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红外线自愿驾御水龙头开合策画

日期:2019-10-09 03:53 来源:

  

红外线自愿驾御水龙头开合策画

  

红外线自愿驾御水龙头开合策画

  红外线自动控制水龙头开关设计_工学_高等教育_教育专区。红外发射与接收电路设计自动水龙头的原理及设计方案

  课程设计任务书 课程名称: 题 目: 电子技术课程设计 红外线自动控制水龙头开关设计 学 院: 系: 专业班级: 学 号: 学生姓名: 起讫日期: 指导教师: 学院审核(签名) : 审核日期: 职称: 1 说 明 1. 课程设计任务书由指导教师填写,并经专业学科组审定,下达到学生。 2. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成课程设计。 3. 本任务书在课程设计完成后, 与论文一起交指导教师, 作为论文评阅和课程 设计答辩的主要档案资料。 目录 摘要与方案论证……………………………………………………………3 设计原理……………………………………………………………………3 电源部分……………………………………………………………………4 红外发射电路………………………………………………………………4 接收放大电路……………………………………………………………… 6 控制电路…………………………………………………………………… 10 电磁阀………………………………………………………………………11 红外线水龙头原理图…………………………………………………… 12 原理图………………………………………………………………………13 布局布线前的 PCB 板图……………………………………………………13 布局后 PCB 板图……………………………………………………………14 最终布线后 PCB 板图………………………………………………………15 元 件 清 单 …………………………………………………………………16 参考文献……………………………………………………………………18 一、课程设计的主要内容和基本要求 摘要 介绍了用红外发射与接收电路设计自动水龙头的原理及设计方案。电路设计简单,使用方 便,同时更利于节能, “节本降耗”是每个企业追求的目标。传统的水龙头、卫生间供水等设施, 使用起来不是特别方便,而且很浪费,在这个基础上,我响应了国家的号召“节本降耗”的精神, 设计了自动供水电路,不但可以节约用水,而且还降低了公司内部成本,达到了“节本降耗”的 目的。红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路,电磁阀,电源组成 220VAC 经变压器 T 降压,变为 9VAC,再由整流、滤波、稳压,得到 9VDC 供给控制电路工作。 自动水龙头接通电源,当手伸到水龙头下时,使水龙头放出自来水,洗涤完毕,手离开水龙头 后,停止放水。由于知识有限,在文章叙述中肯定有不恰当之处,希望各位老师多提出宝贵意 见。 红外线自动水龙头 方案论证: 1.该方案选用低功耗红外反射开关(A) ,功率开关集成电路(Ic),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,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。 2.该方案选用多谐振荡器,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。该方案和方案一比较,方案一由反射开关(A)和功率开关集成电路(Ic)组成, 多为成品,水龙头控制电路与电磁阀一起装在盒子里,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。 设计原理 红外线控制水龙头由路由红外线发射电路,红外线接受与信号放大电路,锁相环频率解码 电路,单稳态延时控制电路和电源电路等组成。 接通开关 SA, ICO1 及其外围阻容元件构成的多谐振荡器通电工作, 由 驱动 VL 工作, 14KHz 将 左右的红外线调制信号发射出去。该红外线调制信号被 VL 接受并转换成电信号,再经 IC1 运 算放大,放大后的信号送入 IC2 进行选频。 当加在 IC2 3 脚的外来信号频率与 IC2 的振荡频率相同时, 的 8 脚输出低电平, VL IC2 使 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 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。 电源变压器 T,整流桥堆 UR,三端集成稳压器 IC4 和滤波电容 C8,C9 等组成电源电路。 一.电源 电源功能:为各元器件的正常工作提供直流电源。根据设计要求组成电路的主要部分有 555 够 成的多谐振荡器,其工作电压为 4.5V—18V,放大电路与红外发射管相配套光敏二极管 PH302 接收,其工作电压为 3V—18V,阀门开关控制电路是由 NE567 音频译码器和晶体管组成,其工 作电压为 4.5V—17V,电磁阀 9V—12V,由此可知,电源电压应为 9V 使电路正常工作。 二.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.红外发射的组成:由 555 时基集成电路,IC1F555,红外发光二极管, ,电阻器 R1、R14、R14 和电容器 C1、C2 组成的电路。由 IC1 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。 1、555 电路的工作原理 555 电路的内部电路方框图如图 14-1 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 RD=0,555 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。 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。 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。 (1)构成单稳态触发器 图 14-2(a)为由 555 定时器和外接定时元件 R、C 构成的单稳态触发器。触发电路由 C1、 R1、D 构成,其中 D 为钳位二极管,稳态时 555 电路输入端处于电源电平,内部放电开关和 T 导 通,输出端 F 输出低电平,当有一个外部 2 与脚 5 与 6 直接相连。电路没有稳态,仅存在两个 暂稳态,电路亦不需要外加触发信号,利用电源通过 R1、R2 向 C 充电,以及 C 通过 R2 向放电端 C1 放电,使电路产生振荡。电容 C 在 1/3VCCt 和 2/3Vcc 之间充电和放电。其波形如图 14-3(b) 所示。输出信号的时间参数是 T=tw1+tw2, tw1=0.7(R1+R2)C, tw2=0.7R2C 555 电路要求 R1 与 R2 均应大于或等于 1K,但 R1+R2 应小于或等于 3.3M 欧。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性, 定时器配以少量的元件即要获得较高精 555 度的振 荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 三.接收和放大电路 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 U1A、U2B、U3C 型运算放大集成电路运算放大,放大后的信号送入 Q2 中 红外接收,放大的组成是由接收光敏二极管,U1A、U2B、U3C 型运算放大集成电路组 成。 红外接收放大电路 光电元件特点是其高精度、高分辨率、大动态范围,利用光敏元件上的光电流随光强变 动而变化这一现象实现几何增量,光电传感器可广泛地应用于静态测量、动态测量及自动化 控制等领域。本设计中接收部分就采用了光敏二极管。 1、 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。 2.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 1 所示。 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。 双极型运算放大器的输出级采用互补输出形式,其主要功能是提高负载能力并增大输出 电压和电流的动态范围。二只输出管轮流导通,每管工作在乙类状态。为消除交越失真,通 常会给输出管提供适当的偏置电流,让其工作在甲乙类状态。 由于集成电路工艺的限制,各级之间采用直接耦合。为保证输入短路时,输出直流电平 为零,有时还需要在级间加入电平移动电路。 图 2 是 uA741 运算放大电路的等效电路图,对其基本工作原理的分析。 图2 (1) 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路,主要由 大级由 、 、 、 (共集-共基组合)和 、 、 组成。中间放 组成共集—共射电路;输出级由 组成互补输出电路。 (2) 基准电流分析 、 、 组成运放的基准电流源, 中得到的基准电流为 (3) 静态偏置分析 与 构成微镜像电流源,一方面给 、 、 、 的基极提供偏置,另一方面由 、 、 构成 的镜像电流源给 、 的集电极提供恒流偏置,同时作为 构成镜像电流源。 一方面给 的恒流负载。 是多集电极管,它与 的有源负载。 则是给 提供偏置电流,同时作为 提供偏置电流,同时作为 的有源负载。 将电路中的镜像直流电流源用等效恒流源代替,得到等效直流通路如图 3 所示。 图3 (4) 交流分析 差分输入级中的 电流为 、 同时分别作为 、 的有源负载。 、 、 管构成高精度交流镜像电流源, ,因而提供给 的 ,使单端输出的差分电路达到双端输出的效果。 电容 C 的作用是进行相位补偿,用于防止该运放可能产生的自激振荡。 输出级中的 、 , , 给互补输出管 , 提供静态偏置,以消除交越越失真。 或 导通,通过 、 是输出限流保护用取样电阻,当输出电流过大时, 组成的镜像电流源,将该电流镜像至 的另一个基极,通过负反馈抑制输出电流的增大。 四.控制电路 1.控制电路主要由时基基成电路 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。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 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 P1 延时工作一段时间后自动关闭。其电路图下图所示。 控制电路 NE555D 功能和原理如上(略) ,控制水龙头能够出水 五.电磁阀 追朔电磁阀的发展史,到目前为止,国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即直动式、分步 童先导式),而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、 分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。 直动式电磁阀: 原理:通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;断电时,电磁力 消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。 但通径一般不超过 25mm。 分布直动式电磁阀: 原理: 它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口没有压差时,通电后,电磁力 直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。当入口与出口达到启动压差时,通电 后,电磁力先导小阀,主阀下腔压力上升,上腔压力下降,从而利用压差把主阀向上推开;断 特点:在真空、负压、零压时能正常工作, 电时,先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件,向下移动,使阀门关闭。 差或真空、高压时亦能可靠动作,但功率较大,要求必须水平安装。 先导式电磁阀: 特点: 在零压 原理:通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围形成上低下高 的压差,流体压力推动关闭件向上移动,阀门打开;断电时,弹簧力把先导孔关闭,入口压力 通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差,流体压力推 六.红外线水龙头原理图 红外线控制水龙头由路由红外线发射电路,红外线接受与信号放大电路,锁相环频率解码电 路,单稳态延时控制电路和电源电路等组成,如图: (a) 二、课程设计图纸内容及张数 原理图 布局布线前的 PCB 板图 布局后 PCB 板图 最终布线后 PCB 板图 三、课程设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标 元器件清单 元器件名称 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 元器件类型 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1W 金属膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 1/4W 炭膜电阻器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 铝电解电容器 元器件数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C9 C10 VD1 VD2 VD3 VD4 VD5 VD6 VD7 VD8 VD9 IC1 U1A U2B U3C Q1 Q2 Q3 P1 P2 铝电解电容器 无极性电容 红外发光二极管 红外光敏二极管 IN4148 二极管 IN4148 二极管 红外发光二极管 IN4007 二极管 6V/1W 硅稳压管 IN4007 二极管 IN4148 二极管 NE555D 74HC04 74HC04 74HC04 CS9013 CS9013 CS9013 DF-1 型电磁阀 JRX-13 继电器 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 四、主要参考资料 (1)康华光, 《模拟电子技术基础》 (2)阎石, 《数字电子技术基础》 (3) 《protel DXP 电路设计基础教程》 (4)红外线自动控制水龙头开关控制原理 百度搜索

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