电子技术课程设计报告公厕自动冲水控制电路

1、安徽工程大学课程设计用纸 电子课程设计 作者 ： 许方宁 专业 ： 电子信息工程 27 任务书 设计题目中文：公厕自动冲水装置的设计英文：design of automatic toilet flush device 设计功能要求1、供电电源：单向交流、220v/50hz。2、能对进出公厕的人次进行计数。3、进出人次达设定次数，冲水装置自动冲水一次，同时人次计数值清零。重新计数至设定次数时再自动冲水一次，以此周而复始。4、冲水一次的进出人次可手动设定。5、按电子技术课程设计报告撰写模板提交论文。 设计任务内容1、学习与研究相关的电子技术理论知识，查阅资料，拿出可行的设计方案；2、根据设计方案进

2、行电路设计，完成电路参数计算、元器件选型、绘制电路原理图；3、进行电路软件仿真（如：multisim 2001、ewb、protel 等），或制作实物进行调试实验，获得实验数据，验证设计有效性。4、撰写课程设计报告。公厕自动冲水控制器的设计摘要公厕自动冲水装置采用最先进的红外感应技术与微电脑控制技术，它的原理是在原冲水器上加一个红外感应器和控制电路，红外感应器可以检测现场，当有如厕后，红外感应器将信号传递给控制电路，电路开始计数一次，达到设定的人数后电路自动启动，开始冲水。如果没人进入厕所的话，整个控制电路将“按兵不动”，始终不会冲洗，这样就实现了“无人职守，自动管理，有人则冲，无人则停”的卫

3、生，智能的节水效果。主要特点：1、 自动感应，智能管理：电路全自动控制，人多多冲，人少少冲，无人不冲；2、 数码调整：可以按需设定人数，当达到自定的人数后开始冲水；3、 高可靠性：电路采用常规技术制成，不易损坏程序不易丢失；4、 适用各类环境：无论春夏秋冬，严寒酷暑，该电路均可正常工作；5、 节水环保：该控制器的最大优点就是节水，响应国家地台环保的号召目录引言 5第1章 总体设计方案61.1 总体设计框架1.2总体设计思路第2章 红外检测电路模块72.1 红外检测技术的介绍2.2红外发射管的工作原理第3章 可调进制计数模块113.1 74ls11、74ls160芯片介绍 3.1.1 74ls1

4、1 芯片介绍 3.1.2 74ls160 芯片介绍3.2 可调进制计数器的介绍第4章 延时电路模块164.1 555定时器芯片的介绍4.2 延时电路分析第5章 电源电路模块205.1 7805芯片介绍 5.1.1芯片概述 5.1.2 工作原理及使用注意5.2 直流稳压电源设计结论22致谢24参考文献24附录25引言随着我国经济社会的不断发展，对水资源的需求越来越大，而我国作为一个水资源极度短缺的国家，与此形成了鲜明的对比，加强节约用水尤其是公共场所的节约用水尤为关键，而自动冲水装置可以很好的解决这一问题。自动冲水装置可广泛用于学校，饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场公共场所

5、。目前在诸如公厕等公共场有些没有自动冲水控制装置，有些所采用的自动冲水装置有的停留在机械原理控制，有的使用强电工作，布线不方便，不能很好的达到节水节电目的。而本文介绍的自动冲水装置采用红外传感器，抗干扰性好，可靠性高，结构简单，从而达到节能、优化控制的目的，适宜实际使用与广发推广，有着非常现实的意义。第一章 总体设计方案1.1 总体设计框架电源电路该公厕自动冲水控制装置有三个模块组成：红外检测模块、可调进制计数模块、延时电路模块及电源电路模块。如图1.1延时电路模块红外检测模块可调进制计数模块1.2 总体设计思路本装置的整体设计思路如图1.1。红外检测电路采集的信号通过与非门（74ls00）进

6、行整波后在传输给由74ls160 设计而成的可调进制计数器，再把此信号经过由555 定时器组成的延时电路输出的脉冲通过继电器控制冲水的工作时间。所用的元器件分别有电阻，电容，红外线发射管，红外线接收管，二极管，三极管，三输入与非门（74ls11 芯片），同步十进制计数器（74ls160 芯片），555 定时器，和冲水电路相应的元器件。第2章 红外检测电路模块2.1 红外技术的介绍红外技术的内容包含四个主要部分：红外辐射的性质， 其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性- - 反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制

7、冷器、红外窗口材料和滤光电等。把各种红外元件、部件构成系统的光学、电子学和精密机械的组成部分。红外技术在军事上和国民经济中有着广泛的应用。红外技术有很多应用，例如在夜晚可以用看见物体的红外线来确定物体的位置; 用一个红外线发射器和一个红外线接收器在生产上可以计算商品的数量；军事上可以用来防止敌人侵入, 当红外线发射器和接收器被挡住, 警报就会响; 在医学上还可以查看人的病情等等。红外线计数器分为对射式和反射式两种电路。对射式红外线是一个发射头和一个接收头在中间如有物件通过就遮挡一下光线，输出脉冲信号触发计数电路；反射式红外线是把发射头和接收头做在一块成为一个红外探头，当探头前有一个物件出现就把

8、发射头的红外线反射给接收头，探头输出一个脉冲给计数器计数。利用红外传感探头检测厕所有无移动目标,当红外传感探头检测到有特定人数进入厕所,传感器将探测到的信号送到控制电路在进行预定的程序处理后发出指令,控制水控电磁阀往自动水箱里注水进行储水,水满后自动冲洗,若没有人进入公厕,整个系统则不会冲洗. 从而自动实现了“有人则冲,无人则停”的卫生、节水的功能.2.2 红外对射原理红外线对射管功能演示图（1） 红外对射传感器的工作原理 红外线对射传感器包括红外线脉冲发射器和红外线脉冲接收器、解码器，并将发射头和接收头安装在一个金属基座上下图所示为红外线对射传感器的发射电路。发射器电路是由具有4个2输入与非

9、门cd4011组成的多谱振荡器，其振荡频率决定于w1、c1。下图所示为红外线对射传感器接收电路，接收器电路包括红外光点转换探头、放大器、译码器及功率开关控制元件组成。红外接收管js须与发射管fs配合使用，当红外接收到因人体阻挡而反射回的红外脉冲信号后，并经ic2放大后加至ic3译码器。ic3译码器是采用锁相环音频译码集成电路lm567，它要求输入信号不小于25mv，当调节w1使其接收器中心频率与发射器的高频频率步调一致时，lm567输出端脚将产生一低电平跃变信号，lm567的中心频率为 红外检测电路如图所示，当红外对管之间红外对射管将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线

10、的强弱或有无对目标物体进行探测。每当物件通过红外对射管中间一次，红外光被遮挡一次，光电接收管的输出电压发生一次变化，这个变化的电压将产生一个脉冲信号。红外检测模块第3章 可调进制计数模块3.1 74ls11、74ls160 芯片的介绍3.1.1 74ls11 介绍 74ls11 是三输入与非门，利用它的三输入的特点为用74ls160 做成的计数器进行调节进制，方便对整个装置的调节。其引脚图如下所示简要说明如下表1a3a 输入端 1b3b 输入端 1c3c 输入端 1y3y 输出端极限值电源电压.7v输入电压54/7410、54/74h10、54/74s11.5.5v 54/74ls107vab

11、c间电压除54/74ls10外5.5v工作环境温度54xxx . -5512574xxx . 070存储温度.-65150功能表如下3.1.2 74ls160 芯片介绍74160 是一个4 位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。具体功能如下：（1）.异步清零功能只要（cr 的非）有效电平到来，无论有无cp 脉冲，输出为“0”。在图形符号中，cr 的非的信号为ct=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是n-1（6），而是n（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦

12、出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（cr 的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。（2）.同步置数功能当（ld 的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在cp 脉冲上升沿作用下d0d3 的数据被置入计数器并呈现在q0q3 端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是n（7）状态，如在d0d3 置入0000，则在q0q3 端呈现的数据就是0110。74ls160 引脚图如上图oc 进位输出端t 计数控制端p 计数控制端q0q3 输出端cp 时钟输入端（上升沿有效）cr 异步清除输入端（低电平有效）ld 同步并行置入控

13、制端（低电平有效）功能表如下3.2 可调进制计数器的分析 通过对两个芯片的分析，我们采用置位法来实现计数功能，我们以六进制为例加以分析，功能表如图3.4 所示，当计数器计数状态为0 1 0 0 时通过置位端将1 0 0 1 置入进位端产生脉冲信号，计数器清零，同理可得其他进制的原理。另外，我们通过调节输出端输出状态来实现不同进制，具体电路如图计数模块第4章 延时电路模块4.1 555 定时器芯片介绍555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用cmos 工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源

14、电压范围宽，可在4.5v16v 工作，7555 可在318v工作，输出驱动电流约为200ma，因而其输出可与ttl、cmos 或者模拟电路电平兼容。其内部构造如下图555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制rs 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器c1 的同相输入端的电压为2vcc /3，c2 的反相输入端的电压为vcc /3。若触发输入端tr 的电压小于vcc /3，则比较器c2 的输出为0，可使rs 触发器置1，使输出端out=1。如果阈值输入端th 的电压大于2vcc/3，同时tr 端的电压大于vcc /3，则c1 的输出为0

15、，c2 的输出为1，可将rs 触发器置0，使输出为0 电平。4.2 延时电路分析延时电路模块图示为由555 定时器组成的单稳态触发器，延时时间计算如上式所示经实验得tw 约为4s图波形（1） 为555 定时器组成的单稳态触发器的工作波形，当输出端产生一个低电平时电路开始工作，输出端产生脉冲信号，电磁阀得到信号后开始冲水，经过tw 时间后结束，并返回原状态，一次冲水完成。波形（1) 波形（2)第5章 电源电路模块5.1 7805芯片的介绍 5.1.1 芯片概述电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端ic 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引

16、脚输出，别是输入端、接地端和输出端。用78/79系列三端稳压ic 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压ic型号中的78 或79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805 表示输出电压为正5v。5.1.2 工作原理及注意事项7805 输出电压为正5v 具有，稳压i c 型号中的78 系列，过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，可以用来做电路的稳压电源。焊接时要注意三端集成稳输出和接地端绝不能接错，否则容易烧坏。电路的输入，一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为3v 否

17、则，不能输出稳定的电压，7805 输入端和输出端之间的电压差允许在3- 13v 即经变压器变压、，二极管整流、电容器滤波后的电压应比稳压值要高。当制作中需要一个能输出1.5a以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为n 个1.5a，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，5.2 直流稳压电源设计介绍直流电源是本装置的能量源，为装置的芯片和电路提供电能。作为常用的器件我们要利用220v50hz 交流电，将它转化为我们所需的+5v 的直流电。220v 交流电经过变压器降压成12v 经过桥式整流器整，c1 流、滤波，成为约14v直流电，再经

18、三端稳压集成电路7805 稳压，形成5v 稳定直流电源。以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。电源电路模块结论本次课程设计电路中使用了红外对管，可调进制计数器，555 定时器，74ls11 等芯片。通过对芯片的了解，基本撑握对这些芯片的使用。制作实物时，进一步了解了各部分的功能，同时也锻炼了自己的焊接技术。当然在实物制作时也出现了不少问题，例如，一开始做红外对管的模拟时感应出来的信号与预期的有很大差别。进行第一次调试后，由于面包板的连接原因造成了可控进制计数器输出地信号不稳定，导致显示灯没有反应。我们经过仔细检查，发现我们在制作计数部分出现了接触不良，在将相应的部分重新连接之后，计数电路终于有了结果，产生了预期的进制输出信号。课程设计是对学生的一种全面综合训练，它包括问题分析，总体结构设计，多人合作，以至一整套工作规范的训练和科学作风的培养。是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个环节。通常，课程设计的课题比平时的习题复杂得多，也更接近实际。课程设计着眼于与应用的结合点，使我们学会如何把书上学到的知识用于解决实际问题，培养工作所需要的动手能力；另一方面