简易自来水开关控制电路论文.docx

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简易自来水开关控制电路论文

毕业设计〔论文〕报告

题目简易自来水开关控制电路设计

机电工程学院〔系〕电气工程及其自动化专业

学号100616039

学生*******

指导教师*****

起讫日期2021年12月--2021年4月

设计地点**********

学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进展的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得井冈山大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了意。

论文作者签名：

日期：

年月日

学位论文使用授权声明

井冈山大学有权保存本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

本人电子文档的容和纸质论文的容相一致。

除在期的论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布〔包括登载〕论文的全部或局部容。

论文的公布〔包括登载〕授权井冈山大学教务处办理。

论文作者签名：

导师签名：

日期：

年月日日期：

年月日

摘要

随着微电子技术和自动控制技术的迅速开展，红外线控制技术在工业控制领域被广泛的运用。

全自动人体红外线感应开关适用围本产品适用于走廊、楼道、仓库、车库、地下室、洗手间等场所的自动照明、抽风等用途。

真正表达楼宇智能化及物业管理的现代化。

功能特点：

1、基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载。

人不离开且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，平安节能。

2、具有过零检测功能：

无触点电子开关，延长负载使用寿命。

3、应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。

随着产品自动化的开展，人们在面对各种生活需求时，不仅省时省力，而且可以节约资源。

因此，自动控制产品的出现并广泛应用成为历史的必然。

计算机技术和自动控制技术相结合的自动化产品将是今后的主要开展方向。

本文是利用红外线感应技术设计的一种既省时省力又能节约水资源的一种自来水开关控制电路。

它主要是由红外线发射装置、时间延时电路来实现的。

关键词:

红外线、发射装置、感应装置、时间延时、自动控制电路。

ABSTRACT

Withthedevelopmentofmicroelectronictechnologyandtherapiddevelopmentofautomaticcontroltechnology,theinfraredcontroltechnologyhasbeenwidelyusedinthefieldofindustrialcontrol.Automatichumaninfraredinductionswitchscopeofapplicationofthisproductissuitableforthecorridor,corridor,warehouse,garage,basement,Restroomplacessuchaslighting,ventilation,useofautomatic.Therealembodimentofintelligentbuildingsandpropertymanagementmodernization.Features:

1,automaticcontrolproductsbasedoninfraredtechnology,whensomeoneenterstheswitchsensingrange,specialsensorstodetectchangesinthehumanbodyinfraredspectroscopy,automaticonloadswitch.Peopledon'tleaveandintheactivity,switchforconduction;whenpeopleleave,switchdelayautomaticload,peopletolight,peoplefromthelightsout,cordialandconvenient,safeandenergysaving.2,withzerocrossingdetectionfunction:

contactlesselectronicswitch,prolongtheservicelifeoftheload.3,applicationofphotosensitiveswitchcontrol,automaticmetering,whenlightisstrongnotinduction.

Withthedevelopmentofautomationproducts,peopleinthefaceofthevariousneedsoflife,notonlysavetime,butalsosaveresources.Therefore,automaticcontrolproducts,andiswidelyusedasahistoricalnecessity.Automationproducts,putertechnologyandautomaticcontroltechnologywiththebinationofwillbethemaindevelopmentdirectioninthefuture.

Thispaperistouseatime-savinginfraredsensingtechnologydesignandatapwatercansavewaterresourceswitchcontrolcircuit.Itmainlyconsistsofaninfraredemittingdevice,thetimedelaycircuittoachieve.

Keywords:

infrared,transmissiondevice,sensingdevice,timedelay,automaticcontrolcircuit.

第1章引言

1.1课题描述

随着人们生活水平的提高和电子技术的进步，越来越多的红外感应开关应用于人们的日常生活和工业控制当中，红外线感应开关分为两种方式，一是反射式，二是折档式。

〔1〕反射式的工作方式是：

红外线发出光波射到物体上反射回来，此时感应板承受信号，距离为1.5米以，然后给出一个电平信号来控制负载电路。

〔2〕折档式的工作方式是：

控制板一方发射红外线另一方承受红外线信号，距离为10米远，此时如果有物体折档住发射信号，感应板承受到信号给出一个电平信号来控制负载电路。

红外感应开关的广泛应用可以有效的到达节约用水的目的，尤其是在现代化技术高度开展的今天，为了起到节约用水，环境保护，并满足人们的日常生活需要，自来水开关控制电路的设计就显得更为重要。

1.2根本工作原理及框图

简易自来水开关控制电路的总体框图如图1所示。

它是由红外线发射电路、红外线接收电路、时间延迟电路、自来水开关控制电路和电源电路5局部构成的。

图1简易自来水开关控制电路的总体框图

红外线发射电路的功能是利用红外线发光管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。

红外线接收电路功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进展放大，时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对自来水开关翻开时间的控制。

自来水开关电路的功能是利用电磁阀作为自来水管的开关，从而可以通过电信号对自来水进展控制。

电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

第2章红外线原理概况

2.1红外线的简介

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长围为0.62～0.76μm；紫光的波长围为0.38～0.46μm。

比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。

随着现代科学技术的开展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。

2.2红外线传感器和应用介绍

2.2.1被动式热释电红外探头的工作原理及特性：

一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进展工作的。

人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。

1）这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3）被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成

的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有一样的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4）一旦人侵入探测区域，人体红外辐射通过局部镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

5）菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距〔感应距离〕，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广阔用户和专业人士的欢送。

2.2.2红外线遥控鼠标器中的传感器

在机械式鼠标器底部有一个露出一局部的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。

拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴〔称为译码轮〕转动。

译码轮（见图1）的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。

光敏传感器部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B，如图2所示。

由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。

光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向

2.2.3照相机中的红外线传感器――夜视功能

红外夜视，就是在夜视状态下，数码摄像时机发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，关掉红外滤光镜，不再阻挡红外线进入CCD，红外线经物体反射后进入镜头进展成像，这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。

索尼数码摄像机首创了红外线夜视摄影功能，能够在全黑环境下进展拍摄，甚至连肉眼也不能分辨清楚的物体，现在也可以清晰地拍摄下来。

这种夜视的特点是可以在完全没有光线的条件下进展拍摄，但由于采用的是红外摄影，无法进

行彩色的复原，所以拍摄出来的画面是单色的，影像会变绿。

不久之后，索尼又推出了拥有超级红外线夜视摄功能的数码摄像机，红外线功能的慢速快门为2段选择，超级红外线夜摄功能的慢速快门为自动调节，可以获得更好的影像效果。

举一个大家都见过的例子，在美国空袭伊拉克时，伊拉克首都大局部地区都处于停电状态，这时除了防空曳光弹和导弹爆炸引起的火光以外就只有月光或星光照明了，能见度极差。

我们在电视新闻上看到的从现场传回来的录像片的画面都呈现绿色，说明电视记者在拍摄时使用了红外线夜视仪，导致影像是绿色的，如果不使用红外摄像技术，那么我们从电视画面上将只能听到声音，而看不到任何影响了。

需要注意的：

因为红外线夜视摄影仪的前提是数码摄像机能发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，所以说它的拍摄距离是有一定限制的，如果摄

像机发出的红外线到达不了要拍摄的物体，那么当然就什么也拍不到了

C-211D微型黑白红外线摄像机

2.2.4红外线传感器在工程上的应用―――红外线轴套扫描器

ROTA-SONDETS2006〔扫描方式工作的测量用传感器〕通过光机系统扫描视场，并且无需任何光学调整。

它准确测量线材、棒材等生产线的活套大小，甚至对特殊钢或有色金属以及在水汽、烟雾严重的情况下也能可靠工作。

DELTA的红外传感器TS2006可用于活套控制、热带材或热板材的对中控制以及在其它很广的应用中提供位置信息。

ISO9002

红外检测–高灵敏度250℃或400℃

使用维护简单、方便

具有自监测和报警功能

ROTA-SONDETS2006–特点

TS2006检测位于其视场围的热工件〔钢，铜，合金及玻璃等〕的位置并输出与工件在视场中的角度位置成正比的信号。

ROTA-SOROTA-SONDENDETS2006是扫描方式工作的测量用传感器，它对温度高于250°C（480°F）的热工件的红外辐射敏感。

主要特点：

·高灵敏度：

400°C/750°F或250°C/480°F

·红外光谱：

1至3μm

·由自监测功能实现数字式控制

·无需光学调整

·使用维护方便

·专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中（IP66）

·设有空气吹扫装置和水冷却系统

·提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆

ROTA-SONDETS2006–应用

典型应用

热钢板的对中控制和纠偏控制

红外线边缘传感器FR50

边缘纠偏传感器FR50是以反射原理工作的。

发射机产生一束波长为880nm的平行红外线，这束红外线被对面整齐排列的CCD元件所接收。

一个处理器评估这些信号并发送出估计好的实际位置到CAN总线。

传感器在＋/-10mm的测量围以0.02毫米的准确度确定出纸边位置。

光学设备只是接收平行光束从而排除了位置偏差导致的高度起伏。

一个位向控制器监控镜头扫描污渍并反应适当的污渍信息到控制器。

2.2.5传感器应用与军事上――军用遥感技术

遥感从字面上说就是从远处感觉事物。

严格一点的意义上定义为：

远远地去感觉某一定对象的技术。

广义地讲，遥感是不直接接触地收集关于某一定对象的某种或某些特定的信息，从而了解这个对象的性质。

很早以前，人们就希望从空中来观察地球，当时人们使用的是普通的照相机，后来开展成为专门的航空照相机。

航空摄影的技术在世界大战期间获得了长足的开展，基于这种照片的识别技术也得到了提高。

随着飞行器技术的提高，尤其是火箭和卫星的出现，遥感技术获得了一个全新的平台。

现在，遥感技术也日新月异，成为在国民经济建立中不可取少的一种重要技术，尤其在军事方面的应用也很广泛。

遥感中收集到的信息，就是物体发射或者被它反射的电磁波。

这些电磁波包括近紫外、红外线、可见光、微波等。

收集电磁波信息的装置叫做传感器。

装载传感器的地方，称为平台。

遥感就是用装在平台上的传感器来收集〔测定〕由对象辐射或〔和〕反射来的电磁波，再通过对这些数据进展分析和处理，获得对象信息的技术。

遥感技术的迅速开展，一个重要的因素是它应用于我们所生活的环境。

人们越来越需要深刻地了解我们的地球，了解它的资源，了解他的变化，以便合理安排生产和生活活动。

遥感主要原理:

遥感中可以使用可见光和近红外区的电磁波进展遥感，这是利用了对象的反射特性，这种方式是航空摄影开展而来的结果，也是最为广泛应用的一种，在月球上观察地球就是这样的。

另外有两类技术也在遥感显身手。

其一是使用热红外和热成像技术，主要是利用了物体的辐射特性。

热成像是与远距离测量地球外表特征的温度有关的遥感分支。

它所研究的问题小到可以探测一间屋子的热能量泄漏，大到可以研究地球外表的洋流。

因为温度实质是地球环境中一切物理、化学和生物过程的重要控制因素之一。

因此，温度数据在经营管理地球资源的活动中必然占有极其重要的地位。

其二是利用微波遥感器进展遥感。

微波遥感分为被动式和主动式。

主动式的微波遥感器主要是侧视雷达。

它是在50年代为军事侦察目的而开展的。

它目前的重要应用主要在于快速取得大片有云地区的地面资源情报数据。

被动式微波遥感器感受的是它们视场的自然可利用的微波能量，其工作方式和热辐射计或热扫描仪非常相似，但是能够承受到的信号也比热红外区微弱得多，同时信号所伴随的噪声也大得多。

因此这种信号的判释问题也要比其他各种遥感器困难得多。

但和侧视雷达一样也有全天候的特性。

依靠选择适合的工作波长，可以用它或者穿透大气，或者观察大气。

通常来说，微波遥感用在大气的各项数据的测量上，在海洋学、油污探测、融雪测定等方面都有应用。

遥感在军事科学上的应用是显然的，因为可以远距离地观察目标，而且可以获得相对宏观的分析数据。

在军事上，遥感的用途大致有：

首先是对目标国家和地区的资源状况的监视。

通过有效地监视资源及其变化，可以帮助确定战略的目标。

其次，监视对方军事部署和大规模的军事移动。

许多军事部署的位置信息可以通过高精度的卫星遥感获得，大规模的军事移动也容易在遥感器上留下痕迹，这些都对于对应国家采取相应的措施提供了快速而有效的信息。

其次，在具体的作战当中，遥感可以帮助分析局部的地形、资源状况，从而帮助己方进展战术行动的方案判断。

各种军用卫星的发射，也为全方位地监视目标提供了根底。

现代战争作为数字化的战争，信息在战争中是至关重要的，遥感作为一项能够大围、高精度、快速获得信息的技术，必然能够在未来的战争中获得更多的应用。

可见，传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。

人类社会对传感器提出的越来越高的要传感器技术开展的强大动力。

而现代科学技术突飞猛进那么提供了坚强的后盾。

二十一世纪，人们一方面通过提高与改善传感器的技术性能；一方面通过寻找新原理、新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能，制造出更多的传感器．而红外线传感器作为其中的一局部也必将得到更大的开展．

2.3人体的红外线功能特点和考前须知

人体红外线感应开关适用于走廊、楼道、仓库、车库、地下室、洗手间等场所的自动照明、抽风等用途。

真正表达楼宇智能化及物业管理的现代化。

其功能特点：

1、基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载。

人不离开且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，平安节能。

2、具有过零检测功能：

无触点电子开关，延长负载使用寿命。

3、应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。

安装调试：

1、因开关左右两侧比上下两侧的感应围大，所以安装开关时，应使其正轴线与人的行走通道方向尽量相垂直，这样可以到达最正确感应效果。

2、安装好开关后加电，当环境光线充足时，灯泡将会闪三次，一分钟后初始化完毕，开关进入监控状态，用物体遮住环境光线使开关感应工作，人不离开且在活动，开关将持续工作；人离开后，开关自动延时关闭负载。

3、安装好开关后加电，当环境光线缺乏时，开关直接进入监控状态，人不离开且在活动，开关将持续工作。

考前须知：

1、安装时请勿带电操作，等安装好后再加电。

2、请勿超功率围使用。

3、本开关适用于室环境，请勿安装在户外恶劣环境下使用。

技术指标：

1、工作电压：

AC180V-250V-〔50/60Hz〕

2、负载功率：

5W-200W

3、负载特性：

创新二线制电路设计，可适用各类负载。

（感性负载如日光灯、节能灯等需外加补偿器）

4、静态负载：

〈0.5W

5、感应围：

140度锥角，5-8米

6、延时时间：

约60秒感应水龙头是根据“切割磁力线〞的原理做的，而人是个大导体,当处于周围50Hz电网所形成的磁场中时,便会发生电磁感应现象,于是人体就带感应电了。

第3章自来水开关控制系统的电路设计

3.1红外感应电路的设计

3.1.1红外线发射电路

图2虚线左边电路为红外线发射电路，该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303，红外线发光二极管由GaAs的PN构造成，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在显示中使用，一般仅作为光信号传输之用。

本电路的感应装置一般要求不可见，因此只能采用红外线发光二极管作为感应装置。

图2红外线发射电路和红外线接收电路

3.1.2红外线接收电路

图1虚线右边电路为红外线接收电路。

该电路包含两个局部：

一是红外线接收电路；二是信号放大电路。

红外线接收电路实际上就是一个硅光电池2CR21。

硅光电池的原理是通过硅PN结的光伏效应，使其具有按照光信号的强度产生出对应电信号的特性，这称为光敏器件。

硅光电池的输出特性分为恒流区和恒压区，即其短路电流与光强度成正比，其开路电压随光强度按指数规律变化，由于其电流和光强度是线性关系，一般采用产生短路电流的方式来接收光信号。

3.2时间延迟电路

图3种虚线左边所示电路为时间延迟电路，该电路主要由两局部构成：

一是整流和滤波电路；二是由NE555集成电路构成的单稳态电路。

前端电路的输出电压V1首先经过二极管D1和D2整流，再经过电容C1滤波，那么在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。

图3时间延迟电路和自来水开关电路

3.3自来水开关电路

由于电磁阀通过的是大电流、大功率，而电流电源一般无法提供很大的电流和功率，因此电磁阀需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。

而一般NE555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要参加电流放大电路。

如图1.2.30虚线右端为电流放大电路，三极管T1构成的电流放大电路是一种比拟典型和简单的电路。

其中R3为限流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管。

T1为共发射级电路，当输入端Q输出高电平时，三极管导通饱和，将输入电流放大β倍；当输出端Q输出低电平时，三极管截至，无电流通过。

继电器连接T1的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，自来水流出；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，没有自来水流出，同时继电器两端并联一个二极管实现保护。

同时电路中参加发光二极管D3作为显示电路，显示自来水是否流出。

3.4电源电路

电源电路的设计可以采用两种方法来实现，第一种方法是采用电池供电，需要注意的问题是选择适宜电池的指标参数与电路相匹配；第二种方法采用如图

4所示电路。

电路直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换为+12V直流电压。

电路中变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。