課程設計---簡易自動干手電路

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題目 簡易自動干手電路 </p><p>　　專業(yè) 學號 姓名 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p&g

2、t;<p>　　1．閱讀相關科技文獻。</p><p>　　2．學習電子制圖軟件的使用。</p><p>　　3．學會整理和總結(jié)設計文檔報告。</p><p>　　4．學習如何查找器件手冊及相關參數(shù)。</p><p><b>　　技術要求</b></p><p>　　要求電路能夠通過

3、感應裝置，在人們需要干手時，自動打開加熱和吹風裝置。</p><p>　　要求電路在打開加熱和吹風裝置一段時間后，自動關斷開關。</p><p>　　要求電路能夠調(diào)節(jié)加熱和吹風裝置開關打開的時間。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6

4、月</p><p>　　2．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>　　3．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>　　4．李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月</p><p>　　5．康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003&l

5、t;/p><p>　　完 成 期 限： 2011年7月1日 </p><p>　　指導教師簽章： </p><p>　　專業(yè)負責人簽章： </p><p>　　2011 年 6月 23 日</p><p><b>　　簡

6、易自動干手電路</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動干手器是一種廣泛應用于洗手間的干手裝置，它采用紅外線控制的電子開關，當人們將手伸過去時，由于手對紅外線的反射會打開電吹風，人手離開時，電吹風又會自動關閉。</p><p>　　自動干手電路包括紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、時間延遲電路、自

7、動干手器開關電路和電源電路五部分組成。其中紅外線發(fā)射裝置是SE303紅外線發(fā)射器，時間延遲裝置為NE555定時器。當輸出端輸出低電平時，三極管T截止，沒有電流通過。繼電器與三極管的集電極相連，若有電流驅(qū)動，開關吸合，電磁闕通電，啟動電吹風工作；若沒有電流驅(qū)動，開關斷開，電磁闕不通電，電吹風不工作。同時在繼電器兩端并聯(lián)二極管用來實現(xiàn)保護，再加一個發(fā)光二極管用來顯示吹風機是否工作。</p><p>　　關鍵字 自動

8、干手電路/紅外線發(fā)射器/紅外線接收器/時間延遲電路/電源電路</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 方案介紹與論證 ……………………………………………4 </p><p>　　2 工作方案設計…………………………………………………5</p><p>　　2.1總體設計…………………………

9、………………………5</p><p>　　2.2 主要單元電路設計………………………………………6</p><p>　　2.2.1 紅外線發(fā)射電路……………………………………6</p><p>　　2.2.2 紅外接收電路………………………………………7</p><p>　　2.2.3 時間延遲電路………………………………………8</p

10、><p>　　2.2.4 吹風機開關電路……………………………………9</p><p>　　2.2.5 電源電路……………………………………………9</p><p>　　3 芯片簡介 ……………………………………………………11</p><p>　　3.1 NE555……………………………………………………11</p><p&

11、gt;　　4 總結(jié)與體會 …………………………………………………14</p><p>　　5 參考文獻 ……………………………………………………15</p><p>　　附錄一 元件清單 …………………………………………16</p><p>　　附錄二 工作原理圖 ………………………………………18</p><p><b&g

12、t;　　1 方案介紹與論證</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，電子開關自動將吹風機打開；當人手離開時有自動關閉吹風機。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>&

13、lt;p>　　紅外線自動干手電路由紅外線發(fā)射器、紅外線接收放大器和開關控制器組成。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。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(chǎn)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自動的可變電阻器進行調(diào)節(jié)。</p><p>

14、;<b>　　工作方案設計</b></p><p><b>　　2.1 總體設計</b></p><p>　　簡易自動干手器控制電路的總體框圖如圖（1），它由紅外線接收電路、紅外線發(fā)射電路、時間延遲電路、開關電路和電源電路五部分組成。再加上電吹風電路，就構成的完整的干手器。</p><p><b>　　圖1 總系

15、統(tǒng)框圖</b></p><p>　　紅外線發(fā)射電路的功能：</p><p>　　利用紅外線發(fā)光管發(fā)射脈沖，從而實現(xiàn)對人體的感應。</p><p>　　紅外線接收電路的功能：</p><p>　　利用光敏元件接收反射回來的光脈沖，并且把光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時放大該信號。</p><p><b>

16、;　　時間延遲電路功能：</b></p><p>　　利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實現(xiàn)對自動干手器開關打開時間的控制。</p><p>　　自動干手開關電路功能：</p><p>　　利用電磁閥作為自動干手器開關，控制吹風機運行。</p><p><b>　　電源電路功能：</b></p><p

17、>　　利用變壓器及穩(wěn)壓器將220v交流電變?yōu)?2v直流電為電路供電。</p><p>　　2.2 主要單元電路設計</p><p>　　2.2.1 紅外線發(fā)射電路</p><p>　　圖2 紅外線發(fā)射電路</p><p>　　圖（2）為紅外線發(fā)射電路。由555時基電路產(chǎn)生5KHz的頻率、占空比為1/3的方波信號，來驅(qū)動紅外線發(fā)光二極管S

18、E303，它由砷化鎵（GaAs）PN結(jié)構成。該電路的感應裝置一般要求不可見，采用紅外線發(fā)光二極管作為感應裝置滿足要求。</p><p>　　紅外線發(fā)光二極管正向電流不能超出其最大額定值。同時作為感應裝置則要求其具有較大的光輸出。因此可通過脈沖驅(qū)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集成單穩(wěn)態(tài)電路構成的多諧振蕩器組成。其電路運行包含兩個過程：首先

19、，利用直流電源經(jīng)電阻R1和R2對電容C1進行充電；然后，隨著V7,、V2電壓升高，當V7達到8v左右，NE555復位輸出端為低電平，使得C1經(jīng)電阻R2從NE555集成電路的DISCHG端的放電，當V7降低到4v時，觸發(fā)器被置位，輸出高電平，BJT截至，然后在C2再充電。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產(chǎn)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

20、.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>　　這樣就可以通過輸出電路端產(chǎn)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><b>　

21、　2.2.2 紅外</b></p><p>　　圖3 紅外線接收電路</p><p>　　由于紅外接受管接收到的信號非常微弱，后續(xù)電路無法繼續(xù)處理，因此必須對接收的信號進行放大，該電路是由電阻R5，R6 ，Q1，Q2 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)增加若干倍，放大效果更好，從而得到更合適的信號。R5和R6為放大電路

22、的集電極偏置電阻，C3,C4為放大電路耦合濾波電容。R4為放大電路反饋電阻，其功能是保證放大電路有一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和穩(wěn)定的輸出電壓V。</p><p>　　2.2.3 時間延遲電路及繼電器電路</p><p>　　圖4 時間延遲電路以及繼電器電路</p><p>　　圖（4）中的左邊為時間延遲電路，包括整流濾波電路和由NE555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路。由紅外線

23、接收電路輸出的電壓V首先經(jīng)過D5，D6，C5和R9進行整流和濾波，最后在NE555的TRIG端產(chǎn)生了觸發(fā)電平信號。右邊為控制吹風機的繼電器開關電路，具體功能如下：若前端電路接收到紅外線脈沖信號，經(jīng)過整流濾波在NE555的TRIG端產(chǎn)生一個低電平信號，由NE555集成電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路可知，輸出端V3為高電平，發(fā)光二極管D7變亮，信號經(jīng)三極管放大后，開關吸合，電磁閥通電，并能保持一段時間，延遲時間T=1.1RC，由可變電阻R0和電容C6

24、的數(shù)值決定，通過調(diào)節(jié)可變電阻R0的大小來改變延遲時間的長短，從而適應不同的場合；若前端電路沒有接收到紅外線脈沖信號，則NE555輸出端V3為低電平，D7不亮，三極管T1截止，開關不能吸合，電磁閥不通電。圖中并聯(lián)在繼電器兩端的二極管D8起保護電路作用，可防止繼電器在斷電時產(chǎn)生高壓，R10為限流電阻，防止電流過大燒毀三極管，D7是否發(fā)光可用來顯示吹風機是否工作。</p><p>　　2.2.4 吹風機開關電路<

25、/p><p>　　圖5 吹風機開關電路</p><p>　　圖5 功能說明：S1是總開關，K1即為圖4中的開關K1,S2開關閉合，吹風機吹出熱風，S2斷開，吹風機吹出冷風,電源接220v交流電。</p><p>　　2.2.5 電源電路</p><p>　　電源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

26、電池的指標參數(shù)與電路相匹配;</p><p>　　第二種方法采用如圖6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)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電通過7812轉(zhuǎn)換為+12V直流電壓（為繼電器和NE555供電）。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C5整流電路，C7,C8和C9，C10濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。</p><p>

27、;<b>　　圖6 電源電路</b></p><p>　　最后將各模塊組合在一起，即可構成自動干手器電路的原理圖。</p><p><b>　　芯片簡介</b></p><p>　　3.1 NE555簡介</p><p><b>　　3.1.1概述</b></p>

28、<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(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。</p><p><b>　　3.1.2 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

29、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><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

30、><p>　　3.1.3 NE555引腳位配置說明下</p><p>　　圖7 內(nèi)部電路及引腳圖</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 。 </p&g

31、t;<p>　　Pin 3 -當時間周期開始時，555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)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 -這個接腳準許由外

32、部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當定時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)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，對地

33、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3-6 mA</p><p>　　輸出電流225mA (max) </p&g

34、t;<p>　　上升/下降時間100 ns</p><p>　　3.1.4 NE555的相關應用</p><p>　　NE555的作用范圍很廣，但一般多應用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Monostable Mutlivibrator）及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Astable Multivibrator)。施密特觸發(fā)器等。</p><p><b>　　總結(jié)與

35、體會</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　自動干手器電路是由發(fā)射電路、紅外接收電路、譯碼電路、觸發(fā)和繼電控制風機電路等組成。該產(chǎn)品可用于醫(yī)院、食堂、公廁等公共場合，當有人洗手時，該電路會自動開啟并關斷，使用安全可靠、清潔衛(wèi)生。</p><p>　　自動干手器主要的組成部分就是555定時器電路。根據(jù)5

36、55強大的功能可以制造出多種產(chǎn)品，干手器只是其中的一種。在《數(shù)字電子技術基礎》之中我們已經(jīng)學習了555定時器，但是只是限于理論知識，沒有把它應用到實際之中，通過這次對自動干手器的讓我對555定時器又有了更新的認識，同時我也對紅外線有了新的了解，知道了紅外線遙控的大體內(nèi)容和原理。</p><p><b>　　體會</b></p><p>　　通過這次的課程設計，我對直流

37、穩(wěn)壓電源有了更深刻的認識，尤其是對電路的原理的理解，各元器件功能，特性的認識，當然在設計的過程中，我也遇到了很多困難，看著任務書，看看教材，關于這個題目，我只是見過用過，知道里邊好象有紅外線接收器，其他的別無所知，不知從何入手，于是我就到圖書館電子資源里查了寫相關文獻，在網(wǎng)上也搜了些相關資料，終于有了眉目。然而，我們專業(yè)根本就沒學過畫電子圖的軟件，而此次課程設計必須用到那個軟件，那也只能自學了，去圖書館找了本protel 99SE的教程

38、，了解差不多了，畫圖就不成問題了。最后在對原理有了一個整體的認識后，作出了初步的原理圖，然后經(jīng)過反復的調(diào)試后，逐步修改，盡量使其性能達到完美。這個過程我收獲最大，使自己的實驗理論與實踐相結(jié)合的能力有了進一步的提高?？傊?，這次設計使我受益匪淺，也讓我對以后的學習與實踐自信滿滿。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江

39、大學出版社，2001，6</p><p>　　姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001，10</p><p>　　王澄非，電路與數(shù)字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999，10</p><p>　　康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003</p><p>　　李銀華 電子線路設計指導 北京航天航空大學出版社 2005.6