水龍頭感應(yīng)--測(cè)控電路設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上JIU JIANG UNIVERSITY 電力電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 題 目 感應(yīng)水龍頭的設(shè)計(jì) 院 系 電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 姓 名 黃榮民 年 級(jí) B1262 07 指導(dǎo)教師 張波 2014年 12 月 目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22設(shè)計(jì)方案33單元電路設(shè)計(jì)44電路工作原理65參考文獻(xiàn)111、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)要求:選擇合適的傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)能感應(yīng)手的自動(dòng)出水裝置，對(duì)于這種和距離有關(guān)的設(shè)計(jì)我們可以利用距離傳感器；設(shè)計(jì)任務(wù)：利用傳感器，感知手的存在，產(chǎn)生電平跳變，激活電磁閥所在電路工作，從而自動(dòng)出水。2、方案設(shè)計(jì)：就感知途徑而言有以下兩種方案：一、利用溫度傳

2、感器，但是非接觸式溫度傳感器易受空氣溫度影響，而接觸式傳感器優(yōu)惠帶來交叉接觸，不衛(wèi)生，所以決定放棄。二、紅外線傳感，思路有兩條：1、設(shè)置一個(gè)紅外發(fā)生器，一個(gè)紅外接收器，當(dāng)手干擾到這條紅外線時(shí)，信號(hào)中斷，產(chǎn)生電平突變，然后激活電磁閥工作，自動(dòng)出水。缺點(diǎn)是紅外發(fā)生接收器的位置不好掌握，垂直在水龍頭上下放置不好封裝，會(huì)加大成本而水平放置又會(huì)受到水龍頭形狀的限制，最后決定放棄。2、利用一種紅外感應(yīng)器，感應(yīng)手產(chǎn)生的紅外線，然后產(chǎn)生信號(hào)，激發(fā)電磁閥工作、缺點(diǎn)是可能受到人體產(chǎn)生的紅外線干擾，但是可以通過傳感器放置位置，及選定傳感器敏感度來控制，大體符合條件。 三、單元電路設(shè)計(jì)一、選擇合適的傳感器種類：為了滿

3、足不接觸、對(duì)紅外線的敏感度高的需求，我選擇了熱釋電紅外線傳感器。熱釋電紅外線傳感器的工作原理如下：紅外線傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種光敏元件，通常將紅外線傳感器分為熱型和光子型兩種。熱釋電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱輻射作用引起的元件本身的溫度變化，其探測(cè)率、影響速度都不如光子型傳感器。但由于熱釋電型傳感器可在溫室下使用，靈敏度與波長(zhǎng)無關(guān)，所以應(yīng)用領(lǐng)域很廣。熱釋電紅外傳感器的熱點(diǎn)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱點(diǎn)系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反

4、向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104M，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。二、直接反饋型555多些振蕩器 原理圖如下： 4 電路工作原理 是通過反射原理，當(dāng)人體的手放在水龍頭的紅外線區(qū)域內(nèi)，紅外線發(fā)出的紅外線由于人體手的摭擋反射到紅外線接收管，通過集成線路內(nèi)的微電腦處理后的信號(hào)發(fā)送給脈沖，電磁閥接受信號(hào)后按指定的指令打開來控制

5、水龍頭出水；當(dāng)人體的手離開紅外線感應(yīng)范圍，電磁閥沒有接受信號(hào)，電磁閥閥芯則通過內(nèi)部的彈簧進(jìn)行復(fù)位來控制水龍頭的關(guān)水。該紅外自動(dòng)水龍頭電路由紅外線發(fā)射電路、紅外接收與信號(hào)放大電路、鎖相環(huán)頻率解碼電路、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)控制電路和電源電路等組成，如圖所示。紅外發(fā)射電路由時(shí)基集成電路ICOl、紅外發(fā)光二極管VL、電源開關(guān)S、電阻器ROl-R03和電容器COl-C03組成。 紅外接收與信號(hào)放大電路由紅外接收光敏二極管VDl、運(yùn)算放大器rCl和有關(guān)外圍元件組成。 鎖相環(huán)頻率解碼電路由IC2和外圍阻容元件組成。 單穩(wěn)態(tài)延時(shí)控制電路由時(shí)基集成電路IC3、開關(guān)晶體管V、延時(shí)電容器C6、繼電器K、二極管VD2、電磁閥Y

6、V及有關(guān)外圍元件組成。 電源電路由電源變壓器T、整流橋堆UR，三端集成穩(wěn)壓器IC4和濾波電容器C8、Cg等組成。 接通開關(guān)S，由ICOl及其外圍阻容元件構(gòu)成的多諧振蕩器通電工作，驅(qū)動(dòng)VL工作，將14kHz左右的紅外調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去。該紅外調(diào)制信號(hào)被VDl接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)ICl運(yùn)算放大，放大后的信號(hào)送人IC2進(jìn)行選頻。 當(dāng)加在IC2第3腳的外來信號(hào)頻率與IC2的振蕩頻率相同時(shí)，IC2的8腳輸出低電平，使V截止，IC3的2腳為高電位，3腳輸出低電平，繼電器K不工作，電磁水閥YV關(guān)閉。 當(dāng)洗手或用器皿取水，手或物體將VL發(fā)出的紅外線遮擋住時(shí)，IC2的8腳將由低電平變?yōu)楦唠娖剑咕w管V導(dǎo)通，

7、lC3的2腳電位降低，3腳輸出高電平，繼電器K吸合，常開觸頭接通，電磁水閥YV通電將水龍頭打開。當(dāng)遮檔物離開后，電磁水閥YV延時(shí)工作一段時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉。 紅外水龍頭的工作原理及特點(diǎn) 圖2為紅外水龍頭的工作原理圖。它是利用紅外發(fā)射電路和接收電路配合單片機(jī)來工作的。發(fā)射電路定時(shí)間歇發(fā)射發(fā)外脈沖,當(dāng)人要洗手時(shí)對(duì)紅外產(chǎn)生反射,從而使接收電路接收到紅外信號(hào),再由單睡機(jī)控制電磁閥打開水龍頭出水,當(dāng)人手離開時(shí),接收電路無法收到反射信號(hào),單片機(jī)則控制電磁關(guān)閉水龍頭。為使這種家用或公共場(chǎng)合用的產(chǎn)品具有更高的安全性和可靠性,設(shè)計(jì)者普遍使用電池作為工作電源,因而對(duì)電路整機(jī)的功耗要求應(yīng)足夠的小,一般來講應(yīng)該從以下幾個(gè)方

8、面來減少功耗：（1）為了便于電磁閥 的驅(qū)動(dòng),采用4節(jié)1.5V電池供電,CPU工作使用HT1033穩(wěn)壓輸出的3.3V電壓,以降低CPU的工作功耗。為防止在電池電壓降低后紅外水龍判斷的工作可靠性下降,該電路設(shè)計(jì)有電池電壓檢測(cè)電路,當(dāng)電池電壓降低到一定程序時(shí),電路具有通過指示燈閃爍提醒用戶更換電池的功能。（2）圖3所示為電磁閥的控制電路,它通過兩個(gè)I/O控制腳電平的翻轉(zhuǎn)來對(duì)電磁閥進(jìn)行開/關(guān)控制。電磁閥開關(guān)動(dòng)作的控制脈沖寬度可選為30ms,隨著該脈沖寬度的增加,電路的功耗將會(huì)加大,但如果該脈沖太窄的話,一方面無法驅(qū)動(dòng)電磁閥工作,另一方面還會(huì)使電池電壓下降從而電磁閥失控。因而應(yīng)采用軟件進(jìn)行判斷補(bǔ)償：當(dāng)計(jì)

9、數(shù)電磁閥開關(guān)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí),應(yīng)適當(dāng)增加電磁閥控制脈沖寬度,也可以根據(jù)使用次數(shù)逐級(jí)增加脈寬。這樣既能穩(wěn)定控制電磁閥又能合理分配使用能量。 （3）圖4所示是該紅外水龍頭的發(fā)射/接收電路。發(fā)射電路中的穩(wěn)壓 二極管起著穩(wěn)定發(fā)射距離的作用, 它能保證電池電壓下降后發(fā)射距離保持穩(wěn)定。該發(fā)射電路 以間歇方式工作,它每隔0.5秒發(fā)射一次脈寬為50s的窄脈沖。接收電路也采用間歇供電方式,在CPU做發(fā)射脈沖的時(shí)候打開接收電路的工作電源,然后檢測(cè)是否收到反射脈沖。檢測(cè)完畢后再關(guān)閉接收電源。 （4）在設(shè)計(jì)CPU軟件時(shí),由于EM78P156程序存儲(chǔ)器的容量為1k,因而可以將多種沖水功能程序放大同一片OTP芯片中,工

10、作時(shí)再?gòu)腎/O口管理判斷應(yīng)執(zhí)行的功能段。這樣可以減少產(chǎn)品庫(kù)存,并提高利用率。WDT看門狗的打開信號(hào)可作為SLEEP工作模式的喚醒源,如果WDT的基本定時(shí)周期為18ms,那么,WDT看門狗應(yīng)在大約每隔0.56s時(shí)產(chǎn)生一次看門狗復(fù)位動(dòng)作。另外,該紅外水龍頭還設(shè)計(jì)有連續(xù)出水一分鐘自動(dòng)關(guān)閉電磁閥的功能。這是為在異物阻擋使單片機(jī)誤判斷時(shí),不致于水流不停而設(shè)計(jì)的。 該電路由以下幾部分組成: (1)紅外發(fā)射器它是一個(gè)由555電路組成的多諧振蕩器,其振蕩頻率由RP1,R1,C1的數(shù)值決定,該電路的振蕩頻率為38kHz.(2)紅外接收電路該電路由紅外接收管VD2和CX20106組成. (3)水閥門控制電路該電路

11、由控制門F1,F2,驅(qū)動(dòng)管VT1和繼電器K1組成. (4)電燈控制電路該電路由控制門F3,F4,驅(qū)動(dòng)管VT2和繼電器K2組成紅外線自動(dòng)水龍頭控制器紅外線自動(dòng)水龍頭控制器由發(fā)射器和接收、譯碼、控制幾部分組成。 555和R1、R2、C1等組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其振蕩頻率約40kHz，它驅(qū)動(dòng)三支TLN104型紅外發(fā)射二極管，產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)制波。紅外接收頭采用兩支與TLNl04配套的TLP104接收管，將紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過IC2放大后，加至IC3，IC3是鎖相環(huán)音頻譯碼器，調(diào)節(jié)RP1，使IC3的中心頻率與發(fā)射的調(diào)制頻率40KHz一致。當(dāng)有信號(hào)來時(shí)， LM567 的8腳輸出低電平，VT1截止，交流固態(tài)繼電器IC4(SP110)因無控制信號(hào)觸發(fā)，交流輸出處于斷開狀態(tài)。而當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時(shí)，LM567無信號(hào)輸入，8腳因R7的高電平偏置作用而呈高電平，VT1導(dǎo)通，IC4因控制端有一跳變的脈沖信號(hào)，使SP110的交流電壓接通，使得水龍頭的電磁閥自動(dòng)開啟、放水，人手離開后，紅外光又照射到接收頭上，LM567輸出又恢復(fù)低電平，VT1截止，IC4的交流輸出也斷開。摘自新編555集成電路應(yīng)用800例這是一個(gè)遮斷式的電路，反射式的只需在原電路的基礎(chǔ)上稍微改動(dòng)就可以啦。我個(gè)人認(rèn)為這種用LM567做40KHz調(diào)解的電路比較適合用反射一體頭來制作成反射式，但是如發(fā)射、接受分別用紅外發(fā)射