红外自动干手器设计与制作

1、郑州轻院轻工职业学院专科毕业设计（论文） 题 目 _红外自动干手器设计与制作 学生姓名 专业班级 学 号 系 别 机 电 工 程 系 指导教师(职称) 完成时间 20 年 月 日 红外自动干手器设计与制作 摘 要自动干手机是一种高档卫生洁具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。其工作原理是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。自动干手电路是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，吹风机开关电路和电源电路五部分构成的。在红外线发射电路中，输出电路端Q产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二

2、极管D1起保护红外发光二极管的作用。在时间延迟和吹风机开关电路中，当输出端Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器与三极管集电极相连，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，电路闭合，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，电路断开，吹风机不吹出热风。同时在继电器两端并联一个二极管实现保护，在电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。关键词：红外线发射器 红外接收放大器 时间延迟电路 电源电路THE DESIGN OF INFRARED AUTOMATIC HAND DRYERABSTRACT Automatic hand dryer is a high-g

3、rade sanitary ware, which is widely used in the toilets of hotels, airports and railway stations, sports stadiums and other public places. The principle is by using an infrared-control electronic switch, when someone stretches out hands, infrared switch automatically makes the electric hair dryer wo

4、rk, and will automatically turn off when people leaves. The automatic hand dryer is consist of five parts, including the infrared transmitter circuit, infrared receiver circuit, time delay circuit, hair dryer switch circuit and power supply circuit. In infrared transmitter circuit, output side Q to

5、produce the pulse signal to control the emitted light pulses of infrared light-emitting diodes, the effect of the D1 is to protect the infrared light-emitting diodes. In the time delay and a hairdryer switch circuit, when the output side Q is low, the transistor cuts off, no current passes through.

6、When the relay and transistor collector is connected, current drives and the switch pulls the solenoid valve on power, the circuit is closed, then the hair dryer blows hot air; when the current drives, switch will be off, the solenoid valve is not energized, circuit is disconnect, hair dryer does no

7、t blow hot air. Parallel a diode with the relays at both ends to protect the circuit, and add the light-emitting diode D3 to play as a display circuit, the circuit to show whether the blower is on.KEY WORDS: Infrared Emitter Receiver module Time delay circuit Power Circuit1方案论证1.1设计方案论证自动干手器是一种高档卫生洁

8、具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。其工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手器是一样的。经过查资料得知，以下两个方案。方案一：红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。当人们需要干手时，人们把手靠近干手器时，由于手对红外线

9、的反射作用，使555定时器构成的单稳态触发器产生一段时间的高电平定时。控制自动干手器会打开加热装置和吹风装置一段时间后会自动停止，并可以通过NE555自动的可变电阻器进行调节。方案二：由单片机80C2051构成的最小系统，加上外围采用8个光电耦合管，大大提高了敏感度，由于手对红外线反射，光电耦合管接收产生一个高电平，通过单片机的I/O口如P1读取其状态，若检测到该口是高电平，通过程序控制另外一个I/O如P31输出一个高电平通过三极管放大驱动继电器工作，电机就开始工作，通过单片机中断定时。达到自动控制的目的。比较上述两种方案，第一种方案符合设计要求，且第一种方案简洁易懂，最后我选择了第一种方案。

10、2 工作方案设计2.1 总体设计2.1.1 总体设计框图简易自动干手器控制电路的总体框图如图1.它是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五部分构成的。加上电机吹风电路，就构成了完整的干手器。红外线接收电路时间延迟电路干手器开关电路红外线发射电路电源电路图2-1 简易自来水开关控制电路的总体框图红外线发射电路的功能的利用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体的感应。红外线接收电路功能的利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。时间延迟电路的功能的利用单稳态电路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制。自动干手器电

11、路的功能的利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过点引号对干手器进行控制。2.2 主要单元电路设计2.2.1红外线发射电路图2电路为红外线发射电路。红外发射部分由555 时基电路产生频率为5kHz，占空比为1/3的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303。红外线发光二极管由GaAs的PN结构成【1】，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在显示中使用一般作为光信号传输之用。本电路的感应装置一般要求不可见，因此采用红外线发光二极管作为感应装置。图2-2 红外线发射电路红外线发光二极管正向电流不能超出其最大额定值。而作为感应装置则要求其具有较大的光输出。

12、一般利用其相应速度快的特性，通过脉冲驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，采用两个发光二极管增大发射面积。本电路采用的是由NE555集成带南路构成的多振荡器组成。其电路运行包含两个过程：一是利用直流电源经电阻R1和R2对电容C1经电阻R2从NE555集成电路的DIS端的放电过程。通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出电路端Q产生脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f和 占空间比q为：f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（1M+2*1M）100pF5KHz （2-1）q=R1/(R1+2R2)= 1M/（1M+2*1M）=1/3 （2-2）这样输出电路端Q产

13、生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，其中，因为红外反向电压不能过高，用二极管D起保护红外发光二极管的作用【2】。2.2.2 红外接收电路 红外接收管输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。图3左边所示电路为信号放大电路。该电路是由电阻R5-R8 ,Q2,Q3 和C4C5构成。电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加 倍，从而得到更合适的信号。R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻，C4,C5为放大电路耦合滤波电容。R8为放大电路反馈电阻【5】，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输

14、出电压V。图3红外接收电路红外接收管输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。图3左边所示电路为信号放大电路。该电路是由电阻R5-R8 ,Q2,Q3 和C4C5构成。电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加 倍，从而得到更合适的信号。R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻，C4,C5为放大电路耦合滤波电容。R8为放大电路反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V。图3右边是选频网络，是电路有很强的抗干扰能力。U2是LM567。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其

15、、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f21/1.1RC=5KHz。没有人干手时，红外接收电路N2接收不到VD向外发射的红外线，U2的3脚无信号输入，8脚为高电平；当人手放到干手器下时，U2接收到人手反射的红外线并经N2放大后，输入到U2的3脚，由U2内部处理后使N3的8脚输出低电平，通过检测是否有手要烘干，使8脚输出不同的高低电平。达到控制吹风电路是否工作【6】。实际应用中调整C2的大小可使BW在04范围内变化。BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上

16、的交流信号且频率落入f0BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。 2.2.3 时间延迟电路和吹风机开关电路图4接地左边电路为时间延迟电路，该部分主要由两部分构成：一是整流滤波电路;二是由NE555集成电路构成的单稳态电路。前端电路的输出电压V1首先经过二极管D2和D4蒸馏，则在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。当手需要烘干时,由于手对红外线的反射作用，使红外接收管能够接收到红外线脉冲信号【4】，经过由整流滤波，在TRIG端产生一个低电平信号，555集成电路【3】构成的单稳态电路

17、特性可知，输出端Q输出高电平；单稳态电路接收到触发信号，输出点Q输出为高电平并保持一段时间，延迟时间T=1.1RC,可变电阻R2和电容C6的数值决定，通过调节可变电阻R2的大小，可以改变延迟时间的长短，红外接收管不能接收到红外脉冲信号，没有触发信号，U1输出低电平，使三极管T截止，吹风机电路不工作。同时电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。 图4 时间延迟电路和吹风机开关电路 2.2.4吹风机开关电路由于电磁阀通过的是大电流，大功率，而直流电源一般无法提供很大的电流和功率，因此电磁阀需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。而一般NE555集成电路的输出电流无法驱动

18、继电器，因此需要加入电流放大电路。如上图4接地右边为电流放大电路，三极管T构成的电流放大电路是比较典型和简单的电路，其中R3为限流电阻，防止电流过大烧毁三极管。T为共发射极电路，当输出端Q输出高电平时,三极管导通饱和，将输入电流放大倍；当输出端Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接T1的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，吹风机不吹出热风，同时在继电器两端并联一个二极管D1，防止继电器在断电时产生高压，实现保护电路作用。同时电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。图5吹风机电路为吹风机电路，S2为总

19、开关，S1可以控制吹热风还是凉风，Ko即图4的开关K，有控制电路控制。电容C11和R13的作用是使电机启动。2.2.5 电源电路图6电源电路电源电路的设计可以采用两种方法来实现：第一种方法是采用电池供电，需要注意的问题是选择合适的电池的指标参数与电路相匹配;第二种方法采用如图5所示电路。电路直接从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电先通过7812转换为+12V直流电压。然后经7805输出5V电压。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式和C5整流电路，C1,C2和C3，C4，C6滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。将上述各各

20、部分模块组合在一起，就构成了自动干手器电路原理图，生成相应的PCB板图，购买个部分元器件就可以做出实物，简易而实用。 3 主要芯片介绍3.1 LM567 图7外围电路 图8引脚图LM567为8脚直插式封装，其引脚定义及外围元件连接方法如上图7。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f21/1.1RC。其、脚通常分别通过一个电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。脚是逻辑输出端，其内部

21、是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.759V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的脚输入幅度25mV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图3的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。实际上，由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值，而是环路带宽BW与环路中心频率f0的

22、百分比，其值再乘上100才是锁相环路的实际捕获带宽。实际应用中调整C2的大小可使BW在04范围内变化。BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。 3.2 NE5553.2.1 概述NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号【3】，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用

23、途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 3.2.2 特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。3.2.3 NE555引脚位配置说明下图9内部电路和引脚图Pin 1 -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 -这个脚位是触发

24、NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 -当时间周期开始时，555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位，即复位端。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 - 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移

25、至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8(V +)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。参数功能特性： 供应电压3-6 mA输出电流225mA (max) 上升/下降时间100 ns3.2.4 NE555的相关应用NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器、施密特触发器等。结束语本文所设计的自动干手机主要的组成部分就是555定时器电路。在数字电子技术基

26、础之中我已经学习了555定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手机的设计让我对555定时器和各级电路的组成以及整个电路系统有了新的认识，同时我也对红外线有了了解。对一些基础元件也有更深入的理解，还改变了以前的一些错误的认识，同时也增加了一些基础知识。通过这次毕业设计，理论加上实践，使我对直流稳压电源有了更深刻的认识，尤其是对电路的原理的理解，各元器件功能，特性的认识，也纠正了自己以前很多不对的看法。在这次毕业设计中，我遇到了不少的困难和挫折，多亏了我的导师郭建庄老师的热情解答和及时帮助，使我克服了一个个困难，对整个电路系统的设计有了全新的认识。郭老师治学严谨，博学多才，工作热情，给我留下了极其深刻的印象，为我今后的学习和工作树立了标杆。当然，我的工作也得到了同学们的大力支持和帮助，特别是我宿舍的兄弟，他们诚恳热情，知无不言，乐于助人，是我毕业设计顺利完成的坚强保障。我认识到学习方法是学习的基本行为模型，不同的发展目标、不同类型的学习者需要不同的学习方式。因对Protel作图还不太熟练，所以这次作图请教了同学后，反复练习，才做出了初步的原理图，然后经过反复的调试后，逐步修改，尽量使其性能达到完美，这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使自己的实验理论与实践