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1、河南理工大学河南理工大学电子技术课程设计报告红外线水龙头控制电路所在学院：电气工程与自动化学院姓 名： 郑凯宁 学 号： 310608020631 专业班级： 自动化 06-6 班 指导老师： 2009 年 1 月 8 日河南理工大学课程设计报告1摘要水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。学以致用，针对节约用水的问题，结合自己所学的知识，开发一种既能节约用水，又操作简单
2、方便、有实用性的水龙头。本设计要求水龙头具有红外线自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。这样不仅使用起来就很方便，而且可以防止因疏忽忘记关水龙头造成水资源的白白浪费，同时又避免各种传染病的扩散和传播，可以广泛应用在公共场所（如学校、医院）的餐厅、食堂、卫生间等，既节约用水，又方便、安全卫生。该红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成。用到的元器件有光电传感器（红外发射器、红外接收器、 ）开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555 集成芯片以及电阻、电容若干，由 220 伏交流
3、电供电，经变压器从次级输出 9 伏交流电压，该电压经整流、滤波、稳压，得到 5 伏电压提供给控制电路。整个电路的核心是基于 555 定时器的红外传感器，由红外发射电路和红外接收电路构成，一块 555 集成芯片用于控制红外线信号的产生，另一块用于红外接收，其中在第二块集成芯片中 1、2 管脚还设有一级自动偏置限制电路，其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力。当有人洗手或接水时接近水龙头的手或容器将红外线反射回一部分，由红外接收电路接收并转化为电信号传递给后继电路，继而引发电磁阀的控制活动。河南理工大学课程设计报告2目录1 概述 .31.1 引言 .31.2 设计目的 .31.
4、3 设计内容及要求 .32 红外线水龙头自动控制电路原理方框图 .42.1 红外线水龙头自动控制电路的组成 .42.2 原理方框图 .43 各部分功能模块设计 .531 变压器及整流滤波稳压电路 .53.2 灵敏度调节电路 .53.3 红外发射电路 .63.4 红外接收电路 .73.5 电磁阀控制电路 .84 电路元器件介绍 .94.1 电路元件 .95 遇到的问题及解决方法 .116 心得体会 .12参考文献： .12附录 .13河南理工大学课程设计报告31 概述1.1 引言水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工
5、业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。1.2 设计目的1、掌握数字电路系统的分析和设计方法。2、能够运用所学知识，合理的选择使用集成电路元件组成电路。3、了解红外线水龙头自动控制的原理、组成。1.3 设计内容及要求1、要求该电路具有自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。2、用常用的元器件及集成芯片等构成电路，画出原理图，写出设计心得体会。河南理工大学课程设计报告42 红外线水龙头自动控制电路原理方框图2.1 红外线水龙头自动控
6、制电路的组成红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成2.2 原理方框图红外发射电路变压器滤波整流电路电磁阀控制电路红外接收电路河南理工大学课程设计报告53 各部分功能模块设计31 变压器及整流滤波稳压电路IC4、VD2VD5、T、C7、C6 共同构成了控制电路的直流电压产生电路，220V 交流电压经 T 变压器从次级输出 9V 交流电压。该电压经整流、滤波、稳压，得到的 5V 电压提供给控制电路。3.2 灵敏度调节电路Rp2 是一只可变电阻， 调节其阻值，可改变 IC27 脚上的电位及 VT1 的导通状态。正常时，调整 Rp2 的阻
7、值，7 脚上的电压值为 4.6V，VT1 处于微饱和河南理工大学课程设计报告6导通状态，此时，电路灵敏度最佳。3.3 红外发射电路IC1 的型号为 CA7555,是一块时基集成电路，由该 IC 构成了红外发射电路。该电路是一个多谐振荡器，振荡频率为 f=1|1.1x（Rp1+R1+R2 ）xC1，调整 Rp1 的电阻值，可使发射电路的振荡频率 f=38KHZ。该振荡频率的信号从IC1 的 3 脚输出后， 由红外发射二极管 LED1 向外辐射红外光。R3 是红外发射二极管 LED1 的限流保持电阻。河南理工大学课程设计报告73.4 红外接收电路IC2 是一块红外线接受集成电路。其 1 脚外接红外
8、接收二极管；2 脚所接的 C2、R4 主要是用来设置 IC2 内前置放大器的频率特性和增益的。IC2 的1、2 脚内还没有一级自动偏置限制（ABLC）电路， 其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力；3 脚所接的 C3 为检测电容，当其容量值变小时，检波输出脉冲的脉宽变动就大，极易造成遥控误动作。IC2 的5 脚与电源之间所接的 R5 为带通滤波器中心频率 f0 的设置电阻；6 脚与地之间所接的 C4 为内部整形电路的积分电容。当其容量值变大时，不但抗外部噪声干扰能力下降，而且输出脉冲的低电平持续时间也将增加，由此也会造成遥控失灵。河南理工大学课程设计报告83.5 电磁阀控制
9、电路红外遥控信号发射器的信号在无人洗手或接水时，IC2 接收不到红外光而后级电路不会动作。当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水容器将红外反射回一部分，由红外接收管 LED2 接收并转化为相应的电信号。该信号通过 IC2 的 1 脚输入电阻（指 IC 内的等效输入电阻，其值约为 45 欧姆）形成了约 40uV 的电压信号，经前置放大、限幅放大、38kHz 的带通滤波、峰值检波，使 IC2 的 7 脚输出的电压由高变低，使 VD1、VT1 相继导通，使 LED1 发光，并使 VS1 双向晶闸管导通，使电磁阀 DF-1 得电，打开放水。河南理工大学课程设计报告94 电路元器件介绍4.1 电路元件
10、该电路用到的元器件有光电传感器（红外发射器、红外接收器、 ）开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555 集成芯片以及电阻、电容若干。1、光电传感器是通过把光强度的变化转花成电信号的变化来实现控制的。一般情况下有三部分构成：发射器、接收器和检测电路。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管 LED、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面时检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。2、光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在
11、同一管座内的器件。当输入电信号加到输入端发光器件 LED 上，LED 发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电光电” 的转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。3、电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔
12、，每个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔，而进水孔是常开的，水进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。4、555 时基电路逻辑功能表复位端4 脚高电平触发端 6 脚低电平触发端2 脚比较输出A1( ) A2(R)S输出端3 脚 三极管VTD0 0 导通1 23Vcc 13Vcc 0 0 1 截止1 23Vcc 13Vcc 0 1 0 导通1 23Vcc 13Vcc 1 0 1 截止河南理工大学课程设计报告10
13、1 23Vcc 13Vcc 1 1 不变 不变5、555 单时基集成电路引脚排列方式和引脚说明引脚 字母代号 功能说明 引脚 字母代号功能说明1 GND 公共地线端 5 Vc 控制信号输入端2 TR触发信号输入端 6 TH 阀值信号输入端3 Vo 信号复位端 7 DIS 放电控制器4 M主复位信号输入端 8 Vcc 工作电源输入端河南理工大学课程设计报告115 遇到的问题及解决方法虽然学习过相关的理论知识，然而真正的到实际运用时还是会出现各种问题。通过本次课程设计，暴露了不少问题，主要有以下几个方面：1、元器件的选择，对于用到的芯片或其它一些元件，在理论上觉得很熟悉，实际中选择元件以及连接电路图时，还是经常会出错的。2、画图工具相关操作不熟练，在用 protel
