(整理)红外线控制自动水龙头设计(最新整理)

1、精品文档目录摘 要2abstract2第一章 需求分析3第二章 红外线控制自动水龙头系统设计42.1 水龙头的构成及传感器控制42.2 系统组成方框图42.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理52.4 红外线控制自动水龙头的工作原理6第三章 单元电路的设计73.1 稳压电源的设计73.2 振荡器电路的设计73.3 红外接受控制电路的设计93.4 电压放大电路的设计103.5 音调译码器的设计113.6 三端稳压器133.7 lm567 调制传感器13总结16参考文献17致谢18附录19精品文档元件列表20精品文档摘 要本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红外接收放大

2、电路、控制电路、电磁阀、电源等组成。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打开水源；反之则自动关闭水源。与传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。使用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传播。系统电路设计简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。【关键词】传感器；红外线；自动控制abstractthe fully-automatic faucet described in this paper is fabricated based on the application of infrared reflectance techno

3、logy, it is consist of infrared emission circuit, infrared receiving, amplifier circuit, control circuit, solenoid valve, power supply, etc. when people or things are around, control signal will be generated automatically, then the relay operates, energizing the solenoid valve to pull in and start t

4、o supply water; otherwise water will be shut off. it is simple in design and easy to use. comparing with traditional faucets, it is also water-saving. fully-automatic tap is more convenient and artistic, and it enables the users to wash their hands directly without touching the tap, avoiding the tra

5、nsmission of germs. it can be widely used into people-intensive sites such as shopping malls, schools and office blocks.【key words】 sensor, infrared, automatic control精品文档第一章 需求分析随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。据报道我国是一个水资源短缺的国家， 若按人均水资源量计算，人均占有量只有 2500 立方米，约为世界人均水量的四分之一，世界排 110 位

6、。由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水 60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水 60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所。在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶劣， 传统水龙头必须通过人手操作，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免了洗

7、手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成，无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。全自动感应水龙头安装方便、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，而且大大地扩展了原先水龙头的功 能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要的意义。第二章 红外线控制自动水龙头系统设计2.1 水龙头的构成及传感器控制物体水龙头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

8、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）。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

9、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水龙头时，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。2.2 系统组成方框图红外线自动控制水龙头整个控制过程分为 5 个部分。系统组成方框图如图 2- 2 所示音频译码（lm567）电磁阀动作电压放大（lm741）红外接收多谐振荡器调幅红外光 2-2 系统组成方框图2.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结

10、合搜很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射， 同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图 2-3 所示）反射光强度的输出信号电压（vout）是反射面与传感器之间的距离（x）的函数， 设反射面物质为同种物质时，x 与 vou

11、t 的响应曲线是非线性的（如图 2-4 所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的x接收发射x/mmvout反射4表面10图 2-3 红外发射接收原理图图 2-4 光强度相应曲线图精品文档2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理2.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管 d1 和 d2、运算放大器lm741）、音频译码器（lm567）、继电器 k、电源电路等组成。2.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图见附录2.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理工

12、作原理：发射电路中，多谐振荡器由 ic（555）和 r0.r1 和 c7 等组成。其振荡频率为 f=1.44/（r0+2r1）c7，振荡输出信号驱动 tln104 型的 led1led3 工作，从而产生红外脉冲调制波。接收电路中红外接受头 d1.d2 与发射中的发射管相匹配，采用 tln104 型。红外脉冲调制经 d1.d2 接收管转换成电信号，经 c1 藕合至 lm741，再经 c2 输入到 lm567 的第 3 管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1r6c3 与红外调制频率 40khz 一致，使第 8 管脚输出为低电平，又经反相后，驱动 vt2 导通，继电器因控制有信号触发而有交流输

13、出。当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的 d1.d2 因接收到光信号而进行光电转换，从而使 lm567 因有信号输入而在第 8 脚输出为低点平，经反相 vt2 导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。精品文档精品文档第三章 单元电路的设计3.1 稳压电源的设计电路为输出电压+5v，输出电流 1.5a 稳压电源。它的电压变压器 b，桥式整流电路 d1d4，滤波电容 c1.c3，防止自激电路 c2、c3 和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。200v 交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路 d1d4 和滤波电容 c1 的整流和滤波，在固定

14、式三端稳压器 lm7805 的 vin 和 gnd 两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过 lm7805 的稳压和 c3 的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（如图 3-5 所示）。图 3-5 稳压电源电路3.2 振荡器电路的设计振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路（如图 3-6 所示）。精品文档精品文档（a）电路图(b)工作波形图 3-6 由定时器构成的多谐振荡器由于 555 内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路

15、形式，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。故只需通过调节 r1 的阻值来改变 f 来使其为 1hz 的秒脉冲信号，作为闸门信号。精品文档精品文档3.3 红外接受控制电路的设计本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头 sfm506-38 和锁相环电路。它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。lm567、开关放大电路 vt9013、固态继电器 tac08、电磁阀构成控制电路（如图 3-7 所示）。图 3-7 接收解调控制电路lm567 是 1 片锁相环音频解码电路，采用 8 脚双列直插塑封，3 脚为信号输入端，其工作频率由 5、6 脚上的阻容元件决定

16、，8 脚为逻辑输出端。ic2 与 r7、c12组成振荡器，r7、c12 决定 ic2 内部压控振荡器的中心频率，lm567 的 3 脚为信号端，8 脚为逻辑输出端，该输出是 1 个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为 100ma，lm567 的工作电压为 4759v，工作频率 01hz500khz，静态工作电流为 8ma。当无人洗手时，ic1 接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到 ic2 的 3 脚后，ic2 的 8 脚就会输出低电平，三极管 vt1 截止，继电器 k 断电处于释放状态，电磁阀 y 不动作，水龙头无自来水放出。当手放到水龙头下时，ic1 不能接受红外线，ic2 的 3 脚无信号

17、输入，8 脚输出高电平，使得 vt1 导通，继电器 k 吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀 y 的 220vac，y 开始动作，使水龙头放出自来水，同时 led 发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手精品文档精品文档离开水龙头后，停止放水。sfm506-38 地内部原理图（如图 3-8 所示）图 3-8sfm506-38 的内部原理图3.4 电压放大电路的设计电压放大电路采用 lm741 集成运算放大器，（如图 3-9 所示）。lm741 是高性能内补偿运算放大器，功耗低，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。lm741 的管脚功能是：1 脚为调零端，2 脚为反相输入端

18、，3 脚为同相输入端，4脚为负电源端，5 脚为调零端，6 脚为输出端，7 脚为正电源端，8 脚为空脚端。此引脚图（如图 3-10 所示）。内部原理图（如图 3-11 所示）。图 3-9 lm741 集成运算放大器精品文档精品文档图 3-10 lm741 引脚功能图图 3-11 内部原理图3.5 音调译码器的设计音调译码器采用 lm567 锁相环电路，锁相环内则包含一个电流控制振荡器（cc0）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由 i 与 q

19、 检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。lm567 的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定精品文档精品文档的窄频带内的输入音调时，开关就接通。通用的 lm567 还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1 至 500khz 内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率 14%内的任何值。而且， 输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。lm567 的管脚功能

20、是：1 脚为输出滤波，2 脚为回路滤波，3 脚为输入端，4 脚为正电源端（电压值需最小为 4.75v，最大为 9v），5 脚为定时电阻端，6 脚为定时电容端，7 脚为接地端，8 脚为输出端。lm567 的引脚功能图（如图 3-12 所示）。lm567 的内部原理图（如图 3-13 所示）。18输出滤波输出回路滤波2输入71 级检波地vco检波63v+45定时电容定时电阻图 3-12 lm567 的引脚功能图图3-13 lm567的内部电路图精品文档精品文档3.6 三端稳压器三端稳压器是一种标准化，系列化的通用线性的稳压电源集成电路，以其体积小成本低性能好，工作可靠性高等特点，成为目前稳压电源中

21、应用最广泛的一种单片式集成稳压器件。三端稳压器的工作原理（如图 3-14 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。vit输入调

22、整管安全工作区保护调整管rscv 0ra输出地rb过热保护短路保护误差放大基础电压启动电路恒流电源图 3-14 三端稳压器框图3.7 lm567 调制传感器lm567 是一种比较廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器。精品文档由 lm567 的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的 led，由探头的光敏管接收反射光。经三极管放大，转换成电压信号后送到 lm567 的内部鉴相器 2 同步调解，然后由 lm567 内部的比较器转换为数字输出并联负反馈放大电路有若稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管电容的影响，获得良好的高频特性。这个电路的缺点是当多个探头同时使用时因为频率

23、接近，一旦相邻单元的光斑出现部分重合就会有干扰造成输出抖动，另外 567 输出鉴相器参考信号是从振荡电容端引出的，与发射和接收信号几乎是正交的，解调效率非常低，前级需要高倍放大。为了解决上述多个探头临近的问题，在使用多组传感器时，做了以下改动（如图 3-16 所示）：单独用一个单元（图中右边的 567）作振荡，给其余四个单元（图中只画了一个）提供同步的时钟信号，消除了差拍问题。而且时钟信号既接到振荡电容端又用来控制输出放大管点亮探头照明的 led，使得参考信号与发射和接收信号的相差非常小，调节效率大大提高，最大探测距离有所增加。图 3-16 lm567 传感器原理图（一）图 3-16 lm56

24、7 传感器原理图（二）总结此次毕业设计我选做的是红外自动控制水龙头的设计，红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管 d1 和 d2，运算放大器（lm741）.音频译码器（lm567）.继电器 k.电源电路等组成。通过这次对红外线自动控制水龙头的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于水龙头的原理与设计理念。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。除了学会了许多专业知识外，在遇到困难时，积极地去请教我的指导老师，我通过看现有的教材

25、、去图书馆查阅资料、去网上搜索相关信息这些方式，不仅完成了我的毕业论文，而且大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。这次毕业设计不仅使我对相关专业知识有了更深的理解，而且还让我认识到了理论知识对工作实践的重大意义，学会理论联系实际。毕业设计要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样一切由教材和老师安排。因此，它给了我更大的发挥空间。让我发挥主观能动性独立的查阅资料、寻找数据、设计实验方案，并将理论知识应用到实践中去。同时，让我懂得红外线在生活中的广泛应用。通过这次设计提高了我认识问题、分析问题、解决问题的能力。总之，这次设计既是对我

26、课程知识的考核，又是对我思考问题、解决问题能力的考核，更是对我人格品德的考验，设计让我受益匪浅。参考文献1傅劲松电子制作实例集锦m福建科技技术出版社，2006 2廖先芸 电子技术实践与训练m高等教育出版社，2000 3孙梅升 电子技术基础课程设计m高等教育出版社，20034沈任元，吴勇 数字电子技术基础m机械工业出版社，2007 5刘南平，白明 电路分析m人民邮电出版社，20076 吕国泰，吴项电子技术m高等教育出版社，20067 王成安，毕秀梅.电子产品工艺与实训m机械工业出版社，2008 8冯民昌数字集成电路系统（第二版）m中国铁道出版社，200318ofoil ut27lfgi lnd2

27、636inct343845rqv+rt127tridgis56cvtohlrt+5v地地地地vd1kvt229013r7 1kc647ufr810kic3r612kc30.01uflm567 c20.1ufc5c41.0uf2.2ufop07r5 74100kr4 1kr3100k c10.2d2u1fd2led1led2led3r09.1kr113kr2 6.2k8vccgnd1c00.1uf c70.01uf12附录精品文档元件列表序号名称符号型号和规格件数1电容c00.1uf1 个2电容c10.22uf1 个3电容c20.1uf1 个4电容c30.01uf1 个5电容c42.2uf1 个6电容c5