自来水设计Word下载.docx
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1.2应用…………………………………………………………………3
1.3国内外研究现状……………………………………………………4
第二章红外线感应原理
2.1红外线感应的安置方案……………………………………………4
2.1.1直射非接触式红外线发射——接收系统…………………………4
2.1.2反射非接触式红外线发射——接收系统…………………………4
2.2.红外发射、接收管的型号和主要技术参数……………………5
2.2.1红外发射管…………………………………………………………5
2.2.2红外接收管…………………………………………………………6
2.3红外线感应的信号方案………………………………………………6
2.3.1直流信号方案…………………………………………………………6
2.3.2脉冲信号方案…………………………………………………………6
第三章自来水感应开关控制器的工作原理
3.1电路原理框图,原理图,PCB图……………………………………7
3.2工作原理描述………………………………………………………9
3.2.1红外脉冲发生器……………………………………………………9
3.2.2红外接收放大器……………………………………………………10
3.2.3抗干扰电压比较器…………………………………………………10
3.2.4检波(滤波)、防抖电路…………………………………………11
3.2.5驱动电路……………………………………………………………11
3.2.6电源电路……………………………………………………………12
第四章集成运放LM324的工作原理与技术参数
4.1概述:
…………………………………………………………………12
4.2LM324独特特性……………………………………………………13
4.3最大额定值:
…………………………………………………………14
4.4典型特性……………………………………………………………15
4.5元器件清单…………………………………………………………17
第五章安装制作与调试
5.1设计中遇到的问题及解决办法………………………………………17
5.2有待进一步完成的工作………………………………………………18
第六章设计心得……………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………19
参考书目……………………………………………………………………19
第一章前言
1.1概况
自来水感应开关控制器采用红外线脉冲调制发射,经障碍物反射后,由红外接收管接收,并通过以运算放大器LM324为核心的信号处理电路,设计一个自动自来水开关控制电路。
该电路能够在人们需要用水的时候,比如当手靠近自来水龙头时,通过感应装置,自动打开自来水开关,当手离开自来水龙头时,自动关断开关,起到既能避免交叉感染,又能节约用水的目的,卫生、安全、可靠,体现出现代生活的高质量。
本设计中,通过以廉价的四运算放大器LM324为核心的信号处理电路,精心设计电路,以滤除干扰,取出有用信号,启动自来水龙头电磁阀,打开自来水。
电路中,为了减少干扰,提高接收灵敏度,技术上采用红外脉冲调制发射,交流(脉冲)接收放大,抗干扰双阀值比较,快充慢放检波,防抖驱动,状态显示等电路,以取得设计所需的效果。
1.2应用
红外线感应技术现在广泛应用于各行各业,如:
办公楼自动门、楼道自动照明灯、红外线自动感应洁具,各类电器无线遥控器,各类防盗报警器等。
LM324作为通用运算放大器,能够运用于许多电路:
如反相/同相交/直流放大器,有源带通滤波器,比较器,单稳态触发器,施密特触发器,各类振荡器等等。
LM324还有一个其他运算放大器不具备的特点,它的输入电平与输出电平都能达到真正意义上的“地”,因此能方便地与数字逻辑电路及各类驱动器接口。
1.3国内外研究现状
国内目前已有类似产品。
本设计在现有产品的基础上,采用集成电路控制,进一步优化设计,简化电路,降低成本,使之更为可靠、安全,提高产品市场竞争力。
第二章红外线感应原理
2.1红外线感应的安置方案
红外线非接触式感应控制广泛用于测量、遥控、报警、计数(次)等应用场合。
通常红外线非接触式感应方式有两种:
直射式和反射式。
2.1.1直射非接触式红外线发射——接收系统
直射非接触式红外线发射——接收系统见图2—1。
图2—1
这种方式下红外线发射和接收系统距离可以较远,系统可以通过红外线发射的有无(脉冲键控方式)来传递信息,采用红外线发射的串行编码方式则能传递更为丰富的信息,如电视、空调的红外线遥控器;
系统也可以通过红外发射器按一定的频率发射红外脉冲,如果在光路中出现障碍物遮挡,则红外接收器会因失去信号而产生规定的动作,如红外报警系统。
由于直射非接触式红外线发射——接收系统的发射器和接收器安置的距离较远,一般在几米以上的距离,所以在自来水感应开关控制器的设计中不宜采用。
2.1.2反射非接触式红外线发射——接收系统
反射非接触式红外线发射——接收系统见图2—2。
图2—2a无反射物
图2—2b有反射物
在这种方式下当无反射物或反射物距离发射器较远(如10厘米范围以外),反射的红外光很弱或较弱,红外接收器接收到的信号很小或较小,系统不发生动作;
当反射物距离发射器较近(如10厘米范围以内),红外接收器接收到的信号较大,系统发生动作。
由于红外线发射和接收系统并排安置,距离可以很近,在厘米范围内。
在自来水感应开关控制器的设计中采用反射非接触式红外线发射——接收系统。
2.2红外发射、接收管的型号和主要技术参数
现在广泛使用的发射、接收器件为红外发射二极管、接收二极管。
这是一种两端器件,外形和普通LED二极管相同,红外发射二极管无色,红外接收二极管为深褐色(加强对可见光的滤光)
2.2.1红外发射管,型号:
510E850C
主要技术参数:
发射波长:
850nm
发射功率:
60~100mw
发射角度:
30\45\60
2.2.2红外接收管,型号:
PD5A850DC
感光峰值波长:
750~1050nm
光电流(1mW/cm2):
0.5~5mA
暗电流(0mW/cm2)<
0.1uA
响应\结束时间<
15us
红外发射、接收管外形见图2—3
图2—3红外发射、接收管
2.3红外线感应的信号方案
光电控制系统通过光或红外光(可以有效地避免日光的干扰)的发射和接收,实现信号非接触式的传递。
根据发射、接收器件的种类和所传递信号的性质,通常有直流和脉冲两种方式。
2.3.1直流信号方案
该信号方案中红外发射管通过直流电流,由于受到最大直流(平均)电流(50mA)的限定,信号的发送距离很小(厘米以下),一般用作光电耦合器。
2.3.2脉冲信号方案
如果将信号调制成窄脉冲序列,这样就可以在不超过50mA平均电流的要求下,达到增大发送距离的效果。
如图2—4。
500mAton
I
T
图2—4
上图中
I=(1/T)∫i(t)dt=500ton/T(mA)
如果ton=1/10T,则I=50mA。
当然,由于传送的是脉冲信号,在接收部分需要增加信号处理电路。
第三章自来水感应开关控制器的工作原理
3.1电路原理框图
图3—1电路原理图
反射物
发射部分接收部分
入水
出水
+16V
AC220V+12V
图3—2原理框图
3.2工作原理描述
电路的工作原理见图3-1。
电路由红外发射、红外接收、信号放大、抗干扰阀值比较、检波、延时防抖、驱动、自来水电磁阀、电源等部分组成。
红外发射管与接收管相距并列,发射部分产生窄脉冲红外光束,当遇有反射物(如人手)时,红外接收管就输出脉冲电流,经放大、处理,驱动自来水电磁阀吸合,自来水流出;
若反射物撤离,红外接收管输出的脉冲电流很小,抗干扰电路无脉冲序列输出,自来水电磁阀关闭,自来水终止。
3.2.1红外脉冲发生器
为了能够增大红外线的发射能量,由U1A(1/4LM324)、R1~R5、D1、C5组成窄脉冲振荡器,R3为放大器提供了正反馈的回路。
U1A有两个阀值,其中
VT+=R2×
VCC/(R1//R3+R2)=7.14V
VT-=(R2//R3)×
VCC/(R1//R3+R2)=3.58V
设上电时C5的端电压为零,U1A的输出Uo为高电平,所以这时的阀值为VT+,输出高电平通过R4、D1对C5充电(由于D1的正向导通电阻很小,所以与其并联的R5=470K可以忽略不计),当UC5的电压达到VT+时,U1A的输出跳为低电平,C5的电压通过R5(由于的反向导通电阻很大,所以可以忽略不计)、R4放电,当放电电压达到VT-时,U1A的输出Uo为高电平,周而复始,产生了自激振荡。
充放电的波形见图3—4。
UC5
VT+
VT-
T
Uo(图中A点)TH
TL
t
图3—4C5充放电的波形及脉冲输出波形
由图可见,振荡器的输出波形为一窄脉冲,其中
TH=R4×
C5×
ln(VCC-VT-)/(VCC-VT+)=22×
103×
0.01×
10-6×
ln(12-3.58)/(12-7.14)=0.12(mS)
TL=(R4+R5)×
ln(0-VT+)/(0-VT-)=(22+470)×
ln(7.14/3.58)=3.39(mS)
所以,振荡周期T=0.12+3.39=3.51(mS)
振荡频率f=285(HZ)
占空比δ=TH/T=0.12/3.39=3.4%
图3-2中L2为红外发射管,为了增强驱动红外发射能力,图中由Q2组成的射极输出器,增加了输出电流。
C6(220μF)的作用是为脉冲电流提供能量,同时由电阻R7隔离,减小了脉冲电流对电源的干扰。
3.2.2红外接收放大器
图中L1为红外接收管,当接收到红外线时产生反向电流,其值与接收到的红外光成正比,R9为其提供偏置电流。
U1B(1/4LM324)组成的零偏置反相放大器,接收到信号时U1B输出为正向窄脉冲,其波形与发射波形相同,幅度由接收信号强弱决定,见图3-4B中B点波形。
3.2.3抗干扰电压比较器
U1C(1/4LM324)为单阀值电压比较器,其阀值电平
VT=R12×
VCC/(R11+R12)=2.79V。
用于对有用信号的甄别。
其输出波形为一负脉冲见图3—5中C点波形。
B点波形(幅度由接收信号强弱决定)
信号幅度较大抗干扰阀值电平
信号幅度较小
C点波形
VCC