红外线水龙头自动控制电路

1、河南理工大学河南理工大学河南理工大学 电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告 红外线水龙头控制电路红外线水龙头控制电路 所在学院：电气工程与自动化学院 姓 名： 郑凯宁 学 号： 1 专业班级： 自动化 06-6 班 指导老师： 2009 年 1 月 8 日 摘要摘要 水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏， 而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水 的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设 计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。 学以致用，针对节约用水的问题，结合自己所学的知识，开发

2、一种既 能节约用水，又操作简单方便、有实用性的水龙头。本设计要求水龙头具有 红外线自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开， 以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。这样不仅使用起来就很方便，而 且可以防止因疏忽忘记关水龙头造成水资源的白白浪费，同时又避免各种传 染病的扩散和传播，可以广泛应用在公共场所（如学校、医院）的餐厅、食 堂、卫生间等，既节约用水，又方便、安全卫生。 该红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射 电路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成。用到的元器件有光电传感器 （红外发射器、红外接收器、 ）开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555

3、集 成芯片以及电阻、电容若干，由 220 伏交流电供电，经变压器从次级输出 9 伏 交流电压，该电压经整流、滤波、稳压，得到 5 伏电压提供给控制电路。整个 电路的核心是基于 555 定时器的红外传感器，由红外发射电路和红外接收电路 构成，一块 555 集成芯片用于控制红外线信号的产生，另一块用于红外接收， 其中在第二块集成芯片中 1、2 管脚还设有一级自动偏置限制电路，其作用主 要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力。当有人洗手或接水 时接近水龙头的手或容器将红外线反射回一部分，由红外接收电路接收并转化 为电信号传递给后继电路，继而引发电磁阀的控制活动。 目录目录 1 1 概述概

4、述.3 3 1.1 引言 .3 1.2 设计目的 .3 1.3 设计内容及要求 .3 2 2 红外线水龙头自动控制电路原理方框图红外线水龙头自动控制电路原理方框图.4 4 2.1 红外线水龙头自动控制电路的组成 .4 2.2 原理方框图 .4 3 3 各部分功能模块设计各部分功能模块设计.5 5 31 变压器及整流滤波稳压电路 .5 3.2 灵敏度调节电路 .5 3.3 红外发射电路 .6 3.4 红外接收电路 .7 3.5 电磁阀控制电路 .8 4 4 电路元器件介绍电路元器件介绍.9 9 4.1 电路元件 .9 5 5 遇到的问题及解决方法遇到的问题及解决方法.1111 6 6 心得体会心

5、得体会.1212 参考文献：参考文献：.1212 附录附录.1313 1 概述概述 1.1 引言 水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏， 而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水 的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设 计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。 1.2 设计目的 1、掌握数字电路系统的分析和设计方法。 2、能够运用所学知识，合理的选择使用集成电路元件组成电路。 3、了解红外线水龙头自动控制的原理、组成。 1.3 设计内容及要求 1、要求该电路具有自动控制功能，当有人接近

6、或盛水容器靠近时，水龙 头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。 2、用常用的元器件及集成芯片等构成电路，画出原理图，写出设计心得 体会。 2 红外线水龙头自动控制电路原理方框图红外线水龙头自动控制电路原理方框图 2.1 红外线水龙头自动控制电路的组成 红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射电 路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成 2.2 原理方框图 红外发射电路 变压器 滤波整流电路 电磁阀控制电 路 红外接收电路 3 各部分功能模块设计各部分功能模块设计 31 变压器及整流滤波稳压电路 IC4、VD2VD5、T、C7、C6 共同构成了控制电路的直流电压

7、产生电路， 220V 交流电压经 T 变压器从次级输出 9V 交流电压。该电压经整流、滤波、 稳压，得到的 5V 电压提供给控制电路。 3.2 灵敏度调节电路 Rp2 是一只可变电阻， 调节其阻值，可改变 IC27 脚上的电位及 VT1 的导 通状态。正常时，调整 Rp2 的阻值，7 脚上的电压值为 4.6V，VT1 处于微饱和 导通状态，此时，电路灵敏度最佳。 3.3 红外发射电路 IC1 的型号为 CA7555,是一块时基集成电路，由该 IC 构成了红外发射电 路。该电路是一个多谐振荡器，振荡频率为 f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）xC1，调 整 Rp1 的电阻值，可使发射电路的振荡

8、频率 f=38KHZ。该振荡频率的信号从 IC1 的 3 脚输出后， 由红外发射二极管 LED1 向外辐射红外光。R3 是红外发 射二极管 LED1 的限流保持电阻。 3.4 红外接收电路 IC2 是一块红外线接受集成电路。其 1 脚外接红外接收二极管；2 脚所接 的 C2、R4 主要是用来设置 IC2 内前置放大器的频率特性和增益的。IC2 的 1、2 脚内还没有一级自动偏置限制（ABLC）电路， 其作用主要是用来防止强 光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力；3 脚所接的 C3 为检测电容，当其 容量值变小时，检波输出脉冲的脉宽变动就大，极易造成遥控误动作。IC2 的 5 脚与电源之间所接的

9、 R5 为带通滤波器中心频率 f0 的设置电阻；6 脚与地之 间所接的 C4 为内部整形电路的积分电容。当其容量值变大时，不但抗外部噪 声干扰能力下降，而且输出脉冲的低电平持续时间也将增加，由此也会造成遥 控失灵。 3.5 电磁阀控制电路 红外遥控信号发射器的信号在无人洗手或接水时，IC2 接收不到红外光而 后级电路不会动作。 当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水容器将红外反射回一部分， 由红外接收管 LED2 接收并转化为相应的电信号。该信号通过 IC2 的 1 脚输入 电阻（指 IC 内的等效输入电阻，其值约为 45 欧姆）形成了约 40uV 的电压信 号，经前置放大、限幅放大、38k

10、Hz 的带通滤波、峰值检波，使 IC2 的 7 脚输 出的电压由高变低，使 VD1、VT1 相继导通，使 LED1 发光，并使 VS1 双向晶闸 管导通，使电磁阀 DF-1 得电，打开放水。 4 电路元器件介绍电路元器件介绍 4.1 电路元件 该电路用到的元器件有光电传感器（红外发射器、红外接收器、 ）开关放大 电路、光电耦合器、电磁阀、555 集成芯片以及电阻、电容若干。 1、光电传感器是通过把光强度的变化转花成电信号的变化来实现控制的。 一般情况下有三部分构成：发射器、接收器和检测电路。 发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极 管 LED、激光二极管及红外发射二极

11、管。光束不间断地发射，或者改变脉冲 宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装 有光学元件如透镜和光圈等。在其后面时检测电路，它能滤出有效信号和应用 该信号。 2、光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电 路等封装在同一管座内的器件。当输入电信号加到输入端发光器件 LED 上， LED 发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出， 或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电光电”的转 换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为 电隔离。它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触

12、点输入与 输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制 领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、 数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。 3、电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每 个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通 电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔， 而进水孔是常开的，水进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动活塞，活 塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制 了机械运动。 4、555 时基电路

13、逻辑功能表 复位端 4 脚 高电平触发 端 6 脚 低电平触发端 2 脚 比较输出 A1() A2(R )S 输出端 3 脚 三极 管 VTD 00导通 123Vcc13Vcc001截止 123Vcc13Vcc010导通 123Vcc13Vcc101截止 123Vcc13Vcc11不变不变 5、555 单时基集成电路引脚排列方式和引脚说明 引脚字母代号功能说明引脚字母 代号 功能说明 1GND公共地线端5Vc控制信号输入端 2 TR 触发信号输入端6TH阀值信号输入端 3Vo信号复位端7DIS放电控制器 4 MR 主复位信号输入端8Vcc工作电源输入端 5 5 遇到的问题及解决方法遇到的问题及

14、解决方法 虽然学习过相关的理论知识，然而真正的到实际运用时还是会出现各种问 题。通过本次课程设计，暴露了不少问题，主要有以下几个方面： 1、元器件的选择，对于用到的芯片或其它一些元件，在理论上觉得很熟悉，实 际中选择元件以及连接电路图时，还是经常会出错的。 2、画图工具相关操作不熟练，在用 protel 画电路图时画出的图中，元件显示的 很小，不清晰。 3、分析问题不透彻，思考某些遇到的问题时不全面，造成设计过程复杂麻烦 尽管遇到了很多困难，但是通过复习相关的理论知识，看书，上网查资料 以及请教同学和老师，遇到的问题还是迎刃而解了，设计过程中也学习到了不 少东西。 6 心得体会心得体会 通过本次课程设计，使我进一步了解熟悉数字逻辑电路技术 的相关知识以及各芯片的功能