紅外線控制自動(dòng)水龍頭畢業(yè)論文

鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紅外線控制自動(dòng)水龍頭系 別： 電氣電子工程系 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 應(yīng)用電子技術(shù) 2 班 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2012 年 1 月 30 日鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 2012 年 1 月 30日畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院要以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。保密，在_年解密后適用本授權(quán)書(shū).本論文屬于不保密。鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“” ）畢業(yè)論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要本文主要介紹用紅外發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)自動(dòng)水龍頭的原理及方案?！肮?jié)本降耗”是每個(gè)企業(yè)追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)的水龍頭、衛(wèi)生間供水等設(shè)施，使用起來(lái)不是特別方便，而且很浪費(fèi)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)方案響應(yīng)國(guó)家號(hào)召“節(jié)本降耗”的精神，設(shè)計(jì)了自動(dòng)供水電路，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，同時(shí)更利于節(jié)能，不但可以節(jié)約用水，而且還降低了公司內(nèi)部成本，達(dá)到了“節(jié)本降耗”的目的。紅外式自動(dòng)水龍頭由紅外發(fā)射電路、紅外接收放大電路、控制電路，電磁閥，電源組成， 220VAC 經(jīng)變壓器 T 降壓，變?yōu)?9VAC，再由整流、濾波、穩(wěn)壓，得到 9VDC 供給控制電路工作。自動(dòng)水龍頭接通電源，當(dāng)手伸到水龍頭下時(shí)，使水龍頭放出自來(lái)水，洗滌完畢，手離開(kāi)水龍頭后，停止放水。關(guān)鍵詞：傳感器 ；紅外線 ；自動(dòng)控制鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄獨(dú)創(chuàng)性聲明 2畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 2摘要 3 1. 緒論 1.1 概述 (6) 1.2 國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 (6) 2. 方案論證 方案論證 （7） 3. 設(shè)計(jì)原理3.1 電源部分 （8） 3.1.1 電源功能 （8）3.1.2 電源的組成 （8）3.1.3 原理圖 （10）3.1.4 電路分析 （10） 3.2 紅外發(fā)射電路 （11） 3.2.1 紅外發(fā)射的功能及組成 （11） 3.2.2 555 電路的工作原理 （11） 3.3 接收和放大電路 （14） 3.3.1 光電傳感器工作原理 （14）3.3.2 運(yùn)算放大器分析 （15）3.4 控制電路 （18）3.4.1 控制電路的基本組成 （18）3.4.2 控制電路的電路圖及分析 （19）3.5 電磁閥 （21）3.5.1 電磁閥的分類及其分析 （21）3.5.2 電磁閥的特點(diǎn) （22）3.6 紅外線水龍頭原理圖 （23）4. 電路的安裝調(diào)試4.1 電路的安裝 （25）4.2 技術(shù)性能 （26）4.3 技術(shù)參數(shù) （27）4.4 功能介紹 （27）鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5. 故障分析5.1 常見(jiàn)故障分析 （28）5.2 感應(yīng)水龍頭的初期缺陷 （29）5.3 總體情況 （29）致謝.(30)參考文獻(xiàn)(33) 1 緒論1.1 概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。本裝置具有安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，發(fā)出光均勻穩(wěn)定的有點(diǎn)。發(fā)出的二極管光為不可見(jiàn)光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號(hào)調(diào)制后，只有專門的解調(diào)電路才能收到。它可在強(qiáng)光下工作，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，其廣泛用于家庭、商場(chǎng)、工廠、學(xué)校、餐廳等場(chǎng)所。而且大大地?cái)U(kuò)展了原先水龍頭的功能。因此，研究紅外線控制自動(dòng)水龍頭及其應(yīng)用，有著非常重要的意義。本文設(shè)計(jì)的是一種以紅外線自動(dòng)控制的水龍頭。采用了反射式紅外傳感器，這種傳感器的發(fā)射與接收是一體化的。當(dāng)人或事物靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號(hào)繼電器動(dòng)作，使電磁閥得電吸合從而自動(dòng)放水。本設(shè)計(jì)方案滿足了人們對(duì)物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性。以適應(yīng)當(dāng)今品種多批量小的電子市場(chǎng)的需求，大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展方向及現(xiàn)狀隨著紅外技術(shù)的高速發(fā)展，紅外焦平面陣列技術(shù)出現(xiàn)了，并且迅速得到發(fā)展。美、英、鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）法、德、日、加拿大、以色列等西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在競(jìng)相研制和生產(chǎn)先進(jìn)的紅外焦平面陣列攝像儀，其中美國(guó)在紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展水平方面處于遙遙領(lǐng)先地位，其焦平面陣列規(guī)模已達(dá) 20482048 元，已接近與可見(jiàn)光硅 CCD 攝像陣列的水平。日本在世界上最先實(shí)現(xiàn)了 100 萬(wàn)像元集成度的單片式紅外焦平面陣列等種類產(chǎn)品推向市場(chǎng)，搶占商機(jī)，法國(guó)、荷蘭、瑞典、英國(guó)、德國(guó)和意大利等在非制冷紅外熱攝像儀技術(shù)的發(fā)展方面，已顯示出其處于前沿的競(jìng)爭(zhēng)地位。此外，加拿大、以色列、韓國(guó)、澳大利亞、波蘭、新加坡的一些公司和機(jī)構(gòu)都在盡力發(fā)展先進(jìn)紅外焦平面陣列熱攝像儀技術(shù)，競(jìng)爭(zhēng)已遍及全球幾大洲。近幾年來(lái)，中國(guó)的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進(jìn)性也同西方同步。如目前已能生產(chǎn)面積小于30um210001000 像素的探測(cè)器陣列，由于采用了基于銻化銦的新器件，目前已達(dá)到了分辨率小于 0.01的溫差，使對(duì)目標(biāo)的識(shí)別達(dá)到更高的水平。2 方案論證2.1 本方案選用低功耗紅外反射開(kāi)關(guān)（A） ，功率開(kāi)關(guān)集成電路（Ic）,及電源變換電路組成，紅外反射開(kāi)關(guān)向外發(fā)射調(diào)制紅外線，與其同并排安排光敏晶體管來(lái)接收，紅外信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)集成電路進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電磁水閥。本設(shè)計(jì)方案中紅外反射開(kāi)關(guān)是選用模塊化產(chǎn)品，全部電路焊裝于塑料小盒內(nèi)，本方案特點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單，安裝可靠。2.2 本方案選用多諧振蕩器，由紅外發(fā)射管向外發(fā)射紅外信號(hào)，該信號(hào)被接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路放大送入譯碼器，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行判斷，來(lái)控制集成電路是否工作，進(jìn)而判斷繼電器是否工作。本方案和方案一比較，方案一由反射開(kāi)關(guān)（A）和功率開(kāi)關(guān)集成電路（Ic）組成，多為成品，水龍頭控制電路與電磁閥一起裝在盒子里，便制作，而本方案多采用集成電路，雖制作復(fù)雜，但其穩(wěn)定性能好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于方案一，而且抗外界干擾比方案一強(qiáng)，節(jié)水效果也比較好，所以選用本方案。下面是具體的設(shè)計(jì)思路、原理、結(jié)構(gòu)組成以及元件選用。鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 設(shè)計(jì)原理紅外線控制水龍頭由路由紅外線發(fā)射電路，紅外線接受與信號(hào)放大電路，鎖相環(huán)頻率解碼電路，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)控制電路和電源電路等組成。接通開(kāi)關(guān) SA，由 ICO1 及其外圍阻容元件構(gòu)成的多諧振蕩器通電工作，驅(qū)動(dòng) VL 工作，將 14KHz 左右的紅外線調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去。該紅外線調(diào)制信號(hào)被 VL 接受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng) IC1 運(yùn)算放大，放大后的信號(hào)送入 IC2 進(jìn)行選頻。當(dāng)加在 IC2 3 腳的外來(lái)信號(hào)頻率與 IC2 的振蕩頻率相同時(shí)，IC2 的 8 腳輸出低電平，使 VL 截止，IC3 的 2 腳為高電平，3 腳輸出低電平，繼電器 K 不 工作，電磁閥 YV 關(guān)閉。當(dāng)洗手或用器皿取水，手或物體將 VL 發(fā)出的紅外線遮擋住時(shí)，IC2 的 8 腳將由低電平變?yōu)楦唠娖剑咕w管 VT 導(dǎo)通，IC3 的 2 腳電位降低，3 腳輸出高電平，繼電器 K 吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)接觸，電磁閥 YV 通電將水龍頭打開(kāi)。當(dāng)遮擋物離開(kāi)后，電磁閥 YV 延時(shí)工作一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉。電源變壓器 T，整流橋堆 UR，三端集成穩(wěn)壓器 IC4 和濾波電容 C8，C9 等組成電源電路。3.1 電源部分3.1.1 電源功能為各元器件的正常工作提供直流電源。根據(jù)設(shè)計(jì)要求組成電路的主要部分有 555 夠成的多諧振蕩器，其工作電壓為 4.5V18V，放大電路與紅外發(fā)射管相配套光敏二極管 PH302 接收，其工作電壓為 3V18V，閥門開(kāi)關(guān)控制電路是由 NE567 音頻譯碼器和晶體管組成，其工作電壓為 4.5V17V，電磁閥 9V12V，由此可知，電源電壓應(yīng)為 9V 使電路正常工作。3.1.2 電源的組成由變壓器，整流橋，濾波器，穩(wěn)壓器組成。變壓器把 220V 交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電中仍會(huì)含有交流成分，可以通過(guò)濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。1、電源變壓器變壓器的作用是將 220V 50Hz 交流電變成整流濾波所需的交流電壓。本設(shè)計(jì)需要把 220V 交流電變?yōu)?9V 交流電，變壓器匝數(shù)比 n=原邊匝數(shù)/副邊匝數(shù)25。2、整流濾波電路整流電路將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。3、穩(wěn)壓電路 經(jīng)整流濾波輸出的電壓通常是不穩(wěn)定的，不能直接對(duì)系統(tǒng)供電，因此需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定到單片機(jī)系統(tǒng)所需的要求。對(duì)任何穩(wěn)壓電路都應(yīng)從兩個(gè)方面考察其穩(wěn)壓特性，一是設(shè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，研究起輸出電壓是否穩(wěn)定；二是設(shè)負(fù)載變化，研究其輸出電壓是否穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電路分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路，本設(shè)計(jì)采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器一般包括單管穩(wěn)壓器和集成穩(wěn)壓器。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器4、穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻） 、波紋電壓及溫度系數(shù)等。5、對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)方面的要求：a、穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓 Usr(整流、濾波輸出電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓 Usc的變化一般要求很小。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，長(zhǎng)用穩(wěn)鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）壓系數(shù) S 來(lái)表示：S 的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S 越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常 S 約為 10-210-4。b、輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載） ，輸出電壓 Usr 應(yīng)基本保持不變，其這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又稱等效內(nèi)阻）用 rn 表示，他等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力,rn 越小，則 Ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1，甚至0.01。 c、電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù) KT 來(lái)表示。 d、輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50Hz 或 100Hz 的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù) S。3.1.3 原理圖鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 3-1 電源原理圖3.1.4 電路分析220V 的交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器變壓，整流橋 UR 整流，及濾波器濾波，輸出給穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器 CW317 輸出電壓為 1.2537V，輸出電流可達(dá) 1.5A 的可調(diào)集成三端正輸出電壓集成穩(wěn)壓器，基準(zhǔn)電壓 1.25V 在輸出端 3 和調(diào)整端 1 之間決定輸出電壓只能從 1.25V 開(kāi)始往上調(diào)節(jié)，Uo=1.25（1+RW/R1） ，取 R1=240n，故RW 選 4.7Kn 精密可調(diào)