红外线自动控制水龙头设计.docx
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红外线自动控制水龙头设计
目录
第一章引言2
第二章系统的基本组成3
2.1水龙头的构成及红外传感器控制3
2.2系统组成方框图3
第三章系统的工作原理4
3.1红外线水龙头控制电路系统的组成4
3.2红外线水龙头控制电路的原理图（见附录）4
3.3红外线水龙头控制电路工作原理4
第四章单元电路的设计4
4.1+5v的稳压电源的设计4
4.2振荡器电路的设计5
4.3红外接受控制电路的设计：
6
4.4电压放大电路的设计7
4.5音调译码器的设计9
4.6三端稳压器10
4.7LM567芯片使用11
4.8元件选取12
第五章结论13
致谢语14
参考文献15
附录：
16
第一章引言
随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。
在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
水资源是不可缺少的，没有水不管人或事物都不能存活。
节约用水是一种美德。
普通水龙头当然也是一种选择，但是如果人们有急事却忘了关水会使水一直流，从而会浪费很多水。
要是在干旱的地区水就犹如他们的生命。
所以本设计一种可以不会浪费水，专门为那些容易忘记关水的人使用。
本论文设计一种以红外控制水龙头。
采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。
当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合放水的功能。
它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。
发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。
可在强光下工作，给人们生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，其广泛用于家庭、车站、工厂、学校、餐厅等场所。
而且大大地扩展了原先水龙头的功能。
因此，研究红外自动水龙头及扩大其应用，有着非常现实的意义。
本设计满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。
以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。
第二章系统的基本组成
2.1水龙头的构成及红外传感器控制
水龙头采用了反射式红外传感器。
红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。
当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。
反射式红外传感器（见图1-1）。
图2-1反射式红外传感器
红外水龙头控制过程是，当人或物体接近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。
接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，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源。
当人手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。
驱动电路断电电磁阀电源。
2.2系统组成方框图
红外线自动控制水龙头整个控制过程分5个模块。
系统组成方框图（见图1-2）。
图2-2系统组成方框图
第三章系统的工作原理
3.1红外线水龙头控制电路系统的组成
红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。
其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2，运算放大器（LM741）.音频译码器（LM567）.继电器K.电源电路等组成。
3.2红外线水龙头控制电路的原理图（见附录）
3.3红外线水龙头控制电路工作原理
工作原理：
发射电路中，多谐振荡器由IC（555）和R0.R1和C7等组成。
其振荡频率为f=1.44/（R0+2R1）C7，图中所示的参数对应频率为40KHZ，振荡输出信号驱动TLN104型的LED1~LED3工作，从而产生红外脉冲调制波。
接收电路中红外接受头D1.D2与发射中的发射管相匹配，采用TLN104型。
红外脉冲调制经D1.D2接收管转换成电信号，经C1藕合至LM741，再经C2输入到LM567的第3管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1R6C3与红外调制频率40KHZ一致，使第8管脚输出为低电平，又经反相后，驱动VT2导通，继电器因控制有信号触发而有交流输出。
当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的D1.D2因接收到光信号而进行光电转换，从而使LM567因有信号输入而在第8脚输出为低点平，经反相VT2导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。
第四章单元电路的设计
4.1+5v的稳压电源的设计
电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。
它的电压变压器B，桥式整流电路D1~D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。
200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1~D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。
此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。
稳压电源电路（见图4-1）。
图4-1稳压电源电路
4.2振荡器电路的设计
振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路。
（a）电路图（b）工作波形
图4-2由定时器构成的多谐振荡器
由于555内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。
故只需通过调节R1的阻值来改变f来使其为1Hz的秒脉冲信号，作为闸门信号。
4.3红外接受控制电路的设计：
本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头SFM506-38和锁相环电路。
它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。
LM567、开关放大电路VT9013、固态继电器TAC08、电磁阀构成控制电路（见图4-2）。
SFM506-38内部方框图（见图4-3）。
图4-3
LM567是1片锁相环音频解码电路，采用8脚双列直插塑封，3脚为信号输入端，其工作频率由5、6脚上的阻容元件决定，8脚为逻辑输出端。
IC2与R7、C12组成振荡器，R7、C12决定IC2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号端，8脚为逻辑输出端，该输出是1个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA，LM567的工作电压为4．75～9V，工作频率0．1Hz～500kHz，静态工作电流为8mA。
当无人洗手时，IC1接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到IC2的3脚后，IC2的8脚就会输出低电平，三极管VT1截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。
当手放到水龙头下时，IC1不能接受红外线，IC2的3脚无信号输入，8脚输出高电平，使得VT1导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220VAC，Y开始动作，使水龙头放出自来水，同时LED发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。
洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。
SFM506-38地内部原理图（见图4-3）。
图4-4
4.4电压放大电路的设计
电压放大电路采用LM741集成运算放大器。
LM741是高性能内补偿运算放大器，功耗低，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。
此电路（见图4-4。
LM741的管脚功能是：
1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚为负电源端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源端，8脚为空脚端。
此引脚图（见4-5）。
内部原理图（见4-6）。
图4-5LM741集成运放大器
图4-6LM741集成运放大器
图4-7内部原理图
4.5音调译码器的设计
音调译码器采用LM567锁相环电路，锁相环内则包含一个电流控制振荡器（CC0）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。
此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。
当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。
用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。
主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。
如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。
LM567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时，开关就接通。
通用的LM567还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。
当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1至500KHz内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率14%内的任何值。
而且，输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。
LM567的管脚功能是：
1脚为输出滤波，2脚为回路滤波，3脚为输入端，4脚为正电源端（电压值需最小为4.75V，最大为9V），5脚为定时电阻端，6脚为定时电容端，7脚为接地端，8脚为输出端。
LM567的引脚功能图（见图4-7）。
LM567的内部原理图（见图4-8）。
图4-8LM567的引脚功能图
图4-9LM567的内部原理图
4.6三端稳压器
三端稳压器是一种标准化，系列化的通用线性的稳压电源集成电路，以其体积小成本低性能好，工作可靠性高等特点，成为目前稳压电源中应用最广泛的一种单片式集成稳压器件。
三端稳压器的工作原理如下：
原理框图（4-10）可见,它与一般分立元件组成的串联式的稳压电路基本相似的.不同的是增加了启动电路,保护电路和恒流源。
启动电路是为恒流源建立工作点而设置的.恒流源设置在基准电压形成和误差放大器电路中，是为了使稳压器能够在比较大的电压变化范围内正常可靠的工作。
在芯片内设置了两种较为完善的保护电路：
一是过流保护，一是过热保护Rsc是过流保护的取样电阻。
Ri，Rb为输出采样电阻。
Rb两端上的电压（反映输出电压的大小的采样电压）与基准电压在误差放大器中进行比较和放大，产生误差电压，去控制调整管的工作状态，从而稳定输出电压。
图4-10三端稳压器框图
4.7LM567芯片使用
LM567为通用音调译码器，主用外接电阻20比1范围，逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力。
它的技术指标：
1.可调带宽从0%至14%；2.宽信号输出与噪声的高抑制；3.对假信号抗干扰；4.高稳定的中心频率；5.中心频率调节从0.01Hz到500kHz；6电源电压5V--15V，推荐使用8V。
应用举例：
输入端接104电容，输出端接上拉电阻10K，C1、C2为1uF。
R1、C1决定振荡频率，一般C1为104电容，R1为10K--200K。
电源电压为8V。
电路（见图4-7）
图4-7
4.8元件选取
序号
名称
符号
型号和规格
件数
1
电容
C0
0.1uf
1个
2
电容
C1
0.22uf
1个
3
电容
C2
0.1uf
1个
4
电容
C3
0.01uf
1个
5
电容
C4
2.2uf
1个
6
电容
C5
1.0uf
1个
7
电容
C6
47uf
1个
8
电阻
R0
9.1K
1个
9
电阻
R1
13K
1个
10
电阻
R2
6.2K
1个
11
电阻
R3
100K
1个
12
电阻
R4
1K
1个
13
电阻
R5
100K
1个
14
电阻
R6
12K
1个
15
电阻
R7
1K
1个
16
电阻
R8
10K
个
17
晶体三极管
VT2
9013
个
18
发光二极管
LED
3个
19
D
2个
20
芯片
LM567
1个
21
集成运算放大器
LM741
1个
第五章结论
通过这次对红外自动控制水龙头的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于水龙头的原理与设计理念，。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
除了学会了许多专业知识外，在遇到困难时，积极地去请教我的指导老师，在通过看现有的教材或去图书馆查阅资料、去网上搜索相关信息，直至把每一个细节，每一个原理都搞清楚弄明白为止，大大增强了我的自学能力和独立能力。
更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。
毕业论文设计是对学生学业水平的研究能力的综合检验，是学生运用自己所具备的知识和能力去分析问题，解决问题，进行理论与实际相结合的一次重要的训练，需要学生自己动手、动脑、是对写作能力，认识能力，创造性，理论修养和综合素质的一种磨练。
此次毕业设计我选做的是红外自动控制水龙头的设计，红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。
其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2，运算放大器（LM741）.音频译码器（LM567）.继电器K.电源电路等组成。
这次论文使我对相关知识有了更深的理解，让我认识到了理论知识对工作实践的重要的重大意义，学会理论联系实际。
毕业论文要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样一切又教材和教师安排。
因此，它给了我们更大的发挥空间。
让我们发挥主观能动性独立的查资料，找数据，设计实验方案，并将理论知识应用到实践中去。
同时，让我懂得数字钟在生中的广泛应用。
通过这次设计提高了我们的认识问题、分析问题、解决问题的能力。
更重要的是，该设计需要我们发挥合作精神，可以说这篇论文不是我一个人的作品，而是很多人思想的结晶。
总之，这次设计既是对我们课程知识的考核，又是对我们思考问题、解决问题能力的考核，更是对我们人格品德的考验，设计让我们受益匪浅。
致谢语
经过这半年来的忙碌和学习，本次毕业论文设计已接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在毕业论文设计过程中，我遇到了许多意想不到的困难。
在此我要感谢我的指导老师杨阿弟老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导，我的毕业论文较为复杂烦琐，但是杨老师仍然细心地纠正图纸中的错误。
除了敬佩杨老师的专业水平，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，我才得以解决毕业设计中遇到的种种问题。
同时感谢系领导对我们的教导和关注；感谢大学三年传授我们专业知识的老师。
还有谢谢我周围的同窗朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。
我非常珍视和他们的友谊。
如果没有他们的帮助，此次毕业论文的完成将变得困难。
他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。
同时也要感谢自己遇到困难的时候没有一蹶不振，能够找到最好的方法来解决问题。
最后，感谢生我养我的父母。
他们给了我无私的爱，我深知他们为我求学所付出的巨大牺牲和努力，而我至今仍无以为报。
祝福他们，以及那些给予我关爱的长辈，祝他们幸福，安康。
参考文献
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[6]杨崇志，康博南.《电子爱好者之使用技术手册》[M].福建科学技术出版社，2002.
附录：
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