電子設計仿真與虛擬實驗課程設計

1、成都理工大學 電子設計仿真與虛擬實驗課程設計題目名稱：紅外自動洗手器的設計學院名稱：信息技術與科技學院 所屬專業(yè)： 信息工程 學生姓名： * 學 號： 2012130102*班 級： 信息工程2班是否選課： 已選課（但名單上沒名字）郵箱：*日期：2014-4-20 一、設計的題目及其要求（1）設計題目 紅外自動洗手器的設計（2）課程設計的目標、基本要求及其功能： 1、設計一個用于控制水龍頭自動出水的裝置；2、當有人洗手時，裝置能自動出水，若手稍微偏離水龍頭時（偏離時間2S以內(nèi)），水龍頭也能自動出水；3、工作電源為交流220V；4、靈敏度可調(diào)；二、設計方案根據(jù)設計要求，其可分為四部分：第一部分：

2、電源，電源有變壓器，橋式整流器，穩(wěn)壓器，濾波電容組成；第二部分：紅外發(fā)射與接收電路；第三部分：由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器；第四部分：單穩(wěn)態(tài)延時NE555。系統(tǒng)總框圖：三、各功能模塊設計1、電源輔助材料的設計1）工作原理圖2）功能描述及工作原理220V交流電路經(jīng)變壓器T降壓，變?yōu)?0V交流電，再由D1-D4橋式整流，電解電容C1濾波，三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓，得到5V直流電供給控制電路工作，LED1為電源指示燈。其波形圖如下：3）集成電路的封裝二極管的封裝 ： DIODE0.3A電解電容的封裝 ：RB.2/.4電容的封裝 ：CAP0.2A電阻的封裝：AXIAL0.37805的封裝：7

3、8XXLED的封裝：LED2、紅外發(fā)射與接收電路的設計1）工作原理圖2）功能描述（1）、LM358內(nèi)部結構及特性LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。特性(Features): 內(nèi)部頻率補償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一

4、7;15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V) （2）、LM358的內(nèi)部結構及引角功能如圖所示3）工作原理紅外線發(fā)射電路，由三極管VT1、紅外線發(fā)射管LDE2及電位器RW1及R2組成， 鎖相電路LM567的振蕩信號經(jīng)電阻R2耦合到三極管VT1放大，推動紅外線控射管發(fā)出方波信號。紅外線接收電路 由集成電路LM358、紅外線接受管LED以及其外圍元件組成，紅外線接收管把接收到的紅外線信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸旧碜柚档淖兓Ｒ鹪陔娮?0K上分壓的變化經(jīng)電阻10K和電容0.0

5、1uf耦合到放大器進行放大， 為降低電源交流波紋的影響，接收電路中加入一級R、C濾波電路。4）集成電路的封裝LM358芯片的封裝：DIP8電容的封裝 ：CAP0.2ALED的封裝：LED電阻的封裝：AXIAL0.3NPN三極管的封裝：9013B電解電容的封裝 ：RB.1/.2電位器的封裝：VR3、由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器的設計1）工作原理圖2）功能描述（1）、LM567的結構1腳輸出濾波,2腳環(huán)路濾波(腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應至少是腳電容的2倍。 )腳是輸入端，要求輸入信號25mV;4腳接Vcc, 7腳接地;、腳外接的電阻和電容決

6、定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC; 腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。 （2）、LM567的原理與應用、邏輯輸出具有高達100mA的吸收電流；、鎖定帶寬范圍從0%、到14%中心頻率；、噪聲抑制能力強；、抗假信號干擾能力強；、中心頻率穩(wěn)定度高；、中心頻率從0.01Hz到500KHz可調(diào)。（3）、LM567的內(nèi)部結構及引腳3）工作原理 （1）、電路工作時，輸入信號與壓控振蕩器VCO的振蕩信號在鑒相器（雙平衡模擬乘法器）中鑒相，相差信號經(jīng)環(huán)路低通濾波后

7、，形成與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VCO輸入頻率跟蹤輸入信號的相位變化，若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕捉范圍內(nèi)，則環(huán)路鎖定，VCO的頻率與輸入信號的頻率一致。（2）、鑒相器（雙平衡模擬乘法器）與鑒相器工作方式略有不同，它是利用壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)90度移相后與輸入信號鑒相，因而鑒相器的輸出電壓達到輸出范圍的最大值，經(jīng)運放后反相輸出，其輸出是集電極開路方式，采用該方式方便輸出信號與TTL或CMOS電路匹配，且可直接驅(qū)動繼電器等小功率負載。 （3）、中心頻率為f=1/1.1RC；捕捉的帶寬為BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其中25mV<Vin<200mV，Vin為

8、有效值，）（4）、LM567的工作頻率范圍為0.01HZ500kHZ，而且工作頻率十分穩(wěn)定。最大鎖范圍為14%f0，電源電壓為4.75V9V，輸入電阻為20千歐，典型工作電流為7mA，主要用于單音解碼（5）、LM567，其與R3、C6組成振蕩7，R3、C6決定其內(nèi)部壓控振蕩的中心頻率LM567的3腳為信號出入端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是一個集成開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA。5腳輸出的振蕩信號經(jīng)三極管功率放大后，推動紅外發(fā)射向外發(fā)射紅外線。4）集成電路的封裝LM567芯片的封裝：DIP8電阻的封裝：AXIAL0.3電解電容的封裝 ：RB.1/.2電位器的封裝：VR電容的封裝 ：CA

9、P0.2A4、延時電路NE555的設計1）工作原理圖 2）功能描述及工作原理 （1）、NE555定時器，它與外圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時電路，其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測范圍時，能保證洗手器的正常出水。當沒有人洗手時，紅外線接收電路接收不到LED2向外發(fā)射的紅外線，LM567的3腳無信號輸入，8腳為高電平，NE555的3腳為低電平，三極管VT2 截止，繼電器K斷電處于釋放狀態(tài)，電磁閥Y不動作，洗手器無自來水放出。當人手放到洗手器下時紅外接收到人手反射的紅外線并經(jīng)LM358電路放大后，輸人到LM567的3腳，由LM567內(nèi)部處理后使LM567的8腳輸出低電平，從而使NE555的低觸發(fā)端2腳變?yōu)?/p>

10、低電位 導致NE555的3腳輸出高電平， 三極管VT2導通，繼電器K吸合，使其常開觸點閉合，接通電磁閥Y的22Ov交流電源，Y開始動作，使洗手器放出自來水，供人們洗滌之用，同時發(fā)光二極管LED3發(fā)出綠光，指示洗手器正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，人手離開洗手器后，A3延時2秒鐘后復位，使洗手器停止放水。（2）、NE555引腳圖功能的介紹1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vc（此芯片的內(nèi)部中心電路是2個晶體三極管加正反饋組成的RS觸發(fā)器。NE555輸入控制端有直接復位Reset端，通過比較器A1，復位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，

11、還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權是R、T、TH）3）集成電路的封裝NE555芯片的封裝：DIP8，電阻的封裝：AXIAL0.3，電容的封裝 ：CAP0.2A，LED的封裝：LED，二極管的封裝 ： DIODE0.3A。5、系統(tǒng)原理圖四、硬件調(diào)試要點1）、初判斷要點1、仔細檢查PCB板是否出錯，元器件是否焊錯，器件參數(shù)是否弄錯；2、不接芯片，測試電源是否正常；3、電源正常后，插上芯片，用示波器測LM567的5或6腳對地波形，調(diào)整RW2(選用電位器，阻值和C6的容量自行考慮）阻值使其頻率為10kHz以下,以便提高接收靈敏度,若頻率過高,可能因運放帶寬不足而無法對紅外信號進行有效的放大

12、；4 、注意紅外接收管的方向不能弄錯； 5、測試LM567能否收到反射信號，并調(diào)節(jié)靈敏度；6、調(diào)試555芯片構成的單穩(wěn)態(tài)電路R3=2M ，C7=0.1uf。（Tw=1.1RC)。2）、檢查紅外發(fā)射接收、發(fā)射管在紅外線收、發(fā)管的前方，用手由遠到近靠近洗手器，當手離洗手器lOl5厘米時，洗手器的狀態(tài)應發(fā)生轉(zhuǎn)變。（1)、手需要靠的很近，洗手器的狀態(tài)才能變化。這說明洗手器的靈敏度低，可通過減小電阻R1的阻值，增大發(fā)射功率來解決 對于靈敏度高的情況，可增大電阻R1的阻值解決。(2)、手靠近洗手器很近，洗手器的狀態(tài)也不發(fā)生變化，說明洗手器不能工作(紅外線接收管不能有過強的光線直射 強光直射會使其飽和)用萬

13、用表的直流電壓擋測紅外接收管LED的兩端電壓(最好用數(shù)字萬用表，其輸入阻抗大)，在手靠近時電壓要變低，否則，紅外線收、發(fā)管有問題。調(diào)試結果:所以，從LM567的5腳輸出的信號的頻率為f=1/0.00015=6.7kHz.滿足小于10kHz的要求。五、結果分析結果1：當通電后，電源指示燈亮（紅色發(fā)光二極管發(fā)光）而且繼電器線圈吸合，繼電器工作指示燈（即綠色發(fā)光二極管發(fā)光）亮，過了大約1秒，繼電器線圈松開，指示燈滅了。分析：因為在通電瞬間，LM567內(nèi)部輸出一個低電平，輸入到NE555，使得NE555的3腳輸出一個高電平，從而是三極管工作在飽和導通狀態(tài)，所以繼電器線圈會吸合。而且，NE555為定時電

14、路，延時約1秒，故1秒后，繼電器線圈又釋放。結果2：當人手靠近紅外發(fā)射和紅外接收時，繼電器線圈吸合，繼電器工作指示燈（即綠色發(fā)光二極管發(fā)光）亮，當人手離開后，過了大約1秒，繼電器線圈松開，指示燈滅了。分析：當人手伸至紅外線控制范圍內(nèi)時，由于人手的反射，使紅外接收管收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號，該信號通過LM567的3腳輸入，經(jīng)LM567的選頻，從8腳輸出低電平輸入到NE555，使得NE555的3腳輸出一個高電平，從而是三極管工作在飽和導通狀態(tài)，所以繼電器線圈會吸合。而且，NE555為定時電路，延時約兩秒，故兩秒后，繼電器線圈又釋放，指示燈滅。六、改進思路1、決定NE555延時的電阻R3可以用電位器代替，這樣延時時間可以根據(jù)自己的需要，通過調(diào)節(jié)該電位器來決定。2、PCB電路圖可以更整齊，更小巧，用8*10的銅板做就會更美觀。七、設計工作總結（1）、在整個設計過程中，更加了解并熟悉了LM358，LM567等芯片的功能及管角的功能，學會了如何做印刷板，還重溫了下protel 99SE，更熟練畫設計原理圖和PCB板。（2）、制板的過程，注意萬用表的正確使用，來判斷發(fā)射管的極性等。（3）、在調(diào)試過程中，注意電源線的正確接法，以避免電源線和地線的接觸發(fā)生短路，造成元件燒壞，還應注意調(diào)節(jié)電位器時應將觸電調(diào)至中點，再慢慢調(diào)對應的大小，以免應阻值過小，電流過大照成芯片燒壞。（4）、了解