畢業(yè)論文(紅外線溝槽節(jié)水器)

1、<p><b>　　一、課題來(lái)源</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)目前公廁節(jié)水現(xiàn)狀的分析</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的和意義</b></p><p><b>　?、?研究目的</b></p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，人們普遍認(rèn)為水是“取之不盡，用之不竭”的，

2、不知道愛(ài)惜，而浪費(fèi)揮霍。事實(shí)上，水資源日益緊缺，而城市的供水工作更是在嚴(yán)重缺水的邊緣艱難度日，自來(lái)水來(lái)之不易。進(jìn)入2000年以來(lái)，節(jié)水成為一個(gè)越來(lái)越引人深思的問(wèn)題，隨著節(jié)水技術(shù)的逐步完善，遠(yuǎn)程節(jié)水控制系統(tǒng)運(yùn)用被認(rèn)為是節(jié)水技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，節(jié)水電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代節(jié)能水平的重要標(biāo)志，是用來(lái)開(kāi)發(fā)新技術(shù)，提高水的利用率最重要的技術(shù)措施。人們認(rèn)為增加水利用率是奪取未來(lái)市場(chǎng)的重要的有效手段。按照對(duì)的影響劃分，可以把節(jié)水技術(shù)歸納為兩

3、類：一類是節(jié)水電子控制裝置，電子控制裝置要和機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行配合使用，即所謂“機(jī)電結(jié)合”的節(jié)水電子裝置；另一類是獨(dú)立的節(jié)水電子裝置，電子裝置是在任何環(huán)境下能夠獨(dú)立使用的電子裝置，它和所處的環(huán)境并無(wú)直接關(guān)系。 </p><p>　　目前，節(jié)水技術(shù)正逐漸有機(jī)械向電子轉(zhuǎn)換，目前全球節(jié)水電子產(chǎn)業(yè)面臨著高速增長(zhǎng)，所以本文的研究是有意義的。</p><p><b>　?、?研究意義</b&

4、gt;</p><p>　　首先，改變了傳統(tǒng)用水觀念.過(guò)去，教學(xué)樓沒(méi)有用水量的限制、用多用少、時(shí)間長(zhǎng)短不一.造成了巨大的浪費(fèi)。使用遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng),根據(jù)實(shí)際用量計(jì)算，培養(yǎng)了人民的節(jié)水意識(shí)，使節(jié)水成為每個(gè)同學(xué)的自覺(jué)行動(dòng)。</p><p>　　其次，節(jié)水效果顯著.用水觀念轉(zhuǎn)變的直接結(jié)果就是對(duì)水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象得到了有效的控制，真正實(shí)現(xiàn)了按需消費(fèi)，人走水停。以學(xué)院教學(xué)樓粗略統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行前，日

5、用水量約為600噸(按2000人,每人300升/次)，而系統(tǒng)運(yùn)行后的日用水量?jī)H為200噸左右(按2000人,每人100升/次)，日節(jié)水量達(dá)400噸，節(jié)水率達(dá)66%左右。扣除節(jié)假日，全年按10個(gè)月統(tǒng)計(jì)，每年可以節(jié)約12萬(wàn)多噸水，半年可以收回全部投資，節(jié)水效益非?？捎^。</p><p>　　第三，提升了學(xué)院后勤部門的管理水平，為后勤管理提供了先進(jìn)的管理平臺(tái),切實(shí)提高了工作效率。</p><p>

6、;　　三、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)通過(guò)的《21世紀(jì)議程》強(qiáng)調(diào)：“水是一種有限的資源,不僅為維持地球上的一切生命所必需，而且對(duì)一切社會(huì)經(jīng)濟(jì)部門都具有生死攸關(guān)的重要意義”。隨著世界性水資源、能源的日趨緊張，采用節(jié)水、遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制方法已成為全世界發(fā)展的總趨勢(shì)，推廣遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制也已成為世界各國(guó)為緩解水資源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。國(guó)家遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是高技

7、術(shù)、高投入和管理現(xiàn)代化，高效益則是維系遠(yuǎn)程自動(dòng)控制節(jié)水系統(tǒng)能否持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。自20世紀(jì)60年代“紅火”以來(lái)，遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制技術(shù)一直被作為最主要技術(shù)。隨著這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性等多方面的考核。遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制進(jìn)行了改進(jìn)，水量損失大大減少，水的利用率可提高到0.9以上。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容、途徑及技術(shù)路線</p><p><b>　?、逖芯?jī)?nèi)容：&

8、lt;/b></p><p>　　⒈ 遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng)功用。</p><p>　　⒉ 遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng)的主要部件及工作原理</p><p>　?、?遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p><b>　?、嫜芯客緩剑?lt;/b></p><p>　　收集相關(guān)資料和文獻(xiàn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)遠(yuǎn)程

9、自動(dòng)節(jié)水控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，按照遠(yuǎn)程自動(dòng)節(jié)水控制理論選用適當(dāng)?shù)姆椒?，建立完整仿真模型并仿真，?duì)相關(guān)部分進(jìn)行訓(xùn)練。設(shè)計(jì)是以紅外線傳感器為主體進(jìn)行研究，它把人體發(fā)射的紅外線作為輸入信號(hào)，并進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而對(duì)水的用多用少進(jìn)行控制。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　節(jié)水，已是全人類眾所周知的一件大事，大量的生活用水

10、在機(jī)關(guān)、學(xué)校等公共場(chǎng)所衛(wèi)生間內(nèi)槽溝式便池的清洗過(guò)程中應(yīng)用的排水沖洗裝置，因供水管道持續(xù)注水，箱內(nèi)水滿就自動(dòng)開(kāi)啟放水沖洗，而造成水資源的白白浪費(fèi)。紅外線傳感器KDS9特別適合公廁的環(huán)境條件,以其獨(dú)特的傳感探測(cè)性能應(yīng)用于此裝置中,實(shí)時(shí)檢測(cè)控制區(qū)域內(nèi) 是否有人活動(dòng),在原有裝置上進(jìn)行改造，控制電磁閥的開(kāi)啟、關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水、停水，達(dá)到只能是節(jié)水目的。</p><p>　　紅外線傳感器以其獨(dú)特的傳感探測(cè)性能，應(yīng)用于這種老

11、式?jīng)_洗裝置中，可達(dá)到智能式節(jié)水目的。將槽溝式水沖洗公廁所浪費(fèi)的水資源節(jié)約下來(lái)，這對(duì)現(xiàn)有緊張的水資源形勢(shì)無(wú)疑有很大的緩沖作用。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Water, is already well-known of all mankind a major event in the lives of a large num

12、ber of water use in offices, schools and other public places with the grooves inside the bathroom cleaning the toilet during the application of the drainage flushing device, due to continuous water supply pipes, box fill

13、ed with water drainage automatically open the flushing, which leads to wasted water. Microwave detection sensor KDS9 particularly suitable for the environmental conditions of public toilets, with</p><p>　　Mi

14、crowave detection sensor with its unique sensor detection performance, especially for the environmental conditions of public toilets be applied to such old-fashioned washing device can be achieved by a smart water-saving

15、 purposes. Will be with the grooves of the waste water, toilet flushing water savings, which is no doubt that the current water resource situation of tension a great buffer.</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b>&l

16、t;/p><p>　　節(jié)水 遠(yuǎn)程控制 紅外線傳感器</p><p><b>　　Keyword</b></p><p>　　control activities Water Microwave detection</p><p><b>　　第一章 概述</b><

17、/p><p>　　中國(guó)水資源短缺、淡水資源總量約每年26200億m3，人均占有量為2392m3，為世界人均占有量的四分之一，名列第110位，由于各地區(qū)處于不同的水文帶及受季風(fēng)氣候影響，水資源與土地、礦產(chǎn)資源分布和工業(yè)用水結(jié)構(gòu)不相適應(yīng)。水污染嚴(yán)重，水質(zhì)型缺水更加劇了水資源的短缺。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市生活水平的提高，很多地區(qū)特別在北方和某些沿海城市發(fā)生水資源短缺和污染問(wèn)題。水資源的本身不足和水源的污染已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)

18、濟(jì)發(fā)展的一個(gè)制約因素。因此必須實(shí)行水資源的統(tǒng)一規(guī)劃與管理，把用水問(wèn)題，特別是將節(jié)水工作納入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，建立與健全相應(yīng)的規(guī)章制度，認(rèn)真貫徹開(kāi)源節(jié)流并重方針，加強(qiáng)節(jié)水的科學(xué)管理，全面開(kāi)展節(jié)水工作，通過(guò)多種途徑開(kāi)辟水源，加強(qiáng)污廢水處理，搞好污廢水回用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。</p><p>　　從一些國(guó)家的家庭用水調(diào)查來(lái)看，洗衣、沖洗廁所、洗澡等用水占家庭用水的80%左右。改進(jìn)衛(wèi)生設(shè)施，采用節(jié)水型家用設(shè)備是城市節(jié)約用水的

19、重點(diǎn)。節(jié)水產(chǎn)品的使用是非常有效的節(jié)水措施，既節(jié)約了用水又減少了用水費(fèi)用的開(kāi)支。隨著城市精神文明的提高和水資源的緊缺，節(jié)約用水越來(lái)越重要</p><p>　　1.1 溝槽式公廁用水現(xiàn)狀</p><p>　　目前許多工廠、學(xué)校、醫(yī)院、集體宿舍、公共場(chǎng)所的公廁都采用傳統(tǒng)舊式的虹吸式大水箱，由于多年使用已銹死，不能集中沖水，產(chǎn)生長(zhǎng)流水，且水無(wú)沖力，糞便不能及時(shí)沖掉而產(chǎn)生堵塞，有異味不衛(wèi)生，也給管理

20、人員帶來(lái)了很大的麻煩。溝槽式公廁用水現(xiàn)狀分析：普通的溝槽式水沖公廁，都是由一個(gè)高位虹吸式</p><p>　　水箱來(lái)進(jìn)行沖洗的。虹吸式水箱的工作原理（如圖1.1）是：自來(lái)水不停地注入水箱內(nèi)，水面不斷上升；當(dāng)水面淹沒(méi)虹吸管時(shí)，產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，水箱開(kāi)始放水，直至放完為止，如此完成一個(gè)循環(huán)周期。這種方式的弊病在于：無(wú)論白天黑夜，是否有人，24小時(shí)循環(huán)不間斷，耗水也全天不間斷。我們以一個(gè)普通水箱60升來(lái)計(jì)算：一般哄吸式水箱

21、沖洗周期為每五分鐘一次。每天沖洗24×60÷5=288(箱)每天用水288(箱)×60（升）=17280（升）=17.28（噸）年用水17.28（噸）×365（天）=6307.2（噸）根據(jù)各地新的自來(lái)水價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，平均行政事業(yè)用水價(jià)格按3.70元/立方米（噸）計(jì)算，一個(gè)水箱全年水費(fèi)竟高達(dá)6307.2×3.70=23336.64元。</p><p>　　如圖1.1

22、虹吸式水箱的工作原理</p><p>　　1.2重力感應(yīng)節(jié)水器節(jié)水效果</p><p>　　安裝重力節(jié)水器后，節(jié)水效果和全年節(jié)省水費(fèi)對(duì)照上數(shù)據(jù)（一個(gè)水箱/年），按平均節(jié)水率80%計(jì)算，一年可以少支付水費(fèi)：18669.31×100=1866931元一個(gè)月節(jié)省的水費(fèi)就可以收回全部投資！。重力感應(yīng)節(jié)水器完全可以解決上述所存在的問(wèn)題，水箱配制的特制電磁排水閥，放水時(shí)沖力強(qiáng)，不受管道壓力限

23、制，該產(chǎn)品抗干擾性能好，感應(yīng)靈敏，隨意計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，節(jié)水率在80％以上。因傳統(tǒng)式虹吸式水箱有無(wú)人進(jìn)都沖水，而人體感應(yīng)自動(dòng)沖洗器則有人進(jìn)時(shí)定時(shí)沖水，無(wú)人進(jìn)時(shí)不沖水。以學(xué)校為例，改造前，24小時(shí)不間斷耗水。安裝紅外線溝槽節(jié)水器，水箱只在學(xué)生剛到校，放學(xué)后以及課間有人如廁時(shí)沖水。一天內(nèi)，學(xué)生剛到校和放學(xué)后共廁使用時(shí)間共約計(jì)為1小時(shí)，按每天8節(jié)課6個(gè)課間，每課間10分鐘計(jì)算，課間時(shí)間共計(jì)60分鐘，即本產(chǎn)品用水時(shí)間共2小時(shí)，較于改造前24小時(shí)耗

24、水，可節(jié)省22小時(shí)的用水量，即節(jié)水22÷24=91.67%，即使因?qū)W生提早到校或者晚離校而延長(zhǎng)公廁使用時(shí)間，節(jié)水70-80%也是輕而易舉的。</p><p>　　第二章 重力（壓力）傳感器</p><p>　　紅外線可以說(shuō)是我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中到處都有的一種可見(jiàn)光長(zhǎng)的電磁波，在一些生活用品上常?？梢钥吹郊t外線光產(chǎn)品的應(yīng)用，如紅外線攝影機(jī)、紅外線感應(yīng)水龍頭、紅外線電扇、紅外線傳輸?shù)?。?/p>

25、民用市場(chǎng)的用途廣，軍事用途更是不少，如：紅外線夜視鏡、紅外線導(dǎo)引炸彈之類的軍用品，所以關(guān)于紅外線的原理和應(yīng)用讓我深感好奇，決定以紅外線作為這次研究的主題。紅外線在我們的生活中無(wú)處不在，紅外線依其具有獨(dú)特的物理性質(zhì)與特點(diǎn)被人們應(yīng)用在生活的方方面面。</p><p>　　2.1 重力的發(fā)現(xiàn)和本質(zhì)</p><p>　　2.2 重力的性質(zhì)和特點(diǎn)</p><p>　　2.

26、3 重力的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　目前大部分公側(cè)用的高位虹吸式水箱有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，浪費(fèi)水，綜合各種傳統(tǒng)溝槽節(jié)水器的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)本設(shè)計(jì)要求及性能指標(biāo)，兼顧可行性和經(jīng)濟(jì)性等各種因素確定紅外線溝槽節(jié)水器組成部分，它由電源穩(wěn)壓部分，延時(shí)電路，放大電路，電壓比較器等幾部分組成。</p><p>　　2.4 什么叫重力傳感器</p><p>　　利用重力來(lái)進(jìn)行測(cè)

27、量的傳感器。任何物質(zhì)都有重力。重力傳感器測(cè)量時(shí)與被測(cè)物體直接接觸，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　重力傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路如圖2.1。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化

28、鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。 重力傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如······</p><p>　　圖 2.1 重力傳感器的外型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.5 特殊重力傳感器的原理特性</p>

29、<p>　　被動(dòng)紅外溝槽式節(jié)水器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)人體在檢測(cè)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化,并能使紅外溝槽式節(jié)水器發(fā)出信號(hào),從而完成放水功能。</p><p>　　第三章 直流電源電路</p><p>　　3.1 直流電源的概述</p><p>　　電子設(shè)備都需要穩(wěn)壓的直流電源供電，直流電源可以由干電池和直流發(fā)電機(jī)提供，但一般情況下都采用有交流電網(wǎng)供電，經(jīng)

30、“整流”“濾波”“穩(wěn)壓”后獲得，本章著重介紹單相橋式整流電路，電容濾波電路，集成穩(wěn)壓器的原理和應(yīng)用。</p><p><b>　　3.2整流電路</b></p><p>　　3.2.1整流電路的組成</p><p>　　整流電路的形式有半波整流電路，全波整流電路，橋式整流電路。其中橋式整流電路應(yīng)用最為廣泛，單相橋式整流電路如圖3.1所示，由4只

31、整流二極管連接成橋式。</p><p>　　圖3.1 整流電路</p><p>　　3.2.2整流電路的工作原理</p><p>　　設(shè)整流變壓器次級(jí)繞組電壓為，當(dāng)為正半周時(shí)，45度方向上的兩個(gè)二極管導(dǎo)通,度方向上的兩個(gè)二極管截止,RL上輸出的電壓波形與的正半周波形相同。</p><p>　　當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，-45度方向上的兩個(gè)二極管導(dǎo)通，4

32、5度方向上的兩個(gè)二極管截止，RL上輸出的電壓波形是的負(fù)半周波形倒相。所以無(wú)論是正半周還是負(fù)半周，流過(guò)RL的電流，方向是一致的。</p><p>　　3.2.3整流電路的參數(shù)的估算</p><p>　　單相橋式整流電路輸出直流電壓UL為在交流電壓一個(gè)周期內(nèi)的平均值，則</p><p>　?。╱2為整流變壓器次級(jí)繞組電壓有效值）</p><p>

33、<b>　　3.3濾波電路</b></p><p>　　3.3.1濾波電路的組成</p><p>　　在整流電路之后，需要加濾波電路，盡量減小輸出電壓中的交流分量，使之</p><p>　　接近理想的直流電壓。</p><p>　　濾波電路的主要元件是電感和電容，利用它可以構(gòu)成電容濾波電路，電感濾波電路，電感電容T型濾波

34、電路和π型濾波電路等，其中電容濾波電路最為常用</p><p>　　，電容濾波電路圖如圖3.2所示，圖中濾波電容并接在負(fù)載兩端。</p><p>　　圖3.2 整流濾波電路原理</p><p>　　3.3.2濾波電路工作原理</p><p>　　從信號(hào)角度分析，因橋式整流電路輸出電壓和電流都是正弦半波，可將它們按傅立葉級(jí)數(shù)分解成直流分量和

35、交流分量的疊加。因電容有隔直流的作用，所以電流中的直流分量全部流入負(fù)載電阻，而交流分量由電容和負(fù)載電阻分流，由于電容的容量特別大，即容抗足夠小，電流中的交流分量主要流過(guò)電容，濾波后負(fù)載上的交流分量比整流后要減少許多，輸出的直流電壓和電流變的更平穩(wěn)，更光滑。</p><p>　　3.3.3濾波電路參數(shù)估算</p><p>　　根據(jù)以上分析，單相橋式整流電容濾波電路的輸出直流電壓可由下式計(jì)算&

36、lt;/p><p>　　濾波電容器的電容容量通常取</p><p>　　式中T為電網(wǎng)交流電壓的周期。</p><p>　　3.4 三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　3.4.1三端集成穩(wěn)壓器的概述</p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也成了集成器件，他具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小巧，調(diào)試方便，運(yùn)行可靠性

37、強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛。集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式，輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式，固定式電壓輸出為標(biāo)準(zhǔn)值，可調(diào)式可通過(guò)外接元件在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。</p><p>　　3.4.2固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　固定輸出三端集成穩(wěn)壓器的三端指輸入端，輸出端及公共端3個(gè)引出端，封</p><p>　　裝形式有金屬封裝和塑料封裝

38、兩種，固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器W78XX和W79XX系列有7個(gè)品種，輸出電壓分別為最大輸出電流可達(dá)1.5A,公共端的靜態(tài)電流為8mA,型號(hào)后面的數(shù)字為輸出電壓值。例如W7805表示輸出電壓為,在根據(jù)穩(wěn)壓值選擇穩(wěn)壓器型號(hào)時(shí)要求</p><p>　　圖3.3 三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路</p><p>　　經(jīng)整流濾波后的電壓要高于三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓2—3V(輸出為負(fù)電壓是要低于2--

39、3 V)，但不宜過(guò)大。</p><p>　　3.4.3三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路</p><p>　　固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路如圖3.3所示，整流橋50伏2安培，或者用4個(gè)二極管1N4001搭建也可以。變壓器220伏變9伏-12伏-18伏-24伏的都可以。電容器C1=470微法50伏，C2=470微法50伏。三端穩(wěn)壓器LM7805或者***7805皆可。最大輸出電流1.5安

40、培。</p><p>　　圖中C1用以抑制過(guò)電壓,C2用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，C1，C2容量為0.1微法到幾個(gè)微法，安裝時(shí)兩電容應(yīng)直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。</p><p>　　3.5 5伏直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　3.5.1 5伏直流穩(wěn)壓電源的原理</p><p>　　220的交流電，通過(guò)8伏的變壓器降壓后加到4個(gè)整流二

41、極管的輸入端，從輸出端輸出，通過(guò)濾波電容加到三端集成穩(wěn)壓器上后，再通過(guò)一個(gè)電容輸出加到負(fù)載電阻上，就得到了5伏的直流電壓，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 5伏的直流電源原理圖</p><p>　　3.5.2 5伏直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇</p><p>　　電容：C1用2200uF,C2用0.1 uF，C3用100 uF，C4用0.1 uF&l

42、t;/p><p>　　整流二極管：IN4007型號(hào)</p><p>　　穩(wěn)壓塊：LM7805引腳圖和封裝圖如圖3.5，其中1腳輸入，3腳輸出，二腳接地。表3—1為L(zhǎng)M7805 集成電路的功能及數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖 3.5 LM7805引腳圖和封裝圖</p><p>　　表3—1 LM7805 集成電路的功能及數(shù)據(jù)</p&g

43、t;<p>　　第四章 放大電路簡(jiǎn)介</p><p>　　4.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介</p><p>　　集成運(yùn)算放大器即可做直流放大器，又可作交流放大器，其主要特征是電壓放大倍數(shù)高，輸入電阻大和輸出電阻小。由于集成運(yùn)算放大器具有體積小、重量輕、價(jià)格低、使用可靠、靈活方便。通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在檢測(cè)、自動(dòng)控制、信號(hào)產(chǎn)生于信號(hào)處理等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。</p>

44、<p>　　4.2 集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)</p><p>　　4.2.1 集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　集成運(yùn)算放大器是模擬集成電子電路中最重要的器件之一。近幾年來(lái)得到了迅速的發(fā)展，它的種類、型號(hào)眾多，但其基本結(jié)構(gòu)歸納起來(lái)通常由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏值電路4部分組成，如圖所示。</p><p><b>　　

45、1、輸入級(jí) </b></p><p>　　輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其輸入電阻高，為了能減小零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào)，輸入級(jí)都采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路，也稱差動(dòng)輸入級(jí)。 </p><p><b>　　2、中間級(jí)</b></p><p>　　中間級(jí)的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，故而也稱電壓放大級(jí)。要求中

46、間級(jí)本身具有較高的電壓增益。</p><p><b>　　3、輸出級(jí)</b></p><p>　　輸出級(jí)的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要，同時(shí)還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻，以起到將放大級(jí)和負(fù)載隔離的作用。</p><p><b>　　偏置電路</b></p><p>　　偏置電路

47、的作用是為各級(jí)提供合適的工作電流，一般由恒流源電路組成。</p><p>　　4.2.2 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路是很復(fù)雜的，但從使用的角度來(lái)說(shuō)，可將它視為一個(gè)完整獨(dú)立的電子器件。</p><p>　　每一組運(yùn)算放大器可用如圖4.1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”

48、為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。</p><p>　　圖 4.1集成運(yùn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端輸入方式有3種：如圖5.2，從“—”端輸入（u）稱反相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位

49、相反；從“+”端輸入（u+）稱同相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相同；從“—”、“+”兩個(gè)端輸入稱差分輸出，輸出電壓與差分輸入電壓相位相反。</p><p>　　4.3 集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和引腳功能</p><p>　　LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，如圖4.2所示。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1．5V

50、～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。</p><p>　　4.4 集成運(yùn)算放大器的型號(hào)簡(jiǎn)介</p><p>　　LM124、LM 224和LM 324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。LM 124是軍品； LM 224為工業(yè)品；而LM 324為民品。</p><

51、;p>　　圖 4.2 LM 324引腳圖</p><p>　　由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此他被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。</p><p>　　4.5 集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義</p><p>　　集成運(yùn)算放大器的性可用一些參數(shù)來(lái)表示，為了合理地選用和正確地使用運(yùn)放，必須了解各主要參數(shù)的意

52、義，LM324各引腳的輸出電壓見(jiàn)表4.1</p><p>　　表 4-1 LM324各引腳的輸出電壓</p><p>　　1、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo</p><p>　　在沒(méi)有外接反饋電路時(shí)測(cè)出的差模電壓放大倍數(shù)，稱為開(kāi)懷差模電壓放大倍數(shù)。Auo越高，運(yùn)放的精度越高，性能較好的運(yùn)放，其 Auo可達(dá)140dB</p><p>　　2、開(kāi)

53、環(huán)輸入電阻Rid</p><p>　　指運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)時(shí)，輸入電壓的變化與由它引起輸入電流的變化之比，即從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的動(dòng)態(tài)電阻，Rid越大，表明那個(gè)運(yùn)算放大器由差模信號(hào)源輸入的電流就越小，精度越高.</p><p>　　3、開(kāi)環(huán)輸出電阻Ro</p><p>　　指預(yù)算放大器輸出級(jí)的輸出電阻。Ro越小，運(yùn)算放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)。</p><p

54、>　　4、輸入失調(diào)電壓Uio</p><p>　　一個(gè)理想的集成運(yùn)放，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，靜態(tài)輸出電壓也應(yīng)為零。但實(shí)際上，由于制造中元件參數(shù)不可能做到完全對(duì)稱，故當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，存在一定的靜態(tài)輸出電壓。為使靜態(tài)輸出電壓為零，設(shè)想在輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，它就是輸入失調(diào)電壓Uio，Uio越大，說(shuō)明電路的對(duì)稱程度越差，Uio一般在幾毫伏以下。</p><p><b>　　5

55、、最大輸出電壓</b></p><p>　　能使輸出電壓和輸入電壓失真不超過(guò)允許值時(shí)的最大輸出電壓，陳運(yùn)算放大器的最大輸出電壓，一般用峰峰值表示，有時(shí)也稱為動(dòng)態(tài)輸出范圍，其值不可能超出電源電壓值。</p><p><b>　　第五章 延時(shí)電路</b></p><p>　　5.1 電容充放電計(jì)算公式</p><p

56、>　　設(shè) V0 為電容上的初始電壓值；</p><p>　　V1 為電容最終可充到或放到的電壓值；</p><p>　　Vt 為t時(shí)刻電容上的電壓值。</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　或：</b></p><p>　　例如，電壓為E

57、的電池通過(guò)R向初值為0的電容C充電</p><p>　　V0=0，V1=E，故充到t時(shí)刻電容上的電壓為：</p><p>　　再如，初始電壓為E的電容C通過(guò)R放電</p><p>　　V0=E，V1=0，故放到t時(shí)刻電容上的電壓為：</p><p>　　又如，初值為1/3Vcc的電容C通過(guò)R充電，充電終值為</p><p&

58、gt;　　Vcc，問(wèn)充到2/3Vcc需要的時(shí)間是多少？</p><p><b>　　，故</b></p><p>　　注：以上exp()表示以e為底的指數(shù)函數(shù)；Ln()是e為底的對(duì)數(shù)函數(shù) 。</p><p>　　5.2 CD4011的引腳圖及參數(shù)</p><p><b>　　引腳圖，如圖5.1</b&g

59、t;</p><p>　　功能：四2輸入與非門</p><p>　　電源電壓范圍：3V~15V</p><p>　　功耗：700mW（普通封裝）；</p><p>　　500mW（小外形封裝）</p><p><b>　　工作溫度范圍：</b></p><p>　　CD4

60、011BM -55℃~+125℃</p><p>　　CD4011BC -40℃~+85℃ </p><p>　　圖5.1 CD4011引腳圖</p><p>　　5.3 延時(shí)電路的工作原理 </p><p>　　放大的高電平信號(hào)送到D1的2腳(圖5.2)，與非門(

61、D1)的兩腳都是高電（值</p><p>　　為1）時(shí)，在3腳輸出低電平（值為0）。(2)D1的3腳輸出低電平（值為0）信號(hào)同時(shí)輸入與非門(D2)的5．6兩腳，D2的輸出端4腳會(huì)輸出高電平（值為1）</p><p>　　經(jīng)二極管進(jìn)入延時(shí)控制電路。給C3充電，充滿電后經(jīng)R8放電。高電平間t=2πR8C3，改變R8或C3的值，可改變延時(shí)時(shí)間。</p><p>　　圖 5

62、.2延時(shí)控制電路</p><p>　　高電平信號(hào)再經(jīng)與非門(D3．D4)兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形，從11腿輸出還是高電平信號(hào)。(3)D4的11腿輸出高電平信號(hào)使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；c3充滿電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(D3、D4)輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，完成一次完整的電子開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程。</p><p><b>　　5

63、.4 晶閘管</b></p><p>　　晶閘管也稱作可控硅（如圖5.3），它是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成的元件，有三個(gè)電極，陽(yáng)極A，陰極K和控制極G?？煽毓柙陔娐分心軌?qū)崿F(xiàn)交流電的無(wú)觸點(diǎn)控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時(shí)有火產(chǎn)生，而且動(dòng)作快,壽命長(zhǎng)、可靠性好; 調(diào)速、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)溫以及其他各種控制電路中都有它的身影。 　　</p><p>　　圖5.3

64、 晶閘管的符號(hào)及引腳圖</p><p>　　可控硅分為單向的和雙向的，符號(hào)也不同。單向可控硅有三個(gè)PN結(jié)，由最外層的P極和N極引出兩個(gè)電極，分別稱為陽(yáng)極和陰極，由中間的P極引出一個(gè)控制極。</p><p>　　單向可控硅有其獨(dú)特的特性：當(dāng)陽(yáng)極接反向電壓，或者陽(yáng)極接正向電壓但控制極不加電壓時(shí)，它都不導(dǎo)通，而陽(yáng)極和控制極同時(shí)接正向電壓時(shí)，它就會(huì)變成導(dǎo)通狀態(tài)。一旦導(dǎo)通，控制電壓便失去了對(duì)它的

65、控制作用，不論有沒(méi)有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。要想關(guān)斷，只有把陽(yáng)極電壓降低到某一臨界值或者反向。雙向可控硅的引腳多數(shù)是按T1、T2、G的順序從左至右排列（電極引腳向下，面對(duì)有字符的一面時(shí)）。加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時(shí)間改變時(shí)，就能改變其導(dǎo)通電流的大小。與單向可控硅的區(qū)別是，雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時(shí)，其導(dǎo)通方向就隨著極性的變化而改變，從 而能夠控制交流電負(fù)載。而單向可控硅經(jīng)觸發(fā)后只能從陽(yáng)極

66、向陰極單方向?qū)ǎ钥煽毓栌袉坞p向之分。 第六章 紅外溝槽式節(jié)水器</p><p>　　6.1 紅外溝槽式節(jié)水器工作原理</p><p>　　紅外溝槽式節(jié)水器工作原理如圖6.1所示，原理圖見(jiàn)附錄1</p><p>　　圖6.1紅外溝槽式節(jié)水器工作原理</p><p>　　當(dāng)人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡

67、被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測(cè)元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號(hào)，然后使該信號(hào)先通過(guò)一個(gè)由C1?C2?R1?R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱(通常僅有1mV左右)，而且是一個(gè)變化的信號(hào)，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定，通常為0.1~10Hz左右)，所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)

68、進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324來(lái)進(jìn)行兩級(jí)放大，以使其獲得足夠的增益。</p><p>　　當(dāng)傳感器探測(cè)到人體輻射的紅外線信號(hào)并經(jīng)放大后送給窗口比較器時(shí)，若信號(hào)幅度超過(guò)窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號(hào)；無(wú)異常情況時(shí)則輸出低電平信號(hào)。在該比較器中,R9?R10?R11用做參考電壓,兩個(gè)運(yùn)算放大器用做比較，兩個(gè)二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定。窗口比較器的上下限電壓即參考電壓分別為3.8V和1.2V

69、。將這個(gè)高低電平變化的信號(hào)上升沿信號(hào)作為延時(shí)電路觸發(fā)信號(hào)，并讓其輸出一個(gè)脈寬大約為10s的高電平信號(hào)。再用這一脈寬信號(hào)作為晶閘管輸入控制信號(hào)，來(lái)使電路產(chǎn)生10s的信號(hào)，用來(lái)控制電磁閥，從而對(duì)放水時(shí)間進(jìn)行控制。</p><p>　　6.2 電磁閥的分類</p><p>　　縱觀國(guó)內(nèi)外電磁閥，到目前為止，從動(dòng)作方式上可分為三大類即：直動(dòng)式、反沖式、先導(dǎo)式，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同以及原理上

70、的區(qū)別反沖式又可分為：膜片式反沖電磁閥、活塞式反沖電磁閥；先導(dǎo)式又可分為：先導(dǎo)式膜片電磁閥、先導(dǎo)式活塞電磁閥；從閥座及密封材料上分又可分為：軟密封電磁閥、鋼性密封電磁閥、半鋼性密封電磁閥。電磁閥分為常閉和常開(kāi)二種；一般選用常閉型，通電打開(kāi)，斷電關(guān)閉；但在開(kāi)啟時(shí)間很長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開(kāi)型了。</p><p>　　6.3 電磁閥的原理及特點(diǎn)</p><p>　　一、直動(dòng)式電磁閥原理：常閉

71、型直動(dòng)式電磁閥通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁吸力把閥芯提起，使關(guān)閉件離遠(yuǎn)開(kāi)閥座密封副打開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，靠彈簧力把關(guān)閉元件壓在閥座上閥門關(guān)閉。（常開(kāi)型與此相反）特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓差時(shí)能正常工作，DN50以下可任意安裝，但電磁頭體積較大。</p><p>　　二、反沖型電磁閥原理：它的原理是一種直動(dòng)和先導(dǎo)相結(jié)合，通電時(shí)，電磁閥先將輔閥打開(kāi)，主閥下腔壓力大于上腔壓力而利用壓差及電磁閥的同時(shí)作用把閥門開(kāi)啟；斷電時(shí)

72、，輔閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)便閥門關(guān)閉。特點(diǎn)：在零壓差或高壓時(shí)也能可靠工作，但功率及體積較大，要求豎直安裝。</p><p>　　三、先導(dǎo)式電磁閥原理：通電時(shí)，電磁力驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)閥打開(kāi)先導(dǎo)閥，主閥上腔壓力迅速下降，在主閥上下腔內(nèi)形成壓差，依靠介質(zhì)壓力推動(dòng)主閥關(guān)閉件上移，閥門開(kāi)啟；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)閥關(guān)閉，入口介質(zhì)壓力通過(guò)先導(dǎo)孔迅速進(jìn)入主閥上腔在上腔內(nèi)形成壓差，從而使主閥關(guān)閉。特點(diǎn)：體積小，功率低，

73、但介質(zhì)壓差范圍受限，必須滿足壓差條件。</p><p>　　第七章 控制電路的調(diào)試</p><p>　　7.1 直流電源的調(diào)試 </p><p>　　將直流電源電路在萬(wàn)能板上焊好后，將變壓器接在整流二極管上，用萬(wàn)用表的直流十伏擋測(cè)試電路的正負(fù)極之間有無(wú)5伏的電壓。</p><p>　　注意：對(duì)LM7805進(jìn)行焊接時(shí)，小心不要是三個(gè)引腳之

74、間短路。</p><p>　　7.2 放大電路的調(diào)試</p><p>　　將放大電路在萬(wàn)能板上焊好后，先用萬(wàn)用表檢查，看芯片LM324的4腳和 11腳和干才調(diào)試好的電源的正負(fù)極是否相通，然后將伏的電加到芯片上，再在 C6的正極上加一個(gè)干擾信號(hào)，在VD5,VD6（如圖附錄一）的負(fù)極上用萬(wàn)用表測(cè)試，看有無(wú)信號(hào)輸出。</p><p>　　7.3延時(shí)電路的調(diào)試</p

75、><p>　　在可控硅的位置上放上一個(gè)發(fā)光二極管，將調(diào)試好的5伏電源加到CD4011芯片上,在芯片的1腳上加上高電平，在2腳上也加上一個(gè)高電平，看發(fā)光二極管是否發(fā)光并延時(shí)。</p><p>　　7.4 整機(jī)電路的調(diào)試</p><p>　　上述電路都調(diào)試好后，將各電路連接成一個(gè)整體，裝上紅外線傳感器看電路是否正常工作。</p><p><b

76、>　　總 結(jié)</b></p><p>　　紅外線傳感器以其獨(dú)特的性能，開(kāi)拓了無(wú)接觸探測(cè)的應(yīng)用，由于它的工作幾乎不受周圍環(huán)境因素的影響，用紅外線傳感器探測(cè)是否有人，作為集水箱注水的觸發(fā)控制信號(hào)是非常實(shí)用的，它的應(yīng)用將為常流不息的水流加上一把智能鎖，真正實(shí)現(xiàn)“開(kāi)源節(jié)流”。本智能化控制注水的方式，達(dá)到在人使用時(shí)沖洗，無(wú)人使用時(shí)，進(jìn)水閥自閉進(jìn)水。在確保環(huán)境衛(wèi)生效果良好前提下，可節(jié)水70%以上，從而達(dá)到較

77、好的節(jié)水目的。并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在停電時(shí)正常使用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益</p><p><b>　　和社會(huì)效益。</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[3] 趙繼文.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.</p><p>　　[4] 唐長(zhǎng)文.《通信系統(tǒng)

78、混合信號(hào)VLSI 設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告：“全差分運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)” .2003 年12 月</p><p>　　[5] 林長(zhǎng)貴.羅晉生;共源共柵CMOS運(yùn)算放大器的分析與設(shè)計(jì)[J];微電子學(xué);1990年04期</p><p>　　[6] 賈政亞;低壓微功耗CMOS運(yùn)算放大器的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2005</p><p>　　[7] TI運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 [J

79、].國(guó)外電子元器件;1997年11期</p><p>　　[8] 林剛．LM317型集成穩(wěn)壓電路的正確使用[N].電子報(bào)，1998-7-19（9）.</p><p>　　[9] 傅曉林 主編.吳培明 副主編.  模擬電子技術(shù)。 重慶：重慶大學(xué)出版社。</p><p>　　[10] 李銀華.《電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)》.北京：航空航天大學(xué)出版社.2005.6。<