课程设计红外自动洗手器分解文档格式.docx
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电源，电源有变压器，桥式整流器，稳压器，滤波电容组成；
第二部分：
红外发射与接收电路；
第三部分：
由LM567组成的锁相环音频译码器；
第四部分：
单稳态延时NE555。
2.2系统总框图：
红外发射、红外接收电路
电源
继电器和电磁阀
延时电路
锁相环音频译码器电路
输出
3、各功能模块设计
3.1、整流稳压电路模块
3.1.1工作原理图
3.1.2功能描述及工作原理
220V交流电路经变压器T降压，变为10V交流电，再由D1-D4桥式整流，电解电容C1滤波，三端稳压集成电路7805稳压，得到5V直流电供给控制电路工作，LED1为电源指示灯。
其波形图如下：
3.1.3集成电路的封装
二极管的封装：
DIODE0.3A
电解电容的封装：
RB.2/.4
电容的封装：
CAP0.2A
电阻的封装：
AXIAL0.3
7805的封装：
78XX
LED的封装：
LED
3.2红外发射与接收电路模块
3.2.1工作原理图
红外发射电路
3.2.2功能描述
（1）LM358内部结构及其特性
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
特性（Features）:
内部频率补偿
直流电压增益高（约100dB）
单位增益频带宽（约1MHz）
电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；
双电源（±
1.5一±
15V）
低功耗电流，适合于电池供电
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）
（2）LM358引角功能如图所示
3.2.3工作原理
红外线发射电路，由三极管VT1、红外线发射管LDE2及电位器RW1及R2组成，锁相电路LM567的振荡信号经电阻R2耦合到三极管VT1放大，推动红外线控射管发出方波信号。
红外线接收电路由集成电路LM358、红外线接受管LED4以及其外围元件组成，红外线接收管把接收到的红外线信号转变为本身阻值的变化。
引起在电阻10K上分压的变化经电阻10K和电容0.01uf耦合到放大器进行放大，为降低电源交流波纹的影响，接收电路中加入一级R、C滤波电路。
3.2.4集成电路的封装
LM358芯片的封装：
DIP8
NPN三极管的封装：
9013B
RB.1/.2
电位器的封装：
VR
3.3由LM567组成的锁相环音频译码器模块
3.3.1工作原理图
3.3.2功能描述
（1）、LM567的结构
1脚输出滤波,2脚环路滤波（2脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：
电容值越大，环路带宽越窄。
1脚所接电容的容量应至少是2脚电容的2倍。
）
3脚是输入端，要求输入信号≥25mV;
4脚接Vcc,7脚接地;
5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC;
8脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。
LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。
（2）、LM567的原理与应用
1、逻辑输出具有高达100mA的吸收电流；
2、锁定带宽范围从0%
3、到14%中心频率；
4、噪声抑制能力强；
5、抗假信号干扰能力强；
6、中心频率稳定度高；
7、中心频率从0.01Hz到500KHz可调。
（3）、LM567的内部结构及引脚
3.3.3工作原理
（1）、电路工作时，输入信号与压控振荡器VCO的振荡信号在鉴相器Ｑ（双平衡模拟乘法器）中鉴相，相差信号经环路低通滤波后，形成与相差成一定比例的电压信号，用于控制VCO输入频率跟踪输入信号的相位变化，若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内，则环路锁定，VCO的频率与输入信号的频率一致。
（2）、鉴相器Ｉ（双平衡模拟乘法器）与鉴相器Ｑ工作方式略有不同，它是利用压控振荡器的输出信号经90度移相后与输入信号鉴相，因而鉴相器Ｉ的输出电压达到输出范围的最大值，经运放后反相输出，其输出是集电极开路方式，采用该方式方便输出信号与TTL或CMOS电路匹配，且可直接驱动继电器等小功率负载。
（3）、中心频率为f=1/1.1RC；
捕捉的带宽为BW=1070sqrt（Vin/fC2）其中25mV<
Vin<
200mV，Vin为有效值，）
（4）、LM567的工作频率范围为0.01HZ~500kHZ，而且工作频率十分稳定。
最大锁范围为14%f0，电源电压为4.75V~9V，输入电阻为20千欧，典型工作电流为7mA，主要用于单音解码
（5）、LM567，其与R3、C6组成振荡7，R3、C6决定其内部压控振荡的中心频率LM567的3脚为信号出入端，8脚为逻辑输出端，该输出是一个集成开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA。
5脚输出的振荡信号经三极管功率放大后，推动红外发射向外发射红外线。
3.3.4集成电路的封装
LM567芯片的封装：
3.4延时电路NE555的设计
3.4.1工作原理图
3.4.2功能描述及工作原理
（1）NE555定时器，它与外围元件组成单稳态定时电路，其目的是在人手偶尔偏离了红外线的探测范围时，能保证洗手器的正常出水。
当没有人洗手时，红外线接收电路接收不到LED2向外发射的红外线，LM567的3脚无信号输入，8脚为高电平，NE555的3脚为低电平，三极管VT2截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，洗手器无自来水放出。
当人手放到洗手器下时红外接收到人手反射的红外线并经LM358电路放大后，输人到LM567的3脚，由LM567内部处理后使LM567的8脚输出低电平，从而使NE555的低触发端2脚变为低电位导致NE555的3脚输出高电平，三极管VT2导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的22Ov交流电源，Y开始动作，使洗手器放出自来水，供人们洗涤之用，同时发光二极管LED3发出绿光，指示洗手器正工作于放水状态。
洗涤完毕，人手离开洗手器后，A3延时2秒钟后复位，使洗手器停止放水。
（2）NE555引脚图功能的介绍
1地GND
2触发
3输出4复位
5控制电压
6门限（阈值）
7放电
8电源电压Vc
（此芯片的内部中心电路是2个晶体三极管加正反馈组成的RS触发器。
NE555输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。
输出端为F，还有集电极开路的放电管DIS。
它们控制的优先权是R、T、TH）
3.4.3集成电路的封装
NE555芯片的封装：
3.5系统原理图
4、硬件调试要点
4.1初判断要点
1、仔细检查PCB板是否出错，元器件是否焊错，器件参数是否弄错；
2、不接芯片，测试电源是否正常；
3、电源正常后，插上芯片，用示波器测LM567的5或6脚对地波形，调整RW2（选用电位器，阻值和C6的容量自行考虑）阻值使其频率为10kHz以下,以便提高接收灵敏度,若频率过高,可能因运放带宽不足而无法对红外信号进行有效的放大；
4、注意红外接收管的方向不能弄错；
5、测试LM567能否收到反射信号，并调节灵敏度；
6、调试555芯片构成的单稳态电路R3=1M，C7=1Uf/50V。
（TW=1.1RC）。
4.2检查红外发射接收、发射管
在红外线收、发管的前方，用手由远到近靠近洗手器，当手离洗手器lO～l5厘米时，洗手器的状态应发生转变。
（1）、手需要靠的很近，洗手器的状态才能变化。
这说明洗手器的灵敏度低，可通过减小电阻RW1的阻值，增大发射功率来解决对于灵敏度高的情况，可增大电阻RW1的阻值解决。
（2）、手靠近洗手器很近，洗手器的状态也不发生变化，说明洗手器不能工作（红外线接收管不能有过强的光线直射强光直射会使其饱和）用万用表的直流电压挡测红外接收管LED的两端电压（最好用数字万用表，其输入阻抗大），在手靠近时电压要变低，否则，红外线收、发管有问题。
4.3调试结果:
所以，从LM567的5脚输出的信号的频率为f=1/0.00015=6.7kHz.满足小于10kHz的要求。
5、故障排查
1、测试电源是否正常，若不正常查电源部分电路；
2、测试1点信号波形是否为近似方波，且幅度约为4伏，若不正常查LM567部分电路；
3、测试2点信号波形是否为近似方波，且幅度为零点几伏，若不正常查R2及其铜膜导线；
4、测试3点信号波形是否为近似方波，且幅度约为4伏，若不正常查T1和LED2是否坏或
方向错；
5、有反射时，测试4点是否有信号波形，且信号频率和1点的信号频率相同，若无可能红外接收管坏或方向错；
6、有反射时，测试5点是否有信号波形，若无可能LM358及其周边电路有问题；
7、有反射时，测试6点是否有信号波形，若无可能C3及其铜膜导线有问题；
8、有反射时，7点应为低电平，否则LM567及其周边电路有问题；
9、有反射时，8点应为高电平，否则NE555及其周边电路有问题；
10、有反射时，9点应为零点几伏电压，且继电器吸合，指示灯亮，否则可能继电器有问题。
断电时量继电器的1和2脚之间的阻值应为几百欧。
6、结果分析
结果1：
当通电后，电源指示灯亮，而且继电器线圈吸合，继电器工作指示灯亮，过了大约1秒，继电器线圈松开，指示灯灭了。
分析：
因为在通电瞬间，LM567内部输出一个低电平，输入到NE555，使得NE555的3脚输出一个高电平，从而是三极管工作在饱和导通状态，所以继电器线圈会吸合。
而且，NE555为定时电路，延时约1秒，故1秒后，继电器线圈又释放。
LM567的5脚对地波形
结果2：
当人手靠近红外发射和红外接收时，继电器线圈吸合，继电器工作指示灯亮，当人手离开后，过了大约1秒，继电器线圈松开，指示灯灭了。
当人手伸至红外线控制范围内时，由于人手的反射，使红外接收管收到红外发射管发出的红外线信号，该信号通过LM567的3脚输入，经LM567的选频，从8脚输出低电平输入到NE555，使得NE555的3脚输出一个高电平，从而是三极管工作在饱和导通状态，所以继电器线圈会吸合。
而且，NE555为定时电路，延时约两秒，故两秒后，继电器线圈又释放，指示灯灭。
7、改进思路
1、决定NE555延时的电阻R3可以用电位器代替，这样延时时间可以根据自己的需要，通过调节该电位器来决定。
2、PCB电路图可以更整齐，更小巧。
8、设计工作总结
（1）、在整个设计过程中，更加了解并熟悉了LM358，LM567等芯片的功能及管角的功能，学会了如何做印刷板，还重温了下protel99SE，更熟练画设计原理图和PCB板。
（2）、制板的过程，注意万用表的正确使用，来判断发射管的极性等。
（3）、在调试过程中，注意电源线的正确接法，以避免电源线和地线的接触发生短路，造成元件烧坏，还应注意调节电位器时应将触电调至中点，再慢慢调对应的大小，以免应阻值过小，电流过大照成芯片烧坏。
（4）、了解了怎样做好电路板。
9、参考文献
[1]童诗白华成英.模拟电子技术基础[第四版].北京:
高等教育出版社
[2]阎石.数字电子技术基础[第五版].北京:
[3]电子设计竞赛实训教程张华林周小方主编北京航空航天大学出版社
10、附件
10.1元器件的清单：
器件名称
器件型号
数量（个）
芯片
LM567
1
电阻
10K
6
LM358
1K
3
NE555
5.1K
2
二极管
4007
5
470K
发光二极管
1M
红外接收管
200k
红外发射管
电位器
5K
电解电容
1000uF/25v
100uF25v
印刷板
8*10
1uF
三极管
9013
2.2uF
转印纸
电容
1uF
8脚插槽
104
三端稳压管
7805
103
继电器
12DC
10.2系统原理图
10.3PCB版图
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