課程設計 --紅外自動洗手器設計

1、<p>　　專 業(yè)：電子信息科學與技術</p><p>　　班 級： 07電本一班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>

2、;　　2009年3 月2 日-4月11日</p><p>　　摘要：本課程設計設計的自動洗手器主要由電源電路、紅外發(fā)射和紅外接收、音頻鎖相環(huán)譯碼器電路、定時電路、繼電器組成，實現(xiàn)人手靠近紅外發(fā)射管和紅外接收管時繼電器工作，人手離開后，約一秒后繼電器停止動作。</p><p>　　關鍵字：紅外發(fā)射、紅外接收、延時、穩(wěn)壓、放大</p><p><b>　　設計

3、任務：</b></p><p>　　1、設計一個用于控制水龍頭自動出水的裝置；</p><p>　　2、當有人洗手是，裝置能自動出水，若手稍微偏離水龍頭是（偏離時間1S以內），水龍頭也能自動出水；</p><p>　　3、工作電源為交流220V；</p><p><b>　　4、靈敏度可調。</b></

4、p><p><b>　　設計方案：</b></p><p>　　根據設計的要求,分四部分進行設計：</p><p>　　第一部分：電源電路。</p><p>　　第二部分：紅外發(fā)射電路，紅外接收電路，</p><p>　　第三部分：由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器；</p><p

5、>　　第四部分：延時電路。</p><p>　　第五部分：繼電器和電磁閥</p><p><b>　　系統(tǒng)總框圖如下：</b></p><p><b>　　各功能模塊設計：</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?、電源電路：</b></p><p&

6、gt;<b>　　1、電路圖</b></p><p>　　2、工作原理：220V交流電，通過變壓器T變壓后輸出10V交流電，經D1-D4橋式整流、C1電解電容濾波、三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓后輸出5V直流電，供給控制電路工作，其中，LED1為電源指示燈。</p><p>　?。ǘ┘t外接收與發(fā)射電路</p><p>　　1、LM358封裝LM

7、358由兩個集成運算放大電路組成，2、3腳和5、6腳分別為兩個集成運算放大電路的輸入端，1、7腳分別為輸出端。4腳接地，8腳接電源。</p><p><b>　　2、電路圖</b></p><p>　　3、工作原理：紅外線發(fā)射電路，由三極管VT1、紅外線發(fā)射管LDE2及電位器RW1、限流電阻R7及R2組成， 鎖相電路LM567的振蕩信號經電阻R2耦合到三極管VT1放大

8、，推動紅外線控射管發(fā)出方波信號。</p><p>　　紅外線接收電路 由集成電路LM358、紅外線接受管LED以及其外圍元件組成，紅外線接收管把接收到的紅外線信號轉變?yōu)楸旧碜柚档淖兓?。引起在電?0K上分壓的變化經電阻10K和電容0.01uf耦合到放大器進行放大， 為降低電源交流波紋的影響，接收電路中加入一級R、C濾波電路。</p><p>　　由于本電路采用單電源供電，故這也使LM358

9、不能對小于0的信號進行放大，所以必需抬高信號的電位。R3、R4分壓，R4分得的電壓來抬搞信號的電位；</p><p>　?。ㄈ┯蒐M567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器</p><p>　　1、LM567封裝及功能描述：</p><p>　　（1）、LM567封裝</p><p>　　1腳輸出濾波,2腳環(huán)路濾波(②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：

10、電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。 )</p><p>　?、勰_是輸入端，要求輸入信號≥25mV;</p><p>　　4腳接Vcc, 7腳接地;</p><p>　?、?、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC; </p><p>　　⑧腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電

11、極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。</p><p>　　（2）、LM567的功能描述</p><p>　　電路工作時，輸入信號與壓控振蕩器VCO的振蕩信號在鑒相器Ｑ（雙平衡模擬乘法器）中鑒相，相差信號經環(huán)路低通濾波后，形成與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VCO輸入頻率跟蹤輸入信號的相位變化，若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕捉范圍內，則環(huán)路鎖定，VCO的頻率與輸入信號的頻率一致。

12、</p><p>　　鑒相器Ｉ（雙平衡模擬乘法器）與鑒相器Ｑ工作方式略有不同，它是利用壓控振蕩器的輸出信號經90度移相后與輸入信號鑒相，因而鑒相器Ｉ的輸出電壓達到輸出范圍的最大值，經運放后反相輸出，其輸出是集電極開路方式，采用該方式方便輸出信號與TTL或CMOS電路匹配，且可直接驅動繼電器等小功率負載。 </p><p>　　中心頻率為f=1/1.1RC；捕捉的帶寬為BW=1070sqrt

13、(Vin/fC2 ) 其中25mV<Vin<200mV，Vin為有效值，）</p><p>　　LM567的工作頻率范圍為0.01HZ~500kHZ，而且工作頻率十分穩(wěn)定。最大鎖范圍為14%f0，電源電壓為4.75V~9V，輸入電阻為20千歐，典型工作電流為7mA，主要用于單音解碼。</p><p>　　LM567的3腳為信號出入端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是一個集成開路的晶體

14、管輸出，最大灌電流為100mA。5腳輸出的振蕩信號經三極管功率放大后，推動紅外發(fā)射向外發(fā)射紅外線。</p><p>　　該部分電路主要由LM358和LM567組成， C4、C5形成捕捉帶寬；5腳產生矩形波驅動紅外發(fā)射(發(fā)射頻率由R4、RW2、C6決定，f=1/1.1(R4+RW2)C6)，紅外接管接收信號由LM358對信號進行放大，從3腳輸入，8腳輸出低電平。當紅外接受沒接收到信號時，8腳輸出高電平。</p

15、><p>　　RW2用于調節(jié)發(fā)射管的發(fā)射頻率（在4—5KHz內接收效果好）。RW1用于調節(jié)發(fā)射管的發(fā)射功率（調節(jié)靈敏度）。</p><p><b>　　2、電路圖</b></p><p><b>　　3、工作原理：</b></p><p>　　通電后，LM567的5腳產生一定頻率的信號，其頻率由R6、

16、RW2和C6共同決定（計算公式為f=1/(1.1RC)，代入具體數字計算得2.93kHz<=f<=4.54kHz），該信號被T1三極管放大后被紅外發(fā)射管接收，使紅外發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線信號。當人手伸至紅外線控制范圍內時，由于人手的反射，使紅外接收管收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號，該信號通過LM567的3腳輸入，經LM567的選頻，從8腳輸出低電平（因LM567的8腳為集電極開路，故需接一個10K的上拉電阻）。<

17、/p><p><b>　?。ㄋ模⒍〞r電路：</b></p><p>　　1、NE555芯片封裝</p><p>　　555芯片的內部含有兩個電壓比較器，一個RS觸發(fā)器，一個分壓器，一個放電晶體管三極管和一個功率后極輸出級。是CMOS工藝制造的, 具體請見下圖片.</p><p>　　ne555引腳功能介紹:8電源電壓Vc

18、c 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復位 5控制電壓 6門限(閾值) 7放電</p><p>　　此芯片的內部中心電路是2個晶體三極管加正反饋組成的RS觸發(fā)器。NE555輸入控制端有直接復位Reset端，通過比較器A1，復位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權是R、T、TH</p><p>　　2、定時電路原理圖：&

19、lt;/p><p>　　延遲時間由R3和C7共同決定。計算結果為:t=1.1R3*C7=1.1*470000*0.0000022=1.14s.</p><p><b>　　3、工作原理：</b></p><p>　　(1)、由LM567的8腳輸出的低電平由NE555的2腳輸入，由3腳輸出一高電平，使三極管T2工作在飽和狀態(tài)，繼電器通電，電磁閥吸合，

20、同時發(fā)光二極管LED3點亮。（由于繼電器里有線圈，當電路的瞬間斷開時會產生很大的自感電動勢，電壓過高會擊穿T2，所以用D5進行保護，讓電流構成回流）</p><p>　?。?）、NE555定時器，它與外圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時電路，其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測范圍時，能保證洗手器的正常出水。</p><p>　　當沒有人洗手時，紅外線接收電路接收不到LED2向外發(fā)射的紅外線，LM567

21、的3腳無信號輸入，8腳為高電平，NE555的3腳為低電平，三極管VT2 截止，繼電器K斷電處于釋放狀態(tài)，電磁閥Y不動作，洗手器無自來水放出。當人手放到洗手器下時紅外接收到人手反射的紅外線并經LM358電路放大后，輸人到LM567的3腳，由LM567內部處理后使LM567的8腳輸出低電平，從而使NE555的低觸發(fā)端2腳變?yōu)榈碗娢?導致NE555的3腳輸出高電平， 三極管VT2導通，繼電器K吸合，使其常開觸點閉合，接通電磁閥Y的22Ov交流

22、電源，Y開始動作，使洗手器放出自來水，供人們洗滌之用，同時發(fā)光二極管LED3發(fā)出綠光，指示洗手器正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，人手離開洗手器后，A3延時1秒鐘后復位，使洗手器停止放水。</p><p><b>　?。ㄎ澹┫到y(tǒng)原理圖:</b></p><p><b>　　調試要點:</b></p><p>　　?1、仔細檢查P

23、CB板是否有錯，元器件是否焊錯，器件參數是否弄錯；</p><p>　　?2、不接芯片，測試電源是否正常(用交流電)；</p><p>　　?3、電源正常后，插上芯片，用示波器測LM567的5或6腳對地波形，調整RW2阻值使其頻率為10kHz以下,以便提高接收靈敏度,若頻率過高,可能因運放帶寬不足而無法對紅外信號進行有效的放大；</p><p>　　?4 、注意紅外

24、接收管的方向不能弄錯； </p><p>　　?5、測試LM567能否收到反射信號，并調節(jié)靈敏度；</p><p>　　?6、調試555芯片構成的單穩(wěn)態(tài)電路</p><p><b>　　調試結果:</b></p><p>　　所以，從LM567的5腳輸出的信號的頻率為f=1/0.00015=6.7kHz.滿足小于10kH

25、z的要求。</p><p><b>　　結果分析：</b></p><p>　　結果1：當通電后，電源指示燈亮（紅色發(fā)光二極管發(fā)光）而且繼電器線圈吸合，繼電器工作指示燈（即綠色發(fā)光二極管發(fā)光）亮，過了大約1秒，繼電器線圈松開，指示燈滅了。</p><p>　　分析：因為在通電瞬間，LM567內部輸出一個低電平，輸入到NE555，使得NE555的

26、3腳輸出一個高電平，從而是三極管工作在飽和導通狀態(tài)，所以繼電器線圈會吸合。而且，NE555為定時電路，延時約1秒，故1秒后，繼電器線圈又釋放。</p><p>　　結果2：當人手靠近紅外發(fā)射和紅外接收時，繼電器線圈吸合，繼電器工作指示燈（即綠色發(fā)光二極管發(fā)光）亮，當人手離開后，過了大約1秒，繼電器線圈松開，指示燈滅了。</p><p>　　分析：當人手伸至紅外線控制范圍內時，由于人手的反射

27、，使紅外接收管收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號，該信號通過LM567的3腳輸入，經LM567的選頻，從8腳輸出低電平輸入到NE555，使得NE555的3腳輸出一個高電平，從而是三極管工作在飽和導通狀態(tài)，所以繼電器線圈會吸合。而且，NE555為定時電路，延時約兩秒，故兩秒后，繼電器線圈又釋放，指示燈滅。</p><p><b>　　電路改進</b></p><p>　　1

28、、決定NE555延時的電阻R3可以用電位器代替，這樣延時時間可以根據自己的需要，通過調節(jié)該電位器來決定。</p><p>　　2、PCB電路圖可以更整齊，更小巧，用8*10的銅板做就會更美觀</p><p><b>　　設計工作總結：</b></p><p>　　第一次做課程設計覺得有點難，特別是畫PCB版圖和做印刷板。但是在老師的指導和向學長

29、請教下，我慢慢地把PCB版圖畫完。</p><p>　　在此過程中，我學了很多知識，比如線與線之間盡量不要有直角，電阻排列方向要一致，二極管、電解電容、芯片的排列方向和極性要一致，元器件排放要盡量緊湊等等。在幫同學檢查電路的過程中，我懂得了使用數字示波器檢查電路，而且熟悉了LM567、NE555各引腳的功能和大概應用</p><p>　　雖然我的PCB設計得并不是很理想，但是通過這次的課程

30、設計，我相信在以后的電路設計中，我一定會設計出更好的板來。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白 華成英. 模擬電子技術基礎 [第四版].北京:高等教育出版社</p><p>　　[2]閻 石. 數字電子技術基礎 [第五版].北京:高等教育出版社</p><p