简易红外线自动洗手装置

1、2009级传感器课程设计 传感器课程设计报告书课题名称 简易红外线自动洗手装置 姓 名黄海深学 号 20096581院、系、部电气工程系专 业电气工程及其自动化指导教师秦华2013年 1 月 3 日简易红外线自动洗手装置0910-3 20096581 黄海深一、 设计目的 利用红外传感器配合NE555（时基集成电路）制作一个简单的可以实现自动洗手装置，出水由电磁阀控制。二、 设计要求1实现基本功能，主控电路由NE555集成块为主构成，其前端为红外线传感器，但市场上种类繁多，当人手伸到红外线传感器前方时，红外线感应头对信号处理，之后输出低电平，经过NE555后，KA线圈得电工作，常开触头闭合，放

2、水洗手；当人离开后，经延时电路23S后，KA自动关闭，实现自动洗手且节水功能。画出设计电路图；2 完成3000字设计报告；三、 硬件电路设计 3.1电路设计结构框图设计电路大致可分为以下几部分：传感器检测部分、软件负责延时输出高电洗手出水装置部分。电路设计结构框图如图3-1所示。图3-1电路设计结构框图3.2传感器的选择热释电红外传感器和热电偶传感器都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器

3、在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。本次设计基本采用了ne555配合HC-SR501、普通型、 人体红外感应模块，组成热释电红外传感器。HC-SR501工作参数。工作电压：DC5V至20V。静态功耗：65微安。电平输出：高3.3V，低0V。延时时间：可调(0.3秒18秒)。封锁时间：0.2秒触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H感应范围：小于120度锥角，7米以内。工作温度：-15+70度。PCB外形尺寸：32*24mm，螺丝孔距28

4、mm，螺丝孔径2mm，感应透镜尺寸：(直径)：23mm(默认) 。 3.3信号处理电路 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。其优缺点有下列几点：(1)只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 (2)它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 (3)其输出端的供给电流大，可直接推

5、动多种自动控制的负载。 (4)它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 各个引脚的作用及接法：1引脚：GND外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地2引脚：TR低触发器3引脚：OUT输出端4引脚：R是直接清零端，当R端接低电平时，时基电路不工作，此时不论TR,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引脚：CO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0.01uf电容接地，以防引入干扰6引脚：TH高触发器7引脚：D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8引脚：VCC外接电源，因为是NE555型的所以时基电

6、路是双极型的，其VCC的范围是4.516V，在这里我们采用的是直流12V电源。 图3.1NE555引脚图 3.4电路响应 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生低电平。 （1） 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。 （2） 为了仅仅对人

7、体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 （3） 被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 （4） 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消。 电路设计框图4、 制作使用设计分析过程：自动洗手装置采用RC-SR501热释电红外传感器模块型号，其参数如下：工作电压：DC5V至20V，静态功耗：65微安，电平输出：高3

8、.3V，低0V，延时时间：可调(0.3秒18秒)，封锁时间：0.2秒，触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H，感应范围：小于120度锥角，7米以内，工作温度：-15+70度 根据此要求，我们在设计NE555时基电路过程中，考虑到有保护电阻以及其他阻抗，所以留有一定的阈度，根据公式Td=1.1*Rt*C，其中电容一般常用的是220uF。当延时时间为2s的时候，滑动变阻器阻值为零。可算出电阻R2=8.3千欧。当延时时间为3s的时候，Td=1.1*(R2+R3)*C,已经算出R2的数值可以算出R3=4.1千欧。加入了滑动变阻器，之后可以大体上用于调节延时时间，完成题目要求的2s到3s延时时间。在

9、本设计中我们考虑到干扰因素很多，在模拟过程中采用了一个led灯作为电磁阀的替代品。整个工作原理是：输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了光电的转换，从而起到输入、输出的作用。使用过程：在没有红外感应时，NE555的引脚4处于复位状态，ne555不工作，输出低电平，点此阀不工作.当人手伸到红外线传感器前方时，红外线传感器感应到人手信号后，红外感应头对该信号进行处理，之后输出低电平，该信号加到NE555的4引脚，（4引脚低电平时正常工作，高电平时复位，就像电脑处于重启状态一样。）ne555的4引脚接高电平，接受到低

10、电平信号。ne555开始工作。3引脚输出电平翻转为高电平，点亮led灯。当人手离开水龙头后，经延时电路延时2-3s后，4引脚接通低电平，NE555的3引脚输出状态又翻转为低电平led灯熄灭。 5、 仿真模拟及误差计算仿真模拟图初次接触MULISIM,好多原件都无法查找，帮着几个同学做了一下仿真，结果仿真结果没有出来，经过查询百度文库，得到了一些关于这个软件的资料，最后我用了一个开关代替传感器，电灯泡代替了水龙头的电磁阀。这个设计无非就是传感器发出一个电平，让ne555工作，点亮灯泡。模拟传感器启动水龙头电池阀的工作。误差来自于两个方面：原件开关、ne555的开通工作时间，电阻选择时取了相近的电

11、阻。六、设计总结红外自动洗手装置主要是由热释电红外传感器电路、分压电阻、NE555定时器组成，它简易，方便，在学校、医院等公共场所运用广泛，给人民的日常生活带来方便，它具有一定的延时功能，而且所用的器件少，制作相对简单，是人们生活中的好帮手。其中自动洗手装置只是NE555的应用之一，现实生活中我们可以通过NE555制作出很多装置，给我们的现实生活带来方便。此次课程设计还存在一定的问题，容易受各种热源、光源干扰，红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。环境温度与人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。设置传感器的时候不宜将传感器设置的太低或者太高，计算参数的时候不能得出精准的值，只能在留有一定阈度的情况下，确定一个值方便购买器件。通过这次的课程设计，我对热释电传感器和NE555定时器有了初步的认识，了解了热释电传感器可以对是否有物体挡在它的面前做出反应，从而输出相应的电平信号，它的这个功能给我们设计电路带来思路。同时，NE555功能很多，有定时延时功能，NE555在现实生活中应用非常广泛，所以需要我们在今后的学习中多多留意。在这次实验设计中，在电路