红外线自动干手器课程设计.doc

艾克干手器红外线自动干手器介绍综述自动干手机具有风量大、噪音小、灵敏度高、使用方便、迅速和安生等的性能特点，在当今，它是一个先进和理想的卫生清洁器具和设备。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1。当您洗手后，将双手伸在自动干手机的出风口下，自动干手机会自动送出舒适的暖风，迅速使您的双手去湿变干，而当您把手一离开自动干手机风口时它又自动停风关机，因而真正达到防止疾病交叉感染的要求。其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。成品的自动干手器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机是一样的。在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的光敏二极管将接收到的红外线变成电信号，经选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器。比较器的门限电压设置较高，其目的是提高电路的抗干扰能力。当比较器的输人电平超过门限电压时，其输出变为低电平，触发555定时器开始定时，同时该定时器的3脚变为高电平，继电器触点吸合，接通电阻丝和风机。继电器进入暂稳态，当设定的延时时间结束后定时器的3脚变成低电平，继电器触电放开，切断电阻丝和风机，工作结束2。 方案设计与分析1.1 方案设计一本设计方案的红外线发射部分由光敏二极管，555定时器构成的多谐振荡器与红外线发射管组成，实现对由从多谐振荡器获得的电信号进行发射的功能；红外线的接收部分由集成运算放大电路和红外线接收管构成，实现对由光敏二极管发射的电信号进行接收，放大，选频的功能；由555定时器构成的单稳态电路和交流固态继电器作为该设计的延时电路，实现控制电吹风的工作与停止。电源变换电路红外线接收发射停止工作延时装置继电器电吹风工作延时装置保护电路图1-1 方案设计一框图1.2 方案设计二采用BISS0001型红外传感信号专用处理集成电路与红外线热释传感器构成红外线触发电路，它可以接收到人身体发射出的红外线并通过专用的集成电路产生触发脉冲，用来触发555定时器构成的单稳态电路，单稳态电路可以提供延时功能，使干手器实现工作一定时间后自动停止的功能。SSR采用JCX-2F-DC5V型过零紧凑型固态继电器，它体积小巧，可以直接插焊在印制电路板上3。图1-2 方案设计二原理图1.3方案分析方案一根据红外线反射的原理工作，光敏二极管依靠反射回来的红外线工作性能比较稳定，控制电路制作中用到了多谐振荡器与单稳态电路，但是元件比较普通成本也不高。方案二根据红外线热释开关实现工作要求，红外线热释传感器感应外界红外线变化工作，有可能对其他红外热源敏感，并且需要专用的芯片支持。二者的延时电路与电吹风电路基本相同，方案一虽然电路相对复杂，但是其稳定性与成本方面比较优秀。方案二电路虽然简单，但是其稳定性不高容易产生误操作，并且成本控制的不好。出于实用与生产方面考虑我选择电路相对复杂一些的方案一。2 系统设计与原理2.1单元电路设计2.1.1 555定时器原理及参数分析图2-1-1是555定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5K电阻的分压器而构成。图2-1-1 555定时器内部组成框图它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电4。2.1.2 555定时器的参数分析在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表2-1-2示4。表2-1-2 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Qn+1放电管T功能 00导通直接清零10导通置011截止置11Qn不变保持参数量值电源电压范围4.518V静态功耗（Vcc=15V）120mW定时精度1%温度系数0.03每度电压漂移0.03每伏阈值电压（Vcc=15V）9.810.2V触发电压（Vcc=15V）4.85.2V复位电压=100mA表2-1-2 555定时器的参数表2.1.3 红外线发射电路设计图2-1-3 红外线发射电路图红外发射器以555芯片及红外发射管构成，555芯片连接成多谐振荡器，为红外线管提供振荡脉冲，使其发射出红外线。根据任务书要求要发射出1000赫兹的红外线，那么多谐振荡器的振荡频率便为1000赫兹。根据多谐振荡器频率公式（1-1），根据频率赫兹，可以求出R1.R2.C的值。即 （2-1）计算出.2.1.4 多谐振荡器仿真电路分析 由2.1.3数据可以得到构成红外线发射电路的多谐振荡器的仿真电路模型及其波形图，如图2-1-4和图2-1-4图2-1-4 多谐振荡器仿真电路模型图2-1-4 多谐振荡器仿真波形图2.1.5 延时装置设计图2-1-5 延时装置延时装置由555定时器组成得单稳态触发器构成，当受到红外线信号出发后，将给继电器一个高电平，继电器通电吸合，将电吹风电源接通吹出热风。这是单稳态触发器进入暂稳态，其稳态时间由R.C数值决定。根据单稳态触发器公式（2-2）可以求出R.C的值。 （2-2）根据暂稳态时间定为15s，可以求出.。2.1.6 单稳态触发器仿真电路分析由2.1.5数据可以得到构成延时电路的单稳态仿真电路模型及其波形图，如图2-1-6和图2-1-62-1-6 单稳态仿真电路模型图2-1-6 单稳态电路仿真波形图2.2 整体电路设计2.2.1 单元电路的组合根据单元电路的设计，将各单元电路的独立电源整合为一个12V电源，加入电路工作指示灯，并且加入了选频网络电路，对光敏二极管接收的红外信号进行放大、整形、滤波，使其变成标准的触发脉冲信号5。由此得到红外线自动干手器整体设计电路图2-2-1。图2-2-1 整体设计电路2.2.2 工作原理红外线发射器由SE303与红外线发射管PH302组成。它是由555电路组成的多谐振荡器，振荡频率1000赫兹。由多谐振荡器产生的振荡频率脉冲经R3送到红外发射管SE303向外发射。 红外线接收放大器由红外线接收管PH302和电压放大器组成，R6是其反馈偏置电阻。由红外线接收管PH302将接收到的红外反射信号变为电脉冲后，加至电压放大器的输入端，进行脉冲幅度的放大。 C5、R6组成微分电路，将施密特触发器输出的方波形成触发脉冲，以便对后级电路可靠地触发。 开关控制电路由A2组成。A2与R7、C6组成了脉冲启动型单稳态触发器，由C5、R6形成的触发脉冲触发而翻转。 单稳态触发器在稳态时，A2与的OUT脚输出低电平，继电器处于释放状态。当其受到触发后翻转，OUT脚输出高电平，继电器通电吸合，将电吹风机的电源接通，电吹风机得电开始运转并吹出热风。这时，单稳态触发器进入暂稳态。其暂稳态时间由R7和C6的数值决定，按电路中的数值，暂稳态时间约为15s。15s后暂稳态结束，电路翻转恢复稳态。继电器释放将电吹风机电源切断，吹风机停6。 干手器的控制器应安装在洗手间的适当位置，将红外发射、接收头置于控制器的下方。当手伸向控制器的下方时，红外发射头发射的红外信号被反射到接收头，通过信号处理使电热吹风机开启，15s后自动关闭。如果想继续开启，可在停机后再次将手伸向控制器的下方7。由上述分析可知，整体设计电路是在对各单元电路设计基础上，结合各单元电路的特点，加上适当的滤波整流电路，电源电路以及指示电路，实现了整体电路的设计要求。 总结本设计主要以555定时器为核心，通过555定时器组成的多谐振荡器产生脉冲信号驱动光敏二极管产生红外线发射信号，红外线接收电路的光敏二极管接受到信号后，将接收信号放大，整流，滤波，通过555单稳态电路，是风机的短暂起停，暂稳时间为15秒，达到自动控制功能。本设计不仅反应速度较快而且频率低，功耗小。制作价格比较便宜，特别适合家庭使用。并且实现了预期要求的任务指标：技术要求实际性能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实现电路在打开加热和吹风装置一段时间后，自动关断开关在实现的基础上我们能够让系统反应灵敏度达到很高电路能够调解加热和吹风装置开关打开的时间在实现的基础上我们能够随意设置延时时间本设计的不足之处：由于时间仓促，加之自己的知识有限，在设计的过程中有许多没有照顾到的地方，红外线接收的选频网络电路对信号的整形、滤波不是很完美，有些参数的选定没有达到最佳的效果。有些电路图输入得也不够规范，这些问题和毛病会在以后的设计过程中加以克服。课程设计体会经过一周的时间，通过上网查找资料，与同学互相探讨，结合自己在课堂上所学的知识，完成了本设计。通过本设计，不仅对在课堂上所学的东西加以了巩固和扩展，而且把自己所学的理论知识结合到了实践当中，学到了许许多多从书本上学不到的东西。学到了很多关于元器件，Electronics Workbench软件的使用以及查阅相关资料的方法。也使我的信心倍增，更重要的是使我有了质的提高。在以后面对困难都能够勇于向前。对于本次设计，更深刻的体会到了555定时器在生活中各个方面的应用，更加认识到了运算放大电路用法之灵活，功能之强大，还有光敏二极管，三极管，继电器等常用元器件在实际当中的应用。这些都为以后电子技术的学习打下了坚实的实践基础，为日后学习其他专业课奠定了实践基石。参考文献1 杨旭东，刘行景，杨兴瑶.使用电子电路精选M.北京：化学工业出版社，