專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)-紅外線控制自動水龍頭的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　湖南文理學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱：紅外感應(yīng)自動水龍頭設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)班級： 通信12101班 學(xué)號 （13）</p><p>　　學(xué)生姓名： 張瑤 </p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師： 李文圣老師</p><p>　　完成時(shí)間： 2015年 6 月 23日</p><p><b>　　報(bào)告成績：</b></p><p><b>　　紅</b></p><p><b>　　外</b></p><p>

3、<b>　　感</b></p><p><b>　　應(yīng)</b></p><p><b>　　自</b></p><p><b>　　動</b></p><p><b>　　水</b></p><p><b

4、>　　龍</b></p><p><b>　　頭</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論…………………………………………………………………………1</p>

5、<p>　　第二章 元器件方案…………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 傳感器………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1.1 CCD圖像傳感器……………………………………………………2</p><p>　　2.1.2 電容式傳感器………………………………………………………2&

6、lt;/p><p>　　2.1.3 超聲波傳感器………………………………………………………3</p><p>　　2.1.4 光電傳感器…………………………………………………………3</p><p>　　2.2 發(fā)光二極管（LED）………………………………………………………4</p><p>　　2.3 接收管………………………………………………

7、………………………5</p><p>　　第三章 紅外線控制自動水龍頭設(shè)計(jì)………………………………………………7</p><p>　　3.1 水龍頭的構(gòu)成及傳感器控制………………………………………………7</p><p>　　3.2 系統(tǒng)組成方框圖……………………………………………………………7</p><p>　　3.3 紅外反射式光電傳感

8、器特性與工作原理…………………………………8</p><p>　　3.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理………………………………………9</p><p>　　3.4.1 紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成………………………………9</p><p>　　3.4.2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖…………………………………9</p><p>　　3.4

9、.3 紅外線水龍頭控制電路工作原理…………………………………9</p><p>　　3.5 單元電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………9</p><p>　　3.5.1 +5v的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)…………………………………………9</p><p>　　3.5.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)………………………………………………10</p><

10、p>　　3.5.3 紅外接受控制電路的設(shè)計(jì)………………………………………10</p><p>　　3.5.4電壓放大電路的設(shè)計(jì)……………………………………………12</p><p>　　3.5.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計(jì)………………………………………………13</p><p>　　3.5.6 三端穩(wěn)壓器………………………………………………………15</p>

11、<p>　　3.5.7 LM567調(diào)制傳感器…………………………………………………15</p><p>　　元器件清單…………………………………………………………………………18</p><p>　　心得體會……………………………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………

12、……20</p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………21</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程

13、度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。</p><p>　　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。它可在強(qiáng)光下工作，給人們的生活帶來了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，其廣泛用于家庭、商場、工廠、學(xué)校、餐廳等場所。而且大大地?cái)U(kuò)展了原先水龍頭的功能。因此，研

14、究紅外線控制自動水龍頭及其應(yīng)用，有著非常重要的意義。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是一種以紅外線自動控制的水龍頭。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(shí)，自動產(chǎn)生控制信號繼電器動作，使電磁閥得電吸合從而自動放水。</p><p>　　本設(shè)計(jì)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。<

15、;/p><p><b>　　第二章 元器件方案</b></p><p><b>　　2.1 傳感器</b></p><p>　　目前市場上常用的傳感器有CCD圖像傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器四種。</p><p>　　2.1.1 CCD圖像傳感器</p><p>

16、;　　這種傳感器可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器。</p><

17、p>　　CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD通常將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，每組稱為一相，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。所需相數(shù)由CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的CCD可滿足不同場合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區(qū)是MOS電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對較簡單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像。面陣C

18、CD的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣，并以一定的形式連接成一個(gè)器件，獲取信息量大，能處理復(fù)雜的圖像。</p><p>　　2.1.2 電容式傳感器</p><p>　　它是一種把被測的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。若忽略邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為εA／δ，式

19、中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,δ為兩電極之間的距離。δ、A、ε 三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜，靈敏度高,過載能

20、力強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)特性好和對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。缺點(diǎn)是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。70年代末以來,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ?lt;/p><p>　　2.1.3 超聲波傳感器</p>

21、<p>　　超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)

22、學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。</p><p>　　2.1.4 光電傳感器</p><p>　　光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的

23、器件。它包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的光電傳感器可以分為漫反射型、反射型、對射型、槽型、光纖傳感器、色標(biāo)傳感器、光通訊、激光測距、光柵、防爆/隔爆型等十種。它的特長有以下七點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）檢測距離長</b></p><p>　　如果在對

24、射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無法離檢測。</p><p>　　（2）對檢測物體的限制少</p><p>　　由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定 在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。</p><p><b>　　（3）響應(yīng)時(shí)間短</b>

25、</p><p>　　光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。 </p><p><b>　?。?）分辨率高</b></p><p>　　能通過高級設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 </p>&

26、lt;p>　?。?）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測</p><p>　　可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。 </p><p>　?。?）可實(shí)現(xiàn)顏色判別</p><p>　　通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。 &l

27、t;/p><p><b>　　（7）便于調(diào)整</b></p><p>　　在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　因此,光電式傳感器在檢測和控制中得到廣泛的應(yīng)用。通過幾種傳感器的辯證比較，我選擇了第四種——光電傳感器，并采用其中的反射式光電傳感器來作為我設(shè)計(jì)的核心元件。</p>

28、<p>　　2.2 發(fā)光二極管（LED）</p><p>　　做傳感器的LED要求亮度高，顏色合適，光斑形狀合適。為了防止LED損壞，應(yīng)該注意：（1）LED的伏安特性曲線很陡，測試和使用時(shí)一定要串聯(lián)電阻限制電流。（2）氮化鎵材料的高亮度LED容易被反向電壓、靜電或電源尖峰擊穿損壞，電源電壓較高時(shí)不可反饋。</p><p>　　不同的管子允許的工作電流不同，紅外的平均電流最大可以用

29、到100毫安，用作調(diào)制時(shí)幾十微妙的窄脈沖峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持續(xù)最大電流20毫安，一般低亮度的管子要小一些，工作電流的限制一是發(fā)熱限制平均電流，二是高電流下亮度飽和限制峰值電流，有些管子電流大了之后還會變色。</p><p>　　常用的LED有紅外，紅，橙，黃，黃綠，純綠，藍(lán)，紫，白等顏色，作為成品銷售的“變色LED”是在一個(gè)管殼里封裝了多個(gè)不同顏色的LED，紅，綠，藍(lán)三色的LED非常適合

30、作顏色傳感器的照明。紅外線LED配合紅外接收管抗干擾能力強(qiáng)，但是不適合用于識別顏色，因?yàn)槲矬w在可見光下的顏色不能很好的代表它對于紅外線的反射率。</p><p>　　LED發(fā)光的原理是半導(dǎo)體PN結(jié)中的電子與空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生光子，不同的材料由于能帶寬度不同，導(dǎo)致發(fā)光顏色和導(dǎo)通電壓不同。另外，不同材料的發(fā)光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=發(fā)射的光子數(shù)/流過的電子數(shù)）也有較大的差別（見表2-1）。</p>

31、<p>　　表2-1 常用LED的參數(shù)比較</p><p><b>　　2.3 接收管</b></p><p>　　常用的接收管有硅光電二極管，硅光電三極管，光敏電阻三種。光電二極管產(chǎn)生的電流小，需要高倍放大，但是速度很高，可以高頻調(diào)制，在遮光狀態(tài)下的特性類似普通二極管，使用時(shí)加反向電壓，輸出與光照強(qiáng)度近似成正比的光電流。光電三極管一般基極不引出，只有兩

32、根管腳，購買的時(shí)候叫作光敏管。光電三極管產(chǎn)生的電流較大，無需前置高倍放大，但是速度較低，調(diào)制頻率低于100KHz。遮光狀態(tài)下正反向電阻都很大，用強(qiáng)光照射，可以測出一個(gè)方向的電阻明顯變小，這個(gè)方向是正向，使用時(shí)加正向電壓＞1V，輸出與光照強(qiáng)度近似成正比的光電流。</p><p>　　這些光電接收管的外殼有無色透明和黑色兩種，黑色管殼幾乎只透過紅外光，與紅外發(fā)光管配套使用。</p><p>　

33、　光敏電阻的電特性是電阻而不是恒流，受到光照后電阻值大幅度減小，輸出電流也較大，數(shù)量級類似光電三極管。工作頻率一般較低，但也有高的。在使用上最重要的區(qū)別于光敏電阻接收光照的是一個(gè)平面，沒有管殼聚光，方向性差，一般用在不區(qū)分光照方向或者要降低成本的電路里。</p><p><b>　　接收管的光譜特性：</b></p><p>　　光電二極管，光電三極管都是半導(dǎo)體PN結(jié)

34、光電元件，靠內(nèi)光電效應(yīng)接收光線，因此入射光子能量超過材料能帶寬度才能接收，表現(xiàn)在它的光譜。靈敏度特性在長波方向有一個(gè)陡的截止。在短波方向如果波長太短，靈敏度也會下降。一般的硅管最適合用在紅外到紅黃光范圍內(nèi)，但是可以一直用到近紫外。</p><p>　　另類的應(yīng)用，用發(fā)光二極管當(dāng)充電二極管，它的材料能帶較寬，只接收短波的可見光。理論上可以用于識別顏色。</p><p>　　某些光敏電阻對于可

35、見光中間部分的靈敏度較高。加裝濾色片可以方便的改變管子的光譜特性，以制造各種顏色傳感器。</p><p>　　第三章 紅外控制自動水龍頭設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 水龍頭的構(gòu)成及傳感器控制</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管來完成。當(dāng)有物體靠近時(shí)，一部份紅外光被發(fā)射到接收管。反射式紅外傳感器（

36、如圖3-1所示）。</p><p>　　圖3-1 反射式紅外傳感器</p><p>　　反射式光電傳感器可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。我設(shè)計(jì)的紅外線控制自動水龍頭就運(yùn)用了它這個(gè)特點(diǎn)。光譜范圍，靈敏度，抗干擾能力，輸出特性等都是反射式光電傳感器的重要參數(shù)。這種光電傳感器的基本原理是，當(dāng)人或有物體接近時(shí)，遮擋了紅外光，光敏元件接收到光信號，從而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電磁

37、閥作用，使水源打開。紅外線控制自動水龍頭的控制過程是：當(dāng)人或物體靠近自動水龍頭時(shí)，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體反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(shí)，接收光電管接收不到反射光信號，驅(qū)動電路斷開電磁閥電源，從而關(guān)閉水源。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)組成方框圖</p>

38、;<p>　　紅外線自動控制水龍頭整個(gè)控制過程分為5個(gè)部分。系統(tǒng)組成方框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　3.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理</p><p>　　反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光發(fā)光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二

39、極管發(fā)出的光的頻率比較集中，傳感器只結(jié)合搜很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾，但價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射，同時(shí)又能被接收管接收到的范圍進(jìn)行檢測，然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測量，將會因?yàn)楦蓴_而產(chǎn)生錯(cuò)誤信號。采用對反射光強(qiáng)進(jìn)行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測量原理是將

40、發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送給紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號（如圖3-3所示）。</p><p>　　反射光強(qiáng)度的輸出信號電壓（Vout）是反射面與傳感器之間的距離（X）的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時(shí)，X與Vout的響應(yīng)曲線是非線性的（如圖3-4所示）。設(shè)定出電壓達(dá)到某一閥值時(shí)作為目標(biāo)，不同的目標(biāo)距離閥值，電壓是不同的。</p><p>　　圖3-3 紅外發(fā)射接收原理圖

41、 圖3-4 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線圖</p><p>　　3.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理</p><p>　　3.4.1 紅外線水龍頭控制電路系統(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)射二極管；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

42、）、繼電器K、電源電路等組成。</p><p>　　3.4.2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖</p><p><b>　　見附錄。</b></p><p>　　3.4.3 紅外線水龍頭控制電路工作原理</p><p>　　工作原理：發(fā)射電路中，多諧振蕩器由IC（555）和R0.R1和C7等組成。其振蕩頻率為f=1.44/

43、（R0+2R1）C7，振蕩輸出信號驅(qū)動TLN104型的LED1~LED3工作，從而產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)制波。接收電路中紅外接受頭D1.D2與發(fā)射中的發(fā)射管相匹配，采用TLN104型。紅外脈沖調(diào)制經(jīng)D1.D2接收管轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)C1藕合至LM741，再經(jīng)C2輸入到LM567的第3管腳，經(jīng)識別譯碼，使得中心頻率f=1/1.1R6C3與紅外調(diào)制頻率40KHZ一致，使第8管腳輸出為低電平，又經(jīng)反相后，驅(qū)動VT2導(dǎo)通，繼電器因控制有信號觸發(fā)而有交流輸

44、出。當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時(shí)，相應(yīng)的D1.D2因接收到光信號而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而使LM567因有信號輸入而在第8腳輸出為低點(diǎn)平，經(jīng)反相VT2導(dǎo)通，繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使水龍頭的電池閥動作，水源打開。</p><p>　　3.5 單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 +5v的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　電路為輸出電壓+5V，輸出電流1

45、.5A穩(wěn)壓電源。它的電壓變壓器B，橋式整流電路D1~D4，濾波電容C1.C3，防止自激電路C2、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 和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形式一個(gè)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

46、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)定性好的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源電路（如圖3-5所示）。</p><p>　　圖3-5 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　3.5.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　振蕩電路是一種不需要外接輸入信號就能將直流能源轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出的電路（如圖3-

47、6所示）。</p><p>　?。╝）電路圖 (b)工作波形</p><p>　　圖3-6 由定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　由于555內(nèi)部比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這時(shí)振蕩頻率受電源的溫度變化的影響較小。故只需通過調(diào)節(jié)R1的阻值來改變f來使其為1Hz的秒脈沖信號，作為閘門信號。</

48、p><p>　　3.5.3 紅外接受控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本電路是用小型一體化紅外接收/解調(diào)塊接受頭SFM506-38和鎖相環(huán)電路。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)。LM567、開關(guān)放大電路VT9013、固態(tài)繼電器TAC08、電磁閥構(gòu)成控制電路（如圖3-7所示）。</p><p>　　圖3-7 接收解調(diào)控制電

49、路</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。IC2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(gè)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)

50、工作電流為8mA。當(dāng)無人洗手時(shí)，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，水龍頭無自來水放出。當(dāng)手放到水龍頭下時(shí)，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(shí)LED發(fā)出綠光，指示水龍頭正工作于放水狀態(tài)。洗滌

51、完畢，手離開水龍頭后，停止放水。SFM506-38地內(nèi)部原理圖（如圖3-8所示）。</p><p>　　圖3-8 SFM506-38的內(nèi)部原理圖</p><p>　　3.5.4電壓放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電壓放大電路采用LM741集成運(yùn)算放大器，（如圖3-9所示）。LM741是高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器，功耗低，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

52、能力。</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（如圖3-10所示）。內(nèi)部原理圖（如圖3-11所示）。</p><p>　　圖3-9 LM741集成運(yùn)算放大器</p><p>　　圖3-10 LM741引腳功能圖</p>

53、<p>　　圖3-11 內(nèi)部原理圖</p><p>　　3.5.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計(jì)</p><p>　　音調(diào)譯碼器采用LM567鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)內(nèi)則包含一個(gè)電流控制振蕩器（CC0）、一個(gè)鑒相器和一個(gè)反饋濾波器。此音調(diào)解碼塊包含一個(gè)穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個(gè)晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時(shí)，即可產(chǎn)生一個(gè)接地方波。當(dāng)輸入信號于通帶內(nèi)時(shí)提供飽和晶體管對地開關(guān)，電路由I

54、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。</p><p>　　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(gè)低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個(gè)位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時(shí)，開關(guān)就接通。通用的LM567還可以用做可變波形發(fā)生器或通用鎖相

55、環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時(shí)，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。而且，輸出開關(guān)延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個(gè)寬時(shí)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(shí)電阻端，6腳為定時(shí)電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。LM

56、567的引腳功能圖（如圖3-12所示）。LM567的內(nèi)部原理圖（如圖3-13所示）。</p><p>　　圖3-12 LM567的引腳功能圖</p><p>　　圖3-13 LM567的內(nèi)部電路圖</p><p>　　3.5.6 三端穩(wěn)壓器</p><p>　　三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化，系列化的通用線性的穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小成本低性能好

57、，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（如圖3-14所示）：原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

58、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3-14 三端穩(wěn)壓器框圖</p><p>　　3.5.7 LM567調(diào)制傳感器</p><p>　　LM567是一種比較

59、廉價(jià)的音頻鎖相環(huán)集成電路，利用它可以構(gòu)造性能較好的反射式光電傳感器（如圖3-15所示）</p><p>　　由LM567的內(nèi)部振蕩器提供方波信號，點(diǎn)亮探頭的LED，由探頭的光敏管接收反射光。經(jīng)三極管放大，轉(zhuǎn)換成電壓信號后送到LM567的內(nèi)部鑒相器2同步調(diào)解，然后由LM567內(nèi)部的比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并聯(lián)負(fù)反饋放大電路有若穩(wěn)定的增益和低的輸入阻抗，能消除光敏管電容的影響，獲得良好的高頻特性。這個(gè)電路的缺點(diǎn)是當(dāng)多個(gè)探

60、頭同時(shí)使用時(shí)因?yàn)轭l率接近，一旦相鄰單元的光斑出現(xiàn)部分重合就會有干擾造成輸出抖動，另外567輸出鑒相器參考信號是從振蕩電容端引出的，與發(fā)射和接收信號幾乎是正交的，解調(diào)效率非常低，前級需要高倍放大。</p><p>　　為了解決上述多個(gè)探頭臨近的問題，在使用多組傳感器時(shí)，做了以下改動（如圖3-16所示）：</p><p>　　單獨(dú)用一個(gè)單元（圖中右邊的567）作振蕩，給其余四個(gè)單元（圖中只畫了

61、一個(gè)）提供同步的時(shí)鐘信號，消除了差拍問題。而且時(shí)鐘信號既接到振蕩電容端又用來控制輸出放大管點(diǎn)亮探頭照明的LED，使得參考信號與發(fā)射和接收信號的相差非常小，調(diào)節(jié)效率大大提高，最大探測距離有所增加。</p><p>　　圖3-16 LM567傳感器原理圖（一）</p><p>　　圖3-16 LM567傳感器原理圖（二）</p><p><b>　　元器件清單

62、</b></p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)我選做的是紅外自動控制水龍頭的設(shè)計(jì)，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)射二極管；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&

63、gt;　　通過這次對紅外線自動控制水龍頭的設(shè)計(jì)，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于水龍頭的原理與設(shè)計(jì)理念。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。除了學(xué)會了許多專業(yè)知識外，在遇到困難時(shí)，積極地去請教我的指導(dǎo)老師，我通過看現(xiàn)有的教材、去圖書館查閱資料、去網(wǎng)上搜索相關(guān)信息這些方式，不僅完成了課程設(shè)計(jì)，而且大大增強(qiáng)了我的自學(xué)能力和獨(dú)立能力。更重要的是，

64、我拓展了思路，開闊了視野，活躍了思想。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)不僅使我對相關(guān)專業(yè)知識有了更深的理解，而且還讓我認(rèn)識到了理論知識對工作實(shí)踐的重大意義，學(xué)會理論聯(lián)系實(shí)際。設(shè)計(jì)要求我們完全依靠自己的能力去學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，而不是像以往課程那樣一切由教材和老師安排。因此，它給了我更大的發(fā)揮空間。讓我發(fā)揮主觀能動性獨(dú)立的查閱資料、尋找數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并將理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，讓我懂得紅外線在生活中的廣泛應(yīng)用。通

65、過這次設(shè)計(jì)提高了我認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　總之，這次設(shè)計(jì)既是對我課程知識的考核，又是對我思考問題、解決問題能力的考核，設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、宋家友 《電子愛好者集成電子線路設(shè)計(jì)手冊》 福建科技技術(shù)出版社，2002。</p><

66、;p>　　2、傅勁松 《電子制作實(shí)例集錦》 福建科技技術(shù)出版社，2006。</p><p>　　3、金發(fā)慶 《傳感器技術(shù)應(yīng)用》 機(jī)械工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　4、廖先蕓 《電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)練》 高等教育出版社，2000。</p><p>　　5、孫梅升 《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 高等教育出版社，2003。</p><p&g

67、t;　　6、楊崇志，康博南 《電子愛好者之使用技術(shù)手冊》 福建科學(xué)技術(shù)出版社，2002。</p><p>　　7、沈任元，吳勇 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2007。</p><p>　　8、詹林 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008。</p><p>　　9、劉南平，白明 《電路分析》 人民郵電出版社，2007。</p>&l

68、t;p>　　10、呂國泰，吳項(xiàng) 《電子技術(shù)》 高等教育出版社，2006。</p><p>　　11、王成安，畢秀梅 《電子產(chǎn)品工藝與實(shí)訓(xùn)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2008。</p><p>　　12、李素珍，丁辛芳 《半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)》 高等教育出版社，2000。</p><p>　　13、馮民昌 《數(shù)字集成電路系統(tǒng)》（第二版） 中國鐵道出版社，2003。</p