基于传感器的干手器设计

传感器原理课程设计摘要自动干手器是一种高档卫生洁具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。本课题针对日益巨大的自动干手器的市场，设计出一种简单可行的光电自动干手器的控制电路。采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，利用红外光接收器直接接收人体手部红外信号，通过比较、放大、抗干扰等处理，利用双向可控硅去控制吹风机。传感器原理课程设计目录一、设计要求.........................................................11、功能与用途....................................................12、课题意义及产品发展现状........................................13、国内外发展现状................................................1二、设计方案及其特点.................................................11、方案一........................................................22、方案二........................................................23、方案三........................................................3三、传感器工作原理...................................................3四、自动干手器电路图.................................................3五、自动干手器的参数选择.............................................61、总体描述......................................................62、元器件选择....................................................63、元器件清单....................................................8六、总结.............................................................8传感器原理课程设计1电容式测液位传感器应用电路设计一、设计要求1、功能与用途本文用单片机设计自动干手器电路，能自动识别人手的伸进与离开，可自动计数，人手与干手器间隔距离及烘干时间均可调节。1、当人手伸至于手器下方可工作的范围内，干手器工作，手离开，则立即停止工作干手机最多工作时间为15S。2、烘干最长时间为15秒，可调节3、人手与干手器间隔距离小于30cm。二、主芯片简介本设计中，采用的中心芯片是MSC一51单片机，MCS51单片机芯片中集成了CPU，RAM，R0M、定时器、计数器和多种功能的I／O线等一台计算机所需要的基本功能部件。]1[光电自动干手器取代毛巾，对手部进行干燥。光电自动干手器具有节能、环保、安全的优点，又解决了普通干手器风速小、功耗大和安装不便的缺点。由于高安全、高节能、寿命长等诸多优点，以及可以有效的解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安全等各方面较棘手问题，而日益受到社会各方面的广泛关注。并且逐步进入到市场，市场前景一片看好。2、课题意义及产品发展现状①抗菌环保：普通干手机因为没有托盘设计，水滴经常溅湿地面或溅到客人身上，造成二次污染；而光电自动干手器拱形喷嘴下端能收集水滴，并且这个区域还带有抗菌涂层，干手也不在需要浪费纸巾，节省了木材资源。]2[②高档品质：普通干手器品种众多，质量参差不起，外观也显得小气，和高级卫生间的顶级配置已经是格格不入；而光电自动干手器作为新一代干手机，其大气豪华的外形，符合人体科学的设计，特别是其原装进口的国际品质，使高级卫生间跨入终极完美时代。]3[３、国内外发展现状目前，在日本各地，光电自动干手器凭借普通干手机无法逾越的优势，深得人们喜爱；在中国上海，光电自动干手器凭借其国际品质，被“上海金茂大厦、东芝大厦、花旗银行大厦和索尼大厦”等一大批高档写字楼所采用。相信它以后是高档写字楼的最佳选择！本课题针对日益巨大的光电自动干手器的市场，设计出一种简单可行的光电自动干手器的控制电路。要求具有较高的可靠性和性价比，具有一定的实用性。]4[二、设计方案及其特点传感器原理课程设计2针对目前光电器件的类型主要有光电导器件、光伏器件和热辐器件等，光电控制电路通常设计为主动式和被动式两种。对于光电干手器的设计也可分为下面三种不同的设计方案：1、方案一光电主动式自动干手器控制电路设计。将红外光发射器与红外光接收器分别安装在人手干手区的两侧，采集行人手经过时将光线遮挡的信号，通过比较、放大、抗干扰等处理，利用双向可控硅去控制吹风机。这种方案电路需要两个系统，即发射系统和接收系统，电路相对复杂，而且对使用环境有特殊要求。]5[图1方案一原理框图2、方案二利用红外光接收器直接接收人体手部红外信号，通过比较、放大、抗干扰等处理，利用双向可控硅去控制吹风机。这种方案电路只需要接收系统，不需要发射系统，不需要一定宽度的过道，电路相对方案一较简单。但是本方案抗干扰较差，因为温度在绝对零度之上的任何物体都会产生红外光辐射，因此可能因干扰信号导致吹风机工作。另外，在红外光接收器前的静止不动的、且温度在绝对零度之上的人或物体可能使吹风机一直处在工作状态。]6[图2方案二原理框图当有光照时，IC的1脚为高电位，TWH8751截止，J断电，J1－1断开。当手伸入，挡住光线，D2呈现大电阻，IC的2脚处于低电位，IC输出端导通，J1－1接通，电热丝及电机得电，吹出热气。控制线路的电源由36K电阻及2CP12接收装置吹风机光线接收器发射装置红外摇感装置接收装置吹风机电压排脚发射装置反馈装置电压反控装置传感器原理课程设计3降压整流获得＋18V左右电压。电热丝选用1KW的，呈螺旋型盘在电机下面，快速干手器外壳主要尺寸及元件。3、方案三利用热释电红外传感器直接接收运动人体的信号，通过比较、放大、抗干扰等处理，利用双向可控硅去控制吹风机。这种方案电路只需要接收系统，不需要发射系统，不需要一定宽度的过道，电路相对方案一较简单。通过技术处理，可以只接受运动的人体信号，相对方案二，抗干扰性较强。图3方案三原理框图通过方案比较，由于方案三的抗干扰能力较强，电路实现简单，故选用方案三。cPU设计流程；单元电路设计；制作与调试自动干手器是高档的卫生用具，可对人手进行自动烘干，广泛应用于宾馆，酒店，机场，车站，展览馆等公共场所的洗手间。自动干手器的内部结构和控制电路比较简单，本设计采用MSC一5l单片机对电吹风机进行时间和距离控制，既可节约用电，又方便时尚，具有稳定可靠的良好控制效果。]7[自动干手器电路由红外发射部分与红外接收控制部分组成。红外发射部分由555时基电路产生频率为5kHz，占空比为50％的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的PH302将接收到的红外线变成电信号，经IC1、IC2、IC3组成的选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器IC4。比较器的门限电压为7V，其目的是提高电路的抗干扰能力。当IC4的输人电平超过7V时，其输出变为低电平，触发IC5定时器开始定时，同时该定时器的3脚变为高电平。三、传感器工作原理四、自动干手器电路图接收装置吹风机电压排脚发射装置电压集成控制器自动抗干扰装置传感器原理课程设计4图４自动干手器电路红外发射部分由555时基电路产生频率为5kHz，占空比为50％的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的PH302将接收到的红外线变成电信号，经IC1、IC2、IC3组成的选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器IC4。比较器的门限电压为7V，设置较高，其目的是提高电路的抗干扰能力。当IC4的输人电平超过7V时，其输出变为低电平，触发IC5定时器开始定时，同时该定时器的3脚变为高电平，使3DG130导通，继电器触点吸合，接通电阻丝，自动干手器由红外线反射开关Al、交流固态继电器A2、电吹风及电源变换电路等构成。接通电源，Al向外发射出红外线。因为无物体反射红外线，所以Al的OUT端输出低电平，VT截止，A2亦“断开”，接入插座XS内的电吹风无电不工作。当人手伸到干手器下方时，由于Al发射出的红外线被反射回一部分，Al的OUT端输出高电平信号，使VT由截止变为导通，A2获得合适的控制电流也“导通”，电吹风通电向外送出热风。]8[当人手离去时，A1失去反射的红外线，电路又恢复到平常的待机状态。由于Al在这里仅作近距离探测用，对电源波纹系统要求不是很高，故采用了简易电传感器原理课程设计5源变换电路供电。A2选用国产的GJ3-W型交流过零固态继电器，它具有零电压开、零电流关特性，因而对电网干扰小，还可降低负载浪涌电流。VT要求β50；电吹风选择功率较大的交流感应型吹风电机；T选用220V/9×V2、3W的成品电源变压器，保证长期通电不过热；F选用带管座的250V、3A普通保险管。电路工作原理电源电路由熔断器FU、电源开关S、电源变压器T、整流二极管VD1-VD4、滤波电容器Cl、C5、C6、电阻器R13、电源指示发光二极管VL1和三端稳压集成电路IC3组成。红外发射电路由红外发光二极管VU、电阻器R7、R8、电容器RP4、电容器C4和时基集成电路IC2组成。红外信号处理电路由红外光敏二极管VD8、电阻器R9、RlO、电容器C7-C9和红外信号处理集成电路组成。电热器控制电路由电阻器R11、Rl2、晶体管V2、晶闸管VTl和电热器EH组成。风扇控制电路由光控延时电路和风扇电动机控制电路两部分组成。光控延时电路由电阻器R1-R5、光敏电阻器RG、电位器RP1、氖指示灯HL、二极管VD5、电容器C2和晶体管Vl组成;风扇电动机控制电路由电位器RP2、RP3、二极管VD6、VD7、电容器C3、电阻器R6、晶闸管VT2、时基集成电路ICl和风扇电动机M组成。接通电源开关S，交流220V电压经T降压、VDl-VD4整流、C1滤波后产生+9V电压，作为红外发射电路和风扇控制电路的直流工作电源;同时经R13限流后将VLl点亮。+9V电压还经IC3二次稳压后产生+5V电压，供给红外信号处理电路。]9[该自动干手器电路由电源电路、红外发射电路、红外信号处理电路、电热器控制电路和风扇控制电路组成，红外发射电路通电工作后，从IC2的3脚输出频率为4OkHz振荡脉冲信号，驱动VL2发出调制红外光。VD8(与VL2相对着安装)接收到VL2发射的红外光并将其转换成相应的电信号，该电信号经IC4内电路处理后，从7脚输出低电平，使V2和VTl截止，EH不加热，HL不发光，RG无光照而处于高阻状态，C2两端为低电位，Vl处于截止状态，ICl不工作，VT2不能触发导通，风扇电动机M不转动。当将手伸至千手器的出风口附近时，VL2与VD8之间的红外光路被手隔断，I叫的7脚变为高电平，V2与VD8之间的红外光路被手隔断，lC4的7脚变为高电平，V2导通，其发射极输出的高电平便VTl受触发而导通，EH通电开始加热;同时HL点亮，RG受光照射而变为低阻状态，+9V电压经RG、R3对C2充电，传感器原理课程设计6当C2两端电压充至一定值时，Vl导通，ICl工作，其3脚输出占空比可调的方波脉冲信号，该信号经R6加至VT2的门极，使VT2间歇导通，M间歇工作，从干手器的出风口吹出阵阵热风。调节RPl的阻值，可改变光控的灵