課程設(shè)計(jì) --紅外自動(dòng)洗手器設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  專 業(yè):電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>  班 級(jí): 07電本一班 </p><p>  姓 名: </p><p>  學(xué) 號(hào): </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p>

2、;  2009年3 月2 日-4月11日</p><p>  摘要:本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)洗手器主要由電源電路、紅外發(fā)射和紅外接收、音頻鎖相環(huán)譯碼器電路、定時(shí)電路、繼電器組成,實(shí)現(xiàn)人手靠近紅外發(fā)射管和紅外接收管時(shí)繼電器工作,人手離開(kāi)后,約一秒后繼電器停止動(dòng)作。</p><p>  關(guān)鍵字:紅外發(fā)射、紅外接收、延時(shí)、穩(wěn)壓、放大</p><p><b>  設(shè)計(jì)

3、任務(wù):</b></p><p>  1、設(shè)計(jì)一個(gè)用于控制水龍頭自動(dòng)出水的裝置;</p><p>  2、當(dāng)有人洗手是,裝置能自動(dòng)出水,若手稍微偏離水龍頭是(偏離時(shí)間1S以內(nèi)),水龍頭也能自動(dòng)出水;</p><p>  3、工作電源為交流220V;</p><p><b>  4、靈敏度可調(diào)。</b></

4、p><p><b>  設(shè)計(jì)方案:</b></p><p>  根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,分四部分進(jìn)行設(shè)計(jì):</p><p>  第一部分:電源電路。</p><p>  第二部分:紅外發(fā)射電路,紅外接收電路,</p><p>  第三部分:由LM567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器;</p><p

5、>  第四部分:延時(shí)電路。</p><p>  第五部分:繼電器和電磁閥</p><p><b>  系統(tǒng)總框圖如下:</b></p><p><b>  各功能模塊設(shè)計(jì):</b></p><p><b> ?。ㄒ唬?、電源電路:</b></p><p&

6、gt;<b>  1、電路圖</b></p><p>  2、工作原理:220V交流電,通過(guò)變壓器T變壓后輸出10V交流電,經(jīng)D1-D4橋式整流、C1電解電容濾波、三端穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓后輸出5V直流電,供給控制電路工作,其中,LED1為電源指示燈。</p><p> ?。ǘ┘t外接收與發(fā)射電路</p><p>  1、LM358封裝LM

7、358由兩個(gè)集成運(yùn)算放大電路組成,2、3腳和5、6腳分別為兩個(gè)集成運(yùn)算放大電路的輸入端,1、7腳分別為輸出端。4腳接地,8腳接電源。</p><p><b>  2、電路圖</b></p><p>  3、工作原理:紅外線發(fā)射電路,由三極管VT1、紅外線發(fā)射管LDE2及電位器RW1、限流電阻R7及R2組成, 鎖相電路LM567的振蕩信號(hào)經(jīng)電阻R2耦合到三極管VT1放大

8、,推動(dòng)紅外線控射管發(fā)出方波信號(hào)。</p><p>  紅外線接收電路 由集成電路LM358、紅外線接受管LED以及其外圍元件組成,紅外線接收管把接收到的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸旧碜柚档淖兓?。引起在電?0K上分壓的變化經(jīng)電阻10K和電容0.01uf耦合到放大器進(jìn)行放大, 為降低電源交流波紋的影響,接收電路中加入一級(jí)R、C濾波電路。</p><p>  由于本電路采用單電源供電,故這也使LM358

9、不能對(duì)小于0的信號(hào)進(jìn)行放大,所以必需抬高信號(hào)的電位。R3、R4分壓,R4分得的電壓來(lái)抬搞信號(hào)的電位;</p><p> ?。ㄈ┯蒐M567組成的鎖相環(huán)音頻譯碼器</p><p>  1、LM567封裝及功能描述:</p><p> ?。?)、LM567封裝</p><p>  1腳輸出濾波,2腳環(huán)路濾波(②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬:

10、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。 )</p><p> ?、勰_是輸入端,要求輸入信號(hào)≥25mV;</p><p>  4腳接Vcc, 7腳接地;</p><p> ?、荨ⅱ弈_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; </p><p>  ⑧腳是邏輯輸出端,其內(nèi)部是一個(gè)集電

11、極開(kāi)路的三極管,允許最大灌電流為100mA。</p><p> ?。?)、LM567的功能描述</p><p>  電路工作時(shí),輸入信號(hào)與壓控振蕩器VCO的振蕩信號(hào)在鑒相器Q(雙平衡模擬乘法器)中鑒相,相差信號(hào)經(jīng)環(huán)路低通濾波后,形成與相差成一定比例的電壓信號(hào),用于控制VCO輸入頻率跟蹤輸入信號(hào)的相位變化,若輸入信號(hào)頻率落在鎖相環(huán)路的捕捉范圍內(nèi),則環(huán)路鎖定,VCO的頻率與輸入信號(hào)的頻率一致。

12、</p><p>  鑒相器I(雙平衡模擬乘法器)與鑒相器Q工作方式略有不同,它是利用壓控振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)90度移相后與輸入信號(hào)鑒相,因而鑒相器I的輸出電壓達(dá)到輸出范圍的最大值,經(jīng)運(yùn)放后反相輸出,其輸出是集電極開(kāi)路方式,采用該方式方便輸出信號(hào)與TTL或CMOS電路匹配,且可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等小功率負(fù)載。 </p><p>  中心頻率為f=1/1.1RC;捕捉的帶寬為BW=1070sqrt

13、(Vin/fC2 ) 其中25mV<Vin<200mV,Vin為有效值,)</p><p>  LM567的工作頻率范圍為0.01HZ~500kHZ,而且工作頻率十分穩(wěn)定。最大鎖范圍為14%f0,電源電壓為4.75V~9V,輸入電阻為20千歐,典型工作電流為7mA,主要用于單音解碼。</p><p>  LM567的3腳為信號(hào)出入端,8腳為邏輯輸出端,該輸出是一個(gè)集成開(kāi)路的晶體

14、管輸出,最大灌電流為100mA。5腳輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)三極管功率放大后,推動(dòng)紅外發(fā)射向外發(fā)射紅外線。</p><p>  該部分電路主要由LM358和LM567組成, C4、C5形成捕捉帶寬;5腳產(chǎn)生矩形波驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射(發(fā)射頻率由R4、RW2、C6決定,f=1/1.1(R4+RW2)C6),紅外接管接收信號(hào)由LM358對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,從3腳輸入,8腳輸出低電平。當(dāng)紅外接受沒(méi)接收到信號(hào)時(shí),8腳輸出高電平。</p

15、><p>  RW2用于調(diào)節(jié)發(fā)射管的發(fā)射頻率(在4—5KHz內(nèi)接收效果好)。RW1用于調(diào)節(jié)發(fā)射管的發(fā)射功率(調(diào)節(jié)靈敏度)。</p><p><b>  2、電路圖</b></p><p><b>  3、工作原理:</b></p><p>  通電后,LM567的5腳產(chǎn)生一定頻率的信號(hào),其頻率由R6、

16、RW2和C6共同決定(計(jì)算公式為f=1/(1.1RC),代入具體數(shù)字計(jì)算得2.93kHz<=f<=4.54kHz),該信號(hào)被T1三極管放大后被紅外發(fā)射管接收,使紅外發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線信號(hào)。當(dāng)人手伸至紅外線控制范圍內(nèi)時(shí),由于人手的反射,使紅外接收管收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號(hào),該信號(hào)通過(guò)LM567的3腳輸入,經(jīng)LM567的選頻,從8腳輸出低電平(因LM567的8腳為集電極開(kāi)路,故需接一個(gè)10K的上拉電阻)。<

17、/p><p><b> ?。ㄋ模?、定時(shí)電路:</b></p><p>  1、NE555芯片封裝</p><p>  555芯片的內(nèi)部含有兩個(gè)電壓比較器,一個(gè)RS觸發(fā)器,一個(gè)分壓器,一個(gè)放電晶體管三極管和一個(gè)功率后極輸出級(jí)。是CMOS工藝制造的, 具體請(qǐng)見(jiàn)下圖片.</p><p>  ne555引腳功能介紹:8電源電壓Vc

18、c 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門(mén)限(閾值) 7放電</p><p>  此芯片的內(nèi)部中心電路是2個(gè)晶體三極管加正反饋組成的RS觸發(fā)器。NE555輸入控制端有直接復(fù)位Reset端,通過(guò)比較器A1,復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F,還有集電極開(kāi)路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH</p><p>  2、定時(shí)電路原理圖:&

19、lt;/p><p>  延遲時(shí)間由R3和C7共同決定。計(jì)算結(jié)果為:t=1.1R3*C7=1.1*470000*0.0000022=1.14s.</p><p><b>  3、工作原理:</b></p><p>  (1)、由LM567的8腳輸出的低電平由NE555的2腳輸入,由3腳輸出一高電平,使三極管T2工作在飽和狀態(tài),繼電器通電,電磁閥吸合,

20、同時(shí)發(fā)光二極管LED3點(diǎn)亮。(由于繼電器里有線圈,當(dāng)電路的瞬間斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì),電壓過(guò)高會(huì)擊穿T2,所以用D5進(jìn)行保護(hù),讓電流構(gòu)成回流)</p><p> ?。?)、NE555定時(shí)器,它與外圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路,其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測(cè)范圍時(shí),能保證洗手器的正常出水。</p><p>  當(dāng)沒(méi)有人洗手時(shí),紅外線接收電路接收不到LED2向外發(fā)射的紅外線,LM567

21、的3腳無(wú)信號(hào)輸入,8腳為高電平,NE555的3腳為低電平,三極管VT2 截止,繼電器K斷電處于釋放狀態(tài),電磁閥Y不動(dòng)作,洗手器無(wú)自來(lái)水放出。當(dāng)人手放到洗手器下時(shí)紅外接收到人手反射的紅外線并經(jīng)LM358電路放大后,輸人到LM567的3腳,由LM567內(nèi)部處理后使LM567的8腳輸出低電平,從而使NE555的低觸發(fā)端2腳變?yōu)榈碗娢?導(dǎo)致NE555的3腳輸出高電平, 三極管VT2導(dǎo)通,繼電器K吸合,使其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,接通電磁閥Y的22Ov交流

22、電源,Y開(kāi)始動(dòng)作,使洗手器放出自來(lái)水,供人們洗滌之用,同時(shí)發(fā)光二極管LED3發(fā)出綠光,指示洗手器正工作于放水狀態(tài)。洗滌完畢,人手離開(kāi)洗手器后,A3延時(shí)1秒鐘后復(fù)位,使洗手器停止放水。</p><p><b>  (五)系統(tǒng)原理圖:</b></p><p><b>  調(diào)試要點(diǎn):</b></p><p>  ?1、仔細(xì)檢查P

23、CB板是否有錯(cuò),元器件是否焊錯(cuò),器件參數(shù)是否弄錯(cuò);</p><p>  ?2、不接芯片,測(cè)試電源是否正常(用交流電);</p><p>  ?3、電源正常后,插上芯片,用示波器測(cè)LM567的5或6腳對(duì)地波形,調(diào)整RW2阻值使其頻率為10kHz以下,以便提高接收靈敏度,若頻率過(guò)高,可能因運(yùn)放帶寬不足而無(wú)法對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行有效的放大;</p><p>  ?4 、注意紅外

24、接收管的方向不能弄錯(cuò); </p><p>  ?5、測(cè)試LM567能否收到反射信號(hào),并調(diào)節(jié)靈敏度;</p><p>  ?6、調(diào)試555芯片構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路</p><p><b>  調(diào)試結(jié)果:</b></p><p>  所以,從LM567的5腳輸出的信號(hào)的頻率為f=1/0.00015=6.7kHz.滿足小于10kH

25、z的要求。</p><p><b>  結(jié)果分析:</b></p><p>  結(jié)果1:當(dāng)通電后,電源指示燈亮(紅色發(fā)光二極管發(fā)光)而且繼電器線圈吸合,繼電器工作指示燈(即綠色發(fā)光二極管發(fā)光)亮,過(guò)了大約1秒,繼電器線圈松開(kāi),指示燈滅了。</p><p>  分析:因?yàn)樵谕娝查g,LM567內(nèi)部輸出一個(gè)低電平,輸入到NE555,使得NE555的

26、3腳輸出一個(gè)高電平,從而是三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài),所以繼電器線圈會(huì)吸合。而且,NE555為定時(shí)電路,延時(shí)約1秒,故1秒后,繼電器線圈又釋放。</p><p>  結(jié)果2:當(dāng)人手靠近紅外發(fā)射和紅外接收時(shí),繼電器線圈吸合,繼電器工作指示燈(即綠色發(fā)光二極管發(fā)光)亮,當(dāng)人手離開(kāi)后,過(guò)了大約1秒,繼電器線圈松開(kāi),指示燈滅了。</p><p>  分析:當(dāng)人手伸至紅外線控制范圍內(nèi)時(shí),由于人手的反射

27、,使紅外接收管收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線信號(hào),該信號(hào)通過(guò)LM567的3腳輸入,經(jīng)LM567的選頻,從8腳輸出低電平輸入到NE555,使得NE555的3腳輸出一個(gè)高電平,從而是三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài),所以繼電器線圈會(huì)吸合。而且,NE555為定時(shí)電路,延時(shí)約兩秒,故兩秒后,繼電器線圈又釋放,指示燈滅。</p><p><b>  電路改進(jìn)</b></p><p>  1

28、、決定NE555延時(shí)的電阻R3可以用電位器代替,這樣延時(shí)時(shí)間可以根據(jù)自己的需要,通過(guò)調(diào)節(jié)該電位器來(lái)決定。</p><p>  2、PCB電路圖可以更整齊,更小巧,用8*10的銅板做就會(huì)更美觀</p><p><b>  設(shè)計(jì)工作總結(jié):</b></p><p>  第一次做課程設(shè)計(jì)覺(jué)得有點(diǎn)難,特別是畫(huà)PCB版圖和做印刷板。但是在老師的指導(dǎo)和向?qū)W長(zhǎng)

29、請(qǐng)教下,我慢慢地把PCB版圖畫(huà)完。</p><p>  在此過(guò)程中,我學(xué)了很多知識(shí),比如線與線之間盡量不要有直角,電阻排列方向要一致,二極管、電解電容、芯片的排列方向和極性要一致,元器件排放要盡量緊湊等等。在幫同學(xué)檢查電路的過(guò)程中,我懂得了使用數(shù)字示波器檢查電路,而且熟悉了LM567、NE555各引腳的功能和大概應(yīng)用</p><p>  雖然我的PCB設(shè)計(jì)得并不是很理想,但是通過(guò)這次的課程

30、設(shè)計(jì),我相信在以后的電路設(shè)計(jì)中,我一定會(huì)設(shè)計(jì)出更好的板來(lái)。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1]童詩(shī)白 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [第四版].北京:高等教育出版社</p><p>  [2]閻 石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [第五版].北京:高等教育出版社</p><p

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