課程設(shè)計-簡易干手電路

1、<p><b>　　簡易自動干手電路</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動干手器是一種高檔衛(wèi)生潔具，廣泛應(yīng)用于賓館酒店、機場車站、體育場館等公共場所的洗手間。</p><p>　　其工作原理只是采用一種紅外線控制的電子開關(guān)，當(dāng)有人手伸過來時，由于手對紅外線的反射，紅外線開

2、關(guān)將電熱吹風(fēng)機自動打開，人手離開時又自動將吹風(fēng)機關(guān)閉。成品的自動干手器將紅外線控制開關(guān)和電熱吹風(fēng)機制作為一體，根據(jù)這個基本原理，用一只普通的電熱吹風(fēng)機，加裝一個紅外控制開關(guān)，就可組成一個簡易自動干手器，其效果與成品自動干手器是一樣的。</p><p>　　它是由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收放大電路，時間延遲電路以及繼電器電路，電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路和電源電路五部分構(gòu)成的。其中紅外線發(fā)射裝置是SE303紅外線發(fā)射器，時間

3、延遲裝置為NE555定時器。當(dāng)輸出端輸出低電平時，三極管截止，沒有電流通過。繼電器與三極管的集電極相連，若有電流驅(qū)動，開關(guān)吸合，電磁闕通電，啟動電吹風(fēng)工作；若沒有電流驅(qū)動，開關(guān)斷開，電磁闕不通電，電吹風(fēng)不工作。同時在繼電器兩端并聯(lián)二極管用來實現(xiàn)保護(hù)，再加一個發(fā)光二極管用來顯示吹風(fēng)機是否工作。</p><p>　　關(guān)鍵詞 紅外線發(fā)射電路 紅外線接收放大電路 時間延遲電路以及繼電器電路 電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路 電源電路。

4、</p><p><b>　　1.方案概述</b></p><p>　　自動干手器廣泛應(yīng)用于賓館酒店、機場車站、體育場館等公共場所的洗手間。它的工作原理簡單來說就是用紅外線電子開關(guān)來控制電熱吹風(fēng)機，當(dāng)有人手伸過來時，感應(yīng)到紅外線，電子開關(guān)自動將吹風(fēng)機打開；當(dāng)人手離開時自動關(guān)閉吹風(fēng)機。根據(jù)原理，用一只普通的電熱吹風(fēng)機，加裝一個紅外控制開關(guān)，就能組成一個自動干手器，通過查

5、閱資料，獲得以下方案：</p><p>　　簡易自動干手電路由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收放大電路，時間延遲電路以及繼電器電路，電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路和電源電路組成。利用555定時器及多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等元件即可組成紅外線自動干手器電路。當(dāng)人們需要干手時，人們把手靠近干手器時，由于手對紅外線的反射作用，使555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一段時間的高電平定時。控制自動干手器打開加熱裝置和吹風(fēng)裝置一段時間后會自動停

6、止，時間長短可以通過NE555定時器的可變電阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.總體方案設(shè)計及原理</p><p>　　簡易自動干手器控制電路的總體框圖如圖1所示，由紅外線發(fā)射電路，紅外線接收放大電路，時間延遲電路以及繼電器電路，電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路和電源電路組成。</p><p><b>　　圖1</b></p><p&

7、gt;　　紅外線發(fā)射電路的功能：</p><p>　　利用紅外線發(fā)光管發(fā)射脈沖，從而實現(xiàn)對人體的感應(yīng)。</p><p>　　紅外線接收放大電路的功能：</p><p>　　利用光敏元件接收反射回來的光脈沖，并且把光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時放大該信號。</p><p>　　時間延遲電路以及繼電器電路功能：</p><p&g

8、t;　　利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實現(xiàn)對自動干手器開關(guān)打開時間的控制。</p><p>　　電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路功能：</p><p>　　利用繼電器電磁閥作為開關(guān)，控制電熱吹風(fēng)機運行。</p><p><b>　　電源電路功能：</b></p><p>　　利用變壓器及整流濾波電路將220v交流電變?yōu)?2v直流電為電路供電。

9、</p><p>　　3.主要單元電路設(shè)計及原理</p><p>　　3.1紅外線發(fā)射電路</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　圖2為紅外線發(fā)射電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生5KHz頻率、占空比為1/3的方波信號，來驅(qū)動紅外線發(fā)光二極管D1、D2。該電路的感應(yīng)裝置一般要求不可見，采用

10、紅外線發(fā)光二極管作為感應(yīng)裝置滿足要求。</p><p>　　紅外線發(fā)光二極管正向電流不能超出其最大額定值。同時作為感應(yīng)裝置則要求其具有較大的光輸出。因此可通過脈沖驅(qū)動來增大光輸出。因此電路前端需要一個脈沖信號電路，采用兩個發(fā)光二極管增大發(fā)射面積。本電路采用的是由NE555集成單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成的多諧振蕩器組成。其電路運行包含兩個過程：首先，利用直流電源經(jīng)電阻R1和R2對電容C1進(jìn)行充電；然后，隨著V7,、V2電壓升高

11、，當(dāng)V7達(dá)到8v左右，NE555輸出端V3為低電平，使得C1經(jīng)電阻R2從NE555集成電路的DISCHG端的放電，當(dāng)V7降低到4v時，觸發(fā)器被置位，輸出高電平，BJT截至，然后在C2再充電。這兩個過程的交替運行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端產(chǎn)生脈沖信號。其輸出脈沖信號的頻率f和 占空間比q為：</p><p>　　f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（1MΩ+2*1MΩ）100pF≈5KHz&

12、lt;/p><p>　　q=R1/(R1+2R2)= 1MΩ/（1MΩ+2*1MΩ）=1/3</p><p>　　這樣就可以通過輸出電路端產(chǎn)生脈沖信號來控制紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，其中，因為紅外反向電壓不能過高，用二極管D起保護(hù)紅外發(fā)光二極管的作用。</p><p>　　3.2紅外線接收放大電路</p><p><b>　　圖3&l

13、t;/b></p><p>　　圖3為紅外線接收放大電路。由于紅外線接收管接收到的信號非常微弱，后續(xù)電路無法繼續(xù)進(jìn)行處理，因此必須對接收的信號進(jìn)行放大，該電路是由電阻R4，R5，R6 ，R7，三極管Q1，Q2 和電容C3，C4構(gòu)成。電路中采用了雙三極管構(gòu)成放大電路，這樣就可以使得電路的放大倍數(shù)比單三極管放大倍數(shù)增加若干倍，放大效果更好，從而得到更合適的信號。R5和R6為放大電路的集電極偏置電阻，C3,C4為

14、放大電路耦合濾波電容。R4為放大電路反饋電阻，其功能是保證放大電路有一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和穩(wěn)定的輸出電壓V。</p><p>　　3.3時間延遲電路以及繼電器電路</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖4為時間延遲電路以及繼電器電路。左邊為時間延遲電路，包括整流濾波電路和由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。由紅外線接

15、收電路輸出的電壓V首先經(jīng)過D5，D6，C5和R9進(jìn)行整流和濾波，最后在NE555的TRIG端產(chǎn)生了觸發(fā)電平信號。右邊為控制吹風(fēng)機的繼電器開關(guān)電路，具體功能如下：若前端電路接收到紅外線脈沖信號，經(jīng)過整流濾波在NE555的TRIG端產(chǎn)生一個低電平信號，由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路可知，輸出端V3為高電平，發(fā)光二極管D7導(dǎo)通變亮，信號經(jīng)三極管Q3放大后，繼電器開關(guān)K1吸合，電磁閥通電，并能保持一段時間，延遲時間T=1.1RC，由可變電

16、阻R0和電容C6的數(shù)值決定，通過調(diào)節(jié)可變電阻R0的大小來改變延遲時間的長短，從而適應(yīng)不同的場合；若前端電路沒有接收到紅外線脈沖信號，則NE555輸出端V3為低電平，D7不亮，三極管Q3截止，繼電器開關(guān)K1不能吸合，電磁閥不通電。圖中并聯(lián)在繼電器兩端的二極管D8起保護(hù)電路作用，可防止繼電器在斷電時產(chǎn)生高壓，R8為限流電阻，防止電流過大燒毀三極管，D7是否發(fā)光可用來顯示吹風(fēng)機是否工作。</p><p>　　3.4電熱

17、吹風(fēng)機開關(guān)電路</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　圖5 為電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路。具體功能為：K1即為圖4中的開關(guān)K1,S2開關(guān)閉合，吹風(fēng)機吹出熱風(fēng)，S2斷開，吹風(fēng)機吹出冷風(fēng),電源接220v交流電。</p><p><b>　　3.5電源電路</b></p><p><

18、b>　　圖6</b></p><p>　　圖6為電源電路。如圖所示，電路接220V交流電，通過變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路將220V交流電通過7812轉(zhuǎn)換為+12V直流電壓為前幾個電路供電。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C8,C9和C10，C11有濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。同時開關(guān)S1為電路總開關(guān)。</p>&l

19、t;p>　　最后將各單元電路組合在一起，即可構(gòu)成簡易自動干手器電路的原理圖。</p><p>　　4.元器件清單及NE555簡介</p><p><b>　　4.1元器件清單</b></p><p>　　4.2 NE555簡介</p><p>　　NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC

20、的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同，而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。它有如下特點：</p><p>　　1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 </p><p>　　2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及

21、輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 </p><p>　　3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。 </p><p>　　4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 </p><p>　　555定時器原理圖及管腳圖</p><p><b>　　圖7</b></p><

22、;p><b>　　555定時器功能表</b></p><p><b>　　5.總結(jié)與體會</b></p><p>　　自動干手器電路是由紅外線發(fā)射電路、紅外接收放大電路、時間延時電路以及繼電器電路、電熱吹風(fēng)機開關(guān)電路和電源電路組成。該產(chǎn)品可適用于各種公共場合，當(dāng)有人干手時，該電路會自動開啟并關(guān)斷，使用安全可靠、節(jié)能、衛(wèi)生。</p>

23、;<p>　　自動干手器主要的組成部分就是555定時器電路。根據(jù)555強大的功能可以制造出多種產(chǎn)品，干手器只是其中的一種。其它的諸如放大電路、整流濾波電路等更是電路設(shè)計的基礎(chǔ)。</p><p>　　這次的課程設(shè)計讓我感受頗多，感覺自己基礎(chǔ)打的不好，知識掌握的不牢固，很多東西都得翻課本，一些簡單的基本電路都不能熟練使用，畫圖軟件不能熟練運用，發(fā)現(xiàn)自己獨立創(chuàng)新能力不行，不能完全獨自設(shè)計電路，思維不夠縝密

24、，設(shè)計出來的電路有不少缺陷等等很多很多問題。但通過這次課程設(shè)計我也學(xué)到了很多，鍛煉了許多，這次設(shè)計中涉及到的幾個基本電路我現(xiàn)在可以說是完全弄懂了，理解了，會用了，畫圖軟件現(xiàn)在可以熟練使用了，對一些常見元器件的功能、特性有了深入的認(rèn)識，對感應(yīng)開關(guān)電路有了初步認(rèn)識等等?？傊?，整整三天不分黑夜的努力沒有白費，自己收獲了很多，對電路設(shè)計產(chǎn)生了濃厚的興趣，對以后的學(xué)習(xí)也有了很大的信心。</p><p>　　最后，向帶我們學(xué)

25、習(xí)模電與數(shù)電的江老師和王老師表示衷心的感謝。</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　2．姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東

26、南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　4．李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　5．康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003年</p><p>　　6. 曹漢房，數(shù)字技術(shù)教程，電子工業(yè)出版社，1995年</p><p>　　7. 沈尚賢，電子技術(shù)導(dǎo)論，高教出版社，1985年<