紅外線自動干手器課程設計

1、<p><b>　　綜述</b></p><p>　　自動干手機具有風量大、噪音小、靈敏度高、使用方便、迅速和安生等的性能特點，在當今，它是一個先進和理想的衛(wèi)生清潔器具和設備。廣泛應用于賓館酒店、機場車站、體育場館等公共場所的洗手間[1]。當您洗手后，將雙手伸在自動干手機的出風口下，自動干手機會自動送出舒適的暖風，迅速使您的雙手去濕變干，而當您把手一離開自動干手機風口時它又自動停風

2、關機，因而真正達到防止疾病交叉感染的要求。</p><p>　　其工作原理只是采用一種紅外線控制的電子開關，當有人手伸過來時，紅外線開關將電熱吹風機自動打開，人離開時又自動將吹風機關閉。成品的自動干手器將紅外線控制開關和電熱吹風機制作為一體，根據(jù)這個基本原理，用一只普通的電熱吹風機，加裝一個紅外控制開關，就可組成一個自動千手器，其效果與成品自動干手機是一樣的。</p><p>　　在手置于

3、干手器下部時，由于手對紅外線的反射作用，接收電路中的光敏二極管將接收到的紅外線變成電信號，經(jīng)選頻放大器，其輸出信號經(jīng)放大、整形、濾波變成直流信號進人比較器。比較器的門限電壓設置較高，其目的是提高電路的抗干擾能力。當比較器的輸人電平超過門限電壓時，其輸出變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)555定時器開始定時，同時該定時器的3腳變?yōu)楦唠娖?，繼電器觸點吸合，接通電阻絲和風機。繼電器進入暫穩(wěn)態(tài)，當設定的延時時間結束后定時器的3腳變成低電平，繼電器觸電放開，切斷電

4、阻絲和風機，工作結束[2]。</p><p><b>　?。狈桨冈O計與分析</b></p><p><b>　　方案設計一</b></p><p>　　本設計方案的紅外線發(fā)射部分由光敏二極管，555定時器構成的多諧振蕩器與紅外線發(fā)射管組成，實現(xiàn)對由從多諧振蕩器獲得的電信號進行發(fā)射的功能；紅外線的接收部分由集成運算放大電路和

5、紅外線接收管構成，實現(xiàn)對由光敏二極管發(fā)射的電信號進行接收，放大，選頻的功能；由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)電路和交流固態(tài)繼電器作為該設計的延時電路，實現(xiàn)控制電吹風的工作與停止。</p><p>　　圖1-1 方案設計一框圖</p><p><b>　　方案設計二</b></p><p>　　采用BISS0001型紅外傳感信號專用處理集成電路與紅外線

6、熱釋傳感器構成紅外線觸發(fā)電路，它可以接收到人身體發(fā)射出的紅外線并通過專用的集成電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，用來觸發(fā)555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以提供延時功能，使干手器實現(xiàn)工作一定時間后自動停止的功能。SSR采用JCX-2F-DC5V型過零緊湊型固態(tài)繼電器，它體積小巧，可以直接插焊在印制電路板上[3]。</p><p>　　圖1-2 方案設計二原理圖</p><p><b>　

7、　1.3方案分析</b></p><p>　　方案一根據(jù)紅外線反射的原理工作，光敏二極管依靠反射回來的紅外線工作性能比較穩(wěn)定，控制電路制作中用到了多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)電路，但是元件比較普通成本也不高。</p><p>　　方案二根據(jù)紅外線熱釋開關實現(xiàn)工作要求，紅外線熱釋傳感器感應外界紅外線變化工作，有可能對其他紅外熱源敏感，并且需要專用的芯片支持。</p><

8、p>　　二者的延時電路與電吹風電路基本相同，方案一雖然電路相對復雜，但是其穩(wěn)定性與成本方面比較優(yōu)秀。方案二電路雖然簡單，但是其穩(wěn)定性不高容易產(chǎn)生誤操作，并且成本控制的不好。出于實用與生產(chǎn)方面考慮我選擇電路相對復雜一些的方案一。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設計與原理</b></p><p><b>　　2.1單元電路設計</b>&l

9、t;/p><p>　　2.1.1 555定時器原理及參數(shù)分析</p><p>　　圖2-1-1是555定時器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器A1、A2，一個RS觸發(fā)器，一個放電三極管和三個5KΩ電阻的分壓器而構成。</p><p>　　圖2-1-1 555定時器內(nèi)部組成框圖</p><p>　　它的各個引腳功能如下：</p>

10、<p>　　1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p>　　8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端</b

11、></p><p><b>　　6腳：TH高觸發(fā)端</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF

12、電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電[4]。</p><p>　　2.1.2 555定時器的參數(shù)分析</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表2-1-2示[4]。</p><p>　　表2-1-

13、2 ⑴ 555定時器的功能表</p><p>　　表2-1-2 ⑵ 555定時器的參數(shù)表</p><p>　　2.1.3 紅外線發(fā)射電路設計</p><p>　　圖2-1-3 紅外線發(fā)射電路圖</p><p>　　紅外發(fā)射器以555芯片及紅外發(fā)射管構成，555芯片連接成多諧振蕩器，為紅外線管提供振蕩脈沖，使其發(fā)射出紅外線。</p

14、><p>　　根據(jù)任務書要求要發(fā)射出1000赫茲的紅外線，那么多諧振蕩器的振蕩頻率便為1000赫茲。根據(jù)多諧振蕩器頻率公式（1-1），根據(jù)頻率赫茲，可以求出R1.R2.C的值。即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　計算出..</b></p><p>　　2.1.

15、4 多諧振蕩器仿真電路分析</p><p>　　由2.1.3數(shù)據(jù)可以得到構成紅外線發(fā)射電路的多諧振蕩器的仿真電路模型及其波形圖，如圖2-1-4⑴和圖2-1-4⑵</p><p>　　圖2-1-4⑴ 多諧振蕩器仿真電路模型</p><p>　　圖2-1-4⑵ 多諧振蕩器仿真波形圖</p><p>　　2.1.5 延時裝置設計</p>

16、<p>　　圖2-1-5 延時裝置</p><p>　　延時裝置由555定時器組成得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構成，當受到紅外線信號出發(fā)后，將給繼電器一個高電平，繼電器通電吸合，將電吹風電源接通吹出熱風。這是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)時間由R.C數(shù)值決定。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器公式（2-2）可以求出R.C的值。</p><p><b>　?。?-2）</b></p

17、><p>　　根據(jù)暫穩(wěn)態(tài)時間定為15s，可以求出.。</p><p>　　2.1.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真電路分析</p><p>　　由2.1.5數(shù)據(jù)可以得到構成延時電路的單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型及其波形圖，如圖2-1-6⑴和圖2-1-6⑵</p><p>　　2-1-6⑴ 單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型</p><p>　　圖2-1-6⑵

18、單穩(wěn)態(tài)電路仿真波形圖</p><p>　　2.2 整體電路設計</p><p>　　2.2.1 單元電路的組合</p><p>　　根據(jù)單元電路的設計，將各單元電路的獨立電源整合為一個12V電源，加入電路工作指示燈，并且加入了選頻網(wǎng)絡電路，對光敏二極管接收的紅外信號進行放大、整形、濾波，使其變成標準的觸發(fā)脈沖信號[5]。由此得到紅外線自動干手器整體設計電路圖2-2-

19、1。</p><p>　　圖2-2-1 整體設計電路</p><p>　　2.2.2 工作原理</p><p>　　紅外線發(fā)射器由SE303與紅外線發(fā)射管PH302組成。它是由555電路組成的多諧振蕩器，振蕩頻率1000赫茲。由多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率脈沖經(jīng)R3送到紅外發(fā)射管SE303向外發(fā)射。</p><p>　　紅外線接收放大器由紅外線接

20、收管PH302和電壓放大器組成，R6是其反饋偏置電阻。由紅外線接收管PH302將接收到的紅外反射信號變?yōu)殡娒}沖后，加至電壓放大器的輸入端，進行脈沖幅度的放大。</p><p>　　C5、R6組成微分電路，將施密特觸發(fā)器輸出的方波形成觸發(fā)脈沖，以便對后級電路可靠地觸發(fā)。</p><p>　　開關控制電路由A2組成。A2與R7、C6組成了脈沖啟動型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由C5、R6形成的觸發(fā)脈沖觸發(fā)而

21、翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在穩(wěn)態(tài)時，A2與的OUT腳輸出低電平，繼電器處于釋放狀態(tài)。當其受到觸發(fā)后翻轉(zhuǎn)，OUT腳輸出高電平，繼電器通電吸合，將電吹風機的電源接通，電吹風機得電開始運轉(zhuǎn)并吹出熱風。這時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)。其暫穩(wěn)態(tài)時間由R7和C6的數(shù)值決定，按電路中的數(shù)值，暫穩(wěn)態(tài)時間約為15s。15s后暫穩(wěn)態(tài)結束，電路翻轉(zhuǎn)恢復穩(wěn)態(tài)。繼電器釋放將電吹風機電源切斷，吹風機停[6]。</p>

22、<p>　　干手器的控制器應安裝在洗手間的適當位置，將紅外發(fā)射、接收頭置于控制器的下方。當手伸向控制器的下方時，紅外發(fā)射頭發(fā)射的紅外信號被反射到接收頭，通過信號處理使電熱吹風機開啟，15s后自動關閉。如果想繼續(xù)開啟，可在停機后再次將手伸向控制器的下方[7]。</p><p>　　由上述分析可知，整體設計電路是在對各單元電路設計基礎上，結合各單元電路的特點，加上適當?shù)臑V波整流電路，電源電路以及指示電路

23、，實現(xiàn)了整體電路的設計要求。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　本設計主要以555定時器為核心，通過555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動光敏二極管產(chǎn)生紅外線發(fā)射信號，紅外線接收電路的光敏二極管接受到信號后，將接收信號放大，整流，濾波，通過555單穩(wěn)態(tài)電路，是風機的短暫起停，暫穩(wěn)時間為15秒，達到自動控制功能。</p>

24、<p>　　本設計不僅反應速度較快而且頻率低，功耗小。制作價格比較便宜，特別適合家庭使用。并且實現(xiàn)了預期要求的任務指標：</p><p>　　本設計的不足之處：由于時間倉促，加之自己的知識有限，在設計的過程中有許多沒有照顧到的地方，紅外線接收的選頻網(wǎng)絡電路對信號的整形、濾波不是很完美，有些參數(shù)的選定沒有達到最佳的效果。有些電路圖輸入得也不夠規(guī)范，這些問題和毛病會在以后的設計過程中加以克服。</p&

25、gt;<p><b>　　課程設計體會</b></p><p>　　經(jīng)過一周的時間，通過上網(wǎng)查找資料，與同學互相探討，結合自己在課堂上所學的知識，完成了本設計。通過本設計，不僅對在課堂上所學的東西加以了鞏固和擴展，而且把自己所學的理論知識結合到了實踐當中，學到了許許多多從書本上學不到的東西。學到了很多關于元器件，Electronics Workbench軟件的使用以及查閱相關資

26、料的方法。也使我的信心倍增，更重要的是使我有了質(zhì)的提高。在以后面對困難都能夠勇于向前。對于本次設計，更深刻的體會到了555定時器在生活中各個方面的應用，更加認識到了運算放大電路用法之靈活，功能之強大，還有光敏二極管，三極管，繼電器等常用元器件在實際當中的應用。這些都為以后電子技術的學習打下了堅實的實踐基礎，為日后學習其他專業(yè)課奠定了實踐基石。</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

27、t;/p><p>　　[1] 楊旭東，劉行景，楊興瑤.使用電子電路精選[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[2] 黃繼昌，張海貴，（等）.實用單元電路及其應用[M].北京：人民郵電出版社,2000.</p><p>　　[3] 李銀華.電子線路設計指導[J].北京：北京航空航天大學出版社,2005.</p><p>

28、;　　[4] 閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[5] 康華光.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社社,2003.</p><p>　　[6] 何小艇.電子系統(tǒng)設計[M].浙江：浙江大學出版社,2001.</p><p>　　[7] 郭繼忠.CMOS數(shù)字電路用300例[M].北京：清華大學出版社，