红外线控制自动水龙头设计毕业论文

陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书电子工程系电气自动化技术专业毕业设计（论文）题目红外线控制自动水龙头学生姓名王贝学号12321-46指导教师杜润宏职称副教授2014年10月10日陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）答辩成绩评定书系部电子工程系专业电气自动化技术设计（论文）题目红外线控制自动水龙头成绩总评____________学生姓名王贝学号12321-46指导老师杜润宏职称副教授评阅老师职称答辩委员会主任（签字）2014年6月20日毕业设计（论文）任务书电子工程系系电气自动化技术专业学生姓名王贝学号12321-46一、毕业设计（论文）题目红外线自动控制水龙头二、毕业设计（论文）时间2014年10月14日至2015年6月30日三、毕业设计（论文）地点：陕西航空职业技术学院四、毕业设计（论文）的内容要求：（1）绘制系统组成框图，确定设计方案；（2）了解电路所需集成芯片的功能，参数和工作原理；（3）绘制整机电路图；（4）完成硬件调试；（5）提交毕业设计论文。指导老师杜润宏年月日批准_________年月日陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）题目名称红外线自动控制水龙头毕业论文院（系）陕西航空职业技术学院专业电气自动化学生姓名王贝学号1232146导师姓师杜润宏职称导师目录摘要...............................................1ABSTRACT............................................1第一章需求分析.....................................1第二章红外线控制自动水龙头系统设计.................12.1水龙头的构成及传感器控制.....................12.2系统组成方框图..............................12.3红外反射式光电传感器特性与工作原理...........12.4红外线控制自动水龙头的工作原理................2第三章单元电路的设计...............................13.1稳压电源的设计..............................13.2振荡器电路的设计.............................13.3红外接受控制电路的设计........................13.4电压放大电路的设计............................23.5音调译码器的设计..............................13.6三端稳压器...................................13.7LM567调制传感器..............................1总结................................................1参考文献............................................1致谢.................................错误!未定义书签。附录................................................1元件列表............................................2摘要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、电磁阀、电源等组成。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；自动控制ABSTRACTThefully-automaticfaucetdescribedinthispaperisfabricatedbasedontheapplicationofinfraredreflectancetechnology,itisconsistofinfraredemissioncircuit,infraredreceiving,amplifiercircuit,controlcircuit,solenoidvalve,powersupply,etc.Whenpeopleorthingsarearound,controlsignalwillbegeneratedautomatically,thentherelayoperates,energizingthesolenoidvalvetopullinandstarttosupplywater;otherwisewaterwillbeshutoff.Itissimpleindesignandeasytouse.Comparingwithtraditionalfaucets,itisalsowater-saving.Fully-automatictapismoreconvenientandartistic,anditenablestheuserstowashtheirhandsdirectlywithouttouchingthetap,avoidingthetransmissionofgerms.Itcanbewidelyusedintopeople-intensivesitessuchasshoppingmalls,schoolsandofficeblocks.【Keywords】sensor,infrared,automaticcontrol第一章需求分析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，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，世界排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、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水，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、汽车站、飞机场、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作，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，发出光均匀稳定。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，有着非常重要的意义。第二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。系统组成方框图如图2-2所示物体多谐振荡器调幅红外光红外接收电压放大（LM741）音频译码（LM567）电磁阀动作2-2系统组成方框图2.3红外反射式光电传感器特性与工作原理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，电压是不同的图2-3红外发射接收原理图图2-4光强度相应曲线图发射接收反射表面x104Voutx/mm2.4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LED1~LED3工作，从而产生红外脉冲调制波。接收电路中红外接受头D1.D2与发射中的发射管相匹配，采用TLN104型。红外脉冲调制经D1.D2接收管转换成电信号，经C1藕合至LM741，再经C2输入到LM567的第3管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1R6C3与红外调制频率40KHZ一致，使第8管脚输出为低电平，又经反相后，驱动VT2导通，继电器因控制有信号触发而有交流输出。当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的D1.D2因接收到光信号而进行光电转换，从而使LM567因有信号输入而在第8脚输出为低点平，经反相VT2导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。第三章单元电路的设计3.1稳压电源的设计电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。它的电压变压器B，桥式整流电路D1~D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1~D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（如图3-5所示）。图3-5稳压电源电路3.2振荡器电路的