模電課程設(shè)計(jì)--紅外自動(dòng)洗手器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　物理與電子信息工程系</p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p>　　課題：紅

2、外自動(dòng)洗手器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級(jí)： </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　姓名：</b></p><p><b>

3、　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 年 月 日</p><p>　　摘要：由LM567組成的利用紅外發(fā)射接收實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制洗手器電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,使用方便。只要人手字洗手器下，洗手器即能放出水來供使用者使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：紅外發(fā)射、接收管，LM567，集成電路，紅外線，NE555。</p><

4、p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)一個(gè)用于控制水龍頭自動(dòng)出水的裝置；</p><p>　　2、當(dāng)有人洗手時(shí)，裝置能自動(dòng)出水，若手稍微偏離水龍頭時(shí)（偏離時(shí)間2S以內(nèi)），水龍頭也能自動(dòng)出水；</p><p>　　3、工作電源為交流220V；</p><p><b>　　4、靈

5、敏度可調(diào)；</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其可分為四部分：第一部分：電源，電源有變壓器，橋式整流器，穩(wěn)壓器，濾波電容組成；第二部分：紅外發(fā)射與接收電路；第三部分：由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器；第四部分：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)延時(shí)NE555。</p><p><b>　　系

6、統(tǒng)總框圖：</b></p><p><b>　　三、各功能模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、電源輔助材料的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）工作原理圖</b></p><p>　　2）功能描述及工作原理</p><p>　　220V交流電路經(jīng)變壓器T降

7、壓，變?yōu)?0V交流電，再由D1-D4橋式整流，電解電容C1濾波，三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓，得到5V直流電供給控制電路工作，LED1為電源指示燈。其波形圖如下：</p><p><b>　　3）集成電路的封裝</b></p><p>　　二極管的封裝 ： DIODE0.3A</p><p>　　電解電容的封裝 ：RB.2/.4</p&g

8、t;<p>　　電容的封裝 ：CAP0.2A</p><p>　　電阻的封裝：AXIAL0.3</p><p>　　7805的封裝：78XX</p><p>　　LED的封裝：LED</p><p>　　2、紅外發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）工作原理圖</b>

9、</p><p><b>　　2）功能描述</b></p><p>　?。?）、LM358內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性</p><p>　　LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所

10、有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。</p><p>　　LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。</p><p>　　特性(Features): </p><p><b>　　內(nèi)部頻率補(bǔ)償 </b></p><p>　　直流電壓增益高(約100dB) </p><p>　　單位增

11、益頻帶寬(約1MHz) </p><p>　　電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)；雙電源(±1.5一±15V) </p><p>　　低功耗電流，適合于電池供電 </p><p><b>　　低輸入偏流 </b></p><p>　　低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 </p><p>

12、;　　共模輸入電壓范圍寬，包括接地 </p><p>　　差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 </p><p>　　輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V) </p><p>　?。?）、LM358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引角功能如圖所示</p><p><b>　　3）工作原理</b></p><p>　　

13、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及R2組成， 鎖相電路LM567的振蕩信號(hào)經(jīng)電阻R2耦合到三極管VT1放大，推動(dòng)紅外線控射管發(fā)出方波信號(hào)。</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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸旧碜柚档淖兓?。引起在電?0K上分壓的變化經(jīng)電阻10K和電容0.01uf耦合到放大器進(jìn)行放大， 為降低電源

14、交流波紋的影響，接收電路中加入一級(jí)R、C濾波電路。</p><p><b>　　4）集成電路的封裝</b></p><p>　　LM358芯片的封裝：DIP8</p><p>　　電容的封裝 ：CAP0.2A</p><p>　　LED的封裝：LED</p><p>　　電阻的封裝：AXIAL0.

15、3</p><p>　　NPN三極管的封裝：9013B</p><p>　　電解電容的封裝 ：RB.1/.2</p><p><b>　　電位器的封裝：VR</b></p><p>　　3、由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）工作原理圖</b&

16、gt;</p><p><b>　　2）功能描述</b></p><p>　?。?）、LM567的結(jié)構(gòu)</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：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應(yīng)至少是②腳電容的2倍。 )</p><p>　　③腳是輸入端，要求輸入信號(hào)≥25mV;&

17、lt;/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(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC; </p><p>　?、嗄_是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。</p><p>　　LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，

18、靜態(tài)工作電流約8mA。</p><p>　?。?）、LM567的原理與應(yīng)用</p><p>　?、佟⑦壿嬢敵鼍哂懈哌_(dá)</p><p>　　100mA的吸收電流；</p><p>　?、?、、鎖定帶寬范圍從0%</p><p>　?、?、到14%中心頻率；</p><p>　?、堋⒃肼曇种颇芰?qiáng)；&l

19、t;/p><p>　　⑤、抗假信號(hào)干擾能力強(qiáng)；</p><p>　　⑥、中心頻率穩(wěn)定度高；</p><p>　?、?、中心頻率從0.01Hz到500KHz可調(diào)。</p><p>　?。?）、LM567的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳</p><p><b>　　3）工作原理</b></p><p&g

20、t;　?。?）、電路工作時(shí)，輸入信號(hào)與壓控振蕩器VCO的振蕩信號(hào)在鑒相器Ｑ（雙平衡模擬乘法器）中鑒相，相差信號(hào)經(jīng)環(huán)路低通濾波后，形成與相差成一定比例的電壓信號(hào)，用于控制VCO輸入頻率跟蹤輸入信號(hào)的相位變化，若輸入信號(hào)頻率落在鎖相環(huán)路的捕捉范圍內(nèi)，則環(huán)路鎖定，VCO的頻率與輸入信號(hào)的頻率一致。</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(hào)經(jīng)90度移

21、相后與輸入信號(hào)鑒相，因而鑒相器Ｉ的輸出電壓達(dá)到輸出范圍的最大值，經(jīng)運(yùn)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(hào)與TTL或CMOS電路匹配，且可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等小功率負(fù)載。 </p><p>　?。?）、中心頻率為f=1/1.1RC；捕捉的帶寬為BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其中25mV<Vin<200mV，Vin為有效值，）</p><p>　　

22、（4）、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，其與R3、C6組成振蕩7，R3、C6決定其內(nèi)部壓控振蕩的中心頻率LM567的3腳為信號(hào)出入端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是一個(gè)集成開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA。5腳輸出的

23、振蕩信號(hào)經(jīng)三極管功率放大后，推動(dòng)紅外發(fā)射向外發(fā)射紅外線。</p><p><b>　　4）集成電路的封裝</b></p><p>　　LM567芯片的封裝：DIP8</p><p>　　電阻的封裝：AXIAL0.3</p><p>　　電解電容的封裝 ：RB.1/.2</p><p><b&

24、gt;　　電位器的封裝：VR</b></p><p>　　電容的封裝 ：CAP0.2A</p><p>　　4、延時(shí)電路NE555的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）工作原理圖</b></p><p>　　2）功能描述及工作原理</p><p>　?。?）、NE555定時(shí)器，它與外

25、圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路，其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測(cè)范圍時(shí)，能保證洗手器的正常出水。</p><p>　　當(dāng)沒有人洗手時(shí)，紅外線接收電路接收不到LED2向外發(fā)射的紅外線，LM567的3腳無信號(hào)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(dòng)作，洗手器無自來水放出。當(dāng)人手放到洗手器下時(shí)紅外接收到人手反射的紅外線并經(jīng)LM358電路放大后，輸人到LM56

26、7的3腳，由LM567內(nèi)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(dǎo)致NE555的3腳輸出高電平， 三極管VT2導(dǎo)通，繼電器K吸合，使其常開觸點(diǎn)閉合，接通電磁閥Y的22Ov交流電源，Y開始動(dòng)作，使洗手器放出自來水，供人們洗滌之用，同時(shí)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(shí)2秒鐘后復(fù)位，使洗手器停止放水。</p><p>　

27、?。?）、NE555引腳圖功能的介紹</p><p><b>　　1地 GND </b></p><p><b>　　2觸發(fā) </b></p><p><b>　　3輸出 4復(fù)位</b></p><p><b>　　5控制電壓 </b></p>

28、<p><b>　　6門限(閾值） </b></p><p><b>　　7放電 </b></p><p><b>　　8電源電壓Vc</b></p><p>　　（此芯片的內(nèi)部中心電路是2個(gè)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(fù)位Reset端，通過比較器A1，

29、復(fù)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(quán)是R、T、TH）</p><p><b>　　3）集成電路的封裝</b></p><p>　　NE555芯片的封裝：DIP8，電阻的封裝：AXIAL0.3，電容的封裝 ：CAP0.2A，LED的封裝：LED，二極管的封裝 ： DIODE0.3A。</p>

30、<p><b>　　5、系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　四、硬件調(diào)試要點(diǎn)</b></p><p><b>　　1）、初判斷要點(diǎn)</b></p><p>　　1、仔細(xì)檢查PCB板是否出錯(cuò)，元器件是否焊錯(cuò)，器件參數(shù)是否弄錯(cuò)；</p><p>　　2、不接芯

31、片，測(cè)試電源是否正常；</p><p>　　3、電源正常后，插上芯片，用示波器測(cè)LM567的5或6腳對(duì)地波形，調(diào)整RW2(選用電位器，阻值和C6的容量自行考慮）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(yùn)放帶寬不足而無法對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行有效的放大；</p><p>　　4 、注意紅外接收管的方向不能弄錯(cuò)； </p><p>　　5、測(cè)試LM5

32、67能否收到反射信號(hào)，并調(diào)節(jié)靈敏度；</p><p>　　6、調(diào)試555芯片構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路R3=2M ，C7=0.1uf。（Tw=1.1RC)。</p><p>　　2）、檢查紅外發(fā)射接收、發(fā)射管</p><p>　　在紅外線收、發(fā)管的前方，用手由遠(yuǎn)到近靠近洗手器，當(dāng)手離洗手器lO～l5厘米時(shí)，洗手器的狀態(tài)應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變。</p><p>　　

33、（1)、手需要靠的很近，洗手器的狀態(tài)才能變化。這說明洗</p><p>　　手器的靈敏度低，可通過減小電阻R1的阻值，增大發(fā)射功率來</p><p>　　解決 對(duì)于靈敏度高的情況，可增大電阻R1的阻值解決。</p><p>　　(2)、手靠近洗手器很近，洗手器的狀態(tài)也不發(fā)生變化，說</p><p>　　明洗手器不能工作(紅外線接收管不能有過強(qiáng)

34、的光線直射 強(qiáng)</p><p>　　光直射會(huì)使其飽和)用萬用表的直流電壓擋測(cè)紅外接收管LED的兩端電壓(最好用數(shù)字萬用表，其輸入阻抗大)，在手靠近時(shí)電壓要變低，否則，紅外線收、發(fā)管有問題。</p><p><b>　　調(diào)試結(jié)果:</b></p><p>　　所以，從LM567的5腳輸出的信號(hào)的頻率為f=1/0.00015=6.7kHz.滿足小于

35、10kHz的要求。</p><p><b>　　五、結(jié)果分析</b></p><p>　　結(jié)果1：當(dāng)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?yàn)樵谕娝查g，LM567內(nèi)部輸出一個(gè)低電平，輸入到NE555，使得N

36、E555的3腳輸出一個(gè)高電平，從而是三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，所以繼電器線圈會(huì)吸合。而且，NE555為定時(shí)電路，延時(shí)約1秒，故1秒后，繼電器線圈又釋放。</p><p>　　結(jié)果2：當(dāng)人手靠近紅外發(fā)射和紅外接收時(shí)，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(dāng)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(dāng)人手伸至紅外線控制范圍內(nèi)時(shí)，由于

37、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(hào)，該信號(hào)通過LM567的3腳輸入，經(jīng)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(gè)高電平，從而是三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，所以繼電器線圈會(huì)吸合。而且，NE555為定時(shí)電路，延時(shí)約兩秒，故兩秒后，繼電器線圈又釋放，指示燈滅。</p><p><b>　　六、改進(jìn)思路</b></p><p

38、>　　1、決定NE555延時(shí)的電阻R3可以用電位器代替，這樣延時(shí)時(shí)間可以根據(jù)自己的需要，通過調(diào)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(huì)更美觀。</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)工作總結(jié)</b></p><p>　?。?）、在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，更加了解并熟悉了LM358，LM567

39、等芯片的功能及管角的功能，學(xué)會(huì)了如何做印刷板，還重溫了下protel 99SE，更熟練畫設(shè)計(jì)原理圖和PCB板。</p><p>　　（2）、制板的過程，注意萬用表的正確使用，來判斷發(fā)射管的極性等。</p><p>　?。?）、在調(diào)試過程中，注意電源線的正確接法，以避免電源線和地線的接觸發(fā)生短路，造成元件燒壞，還應(yīng)注意調(diào)節(jié)電位器時(shí)應(yīng)將觸電調(diào)至中點(diǎn)，再慢慢調(diào)對(duì)應(yīng)的大小，以免應(yīng)阻值過小，電流過大

40、照成芯片燒壞。</p><p>　?。?）、了解了怎樣做好電路板。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩白 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [第四版].北京:高等教育出版社</p><p>　　[2]閻 石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [第五版].北京:高等教育出版