紅外線自動(dòng)水龍頭控制電路的設(shè)計(jì)與制作

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)(實(shí)踐)報(bào)告20102011學(xué)年度第二學(xué)期 信息工程 系 電子信息技術(shù) 專業(yè) 班級 09電信(2) 學(xué)號 課題名稱 紅外線自動(dòng)水龍頭控制電路的設(shè)計(jì)與制作 學(xué)生姓名 范詩情 指導(dǎo)教師 楊定成 2011年6月24日 紅外線自動(dòng)水龍頭控制電路的設(shè)計(jì)與制作作者：范詩情摘要：“節(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，使用起來不是特別方便，而且很浪費(fèi)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我響應(yīng)了國家的號召“節(jié)本降耗”的精神，設(shè)計(jì)了自動(dòng)供水電路，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。本設(shè)計(jì)介紹了用紅外發(fā)射與接受電路設(shè)計(jì)自動(dòng)水龍頭的原理及設(shè)計(jì)方案。紅外式自

2、動(dòng)水龍頭由紅外發(fā)射電路、紅外接受放大電路、控制電路、電磁閥、電源組成。經(jīng)5V恒壓源，供給控制電路工作，然后由紅外發(fā)射電路發(fā)射紅外線，經(jīng)紅外接收電路接收、再經(jīng)過放大選頻，最后由控制電路控制電磁閥的開啟，從而控制水龍頭的開啟和關(guān)閉的一個(gè)過程。電路設(shè)計(jì)簡單、使用方便、同時(shí)便于節(jié)能。由于知識有限，在文章敘述中肯定有不恰當(dāng)之處，希望各位老師多提出寶貴意見。 關(guān)鍵詞：紅外線 選頻放大 電磁閥 繼電器。緒言隨著電子技術(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)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品

3、性能進(jìn) 一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。水資源是不可缺少的，沒有水不管人或事物都不能存活。節(jié)約用水是一種美德。普通水龍頭當(dāng)然也是一種選擇，但是如果人們有急事卻忘了關(guān)水會使水一直流，從而會浪費(fèi)很多水。要是在干旱的地區(qū)水就猶如他們的生命。當(dāng)然如何方便地控制水流的流出、關(guān)閉也成了我們關(guān)注的！所以本設(shè)計(jì)一種方便開關(guān)同時(shí)也可 以專門為那些容易忘記關(guān)水的人使用。本論文設(shè)計(jì)是一種紅外線控制水龍頭。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)生控制信號繼電器動(dòng)作，使電磁閥得電吸合放水的功能。它安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。發(fā)出的二極

4、管光為不可見光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號調(diào)制后，只有專門的解調(diào)電路才能收到?？稍趶?qiáng)光下工作，給人們生活帶來了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚鋸V泛用于家庭、車站、工廠、學(xué)校、餐廳等場所。而且大大地?cái)U(kuò)展了原先水龍頭的功能。因此，研究紅外自動(dòng)水龍頭、擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 第一章 方案的設(shè)計(jì)與概述紅外線自動(dòng)水龍頭具有人或物體靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號控制繼電器的工作，使電磁閥得電吸合放水的功能。此次設(shè)計(jì)方案主要采用了：集成運(yùn)放LM471，反射式紅外線傳感器JRX-13F/006，鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567。1.1 方框圖 圖1工作原理：將LM567第5腳上幅值約為4V的標(biāo)準(zhǔn)矩形

5、波，通過R1引致三極管VT1的基極，使接在VT1發(fā)射極的紅外線發(fā)射管導(dǎo)通并向周圍空間發(fā)出調(diào)制紅外光。當(dāng)有人洗手或接水時(shí)，接近水龍頭的手或盛水器就將紅外光發(fā)射回一部分，被紅外接收管接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的交變電壓信號，經(jīng)C1耦合至運(yùn)放進(jìn)行放大后，再經(jīng)C2輸入到LM567的第三3腳，經(jīng)識別譯碼后，使第8腳輸出低電平，又經(jīng)反相后，驅(qū)動(dòng)三極管VT2導(dǎo)通，使繼電器吸合，繼電器控制安裝在水龍頭上的電磁閥得電吸合放水，當(dāng)手或容器離開后電路又恢復(fù)等待狀態(tài)。第二章 硬件電路設(shè)計(jì)主體電路各元器件的作用2.1 反射式紅外傳感器 圖2 反射式紅外傳感器紅外水龍頭控制過程是：水龍頭的構(gòu)成即紅外線傳感器的控制光電傳感器的基本轉(zhuǎn)

6、換原理是將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成光電信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉(zhuǎn)換成電信號的輸出。常用的光電傳感器是采用發(fā)光二極管作為光源，光源經(jīng)過透鏡聚焦于空間某一點(diǎn)。如果在該點(diǎn)有障礙物，光就照不到光敏二極管上，電路處于偏置狀態(tài)，PN結(jié)截止，反相電流很小。當(dāng)沒有障礙物遮擋時(shí)，光照到光敏二極管上時(shí)PN結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對，并在外電廠和內(nèi)電廠的共同作用下，飄移過PN結(jié)，產(chǎn)生光電流。此時(shí)，光電流與光照強(qiáng)度成正比，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)人手或物體接近自動(dòng)水龍頭時(shí)，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人或物體反射到紅外光電接受管。接收光電管接受到的反射光信號自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過后續(xù)電路進(jìn)一步放大、整形、譯碼，最后驅(qū)

7、動(dòng)電路控制電磁閥動(dòng)作打開水源。當(dāng)人手或物體離開自動(dòng)水龍頭時(shí)，接收光電管接收不到反射光信號，驅(qū)動(dòng)電路斷電電磁閥電源，恢復(fù)到等待狀態(tài)。2.2 LM567鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過程非常復(fù)雜(如圖3)，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號時(shí)，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻方波信號。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。 圖3工作電壓：4.759V 輸出

8、端最大灌電流：100mA 最高工作頻率：500kHz 輸入信號腳：25mV，一般為100mV200mV 腳分別對地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)，容量越大，帶寬越窄。 腳接定時(shí)電阻，腳接定時(shí)電容，其阻容元件決定內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率 f=1/1.1RC R在220k，則可調(diào)出0.01500kHz的單音信號。當(dāng)腳輸入信號與中心頻率相等時(shí)由高電平變?yōu)榈碗娖健?.3 LM741集成運(yùn)算放大器 LM741（Op07）芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施

9、。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 圖4 LM741集成運(yùn)放大器特點(diǎn)：超低偏移：150V最大 ；低輸入偏置電流：1.8nA ；低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ ，超穩(wěn)定；時(shí)間： 2V/month；最大高電源電壓范圍： 3V至22V。2.4 電磁繼電器圖5電磁繼電器的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。實(shí)際上它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。因此，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。電磁繼電器一般由一個(gè)線圈、鐵心、一組成幾

10、組帶觸點(diǎn)的簧片組成。觸點(diǎn)有動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之分，在工作過程中能夠動(dòng)作的稱為動(dòng)觸點(diǎn)，不能動(dòng)作的稱為靜觸點(diǎn)。下面就電磁繼電器的工作原理、特性參數(shù)及應(yīng)用的簡要介紹。.繼電器的工作原理繼電器是 自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。實(shí)際上它是用較小的電流來控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。在電路中起著自動(dòng)操作,自動(dòng)調(diào)節(jié)，安全保護(hù)等作用。繼電器是種類很多，常用的有電磁式和干簧式兩種。電磁式繼電器成本較低，便于在面包板上 使用。當(dāng)繼電器線圈通以電流時(shí)，在鐵心，軛鐵，銜鐵和工作氣隙形成磁通回路，從而使銜鐵受到電磁鐵吸力的作用而吸向鐵心，此時(shí)銜鐵帶動(dòng)支桿而將板簧推開，使一組或幾組常閉觸點(diǎn)段開（也可以使常開觸點(diǎn)接通）。當(dāng)切斷繼

11、電器線圈的電流時(shí)，電磁力失去，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)愿點(diǎn)，觸點(diǎn)有閉合。 在電路中，表示繼電器時(shí)只要畫它的線圈和與控制電路有關(guān)的接點(diǎn)組就可以了。繼電器的線圈用一個(gè)長方框符號表示，同時(shí)在長方框內(nèi)或框旁標(biāo)上這個(gè)繼電器的文字符號“K”。繼電器的接點(diǎn)有兩種表示方法；一種是把它直接畫在長方框的一側(cè)，這樣做比較直觀。另一種是按電路連接的需要，把各個(gè)接點(diǎn)分別畫在各自的控制電路中，這樣對分析和理解電路是有利的，當(dāng)必須同時(shí)在屬于同一繼電器的線圈和接點(diǎn)旁邊，注紗布法相同的文字符號，并把接點(diǎn)組編號。圖6列出了繼電器的常用符號和三種接點(diǎn)的符號。按有關(guān)規(guī)定，在電路中，接點(diǎn)組的畫法應(yīng)按線圈不通電時(shí)的原始狀態(tài)畫出。圖6 繼電

12、器的常用符號繼電器的選用選用繼電器時(shí)，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：繼電器的額定工作電壓的選擇。繼電器的額定工作電壓應(yīng)小于或等于控制電路（繼電器線圈所在電路）的工作電壓。當(dāng)繼電器是用晶體管或集成電路來驅(qū)動(dòng)時(shí)，還應(yīng)計(jì)算一下繼電器額定工作電流是否在晶體管或集成電路的輸出電流范圍之內(nèi)，必要時(shí)應(yīng)增添一只中間繼電器。接點(diǎn)負(fù)荷的選擇。加在接點(diǎn)上的電壓和電流值不應(yīng)超過該繼電器的接點(diǎn)負(fù)荷。接點(diǎn)的數(shù)量和種類，同一種型號的繼電器一般有多種接點(diǎn)的形式可供選用。使用時(shí)應(yīng)充分利用各組接點(diǎn)。繼電器的體積應(yīng)合乎電路的要求。查閱有關(guān)手冊，找出合乎要求的繼電器。在電參數(shù)和體積都滿足的情況下，應(yīng)選用性能價(jià)格比高的產(chǎn)品。. 特性參數(shù)電磁繼電

13、器的主要特性參數(shù)有以下幾個(gè)：額定工作電壓或額定工作電流：這是指繼電器工作時(shí)線圈需要的電壓或電流。吸合電流：它是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在實(shí)際使用中，要使繼電器可靠吸合，給定電壓可以等于或略高于額定工作電壓。一般不要大于額定工作電壓的1.5倍。否則會燒毀線圈。釋放電流：它是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。釋放電流比吸合電流小得多。觸點(diǎn)負(fù)荷：它是指繼電器觸點(diǎn)允許的電壓或電流。例如： JRX-13F電磁繼電器的觸點(diǎn)負(fù)荷是 0.02A/12V，就不能用它去控制220V的電路通斷。第三章 安裝與調(diào)試按原理圖所示的電路結(jié)構(gòu)及元器件實(shí)際尺寸，設(shè)計(jì)合適的通用電路板，并插接元器件。本次設(shè)計(jì)的電路看似

14、簡單，但實(shí)際上涉及到的內(nèi)容非常多，既是一次挑戰(zhàn)又是一次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會。電路元器件很少，所以很快就把電路插接完畢。安裝與調(diào)試：最重要的是調(diào)試工作了，這也是設(shè)計(jì)中最具有挑戰(zhàn)是學(xué)習(xí)價(jià)值的東西，在我們這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們早就做好的電路分析和線路的初步設(shè)計(jì)與連接，到在調(diào)試方面我們整整花了近一個(gè)星期還沒有解決問題，調(diào)試階段要學(xué)會分析線路和元件的參數(shù)計(jì)算。我們這個(gè)設(shè)計(jì)采用了反射式紅外傳感器，發(fā)射接收是一體，只需判斷發(fā)射頻率和LM567鎖定頻率是否一致，我們設(shè)計(jì)的反射式紅外傳感器發(fā)射頻率為f0=7.5KHZ由鎖相選頻中心頻率f0 =1/1.1(R6C3)算出的。（見綜合設(shè)計(jì)后電路圖）由于元件各個(gè)參數(shù)存在的一定的差

15、異性和嚴(yán)密的要求使得計(jì)算參數(shù)也受到了很大的困難，我們花費(fèi)了很多時(shí)間在這個(gè)方面上。這些細(xì)節(jié)往往還要牽涉帶很多很小的細(xì)節(jié)，解決這些問題是需要一定的耐心和技巧的。在認(rèn)真檢查完電路，適當(dāng)調(diào)整，接通電源后，電路就可以正常工作了，用萬用表測量輸出電流和電壓是否在理論值范圍之內(nèi)，使輸出電源電壓符合要求。注：裝接電路時(shí)，三極管的各個(gè)引腳要接線正確，以免帶來不必要的麻煩。第四章 結(jié)束語首先在此要感謝我的指導(dǎo)老師楊老師對我的悉心指導(dǎo)，給我這樣的機(jī)會鍛煉。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手能力，使我充

16、分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，是我終身受益。是我在以后的工作崗位中能自己動(dòng)手和自己去想，把自己的想法和實(shí)踐結(jié)合在一起，我還是相信沒有付出就沒有回報(bào)這句話。 附錄一 元器件清單序號名稱器件代號規(guī)格數(shù)量1反射式紅外傳感器LG12集成運(yùn)算放大器IC1LM741(或OP07)13鎖相環(huán)音頻譯碼器IC2LM56714反相器LC374LS0415小型電磁式繼電器KJRX-13F00616三極管VT1VT2NPN小功率晶體管901327半導(dǎo)體二極管VD1N414818電容C10.22uF/63V瓷介或滌綸

17、電容器19電容C20.1uF/63瓷介或滌綸電容器110電容C30.01uF/63瓷介或滌綸電容器111電容C42.2uF/16V鋁電解電容器112電容C51uF/16V鋁電解電容器113電容C647uF/16V鋁電解電容器114電阻R1/R4/R71k 1/8W碳膜電阻器315電阻R3/R5100k 1/8W碳膜電阻器216電阻R2150 1/8W碳膜電阻器117電阻R612k 1/8W碳膜電阻器118電阻R810k 1/8W碳膜電阻器1 附錄二 總電路圖 本文是通過網(wǎng)絡(luò)收集的資料，如有侵權(quán)請告知，我會第一時(shí)間處理。本店專業(yè) 提供 豆丁網(wǎng) 道客巴巴 百度文庫 智客（21ask） 文檔在線 網(wǎng)站的原始文檔下載服務(wù)。收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)：1、 豆丁網(wǎng)： 按照豆丁網(wǎng)原價(jià)的50%收取，不收手續(xù)費(fèi)。2、 道客巴巴：按照道客巴巴網(wǎng)站原價(jià)的90%收取，不收手續(xù)費(fèi)。3、 百度文庫：所有文檔，無論多少積分，統(tǒng)一收取1元，不收手續(xù)費(fèi)。4、 智客網(wǎng)： 按照智客網(wǎng)的原價(jià)收取，手續(xù)費(fèi)1元。（智客網(wǎng)站 每次充值最少是20元）5、 文檔在線：所有文檔，無論多少積分，統(tǒng)一