红外自动水龙头控制电路设计.docx
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红外自动水龙头控制电路设计
电子技术课程设计报告
自动水龙头控制电路
学院：
电气与信息工程学院专业班级：
自动化10102班
学号：
2010160102..
姓名：
指导老师：
时间：
2012年6月8日
摘要2
第一章引言3
第二章控制电路的基本组成4
2.1红外自动水龙头控制电路的组成4
2.2控制电路原理方框图4
2.3反射式红外传感控制及原理4
第三章各模块单元电路的设计5
3.1红外线发射电路的设计及原理5
3.2红外线接收电路的设计7
3.3滤波整流电路的设计与变压器7
3.4灵敏度调节电路的设计8
3.5电磁阀控制电路8
第四章红外自动水龙头控制电路元件的使用及介绍9
4.1控制电路的元件选择使用9
4.2电路中使用到的元件介绍9
第五章设计心得及体会11
第六章设计结论11
致谢12
附（红外自动控制电路图）13
摘要
水是生命的源泉，人类对于水资源的需求日益加剧，可淡水资源在我们的日常生活、工业生产、农业生产、科技领域等各方面都不可或缺。
然而淡水资源的有限与人类对水的日益需求增加的这一矛盾日趋严重。
因此，在社会矛盾突出的现代，我们应大力提倡节约用水，走可持续发展道路。
为了响应国家的号召，建设“资源节约型”社会，结合所学的专业知识，为此设计一个自动水龙头控制电路。
针对节约用水问题，特开发一种既能节水，又操作简单方便，实用性强的自动水龙头方案。
设计自动供水电路不但可以节约有限的水资源，还可以降低公司内部的成本，达到资源节约的目的。
本设计介绍了红外发射电路、红外接收电路、滤波整流电路、灵敏度调节电路、以及电磁阀控制电路，从而达到控制水龙头的自动开启和关闭的目的。
由于所学知识有限，在设计过程中有不恰当之处，望老师予以指教。
【关键词】：
资源节约可持续发展红外装置滤波整流
灵敏调节电磁阀控制自动关闭
Wateristhesourceoflife,humanbeingsforthedemandofwaterresourcesis
increasing,butfreshwaterresourceinourdailylife,industrialproduction,agricultural
production,scieneeandtechnologyetcareindispensable.However,freshwaterresourceis
limitedandhumanwaterhasincreaseddemandforthiscontradictionisbecomingmore
andmoreserious.Therefore,inthemodernsocietyiscontradictoryandoutstanding,we
shouldvigorouslypromotewaterconservation,andtaketheroadofsustainable
development.1nordertorespondtothecallofthecountry,build"resourceismanaging
modelsociety",theintegrationofprofessionalknowledge,forthedesignofanautomatic
faucetcontrolcircuit.
Foreconomizingwater,especiallythedevelopmentofacansavewater,andtheoperation
issimpleandconvenient,practicalautomaticfaucetscheme.Designofautomaticwater
supplycircuitnotonlycansavethelimitedwaterresources,alsocanreducethecostof
internalresources,toachievethepurposeofsaving.Thisarticleintroducesthedesignofan
infraredemittingcircuit,aninfraredreceivingcircuit,filtercircuit,thesensitivity
adjustingcircuit,andanelectromagneticvalvecontrolcircuit,soastocontrolwatertap
automaticallyopenandcloseto.Becauseknowledgeislimited,inthedesignprocessis
inappropriate,hopetheteachergiveadvice.
[Keywords]:
resourceconservationsustainabledevelopmentofinfrareddevicefilter
rectifier
Sensitiveregulatingelectromagneticvalvecontrolautomaticclosing
第一章引言
本论文设计的自动水龙头控制电路，实质是采用红外线控制装置。
采用的是反射式红外传感器，这种传感器是集红外线发射与接收于一体的。
当有人靠近水龙头时，使得红外线反射到接收电路，自动产生控制信号，使得电磁阀吸合放水，以一定的流速供水。
当人离开水龙头后，水龙头自动关闭。
红外线控制电路安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强、使用寿命长、发出的光均匀稳定。
红外线即发光二级管发出的光，为不可见光。
它可以在强光下工作，给人类生活带来了极大便利。
红外自动水龙头不但可以防止因疏忽忘关水龙头而造成水资源的浪费，而且还可避免传染病的传播与扩散。
可广泛应用于公共场所（医院、学校、火车站等）的洗手间等地。
既节约用水、又方便、安全、卫生。
因此设计红外自动水龙头控制电路有着实际操作意义和现实作用。
（注：
红外线自动水龙头控制电路以下简称为控制电路）
第二章控制电路的基本组成
2.1红外自动水龙头控制电路的组成
该控制电路由红外线发射电路、红外线接收电路、滤波整流电路、灵敏度调节电路、以及电磁阀控制电路组成。
2.2控制电路原理方框图
2.3反射式红外传感控制及原理
红外线水龙头控制过程的原理是：
实质是红外线传感器的控制。
光电传感器的基本转换原理是将被测量转换为光信号的变化，然后通过光电元件将光信号转化为电信号的变化输出。
常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。
如果该点有障碍物时，光就照不到光敏二极管上，电路处于偏置状态。
PN结截止，反向电流很小。
当没有障碍物时，光照到光敏二极管上时PN结附近产
生电子-空穴对。
并在外电场和内电场的共同作用下，漂移过PN结，产生光电流。
此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。
当人手或物体接近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外线经人或物体发射到红外光电接收管。
接收光电管接收到的发射光信号自动转化为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码、最后驱动电路控制电磁阀动作打开水阀放水。
当人或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断电，关闭电磁阀电源，使水阀恢复到等待状态。
第三章各模块单元电路的设计
3.1红外线发射电路的设计图及原理
（左图为工作波形）
IC1的型号为CA7555,是一块时基集成电路，由该IC构成了红外发射电路。
该电路
是一个多谐振荡器，振荡频率为f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）xC1，调整Rp1的电阻值，可使
发射电路的振荡频率f=38KHZ。
该振荡频率的信号从IC1的3脚输出后，由红外发射二
极管LED1向外辐射红外光。
R3是红外发射二极管LED1的限流保持电阻。
定幅度和
振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流转换成具有一定频率、
定波形的交流量输出的电路。
由于555内部比较器灵敏度高，而且采用差分电路形式。
此时，振荡频率受电源的温度影响较小。
因此只需调节Rp1的阻值来改变频率f
3.2红外线接收电路
IC2是一块红外线接受集成电路。
其1脚外接红外接收二极管；2脚所接的C2、R4主要是用来设置IC2内前置放大器的频率特性和增益的。
IC2的1、2脚内还没有一级自动偏置限制（ABLC电路，其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力；3脚所接的C3为检测电容，当其容量值变小时，检波输出脉冲的脉宽变动就大，极易造成遥控误动作。
IC2的5脚与电源之间所接的R5为带通滤波器中心频率f0的设置电阻；6脚与地之间所接的C4为内部整形电路的积分电容。
当其容量值变大时，不但抗外部噪声干扰能力下降，而且输出脉冲的低电平持续时间也将增加，由此也会造成遥控失灵。
3.3滤波整流电路的设计与变压器
Rp2是一只可变电阻,
IC4、VD2~VD5、T、C7、C6共同构成了控制电路的直流电压产生电路，220V交流
电压经T变压器从次级输出9V交流电压。
该电压经整流、滤波、稳压，得到的5V电压
提供给控制电路。
该电路为红外发射电路、接收电路提供了稳定的直流电压。
因此该电路也可称为“+5V稳压电源电路”。
3.4灵敏度调节电路的设计
调节其阻值，可改变IC27脚上的电位及VT1的导通状态
正常时，调整Rp2的阻值，7脚上的电压值为4.6V，VT1处于微饱和
导通状态，此时，电路灵敏度最佳。
3.5电磁阀控制电路的设计
会动作。
当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水容器将红外反射回一部分，由红外接收管LED2接收并转化为相应的电信号。
该信号通过IC2的1脚输入电阻（指IC内的等
效输入电阻，其值约为45欧姆）形成了约40uV的电压信号，经前置放大、限幅放大、38kHz的带通滤波、峰值检波，使IC2的7脚输出的电压由高变低，使VD1VT1相继导通，使LED1发光，并使VS1双向晶闸管导通，使电磁阀DF-1得电，打开放水。
第四章红外自动水龙头控制电路元件的使用及介绍
4.1控制电路的元件选择使用
该红外自动水龙头控制电路用到的原件有光电传感器（红外发射器、红外接收器）、
开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555集成芯片以及电阻、电容若干。
4.2电路中使用到的元件介绍
1•光电传感器是通过把光强度的变化转花成电信号的变化来实现控制的。
一般情况下有三部分构成：
发射器、接收器和检测电路。
发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管LED、激
光二极管及红外发射二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面时检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
2•光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装
在同一管座内的器件。
当输入电信号加到输入端发光器件LED上,LED发光，光接受器
件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准
数字电平输出，这样就实现了电一光一电”的转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。
它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。
3.电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引至拠边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔，而进水孔是常开的，水进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。
这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。
4.555单时基集成电路引脚排列方式和引脚说明
GND|T
2
8Vcc
TR[2
7]DIS
v.U
□th
酝[J
F|vc
引脚
字母代号
功能说明
引脚
字母
代号
功能说明
i
GND
公共地线端
5
Vc
控制信号输入端
2
TR
触发信号输入端
6
TH
阀值信号输入端
3
Vo
信号复位端
7
DIS
放电控制器
4
MR
主复位信号输入端
8
Vcc
工作电源输入端
第五章设计心得及体会
尽管在此次设计中所涉及的知识绝大多数都是我们已经学过的，但发现由理论知识付诸于实践，还是不那么简单，在实际应用中，总会遇到理论知识涉及不到的现实问题。
但尽管有问题阻挠设计。
我们通过相互交流，查找相关资料之后。
还是能解决问题。
通过这次的课程设计，使我进一步了解模拟电路和数字电路的相关知识及各种芯片的功能，巩固了理论知识，并结合了实际应用。
深刻体会到理论联系实际的重要性，这对自己今后的学习和工作都具有极大的促进作用。
第六章设计结论
通过这次对红外自动水龙头控制电路的设计与制作，让我了解了设计的程序，也让我了
解了关于水龙头的原理与设计理念。
通过这次设计提高了我认识问题、分析问题、解决问题的能力。
既是对我们课程知识的考核，也是对我们思考问题能力的考核。
致谢
此次设计非常感谢指导老师李建英的指导，让我可以思路清晰的，有个完整的设计方案进行设计。
还要感谢同学们的相关帮助，让我在处理电子文档时能够更顺畅，准确的排好档。
另外还要感谢相关的教科书和指导书以及相关的资料。
参考文献：
1•《模拟电子技术》康华光第五版高等教育出版社
2•《数字电子技术》康华光第五版高等教育出版社
3•《传感器原理及工程应用》郁有文第三版西安科大出版社
4•《电子技术课程设计实用教程》陈明义第三版中南大学出版社
5•《电路设计与仿真》杨欣清华大学出版社
附（红外自动水龙头控制电路）
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