課程設計-- 簡易自動干手電路

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨這經濟的發(fā)展，人們的生活質量的提高，人們對生活理念的要求也不斷的提升比如人們對生活要求更為環(huán)保，對一些生活細節(jié)要就更為細致，而我們的干手裝置就隨著這些要求而誕生了，干手裝置的誕生給我們的日常生活帶來了許多的便利，它讓我們的生活變的更為便利，更為節(jié)約。所以在現(xiàn)在的高端會所和酒店都采用了干手裝置。</p><p

2、>　　簡易干手裝置主要由五部分電路組成：</p><p>　　紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、開關延遲電路、電風機電路和電源電路組成。當手放在干手器下面的時候，手反射發(fā)光電路發(fā)出的紅外光，使紅外接收電路感應到紅外光信號，然后報信號傳送給開關延遲電路通過繼電器啟動電熱風吹風，從而達到干手的效果，其中電源電路是為以上四個電路提供適當?shù)碾娫础?lt;/p><p>　　關鍵詞：紅外發(fā)光電路 紅外接收

3、電路 開關延遲電路 電熱吹風電路 電源電</p><p><b>　　路 信號放大器</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　自動干手器廣泛應用于賓館酒店、機場車站、體育場館等公共場所的洗手間。它的工作原理簡單來說就是用紅外線電子開關來控制電熱吹風機當有人手伸過來時感應到紅外線電子開關自動將吹

4、風機打開當人手離開時自動關閉吹風機。根據(jù)原理用一只普通的電熱吹風機加裝一個紅外控制開關就能組成一個自動干手器通過查閱資料獲得以下方案：</p><p>　　簡易自動干手電路由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收放大電路，時間延遲電路，以及繼電器電路，電熱吹風機開關電路和電源電路組成。利用555定時器及多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件即可組成紅外線自動干手器電路。</p><p>　　當人們需要干手

5、時人們把手靠近干手器時由于手對紅外線的反射作用使555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生一段時間的高電平定時?？刂谱詣痈墒制鞔蜷_加熱裝置和吹風裝置一段時間后會自動停止時間長短可以通過NE555定時器的可變電阻器進行調節(jié)。所以它的自動感受功能給我們帶來了很大的便利，受到了人們的歡迎。</p><p>　　2. 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)組成框圖</p>&l

6、t;p>　　簡易自動干手器控制電路的總體框圖如圖2-1。它是由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收電路，時間延遲電路，自動干手器開關電路和電源電路五部分構成的。加上電機吹風電路，就構成了完整的干手器。</p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　紅外線發(fā)射電路的功能的利用紅外線發(fā)光管發(fā)射脈沖，從而實現(xiàn)電路對人體的感應。紅外線接收電路功能的利用光敏元件

7、接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉化為電信號，同時對其進行放大。時間延遲電路實現(xiàn)對自動干手器開關打開時間的控制。利用555定時器及多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件即可組成紅外線自動干手器電路。當人們需要干手時，人們把手靠近干手器時，由于手對紅外線的反射作用，使555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生一段時間的高電平定時?？刂谱詣痈墒制鲿蜷_加熱裝置和吹風裝置一段時間后會自動停止，并可以通過NE555自動的可變電阻器進行調節(jié)。</p&

8、gt;<p><b>　　2.2紅外發(fā)射電路</b></p><p>　　圖2-2電路為紅外線發(fā)射電路，主要組成部分就是NE555構成的多諧振蕩器和紅外線發(fā)射管SE303。SE303發(fā)射的紅外線在可見光范疇之外而NE555作為多諧振蕩器發(fā)射固定頻率的方波脈沖信號，激發(fā)SE303產生特定頻率的紅外線。紅外發(fā)射部分由555 時基電路產生頻率為5kHz，占空比為1/3的方波信號，驅動

9、紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線。紅外線發(fā)光二極管正向電流不能超出其最大額定值。而作為感應裝置則要求其具有較大的光輸出。</p><p>　　一般利用其相應速度快的特性，通過脈沖驅動來增大光輸出。因此電路前端需要一個脈沖信號電路，采用兩個發(fā)光二極管增大發(fā)射面積。本電路采用的是由NE555集成電路構成的多諧振蕩器組成。其電路運行包含兩個過程：一是利用直流電源經電阻R1和R2對電容C1充電，二是經電阻R2從NE555集成電路的D

10、IS端的放電過程。通過這兩個過程的交替運行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端Q產生脈沖信號。其輸出脈沖信號的頻率f和 占空間比q為：</p><p>　　f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（1MΩ+2*1MΩ）100pF≈5KHz</p><p>　　q=R1/(R1+2R2)= 1MΩ/（1MΩ+2*1MΩ）=1/3</p><p>　　這樣輸出

11、電路端Q產生脈沖信號來控制紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，其中，因為紅外反向電壓不能過高，用二極管D起保護紅外發(fā)光二極管的作用。</p><p>　　2.2 紅外接收電路</p><p>　　如圖2-3所示為紅外接收電路。紅外接收管輸出信號是一個十分微弱的信號，為了使后續(xù)電路能夠對光強信號進行處理，因此需要加入信號放大電路。圖左邊所示電路為信號放大電路。該電路是由電阻R,,5,6,7，8, T

12、2,T1 和C3，C4構成。電路中采用了雙三極管構成放大電路，這樣就可以使得電路的放大倍數(shù)比單管放大倍數(shù)更大，從而得到更合適的信號。R6和R7為放大電路的集電極偏置電阻，C3,C4為放大電路耦合濾波電容</p><p>　　圖右邊是選頻網(wǎng)絡，使電路有很強的抗干擾能力。U2是LM567。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，</p>

13、;<p>　　f2≈1/1.1RC=5KHz</p><p>　　沒有人干手時，紅外接收電路N2接收不到VD向外發(fā)射的紅外線，U2的3腳無信號輸入，8腳為高電平；當人手放到干手器下時，U2接收到人手反射的紅外線并經N2放大后，輸入到U2的3腳，由U2內部處理后使N3的8腳輸出低電平，通過檢測是否有手要烘干，使8腳輸出不同的高低電平。達到控制吹風電路是否工作。</p><p>

14、　　實際應用中調整C18的大小可使BW在0％～4％范圍內變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。</p><p>　　2.3 開關延遲電路</p><p>　　圖2-4時間延遲和繼電器電路，由兩部分構成由555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路。當手需烘干時,由于手對紅外線的反射作用，使紅外接收管能夠接收到紅外線脈沖信號，經過由上級放大和LM56

15、7選頻網(wǎng)絡，在TRIG端產生一個低電平信號，555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路特性可知，輸出端Q輸出高電平；單穩(wěn)態(tài)電路接收到觸發(fā)信號，輸出點Q輸出為高電平并保持一段時間，延遲時間</p><p>　　T=1.1R*C=10M*5Uf*1.1≈55（S）</p><p>　　由可變電阻R11和電容C9的數(shù)值決定，通過調節(jié)可變電阻R11的大小，可以改變延遲時間的長短，以適合不同場合的應用，由上式可

16、知該電路最大延時為55秒。</p><p>　　二是由T3和R13構成的電流放大控制繼電器電路。</p><p>　　由于繼電器所需控制電流一般較大，單穩(wěn)觸發(fā)器往往不能滿足控制之需要，所以加入放大電路。當單穩(wěn)觸發(fā)器輸出高電平時，T3導通，繼電器閉合，吹風機工作，當沒有手需要烘干時，紅外接收管不能接收到紅外脈沖信號，沒有觸發(fā)信號，Q輸出低電平，使三極管T3截止，吹風機電路不工作。同時電路中加

17、入發(fā)光二極管D4作為顯示電路，顯示吹風機是否啟動。</p><p>　　2.4 電熱吹風機電路</p><p>　　圖2-5吹風機開關電路，電動機直接接在220V交流電上，不能直接用數(shù)字電路中的微電來控制，所以要用繼電器來控制。圖S1，S2，S3分別為電阻絲開關交</p><p>　　流電機開關，和吹風機電路總開關，其中R14和C10與電阻絲和電機并聯(lián)，起到保護電阻

18、絲，防止其過熱，和提高電機功率因數(shù)的總用，在此不過多敘述。</p><p><b>　　2.5 電源電路</b></p><p>　　圖2-6所示為電源電路，該電路的設計可以采用兩種方法來實現(xiàn)：第一種方法是采用電池供電，需要注意的問題是選擇合適的電池的指標參數(shù)與電路相匹配;第二種方法采用如圖所示電路。電路直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路將電

19、網(wǎng)中的220V交流電先通過7812轉換為+12V直流電壓。然后經7805輸出5V電壓。</p><p>　　電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式和D5整流電路，C11,C12和C13，C14，C15，C16濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。該電源可以滿足上述各個模塊的用電需要。</p><p><b>　　元氣件選型</b></

20、p><p><b>　　3.1 NE555</b></p><p><b>　　概述：</b></p><p>　　NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同，而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的

21、脈沖信號。 </p><p><b>　　特點： </b></p><p>　　1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 </p><p>　　2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 </p&

22、gt;<p>　　3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 </p><p>　　4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。</p><p>　　NE555功能表及引腳分布說明：</p><p>　　如圖3-1為NE555的功能表 </p><p>　　圖3-1 555定時器功能表</p>

23、<p>　　NE555內部電路、引腳圖如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 NE555內部電路、引腳圖</p><p>　　pin 1 -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。</p><p>　　Pin 2 -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </

24、p><p>　　Pin 3 -當時間周期開始時，555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位，即復位端。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 -這個接腳準許

25、由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當定時器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 - 重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 </p><p>　　Pin 7 -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，

26、對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8(V +)-這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p><b>　　參數(shù)功能特性： </b></p><p>　　供應電壓4.5-16 V</p><p>　　輸出電流225mA (max) <

27、/p><p>　　上升/下降時間100 ns</p><p>　　3.2 LM567　</p><p>　　LM567為8腳直插式封裝，其引腳定義及外圍元件連接方法如下圖3-3。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②腳通常分別通過一個電容器接</p>&

28、lt;p>　　圖3-3 LM567 外圍電路及管腳模型</p><p>　　地，形成輸出濾波網(wǎng)絡和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，

29、靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內部電路及詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內的信號時，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的②腳輸入音頻信號，則在⑤腳輸出受②腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。在圖3的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后⑧腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制。</p><

30、p>　　實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100％才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。實際應用中調整C2的大小可使BW在0％～4％范圍內變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當用于單音解碼時，其工作特性為：當LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內時，輸出端輸出一個

31、低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應用于各種低頻單一頻率信號的解碼。</p><p>　　3.3 三端穩(wěn)壓管7805，7812</p><p>　　三段穩(wěn)壓管也稱三端穩(wěn)壓集成電路</p><p>　　電子產品中常見到的三端 穩(wěn)壓 集成電路有正電壓輸出的78 ×× 系列和負電壓輸出的79×&#

32、215;系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路 只有三條 引腳輸出，分別是輸入端、 接地端 和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有9013樣子的TO-92 封裝。</p><p>　　因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經常采用。</p><p>　　注意三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯，不然容易燒壞。一般 三端集成穩(wěn)壓電路的

33、最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應使電壓差保持在4-5V，即經 變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應比穩(wěn)壓值高一些。</p><p>　　7812主要參數(shù)有：輸出直流電壓 U0＝＋12V，輸出電流 L:0.1A，M:0.5A，電壓調整率 10mV/V，輸出電阻 R0＝0.15Ω，輸入電壓UI的范圍15～17V 。因為一般UI要比 U0大3～5V ，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。

34、</p><p>　　特點  *最大輸出電流為1.5A *輸出電壓為12V                           

35、*熱過載保護  *短路保護                                 

36、60;                *輸出晶體管安全工作區(qū)保護</p><p>　　3.5 紅外發(fā)光二極管</p><p><b>　　外形</b></p><p>　　常用的紅外發(fā)光二級管

37、（如SE303.PH303)，其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。</p><p>　　發(fā)射紅外線去控制相應的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高

38、Ip的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為1/3-1/4；一些電器產品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大類。要使紅外發(fā)光二極管產生調制光，只需在驅動管上加上一定頻率的脈沖電壓。</p>

39、;<p>　　用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應的紅外光-電轉換元件，如紅外接收二極管，光電三極管等。實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。 </p><p><b>　　接收方式</b></p><p>　　紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距

40、一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。</p><p><b>　　雙管紅外發(fā)射電路</b></p><p>　　雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離。</p><p><b>　　總結與體會</b>&l

41、t;/p><p>　　對于這次的課程設計讓我了解到要自己設計做出一個哪怕是平日力生活中見到的最為簡單的電氣電子產品，也并不是像自己想想的那樣簡單，甚至是如果讓我自己沒有參考，獨自的從設計電路圖，到元器件的選用，再到做出整個實物出來，平我現(xiàn)在的知識儲備幾乎是不可能的，我們所能做的知識去看人家設計好的電路圖，從理解其中的原理和所用到元器件、芯片的所起的作用，然后把人家的成果加以修改和應用編程我自己的知識，其實我在整個將課

42、程設計中所學到的知識實用，就是把人家的東西轉為自己的然后在加一應用。</p><p>　　通過這次的設計和應用，使我更加對555定時器的功能有了一個更透徹的了解，更使我對設計中所涉及的整流、濾波、穩(wěn)壓電路透徹的掌握，在原器件的選用上使我了解到各個元器件的功能，特性的認識，當然在這次課程設計的過程中我也遇到了許多的困難，比如在應用電路設計軟件繪制電路圖的工程中，由于以前對于這個軟件接觸不是很多所以在應用到這個軟件的

43、時候感覺到特別的生疏，不過通過一天的學習之后掌握了軟件的應用，再不如說在對ML567一片鎖電路和555定時器的內部結構以及接法和功能的了解都費了很大的力氣，經歷這次課程設計，以及平時上課中老師所講到的知識，使我深深地感受到哪怕是一個最為簡單的電子設備，其中所涉及的知識復雜度和所包含的靈巧的設計成都是自己以前所不可想象的，也使我更加對以后的課程產生了身后的學習興趣。</p><p>　　通過這次制作簡易干手的課程設

44、計，是我切實的感受到原來自己所學的知識是這么的有意思，不再像課本上的那么枯燥無味，也是我對以后的學習有了更濃厚的興趣，相信通過這次的課程設計會對我以后的學習有很大的益處和影響。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　李金平，沈明山 ，電子系統(tǒng)設計，電子工業(yè)出版社，2007年8月</p><p>　　何小艇，電子系統(tǒng)設

45、計，浙江大學出版社，2001年6月</p><p>　　康華光，電子技術基礎，高等教育出版社，2003</p><p>　　大學生電子設計競賽 電路設計，黃志偉編著，北京航空航天大學出版社2006</p><p>　　經典智能電路300例，任致程主編，機械工業(yè)出版社，2004年6月</p><p>　　周惠潮、孫曉峰，常用電子器件及典型應用，

46、電子工業(yè)出版社，2007年4月</p><p>　　姚福安，電子電路設計與實踐 山東科學技術出版社，2001年10月</p><p>　　王澄非，電路與數(shù)字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月</p><p>　　繆興中，大學物理實驗教程，科學出版社2008年1 月</p><p>　　附 錄 一 元件清單</p>