簡易自動干手器

鄭州輕工業(yè)學院課程設計任務書題目簡易自動干手電路專—姓名―主要內容、基本要求、主要參考資料等：主要內容閱讀相關科技文獻。學習protel軟件的使用。學會整理和總結設計文檔報告。學習如何查找器件手冊及相關參數(shù)。技術要求要求電路能夠通過感應裝置，在人們需要干手時，自動打開加熱和吹風裝置。要求電路在打開加熱和吹風裝置一段時間T后，自動關斷開關。要求電路能夠調節(jié)加熱和吹風裝置開關打開的時間T。主要參考資料何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6月姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001年10月王澄非，電路與數(shù)字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003完成期限0年6月25日指導教師簽章： 專業(yè)負責人簽章： 年6月18日摘要自動干手器是一種洗手間干手的工具。其工作原理采用一種紅外線控制的電子開關，當有人手伸過來時，手對紅外線的反射作用，使紅外線開關將電熱吹風機自動打開，人離開時又自動將吹風機關閉。自動干手裝置是由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收電路，時間延遲電路，自動干手器開關電路和電源電路五部分構成的。當輸出端Q輸出低電平時，三極管T截止，無電流通過。繼電器連接T的集電極，當有電流驅動時，開關吸合，電磁閥通電，吹風機吹出熱風；當無電流驅動時，開關斷開，電磁閥不通電，吹風機不吹出熱風，同時在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)保護。同時電路中加入發(fā)光二極管作為顯示電路，顯示吹風機是否啟動工作。關鍵詞紅外線發(fā)射器紅外接收放大器時間延遲電路電源電路目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章方案論證 ?4\o"CurrentDocument"第一節(jié)方案論證 ...4\o"CurrentDocument"第二章工作方案設計 5\o"CurrentDocument"第一節(jié)總體設計 5\o"CurrentDocument"第二節(jié)主要單元電路設計 6（一） 紅外線發(fā)射電路 6（二） 紅外接收電路 7（三） 時間延遲電路 9\o"CurrentDocument"（四） 吹風機開關電路 10\o"CurrentDocument"（五） 電源電路 11\o"CurrentDocument"第三章芯片簡介 12\o"CurrentDocument"第一節(jié)LM567 12\o"CurrentDocument"第二節(jié)NE555 13\o"CurrentDocument"總結與體會 16參考文獻 17\o"CurrentDocument"附錄一元件清單 18附錄二工作原理圖 19第一章方案論證第一節(jié)方案論證自動干手器是一種高檔衛(wèi)生潔具，廣泛應用于賓館酒店、機場車站、體育場館等公共場所的洗手間。其工作原理只是采用一種紅外線控制的電子開關，當有人手伸過來時，紅外線開關將電熱吹風機自動打開，人離開時又自動將吹風機關閉。成品的自動干手器將紅外線控制開關和電熱吹風機制作為一體，根據(jù)這個基本原理，用一只普通的電熱吹風機，加裝一個紅外控制開關，就可組成一個自動千手器，其效果與成品自動十手器是一樣的。經過查資料得知，以下兩個方案。方案一：紅外線自動十手器電路由紅外線發(fā)射器、紅外線接收放大器和開關控制器組成。利用555定時器及多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件即可組成紅外線自動十手器電路。當人們需要十手時，人們把手靠近十手器時，由于手對紅外線的反射作用，使555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生一段時間的高電平定時?？刂谱詣痈墒制鲿蜷_加熱裝置和吹風裝置一段時間后會自動停止，并可以通過NE555自動的可變電阻器進行調節(jié)。方案二：由單片機80C2051構成的最小系統(tǒng)，加上外圍采用8個光電耦合管，大大提高了敏感度，由于手對紅外線反射，光電耦合管接收產生一個高電平，通過單片機的I/O口如P1讀取其狀態(tài)，若檢測到該口是高電平，通過程序控制另外一個I/O如P3”1輸出一個高電平通過三極管放大驅動繼電器工作，電機就開始工作，通過單片機中斷定時。達到自動控制的目的。比較上述兩種方案，看似第二種方案更簡單，不過其需要硬軟件相結合，增加的原理上的理解難度，不符合本設計要求，而第一種方案簡潔易懂，很好的結合了本學期課程任務，最后我選擇了第一種方案。第二章工作方案設計第一節(jié)總體設計一系統(tǒng)組成框圖簡易自動干手器控制電路的總體框圖如圖1.它是由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收電路，時間延遲電路，自動干手器開關電路和電源電路五部分構成的。加上電機吹風電路，就構成了完整的十手器。圖1簡易自來水開關控制電路的總體框圖紅外線發(fā)射電路的功能的利用紅外線發(fā)光管發(fā)射脈沖，從而實現(xiàn)電路對人體的感應。紅外線接收電路功能的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化為電信號，同時對其進行放大。時間延遲電路的功能的利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實

現(xiàn)對自動干手器開關打開時間的控制。自動十手器電路的功能的利用電磁閥作為自動干手器的開關，從而可以通過點引號對干手器進行控制。第二節(jié)主要單元電路設計（一）紅外線發(fā)射電路RESETTRIG0.0loF［附F圖2RESETTRIG0.0loF［附F圖2紅外線發(fā)射電路DISCEEGTEKJLDCVOLT圖2電路為紅外線發(fā)射電路。紅外發(fā)射部分由555時基電路產生頻率為5kHz，占空比為1/3的方波信號，驅動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線。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結構成，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，因此采用紅外線發(fā)光二極管作為感應裝置。紅外線發(fā)光二極管正向電流不能超出其最大額定值。而作為

感應裝置則要求其具有較大的光輸出。一般利用其相應速度快的特性，通過脈沖驅動來增大光輸出。因此電路前端需要一個脈沖信號電路，采用兩個發(fā)光二極管增大發(fā)射面積。本電路采用的是由NE555集成帶南路構成的多振蕩器組成。其電路運行包含兩個過程:一是利用直流電源經電阻R和R對電容C經電阻R從NE5551 2 1 2集成電路的DIS端的放電過程。通過這兩個過程的交替運行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端Q產生脈沖信號。其輸出脈沖信號的頻率f和占空間比q為：f=1/0.7(Ri+2R2)Ci=1/0.7(1MQ+2*1M。)100pF^5KHzq=R1/(R+2R)=1MQ/(1MQ+2*1M。)=1/31 2這樣輸出電路端Q產生脈沖信號來控制紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，其中，因為紅外反向電壓不能過高，用二極管D起保護紅外發(fā)光二極管的作用。紅外接收電路_41-_41--f5-5VT GND圖3紅外接收電路紅外接收管輸出信號是一個十分微弱的信號，為了使后續(xù)電路能夠對光強信號進行處理，因此需要加入信號放大電路。圖3左邊所示電路為信號放大電路。該電路是由電阻R5-R8,Q2,Q3和C4C5構成。電路中采用了雙三極管構成放大電路，這樣就可以使得電路的放大倍數(shù)比單管放大倍數(shù)增加倍，從而得到更合適的信號。R5和R6為放大電路的集電極偏置電阻，C4,C5為放大電路耦合濾波電容。R8為放大電路反饋電阻，其功能是保證放大電路有一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和穩(wěn)定的輸出電壓V。圖3右邊是選頻網絡，是電路有很強的抗干擾能力。U2是LM567。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2,f2◎1/1.1RC=5KHz。沒有人干手時，紅外接收電路N2接收不到VD向外發(fā)射的紅外線，U2的3腳無信號輸入，8腳為高電平；當人手放到十手器下時，U2接收到人手反射的紅外線并經N2放大后，輸入到U2的3腳，由U2內部處理后使N3的8腳輸出低電平，通過檢測是否有手要烘干，使8腳輸出不同的高低電平。達到控制吹風電路是否工作。實際應用中調整C2的大小可使BW在0%?4%范圍內變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當用于單音解碼時，其工作特性為：當LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內時，輸出端輸出一個低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應用于各種低頻單一頻率信號的解碼。（三）時間延遲電路和吹風機開關電路j-TI3D￡jI3：IGhE—flWnJ'■* i.CWLT+I2Vj-TI3D￡jI3：IGhE—flWnJ'■* i.CWLT+I2VRESET555VCCDISCHtiTH3LDTRIGUND圖4時間延遲電路和吹風機開關電路圖4接地左邊電路為時間延遲電路，該部分主要由兩部分構成：一是整流濾波電路;二是由NE555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路。前端電路的輸出電壓V1首先經過二極管D2和D4蒸餾，在經過電容C5,R9延遲和濾波，則在NE555集成電路的TRIG端產生了觸發(fā)電平信號。當手需烘干時，由于手對紅外線的反射作用，使紅外接收管能夠接收到紅外線脈沖信號，經過由整流濾波，在TRIG端產生一個低電平信號，555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路特性可知，輸出端Q輸出高電平；單穩(wěn)態(tài)電路接收到觸發(fā)信號，輸出點Q輸出為高電平并保持一段時間，延遲時間T=1.1RC,可變電阻R2和電容C6的數(shù)值決定，通過調節(jié)可變電阻R2的大小，可以改變延遲時間的長短，以適合不同場合的應用。當沒有手需要烘干時，紅外接收管不能接收到紅外脈沖信號，沒有觸發(fā)信號，U1輸出低電平，使三極管T截止，吹風機電路不工作。同時電路中加入發(fā)光二極管D3作為顯示電路，顯示吹風機是否啟動。（四）吹風機開關電路由于電磁閥通過的是大電流，大功率，而直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動繼電器，因此需要加入電流放大電路。如上圖4接地右邊為電流放大電路，三極管T構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，防止電流過大燒毀三極管。T為共發(fā)射極電路，當輸出端Q輸出高電平時，三極管導通飽和，將輸入電流放大。倍；當輸出端Q輸出低電平時，三極管截止，無電流通過。繼電器連接L的集電極，當有電流驅動時，開關吸合，電磁閥通電，吹風機吹出熱風；當無電流驅動時，開關斷開，電磁閥不通電，吹風機不吹出熱風，同時在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管D1，防止繼電器在斷電時產生高壓，實現(xiàn)保護電路作用。同時電路中加入發(fā)光二極管D3作為顯示電路，顯示吹風機是否啟動。圖5為吹風機電路，S2為總開關，S1可以控制吹熱風還是涼風，Ko即圖4的開關K，有控制電路控制。電容C11和R13的作用是使電機啟動。

圖5圖5吹風機電路（五）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的電池的指標參數(shù)與電路相匹配;第二種方法采用如圖5所示電路。電路直接從電網供電，通過變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網中的220V交流電先通過7812轉換為+12V直流電壓。然后經7805輸出5V電壓。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式和C5整流電路，C1,C2和C3，C4，C6濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。心C2=0.1lFLTO心C2=0.1lFLTOUZ.C圖6電源電路

將上述各各部分模塊組合在一起，就構成了自動干手器電路原理圖，生成相應的PCB板圖，購買個部分元器件就可以做出實物，簡易而實用。第三章芯片簡介圖8引腳圖第一節(jié)LM567圖8引腳圖CidHFP.1F圖7外圍電路LM567為8腳直插式封裝，其引腳定義及外圍元件連接方法如上圖7。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2,f2^1/1.1RC。其①、②腳通常分別通過一個電容器接地，形成輸出濾波網絡和環(huán)路單級低通濾波網絡。②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。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號\25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內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4.75?9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內部電路及詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567的③腳輸入幅度N25mV、頻率在其帶寬內的信號時，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的②腳輸入音頻信號，則在⑤腳輸出受②腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。在圖3的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后⑧腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制。實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100%才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。實際應用中調整C2的大小可使BW在0%?4%范圍內變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當用于單音解碼時，其工作特性為：當LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內時，輸出端輸出一個低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應用于各種低頻單一頻率信號的解碼。第二節(jié)NE555(—)概述：NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同，而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。特點：只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。（三）NE555引腳位配置說明下：耳耳&圖9內部電路和引腳圖Pin1-地線（或共同接地），通常被連接到電路共同接地。Pin2-這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3VCC，下緣須低于1/3VCC。Pin3-當時間周期開始時，555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200mA。Pin4-一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位，即復位端。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin5-這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當定時器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下，這輸入能用來改變或調整輸出頻率。Pin6-重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3VCC電壓以下移至2/3VCC以上時啟動這個動作。Pin7-這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin8(V+)-這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。參數(shù)功能特性：供應電壓3-6mA輸出電流225mA(max)上升/下降時間100nsNE555的相關應用：NE555的作用范圍很廣，但一般多應用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(MonostableMutlivibrator)及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(AstableMultivibrator)。施密特觸發(fā)器等?？偨Y與體會總結自動十手器電路是由發(fā)射電路、紅外接收電路、譯碼電路、觸發(fā)和繼電控制風機電路等組成。該產品可用于醫(yī)院、食堂、公廁等公共場合，當有人洗手時，該電路會自動開啟并關斷，使用安全可靠、清潔衛(wèi)生。自動干手器主要的組成部分就是555定時器電路。根據(jù)555強大的功能可以制造出多種產品，干手器只是其中的一種。在《數(shù)字電子技術基礎》之中我們已經學習了555定時器，但是只是限于理論知識，沒有把它應用到實際之中，通過這次對自動干手器的讓我對555定時器又有了更新的認識，同時我也對紅外線有了新的了解，知道了紅外線遙控的大體內容和原理。體會通過這次的課程設計，我對直流穩(wěn)壓電源有了更深刻的認識，尤其是對電路的原理的理解，各元器件功能，特性的認識，當然在設計的過程中，我們也遇到了很多困難，看著任務書，看看課程設計教材，發(fā)現(xiàn)沒有關于自動干手器的介紹，我就找到自來水的課程設計，有些許類似。我又到圖書館電子資源里查了寫相關文獻，在網上也搜了些相關資料，對這次設計有了一個整體的認識，因為學過電子制圖，所以這次作圖問題不是太多，作出了初步的原理圖，然后經過反復的調試后，