卫生间自动装置 作品说明书.doc

卫生间自动装置作品说明书 摘要： 利用现有的电子技术，实现卫生间设施自动化。该卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路组成，可以实现的功能有：1、白天照明电路不工作,夜晚当有人进入卫生间时，照明灯自动点亮，人离开时照明灯自动熄灭；2、人用厕后冲刷系统自动冲水。 关键字： 卫生间、自动化、直流电源电路、照明电路、冲水控制电路0 序言 卫生间是人们日常生活中频繁使用的设施，随着社会的发展，科学技术的不断进步，人们的生存环境、生活质量有了很大幅度的提高。科学技术在日常生活中得到了广泛的应用，例如电铃门、自动售货机、防盗报警器、ATM自动取款机等。本作品利用现有的电子技术，实现卫生间设施自动化。该卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路组成，可以实现的功能有：1、白天照明电路不工作,夜晚当有人进入卫生间时，照明灯自动点亮，人离开时照明灯自动熄灭；2、人用厕后冲刷系统自动冲水。由此为人们的生活提供了方便。1 电路组成及工作原理本作品介绍的卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路三部分组成。1.1 直流电源电路本作品中的直流电源为单相小功率电源，它将频率为50 HZ、有效值为220 V 的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的12 V直流电压。单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换为稳定的直流电压，其组成框图及各电路的输出波形如图1.1（a）、(b)所示。电源变压器稳压电路滤波电路整流电路负载 (a) (b)图1.1（a）、（b）直流电源的组成框图及整流与稳压过程其中，电源变压器的作用是将交流电源的电压转换为符合整流所需的数值。整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，有半波整流电路和全波整流电路之分，本作品采用的是由四个二极管组成的单相桥式整流电路。滤波电路的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动部分滤掉，是输出电压成为比较平滑的直流电压。实用的滤波电路有很多种类，如电容滤波、电感滤波、复合滤波等，本次设计采用的是电容滤波电路。稳压电路的作用是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。常用的稳压电路有稳压管稳压电路、串联型稳压电路、三端稳压电路和开关型稳压电路等，本次设计采用的是稳压管稳压电路。1.2 照明电路本作品中的照明电路由光敏电阻RL、光敏三极管VT3、红外发光二极管VL1、双向晶体闸V 、555定时器IC1等组成。下面就先来介绍一下光敏电阻、光敏三极管、双向晶体闸和555定时器这几种核心元件。 光敏电阻是一种常用的光敏元件，它的阻值不是固定的，而是随着入射光线（可见光）的强度变化而变化。黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110 M ，在强光条件下，它的阻值（亮阻）却只有几百到几千欧姆。如图1.2（a）所示，是某一光敏电阻的阻值与光强关系。本作品中的照明电路就是利用了光敏电阻的这一特性。 图1.2（a） 某光敏电阻的阻值与光强关系 光敏三极管也是一种常用的光敏元件，它的特性与光敏电阻类似，这里就不再细述。双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构和符号如图1.2（c）所示。双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的，都可以使双向晶闸管导通。由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图1.2（b）所示。由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。图1.2（b）双向晶体闸的伏安特性曲线 图1.2（c）双向晶体闸的结构和符号 555定时器又称为集成定时器或555时基集成电路，它由电阻分压器、两个电压比较器N1和N2、RS触发器、放电三极管VT及缓冲器构成。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5k的电阻，故取名555时基集成电路。555定时器的内部电路结构和它的管脚图如下图1.2（d）、（e）所示。555定时器的功能如表1.2所示。 图1.2（d）555时基集成电路的内部电路图 图1.2（e）555时基集成电路的管脚图表1.2 555定时器的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入 用555定时器IC1、电位器RP 1及电容C 3等可以组成单稳态触发器。单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。利用单稳态触发器的特性可以用作来定时电路。照明电路的工作原理：白天有光照射时，光敏电阻RL的亮阻值很小，产生的电流大，三极管VT 1导通，555定时器IC1的4管脚为低电平（小于0.7伏），555定时器被强制复位，3脚输出为低电平，不受2脚触发控制，故双向晶体闸V关闭，电灯EL不亮。傍晚天黑时，光敏电阻RL的暗阻值很大，产生的电流很小，三极管VT1截止，555定时器IC1的4管脚为高电平，使IC1处于等待触发状态。当有人进卫生间如厕时，经过红外发光二极管VL和光敏三极管VT3间的红外光束通道时，红外光被遮挡，VT3的暗阻很大，产生的电流很小，晶体管VT2得到基极偏压而导通，IC1的2脚电位低于Ec/3(4伏)，IC1被置位，3脚输出高电平，双向晶体闸V触发导通，电灯EL点亮。经过约1 min (通过使用不同容值的电容C3或调节RP1，可以改变延时时间)，定时结束，3脚转为低电平，双向晶体闸V关闭，电灯EL熄灭。1.3 冲水控制电路 本作品中的冲水控制电路由红外发光二极管VL2、光敏三极管VT4、555定时器IC2、继电器、电磁阀等组成。下面先来介绍一下继电器和电磁阀。 继电器是一种电控制器件，主要用在自动控制和保护电路中，起到信号转换的作用。继电器的工作原理：继电器具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电压、电流、温度、时间等）变化到某一特定值时继电器就产生动作，执行元件便接通或断开控制回路。 继电器有很多种类，按用途可分为控制继电器、保护继电器、中间继电器等；按原理可分电磁式、感应式、热继电器等；按参数可分为电流、电压、速度、压力继电器等；按动作时间可分为瞬时继电器、延时继电器；按输出形式可分为有触点、无触点继电器。 继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。继电器的图形符号如图1.3.1所示。KA（a）线圈 （b）常开触头 （c）常闭触头(a)(b)(c)KAKA图1.3.1 继电器的图形符号电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用在机械控制和工业阀门上面，通过一个电磁线圈来控制阀芯位置，切断或接通气源以达到改变流体流动方向的目的，来对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀从原理上分为三大类：直动式电磁阀、分步直动式电磁阀和先导式电磁阀。 它的工作原理是：当有电流通过线圈时,固定铁芯吸合动铁芯,改变滑阀芯的位置，发生励磁作用,动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧,从而改变流体的方向。当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。在生产中常用的电磁阀有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位五通等。它们的图形符号如图1.3.2所示。其中二位、三位指的是阀芯的工作位置，二、三、四、五通指的是切换通口数目。APARPARPABPRBAEAPEBABEAPEBABEAPEBABEAPEB2位2通 2位3通 常闭（NC）2位3通 常通（NO）2位4通 2位5通 3位5通中间排气式3位5通中间封闭式3位5通中间加压式图1.3.2 常用电磁阀的图形符号 冲水控制电路的工作原理：在无人接近便池时，光敏三极管VT4受到红外发光二极管VL2发出的光照，其亮阻阻值很小，产生的电流大，三极管VT 4导通，555定时器IC2的4脚为低电平（小于0.7伏），555定时器被强制复位，3脚输出为低电平，继电器线圈不工作，电磁阀开关不打开，冲刷系统无法冲水。当有人接近便池并用厕时，VL2发出的红外光被遮挡，VT4的暗阻很大，产生的电流很小，晶体管VT2得到基极偏压而导通，IC2的2脚电位低于Ec/3(4伏)，IC1被置位，3脚输出高电平，继电器线圈通电，常闭触点断开，常开触点吸合，同时给电容充电，但电磁阀被断开无法工作，冲刷系统无法冲水。人在用厕的这段时间是电容器充电时间，直至电容器充满为止。等到人用厕完毕离去后，555定时器和触发电路又回到先前的状态。继电器断电，常闭触点闭合，常开触点断开。电磁阀线路被接通，此时的电容已经被充过电，它就可以给电磁阀放电，这时电磁阀线圈得电导通。冲刷系统给便池冲水。等到电容的电量被放