1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p>　　第一章 需求分析3</p><p>　　第二章 紅外線控制自動水龍頭系統(tǒng)設(shè)計4</p><p>　　2.1 水龍頭的

2、構(gòu)成及傳感器控制4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)組成方框圖4</p><p>　　2.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理5</p><p>　　2.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理6</p><p>　　第三章 單元電路的設(shè)計7</p><p>　　3.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計7</p>

3、;<p>　　3.2 振蕩器電路的設(shè)計7</p><p>　　3.3 紅外接受控制電路的設(shè)計9</p><p>　　3.4電壓放大電路的設(shè)計10</p><p>　　3.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計11</p><p>　　3.6 三端穩(wěn)壓器13</p><p>　　3.7 LM567調(diào)制傳感器13&l

4、t;/p><p><b>　　總結(jié)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　致謝18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　

5、元件列表20</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹的全自動感應(yīng)水龍頭基于紅外線反射原理，由紅外發(fā)射電路、紅外接收放大電路、控制電路、電磁閥、電源等組成。當(dāng)人或事物靠近時，自動產(chǎn)生控制信號，繼電器動作，使電磁閥得電吸合從而自動打開水源；反之則自動關(guān)閉水源。與傳統(tǒng)供水設(shè)施相比，能夠提高水資源的使用效率。使用方便，且

6、由于不需要用手接觸水龍頭，避免了病菌的傳播。系統(tǒng)電路設(shè)計簡單實用，可以廣泛用于商場、學(xué)校、辦公大樓等人員密集場所。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】傳感器；紅外線；自動控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The fully-automatic faucet described in this paper

7、 is fabricated based on the application of infrared reflectance technology, it is consist of infrared emission circuit, infrared receiving, amplifier circuit, control circuit, solenoid valve, power supply, etc. When peop

8、le or things are around, control signal will be generated automatically, then the relay operates, energizing the solenoid valve to pull in and start to supply water; otherwise water will be shut off. It is simple in des

9、ign and ea</p><p>　　【Key words】 sensor, infrared, automatic control</p><p><b>　　第一章 需求分析</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對淡水的需求不斷增加，不久的將來，淡水資源緊缺將成為世界各國普遍面臨的嚴(yán)峻問題。據(jù)報道我國是一個水資源短缺的國

10、家，若按人均水資源量計算，人均占有量只有2500立方米，約為世界人均水量的四分之一，世界排110位。</p><p>　　由于全自動感應(yīng)水龍頭有自動控制水龍頭開閉的效果，它杜絕了水資源的浪費，避免了人們因為忘記關(guān)水龍頭致使水白白流走的問題，伸手就來水，離開就關(guān)閉的功能，從而有效地節(jié)約用水60%以上，特別適合我國嚴(yán)重缺水的地區(qū)。目前全自動感應(yīng)水龍頭普遍應(yīng)用在人流量密集的火車站、汽車站、飛機場、醫(yī)院等公共場所伸手就來

11、水，離開就關(guān)閉的功能，從而有效地節(jié)約用水60%以上，特別適合我國嚴(yán)重缺水的地區(qū)。目前全自動感應(yīng)水龍頭普遍應(yīng)用在人流量密集的火車站、汽車站、飛機場、醫(yī)院等公共場所。</p><p>　　在公共場所，由于人員流動性比較大，公共設(shè)施的衛(wèi)生情況普遍比較惡劣，傳統(tǒng)水龍頭必須通過人手操作，很容易造成病菌的大規(guī)模傳播，而它就避免了洗手后，再次觸摸水龍頭造成的細(xì)菌污染，開關(guān)水完全由感應(yīng)器自動完成，無需接觸水龍頭，有效避免細(xì)菌及交

12、叉感染。</p><p>　　全自動感應(yīng)水龍頭安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強，使用壽命長，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。發(fā)出的二極管光為不可見光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號調(diào)制后，只有專門的解調(diào)電路才能收到。它可在強光下工作，給人們的生活帶來了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，而且大大地擴展了原先水龍頭的功能。因此，研究紅外線控制自動水龍頭及其應(yīng)用，有著非常重要的意義。</p><p>　　第

13、二章 紅外線控制自動水龍頭系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.1 水龍頭的構(gòu)成及傳感器控制</p><p>　　水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發(fā)射和接收一般使用紅外發(fā)光二極管和紅外接收管來完成。當(dāng)有物體靠近時，一部份紅外光被發(fā)射到接收管。反射式紅外傳感器（如圖2-1所示）。</p><p>　　圖2-1 反射式紅外傳感器</p><p&

14、gt;　　反射式光電傳感器可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。我設(shè)計的紅外線控制自動水龍頭就運用了它這個特點。光譜范圍，靈敏度，抗干擾能力，輸出特性等都是反射式光電傳感器的重要參數(shù)。這種光電傳感器的基本原理是，當(dāng)人或有物體接近時，遮擋了紅外光，光敏元件接收到光信號，從而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電磁閥作用，使水源打開。紅外線控制自動水龍頭的控制過程是：當(dāng)人或物體靠近自動水龍頭時，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體反射到紅外接

15、收光電管。接收光電管接收到的反射光信號自動轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過后續(xù)電路進(jìn)一步放大、整形、譯碼，最后驅(qū)動電路控制電磁閥動作打開水源。當(dāng)人手或物體離開自動水龍頭時，接收光電管接收不到反射光信號，驅(qū)動電路斷開電磁閥電源，從而關(guān)閉水源。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　紅外線自動控制水龍頭整個控制過程分為5個部分。系統(tǒng)組成方框圖如圖2-2所示</p>

16、<p>　　2-2 系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　2.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理</p><p>　　反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光發(fā)光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率比較集中，傳感器只結(jié)合搜很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾，但價格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面

17、可受到光源照射，同時又能被接收管接收到的范圍進(jìn)行檢測，然而這是一種理想的結(jié)果。因為光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測量，將會因為干擾而產(chǎn)生錯誤信號。采用對反射光強進(jìn)行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送給紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號（如圖2-3所示）</p><p>　　反射光強

18、度的輸出信號電壓（Vout）是反射面與傳感器之間的距離（X）的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時，X與Vout的響應(yīng)曲線是非線性的（如圖2-4所示）。設(shè)定出電壓達(dá)到某一閥值時作為目標(biāo)，不同的目標(biāo)距離閥值，電壓是不同的</p><p>　　圖2-3 紅外發(fā)射接收原理圖 圖2-4 光強度相應(yīng)曲線圖</p><p>　　2.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理</p&

19、gt;<p>　　2.4.1 紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成</p><p>　　紅外線水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2、運算放大器LM741）、音頻譯碼器（LM567）、繼電器K、電源電路等組成。</p><p>　　2.4.2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖</p><

20、;p><b>　　見附錄</b></p><p>　　2.4.3 紅外線水龍頭控制電路工作原理</p><p>　　工作原理：發(fā)射電路中，多諧振蕩器由IC（555）和R0.R1和C7等組成。其振蕩頻率為f=1.44/（R0+2R1）C7，振蕩輸出信號驅(qū)動TLN104型的LED1~LED3工作，從而產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)制波。接收電路中紅外接受頭D1.D2與發(fā)射中的發(fā)射管

21、相匹配，采用TLN104型。紅外脈沖調(diào)制經(jīng)D1.D2接收管轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)C1藕合至LM741，再經(jīng)C2輸入到LM567的第3管腳，經(jīng)識別譯碼，使得中心頻率f=1/1.1R6C3與紅外調(diào)制頻率40KHZ一致，使第8管腳輸出為低電平，又經(jīng)反相后，驅(qū)動VT2導(dǎo)通，繼電器因控制有信號觸發(fā)而有交流輸出。當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時，相應(yīng)的D1.D2因接收到光信號而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而使LM567因有信號輸入而在第8腳輸出為低點平，經(jīng)反相VT2導(dǎo)通，

22、繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使水龍頭的電池閥動作，水源打開。</p><p>　　第三章 單元電路的設(shè)計</p><p>　　3.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計</p><p>　　電路為輸出電壓+5V，輸出電流1.5A穩(wěn)壓電源。它的電壓變壓器B，橋式整流電路D1~D4，濾波電容C1.C3，防止自激電路C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器（7805）極為簡捷方便的搭成。<

23、;/p><p>　　200v交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1~D4 和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形式一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會因為市電電壓的波動或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生精度高，穩(wěn)定性好的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源電路（如圖3-5所示）。</p>

24、<p>　　圖3-5 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　3.2 振蕩器電路的設(shè)計</p><p>　　振蕩電路是一種不需要外接輸入信號就能將直流能源轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出的電路（如圖3-6所示）。</p><p>　?。╝）電路圖 (b)工作波形</p>

25、;<p>　　圖3-6 由定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　由于555內(nèi)部比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這時振蕩頻率受電源的溫度變化的影響較小。故只需通過調(diào)節(jié)R1的阻值來改變f來使其為1Hz的秒脈沖信號，作為閘門信號。</p><p>　　3.3 紅外接受控制電路的設(shè)計</p><p>　　本電路是用小型一體化紅外接收/解調(diào)塊接受頭

26、SFM506-38和鎖相環(huán)電路。它具有體積小，無需外部元件、抗光電干擾性能好，接受角度寬、功耗低、靈敏度高等優(yōu)點。LM567、開關(guān)放大電路VT9013、固態(tài)繼電器TAC08、電磁閥構(gòu)成控制電路（如圖3-7所示）。</p><p>　　圖3-7 接收解調(diào)控制電路</p><p>　　LM567是1片鎖相環(huán)音頻解碼電路，采用8腳雙列直插塑封，3腳為信號輸入端，其工作頻率由5、6腳上的阻容元件決

27、定，8腳為邏輯輸出端。IC2與R7、C12組成振蕩器，R7、C12決定IC2內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，LM567的3腳為信號端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是1個集電極開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA，LM567的工作電壓為4．75～9V，工作頻率0．1Hz～500kHz，靜態(tài)工作電流為8mA。當(dāng)無人洗手時，IC1接受到發(fā)射電路的紅外脈沖經(jīng)放大輸出到IC2的3腳后，IC2的8腳就會輸出低電平，三極管VT1截止，繼電器K斷電處于釋放狀

28、態(tài)，電磁閥Y不動作，水龍頭無自來水放出。當(dāng)手放到水龍頭下時，IC1不能接受紅外線，IC2的3腳無信號輸入，8腳輸出高電平，使得VT1導(dǎo)通，繼電器K吸合，使其常開觸點閉合，接通電磁閥Y的220VAC，Y開始動作，使水龍頭放出自來水，同時LED發(fā)出綠光，指示水龍頭正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢，手離開水龍頭后，停止放水。SFM506-38地內(nèi)部原理圖（如圖3-8所示）</p><p>　　圖3-8 SFM506-38的

29、內(nèi)部原理圖</p><p>　　3.4電壓放大電路的設(shè)計</p><p>　　電壓放大電路采用LM741集成運算放大器，（如圖3-9所示）。LM741是高性能內(nèi)補償運算放大器，功耗低，無需外部頻率補償，具有短路保護(hù)和失調(diào)電壓調(diào)零能力。</p><p>　　LM741的管腳功能是：1腳為調(diào)零端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，4腳為負(fù)電源端，5腳為調(diào)零端，6腳為輸

30、出端，7腳為正電源端，8腳為空腳端。此引腳圖（如圖3-10所示）。內(nèi)部原理圖（如圖3-11所示）。</p><p>　　圖3-9 LM741集成運算放大器</p><p>　　圖3-10 LM741引腳功能圖</p><p>　　圖3-11 內(nèi)部原理圖</p><p>　　3.5音調(diào)譯碼器的設(shè)計</p><p>　　音

31、調(diào)譯碼器采用LM567鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)內(nèi)則包含一個電流控制振蕩器（CC0）、一個鑒相器和一個反饋濾波器。此音調(diào)解碼塊包含一個穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時，即可產(chǎn)生一個接地方波。當(dāng)輸入信號于通帶內(nèi)時提供飽和晶體管對地開關(guān)，電路由I與Q檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。</p><p>　　主要用于振蕩、調(diào)制

32、、解調(diào)和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。</p><p>　　LM567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個位于所選定</p><p>　　的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時，開關(guān)就接通。通用的LM567還可以用做可變波形發(fā)生</p><p>　　器或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時，所檢測的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500KH

33、z內(nèi)的任何值，檢測帶寬可以設(shè)定在中心頻率14%內(nèi)的任何值。而且，輸出開關(guān)延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內(nèi)改變。 </p><p>　　LM567的管腳功能是：1腳為輸出濾波，2腳為回路濾波，3腳為輸入端，4腳為正電源端（電壓值需最小為4.75V，最大為9V），5腳為定時電阻端，6腳為定時電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。LM567的引腳功能圖（如圖3-12所示）。LM567的內(nèi)部原理圖（如圖3-1

34、3所示）。</p><p>　　圖3-12 LM567的引腳功能圖</p><p>　　圖3-13 LM567的內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　3.6 三端穩(wěn)壓器</b></p><p>　　三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化，系列化的通用線性的穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小成本低性能好，工作可靠性高等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中

35、應(yīng)用最廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　三端穩(wěn)壓器的工作原理（如圖3-14所示）：原它與一般分立元件組成的串聯(lián)式的穩(wěn)壓電路基本相似的.不同的是增加了啟動電路,保護(hù)電路和恒流源。啟動電路是為恒流源建立工作點而設(shè)置的.恒流源設(shè)置在基準(zhǔn)電壓形成和誤差放大器電路中，是為了使穩(wěn)壓器能夠在比較大的電壓變化范圍內(nèi)正?？煽康墓ぷ?。在芯片內(nèi)設(shè)置了兩種較為完善的保護(hù)電路：一是過流保護(hù)，一是過熱保護(hù)Rsc是過流保護(hù)的

36、取樣電阻。Ri，Rb 為輸出采樣電阻。Rb 兩端上的電壓（反映輸出電壓的大小的采樣電壓）與基準(zhǔn)電壓在誤差放大器中進(jìn)行比較和放大，產(chǎn)生誤差電壓，去控制調(diào)整管的工作狀態(tài)，從而穩(wěn)定輸出電壓。</p><p>　　圖3-14 三端穩(wěn)壓器框圖</p><p>　　3.7 LM567調(diào)制傳感器</p><p>　　LM567是一種比較廉價的音頻鎖相環(huán)集成電路，利用它可以構(gòu)造性能

37、較好的反射式光電傳感器。</p><p>　　由LM567的內(nèi)部振蕩器提供方波信號，點亮探頭的LED，由探頭的光敏管接收反射光。經(jīng)三極管放大，轉(zhuǎn)換成電壓信號后送到LM567的內(nèi)部鑒相器2同步調(diào)解，然后由LM567內(nèi)部的比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并聯(lián)負(fù)反饋放大電路有若穩(wěn)定的增益和低的輸入阻抗，能消除光敏管電容的影響，獲得良好的高頻特性。這個電路的缺點是當(dāng)多個探頭同時使用時因為頻率接近，一旦相鄰單元的光斑出現(xiàn)部分重合就會有

38、干擾造成輸出抖動，另外567輸出鑒相器參考信號是從振蕩電容端引出的，與發(fā)射和接收信號幾乎是正交的，解調(diào)效率非常低，前級需要高倍放大。</p><p>　　為了解決上述多個探頭臨近的問題，在使用多組傳感器時，做了以下改動（如圖3-16所示）：</p><p>　　單獨用一個單元（圖中右邊的567）作振蕩，給其余四個單元（圖中只畫了一個）提供同步的時鐘信號，消除了差拍問題。而且時鐘信號既接到振

39、蕩電容端又用來控制輸出放大管點亮探頭照明的LED，使得參考信號與發(fā)射和接收信號的相差非常小，調(diào)節(jié)效率大大提高，最大探測距離有所增加。</p><p>　　圖3-16 LM567傳感器原理圖（一）</p><p>　　圖3-16 LM567傳感器原理圖（二）</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　此

40、次畢業(yè)設(shè)計我選做的是紅外自動控制水龍頭的設(shè)計，紅外線水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2，運算放大器（LM741）.音頻譯碼器（LM567）.繼電器K.電源電路等組成。</p><p>　　通過這次對紅外線自動控制水龍頭的設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于水龍頭的原理與設(shè)計理念。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概

41、的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。除了學(xué)會了許多專業(yè)知識外，在遇到困難時，積極地去請教我的指導(dǎo)老師，我通過看現(xiàn)有的教材、去圖書館查閱資料、去網(wǎng)上搜索相關(guān)信息這些方式，不僅完成了我的畢業(yè)論文，而且大大增強了我的自學(xué)能力和獨立能力。更重要的是，我拓展了思路，開闊了視野，活躍了思想。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計不僅使我對相關(guān)專業(yè)知識有了更深的理解，而且還讓我認(rèn)識

42、到了理論知識對工作實踐的重大意義，學(xué)會理論聯(lián)系實際。畢業(yè)設(shè)計要求我們完全依靠自己的能力去學(xué)習(xí)和設(shè)計，而不是像以往課程那樣一切由教材和老師安排。因此，它給了我更大的發(fā)揮空間。讓我發(fā)揮主觀能動性獨立的查閱資料、尋找數(shù)據(jù)、設(shè)計實驗方案，并將理論知識應(yīng)用到實踐中去。同時，讓我懂得紅外線在生活中的廣泛應(yīng)用。通過這次設(shè)計提高了我認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　總之，這次設(shè)計既是對我課程知識的考核，又

43、是對我思考問題、解決問題能力的考核，更是對我人格品德的考驗，設(shè)計讓我受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]傅勁松．《電子制作實例集錦》[M]．福建科技技術(shù)出版社，2006．</p><p>　　[2]廖先蕓 ．《電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練》[M]．高等教育出版社，2000．</p><

44、p>　　[3]孫梅升 ．《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》[M]．高等教育出版社，2003．</p><p>　　[4]沈任元，吳勇 ．《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M]．機械工業(yè)出版社，2007．</p><p>　　[5]劉南平，白明 ．《電路分析》[M]．人民郵電出版社，2007．</p><p>　　[6]呂國泰，吳項．《電子技術(shù)》[M]．高等教育出版社，2006．&l

45、t;/p><p>　　[7]王成安，畢秀梅.《電子產(chǎn)品工藝與實訓(xùn)》[M]．機械工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　[8]馮民昌．《數(shù)字集成電路系統(tǒng)》（第二版）[M]．中國鐵道出版社，2003</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元件列表</b></p>