红外线自动水龙头毕业论文.doc
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陕西国防学院电子工程系毕业论文
陕西国防工业职业技术学院
毕业设计论文
题目红外线自动水龙头
专业
班级
姓名
学号
指导教师
二○○八年月日
目录
摘要与方案论证……………………………………………………………3
设计原理……………………………………………………………………4
电源部分……………………………………………………………………5
红外发射电路………………………………………………………………8
接收放大电路………………………………………………………………11
控制电路……………………………………………………………………15
电磁阀………………………………………………………………………18
红外线水龙头原理图……………………………………………………20
元器件清单…………………………………………………………………22
心得体会与结………………………………………………………………24
致谢…………………………………………………………………………25
毕业设计进度表和平时考核………………………………………………26
指导教师评语和评分意见………………………………………27
参考文献……………………………………………………………………28
摘要
介绍了用红外发射与接收电路设计自动水龙头的原理及设计方案。
电路设计简单,使用方便,同时更利于节能,“节本降耗”是每个企业追求的目标。
传统的水龙头、卫生间供水等设施,使用起来不是特别方便,而且很浪费,在这个基础上,我响应了国家的号召“节本降耗”的精神,设计了自动供水电路,不但可以节约用水,而且还降低了公司内部成本,达到了“节本降耗”的目的。
红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路,电磁阀,电源组成
220VAC经变压器T降压,变为9VAC,再由整流、滤波、稳压,得到9VDC供给控制电路工作。
自动水龙头接通电源,当手伸到水龙头下时,使水龙头放出自来水,洗涤完毕,手离开水龙头后,停止放水。
由于知识有限,在文章叙述中肯定有不恰当之处,希望各位老师多提出宝贵意见。
红外线自动水龙头
方安论证:
1.该方案选用低功耗红外反射开关(A),功率开关集成电路(Ic),及电源变换电路组成,红外反射开关向外发射调制红外线,与其同并排安排光敏晶体管来接收,红外信号控制功率开关集成电路进而驱动电磁水阀。
该红外反射开关是选用模块化产品,全部电路焊装于塑料小盒内,该方案特点是制作简单,安装可靠。
2.该方案选用多谐振荡器,由红外发射管向外发射红外信号,该信号被接收并转换为电信号,经信号放大电路放大送入译码器,对其信号进行判断,来控制集成电路是否工作,进而判断继电器是否工作。
该方案和方案一比较,方案一由反射开关(A)和功率开关集成电路(Ic)组成,多为成品,水龙头控制电路与电磁阀一起装在盒子里,便制作,而方案二多采用集成电路,虽制作复杂,但其稳定性能好,远远大于方案一,而且抗外界干扰比方案一强,节水效果也比较好,所以选用方案二。
设计原理
红外线控制水龙头由路由红外线发射电路,红外线接受与信号放大电路,锁相环频率解码电路,单稳态延时控制电路和电源电路等组成。
接通开关SA,由ICO1及其外围阻容元件构成的多谐振荡器通电工作,驱动VL工作,将14KHz左右的红外线调制信号发射出去。
该红外线调制信号被VL接受并转换成电信号,再经IC1运算放大,放大后的信号送入IC2进行选频。
当加在IC23脚的外来信号频率与IC2的振荡频率相同时,IC2的8脚输出低电平,使VL截止,IC3的2脚为高电平,3脚输出低电平,继电器K不工作,电磁阀YV关闭。
当洗手或用器皿取水,手或物体将VL发出的红外线遮挡住时,IC2的8脚将由低电平变为高电平,使晶体管VT导通,IC3的2脚电位降低,3脚输出高电平,继电器K吸合,常开触点接触,电磁阀YV通电将水龙头打开。
当遮挡物离开后,电磁阀YV延时工作一段时间后自动关闭。
电源变压器T,整流桥堆UR,三端集成稳压器IC4和滤波电容C8,C9等组成电源电路。
一.电源
1.电源功能:
为各元器件的正常工作提供直流电源。
根据设计要求组成电路的主要部分有555够成的多谐振荡器,其工作电压为4.5V—18V,放大电路与红外发射管相配套光敏二极管PH302接收,其工作电压为3V—18V,阀门开关控制电路是由NE567音频译码器和晶体管组成,其工作电压为4.5V—17V,电磁阀9V—12V,由此可知,电源电压应为9V使电路正常工作。
2.电源的组成:
由变压器,整流桥,滤波器,稳压器组成。
变压器把220V交流电(市电)变为稳压所需的低压交流电;整流器把低压交流电变为直流电;整流后的直流电中仍会含有交流成分,可以通过滤波电路将交流成分滤除;经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
3.电源变压器
变压器的作用是将220V50Hz交流电变成整流滤波所需的交流电压。
本设计需要把220V交流电变为9V交流电,变压器匝数比n=原边匝数/副边匝数≈25.
4.整流滤波电路
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的波纹成分,输出波纹较小的直流电压。
整流通常有半波整流和全波整流。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
5.稳压电路
经整流滤波输出的电压通常是不稳定的,不能直接对系统供电,因此需要经过稳压电路将电压稳定到单片机系统所需的要求。
对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性,一是设电网电压波动,研究起输出电压是否稳定;二是设负载变化,研究其输出电压是否稳定。
直流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路,本设计采用串联型稳压电路。
稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器
6稳压电源技术指标
稳压电源的技术指标可以分为两大类:
一类是特性指标,如输出电压、输出电流及电压调节范围;另一类是质量指标,反映一个稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、波纹电压及温度系数等。
对稳压电源的性能,主要有以下四个方面的要求:
稳定性好
当输入电压Usr(整流、滤波输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc的变化一般要求很小。
由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度,称为稳定度指标,长用稳压系数S来表示:
S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。
在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。
通常S约为10-2~10-4。
输出电阻小
负载变化时(从空载到满载),输出电压Usr应基本保持不变,其这方面的性能可用输出电阻表征。
输出电阻(又称等效内阻)用rn表示,他等于输出电压变化量和负载电流变化量之比
rn反映负载变动时,输出电压维持恒定的能力,rn越小,则Ifz变化时输出电压的变化也越小。
性能优良的稳压电源,输出电阻可小到1Ω,甚至0.01Ω。
电压温度系数小
当环境温度变化时,会引起输出电压的漂移。
良好的稳压电源,应在环境温度变化时,有效地抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定,输出电压的漂移用温度系数KT来表示。
输出电压纹波小
所谓纹波电压,是指输出电压中50Hz或100Hz的交流分量,通常用有效值或峰值表示。
经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S。
3.原理图
4.电路分析
220V的交流电压经过变压器变压,整流桥UR整流,及滤波器滤波,输出给稳压器。
稳压器CW317输出电压为1.25—37V,输出电流可达1.5A的可调集成三端正输出电压集成稳压器,基准电压1.25V在输出端3和调整端1之间决定输出电压只能从1.25V开始往上调节,Uo=1.25(1+RW/R1),取R1=240n,故RW选4.7Kn精密可调电位器,在空载下,电阻R1不能选过大,R1=100—200n,集成稳压器输出端可不加电容也可正常工作,但当空载为容性,在500—5000PF,集成稳压内部放大器是1:
1比例反馈,引起电压自激振荡,在输出端上接电容C8,C9为滤波电容。
整流二极管选用+N4001,参数为U》50V,I=1A,满足U》2V2,I》Imax条件。
二.红外发射电路
1.红外发射的功能:
555组成的多谐振荡电路驱动红外发射管向外发射红外线。
2.红外发射的组成:
由555时基集成电路,SE303A,红外发光二极管,电源开关S,电阻器R01—R03和电容器CO1—CO3组成的电路。
接通SA,由ICO1及其外围容阻元件构成的多谐振荡器通电工作,驱动红外发光二极管工作,将红外信号调制发射出去。
发射部分电路图
集成时基电路又称为集成定时器或555电路,是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路,由于内部电压标准使用了三个3K电阻,故取名555电路。
其电路类型有双极型和CMOS型两大类,二者的结构与工作原理类似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556电路;所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556,二者的逻辑功能和引脚排列完全相同,易于互换。
555和7555是单定时器。
556和7556是双定时器。
双极型的电源电压Vtt=+5V~15V,输出的最大电流可达200mA,CMOS型的电源时电压为=3~+18V。
1、555电路的工作原理
555电路的内部电路方框图如图14-1所示。
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关管T,比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相吕、、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。
A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进,触发器复位,555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止。
RD是复位端(4脚),当RD=0,555输出低电平。
平时RD端开路或接VCC。
Vc是控制电压端(5脚),平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一0.01uF的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路,可方便地构成单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
(1)构成单稳态触发器
图14-2(a)为由555定时器和外接定时元件R、C构成
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