紅外線水龍頭自動(dòng)控制電路

1、河南理工大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紅外線水龍頭控制電路所在學(xué)院：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院姓 名： 鄭凱寧 學(xué) 號：專業(yè)班級： 自動(dòng)化06-6班 指導(dǎo)老師：2009年1月8日摘要水是生命之源，然而地球上能夠直接供人們使用的淡水資源卻很貧乏，而且分布不均，特別是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無論是在農(nóng)業(yè)還是在工業(yè)方面對淡水的需求越來越大，所以我們應(yīng)該大力提倡節(jié)約用水，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設(shè)計(jì)用紅外線自動(dòng)控制電路控制水龍頭，從我們?nèi)粘Ｉ钪袦p少水資源的浪費(fèi)。學(xué)以致用，針對節(jié)約用水的問題，結(jié)合自己所學(xué)的知識，開發(fā)一種既能節(jié)約用水，又操作簡單方便、有實(shí)用性的水龍頭。本設(shè)計(jì)要求水龍頭具有紅外線自動(dòng)控制功能，當(dāng)有人接近或盛水容

2、器靠近時(shí)，水龍頭能自動(dòng)打開，以一定流速放水；離開時(shí)水龍頭自動(dòng)關(guān)閉。這樣不僅使用起來就很方便，而且可以防止因疏忽忘記關(guān)水龍頭造成水資源的白白浪費(fèi)，同時(shí)又避免各種傳染病的擴(kuò)散和傳播，可以廣泛應(yīng)用在公共場所（如學(xué)校、醫(yī)院）的餐廳、食堂、衛(wèi)生間等，既節(jié)約用水，又方便、安全衛(wèi)生。該紅外線水龍頭控制電路由濾波整流電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路以及電磁閥控制電路等組成。用到的元器件有光電傳感器（紅外發(fā)射器、紅外接收器、）開關(guān)放大電路、光電耦合器、電磁閥、555集成芯片以及電阻、電容若干，由220伏交流電供電，經(jīng)變壓器從次級輸出9伏交流電壓，該電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓，得到5伏電壓提供給控制電

3、路。整個(gè)電路的核心是基于555定時(shí)器的紅外傳感器，由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路構(gòu)成，一塊555集成芯片用于控制紅外線信號的產(chǎn)生，另一塊用于紅外接收，其中在第二塊集成芯片中1、2管腳還設(shè)有一級自動(dòng)偏置限制電路，其作用主要是用來防止強(qiáng)光的沖擊干擾和提高對弱信號的放大能力。當(dāng)有人洗手或接水時(shí)接近水龍頭的手或容器將紅外線反射回一部分，由紅外接收電路接收并轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給后繼電路，繼而引發(fā)電磁閥的控制活動(dòng)。目錄1 概述31.1引言31.2設(shè)計(jì)目的31.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求32 紅外線水龍頭自動(dòng)控制電路原理方框圖42.1紅外線水龍頭自動(dòng)控制電路的組成42.2原理方框圖43 各部分功能模塊設(shè)計(jì)531變壓器及整

4、流濾波穩(wěn)壓電路53.2靈敏度調(diào)節(jié)電路53.3紅外發(fā)射電路63.4紅外接收電路73.5電磁閥控制電路84 電路元器件介紹94.1電路元件95 遇到的問題及解決方法116 心得體會12參考文獻(xiàn)：12附錄131 概述1.1引言水是生命之源，然而地球上能夠直接供人們使用的淡水資源卻很貧乏，而且分布不均，特別是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無論是在農(nóng)業(yè)還是在工業(yè)方面對淡水的需求越來越大，所以我們應(yīng)該大力提倡節(jié)約用水，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設(shè)計(jì)用紅外線自動(dòng)控制電路控制水龍頭，從我們?nèi)粘Ｉ钪袦p少水資源的浪費(fèi)。1.2設(shè)計(jì)目的1、掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。2、能夠運(yùn)用所學(xué)知識，合理的選擇使用集成電路元件組成電路。3、

5、了解紅外線水龍頭自動(dòng)控制的原理、組成。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、要求該電路具有自動(dòng)控制功能，當(dāng)有人接近或盛水容器靠近時(shí)，水龍頭能自動(dòng)打開，以一定流速放水；離開時(shí)水龍頭自動(dòng)關(guān)閉。2、用常用的元器件及集成芯片等構(gòu)成電路，畫出原理圖，寫出設(shè)計(jì)心得體會。2 紅外線水龍頭自動(dòng)控制電路原理方框圖2.1紅外線水龍頭自動(dòng)控制電路的組成紅外線水龍頭控制電路由濾波整流電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路以及電磁閥控制電路等組成2.2原理方框圖紅外發(fā)射電路變壓器濾波整流電路電磁閥控制電路紅外接收電路3 各部分功能模塊設(shè)計(jì)31變壓器及整流濾波穩(wěn)壓電路IC4、VD2VD5、T、C7、C6共同構(gòu)成了控制電路的直

6、流電壓產(chǎn)生電路，220V交流電壓經(jīng)T變壓器從次級輸出9V交流電壓。該電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓，得到的5V電壓提供給控制電路。3.2靈敏度調(diào)節(jié)電路Rp2是一只可變電阻， 調(diào)節(jié)其阻值，可改變IC27腳上的電位及VT1的導(dǎo)通狀態(tài)。正常時(shí)，調(diào)整Rp2的阻值，7腳上的電壓值為4.6V，VT1處于微飽和導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，電路靈敏度最佳。3.3紅外發(fā)射電路IC1的型號為CA7555,是一塊時(shí)基集成電路，由該IC構(gòu)成了紅外發(fā)射電路。該電路是一個(gè)多諧振蕩器，振蕩頻率為f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）xC1，調(diào)整Rp1的電阻值，可使發(fā)射電路的振蕩頻率f=38KHZ。該振蕩頻率的信號從IC1的3腳輸出后， 由紅外

7、發(fā)射二極管LED1向外輻射紅外光。R3是紅外發(fā)射二極管LED1的限流保持電阻。3.4紅外接收電路IC2是一塊紅外線接受集成電路。其1腳外接紅外接收二極管；2腳所接的C2、R4主要是用來設(shè)置IC2內(nèi)前置放大器的頻率特性和增益的。IC2的1、2腳內(nèi)還沒有一級自動(dòng)偏置限制（ABLC）電路， 其作用主要是用來防止強(qiáng)光的沖擊干擾和提高對弱信號的放大能力；3腳所接的C3為檢測電容，當(dāng)其容量值變小時(shí)，檢波輸出脈沖的脈寬變動(dòng)就大，極易造成遙控誤動(dòng)作。IC2的5腳與電源之間所接的R5為帶通濾波器中心頻率f0的設(shè)置電阻；6腳與地之間所接的C4為內(nèi)部整形電路的積分電容。當(dāng)其容量值變大時(shí)，不但抗外部噪聲干擾能力下降，

8、而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時(shí)間也將增加，由此也會造成遙控失靈。3.5電磁閥控制電路紅外遙控信號發(fā)射器的信號在無人洗手或接水時(shí)，IC2接收不到紅外光而后級電路不會動(dòng)作。當(dāng)有人洗手或接水時(shí)，接近水龍頭的手或盛水容器將紅外反射回一部分，由紅外接收管LED2接收并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。該信號通過IC2的1腳輸入電阻（指IC內(nèi)的等效輸入電阻，其值約為45歐姆）形成了約40uV的電壓信號，經(jīng)前置放大、限幅放大、38kHz的帶通濾波、峰值檢波，使IC2的7腳輸出的電壓由高變低，使VD1、VT1相繼導(dǎo)通，使LED1發(fā)光，并使VS1雙向晶閘管導(dǎo)通，使電磁閥DF-1得電，打開放水。4 電路元器件介紹4.1電路元件該電

9、路用到的元器件有光電傳感器（紅外發(fā)射器、紅外接收器、）開關(guān)放大電路、光電耦合器、電磁閥、555集成芯片以及電阻、電容若干。1、光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)花成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。一般情況下有三部分構(gòu)成：發(fā)射器、接收器和檢測電路。發(fā)射器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管LED、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面時(shí)檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。2、光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內(nèi)

10、的器件。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā)光器件LED上，LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強(qiáng)、工作溫度寬及無觸點(diǎn)輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護(hù)、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。3、電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同

11、的水管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來檔住或漏出不同的排水的孔，而進(jìn)水孔是常開的，水進(jìn)入不同的排水管，然后通過水的壓力來推動(dòng)活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。4、555時(shí)基電路邏輯功能表復(fù)位端4腳高電平觸發(fā)端6腳低電平觸發(fā)端2腳比較輸出A1() A2()輸出端3腳三極管VTD00導(dǎo)通123Vcc13Vcc001截止123Vcc13Vcc010導(dǎo)通123Vcc13Vcc101截止123Vcc13Vcc11不變不變5、555單時(shí)基集成電路引腳排列方式和引腳說明引腳字母代號功能說明引腳字

12、母代號功能說明1GND公共地線端5Vc控制信號輸入端2觸發(fā)信號輸入端6TH閥值信號輸入端3Vo信號復(fù)位端7DIS放電控制器4主復(fù)位信號輸入端8Vcc工作電源輸入端5 遇到的問題及解決方法雖然學(xué)習(xí)過相關(guān)的理論知識，然而真正的到實(shí)際運(yùn)用時(shí)還是會出現(xiàn)各種問題。通過本次課程設(shè)計(jì)，暴露了不少問題，主要有以下幾個(gè)方面：1、 元器件的選擇，對于用到的芯片或其它一些元件，在理論上覺得很熟悉，實(shí)際中選擇元件以及連接電路圖時(shí)，還是經(jīng)常會出錯(cuò)的。2、 畫圖工具相關(guān)操作不熟練，在用protel畫電路圖時(shí)畫出的圖中，元件顯示的很小，不清晰。3、 分析問題不透徹，思考某些遇到的問題時(shí)不全面，造成設(shè)計(jì)過程復(fù)雜麻煩盡管遇到了很多困難，但是通過復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識，看書，上網(wǎng)查資料以及請教同學(xué)和老師，遇到的問題還是迎刃而解了，設(shè)計(jì)過程中也學(xué)習(xí)到了不少東西。6 心得體會通過本次課程設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步了解熟悉數(shù)字邏輯電路技術(shù)的相關(guān)知識以及各芯片的