毕业设计（论文）-基于红外收发信号的自动洗手器系统.doc

摘 要本文设计的红外自动洗手器是一个多功能的红外自动洗手器，区别于市面上的普通的自动洗手器，它不仅实现了能够在红外感应的范围内，自动出水，而且能够通过按键设定红外感应的距离，没有达到设定的红外感应距离，洗手不工作，不会出水，并且通过lcd液晶显示测出物体或手到红外接收、发送头的距离和按键所设定的红外感应距离。不仅达到设计要求，而且也拓展了一些功能。本文所设计的红外自动洗手器主要是由红外线传感器电路，放大电路，单片机，继电器，水泵及电源电路，lcd液晶显示和功能按键组成。电路采用红外线接收与发射电路，根据yc-5000红外反射传感器原理所制作；单片机控制红外感应的距离，通过按键输入读取单片机内部的c语言程序能够对感应距离进行设定；通过继电器控制电路的开关，lcd显示红外感应的距离和所需要设定感应的距离，功能按键控制红外感应的距离。该系统反应速度较快，功耗小，灵敏度较好。本设计满足了人们对物质的需求，方便了人们的生活，又提高了产品的科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。关键词：红外传感器；自动洗手器；水泵；单片机48abstractthis design of infrared automatic washing device is a multifunctional infrared automatic washing device, different from ordinary market automatic washing device, it can be achieved not only within the framework of infrared sensors, automatic water, and can be set through the keypad ir sensing distance, not to set the distance of infrared sensors, hand-washing does not work, no water, and measured through the lcd liquid crystal display objects or hands to infrared receiver, sending heads and key set from the infrared sensing distance. not only meet the design requirements, but also expanded features. this infrared automatic wash designed mainly by the infrared sensor device circuit, amplifier circuit, mcu, relays, pumps and power supply circuits, lcd liquid crystal display and function key component. circuit with infrared receiver and transmitter circuit, according to yc-5000 produced by infrared reflectance sensor principle; mcu infrared sensing distance, through the key input, mcu c-language program within the sensing distance can be set; through the relay control circuit switches, lcd display infrared sensing distance and the need to set the distance sensor, infrared sensor function keys control the distance. the system response speed, low power consumption, better sensitivity. designed to meet the needs of people for material to facilitate peoples lives, but also improves the scientific products. to adapt to todays variety of small-volume electronic market demand, greatly enhanced the competitiveness of products in the market.key words: infrared sensor;infrared automatic washing device;pump; mcu目 录引言1 绪论1.1 课题背景1.2 课题的目的及意义2方案比较2.1 射频放大部分2.2 正交解调部分2.3 频率合成部分2.4 模数转换部分3 设计制作的基本概念3.1 射频放大器3.2 正交解调器3.3 高速模数转换4 芯片介绍4.1 stc-52单片机4.2 adl5530简介4.3 ad8347简介4.3.si4133简介4.3.ad9288简介5 总体设计和原理5.1 基本原理和实现功能5.2 红外自动洗手器总体设计的原理框图5.2.1射频放大电路5.2.2频率合成器电路5.2.ad9288模数转换电路5.2.正交解调电路5.2.7电源滤波电路6软件设计概述6.1 protel dxp软件6.2 keilc软件6.3 txline 软件6.4 总体流程图设计原理7电路板的制作与调试7.1电路板的制作7.2 pcb元件布局、布线基本规则7.2.1元件布局基本规则7.2.2 元件布线规则7.2.3 pcb设计过程抗干扰设计规则原理7.2.4 特性阻抗线的设计7.2.5 差分信号线的设计7.2.6 高速pcb板的设计技巧7.2.7 射频板的抗干扰设计7.3电路板的调试8 结论 谢 辞参考文献附录 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第48 页 共49页引言当今，现代化技术高速发展，自动化成为高科技的代名词，大部分的自动化设备都是机电的结合体，而在控制方面则多数由单片机来完成。单片微型计算机技术迅猛发展，由单片机技术开发的智能化测控设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件；软件是指单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序。只有系统硬件和软件紧密配合、协调一致，才可能组成高性能的单片机应用系统。在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率。单片机应用系统的开发过程一般包括系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试几个阶段。这几个系统开发阶段并不是相互独立、各自进行的，而应根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。而此次设计的实用新型的红外自动洗手器，其主要特点是采用远红外信号控制自动开关电路工作，当手靠近时洗手器自动工作，手离开后自动停止，控制准确，适合于在医院、餐馆、旅社、商店等公共场所，洗手能有效的控制疾病传染。自动洗手器的感应部分就是红外三极管传感器。根据红外传感器功能可以制造出多种产品，洗手器只是其中的一种。在传感器原理及其应用之中我们已经学习了红外传感器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中。通过这次对自动洗手器的毕业设计让我对红外传感器又有了更新的认识。在这次设计中，我采用的组成部件是红外线反射开关，放大电路，单片机，直流继电器，水泵及电源变换电路，lcd5620和功能按键。它能够实现的功能是红外线接收与发射，由单片机控制电路开关的时间，直流继电器控制电路的开关，lcd5620显示红外感应的距离和需要设定的感应距离。在许多场所自动洗手器已经非常的常见，它的类型也有很多种，但是我们必须设计出最优的产品使它的原理清晰，结构简单，所用器件最少，性价比最高。1 绪论1.1 课题背景现代化居家系统要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的居家系统中，使用普通开关来控制，比较浪费资源。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对节能和科学管理提出了更高的要求，使得智能化领域的地位越来越重要。而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产商也意识到了智能化的重要性。使用智能控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势。红外线自动感应洗手器由于触发的时候不需要人像普通洗手器具那样需要开阀，而是通过自动感应接受和发射红外线最终控制水泵的开启，当没有感应到有物体在感应范围内，经过一定时间的延时，自动关掉。因为不同于普通的洗手器具，不需要开关控制，从而避免了大家忘记关掉时所避免水资源的浪费，达到节能效果。 随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这就要求更加节能和环保的智能化控制产品的出现，以满足人们对高质量生活的需求，恰恰刚好自动感应洗手器和开关的问世满足了人们的要求，具有很大的市场前景。 红外智能节能开关是以成熟的红外感应技术为平台，加入更多的高新技术元素而形成的一种具有广阔市场前景的高科技产品，它的自动控制的实现不需要人们手动操作，而是自动感应有物体最终实现它的自动控制功能。1.2 课题的目的及意义“节本降耗”是每个企业追求的目的，传统的水龙头、卫生间供水等设施，使用起来不是特别的方便，而且很浪费，在这个基础上，我响应了国家的号召“节本降耗”的精神，设计了红外线自动洗手器，不但可以节约用水，而且还降低了公司内部成本，达到了“节本降耗”的目的。原本只在宾馆、饭店里使用的自动感应洗手器也开始走进百姓家庭。用手去拧水龙头本身就不太科学：先用脏手拧开水龙头，污染了开关，洗完手再用干净的手去关水龙头，又把干净的手弄脏了。而自动感应洗手器却能做到：当手或接水工具伸到出水口附近时，龙头自动出水；移开后，水自动断流，使用方便卫生，在克服了传统水龙头跑冒滴漏的同时，还令家庭装修更上一层楼。2 方案比较2.1 红外发射与接收部分方案一：由光敏三极管作为接收装置。此元器件能够起到开关作用更重要的是它能够放大电路能够很好的接收和发射红外线。方案二：由红外接收二极管和红外发射二极管组成。能够发射和接收红外线但元器件本身不具有放大信号的功能，可能存在灵敏度不高的问题。方案三：由光敏二极管作为接收装置。同二。根据情况，选择方案一。2.2 电源变换电路方案：采用优质220v/15v*2，3w的成品电源变压器。能够提供低电压，以免烧坏元器件，而且价格也不贵。方案二：直接采用220v的交流电源。电压太高，容易损坏元器件，为了避免烧坏，还得采用较复杂的保护电路。方案三：采用优质220v/15v*2，3w的成品电源变压器。同方案一。方案四：电源电路采用保护二极管、电源灯、滤波电容和集成稳压电路mc7812t及mc7805t组成。根据情况，选择方案四。2.3 控制和延时电路方案一：直流固态继电器和555延时装置组成。元器件较少，而且反应比较灵敏，更重要的是可以随时调节电路的延时时间，价格一般。方案二：由二极管和门电路组成。元器件较多，电路复杂。而且功耗大，价格也较贵。方案三：由二极管和反相器组成。元器件最多的选择，电路最复杂，但价格比较便宜，适合家庭使用。方案四：用单片机由单片机控制电路开关，延时电路由单片机程序控制，控制直流继电器控制工作灯的亮灭和水泵的开关，lcd5620显示红外感应的距离和需要设定的感应距离。择优选择，选择方案四。2.4 显示部分方案一：led数码管静态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制led，直到下一次显示时再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的cpu时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独具有锁存功能的i/o口，该接口用于笔画段字型代码。这样单片机只要把显示的字型数据代码发送到接口电路，该字段就可以显示要发送的字型。要显示新的数据时，单片机再发送新的字型码。方案二：led数码管动态显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（ag和dp）同名端连在一起，而每一个显示器的公共极com各自独立接受i/o线控制。cpu向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使那一位则由i/o线决定。动态扫描用分时的方法轮流控制每个显示器的com端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。方案三：液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。可采用常见的lcd1602字符型lcd模块，介绍该模块的简单使用。lcd1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线d0-d7，和rs、r/w、en三个控制端口，工作电压为5v，并且带有字符对比度调节和背光。通过比较，选择方案三。3 设计制作的基本概念3.1 传感器3.1.1传感器定义信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(iec:international electrotechnical committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。国家标准gb7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。3.1.2传感器的分类根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类；传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。 1.按照其用途，传感器可分类为： 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 2.按照其原理，传感器可分类为： 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为： 模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 3.1.3传感器静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。(1)线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。 (2)灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用s表示灵敏度。 (3)迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 (4)重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。 (5)漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，次现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。3.1.4传感器动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。3.2 红外线红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。3.3 红外传感器的概念红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。4 芯片介绍4.1 mcs-51单片机mcs-51单片机是美国intel公司于1980年推出的产品，与mcs-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，并其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理单片机与pc串口通信在数据处理和过程控制领域有相当重要的意义。，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。mcs-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。4.1.1mcs-51单片机的基本组成8位cpu4kbytes 程序存储器(rom)128bytes的数据存储器(ram)32条i/o口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kb外部程序存储器寻址空间为64kb逻辑操作位寻址功能双列直插40pindip封装单一+5v电源供电图4.1 mcs-51片内总体结构框图4.1.2mcs-51单片机的外部引脚说明图4.2 mcs-51单片机引脚分配图40个引脚分为四类：电源、地2条；时钟2条；控制4条；i/o线32条。如图24.1.3i/o口线功能4个8位并行 i/o 接口引脚 p0.0p0.7 、p1.0p1.7 、p2.0p2.7和 p3.0p3.7为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或i/o 接口外部引脚。(1)p0.0-p0.7(39-32)：双向i/o口p0。第二功能是在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址和8位数据线；在对8751编程和校验时，用于数据的输人输出。po口能以吸收电流的方式驱动8个ls型ttl负载。(2)pl. 0-pl. 7(1-8)：双向i/o口pl。p1口能驱动（吸收或输出电流)4个ls型ttl负载，在对eprom编程和程序验证时，它接收低8位地址。在8052单片机中p1. 0还用作定时器2的计数触发输人端t2，p1. 1还用作定时器2的外部控制端。(3)p2. 0-p2. 7(21-28）：双向i/o口p2。p2口可以驱动（吸收或输出电流）4个ls型ttl负载。第二功能是在访问外部存储器时，输出高8位地址。在对eprom编程和校验时，它接收高位地址。(4)p30-p3.7(10-17）：双向i/o口p3。p3口能驱动（吸收或输出电流）4个ls型ttl负载。4.1.4控制线ale(30)：地址锁存允许信号端；在访问外部存储器时，用来锁存由po口送出的低8位地址信号。在不访问外部存储器时，ale以振荡频率16的固定速率输出脉冲信号。因此它可用作对外输出的时钟。但要注意，只要外接有存储器,ale端输出的就不再是连续的周期脉冲信号psen(29)：外部程序存储器读选通信号端；它是外部程序存储器rom的读选通信号。在执行访问外部rom指令时，会自动产生psen信号；而在访问外部数据存储器ram或访问内部rom时，不产生psen信号。ea/vpp(31)：程序存储器选择信号端和编程电源输入端；它是访问外部存储器的控制信号。当ea高电平时，访问内部程序存储器；但当程序计数器pc的值超过offfh（对8051/80051/8751)或1 fffh（对8052)时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当ea保持低电平时，只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。第二功能vpp为对8751片内eprom的21 v编程电源输入。rst/vpd（9）：rst是复位信号输人端；rst是复位信号输人端。当此输人端保持两个机器周期( 24个振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。第二功能是vpd ，即备用电源输人端。当主电源发生故障，降低到规定的低电平以下时，vl，1。将为片内ram提供备用电源，以保证存储在ram中的信息不丢失。xtall（19）： 接外部晶体的一个引脚。当单片机采用外部时钟信号时，此脚应接地。 xtal2（18）： 接外部晶体的一个引脚。当单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。使用单片机内部振荡电路时，用来接外部晶体的两端和微调电容。当单片机采用外部时钟信号时，则用来输入时钟脉冲。vss（20）： 接地端。vcc（40）： 电源端，接十5vadc0809：adc0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。1主要特性：1）8路8位ad转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s。4）单个5v电源供电。5）模拟输入电压范围05v，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度。 7）低功耗，约15mw。 2内部结构:adc0809是cmos单片型逐次逼近式ad转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型da转换器、逐次逼近 3外部特性（引脚功能）: adc0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 in0in7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。adda、addb、addc：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ale：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 start： ad转换启动信号，输入，高电平有效。 eoc： ad转换结束信号，输出，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 oe：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。clk：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。 ref（+）、ref（-）：基准电压。 vcc：电源，单一5v。 gnd：地。 adc0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ale=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。start上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 ad转换，之后eoc输出信号变低，指示转换正在进行。直到ad转换完成，eoc变为高电平，指示ad转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当oe输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。4.2 adc0832简介adc0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道a/d转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用adc0832可是使我们了解a/d转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 adc0832 具有以下特点： 8位分辨率； 双通道a/d转换； 输入输出电平与ttl/cmos相兼容； 5v电源供电时输入电压在05v之间； 工作频率为250khz，转换时间为32s； 一般功耗仅为15mw； 8p、14pdip（双列直插）、picc多种封装； 商用级芯片温宽为0c to +70c，工业级芯片温宽为40c to +85c； 芯片接口说明： cs_ 片选使能，低电平芯片使能。 ch0 模拟输入通道0，或作为in+/-使用。 ch1 模拟输入通道1，或作为in+/-使用。 gnd 芯片参考0 电位（地）。 di 数据信号输入，选择通道控制。 do 数据信号输出，转换数据输出。 clk 芯片时钟输入。 vcc/ref 电源输入及参考电压输入（复用）。 adc0832 为8位分辨率a/d转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05v之间。芯片转换时间仅为32s，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过di 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下adc0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是cs、clk、do、di。但由于do端与di端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将do和di 并联在一根数据线上使用。当adc0832未工作时其cs输入端应为高电平，此时芯片禁用，clk 和do/di 的电平可任意。当要进行a/d转换时，须先将cs使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端clk 输入时钟脉冲，do/di端则使用di端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前di端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前di端应输入2 位数据用于选择通道功能。4.3 tlc5620简介4.3.1tlc5620的定义tlc5620c和tlc5620i是带有缓冲基准输入端的四路8位电压输出数字模拟转换器（dac）。dac产生范围在基准电压一倍或两倍与地之间的输出电压，且dac是单调变化的。器件使用简单，用单5v电源工作。器件包含上电复位功能以确保可重复启动。通过简单的3线串行总线可对tlc5620c和tlc5620i实现数字控制，此总线与cmos兼容且易于与所有常用的微处理器和微控制器器件接口。11位的命令字由8位数据，2个dac选择位以及1个范围（range）位组成。后者允许在一倍或二倍输出范围之间作出选择。dac寄存器是双缓冲的，允许完整的新数值组写入器件，然后dac输出通过ldac端的控制同时更新。数字输出端的特点是带有斯密特（schmitt）触发器，该电路具有高的噪声抑制能力。4.3.2tlc5620的特点tlc5620数字模拟转换器具有以下特点：四路8位电压输出dac5v单电源工作串行接口高阻抗基准输入可编程1至2倍输出范围可方便地同时更新内部上电复位低功耗半缓冲输出4.4 lcd1602介绍工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。图4.1 lcd1602管脚图1602字符型lcd通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线。vcc(15脚)和地线gnd(16脚)，其控制原理与14脚的lcd完全一样，其中： 表1 lcd1602管脚说明引脚符号功能说明1vss一般接地2vdd接电源（+5v）3v0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。4rsrs为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5r/wr/w为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6ee(或en)端为使能(enable)端，下降沿使能。7db0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8db1底4位三态、 双向数据总线 1位9db2底4位三态、 双向数据总线 2位10db3底4位三态、 双向数据总线 3位11db4高4位三态、 双向数据总线 4位12db5高4位三态、 双向数据总线 5位13db6高4位三态、 双向数据总线 6位14db7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15bla背光电源正极16blk背光 电源负极寄存器选择控制表：表2 lcd1602寄存器控制表rsr/w操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（db7），以及读取位址计数器（db0db6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据5 总体设计和原理cs-51器、数模转换电路，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是总体总体5.1 基本原理和实现功能电路硬件电路主要分为红外反射传感器、数模转换电路、单片机控制系统、lcd显示电路、按键控制功能及继电器控制电路这五个部分。当没有通过按键设定红外反应距离时，红外反应距离达到设计要求20cm范围内能检测到有物体靠近时，水泵工作，正常出水。当手离开一段很短的时间，水泵能继续工作，出水连续。当通过按键设定了红外反应感应距离以后，当物体没有进去感应距离范围内，水泵不工作；当物体进入感应范围内时，水泵才会工作。红外反射传感器的基本工作原理当感应到物体的接近，产生电信号通过adc0832模数转换电路和tlc5620数模转换电路对单片机进行编写程序来控制系统。红外感应部分根据红外反射接受产生一个电压值v0，物体离红外感应部分越近产生的电压值v0越大,范围大约在05v之间，这个电压值不是线形的，然后反馈在adc0832模数转换电路，然后再与通过按键对单片机程序设定tlc5620数模转换电路的一个电信号v1，通过对v0和v1的电压值的比较对水泵是否工作发出指令，当v0v1时，通过比较器比较以后，比较结果为1，即对水泵发出工作指令。当v0v1时，通过比较器比较以后不为1，即对水泵不发出工作指令。5.2 红外自动洗手器总体设计的原理框图红外反射传感器adc0832tlc5620mcu51lcd1602显示：红外反射光强度和传感器灵敏度数值键盘：设置传感器判断阀值 即 传感器反应距离继电器：控制水泵开关及工作指示灯图5.1 红外自动洗手器原理框图5.2.1单片机控制系统及显示电路单片机采用at89c52或其兼容系列，系统采用12mhz高精度的晶振，以获得较温度的时钟频率，并减小测量误差。vcc上电时，复位电路的电容充电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒以后，c充满电，10k电阻上电流降为0，电压也为0，单片机便开始进入工作状态。进入工作状态的单片机便能够运行烧录进入单片机的程序。晶振是单片机工作比不可少的元器件。单片机单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择12mhz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12(1/12)us，也就是1us，方便单片机的编程和数字的运算，故在晶振的选用上用12mhz的。单片机用p1.0端口输出控制显示器，利用外中断0口监测红外反射电路输出的返回信号。本设计从节省i/o口和降低能耗出发，采用lcd1602液晶显示器。通过对lcd1602的一般初始化（复位）过程的了解，延时15ms，写指令38h（不检测忙信号）；延时5ms，写指令38h（不检测忙信号）；延时5ms，写指令38h（不检测忙信号）；以后每次写指令、读/写数据操作均要检测忙信号，写指令38h，显示模式设置；写指令08h，显示关闭；写指令01h，显示清屏；写指令06h，显示光标移动设置；写指令0ch，显示开及光标设置。开始lcd初始化延时设第一行显示位置显示第一行内容设第二行显示位置显示第二行内容图5.2 lcd1602的程序流程图如图5.3所示，为单片机控制系统与显示电路的原理图。图5.3 单片机控制系统及显示电路的原理图5.2.2红外反射传感器电路红外发送接受电路也是红外自动洗手器主要核心电路，我是根据国产yc-5000红外反射传感器所制作，它是一种一体化的红外线发射，接收器件，它内部包含红外线发射，接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前方一定范围内的人体或物体，传感器与反射物体之间的距离越近，则输出的电压值越高，距离与电压的关系近似为线性正比。由于发送接受电路内部采用了低功耗器件和抗干扰电路，所以工作稳定可靠，性能优良，灵敏度较好，可广泛应用于各种自动检测，自动报警和自动控制等装置中。本次毕业设计制作的红外自动洗手器恰恰可以使用这种灵敏度教好，工作稳定可靠的电路，当感应到物体的接近，产生电信号电压v，通过产生的电压我对原来毕业设计基本要求通过自己所学到的知识拓展功能，其中v电压可通过tlc5620设置，即设置了传感器的反应距离，便能实现多功能的自动红外洗手器。在本电路中lm393作为电压比较器，当接收红外光强度ain1高与设定阀值v时，lm393即输出高电平，作为开关值来判断是否有人接近传感器。红外发射接受原理图如下图5.4所示。图5.4 红外发射电路与接收电路5.2.3ad0832模数转换电路adc0832为8位串行模数转换器，将ain1电压值转换为数字信号，再换算成十进制电压值显示在lcd1602上，此数据也将作为与设定阀值的比较值，作为判断是否有物体接近的依据。图5.5 ad0832转换电路5.2.4tlc5620数模转换电路tlc5620为8位串行数模转换器，其功能是将设置好的阀值发送到传感器的电压比较器的负输入端。然后与adc0832模数转换电路已经将ain1电压值转换为数字信号进行比较，tlc5620和adc0832两个数模转换电路、模数转换电路也正是设计红外自动洗手器能够设定红外感应范围的重要所在，两模块所产生的电压值进行比较器比较以后，能够判断物体是否已经进入感应范围，然后使继电器工作，水泵开始工作。按键设定的电压值v1通过tlc5620和adc0832通过红外发送接受电路所感应到的电压值v0比较，便能让单片机判定水泵是否应该工作。图5.6 tlc5620数模转换电路5.2.5继电器控制电路继电器是这种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它能用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。在电路中能起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。使用水泵的额定电压需要220v，如果是直接接入电路中，会造成电路的烧坏，使用了继电器便起到了安全保护的作用；继电器能用较小的电流去控制较大的电流，对水泵的工作也起到了作用。继电器采用5v直流双刀型，当红外反射传感器发射强度大于设置阀值时，继电器吸合，水泵工作。图5.7 继电器控制电路5.2.6按键控制功能部分通过单片机程序对按键的设定，按键的功能便能设置tlc5620输出阀值，k1增大阀值，k2减小阀值。图5.8 按键控制功能部5.2.7电源电源电路由保护二极管、电源灯、滤波电容和集成稳压电路mc7812t及mc7805t组成。可为各ic提供+12v和+5v电源。图5.9 电源电路6 软件设计概述6.1 protel99se软件protel99se是应用于windows9x/2000/nt操作系统下的eda设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3d模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。protel99se软件中提供了sim99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计，模拟运行，反复修改。提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间，可以对电工电路，低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。 仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。 protel99se仿真方面其具有的特点有： 1强大的分析功能 用户可以根据protel99se电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能，如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。 2丰富的信号源 其中包括基本信号源：直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。 3充分的仿真模型库 protel99se提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电