自来水设计.docx

自来水设计.docx

《自来水设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自来水设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自来水设计

制器的设计与制作

[摘要]：

我国是水资源短缺的国家，人均水资源量只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4。

水的浪费既加剧了水资源短缺，也增加了污水排放量，加重了水体污染。

本课题以节约用水为目的，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，卫生、环保，并且达到节约用水的目的，体现出现代生活的高质量。

其中的原理可以推广到农业用水与工业用水，十分简便却起着很大的作用。

[关键词]：

节水红外线感应

目录

摘要……………………………………………………………………………1

第一章前言

§1.1概况：

…………………………………………………………………3

§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

主要技术参数：

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

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）×C5×ln（0-VT+）／（0-VT-）＝（22＋470）×103×0.01×10-6×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

t

C点波形

VCC