课程设计最终报告文档格式.docx

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1、设计一个用于控制水龙头自动出水的装置；

2、当有人洗手是，装置能自动出水，若手稍微偏离水龙头是（偏离时间1S以内），水龙头也能自动出水；

3、工作电源为交流220V；

4、灵敏度可调。

设计方案：

根据设计的要求,分四部分进行设计：

第一部分：

电源电路。

第二部分：

红外发射电路，红外接收电路，

第三部分：

由LM567组成的锁相环音频译码器；

第四部分：

延时电路。

第五部分：

继电器和电磁阀

系统总框图如下：

电源电路

锁相环音频译码器电路

延时电路

红外发射，红外接收电路

各功能模块设计：

（一）、电源电路：

1、电路图

2、工作原理：

220V交流电，通过变压器T变压后输出10V交流电，经D1-D4桥式整流、C1电解电容滤波、三端稳压集成电路7805稳压后输出5V直流电，供给控制电路工作，其中，LED1为电源指示灯。

（二）红外接收与发射电路

1、LM358封装

LM358由两个集成运算放大电路组成，2、3脚和5、6脚分别为两个集成运算放大电路的输入端，1、7脚分别为输出端。

4脚接地，8脚接电源。

2、电路图

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、限流电阻R7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LED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。

由于本电路采用单电源供电，故这也使LM358不能对小于0的信号进行放大，所以必需抬高信号的电位。

R3、R4分压，R4分得的电压来抬搞信号的电位；

（三）由LM567组成的锁相环音频译码器

1、LM567封装及功能描述：

（1）、LM567封装

Ø

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;

LM567的封装

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。

（2）、LM567的功能描述

✧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。

✧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。

✧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，）

✧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。

✧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。

✧该部分电路主要由LM358和LM567组成，C4、C5形成捕捉带宽；

5脚产生矩形波驱动红外发射（发射频率由R4、RW2、C6决定，f=1/1.1（R4+RW2）C6），红外接管接收信号由LM358对信号进行放大，从3脚输入，8脚输出低电平。

当红外接受没接收到信号时，8脚输出高电平。

✧

RW2用于调节发射管的发射频率（在4—5KHz内接收效果好）。

RW1用于调节发射管的发射功率（调节灵敏度）。

通电后，LM567的5脚产生一定频率的信号，其频率由R6、RW2和C6共同决定（计算公式为f=1/（1.1RC），代入具体数字计算得2.93kHz<

=f<

=4.54kHz），该信号被T1三极管放大后被红外发射管接收，使红外发射管发射出一定频率的红外线信号。

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（因LM567的8脚为集电极开路，故需接一个10K的上拉电阻）。

（四）、定时电路：

1、NE555芯片封装

555芯片的内部含有两个电压比较器，一个RS触发器，一个分压器，一个放电晶体管三极管和一个功率后极输出级。

是CMOS工艺制造的,具体请见下图片.

ne555引脚功能介绍:

8电源电压Vcc

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

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

2、定时电路原理图：

延迟时间由R3和C7共同决定。

计算结果为:

t=1.1R3*C7=1.1*470000*0.0000022=1.14s.

（1）、由LM567的8脚输出的低电平由NE555的2脚输入，由3脚输出一高电平，使三极管T2工作在饱和状态，继电器通电，电磁阀吸合，同时发光二极管LED3点亮。

（由于继电器里有线圈，当电路的瞬间断开时会产生很大的自感电动势，电压过高会击穿T2，所以用D5进行保护，让电流构成回流）

（2）、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1秒钟后复位，使洗手器停止放水。

（五）系统原理图:

调试要点:

•1、仔细检查PCB板是否有错，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（用交流电）；

•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

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。

结果分析：

结果1：

当通电后，电源指示灯亮（红色发光二极管发光）而且继电器线圈吸合，继电器工作指示灯（即绿色发光二极管发光）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（即绿色发光二极管发光）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。

电路改进

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，用8*10的铜板做就会更美观

设计工作总结：

第一次做课程设计觉得有点难，特别是画PCB版图和做印刷板。

但是在老师的指导和向学长请教下，我慢慢地把PCB版图画完。

在此过程中，我学了很多知识，比如线与线之间尽量不要有直角，电阻排列方向要一致，二极管、电解电容、芯片的排列方向和极性要一致，元器件排放要尽量紧凑等等。

在帮同学检查电路的过程中，我懂得了使用数字示波器检查电路，而且熟悉了LM567、NE555各引脚的功能和大概应用

虽然我的PCB设计得并不是很理想，但是通过这次的课程设计，我相信在以后的电路设计中，我一定会设计出更好的板来。

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

附件

一、元器件清单：

器件名称

器件型号

数量（个）

芯片

LM567

1

电阻

10K

6

LM358

1K

2

NE555

5.1K

二极管

4007

5

470K

发光二极管

LED

91K

电解电容

1000uF/25v

15M

100uF25v

电位器

50K

1uF

2.2uF

印刷板

10*12

电容

222

三极管

9013

104

3

转印纸

103

8脚插槽

继电器

12DC

红外发射管

红外接收管

三段稳压块

7805

二、PCB版图