感應(yīng)水龍頭的設(shè)計 課程設(shè)計

1、<p><b>　　傳感器課程設(shè)計</b></p><p>　　課題： 感應(yīng)水龍頭的設(shè)計 </p><p>　　學(xué)校： </p><p>　　院系： 物理與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)二班 </p>

2、<p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、引言3</b&

3、gt;</p><p>　　二、系統(tǒng)的基本組成4</p><p>　　2.1“感應(yīng)式水龍頭”的正視圖和側(cè)視圖4</p><p>　　2.2水龍頭的構(gòu)成及紅外傳感器控制5</p><p>　　2.3系統(tǒng)組成方框圖6</p><p>　　三、系統(tǒng)的工作原理6</p><p>　　3.1 紅

4、外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成6</p><p>　　3.2 紅外線水龍頭控制電路工作原理6</p><p>　　四、單元電路設(shè)計7</p><p>　　4.1 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計7</p><p>　　4.2紅外接收控制電路的設(shè)計8</p><p>　　4.3壓放大電路的設(shè)計9</p>&l

5、t;p>　　4.4音頻譯碼器的設(shè)計10</p><p>　　4.5三端穩(wěn)壓器12</p><p>　　4.6 LM567芯片使用13</p><p>　　4.7元件選取14</p><p><b>　　五、結(jié)束語14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15&l

6、t;/b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　許多人在日常生活中有這樣的體驗(yàn)，每當(dāng)在廚房中做飯，雙手總會沾滿油脂，想用油油的雙手開啟水龍頭沖洗，又擔(dān)心會將油脂留在水龍頭的開關(guān)上，造成日后的清洗不便。而對于公用場所的水龍頭，隨著接觸的人多了，上面就會有很多細(xì)菌，每次接觸就會帶上細(xì)菌，危害人體健康。特別是醫(yī)用水龍頭，在避免細(xì)菌交叉感染

7、方面更加需要注意。而對于普通的水龍頭來說，它無法避免這些麻煩，但感應(yīng)式節(jié)水水龍頭就完全可以幫你解決這些問題。它無需接觸龍頭任何部位，出水及關(guān)水由感應(yīng)器自動完成，可有效避免細(xì)菌交叉感染，同時在感應(yīng)范圍內(nèi)自動出水，用完自動關(guān)水特點(diǎn)也起到了節(jié)約水資源的作用。</p><p>　　我們所設(shè)計得是一種以紅外控制出水關(guān)水的水龍頭。采用了反射式紅外傳感器，這種傳感器的發(fā)射與接收是一體化的。當(dāng)人或事物靠近時，自動產(chǎn)生控制信號繼電

8、器動作，使電磁閥得電吸合放水的功能。它安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。發(fā)出的二極管光為不可見光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號調(diào)制后，只有專門的解調(diào)電路才能收到。并且它可在強(qiáng)光下工作，可應(yīng)用范圍極其廣泛，如家庭、車站、工廠、學(xué)校、餐廳、醫(yī)院等場所都可使用。</p><p>　　它滿足了人們對物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性。以適應(yīng)當(dāng)今品種多批量小的電子市場的需求，大大提高了產(chǎn)品的市場競爭力。</

9、p><p><b>　　二、系統(tǒng)的基本組成</b></p><p>　　2.1“感應(yīng)式水龍頭”的正視圖和側(cè)視圖</p><p>　　2.2水龍頭的構(gòu)成及紅外傳感器控制</p><p>　　水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發(fā)射和接收一般使用紅外發(fā)光二極管和紅外接收二極管來完成。當(dāng)有物體靠近時，一部分紅外被發(fā)射到接收管。反

10、射式紅外傳感器（見圖2-1）。</p><p>　　圖2-1 反射式紅外傳感器</p><p>　　紅外水龍頭控制過程是，當(dāng)人或物體接近自動水龍頭時，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體發(fā)射到紅外接收光電管，接收光電管接收到的反射光信號自動轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過后續(xù)電路進(jìn)一步放大、整形、譯碼，最后驅(qū)動電路控制電磁閥動作打開水源。當(dāng)人手或物體離開自動水龍頭時，接收光電管接收不到反射光信號，驅(qū)動電路

11、斷電電磁閥電源。</p><p>　　2.3系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　紅外線自動控制水龍頭整個控制過程分5個模塊。系統(tǒng)組成方框圖（見圖2-2）。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)組成方框圖</p><p><b>　　三、系統(tǒng)的工作原理</b></p><p>　　3.1 紅外線水龍頭

12、控制電路系統(tǒng)的組成</p><p>　　紅外線水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二級管；接收電路包括紅外接收管D1和D2，運(yùn)算放大器（LM741）。音頻譯碼器（LM567），繼電器K，電源電路等組成。</p><p>　　3.2 紅外線水龍頭控制電路工作原理</p><p>　　工作原理：電路原理如附錄所示。220V交流

13、電路經(jīng)變壓器T降壓，變?yōu)?V交流電，再由～橋式整流，C1濾波，三端穩(wěn)壓集成電路7806穩(wěn)壓，得到 6V直流電供給控制電路工作。LED1為紅色發(fā)光二極管，用作水龍頭的電源指示。A1為紅外接收電路SFH506-38，A2為鎖相環(huán)音頻譯碼器 LM567，A2與R3、C6組成振蕩器，R3、C6決定A2內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，LM567的3腳為信號輸入端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是一個集電極開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA，LM567的

14、工作電壓為4.75V～9V，工作頻率可從零點(diǎn)幾赫茲到500kHz，，靜態(tài)工作電流為 8Ma。A3為NE555定時器，它與外圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時電路，其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測范圍時，能保證水龍頭的正常出水。</p><p>　　LM567芯片5腳輸出的振蕩信號經(jīng)三極管功率放大后，推動紅外發(fā)射二極管VD向外發(fā)射紅外線。沒有人洗手時，紅外接收電路A1接收不到VD向外發(fā)射的紅外線，A2的3腳無信號輸入，8腳為

15、高電平，A3的3腳為低電平，三極管截止，繼電器K斷電處于釋放狀態(tài)，電磁閥Y不動作，水龍頭無自來水放出。當(dāng)人手放到水龍頭下時，A1接收到人手反射的紅外線并經(jīng)A1放大后，輸入到A2的3腳，由A3內(nèi)部處理后使A3的8腳輸出低電平，從而使A3的低觸發(fā)端2腳變?yōu)榈碗娢唬瑢?dǎo)致A3的3腳輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器K吸合，使其常開觸點(diǎn)閉合，接通電磁閥Y的220V交流電源，Y開始動作，使水龍頭放出自來水，供人們洗滌之用，同時發(fā)光二極管LED2發(fā)出綠光

16、，指示洗手器正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，人手離開水龍頭后，A3延時幾秒鐘后復(fù)位，使水龍頭停止放水。</p><p><b>　　四、單元電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計</p><p>　　電路為輸出電壓+5V，輸出電流1.5A穩(wěn)壓電源。它的電壓變壓B，橋式整流電路D1～D4，慮潑電容C1.C3，防止自激電路C

17、2.C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器（7805）極為簡捷方便的搭成。</p><p>　　200v交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾潑電容C1的整流和濾潑，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形式一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會因?yàn)槭须婋妷旱牟▌踊蜇?fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生精度高，穩(wěn)定性好的直

18、流輸出電壓。穩(wěn)壓電源電路（見圖4-1）。</p><p>　　圖4-1 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　4.2紅外接收控制電路的設(shè)計</p><p>　　采用1片小型一體化紅外接收/解調(diào)塊接受頭SFM506-38和1片鎖相環(huán)電路LM567、開關(guān)放大電路LM741、固態(tài)繼電器TAC08、電磁閥構(gòu)成控制電路。其中SFM506-38是將紅外接受管、前置放大、帶通濾波器、

19、解調(diào)電路等集成在同一基片上，采用黑色環(huán)氧樹脂封裝（SFM506-38的內(nèi)部框圖如圖4-2）。它具有體積小，無需外部元件、抗光電干擾性能好，接受角度寬、功耗低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖4-2 SFM506-38的內(nèi)部框圖</p><p>　　LM567是1片鎖相環(huán)音頻解碼電路，采用8腳雙列直插塑封，3腳為信號輸入端，其工作頻率由5、6腳上的阻容元件決定，8腳為邏輯輸出端。IC

20、2與R7、C12組成振蕩器，R7、C12決定IC2內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，LM567的3腳為信號端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是1個集電極開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA，LM567的工作電壓為4．75～9V，工作頻率0．1Hz～500kHz，靜態(tài)工作電流為8mA。當(dāng)無人洗手時，IC1接受到發(fā)射電路的紅外脈沖經(jīng)放大輸出到IC2的3腳后，IC2的8腳就會輸出低電平，三極管VT1截止，繼電器K斷電處于釋放狀態(tài)，電磁閥Y不動作，水龍頭

21、無自來水放出。當(dāng)手放到水龍頭下時，IC1不能接受紅外線，IC2的3腳無信號輸入，8腳輸出高電平，使得VT1導(dǎo)通，繼電器K吸合，使其常開觸點(diǎn)閉合，接通電磁閥Y的220VAC，Y開始動作，使水龍頭放出自來水，同時LED發(fā)出綠光，指示水龍頭正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，手離開水龍頭后，停止放水。</p><p>　　4.3壓放大電路的設(shè)計</p><p>　　電壓放大電路采用LM741集成運(yùn)算放大

22、器。LM741是高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器，低功耗，無需外部頻率補(bǔ)償，具有短路保護(hù)和失調(diào)電壓調(diào)零能力。此電路（見圖4-3）。</p><p>　　LM741的管腳功能是：1腳為調(diào)零端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，4腳為負(fù)電源端，5腳為調(diào)零端，6腳為輸出端，7腳為正電源端，8腳為空腳端。此引腳圖（見圖4-4），內(nèi)部原理圖（見圖4-5）。</p><p>　　圖4-3 LM741集成運(yùn)放大

23、器</p><p>　　圖4-4 LM741集成運(yùn)放大器</p><p>　　圖4-5 uA741內(nèi)部原理圖</p><p>　　4.4音頻譯碼器的設(shè)計</p><p>　　音頻譯碼器采用LM567鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)內(nèi)則包含一個電壓控制振蕩器（VCO）、一個鑒相器和一個反饋濾波器。此音調(diào)解碼塊包含一個穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成

24、塊的輸入端加上所先定的音頻時，即可產(chǎn)生一個接地方波。當(dāng)輸入信號于通帶內(nèi)時提供飽和晶體管對地開關(guān)，電路由I與Q檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。</p><p>　　LM567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時開光接

25、通。通用的LM567還可以用做可變波形發(fā)生器或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時，所檢測的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500KHz內(nèi)的任何值，檢測帶寬可以設(shè)定在中心頻率14%內(nèi)的任何值。而其，輸出開關(guān)延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內(nèi)改變。</p><p>　　LM567的管腳功能是：1腳為輸出濾波，2腳為回路濾波，3腳為輸入端，4腳為正電源端（電壓值需最小為4.75V，最大為9V），5腳為定時電阻

26、端，6腳為定時電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。LM567的引腳功能圖（見圖4-6）。LM567的內(nèi)部原理圖（見圖4-7）。</p><p>　　圖4-6 LM567的引腳功能圖</p><p>　　圖4-7 LM567的內(nèi)部原理圖</p><p><b>　　4.5三端穩(wěn)壓器</b></p><p>　　三端穩(wěn)壓器是

27、一種標(biāo)準(zhǔn)化，系列化的通用線性的文雅電源集成電路，以其體積小成本低性能好，工作可靠性高等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　三端穩(wěn)壓器的工作原理如下：原理框圖（圖4-8）可見，它與一般分立元件組成的串聯(lián)式的穩(wěn)壓電路基本相似的，不同的是增加了啟動電路、保護(hù)電路和恒流源。啟動電路是為恒流源建立工作點(diǎn)而設(shè)置的，恒流源設(shè)置在基準(zhǔn)電壓形成和誤差放大器電路中，是為了使穩(wěn)壓器能夠在比

28、較大的電壓變化范圍內(nèi)正?？煽康墓ぷ?。在芯片內(nèi)設(shè)置了兩種較為完善的保護(hù)電路：一是過流保護(hù)，一是過熱保護(hù)。Rsc是過流保護(hù)的取樣電阻，Ri、Rb為輸出采樣電阻。Rb兩端上的電壓（反映輸出電壓的大小的采樣電壓）與基準(zhǔn)電壓在誤差放大器中進(jìn)行比較和放大，產(chǎn)生誤差電壓，去控制調(diào)整管的工作狀態(tài)，從而穩(wěn)定輸出電壓。</p><p>　　圖4-8 三端穩(wěn)壓器原理框圖</p><p>　　4.6 LM567芯

29、片使用</p><p>　　LM567為通用音調(diào)譯碼器，主要外接電阻20比1范圍，邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力。它的技術(shù)指標(biāo)：1、可調(diào)帶寬從0%至14%；2、寬信號輸出與噪聲的高抑制；3、對假信號抗干擾；4、高穩(wěn)定的中心頻率；5、中心頻率調(diào)節(jié)從0.01Hz到500Hz；6、電源電壓5v—15v，推薦使用8v。應(yīng)用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K，C1、C2為1uF。R1、C1決定震蕩

30、頻率，一般C1為104電容，R1為10K—200K。電源電壓為8v。電路（見圖4-9）。</p><p>　　圖4-9 LM567通用音頻譯碼器集成電路</p><p><b>　　4.7元件選取</b></p><p><b>　　五、結(jié)束語</b></p><p>　　本次傳感器大作業(yè)我們做的是

31、紅外反射式感應(yīng)水龍頭。傳感器這門課是我們這屆計算機(jī)專業(yè)新開的一門課程。日常生活中我們也經(jīng)常聽到某某傳感器，但由于這門課是自動化專業(yè)的，因此對我們來說還比較陌生。</p><p>　　通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我們系統(tǒng)地了解了生產(chǎn)生活中常見的各種傳感器以及相應(yīng)的原理。這次我們做的感應(yīng)水龍頭就是我們生活中經(jīng)常能看到用到的，存在于各種公共場所，甚至是有些家庭、醫(yī)院、學(xué)校。一開始拿到題目，雖然較其他組而言“感應(yīng)水龍頭”不那么陌生

32、。從查找資料到整理歸納，在整個過程中我們收獲很多。不僅對感應(yīng)水龍頭的原理有了詳細(xì)了解，同時對一些電子器件也有了一些了解，如運(yùn)算放大器（LM741）、音頻譯碼器（LM567）等。</p><p>　　總的來說，通過老師、同學(xué)的幫助和我們的共同努力，順利的完成了這次大作業(yè)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　宋家友

33、《電子愛好者集成電子線路設(shè)計手冊》[M].福建科技出版社，2002</p><p>　　傅勁松 《電子制作實(shí)例集錦》 [M].福建科技出版社，2006</p><p>　　金發(fā)慶 《傳感技術(shù)與應(yīng)用》[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　廖先蕓 《電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)練》[M].高等教育出版社，2000</p><p>　　孫梅生