红外线自动控制水龙头

课程设计名称：电子技术课程设计 题 目：红外线控制自动水龙头的设计 指导老师: 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 课 程 设 计 成 绩 评 定 表 学 期 第四学期 姓名 专 业 自动化 班级 课题名称 电子技术课程设计 论文题目 红外线控制自动水龙头的设计 评 定 标 准 评定指标 分值 得分 知识创新性 20 理论正确性 20 内容难易性 15 综合实际性 10 知识掌握程度 15 写规范性 10 工作量 10 总成绩 100 评语： 任课教师 时间 备 注 课程设计任务书 一、设计题目 红外线控制自动水龙头的设计 二、设计任务 1． 设计一个红外线控制自动水龙头的节水装置 2． 当人们的手靠近水龙头时水龙头自动出水，并有提示水龙头在出水中 3． 当人们的手离开水龙头后，水龙头过一段时间自动停水 3、 设计 电子课程设计共1周 第1天：查阅资料，熟悉设计题目 第2天：方案分析比较，确定设计方案 第3天：设计方案分析，具体按步骤进行设计及整理说明书 第4天：准备答辩 第5天：答辩 四、设计要求 1、画出整体电路图。 2、对所设计的电路进行分析修改，使之达到设计任务要求。 3、分析实验结果，写出设计说明书。 指 导 教 师： 教研室主任： 时 间：2009 年6月 29日 摘要 红外线技术在工农业生产、通信技术、家用电器等多种领域中得到了广泛的应用, 特别是在日常生活中的应用, 更加受到了人们的瞩目。本文主要采用了反射式红外线传感器来控制水龙头。当有人洗手或用水时, 接近水龙头的手或 盛水容器将红外线反射回去一部分, 被红外接收管接收并转换成相应的电压信号, 经过一系列的藕荷、放大、识别译码后, 使LM567输出低电平，又经反相后，驱动三极管导通，使继电器吸合，控制电磁水阀通电自动开阀放水。当手或盛水容器离开水龙头时, 红外接收管失去红外线信号, 电路又恢复到平时的待机状态。红外线自动水龙头控制电路是反射式红外传感器、集成运算放大器、锁相环音频译码器、反相器等组成。 关键词：红外线；LM567；水龙头；传感器；集成运算放大器 目录 综述………………………………………………………………………………………… 2 1 红外线自动控制水龙头的原理框图……………………………………… 3 2 电路的工作原理……………………………………………………………………4 2.1 工作原理图…………………………………………………………………………4 2.1.1 方案一的原理图………………………………………………………………4 2.1.2 方案二的原理图……………………………………………………………… 5 2.2工作原理………………………………………………………………………………6 2.2.1方案一的工作原理……………………………………………………………… 6 2.2.2 方案二的工作原理……………………………………………………………… 6 3 电路的基本设计……………………………………………………………………… 7 3.1 主要单元电路……………………………………………………………………… 7 3.2红外线发射和接收对管………………………………………………………… 7 4 方案比较………………………………………………………………………………… 8 5 重点参数计算…………………………………………………………………………9 5.1振荡频率的计算………………………………………………………………………9 5.2选频…………………………………………………………………………………9 6 课程设计体会………………………………………………………………………… 10 7 鸣谢…………………………………………………………………………11 8 参考文献………………………………………………………………………………… 12 1、 设计内容及要求 （1）设计内容 红外线控制自动水龙头，是通过红外线来控制磁水阀门的开与关。用红外线的发生装置和接收装置实现对是否有人要用水龙头的判断，通过放大电路及其电磁水阀门的控制电路（由音频译码器LM567组成）实现智能控制。 （2）设计要求 1）合理选择所需器件； 2）完成全电路的设计、绘制电路图； 3）撰写设计报告、总结报告。 综述 随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 水资源是不可缺少的，没有水不管人或事物都不能存活。节约用水是一种美德。普通水龙头当然也是一种选择，但是如果人们有急事却忘了关水会使水一直流，从而会浪费很多水。要是在干旱的地区水就犹如他们的生命。所以本设计一种可以不会浪费水，专门为那些容易忘记关水的人使用。 本论文设计一种以红外控制水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合放水的功能。它安装方便、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。可在强光下工作，给人们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，其广泛用于家庭、车站、工厂、学校、餐厅等场所。而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外自动水龙头及扩大其应用，有着非常现实的意义。 本设计满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。 1红外线自动控制水龙头的原理框图 2 电路的工作原理 2.1 工作原理图 2.1.1 方案一的原理图 2.1.2 方案二的原理图 2.2工作原理 2.2.1方案一的工作原理 IC1与W1、C1等组成频率约为30～50KHz的脉冲振荡器，驱动红外发光二极管D1发出调制红外光。当有人洗手或盛水接近水龙头时，由D1发出的红外线被人体反射回来一部分，被BG接收，并通过运放IC2放大后输入到音频译码器LM567的输入端第3脚，经IC3进行识别译码后使其第8脚输出低电平，继电器J吸合，常开触点JH接通电磁阀电源，电磁阀打开，水龙头自动流水。人体离开水龙头后，BG失去红外信号，电路又恢复到一般等待工作状态。 调试：D1和BG要用铁皮罩起来，调W1、W3可使红外线发射、接收频率一致，使人体接近水龙头时，电磁阀能够可靠动作；调节W2阻值，可以改变D1的发射电流，从而控制电路在人体接近时的有效作用距离。 2.2.2 方案二的工作原理 红外线发射器是由NE555电路组成的多谐振荡器，其震荡频率由R1、R2、C1 决定，约为1.4kHz。由多谐振荡器产生的脉冲信号由③脚输出，通过红外线发射管SE303向外发射。 红外线接收放大器由红外线接收器PH302和晶体管VT1、VT2组成的电压放大器组成。VT1与R7 组成电压负反馈式放大器，由VT1放大后的信号通过C4 耦合到VT2作进一步放大，输出后通过C5 加至IC2的输入端③。 IC2作为电磁水阀门的控制电路，它是由音频译码器LM567组成的。在这里用作选频电路，将电压放大器输出的信号脉冲进行选频，以排除信号中的干扰脉冲，防止电路被误触发。IC2的选频频率由RP将其调节至发射频率1.4 kHz，当由VT2输出的脉冲频率与IC2的选频频率一致时，其输出端⑧输出低电平。 VT3组成继电器驱动电路，平时由于红外线接收器一直处于未被照射状态，使IC2的⑧脚输出高电平，VT3处于截止状态，继电器处于释放状态，水阀门的电磁阀不通电，处于关闭状态。当有人手伸至红外线控制器下方时，由于人手的反射，使PH302接收到红外发射管发出的红外信号，经过VT1、VT2放大，IC2的选频，它的⑧脚输出低电平。这一低电平通过R10加至VT3的基极使其导通，继电器K通电吸合，将电磁阀门的电源接通，水阀门被打开。 3电路基本设计 3.1 主要单元电路 1. 555多谐振荡电路 2. 红外检测电路 。采用脉冲式主动红外线检测电路，由红外发射二极管VDl和红外接收二极管VD2等组成。 3. 反相器构成的施密特触发器。为保证单稳态触发器可靠触发，必须对电压放大器输出的信号进行整形。 4. 微分电路。作用是将整形电路输出的方波信号微分为触发脉冲去触发单稳态触发器。 5. 555单稳态触发器。延时驱动电路采用555时基电路构成的单稳态触发器。 3.2红外线发射和接收对管 常用的红外发光二极管（如SE303白色与PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。  发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。 4方案比较 1．方案二比方案一电路设计更简单。 2．方案二比方案一更稳定，更符合实际需要。 3．方案二比方案一性价比高，更符合实际要求。 4．方案二灵敏度高，使用起来更方便快捷。 所以选择方案二更符合实际 5 重点参数计算 5.1振荡频率 的计算 由于红外光脉冲调制发射器是以时基电路555为核心组成的，它与 、 、 、 等组成一个无稳态多谐振荡器，其振荡频率为： 由图中各元件的参数值计算得 可近似的看成此电路的振荡频率为1.4KHZ。 说明：其中为使红外发光二极管发出很窄的红外光束，一般占空比约为25%。由公式 知： = ,此时将由 来调节其占空比。 5.2选频 IC2作为电磁水阀门的控制电路，它是由音频译码器LM567组成的。在这里用作选频电路，将电压放大器输出的信号脉冲进行选频，以排除信号中的干扰脉冲，防止电路被误触发。IC2的选频频率由RP将其调节至发射频率1.4 kHz，当由VT2输出的脉冲频率与IC2的选频频率一致时，其输出端⑧输出低电平。 课程设计体会 本设计不仅在知识上给予我许多，在一些细节上也让我获益良多。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。实践出真知。因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，不为则不知，无为则无知，实践出真知。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。学海无涯，学无止境。尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，由于对555电路相关章节未能掌握以致用到秒脉冲产生电路无法自行设计，只得参考其他文献，。 　　综上所述，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。 鸣谢 课程设计是每一个大学生必须拥有的一段经历，它使我们在实践中了解社会，让我们学到了很多在课堂上根本学不到的知识，也打开了视野，增长了见识，为我们以后更好的服务社会打下良好的基础，除此之外，我还学会了更好地与别人沟通，如何更好的陈述自己的观点，如何说服别人认同自己的观点，相信这些宝贵的经验成为我今后成功的最重要基石。 最后感谢老师的精心培养和设计过程的指导帮助，是他们无私关心我们，才使我顺利完成课程设计并完成报告。请老师放心，我不会辜负您们的期望，我将以出色的成绩报答老师，回报社会！ 参考文献 [1] 阎石.数字电子技术基础.第 5版: 高等教育出版社,2006.5 [2] 康华光主编。电子技术基础 数字部分（第四版） [3] 肖景和.CMOS数字电路应用300例:中国电力出版社,2005 [4]《集成电子技术基础教程》 2002年，郑家龙，北京高等教育出版社 [5]《现代电子设计技术》 2004年，李良荣，北京机械工业出版社 _1308038453.unknown _1308063518.unknown _1308073842.vsd � � � � � � � � � � � _1308077387.unknown _1308077561.unknown _1308064365.unknown _1308064600.unknown _1308064332.unknown _1308038502.unknown _1308038518.unknown _1308038622.unknown _1308038471.unknown _1307879898.vsd 多谐振荡器 红外发射 红外接收 放大 整形 延时驱动 电源 水龙头 ~220V 电源 发射电路 接收电路 执 行 部 分 _1307880347.vsd � NE555 1 2 3 4 8 7 6 5 正电源VDD 放电端 置“0”触发端VR 阀值电压控制端 复位端 输出端 公共接地端GND 置“1”触发端 _1307801871.vsd � � � � R1 1k W1 10K C1 0.33 2 6 7 4 8 IC1 555 3 W2 220 D1 TLN104 R2 100K C2 0.1 R3 1K R4 100K 2 3 C2 A741 7 4 6 3 4 IC3 LM567 5 6 7 1 2 W3 10k J JQX-4F (6V) D2 1N4001 C4 2.2 C5 1 C6 0.1 IC4 7806 C7 470 D3-D6 1N4001 B JH 220V 电磁阀 DF-1型