本科毕业设计论文--红外线自动水龙头文献综述

黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 10 页 红外线自动水龙头的简介摘 要随着我国经济的高速发展，红外线控制技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。而水龙头作为现代生活的工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，水龙头得到了快速的发展，其控制技术已经发展到了自动控制阶段，其控制系统也由红外线代替了手动控制。我通过查阅资料，采用脉冲产生电路、锁相环电路及开关控制电路作为控制器，红外线自动水龙头采用锁相环单音检测电路LM567构成自发射自接收的闭环控制形式，把LM567产生的方波电信号调制在红外线光信号上并发射出去，红外线光敏二极管接收该信号，并把其变为电信号，经放大，又被该LM567自身检测。这样，LM567自身的振荡频率与要接收的信号频率永远相同，即使由于某种原因使LM567的振荡频率发生了变化。在一定的频带宽度内，由于LM567只对与自身振荡频率非常接近的信号产生响应，而对其他频率的干扰信号不响应，所以，该装置具有可靠性高、抗干扰性强、安装调试简单的特点。这种水龙头只需将手或其他物品放入水龙头下，水龙头就会自动放出自来水供使用者洗手或洗涤其它物品。这种水龙头特别适合酒店、宾馆、医院等公共场所使用，能有效防止手上细菌的交叉传染，如果这种水龙头用于家庭，可使家庭的卫生设施实现自动化，省去了洗手时要拧开水龙头的麻。水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。关键词：红外线 水龙头 控制器 抗干扰性强引言随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快1。水资源是不可缺少的，没有水不管人或事物都不能存活。节约用水是一种美德。传统水龙头当然也是一种选择，但是如果人们有急事却忘了关水会使水一直流，从而会浪费很多水。所以就需要一种自动控制的水龙头代替传统的水龙头。目前, 医院、 饭店、 厕所等公共场所是用水较多的地方, 可是这些地方多使用的是手动开关式水龙头。 由于经常使用, 这种水龙头很容易损坏, 然而过少的使用会造成水龙头的腐锈, 同时也会造成疾病的感染, 为此人们感到很烦恼。为了使用方便可靠，只需将手放入水龙头下，水龙头就会自动放出自来水供使用者洗手或洗涤其它物品。这种水龙头特别适合酒店、宾馆、医院等公共场所使用，能有效防止手上细菌的交叉传染，如果这种水龙头用于家庭，可使家庭的卫生设施实现自动化，省去了洗手时要拧开水龙头的麻烦，使用它可使卫生设备上一个档次，因此设计这样的水龙头很有必要，既能满足了人们对物质的需求，又提高了科学性，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。1方案论证方案一选用低功耗红外反射开关，功率开关集成电路,及电源变换电路组成，红外反射开关向外发射调制红外线，与其同并排安排光敏晶体管来接收2，红外信号控制功率开关集成电路进而驱动电磁水阀。该红外反射开关是选用模块化产品，全部电路焊装于塑料小盒内，该方案特点是制作简单，安装可靠。方案二选用多谐振荡器，由红外发射管向外发射红外信号，该信号被接收并转换为电信号，经信号放大电路放大送入译码器，对其信号进行判断，来控制集成电路是否工作，进而判断继电器是否工作。通过对方案二和方案一比较，选择一种合理的设计方案：方案一由反射开关和功率开关集成电路组成，多为成品，水龙头控制电路与电磁阀一起装在盒子里，方便制作，而方案二多采用集成电路，虽制作复杂，但其稳定性能好，远远大于方案一，而且抗外界干扰比方案一强，节水效果也比较好，所以选用方案二。2系统的基本组成及工作原理2.1系统组成方框图红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2，运算放大器（LM741），音频译码器（LM567），继电器K，电源电路等组成，且整个控制过程分5个模块。系统组成方框图如图1所示。 多谐振荡器 调幅红外光红外接收 电压放大 （LM741） 音频译码 （LM567） 电磁阀动作 图1 系统组成方框图2.2系统工作原理系统工作原理图见附录1所示。IC1与W1、C1等组成频率约为3050KHz的脉冲振荡器，驱动红外发光二极管D1发出调制红外光。当有人洗手或盛水接近水龙头时，由D1发出的红外线被人体反射回来一部分，被BG接收，并通过运放IC2放大后输入到音频译码器LM567的输入端第3脚，经IC3进行识别译码后使其第8脚输出低电平，继电器J吸合，常开触点JH接通电磁阀电源，电磁阀打开，水龙头自动流水。人体离开水龙头后，BG失去红外信号，电路又恢复到一般等待工作状态。3 电路设计红外线自动水龙头的电路主要有红外发射电路，红外接收电路，稳压电路，音频译码电路，开关控制电路等组成,下面对电路的主要元器件进行分析。3.1红外发射电路1、红外发射的功能：555组成的多谐振荡电路驱动红外发射管向外发射红外线3。2、红外发射的组成：由555时基集成电路，SE303A，红外发光二极管，电源开关S，电阻器R01R03和电容器CO1CO3组成的电路。接通SA，由ICO1及其外围容阻元件构成的多谐振荡器通电工作，驱动红外发光二极管工作，将红外信号调制发射出去。3、555电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图2所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相吕、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RD是复位端（4脚），当RD0,555输出低电平。平时RD端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。图2 555定时器内部框图及引脚排列555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断4。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。3.2红外接收和放大电路1、红外接收，放大的功能：红外调制信号被红外接收光敏二极管接收并转换为电信号，在经UA741型运算放大集成电路运算放大，放大后的信号送入LM567型音频锁相环译码器集成电路进行选频5。2、红外接收，放大的组成是由接收光敏二极管，UA741型运算放大集成电路组成。3、光电传感器工作原理光电传感器的基本转换原理是将被测量参数转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件转换成电信号的输出。常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。如果在该点有障碍物，光就照不到光敏二极管上，电路处于偏置状态，PN结截止，反向电流很小。当没有障碍物遮挡时，光照到光敏二极管上时，PN结附近产生电子空穴对，并在外电场和内电场的共同作用下，漂移过PN结，产生光电流。此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。具体方法是在光源侧使用发光二极管，在受光侧使用光敏二极管，并将信号处理电路集成制作在一块芯片上。它的特点是体积小，可靠性高，工作电源电压范围宽，接口电路的复杂程度大幅度减少，可直接与TTL，LSTTL和CMLS电路芯片连接6。4、UA741型运算放大器运算放大器主要由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路等四部分组成，如图3所示。图3运算放大器运算放大器的偏置电路与分立放大电路的偏置电路设计有很大不同，主要由各种形式的恒流源电路实现，熟悉各种形式的恒流源电路是阅读运放电路的基础。运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采用CC-CB复合管，以便拓展通频带；运算放大器的中间级采用共射或共源电路，并采用恒流源负载和复合管以增加电压放大倍数7。3.3控制电路1、控制电路主要由定时器NE555，LM567型音频琐相环译码器基成电路，开关晶体管V，延时电容器C6，继电器K，二极管VD2，电磁阀YV及有关外围元件组成。2、传输来的外来频率信号被LM567接收，比较判断输出的信号来驱动晶体管VT，当加在LM567 3脚的外来信号频率与LM567相同时，IC2的8脚输出低电平，使VL截止，IC3的2脚为高电平，3脚输出低电平，继电器K不 工作，电磁阀YV关闭。当洗手或用器皿取水，手或物体将VL发出的红外线遮挡住时，IC2的8脚将由低电平变为高电平，使晶体管VT导通，IC3的2脚电位降低，3脚输出高电平，继电器K吸合，常开触点接触，电磁阀YV通电将水龙头打开。当遮挡物离开后，电磁阀YV延时工作一段时间后自动关闭。3、锁相环电路LM567图4 LM567内部原理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8，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图4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选频。继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时，应该首先考虑所在电路(即继电器线圈所在的电路)的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈容易烧毁。NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如COMS电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。根据本设计继电器应选9V直流电压继电器9。总结 以上是我总体的设计构想，当然实际操作起来还会有很多问题。比如电子产品中出现问题很多的电磁兼容环节，各个参数的理论值与实际如何平衡，电路优化等等问题都要在设计具体问题具体分析，我还要进一步仔细认真的学习，争取在老师的指导下能够圆满完成此次任务。参考文献1童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001. 2王英剑等.新型开关电源使用技术M.北京：电子工业出版社，1999. 3阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001. 4张晓东.新颖实用电子制作M.福建科学技术出版社，2004.5. 5胡烨，姚鹏翼，陈明.Protel99se原理图与PCB设计教程M.机械工业出版社，2005. 6刘德旺，韦穗林.电子制作实训.M.中国水利水电出版社，2004.8 7宋家友.电子爱好者集成电子线路设计手册M.福建科技技术出版社，2002.8傅劲松.电子制作实例集锦M.福建科技技术出版社，2006.9廖先芸.电子技术实践与训练M.高等教育出版社，2000.附录1