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1、 1 / 13电子设计仿真与虚拟实验电子设计仿真与虚拟实验课程设计课程设计题目名称题目名称 学院名称学院名称 信息技术与科技学院信息技术与科技学院所属专业所属专业 软件工程软件工程2 / 13一、设计的题目及其要求一、设计的题目及其要求（1）设计题目）设计题目红外自动洗手器的设计红外自动洗手器的设计（2）课程设计的目标、基本要求及其功能：）课程设计的目标、基本要求及其功能：1、设计一个用于控制水龙头自动出水的装置； 2、当有人洗手时，装置能自动出水，若手稍微偏离水龙头时（偏离时间 2S 以内） ， 水龙头也能自动出水； 3、工作电源为交流 220V； 4、灵敏度可调； 二、设计方案二、设计方案
2、根据设计要求，其可分为四部分：第一部分：电源，电源有变压器，桥式整流器，稳 压器，滤波电容组成；第二部分：红外发射与接收电路；第三部分：由 LM567 组成的锁相 环音频译码器；第四部分：单稳态延时 NE555。系统总框图：系统总框图：三、各功能模块设计三、各功能模块设计1 1、电源辅助材料的设计、电源辅助材料的设计1 1）工作原理图）工作原理图3 / 132 2）功能描述及工作原理）功能描述及工作原理220V 交流电路经变压器 T 降压，变为 10V 交流电，再由 D1-D4 桥式整流，电解电容 C1 滤波，三端稳压集成电路 7805 稳压，得到 5V 直流电供给控制电路工作，LED1 为电
3、源指示 灯。其波形图如下：3 3）集成电路的封装）集成电路的封装二极管的封装 ： DIODE0.3A 电解电容的封装 ：RB.2/.4 电容的封装 ：CAP0.2A 电阻的封装：AXIAL0.3 7805 的封装：78XX LED 的封装：LED2 2、红外发射与接收电路的设计、红外发射与接收电路的设计D1 400710Vac F12AC11000UF/25VC2100UF/25VD3 4007D4 4007D2 4007LED1R1 1K123IC17805VinVin220Vac4 / 131 1）工作原理图）工作原理图2）功能描述）功能描述（1） 、LM358 内部结构及特性内部结构及特
4、性LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源 电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流 与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供 电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。特性(Features): 内部频率补偿 直流电压增益高(约 100dB) 单位增益频带宽(约 1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V) 低功耗电流，适合于电池供电 T1 9013LED2RW1 5K10KR7 20032485 LM35
5、810K10K10K10K10KLED0.01UF1UF+5出 出 出出 出 出出 出 出出 出 出5 / 13低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) （2 2）、）、LM358LM358 的内部结构及引角功能如图所示的内部结构及引角功能如图所示3 3）工作原理）工作原理红外线发射电路，由三极管VT1、红外线发射管LDE2及电位器RW1及R2组成， 锁相电路 LM567的振荡信号经电阻R2耦合到三极管VT1放大，推动红外线控射管发出方波信号。 红外线接收电路 由集成电路LM358、红外
6、线接受管LED以及其外围元件组成，红外线接 收管把接收到的红外线信号转变为本身阻值的变化。引起在电阻10K上分压的变化经电阻 10K和电容0.01uf耦合到放大器进行放大， 为降低电源交流波纹的影响，接收电路中加入 一级R、C滤波电路。4 4）集成电路的封装）集成电路的封装LM358 芯片的封装：DIP8 电容的封装 ：CAP0.2A LED 的封装：LED 电阻的封装：AXIAL0.3 NPN 三极管的封装：9013B6 / 13电解电容的封装 ：RB.1/.2 电位器的封装：VR3 3、由、由 LM567LM567 组成的锁相环音频译码器的设计组成的锁相环音频译码器的设计1 1）工作原理图
7、）工作原理图2 2）功能描述）功能描述（1 1） 、LM567LM567 的结构的结构1 脚输出滤波,2 脚环路滤波(脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环 路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的 2 倍。 ) 脚是输入端，要求输入信号25mV; 4 脚接 Vcc, 7 脚接地; 、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率 f2，f21/1.1RC; 脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为 100mA。 LM567 的工作电压为 4.759V，工作频率从直流到 500kHz，静态工作电流约 8mA。鉴相器I鉴相器Q压控振荡器放大器1234567
8、8 输出滤波环路滤波信号输入VccGND输出定时电容定时电阻C3104C6 2200pfR210KR691K RW 2 50K+C42.2uf+C5 1uf出出 出出IC2 SFH 506-38OU TA01Lfil2IN3V+4OU T8Ct6Rt5GN D7LM 567IC3+5V7 / 13（2 2） 、LM567LM567 的原理与应用的原理与应用、逻辑输出具有高达 100mA 的吸收电流； 、 、锁定带宽范围从 0% 、到 14%中心频率； 、噪声抑制能力强； 、抗假信号干扰能力强； 、中心频率稳定度高； 、中心频率从 0.01Hz 到 500KHz 可调。（3 3） 、LM567L
9、M567 的内部结构及引脚的内部结构及引脚3 3）工作原理）工作原理（1） 、电路工作时，输入信号与压控振荡器 VCO 的振荡信号在鉴相器（双平衡模拟 乘法器）中鉴相，相差信号经环路低通滤波后，形成与相差成一定比例的电压信号，用于 控制 VCO 输入频率跟踪输入信号的相位变化，若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内， 则环路锁定，VCO 的频率与输入信号的频率一致。 （2） 、鉴相器（双平衡模拟乘法器）与鉴相器工作方式略有不同，它是利用压控振 荡器的输出信号经 90 度移相后与输入信号鉴相，因而鉴相器的输出电压达到输出范围的 最大值，经运放后反相输出，其输出是集电极开路方式，采用该方式方便输出
10、信号与 TTL 或 CMOS 电路匹配，且可直接驱动继电器等小功率负载。 （3） 、中心频率为 f=1/1.1RC；捕捉的带宽为 BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其中 25mVVin200mV，Vin 为有效值， ） （4） 、LM567 的工作频率范围为 0.01HZ500kHZ，而且工作频率十分稳定。最大锁范围为 14%f0，电源电压为 4.75V9V，输入电阻为 20 千欧，典型工作电流为 7mA，主要用于单音 解码 （5） 、LM567，其与 R3、C6 组成振荡 7，R3、C6 决定其内部压控振荡的中心频率 LM567 的 3 脚为信号出入端，8 脚为逻辑输出端，该输出是
11、一个集成开路的晶体管输出，最大灌电流 为 100mA。5 脚输出的振荡信号经三极管功率放大后，推动红外发射向外发射红外线。4 4）集成电路的封装）集成电路的封装LM567 芯片的封装：DIP8 电阻的封装：AXIAL0.3 电解电容的封装 ：RB.1/.2 电位器的封装：VR 电容的封装 ：CAP0.2A4 4、延时电路、延时电路 NE555NE555 的设计的设计1 1）工作原理图）工作原理图8 / 13C8 104DISTHRTRIGGNDCVoltQVCCR555IC4R4 5.1KR5 1KT29013LED3D5 4007 J1R3 470kC72.2UFOut+5v+12v1234
12、56782 2）功能描述及工作原理）功能描述及工作原理（1 1） 、NE555定时器，它与外围元件组成单稳态定时电路，其目的是在人手偶尔偏离 了红外线的探测范围时，能保证洗手器的正常出水。 当没有人洗手时，红外线接收电路接收不到LED2向外发射的红外线，LM567的3脚无信 号输入，8脚为高电平，NE555的3脚为低电平，三极管VT2 截止，继电器K断电处于释放状 态，电磁阀Y不动作，洗手器无自来水放出。当人手放到洗手器下时红外接收到人手反射的 红外线并经LM358电路放大后，输人到LM567的3脚，由LM567内部处理后使LM567的8脚输出 低电平，从而使NE555的低触发端2脚变为低电位
13、 导致NE555的3脚输出高电平， 三极管VT2 导通，继电器K吸合，使其常开触 点闭合，接通电磁阀Y的22Ov交流 电源，Y开始动作，使洗手器放出 自来水，供人们洗涤之用，同时 发光二极管LED3发出绿光，指示 洗手器正工作于放水状态。洗涤 完毕，人手离开洗手器后，A3延 时2秒钟后复位，使洗手器停止放 水。（2 2）、）、NE555NE555 引脚图引脚图功能的介绍功能的介绍9 / 131 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位5 控制电压 6 门限(阈值） 7 放电 8电源电压Vc（此芯片的内部中心电路是 2 个晶体三极管加正反馈组成的 RS 触发器。NE555 输入控制端有直接复位
14、Reset 端，通过比较器 A1，复位控制端的 TH、比较器 A2 置位控制的 T。输出端为 F，还有集电极开路的放电管 DIS。它们控制的优先权是 R、T、TH）3 3）集成电路的封装）集成电路的封装NE555 芯片的封装：DIP8，电阻的封装：AXIAL0.3，电容的封装 ：CAP0.2A，LED 的封装： LED，二极管的封装 ： DIODE0.3A。5 5、系统原理图、系统原理图10 / 13四、硬件调试要点四、硬件调试要点1 1）、初判断要点）、初判断要点1、仔细检查 PCB 板是否出错，元器件是否焊错，器件参数是否弄错； 2、不接芯片，测试电源是否正常； 3、电源正常后，插上芯片，
15、用示波器测 LM567 的 5 或 6 脚对地波形，调整 RW2(选用 电位器，阻值和 C6 的容量自行考虑）阻值使其频率为 10kHz 以下,以便提高接收灵敏度, 若频率过高,可能因运放带宽不足而无法对红外信号进行有效的放大； 4 、注意红外接收管的方向不能弄错； 5、测试 LM567 能否收到反射信号，并调节灵敏度； 6、调试 555 芯片构成的单稳态电路 R3=2M ，C7=0.1uf。（Tw=1.1RC)。2 2）、检查红外发射接收、发射管、检查红外发射接收、发射管在红外线收、发管的前方，用手由远到近靠近洗手器，当手离洗手器lOl5厘米时，洗 手器的状态应发生转变。 （1)、手需要靠的
16、很近，洗手器的状态才能变化。这说明洗 手器的灵敏度低，可通过减小电阻R1的阻值，增大发射功率来 解决 对于灵敏度高的情况，可增大电阻R1的阻值解决。 (2)、手靠近洗手器很近，洗手器的状态也不发生变化，说 明洗手器不能工作(红外线接收管不能有过强的光线直射 强 光直射会使其饱和)用万用表的直流电压挡测红外接收管LED的两端电压(最好用数字万用表， 其输入阻抗大)，在手靠近时电压要变低，否则，红外线收、发管有问题。调试结果调试结果: :11 / 13U/VU/mV00t/ust/us150150300300LM 567 5出出出出出出出出出 T1出出出出2.04-2.0490-90U/V0150330t/usLM 385 1出出出出出1503002.51503000.72-0.72U/VLM 567 6出出出出出t/us所以，从所以，从 LM567LM567 的的 5 5 脚输出的信号的频率为脚输出的信号的频率为 f=1/0.00015
