红外自动洗手器设计报告

成都信息工程学院成都信息工程学院 电子系统设计报告电子系统设计报告 课程名称 红外自动洗手控制器 系 部 控制工程学院 专业班级 测控技术与仪器 102 班 学生姓名 张继勇 文超 学 号 指导教师 王建波 杨笔锋 完成时间 2012 年 4 月 15 日 报告成绩 评阅教师 日期 红外自动洗手设计报告 设计要求 设计并制作一个红外线自动水龙头控制器 要求采用 反射式红外检测方式对人手等目标进行检测 检测到后即 自动打开水龙头电磁阀 本实验中用一个 LED 灯模拟电磁 阀 1 人手拿开后需要延迟 5 秒才断开 2 可靠作用距离大于 10CM 3 尽量采用低功耗设计 降低待机时的电流消耗和增加作用距离 一 方案选择及电路的工作原理 方案一 采用交流驱动 用 ne555 芯片作为方波发生电路来驱动红外发射管 后级由接收管接收信号 再经运放反向放大后 通过一个 RC 回路延迟 最 后接一单限比较器 方案二 采用交流驱动 使用 LM324 第一级放大 然后充电 最后使用比较窗口 设置 门限 对外输出 交流红外发射 接收放大 充电 门限比较 二 单元电路设计计算与元器件的选择 1 发射级 D3 LED R 2 1k R ES 2 R 5 0 24k R ES 2 占占占占占 D2 DIODE D1 DIODE 1 1 2 2 W 3 R 4 10k POT2 C 1 104 C AP 3 2 1 411 U1A LM 324 VC C R 1 1k R ES 2 VC C R 3 1k R ES 2 要产生占空比可调节 须 LM324 的电源接双电源 为有效解决此问题 将 3 号脚并接三只等大电阻 使得 3 号脚电压为Vcc 等效了双电源 3 1 iD3 3 1 R5 Vcc P 平均 dt T 1 T R U 0 2 30mA iD3 R5 100 欧姆 注意 由于二极管接通时会有 0 2 0 7V 的压差 会影响占空比及产生 信号的频率 2 接收级 为了提高发射的有效距离 须使得 R6 越大越好 因为会随着接收信号的增强而变小 而最开始时 RD4 其值趋于无穷 使用 C2 和 C1 相同 滤掉直流 3 放大 采用正向输入放大 Au 1 511 5 9 R R 4 延时 R C 50s 可延迟 0 50s 不等 R 6 500k D4 LED0 VC C C 2 104 C AP R 7 1k R ES 2 10 9 8 U1C LM 324 R 8 1k R ES 2 R 9 500k R ES 2 C 2 104 C AP D5 DIODE C 3 100u C APAC ITOR POL R 10 500k R ES 2 D5 用于减少充电时间 5 门限窗口 调节 R11 可使得门限由 0 Vcc 不等 当 12 号脚大于门限时 14 脚对外输出高电平 否则为低电平 6 元器件选择 电源选用 6V 的直流电压 方波产生电路 先在 324 运放同相端接三个相同的电阻 一个接电源 一个接地 一个接输出 在反相端一个电容接地 一个电阻接输出 同相放大电路 将接收的信号经运放同相放大 延迟电路 用电阻和电容组成一个 RC 延迟 并在电阻上并联一个二极 管 单线比较电路 在反相端接一参考电位 与同相端的输入电位相比 较 主要元器件 二极管 LM324 运放 电容 红外对管 电解电容 发光 二极管 电位器 电阻 三 设计的具体实现 1 系统概述 a b 先采用振荡电路产生占空比可调节方波 因为红外发射管直流 最大只能 15mA 而采用交流电路时 因为平均功率概念 最大 可达到 30mA c 当接收管未接收到任何信息时 电阻趋于无穷大 当接收信 占空比可 调节方波接收滤波放大延时充电 门限 亮灯 D6 LED 12 13 14 U1D LM 324VC C 1 1 2 2 W 3 R 11 100k POT2 R 12 1 5k R ES 2 号时 电阻瞬时变小 可利用这种变化将信号采入放大器中 d 调节门限大小 影响精度及延时时间 2 电路的安装与调试 a 遇到的问题 延时不稳定 精度不够高 b 原因分析 由于选用的充电电阻过大 延时时间过长 在室内还是室外 白天还是黑夜 都会有杂波信号 c 解决方案 给接收管带上深颜色的套 d 电 路 参 数 测 试 输 入 级 50 占空比 门限 其他最大距离 cm 最大电压 V 最小电压 V 最大延时 s 最大距离时延 时时间 1 8 V 503 61 2257 1 9 V 453 61 2237 2 0 V 423 61 2226 2 1 V 403 61 2195 2 2 V 403 61 2175 2 3 V 403 61 2155 2 4 V 263 61 2134 2 5 V 243 61 2114 2 6 V 243 61 274 2 7 V 303 61 254 门限为 2 2V 时 e 仪器设备及其他 电源 示波器 万用表 2 8 V 213 61 254 2 9 V 143 61 233 3 0 V 103 61 223 3 1 V 83 61 221 3 2 V 53 61 211 3 3 V 53 61 21 闪一下 3 4 V 53 61 21 闪一下 3 5 V 43 61 21 闪一下 3 6 V 43 61 2 闪一下闪一下 3 7 V 03 61 2 无无 3 8 V 03 61 2 无无 占空比 其他最大距离最大延迟最大距离延迟时间最大电压 15 51323 4 30 201543 6 38 401753 77 39 361643 7 40 351623 68 45 301513 6 50 241513 59 60 1012 闪一下 3 3 70 47 闪一下 2 9 f 各类图表 方波信号 接收管未有接受信息时 接收管刚接受信息时 瞬时变化 最后一级 有手接触时 输出高电平 否则低电平 四 心得体会及建议 文 超 通过这次的电子设计课程 让我学到了很多的在理论课中没有学 到的东西和将很多在理论课中的一些电路图在电路板上得以实现 比如 方波 的发生电路 放大电路 单线比较电路等 在接红外发射管前一定要计算好流 过它的最大电流 避免烧坏发射管 在电路不工作或者工作效果不明显时要学 会检查电路 一般从发生电路开始分级检查 比如先用示波器检查发射管那是 否产生了方波并观察起幅度是否达到要求 若发生级正常 又用示波器检查接 受管是否接收了信号 这样逐级检查 还有在焊接元器件的时候 为了焊接方 便可以从元器件的高矮顺序进行焊接 比如 由于电阻元件最矮 所以可以先 焊电阻 这样从低到高顺次焊接 在焊接中也要注意 一些元器件的极性 如 二极管 红外对管 电解电容等 最后在调试电路板的时候 要知道怎么检查 一些焊盘是否脱焊之类的 张继勇 在方波发生电路中起初要检查运放的同相端 反相端是否等于电 源电压的三分之一 若不等则要检查电路是否正确 或者看运放是否可行 并 且要使流过红外发生管的电流不能超过 30MA 在同相放大电路中 在同相端一 定要接一个平衡反相端的一个电阻 称为平衡电阻 延迟电路的二极管一定要 正接 若没有二极管电容的放电将瞬间放完从而达不到延迟的目的 最后的单 限比较器 在调节反相门限的时候 要先用万用表测试出电容电压的变化范围 来控制最后 LED 灯持续发光的时间 这次是第一次认真的做 pcb 图 按照原理图结构布局会为后面省去很多麻 烦 在 rules 中调整规则等等 细心 沉稳就能做好事情 通过此次的课程设 计 我学到了很多 五 附录 元器件明细表 主要用于列出本次课程设计中所用的全部元 器件 附图要求用 A4 纸画出电路原理图并打印 名称 参数型号数量大小 LM324四运放1 红外对管1 发光二级管1 对 插座14 脚1 电容10420 1u 电位器精密型2 电阻若干 电解电容1100u 排针若干 原理图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 26 Apr 2012Sheet of File H 123456789 DdbDrawn By R6 500k D5 DIODE D3 LED D4 LED0 R7 1k RES2 D6 LED C3 100u CAPACITOR POL VCC R2 1k RES2 R5 0 24k RES2 占占 占占占 D2 DIODE D1 DIODE 1 1 2 2 W 3 R4 10k POT2 C1 104 CAP 3 2 1 411 U1A LM324 10 9 8 U1C LM324 12 13 14 U1D LM324 VCC VCC