紅外線自動(dòng)水龍頭文獻(xiàn)綜述大學(xué)論文

黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述)第9頁(yè)紅外線自動(dòng)水龍頭的簡(jiǎn)介摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，紅外線控制技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而水龍頭作為現(xiàn)代生活的工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對(duì)其要求的提高，水龍頭得到了快速的發(fā)展，其控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了自動(dòng)控制階段，其控制系統(tǒng)也由紅外線代替了手動(dòng)控制。我通過查閱資料，采用脈沖產(chǎn)生電路、鎖相環(huán)電路及開關(guān)控制電路作為控制器，紅外線自動(dòng)水龍頭采用鎖相環(huán)單音檢測(cè)電路LM567構(gòu)成自發(fā)射自接收的閉環(huán)控制形式，把LM567產(chǎn)生的方波電信號(hào)調(diào)制在紅外線光信號(hào)上并發(fā)射出去，紅外線光敏二極管接收該信號(hào)，并把其變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大，又被該LM567自身檢測(cè)。這樣，LM567自身的振蕩頻率與要接收的信號(hào)頻率永遠(yuǎn)相同，即使由于某種原因使LM567的振蕩頻率發(fā)生了變化。在一定的頻帶寬度內(nèi)，由于LM567只對(duì)與自身振蕩頻率非常接近的信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)，而對(duì)其他頻率的干擾信號(hào)不響應(yīng)，所以，該裝置具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。這種水龍頭只需將手或其他物品放入水龍頭下，水龍頭就會(huì)自動(dòng)放出自來(lái)水供使用者洗手或洗滌其它物品。這種水龍頭特別適合酒店、賓館、醫(yī)院等公共場(chǎng)所使用，能有效防止手上細(xì)菌的交叉?zhèn)魅荆绻@種水龍頭用于家庭，可使家庭的衛(wèi)生設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，省去了洗手時(shí)要擰開水龍頭的麻。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。關(guān)鍵詞：紅外線水龍頭控制器抗干擾性強(qiáng)引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快[1]。水資源是不可缺少的，沒有水不管人或事物都不能存活。節(jié)約用水是一種美德。傳統(tǒng)水龍頭當(dāng)然也是一種選擇，但是如果人們有急事卻忘了關(guān)水會(huì)使水一直流，從而會(huì)浪費(fèi)很多水。所以就需要一種自動(dòng)控制的水龍頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水龍頭。目前,醫(yī)院、飯店、廁所等公共場(chǎng)所是用水較多的地方,可是這些地方多使用的是手動(dòng)開關(guān)式水龍頭。由于經(jīng)常使用,這種水龍頭很容易損壞,然而過少的使用會(huì)造成水龍頭的腐銹,同時(shí)也會(huì)造成疾病的感染,為此人們感到很煩惱。為了使用方便可靠，只需將手放入水龍頭下，水龍頭就會(huì)自動(dòng)放出自來(lái)水供使用者洗手或洗滌其它物品。這種水龍頭特別適合酒店、賓館、醫(yī)院等公共場(chǎng)所使用，能有效防止手上細(xì)菌的交叉?zhèn)魅荆绻@種水龍頭用于家庭，可使家庭的衛(wèi)生設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，省去了洗手時(shí)要擰開水龍頭的麻煩，使用它可使衛(wèi)生設(shè)備上一個(gè)檔次，因此設(shè)計(jì)這樣的水龍頭很有必要，既能滿足了人們對(duì)物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性，以適應(yīng)當(dāng)今品種多批量小的電子市場(chǎng)的需求，大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1方案論證方案一選用低功耗紅外反射開關(guān)，功率開關(guān)集成電路,及電源變換電路組成，紅外反射開關(guān)向外發(fā)射調(diào)制紅外線，與其同并排安排光敏晶體管來(lái)接收[2]，紅外信號(hào)控制功率開關(guān)集成電路進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電磁水閥。該紅外反射開關(guān)是選用模塊化產(chǎn)品，全部電路焊裝于塑料小盒內(nèi)，該方案特點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單，安裝可靠。方案二選用多諧振蕩器，由紅外發(fā)射管向外發(fā)射紅外信號(hào)，該信號(hào)被接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路放大送入譯碼器，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行判斷，來(lái)控制集成電路是否工作，進(jìn)而判斷繼電器是否工作。通過對(duì)方案二和方案一比較，選擇一種合理的設(shè)計(jì)方案：方案一由反射開關(guān)和功率開關(guān)集成電路組成，多為成品，水龍頭控制電路與電磁閥一起裝在盒子里，方便制作，而方案二多采用集成電路，雖制作復(fù)雜，但其穩(wěn)定性能好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于方案一，而且抗外界干擾比方案一強(qiáng)，節(jié)水效果也比較好，所以選用方案二。2系統(tǒng)的基本組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成方框圖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(yùn)算放大器（LM741），音頻譯碼器（LM567），繼電器K，電源電路等組成，且整個(gè)控制過程分5個(gè)模塊。系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。多諧振蕩器多諧振蕩器調(diào)幅紅外光紅外接收電壓放大（LM741）音頻譯碼（LM567）電磁閥動(dòng)作圖1系統(tǒng)組成方框圖2.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理圖見附錄1所示。IC1與W1、C1等組成頻率約為30～50KHz的脈沖振蕩器，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管D1發(fā)出調(diào)制紅外光。當(dāng)有人洗手或盛水接近水龍頭時(shí)，由D1發(fā)出的紅外線被人體反射回來(lái)一部分，被BG接收，并通過運(yùn)放IC2放大后輸入到音頻譯碼器LM567的輸入端第3腳，經(jīng)IC3進(jìn)行識(shí)別譯碼后使其第8腳輸出低電平，繼電器J吸合，常開觸點(diǎn)JH接通電磁閥電源，電磁閥打開，水龍頭自動(dòng)流水。人體離開水龍頭后，BG失去紅外信號(hào)，電路又恢復(fù)到一般等待工作狀態(tài)。3電路設(shè)計(jì)紅外線自動(dòng)水龍頭的電路主要有紅外發(fā)射電路，紅外接收電路，穩(wěn)壓電路，音頻譯碼電路，開關(guān)控制電路等組成,下面對(duì)電路的主要元器件進(jìn)行分析。3.1紅外發(fā)射電路1、紅外發(fā)射的功能：555組成的多諧振蕩電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管向外發(fā)射紅外線[3]。2、紅外發(fā)射的組成：由555時(shí)基集成電路，SE303A，紅外發(fā)光二極管，電源開關(guān)S，電阻器R01—R03和電容器CO1—CO3組成的電路。接通SA，由ICO1及其外圍容阻元件構(gòu)成的多諧振蕩器通電工作，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管工作，將紅外信號(hào)調(diào)制發(fā)射出去。3、555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖2所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)管T，比較器的參考電壓由三只5K電阻器構(gòu)成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1的同相輸入和低電平比較器A2的反相呂、、輸入端的參考電平為2/3VCC和1/3VCC。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3VCC進(jìn)，觸發(fā)器復(fù)位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電開關(guān)管截止。RD是復(fù)位端（4腳），當(dāng)RD＝0,555輸出低電平。平時(shí)RD端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2/3VCC作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一0.01uF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電通路。圖2555定時(shí)器內(nèi)部框圖及引腳排列555定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷[4]。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。3.2紅外接收和放大電路1、紅外接收，放大的功能：紅外調(diào)制信號(hào)被紅外接收光敏二極管接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在經(jīng)UA741型運(yùn)算放大集成電路運(yùn)算放大，放大后的信號(hào)送入LM567型音頻鎖相環(huán)譯碼器集成電路進(jìn)行選頻[5]。2、紅外接收，放大的組成是由接收光敏二極管，UA741型運(yùn)算放大集成電路組成。3、光電傳感器工作原理光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理是將被測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后將光信號(hào)作用于光電元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸出。常用的光電傳感器是采用發(fā)光二極管作為光源，光源經(jīng)過透鏡聚焦于空間某一點(diǎn)。如果在該點(diǎn)有障

礙物，光就照不到光敏二極管上，電路處于偏置狀態(tài)，PN結(jié)截止，反向電流很小。當(dāng)沒有障礙物遮擋時(shí)，光照到光敏二極管上時(shí)，PN結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，并在外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用下，漂移過PN結(jié)，產(chǎn)生光電流。此時(shí)，光電流與光照強(qiáng)度成正比，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。具體方法是在光源側(cè)使用發(fā)光二極管，在受光側(cè)使用光敏二極管，并將信號(hào)處理電路集成制作在一塊芯片上。它的特點(diǎn)是體積小，可靠性高，工作電源電壓范圍寬，接口電路的復(fù)雜程度大幅度減少，可直接與TTL，LSTTL和CMLS電路芯片連接[6]。4、UA741型運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器主要由輸入級(jí)、中間放大級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等四部分組成，如圖3所示。圖3運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器的偏置電路與分立放大電路的偏置電路設(shè)計(jì)有很大不同，主要由各種形式的恒流源電路實(shí)現(xiàn)，熟悉各種形式的恒流源電路是閱讀運(yùn)放電路的基礎(chǔ)。運(yùn)算放大器的輸入級(jí)通常是差分放大電路，其主要功能是抑制共模干擾和溫漂，雙極型運(yùn)放中差分管通常采用CC-CB復(fù)合管，以便拓展通頻帶；運(yùn)算放大器的中間級(jí)采用共射或共源電路，并采用恒流源負(fù)載和復(fù)合管以增加電壓放大倍數(shù)[7]。3.3控制電路1、控制電路主要由定時(shí)器NE555，LM567型音頻瑣相環(huán)譯碼器基成電路，開關(guān)晶體管V，延時(shí)電容器C6，繼電器K，二極管VD2，電磁閥YV及有關(guān)外圍元件組成。2、傳輸來(lái)的外來(lái)頻率信號(hào)被LM567接收，比較判斷輸出的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)晶體管VT，，當(dāng)加在LM5673腳的外來(lái)信號(hào)頻率與LM567相同時(shí)，IC2的8腳輸出低電平，使VL截止，IC3的2腳為高電平，3腳輸出低電平，繼電器K不工作，電磁閥YV關(guān)閉。當(dāng)洗手或用器皿取水，手或物體將VL發(fā)出的紅外線遮擋住時(shí)，IC2的8腳將由低電平變?yōu)楦唠娖剑咕w管VT導(dǎo)通，IC3的2腳電位降低，3腳輸出高電平，繼電器K吸合，常開觸點(diǎn)接觸，電磁閥YV通電將水龍頭打開。當(dāng)遮擋物離開后，電磁閥YV延時(shí)工作一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉。3、鎖相環(huán)電路LM567圖4LM567內(nèi)部原理LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、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。其①、②腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。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。③腳是輸入端，要求輸入信號(hào)≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，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。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的②腳輸入音頻信號(hào)[8]，則在⑤腳輸出受②腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。在圖4的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號(hào)后⑧腳電壓由高變低這一特性，來(lái)形成對(duì)控制對(duì)象的選頻。繼電器額定工作電壓是繼電器最主要的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。在使用繼電器時(shí)，應(yīng)該首先考慮所在電路(即繼電器線圈所在的電路)的工作電壓，繼電器的額定工作電壓應(yīng)等于所在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬(wàn)不能超過繼電器額定工作電壓，否則繼電器線圈容易燒毀。NE555電路是可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器工作的，而有些集成電路，例如COMS電路輸出電流小，需要加一級(jí)晶體管放大電路方可驅(qū)動(dòng)繼電器，這就應(yīng)考慮晶體管輸出電流應(yīng)大于繼電器的額定工作電流。根據(jù)本設(shè)計(jì)繼電器應(yīng)選9V直流電壓繼電器[9]。總結(jié)以上是我總體的設(shè)計(jì)構(gòu)想，當(dāng)然實(shí)際操作起來(lái)還會(huì)有很多問題。比如電子產(chǎn)品中出現(xiàn)問題很多的電磁兼容環(huán)節(jié)，各個(gè)參數(shù)的理論值與實(shí)際如何平衡，電路優(yōu)化等等問題都要在設(shè)計(jì)具體問題具體分析，我還要進(jìn)一步仔細(xì)認(rèn)真的學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取在老師的指導(dǎo)下能夠圓滿完成此次任務(wù)。參考文獻(xiàn)[1]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]王英劍等.新型開關(guān)電源使用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999.[3]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.[4]張曉東.新穎實(shí)用電子制作[M].福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004.5.