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1、红外感应水龙头控制系统的设计（论文）学生姓名 学 号： 专业班级 指导教师摘要随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来久的将 来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。据报道我国是一个水 资源短缺的国家，若按人均水资源量计算，人均占有量只有 2500 立方米，约为 世界人均水量的四分之一，时间排 110位。由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的 浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离 开就关闭的功能，从而有效地节约用水 60%以上，特别适合我国严重缺水的地 区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站目前全
2、自动感应水 龙头普遍应用在火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水医院等 公共场所。在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶 劣，传统水龙头必须通过人手操，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免 了洗手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成， 无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。全自动感应水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长， 发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电 路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人 们日常生活中必不可少的必需品，而且大大地扩展了原先水龙头的功
3、能。因 此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要意义。本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红 外接收放大电路、控制电路、电磁、电源等组。当人或事物靠近时，自动产生 控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关 闭水源。与传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。使用方便，且由 于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传避免了病菌的传播。系统电路设计 简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。关键词：传感器；红外线目录摘 要 1目录 2第 1 章 绪论 31.1 感应水龙头简介31.2 感应水龙头生活应用4第 2 章 红外
4、线控制自动水龙头系统设计 62.1 水龙头的构成及传感器控制62.2系统组成方框图62.3 红外反射式光电传感器特性62.4 红外线控制自动水龙头的工作原理72.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成72.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图72.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理7第 3章 单元电路的设计 93.1 稳压电源的设计93.2 振荡器电路的设计93.3 红外接受控制电路的设计103.4 电压放大电路的设计 113.5音调译码器的设计123.6 三端稳压器133.7 LM567调制传感器13结 论 15谢 辞 16参考文献 17附录 18元件列表 19第1章 绪论1.1感应水龙头
5、简介感应水龙头是通过红外线反射原理，当人体的手放在水龙头的红外线区域 内，红外线发射管发出的红外线由于人体手的摭挡反射到红外线接收管，通过 集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指 定的指令打开阀芯来控制水龙头出水；当人体的手离开红外线感应范围，电磁 阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制水龙头的关 水。图 1.1 感应水龙头起源于七十年代的旦本和欧美等经济发达国家，应用于公共场所，防止洗手后 的二次污染，避免疾病的感染，但节水功能不太予以重视。但由于当时的感应 水龙头技术不够成熟，在发展和普及过程中也并非一帆风顺。1初期缺陷1、体积较大，外观不美
6、，采用交流供电，安装不便，电源与水接触恐有 触电之虑。2、如遇停电、电压不稳造成不能使用。3、红外线感应易受背景光和阳光直射的影响，造成非用状态下流水。4、反应迟钝，在使用情况下开启太慢，使用完毕后关水也太慢5、直流供电的感应水龙头电池寿命短，须经常更换电池，由于电池盒结 构设计原因，更换电池不太方便，给管理者造成一定的困扰。6、水龙头各部件没有模块化，开发、生产成本较高。7、人们对红外线使用陌生，人为损坏现象严重。由于上述众多的缺陷，在一定的程度上给消费造成了不好的影响，使红外 线感应水龙头推广在一定程度上受挫。改进九十年代以来，由于电子技术的突飞猛进，在感应水龙头技术上作了大量 的。改进。
7、1、电源供电由交流电向直流供电方向发展，由 DC6V、4.5V 碱性电池到 现在锂电池 6V、4.5V 减少了使用碱性电池对环境污染，消除了人们使用交流 电的疑虑。2、水阀结构进行了重大改进，具有结构简单、紧凑、耐压、拆、装维修 方便。同时具有过滤，止回等功能，开、关迅速，耗电量极小。3、红外线控制块大量采用贴片焊接电子元器件及微电脑程式控制，大大 缩小红外线控制块的体积，具有微功耗、防水、耐高温等优点。由于采用数字 技术，外围电路简单化，使用功能调整方便，降低了开发、生产成本。4、由于感应水龙头的水阀、感应控制块的结构紧凑，外观设计越来越美 观，逐渐成为人们生活中一道亮丽的风景线。随着我国感
8、应水龙头生产逐步走上模块化、标准化，感应水龙头品质大幅 提高，生产成本大幅下降，人们生活质量的提高，感应水龙头这颗明日之星将 在人们的生活之中普及。1.2 感应水龙头生活应用由于感应水龙头无需人体直接接触，可有效防止细菌交叉感染；伸手就来 水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水 30%以上，特别适合我国严重缺 水的地区。目前感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机 场、医院等公共场所。感应水龙头在应用场合上可分为以下几种：1、公用感应水龙头-有感应到信号出水，信号消失停水，超时一定时间自 动停水功能，适合大多公共场所使用。2、医用感应水龙头 -有感应到信号出水，再感应到信号停水，
9、超时一定 时间自动停水功能，适合医院手术室、护士洗手盘使用。3、家用感应水龙头-除有感应到信号出水，信号消失停水，超时一定时间 自动停水功能，另有长时间放水洗涤功能，适合家居使用。可见感应水龙头，因为感应水龙头属红外反射接收电子电磁阀类开关，它 所分辨的是遮挡物而非红外信号，如无超时停水保护水龙头遇固定遮挡物时就 会长流水，浪费水资源。超时停水保护时间一般设定为 20-60 秒。1.3 感应水龙头功能与技术性能1、智能节水：自动感应控制开、关，将手或盛水容器、洗涤物品伸入感应 范围内，龙头即自动出水，离开后即停止出水，节水功能显著。2、超时保护： 30 秒超时洗涤自动关水功能，避免因异物长时间
10、在感应范 围内造成水资源浪费。3、方便卫生：开关水完全由感应器自动完成，人手无需接触水龙头，有效 避免细菌交叉感染。4、智能省电：感应水龙头采用现代数字技术，超低能耗（直流型产品使用 4节5号碱性电池，静态电流60”）。5、适应性强：可根据不同的使用环境调整感应灵敏度（范围）。6、制作工艺：黄铜精铸，表面镀铬处理，永保光泽；流线形设计，现代感 强。7、维护方便：内置过滤器，避免杂质流入电磁阀影响正常工作，且清洗方 便。8、弱电提示：直流型产品设有电池更换提示功能，电池电能不足时，指示 灯处于常亮状态，提示及时更换电池。9、适用场所：酒店、宾馆、写字楼、机场、医疗机构等公共场所。1、自动设定感应
11、区域 感应水龙头通电后自行对使用环境（如：台盆的色泽、大小、形状等）进行扫描，根据扫描的数据自动设置好最优化的感应区域。2、有物体进入感应区域固定不动而自动调节感应区域 当有物体进入感应区电磁阀被开启后，若物体保持静止不动， 30 秒后控制器关闭电磁阀，感应水龙头并根据物体的位置重新调整感应区域。如此类推可 反复调节，当物体消失控制器自动将感应区域恢复到初始的状态。3、当光线发生变化感应器自动适应 当环境的光线发生改变，感应器自动进行修正 （俢正时不会误出水 ），使盆底等反射物不会对龙头产生干扰。4、自动断水超时保护功能 感应水龙头当有物体进入感应区电磁阀被开启后 ,若物体持续在感应区活动超过
12、 60秒，控制器会强制关闭电磁阀进入超时保护状态。解除超时保护状态有两种情况：将物体移出感应区，且在2秒内没有其 它物体进入感应区。5、超低功耗 驱动电路采用了智能节电技术，大大降低了驱动电磁阀的耗电量，在 0.5水压状态下， 4节5号碱性电池可以驱动电磁阀开启30万次以上。6、设备的稳定性和可靠性第2章 红外线控制自动水龙头系统设计2.1水龙头的构成及传感器控制水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光 二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收 管。反射式红外传感器（如图 2-1所示）。图 2-1 反射式红外传感器反射式光电传感器可以用来检测地
13、面明暗和颜色的变化，也可以探测有无 接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范 围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这 种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件 接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自 动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出 的红外经人和物体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自 动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制 电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到 反射光
14、信号，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。2.2 系统组成方框图红外线自动控制水龙头整个控制过程分为 5个部分。2.3红外反射式光电传感器特性反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二 极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二 极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围信号，不容易 被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光 源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结 果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、 日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接
15、收管进行测量，将会因为干扰 而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准 确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光 敏管接收调制的红外信号（如图 2-3所示）反射光强度的输出信号电压（Vout ）是反射面与传感器之间的距离（X）的 函数，设反射面物质为同种物质时，X与Vout的响应曲线是非线性的（如图2- 4 所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压 是不同的2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理2.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路 由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2、运算放 大器LM741）、音频译码器（LM567）、继电器K、电源电路等组成。2.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图见附录2.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理工作原理：发射电路中，多谐振荡器由IC（555）和R0.R1和C7等组成。 其振荡频率为 f=1.44/ （R0+2R1） C7， 振荡输出信号驱动 TLN104 型的 LED1LED3 工作，从而产生红外脉冲调制
