簡易自來水開關(guān)控制電路畢設畢業(yè)論文

第1章引言1.1課題描述隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的進步，越來越多的紅外感應開關(guān)應用于人們的日常生活和工業(yè)控制當中，紅外線感應開關(guān)分為兩種方式，一是反射式，二是折檔式。（1）反射式的工作方式是：紅外線發(fā)出光波射到物體上反射回來，此時感應板接受信號，距離為1.5米以內(nèi)，然后給出一個電平信號來控制負載電路。（2）折檔式的工作方式是：控制板一方發(fā)射紅外線另一方接受紅外線信號，距離為10米遠，此時如果有物體折檔住發(fā)射信號，感應板接受到信號給出一個電平信號來控制負載電路。紅外感應開關(guān)的廣泛應用可以有效的達到節(jié)約用水的目的，尤其是在現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天，為了起到節(jié)約用水，環(huán)境保護，并滿足人們的日常生活需要，自來水開關(guān)控制電路的設計就顯得更為重要。1.2基本工作原理及框圖簡易自來水開關(guān)控制電路的總體框圖如圖1所示。它是由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、時間延遲電路、自來水開關(guān)控制電路和電源電路5部分構(gòu)成的。圖1簡易自來水開關(guān)控制電路的總體框圖紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光管發(fā)射光脈沖，從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應。紅外線接收電路功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時對其進行放大，時間延遲電路的功能是利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實現(xiàn)對自來水開關(guān)打開時間的控制。自來水開關(guān)電路的功能是利用電磁閥作為自來水管的開關(guān)，從而可以通過電信號對自來水進行控制。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。紅外線原理第2章紅外線原理概況2.1紅外線的簡介人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應用已經(jīng)非常廣泛，下面結(jié)合幾個實例，簡單介紹一下紅外線傳感器的應用。2.2紅外線傳感器和應用介紹2.2.1被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗處理后即可產(chǎn)生報警信號。1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成紅外線原理的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。4)一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。2.2.2紅外線遙控鼠標器中的傳感器在機械式鼠標器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動時，小球隨之轉(zhuǎn)動，在鼠標器內(nèi)部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測量X軸方向和Y軸方向的移動量，另一個是空軸，僅起支撐作用。拖動鼠標器時，由于小球帶動三個滾軸轉(zhuǎn)動，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動。譯碼輪(見圖1)的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個光敏晶體管A和B，如圖2所示。由于譯碼輪有間隙，故當譯碼輪轉(zhuǎn)動時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時而照在光敏傳感器上，時而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號。光敏晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測出鼠標器的拖動方向2.2.3照相機中的紅外線傳感器――夜視功能紅外夜視，就是在夜視狀態(tài)下，數(shù)碼攝像機會發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，關(guān)掉紅外濾光鏡，不再阻擋紅外線進入CCD，紅外線經(jīng)物體反射后進入鏡頭進行成像，這時我們所看到的是由紅外線反射所成的影像，而不是可見光反射所成的影像，即此時可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。索尼數(shù)碼攝像機首創(chuàng)了紅外線夜視攝影功能，能夠在全黑環(huán)境下進行拍攝，甚至連肉眼也不能分辨清楚的物體，現(xiàn)在也可以清晰地拍攝下來。這種夜視的特點是可以在完全沒有光線的條件下進行拍攝，但由于采用的是紅外攝影，無法進紅外線原理行彩色的還原，所以拍攝出來的畫面是單色的，影像會變綠。不久之后，索尼又推出了擁有超級紅外線夜視攝功能的數(shù)碼攝像機，紅外線功能的慢速快門為2段選擇，超級紅外線夜攝功能的慢速快門為自動調(diào)節(jié)，可以獲得更好的影像效果。舉一個大家都見過的例子，在美國空襲伊拉克時，伊拉克首都大部分地區(qū)都處于停電狀態(tài)，這時除了防空曳光彈和導彈爆炸引起的火光以外就只有月光或星光照明了，能見度極差。我們在電視新聞上看到的從現(xiàn)場傳回來的錄像片的畫面都呈現(xiàn)綠色，說明電視記者在拍攝時使用了紅外線夜視儀，導致影像是綠色的，如果不使用紅外攝像技術(shù)，那么我們從電視畫面上將只能聽到聲音，而看不到任何影響了。需要注意的：因為紅外線夜視攝影儀的前提是數(shù)碼攝像機能發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，所以說它的拍攝距離是有一定限制的，如果攝像機發(fā)出的紅外線到達不了要拍攝的物體，那么當然就什么也拍不到了C-211D微型黑白紅外線攝像機2.2.4紅外線傳感器在工程上的應用―――紅外線軸套掃描器ROTA-SONDETS2006（掃描方式工作的測量用傳感器）通過光機系統(tǒng)掃描視場，并且無需任何光學調(diào)整。它精確測量線材、棒材等生產(chǎn)線的活套大小，甚至對特殊鋼或有色金屬以及在水汽、煙霧嚴重的情況下也能可靠工作。DELTA的紅外傳感器TS2006可用于活套控制、熱帶材或熱板材的對中控制以及在其它很廣的應用中提供位置信息。ISO9002紅外檢測–高靈敏度250℃或400℃使用維護簡單、方便具有自監(jiān)測和報警功能ROTA-SONDETS2006–特點TS2006檢測位于其視場范圍內(nèi)的熱工件（鋼，銅，合金及玻璃等）的位置并輸出與工件在視場中的角度位置成正比的信號。ROTA-SOROTA-SONDENDETS2006是掃描方式工作的測量用傳感器，它對溫度高于250°C(480°F)的熱工件的紅外輻射敏感。主要特點：·高靈敏度：400°C/750°F或250°C/480°F·紅外光譜：1至3μm·由自監(jiān)測功能實現(xiàn)數(shù)字式控制·無需光學調(diào)整·使用維護方便·專為鋼鐵工業(yè)惡劣的工作環(huán)境設計，光電子電路放置于重型外殼中(IP66)·設有空氣吹掃裝置和水冷卻系統(tǒng)·提供連接器和帶有不銹鋼辮型編織保護層的電纜ROTA-SONDETS2006–應用典型應用熱鋼板的對中控制和糾偏控制紅外線邊緣傳感器FR50邊緣糾偏傳感器FR50是以反射原理工作的。發(fā)射機產(chǎn)生一束波長為880nm的平行紅外線，這束紅外線被對面整齊排列的CCD元件所接收。一個處理器評估這些信號并發(fā)送出估計好的實際位置到CAN總線。傳感器在＋/-10mm的測量范圍內(nèi)以0.02毫米的精確度確定出紙邊位置。光學設備只是接收平行光束從而排除了位置偏差導致的高度起伏。一個位向控制器監(jiān)控鏡頭掃描污漬并反饋適當?shù)奈蹪n信息到控制器。2.2.5傳感器應用與軍事上――軍用遙感技術(shù)遙感從字面上說就是從遠處感覺事物。嚴格一點的意義上定義為：遠遠地去感覺某一定對象的技術(shù)。廣義地講，遙感是不直接接觸地收集關(guān)于某一定對象的某種或某些特定的信息，從而了解這個對象的性質(zhì)。很早以前，人們就希望從空中來觀察地球，當時人們使用的是普通的照相機，后來發(fā)展成為專門的航空照相機。航空攝影的技術(shù)在世界大戰(zhàn)期間獲得了長足的發(fā)展，基于這種照片的識別技術(shù)也得到了提高。隨著飛行器技術(shù)的提高，尤其是火箭和衛(wèi)星的出現(xiàn)，遙感技術(shù)獲得了一個全新的平臺?，F(xiàn)在，遙感技術(shù)也日新月異，成為在國民經(jīng)濟建設中不可取少的一種重要技術(shù)，尤其在軍事方面的應用也很廣泛。遙感中收集到的信息，就是物體發(fā)射或者被它反射的電磁波。這些電磁波包括近紫外、紅外線、可見光、微波等。收集電磁波信息的裝置叫做傳感器。裝載傳感器的地方，稱為平臺。遙感就是用裝在平臺上的傳感器來收集（測定）由對象輻射或（和）反射來的電磁波，再通過對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得對象信息的技術(shù)。遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，一個重要的因素是它應用于我們所生活的環(huán)境。人們越來越需要深刻地了解我們的地球，了解它的資源，了解他的變化，以便合理安排生產(chǎn)和生活活動。遙感主要原理:遙感中可以使用可見光和近紅外區(qū)的電磁波進行遙感，這是利用了對象的反射特性，這種方式是航空攝影發(fā)展而來的結(jié)果，也是最為廣泛應用的一種，在月球上觀察地球就是這樣的。另外有兩類技術(shù)也在遙感中大顯身手。其一是使用熱紅外和熱成像技術(shù)，主要是利用了物體的輻射特性。熱成像是與遠距離測量地球表面特征的溫度有關(guān)的遙感分支。它所研究的問題小到可以探測一間屋子的熱能量泄漏，大到可以研究地球表面的洋流。因為溫度實質(zhì)是地球環(huán)境中一切物理、化學和生物過程的重要控制因素之一。因此，溫度數(shù)據(jù)在經(jīng)營管理地球資源的活動中必然占有極其重要的地位。其二是利用微波遙感器進行遙感。微波遙感分為被動式和主動式。主動式的微波遙感器主要是側(cè)視雷達。它是在50年代為軍事偵察目的而發(fā)展的。它目前的重要應用主要在于快速取得大片有云地區(qū)的地面資源情報數(shù)據(jù)。被動式微波遙感器感受的是它們視場內(nèi)的自然可利用的微波能量，其工作方式和熱輻射計或熱掃描儀非常相似，但是能夠接受到的信號也比熱紅外區(qū)微弱得多，同時信號所伴隨的噪聲也大得多。因此這種信號的判釋問題也要比其他各種遙感器困難得多。但和側(cè)視雷達一樣也有全天候的特性。依靠選擇適合的工作波長，可以用它或者穿透大氣，或者觀察大氣。通常來說，微波遙感用在大氣的各項數(shù)據(jù)的測量上，在海洋學、油污探測、融雪測定等方面都有應用。遙感在軍事科學上的應用是顯然的，因為可以遠距離地觀察目標，而且可以獲得相對宏觀的分析數(shù)據(jù)。在軍事上，遙感的用途大致有：首先是對目標國家和地區(qū)的資源狀況的監(jiān)視。通過有效地監(jiān)視資源及其變化，可以幫助確定戰(zhàn)略的目標。其次，監(jiān)視對方軍事部署和大規(guī)模的軍事移動。許多軍事部署的位置信息可以通過高精度的衛(wèi)星遙感獲得，大規(guī)模的軍事移動也容易在遙感器上留下痕跡，這些都對于對應國家采取相應的措施提供了快速而有效的信息。其次，在具體的作戰(zhàn)當中，遙感可以幫助分析局部的地形、資源狀況，從而幫助己方進行戰(zhàn)術(shù)行動的方案判斷。各種軍用衛(wèi)星的發(fā)射，也為全方位地監(jiān)視目標提供了基礎?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭作為數(shù)字化的戰(zhàn)爭，信息在戰(zhàn)爭中是至關(guān)重要的，遙感作為一項能夠大范圍、高精度、快速獲得信息的技術(shù)，必然能夠在未來的戰(zhàn)爭中獲得更多的應用?？梢姡瑐鞲衅髟诳茖W技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力。而現(xiàn)代科學技術(shù)突飛猛進則提供了堅強的后盾。二十一世紀，人們一方面通過提高與改善傳感器的技術(shù)性能；一方面通過尋找新原理、新材料、新工藝及新功能來改善傳感器性能，制造出更多的傳感器．而紅外線傳感器作為其中的一部分也必將得到更大的發(fā)展．2.3人體的紅外線功能特點和注意事項人體紅外線感應開關(guān)適用于走廊、樓道、倉庫、車庫、地下室、洗手間等場所的自動照明、抽風等用途。真正體現(xiàn)樓宇智能化及物業(yè)管理的現(xiàn)代化。其功能特點：1、基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，當有人進入開關(guān)感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，開關(guān)自動接通負載。人不離開且在活動，開關(guān)持續(xù)導通；人離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負載，人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。2、具有過零檢測功能：無觸點電子開關(guān)，延長負載使用壽命。3、應用光敏控制，開關(guān)自動測光，光線強時不感應。安裝調(diào)試：1、因開關(guān)左右兩側(cè)比上下兩側(cè)的感應范圍大，所以安裝開關(guān)時，應使其正軸線與人的行走通道方向盡量相垂直，這樣可以達到最佳感應效果。2、安裝好開關(guān)后加電，當環(huán)境光線充足時，燈泡將會閃三次，一分鐘后初始化結(jié)束，開關(guān)進入監(jiān)控狀態(tài)，用物體遮住環(huán)境光線使開關(guān)感應工作，人不離開且在活動，開關(guān)將持續(xù)工作；人離開后，開關(guān)自動延時關(guān)閉負載。3、安裝好開關(guān)后加電，當環(huán)境光線不足時，開關(guān)直接進入監(jiān)控狀態(tài)，人不離開且在活動，開關(guān)將持續(xù)工作。注意事項：1、安裝時請勿帶電操作，等安裝好后再加電。2、請勿超功率范圍使用。3、本開關(guān)適用于室內(nèi)環(huán)境，請勿安裝在戶外惡劣環(huán)境下使用。技術(shù)指標：1、工作電壓：AC180V-250V-（50/60Hz）2、負載功率：5W-200W3、負載特性：創(chuàng)新二線制電路設計，可適用各類負載。(感性負載如日光燈、節(jié)能燈等需外加補償器)4、靜態(tài)負載：〈0.5W5、感應范圍：140度錐角，5-8米內(nèi)6、延時時間：約60秒感應水龍頭是根據(jù)“切割磁力線”的原理做的，而人是個大導體,當處于周圍50Hz電網(wǎng)所形成的磁場中時,便會發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,于是人體就帶感應電了。自來水控制系統(tǒng)的電路設計第3章自來水開關(guān)控制系統(tǒng)的電路設計3.1紅外感應電路的設計3.1.1紅外線發(fā)射電路圖2虛線左邊電路為紅外線發(fā)射電路，該電路的核心器件是紅外線發(fā)光二極管SE303，紅外線發(fā)光二極管由GaAs的PN結(jié)構(gòu)成，其發(fā)光波段處于可見光波段之外，因此不能在顯示中使用，一般僅作為光信號傳輸之用。本電路的感應裝置一般要求不可見，因此只能采用紅外線發(fā)光二極管作為感應裝置。圖2紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路3.1.2紅外線接收電路圖1虛線右邊電路為紅外線接收電路。該電路包含兩個部分：一是紅外線接收電路；二是信號放大電路。紅外線接收電路實際上就是一個硅光電池2CR21。硅光電池的原理是通過硅PN結(jié)的光伏效應，使其具有按照光信號的強度產(chǎn)生出對應電信號的特性，這稱為光敏器件。硅光電池的輸出特性分為恒流區(qū)和恒壓區(qū)，即其短路電流與光強度成正比，其開路電壓隨光強度按指數(shù)規(guī)律變化，由于其電流和光強度是線性關(guān)系，一般采用產(chǎn)生短路電流的方式來接收光信號。3.2時間延遲電路自來水控制系統(tǒng)的電路設計圖3種虛線左邊所示電路為時間延遲電路，該電路主要由兩部分構(gòu)成：一是整流和濾波電路；二是由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。前端電路的輸出電壓V1首先經(jīng)過二極管D1和D2整流，再經(jīng)過電容C1濾波，則在NE555集成電路的TRIG端產(chǎn)生了觸發(fā)電平信號。圖3時間延遲電路和自來水開關(guān)電路3.3自來水開關(guān)電路由于電磁閥通過的是大電流、大功率，而電流電源一般無法提供很大的電流和功率，因此電磁閥需要交流供電，從而電路中的開關(guān)需要采用繼電器電路。而一般NE555集成電路的輸出電流無法驅(qū)動繼電器，因此需要加入電流放大電路。如圖1.2.30虛線右端為電流放大電路，三極管T1構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型和簡單的電路。其中R3為限流電阻，防止輸入電流過大燒毀三極管。T1為共發(fā)射級電路，當輸入端Q輸出高電平時，三極管導通飽和，將輸入電流放大β倍；當輸出端Q輸出低電平時，三極管截至，無電流通過。繼電器連接T1的集電極，當有電流驅(qū)動時，開關(guān)吸合，電磁閥通電，自來水流出；當無電流驅(qū)動時，開關(guān)斷開，電磁閥不通電，沒有自來水流出，同時繼電器兩端并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)保護。同時電路中加入發(fā)光二極管D3作為顯示電路，顯示自來水是否流出。3.4電源電路電源電路的設計可以采用兩種方法來實現(xiàn)，第一種方法是采用電池供電，需要注意的問題是選擇合適電池的指標參數(shù)與電路相匹配；第二種方法采用如圖自來水控制系統(tǒng)的電路設計4所示電路。電路直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換為+12V直流電壓。電路中變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。圖4電源電路3.5電路原理圖簡易自來水開關(guān)控制電路的總電路圖如圖5所示。該電路有紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、時間延遲電路、自來水開關(guān)電路和電源電路5部分構(gòu)成的。紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光管發(fā)射光脈沖,從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應。紅外線接收電路功能是利用對光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時對其進行放大，時間延遲電路的功能是利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實現(xiàn)對自來水開關(guān)打開時間的控制。自來水開關(guān)電路的功能是利用電磁閥作為自來水管的開關(guān)，從而可以通過電信號對自來水進行控制。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。自來水控制系統(tǒng)的電路設計圖5簡易自來水開關(guān)控制電路的總電路圖3.6元器件清單簡易自來水開關(guān)控制電路中所有使用的電子元器件如表1所列。需要說明的是表中所列的電子元器件類型僅為許許多多可供選擇的電子元器件類型中的一種。具體設計時，設計者應該根據(jù)設計的實際要求來選擇。表1元器件清單序號元器件類型元器件規(guī)格數(shù)量備注1電阻220KΩ1R12電阻22KΩ1R23電阻

EMBEDEquation.3

1KΩ3R3、R10、R114電阻300KΩ1R45電阻4KΩ3R5-R76電阻10KΩ1R87可變電阻1R98LED1D4自來水控制系統(tǒng)的電路設計9IN41483D1-D310電容100nF1C111電容0.01uF2C2、C712電容22nF2C3、C413電容0.1uF3C5、C9、C1114電容470uF2C6、C815電容47uF1C101690133T1-T317紅外線發(fā)光管1SE30318硅光電池12CR2119繼電器1J120TRANS11T21BRIDGE11D22NE5552U1,U223MC78L12CP1U3結(jié)論與展望第4章結(jié)論也展望該電路要運用于實際，還需要配有電磁閥等器件才能使用，由于設計和展示的限制所以只能用LED發(fā)光二極管來作為自來水的控制指示。另外工藝上還有待進一步提高。經(jīng)過本項目的設計制作，使我對電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有了詳細的了解，如何使手中的原理圖變成電子產(chǎn)品，增加學習電路基本理論知識的興趣，對常見元器件有了充分的認識擴大了我的知識面，提高了我的獲取知識的能力和解決問題的能力，也提高了我的實際工作能力。在制作的過程中不可避免的會產(chǎn)生一些錯誤和難以解決的問題，于是便提升我的心理素質(zhì)，提高心理承受能力和對失敗和挫折的承受能力。通過這次設