发光二极管作为指示灯，显示干手器是否工作。2.5 电源电路2.5.1 电源电路图电源电路的设计可以采用两种方案来实现：（1） 采用电池供电，需要注意的问题是选择合适的电池指标参数于电路相匹配；（2） 采用下图2.8所示的电路。 图2.8 电源电路2.5.2 电源电路原理从图中可以看出，电路直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电压转化成12V直流电压。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。其中整流滤波电路采用桥式整流滤波电路，下面详细介绍稳压电路稳压电路是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备，它的作用是将波动较大或者不合用电设备要求的电源电压，稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。3 电路原理及总电路图3.1 电路原理本简易干手电路主要红外线发射电路、红外线接收电、时间延迟电路、吹风机开关电路和电源电路5部分构成的。首先通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电压转化成12V直流电压。然后由一个555集成电路构成多谢震荡电路，为红外线发射装置SE303提供脉冲信号，使其发射脉冲红外线，接着由PH302接收红外线信号并将其转化成电信号再经过两级三极管将信号放大，传给时间延迟电路，时间延迟电路由一个555集成电路构成单稳态电路，并可以通过改变可变电阻R的阻值改变延迟时间，最后将时间延迟电路的输出信号放大之后用于驱动继电器，完成控制电吹风工作开关的功能，该电路还可以通过控制S2和S1来选择冷风或者热风。 总电路图4 元件清单符号类别数目R120K1R262K1R33001R4300K1R5100K1R6 R84K3R910K1R10 R111K1R123301R13 R14502C1 C50.1u5C61u1C722n1C8 C9470u1C100.01u1C1147u1VD3LED1D1D4IN41484 SE303红外线发光管1 PH302红外线接受管1J1继电器1T1T290132DBRIDGE11U1U2NE5552U3MC78L12CP1IC1IC240692J-1J-2开关2M吹风机1R141000W1R可变电阻1TTRANS11 结 束 语自动干手器靠远红外线自动感应工作，由红外线发射器、接收器、单稳态延时开关、固态继电器及电吹风等组成。当人手伸到自动干手器下方时, 发射出的红外线被人手反射回去一部分, 并被光敏三极管接收后, 转换成相同频率的电信号, 再经红外线接收专用前置放大集成电路放大后,输出低电平脉冲信号, 进而触发构成的单稳态电路进人暂态, 使其输出高电平,交流固态继电器导通, 从而电吹风通电即可送热风。当手烘干离去时, 失去红外脉冲信号，恢复高电平, 单稳态电路很快复位, 由于延时作用，电吹风最多再工作10s左右即自动复原，从而停止工作。这次课程设计只有一周时间，而在这一周时间我们不但完成了任务而且也学到了很多知识。我觉得设计工作是一个相当严肃的事情，因此所有的设计都必须有据可依，这就要求我们查阅大量的资料，而对于像我这样第一次参加设计的同学们来说也是一个不小的任务。 这次设计的大部分资料都来自网路，网路资源尽管丰富，但同样的需要我们去分辨资源的优劣，通过比较筛选我们也对电路有了更深刻的认识。课程设计不但是一个检验的过程，同时也是一个提高的过程。在这过程中对已学的知识进一步巩固，对不知道的东西