简易自动干手器.docx

1、简易自动干手器郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易自动干手电路 专业 电子科学与技术09-1学号 540911010132 姓名 王森 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路能够通过感应装置，在人们需要干手时，自动打开加热和吹风装置。2. 要求电路在打开加热和吹风装置一段时间T后，自动关断开关。3. 要求电路能够调节加热和吹风装置开关打开的时间T。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技

2、术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2010年12月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2010年12月26日摘要 自动干手器是一种洗手间干手的工具。其工作原理采用一种红外线控制的电子开关，当有人把手伸到红外线感应区时，手对红外线的反射作用，使红外线开关将电热吹风机自动打开，人手离开时又自动将吹风机关闭。 自动干手装置是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五部分构成的

3、。当输出端Q输出低电平时，三极管T截止，无电流通过。继电器连接T的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，吹风机不吹出热风，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。同时电路中加入发光二极管作为显示电路，显示吹风机是否启动工作。关键词 红外线发射器、红外接收放大器、时间延迟电路、电源电路目录第一章 方案论证 4 第一节 方案论证 4第二章 工作方案设计 6 第一节 总体设计6 第二节 主要单元电路设计7 一 红外线发射电路 7二 红外接收电路 8三 时间延迟电路10四 吹风机开关电路11五 电源电路12第三章 芯片简介 14 第一节

4、LM56714第二节 55516第三节 7810 781219总结与体会 20参考文献 21附录一 元件清单23第一章 方案论证自动干手器是一种洗手间干手工具，目前在酒店、机场、车站、体育场馆等公共场所的洗手间广泛应用。其工作原理采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手器是一样的。经过查资料得知，以下两个方案。方案一：红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放

5、大器和开关控制器组成。利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。当人们需要干手时，人们把手靠近干手器时，由于手对红外线的反射作用，使555定时器构成的单稳态触发器产生一段时间的高电平定时。控制自动干手器会打开加热装置和吹风装置一段时间后会自动停止，并可以通过555自动的可变电阻器进行调节。方案二：由单片机80C2051构成的最小系统，加上外围采用8个光电耦合管，大大提高了敏感度，由于手对红外线反射，光电耦合管接收产生一个高电平，通过单片机的I/O口如P1读取其状态，若检测到该口是高电平，通过程序控制另外一个I/O如P31输出一个高电平通过三极管放大驱动继电器

6、工作，电机就开始工作，通过单片机中断定时，达到自动控制的目的。比较上述两种方案，看似第二种方案更简单，不过其需要硬软件相结合，增加的原理上的理解难度，而且硬件在价格和实用性上也不如第一个方案，不能很好的达到扎实数电模电的基本知识，不符合本设计要求，而第一种方案简洁易懂，很好的结合了本学期课程任务，尤其是对模电中的三极管、滤波电路，数电中的555定时器及其拓展能有更深的认识，最后我选择了第一种方案作为本次课程设计的方案。第2章 工作方案设计第一节 总体设计一 系统组成框图简易自动干手器控制电路的总体框图如图1.它是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五部分

7、构成的。加上电机吹风电路，就构成了完整的干手器。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的利用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体的感应。红外线接收电路功能的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，同时对其进行放大。时间延迟电路的功能的利用单稳态电路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制。自动干手器电路的功能的利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过点引号对干手器进行控制。第二节 主要单元电路设计（一）红外线发射电路图2 红外线发射电路图2电路为红外线发射电路。红外发射部分由555 时基电路产生频率为5kHz，占空比为1/3的方波信号，驱动

8、红外发射管发射红外线。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结构成，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，因此采用红外线发光二极管作为感应装置。红外线发光二极管正向电流不能超出其最大额定值。而作为感应装置则要求其具有较大的光输出。一般利用其相应速度快的特性，通过脉冲驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，采用两个发光二极管增大发射面积。本电路采用的是由NE555集成电路构成的多谐振荡器组成。其电路运行包含两个过程：一是利用直流电源经电阻R1和R2对电容C1充电，二是经电阻R2

9、从NE555集成电路的DIS端的放电过程。通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出电路端Q产生脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f和 占空间比q为：f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（1M+2*1M）100pF5KHzq=R1/(R1+2R2)= 1M/（1M+2*1M）=1/3这样输出电路端Q产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，其中，因为红外反向电压不能过高，用二极管D起保护红外发光二极管的作用。(二)红外接收电路图3红外接收电路红外接收管输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。图3左边所示电路为信号放

10、大电路。该电路是由电阻R5-R8 ,Q2,Q3 和C4C5构成。电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加 倍，从而得到更合适的信号。R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻，C4,C5为放大电路耦合滤波电容。R8为放大电路反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V。图3右边是选频网络，使电路有很强的抗干扰能力。U2是LM567。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、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，f21/1.1RC=5KHz。没有人干手时，红外接收电路N2接收不到VD向外发射的红外线，U2的3

11、脚无信号输入，8脚为高电平；当人手放到干手器下时，U2接收到人手反射的红外线并经N2放大后，输入到U2的3脚，由U2内部处理后使N3的8脚输出低电平，通过检测是否有手要烘干，使8脚输出不同的高低电平。达到控制吹风电路是否工作。实际应用中调整C18的大小可使BW在04范围内变化。BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号

12、的解码。 （三）时间延迟电路和吹风机开关电路 图4 时间延迟电路和吹风机开关电路 图4接地左边电路为时间延迟电路，该部分主要由两部分构成：一是整流滤波电路;二是由555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D2和D4蒸馏，在经过电容C5,R9延迟和滤波，则在555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。当手需烘干时,由于手对红外线的反射作用，使红外接收管能够接收到红外线脉冲信号，经过由整流滤波，在TRIG端产生一个低电平信号，555集成电路构成的单稳态电路特性可知，输出端Q输出高电平；单稳态电路接收到触发信号，输出点Q输出为高电平并保持一段时间，延迟时间T=1.1R（2

13、）C（6）,可变电阻R3和电容C6的数值决定，通过调节可变电阻R2的大小，可以改变延迟时间的长短，以适合不同场合的应用。当没有手需要烘干时，红外接收管不能接收到红外脉冲信号，没有触发信号，Q输出低电平，使三极管T截止，吹风机电路不工作。同时电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。(四)吹风机开关电路由于电磁阀通过的是大电流，大功率，而直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555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。如上图4接地右边为电流放大电路，三极管T构成的电流放大电路是一种比较典型和简

14、单的电路，其中R6为限流电阻，防止电流过大烧毁三极管。T为共发射极电路，当输出端Q输出高电平时,三极管导通饱和，将输入电流放大倍；当输出端Q输出低电平时，三极管截止，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，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，吹风机不吹出热风，同时在继电器两端并联一个二极管D1，防止继电器在断电时产生高压，实现保护电路作用。同时电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。图5为吹风机电路，S2为总开关，S1可以控制吹热风还是凉风，Ko即图4的开关K，有控制电路控制。电容C11和R13的作用是使电机启动。图5吹风

15、机电路（五）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合适的电池的指标参数与电路相匹配;第二种方法采用如图5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交流电先通过7812转换为+12V直流电压。然后经7805输出5V电压。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式和C5整流电路，C1,C2和C3，C4，C6滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。将上述各各部分模块组合在一起，就构成了自动干手器电路原理图，生成相应的PCB板图，购买个部分元器件就可以做出实物，简易而实用。 图

16、6电源电路第三章 芯片简介第一节 LM567 图7外围电路 图8引脚图LM567为8脚直插式封装，其引脚定义及外围元件连接方法如上图7。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、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，f21/1.1RC。其、脚通常分别通过一个电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。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。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。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。LM567的工作电压为4.759V，工作频率从直流到5

17、00kHz，静态工作电流约8mA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的脚输入幅度25mV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图3的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。实际上，由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值，而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比，其值再乘上100才是锁相环路的实际捕获带宽。实际应用中调整C2的大小可使BW在04范围内变化。BW宽

18、度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。 第二节 555定时器（一）概述：555定时器是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 （二）特点： 1

19、.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 （三）555定时器引脚位配置说明下： 图9内部电路和引脚图Pin 1 -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 -这个脚位是触发555定时器使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3

20、-当时间周期开始时，555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位，即复位端。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 - 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时

21、为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8(V +)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。参数功能特性： 供应电压3-6 mA输出电流225mA (max) 上升/下降时间100 ns四）555定时器功能表清零端高出发端TH低触发端Q放电管T功能00导通清零101保持保持110保持保持1001导通截止置1清零110（五）555定时器的相关应用:555定时器的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(Astable Mult

22、ivibrator)。施密特触发器等。第三节 7810 781278107810为固定正电压稳压电路，属三端正电源稳压电路系列（3Terminals positive Voltage Regulator Series）。产品应用非常广泛，涉及到各种稳压电源、充电器、数码产品以及家电领域等。7810芯片参数：芯片型号芯片面积mm输出电流Io输入电压V输出电压背面金属晶圆尺寸（英寸）MinMax7810CM1.7*1.851.0169.6010.40Ti-Ni-Ag47812主要参数有：输出直流电压 U012V，输出电流 L:0.1A，M:0.5A，电压调整率 10mV/V，输出电阻 R00.15

23、，输入电压UI的范围1517V 。因为一般UI要比 U0大35V ，才能保证集成稳压器工作在线性区。特点 *最大输出电流为1.5A *输出电压为12V *热过载保护 *短路保护 *输出晶体管安全工作区保护 参考文献1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，20036. 李银华 电子线路设计指导 北京航天航空大学出版社 2005.67. 谢自美 电子线路

24、设计实验测试 华中科技大学出版社 2003年10月8. 陈梓城 实用电子线路设计与调试 中国电力出版社 2006年6月 总结与体会这一周的课程设计，让自己受益匪浅。其实刚接到任务时自己虽然紧张，同时身为小组长有点压力，但却有点不以为然，以前做过很多论文，不就是拼拼凑凑就完事了嘛。然而在真正开工的时候，发现了自己得想法有多么的愚蠢，就拿搜资料来说，我就搜了整整一天，但收获甚微，好多都不能用，课程设计不是简单的论文，终于感受到了，看看人家的设计，有条有理，给我第一感觉就是，他竟然写了一本书。目录、章节、图片、推理，一应俱全，可我都不知道资料怎么用，很受打击，于是歇了一天，后来又不甘心，我疯狂的搜资

25、料，注册论坛会员注册了十几个，下的资料更是数不胜数。一下就懵了，这么多咋弄，于是又进入疯狂的筛选，多么多的资料一下又少得剩了一点，弄完资料，开始布局，可是目录咋写呢？都写啥内容呢？想半天不知道，最后还是求助网络吧，还不错，按照设计要求一步一步走，呵呵呵，接下来就好多了，有了资料有了提纲做起来快多了。万事开头难，可做设计的过程也不简单，这是对于我来说，都是上课没好好听讲，基础不扎实，书到用时方恨少，在别人水道渠成的时候，我只能现学现卖，收获还挺大的，以前连听都没听说过的知识现在弄得比较熟悉，以前很含糊的知识，现在已经会熟练运用，呵呵呵，虽然累了点苦了点，但收获的快乐早已把困难掩盖。 这次课程设计

26、对我帮助最大的是老师和同学的帮忙，在设计中我遇到了很多自己解决不了的困难，多亏老师的悉心指导和耐心讲解，让我顺利完成设计，收获很多，相信这学期的数字电路考试已经不是问题。同时自己也清楚的认识到了电子的重要性，原来自己身边的一切都已经在不知不觉间烙上了它的印记。并且在将来的社会中拥有越来越重要的作用。经过这次课程设计，我学到了很多知识，真正感受到理论与实际的差距，而且还锻炼了自己的思维，运用知识的能力。学会了请教与人，讨论问题解决问题，懂得了和别人合作的重要性。再次感谢老师对我的细心指导和同伴的帮助，让我在实际的课题中进步和巩固自己的知识。附录一 元件清单元件符号特性与数量型号R1R122K*3

27、,300*1,10K*3,1K*2,1M*2470*1(电阻，单位)1/4W碳膜电阻器E96系列R14470*1(单位)1W金属膜电阻器E96系列R131.8M*2(电位器，单位) WS16-4 普通单圈 17mm 支架卧式 XD,Z 0.5WC1C1622pF*2, 0.1uF*6，0.01uF*2,100uF*2，1uF*1， 470uF*1，10uF*2陶瓷电容误差（20%）C17C182200uF*1, 1F*1电解电容额定电压：6.3450VD7,9红外发光二极管*2SE303D5,6红外接收二极管*2PT0908-7CQ2,3三极管*2S9014T1三极管*13DG130D3发光二极管*2Scr系列D2,4,10二极管*6IN4007D1、8二极管*2S9013IC1，U2555定时器*2NE555U1*1LM567S1,2*210A、250V的电源开关K1*1JRX-l3F型l2V直流继电器B1*115-25W的交流风扇电动机T2*1220V9V交流变压器