紅外線自動(dòng)干手器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　綜述</b></p><p>　　自動(dòng)干手機(jī)具有風(fēng)量大、噪音小、靈敏度高、使用方便、迅速和安生等的性能特點(diǎn)，在當(dāng)今，它是一個(gè)先進(jìn)和理想的衛(wèi)生清潔器具和設(shè)備。廣泛應(yīng)用于賓館酒店、機(jī)場(chǎng)車站、體育場(chǎng)館等公共場(chǎng)所的洗手間[1]。當(dāng)您洗手后，將雙手伸在自動(dòng)干手機(jī)的出風(fēng)口下，自動(dòng)干手機(jī)會(huì)自動(dòng)送出舒適的暖風(fēng)，迅速使您的雙手去濕變干，而當(dāng)您把手一離開(kāi)自動(dòng)干手機(jī)風(fēng)口時(shí)它又自動(dòng)停風(fēng)

2、關(guān)機(jī)，因而真正達(dá)到防止疾病交叉感染的要求。</p><p>　　其工作原理只是采用一種紅外線控制的電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)有人手伸過(guò)來(lái)時(shí)，紅外線開(kāi)關(guān)將電熱吹風(fēng)機(jī)自動(dòng)打開(kāi)，人離開(kāi)時(shí)又自動(dòng)將吹風(fēng)機(jī)關(guān)閉。成品的自動(dòng)干手器將紅外線控制開(kāi)關(guān)和電熱吹風(fēng)機(jī)制作為一體，根據(jù)這個(gè)基本原理，用一只普通的電熱吹風(fēng)機(jī)，加裝一個(gè)紅外控制開(kāi)關(guān)，就可組成一個(gè)自動(dòng)千手器，其效果與成品自動(dòng)干手機(jī)是一樣的。</p><p>　　在手置于

3、干手器下部時(shí)，由于手對(duì)紅外線的反射作用，接收電路中的光敏二極管將接收到的紅外線變成電信號(hào)，經(jīng)選頻放大器，其輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形、濾波變成直流信號(hào)進(jìn)人比較器。比較器的門限電壓設(shè)置較高，其目的是提高電路的抗干擾能力。當(dāng)比較器的輸人電平超過(guò)門限電壓時(shí)，其輸出變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)555定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，同時(shí)該定時(shí)器的3腳變?yōu)楦唠娖?，繼電器觸點(diǎn)吸合，接通電阻絲和風(fēng)機(jī)。繼電器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間結(jié)束后定時(shí)器的3腳變成低電平，繼電器觸電放開(kāi)，切斷電

4、阻絲和風(fēng)機(jī)，工作結(jié)束[2]。</p><p><b>　?。狈桨冈O(shè)計(jì)與分析</b></p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)一</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)方案的紅外線發(fā)射部分由光敏二極管，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器與紅外線發(fā)射管組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)由從多諧振蕩器獲得的電信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的功能；紅外線的接收部分由集成運(yùn)算放大電路和

5、紅外線接收管構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)由光敏二極管發(fā)射的電信號(hào)進(jìn)行接收，放大，選頻的功能；由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路和交流固態(tài)繼電器作為該設(shè)計(jì)的延時(shí)電路，實(shí)現(xiàn)控制電吹風(fēng)的工作與停止。</p><p>　　圖1-1 方案設(shè)計(jì)一框圖</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)二</b></p><p>　　采用BISS0001型紅外傳感信號(hào)專用處理集成電路與紅外線

6、熱釋傳感器構(gòu)成紅外線觸發(fā)電路，它可以接收到人身體發(fā)射出的紅外線并通過(guò)專用的集成電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，用來(lái)觸發(fā)555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以提供延時(shí)功能，使干手器實(shí)現(xiàn)工作一定時(shí)間后自動(dòng)停止的功能。SSR采用JCX-2F-DC5V型過(guò)零緊湊型固態(tài)繼電器，它體積小巧，可以直接插焊在印制電路板上[3]。</p><p>　　圖1-2 方案設(shè)計(jì)二原理圖</p><p><b>　

7、　1.3方案分析</b></p><p>　　方案一根據(jù)紅外線反射的原理工作，光敏二極管依靠反射回來(lái)的紅外線工作性能比較穩(wěn)定，控制電路制作中用到了多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)電路，但是元件比較普通成本也不高。</p><p>　　方案二根據(jù)紅外線熱釋開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)工作要求，紅外線熱釋傳感器感應(yīng)外界紅外線變化工作，有可能對(duì)其他紅外熱源敏感，并且需要專用的芯片支持。</p><

8、p>　　二者的延時(shí)電路與電吹風(fēng)電路基本相同，方案一雖然電路相對(duì)復(fù)雜，但是其穩(wěn)定性與成本方面比較優(yōu)秀。方案二電路雖然簡(jiǎn)單，但是其穩(wěn)定性不高容易產(chǎn)生誤操作，并且成本控制的不好。出于實(shí)用與生產(chǎn)方面考慮我選擇電路相對(duì)復(fù)雜一些的方案一。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原理</b></p><p><b>　　2.1單元電路設(shè)計(jì)</b>&l

9、t;/p><p>　　2.1.1 555定時(shí)器原理及參數(shù)分析</p><p>　　圖2-1-1是555定時(shí)器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個(gè)高精度電壓比較器A1、A2，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電三極管和三個(gè)5KΩ電阻的分壓器而構(gòu)成。</p><p>　　圖2-1-1 555定時(shí)器內(nèi)部組成框圖</p><p>　　它的各個(gè)引腳功能如下：</p>

10、<p>　　1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p>　　8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端</b

11、></p><p><b>　　6腳：TH高觸發(fā)端</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF

12、電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電[4]。</p><p>　　2.1.2 555定時(shí)器的參數(shù)分析</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表2-1-2示[4]。</p><p>　　表2-1-

13、2 ⑴ 555定時(shí)器的功能表</p><p>　　表2-1-2 ⑵ 555定時(shí)器的參數(shù)表</p><p>　　2.1.3 紅外線發(fā)射電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-1-3 紅外線發(fā)射電路圖</p><p>　　紅外發(fā)射器以555芯片及紅外發(fā)射管構(gòu)成，555芯片連接成多諧振蕩器，為紅外線管提供振蕩脈沖，使其發(fā)射出紅外線。</p

14、><p>　　根據(jù)任務(wù)書要求要發(fā)射出1000赫茲的紅外線，那么多諧振蕩器的振蕩頻率便為1000赫茲。根據(jù)多諧振蕩器頻率公式（1-1），根據(jù)頻率赫茲，可以求出R1.R2.C的值。即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　計(jì)算出..</b></p><p>　　2.1.

15、4 多諧振蕩器仿真電路分析</p><p>　　由2.1.3數(shù)據(jù)可以得到構(gòu)成紅外線發(fā)射電路的多諧振蕩器的仿真電路模型及其波形圖，如圖2-1-4⑴和圖2-1-4⑵</p><p>　　圖2-1-4⑴ 多諧振蕩器仿真電路模型</p><p>　　圖2-1-4⑵ 多諧振蕩器仿真波形圖</p><p>　　2.1.5 延時(shí)裝置設(shè)計(jì)</p>

16、<p>　　圖2-1-5 延時(shí)裝置</p><p>　　延時(shí)裝置由555定時(shí)器組成得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，當(dāng)受到紅外線信號(hào)出發(fā)后，將給繼電器一個(gè)高電平，繼電器通電吸合，將電吹風(fēng)電源接通吹出熱風(fēng)。這是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)時(shí)間由R.C數(shù)值決定。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器公式（2-2）可以求出R.C的值。</p><p><b>　　（2-2）</b></p

17、><p>　　根據(jù)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間定為15s，可以求出.。</p><p>　　2.1.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真電路分析</p><p>　　由2.1.5數(shù)據(jù)可以得到構(gòu)成延時(shí)電路的單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型及其波形圖，如圖2-1-6⑴和圖2-1-6⑵</p><p>　　2-1-6⑴ 單穩(wěn)態(tài)仿真電路模型</p><p>　　圖2-1-6⑵

18、單穩(wěn)態(tài)電路仿真波形圖</p><p>　　2.2 整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 單元電路的組合</p><p>　　根據(jù)單元電路的設(shè)計(jì)，將各單元電路的獨(dú)立電源整合為一個(gè)12V電源，加入電路工作指示燈，并且加入了選頻網(wǎng)絡(luò)電路，對(duì)光敏二極管接收的紅外信號(hào)進(jìn)行放大、整形、濾波，使其變成標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)脈沖信號(hào)[5]。由此得到紅外線自動(dòng)干手器整體設(shè)計(jì)電路圖2-2-

19、1。</p><p>　　圖2-2-1 整體設(shè)計(jì)電路</p><p>　　2.2.2 工作原理</p><p>　　紅外線發(fā)射器由SE303與紅外線發(fā)射管PH302組成。它是由555電路組成的多諧振蕩器，振蕩頻率1000赫茲。由多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率脈沖經(jīng)R3送到紅外發(fā)射管SE303向外發(fā)射。</p><p>　　紅外線接收放大器由紅外線接

20、收管PH302和電壓放大器組成，R6是其反饋偏置電阻。由紅外線接收管PH302將接收到的紅外反射信號(hào)變?yōu)殡娒}沖后，加至電壓放大器的輸入端，進(jìn)行脈沖幅度的放大。</p><p>　　C5、R6組成微分電路，將施密特觸發(fā)器輸出的方波形成觸發(fā)脈沖，以便對(duì)后級(jí)電路可靠地觸發(fā)。</p><p>　　開(kāi)關(guān)控制電路由A2組成。A2與R7、C6組成了脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由C5、R6形成的觸發(fā)脈沖觸發(fā)而

21、翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)，A2與的OUT腳輸出低電平，繼電器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)其受到觸發(fā)后翻轉(zhuǎn)，OUT腳輸出高電平，繼電器通電吸合，將電吹風(fēng)機(jī)的電源接通，電吹風(fēng)機(jī)得電開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)并吹出熱風(fēng)。這時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。其暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間由R7和C6的數(shù)值決定，按電路中的數(shù)值，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間約為15s。15s后暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。繼電器釋放將電吹風(fēng)機(jī)電源切斷，吹風(fēng)機(jī)停[6]。</p>

22、<p>　　干手器的控制器應(yīng)安裝在洗手間的適當(dāng)位置，將紅外發(fā)射、接收頭置于控制器的下方。當(dāng)手伸向控制器的下方時(shí)，紅外發(fā)射頭發(fā)射的紅外信號(hào)被反射到接收頭，通過(guò)信號(hào)處理使電熱吹風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，15s后自動(dòng)關(guān)閉。如果想繼續(xù)開(kāi)啟，可在停機(jī)后再次將手伸向控制器的下方[7]。</p><p>　　由上述分析可知，整體設(shè)計(jì)電路是在對(duì)各單元電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，結(jié)合各單元電路的特點(diǎn)，加上適當(dāng)?shù)臑V波整流電路，電源電路以及指示電路

23、，實(shí)現(xiàn)了整體電路的設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要以555定時(shí)器為核心，通過(guò)555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)光敏二極管產(chǎn)生紅外線發(fā)射信號(hào)，紅外線接收電路的光敏二極管接受到信號(hào)后，將接收信號(hào)放大，整流，濾波，通過(guò)555單穩(wěn)態(tài)電路，是風(fēng)機(jī)的短暫起停，暫穩(wěn)時(shí)間為15秒，達(dá)到自動(dòng)控制功能。</p>

24、<p>　　本設(shè)計(jì)不僅反應(yīng)速度較快而且頻率低，功耗小。制作價(jià)格比較便宜，特別適合家庭使用。并且實(shí)現(xiàn)了預(yù)期要求的任務(wù)指標(biāo)：</p><p>　　本設(shè)計(jì)的不足之處：由于時(shí)間倉(cāng)促，加之自己的知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有許多沒(méi)有照顧到的地方，紅外線接收的選頻網(wǎng)絡(luò)電路對(duì)信號(hào)的整形、濾波不是很完美，有些參數(shù)的選定沒(méi)有達(dá)到最佳的效果。有些電路圖輸入得也不夠規(guī)范，這些問(wèn)題和毛病會(huì)在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中加以克服。</p&

25、gt;<p><b>　　課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一周的時(shí)間，通過(guò)上網(wǎng)查找資料，與同學(xué)互相探討，結(jié)合自己在課堂上所學(xué)的知識(shí)，完成了本設(shè)計(jì)。通過(guò)本設(shè)計(jì)，不僅對(duì)在課堂上所學(xué)的東西加以了鞏固和擴(kuò)展，而且把自己所學(xué)的理論知識(shí)結(jié)合到了實(shí)踐當(dāng)中，學(xué)到了許許多多從書本上學(xué)不到的東西。學(xué)到了很多關(guān)于元器件，Electronics Workbench軟件的使用以及查閱相關(guān)資

26、料的方法。也使我的信心倍增，更重要的是使我有了質(zhì)的提高。在以后面對(duì)困難都能夠勇于向前。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，更深刻的體會(huì)到了555定時(shí)器在生活中各個(gè)方面的應(yīng)用，更加認(rèn)識(shí)到了運(yùn)算放大電路用法之靈活，功能之強(qiáng)大，還有光敏二極管，三極管，繼電器等常用元器件在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。這些都為以后電子技術(shù)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)，為日后學(xué)習(xí)其他專業(yè)課奠定了實(shí)踐基石。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

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