红外线自动水龙头控制电路的设计与制作

1红外线自动水龙头控制电路的设计与制作作者：XX[摘要]：“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。本设计介绍了用红外发射与接受电路设计自动水龙头的原理及设计方案。红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接受放大电路、控制电路、电磁阀、电源组成。经5V恒压源，供给控制电路工作，然后由红外发射电路发射红外线，经红外接收电路接收、再经过放大选频，最后由控制电路控制电磁阀的开启，从而控制水龙头的开启和关闭的一个过程。电路设计简单、使用方便、同时便于节能。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。[关键词]：红外线选频放大电磁阀继电器。绪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。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。普通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。要是在干旱的地区水就犹如他们的生命。当然如何方便地控制水流的流出、关闭也成了我们关注的！所以本设计一种方便开关同时也可以专门为那些容易忘记关水的人使用。本论文设计是一种红外线控制水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合放水的功能。它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。可在强光下工作，给人们生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，其广泛用于家庭、车站、工厂、学校、餐厅等场所。而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外自动水龙头、扩大其应用，有着非常现实的意义。2第一章方案的设计与概述红外线自动水龙头具有人或物体靠近时，自动产生控制信号控制继电器的工作，使电磁阀得电吸合放水的功能。此次设计方案主要采用了：集成运放LM471，反射式红外线传感器JRX-13F/006，锁相环音频译码器LM567。1.1方框图图1工作原理：将LM567第5脚上幅值约为4V的标准矩形波，通过R1引致三极管VT1的基极，使接在VT1发射极的红外线发射管导通并向周围空间发出调制红外光。当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水器就将红外光发射回一部分，被红外接收管接收并转换为相应的交变电压信号，经C1耦合至运放进行放大后，再经C2输入到LM567的第三3脚，经识别译码后，使第8脚输出低电平，又经反相后，驱动三极管VT2导通，使继电器吸合，继电器控制安装在水龙头上的电磁阀得电吸合放水，当手或容器离开后电路又恢复等待状态。第二章硬件电路设计主体电路各元器件的作用2.1反射式红外传感器图2反射式红外传感器3红外水龙头控制过程是：水龙头的构成即红外线传感器的控制光电传感器的基本转换原理是将被测参数转换成光电信号的变化，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，反相电流很小。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，并在外电厂和内电厂的共同作用下，飘移过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。2.2LM567锁相环音频译码器LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂(如图3)，这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。图3工作电压：4.75~9V输出端最大灌电流：100mA最高工作频率：500kHz输入信号③脚：25mV，一般为100mV~200mV①②脚分别对地接电容，形成输4出滤波网络和环路单级低通滤波网络，容量越大，带宽越窄。⑤脚接定时电阻⑥脚接定时电容，其阻容元件决定内部压控振荡器的中心频率f=1/1.1RCR在2~20kΩ，则可调出0.01~500kHz的单音信号。当③脚输入信号与中心频率相等时⑧由高电平变为低电平。2.3LM741集成运算放大器LM741（Op07）芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。图4LM741集成运放大器特点：超低偏移：150μV最大；低输入偏置电流：1.8nA；低失调电压漂移：0.5μV/℃，超稳定；时间：2μV/month；最大高电源电压范围：±3V至±22V。2.4电磁继电器电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备中。电磁继电器一般由一个线圈、铁心、一组成几组带触点的簧片组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。⑴.继电器的工作原理继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小的电流来控制较大电流的一种自动开关。在电路中起着自动操作,自动调节，安全保护等作用。5当继电器线圈通以电流时，在铁心，轭铁，衔铁和工作气隙形成磁通回路，从而使衔铁受到电磁铁吸力的作用而吸向铁心，此时衔铁带动支杆而将板簧推开，使一组或几组常闭触点段开（也可以使常开触点接通）。当切断继电器线圈的电流时，电磁力失去，衔铁在板簧的作用下恢复愿点，触点有闭合。图5继电器的常用符号⑵．继电器的选用选用继电器时，一般应注意以下几点：①继电器的额定工作电压的选择。继电器的额定工作电压应小于或等于控制电路（继电器线圈所在电路）的工作电压。当继电器是用晶体管或集成电路来驱动时，还应计算一下继电器额定工作电流是否在晶体管或集成电路的输出电流范围之内，必要时应增添一只中间继电器。②接点负荷的选择。加在接点上的电压和电流值不应超过该继电器的接点负荷。③接点的数量和种类，同一种型号的继电器一般有多种接点的形式可供选用。使用时应充分利用各组接点。④继电器的体积应合乎电路的要求。⑤查阅有关手册，找出合乎要求的继电器。在电参数和体积都满足的情况下，应选用性能价格比高的产品。6⑶.特性参数电磁继电器的主要特性参数有以下几个：①额定工作电压或额定工作电流：这是指继电器工作时线圈需要的电压或电流。②吸合电流：它是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在实际使用中，要使继电器可靠吸合，给定电压可以等于或略高于额定工作电压。一般不要大于额定工作电压的1.5倍。否则会烧毁线圈。③释放电流：它是指继电器产生释放动作的最大电流。释放电流比吸合电流小得多。④触点负荷：它是指继电器触点允许的电压或电流。例如：JRX-13F电磁继电器的触点负荷是0.02A/12V，就不能用它去控制220V的电路通断。第三章安装与调试按原理图所示的电路结构及元器件实际尺寸，设计合适的通用电路板，并插接元器件。本次设计的电路看似简单，但实际上涉及到的内容非常多，既是一次挑战又是一次难得的学习机会。电路元器件很少，所以很快就把电路插接完毕。安装与调试：最重要的是调试工作了，这也是设计中最具有挑战是学习价值的东西，在我们这个设计中，我们早就做好的电路分析和线路的初步设计与连接，到在调试方面我们整整花了近一个星期还没有解决问题，调试阶段要学会分析线路和元件的参数计算。我们这个设计采用了反射式红外传感器，发射接收是一体，只需判断发射频率和LM567锁定频率是否一致，我们设计的反射式红外传感器发射频率为f0=7.5KHZ由锁相选频中心频率f0=1/1.1(R6×C3)算出的。（见综合设计后电路图）由于元件各个参数存在的一定的差异性和严密的要求使得计算参数也受到了很大的困难，我们花费了很多时间在这个方面上。这些细节往往还要牵涉带很多很小的细节，解决这些问题是需要一定的耐心和技巧的。第四章结束语首先在此要感谢我的指导老师杨老师对我的悉心指导，给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设7计的最大收获和财富，是我终身受益。是我在以后的工作岗位中能自己动手和自己去想，把自己的想法和实践结合在一起，我还是相信没有付出就没有回报这句话。附录一元器件清单序号名称器件代号规格数量1反射式红外传感器LG12集成运算放大器IC1LM741(或OP07)13锁相环音频译码器IC2LM56714反相器LC374LS0415小型电磁式继电器KJRX-13F\00616三极管VT1\VT2NPN小功率晶体管901327半导体二极管VD1N414818电容C10.22uF/63V瓷介或涤纶电容器19电容C20.1uF/63瓷介或涤纶电容器110电容C30.01uF/63瓷介或涤纶电容器111电容C42.2uF/16V铝电解电容器112电容C51uF/16V铝电解电容器113电容C647uF/16V铝电解电容器114电阻R1/R4/R71kΩ1/8W碳膜电阻器315电阻R3/R5100kΩ1/8W碳膜电阻器216电阻R2150Ω1/8W碳膜电阻器117电阻R612kΩ1/8W碳膜电阻器118电阻R810kΩ1/8W碳膜电阻器18附录二总电路图