課程設(shè)計(jì)---簡(jiǎn)易自動(dòng)干手電路

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　題目 簡(jiǎn)易自動(dòng)干手電路 </p><p>　　專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p&g

2、t;<p>　　1．閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。</p><p>　　2．學(xué)習(xí)電子制圖軟件的使用。</p><p>　　3．學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。</p><p>　　4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊(cè)及相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　要求電路能夠通過(guò)

3、感應(yīng)裝置，在人們需要干手時(shí)，自動(dòng)打開加熱和吹風(fēng)裝置。</p><p>　　要求電路在打開加熱和吹風(fēng)裝置一段時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)斷開關(guān)。</p><p>　　要求電路能夠調(diào)節(jié)加熱和吹風(fēng)裝置開關(guān)打開的時(shí)間。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6

4、月</p><p>　　2．姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　4．李銀華，電子線路設(shè)計(jì)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&l

5、t;/p><p>　　完 成 期 限： 2011年7月1日 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽章： </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： </p><p>　　2011 年 6月 23 日</p><p><b>　　簡(jiǎn)

6、易自動(dòng)干手電路</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動(dòng)干手器是一種廣泛應(yīng)用于洗手間的干手裝置，它采用紅外線控制的電子開關(guān)，當(dāng)人們將手伸過(guò)去時(shí)，由于手對(duì)紅外線的反射會(huì)打開電吹風(fēng)，人手離開時(shí)，電吹風(fēng)又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。</p><p>　　自動(dòng)干手電路包括紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、時(shí)間延遲電路、自

7、動(dòng)干手器開關(guān)電路和電源電路五部分組成。其中紅外線發(fā)射裝置是SE303紅外線發(fā)射器，時(shí)間延遲裝置為NE555定時(shí)器。當(dāng)輸出端輸出低電平時(shí)，三極管T截止，沒(méi)有電流通過(guò)。繼電器與三極管的集電極相連，若有電流驅(qū)動(dòng)，開關(guān)吸合，電磁闕通電，啟動(dòng)電吹風(fēng)工作；若沒(méi)有電流驅(qū)動(dòng)，開關(guān)斷開，電磁闕不通電，電吹風(fēng)不工作。同時(shí)在繼電器兩端并聯(lián)二極管用來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，再加一個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示吹風(fēng)機(jī)是否工作。</p><p>　　關(guān)鍵字 自動(dòng)

8、干手電路/紅外線發(fā)射器/紅外線接收器/時(shí)間延遲電路/電源電路</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 方案介紹與論證 ……………………………………………4 </p><p>　　2 工作方案設(shè)計(jì)…………………………………………………5</p><p>　　2.1總體設(shè)計(jì)…………………………

9、………………………5</p><p>　　2.2 主要單元電路設(shè)計(jì)………………………………………6</p><p>　　2.2.1 紅外線發(fā)射電路……………………………………6</p><p>　　2.2.2 紅外接收電路………………………………………7</p><p>　　2.2.3 時(shí)間延遲電路………………………………………8</p

10、><p>　　2.2.4 吹風(fēng)機(jī)開關(guān)電路……………………………………9</p><p>　　2.2.5 電源電路……………………………………………9</p><p>　　3 芯片簡(jiǎn)介 ……………………………………………………11</p><p>　　3.1 NE555……………………………………………………11</p><p&

11、gt;　　4 總結(jié)與體會(huì) …………………………………………………14</p><p>　　5 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………15</p><p>　　附錄一 元件清單 …………………………………………16</p><p>　　附錄二 工作原理圖 ………………………………………18</p><p><b&g

12、t;　　1 方案介紹與論證</b></p><p>　　自動(dòng)干手器廣泛應(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。它的工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用紅外線電子開關(guān)來(lái)控制電熱吹風(fēng)機(jī)，當(dāng)有人手伸過(guò)來(lái)時(shí)，感應(yīng)到紅外線，電子開關(guān)自動(dòng)將吹風(fēng)機(jī)打開；當(dāng)人手離開時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉吹風(fēng)機(jī)。根據(jù)原理，用一只普通的電熱吹風(fēng)機(jī)，加裝一個(gè)紅外控制開關(guān)，就能組成一個(gè)自動(dòng)干手器，通過(guò)查閱資料，獲得以下方案：</p>&

13、lt;p>　　紅外線自動(dòng)干手電路由紅外線發(fā)射器、紅外線接收放大器和開關(guān)控制器組成。利用555定時(shí)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(dòng)干手器電路。當(dāng)人們需要干手時(shí)，人們把手靠近干手器時(shí)，由于手對(duì)紅外線的反射作用，使555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一段時(shí)間的高電平定時(shí)?？刂谱詣?dòng)干手器打開加熱裝置和吹風(fēng)裝置一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)停止，時(shí)間長(zhǎng)短可以通過(guò)NE555自動(dòng)的可變電阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>

14、;<b>　　工作方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　簡(jiǎn)易自動(dòng)干手器控制電路的總體框圖如圖（1），它由紅外線接收電路、紅外線發(fā)射電路、時(shí)間延遲電路、開關(guān)電路和電源電路五部分組成。再加上電吹風(fēng)電路，就構(gòu)成的完整的干手器。</p><p><b>　　圖1 總系

15、統(tǒng)框圖</b></p><p>　　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(shí)現(xiàn)對(duì)人體的感應(yīng)。</p><p>　　紅外線接收電路的功能：</p><p>　　利用光敏元件接收反射回來(lái)的光脈沖，并且把光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)放大該信號(hào)。</p><p><b>

16、;　　時(shí)間延遲電路功能：</b></p><p>　　利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)干手器開關(guān)打開時(shí)間的控制。</p><p>　　自動(dòng)干手開關(guān)電路功能：</p><p>　　利用電磁閥作為自動(dòng)干手器開關(guān)，控制吹風(fēng)機(jī)運(yùn)行。</p><p><b>　　電源電路功能：</b></p><p

17、>　　利用變壓器及穩(wěn)壓器將220v交流電變?yōu)?2v直流電為電路供電。</p><p>　　2.2 主要單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 紅外線發(fā)射電路</p><p>　　圖2 紅外線發(fā)射電路</p><p>　　圖（2）為紅外線發(fā)射電路。由555時(shí)基電路產(chǎn)生5KHz的頻率、占空比為1/3的方波信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)光二極管S

18、E303，它由砷化鎵（GaAs）PN結(jié)構(gòu)成。該電路的感應(yīng)裝置一般要求不可見，采用紅外線發(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(shí)作為感應(yīng)裝置則要求其具有較大的光輸出。因此可通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)來(lái)增大光輸出。因此電路前端需要一個(gè)脈沖信號(hào)電路，采用兩個(gè)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(yùn)行包含兩個(gè)過(guò)程：首先

19、，利用直流電源經(jīng)電阻R1和R2對(duì)電容C1進(jìn)行充電；然后，隨著V7,、V2電壓升高，當(dāng)V7達(dá)到8v左右，NE555復(fù)位輸出端為低電平，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(shí)，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(gè)過(guò)程的交替運(yùn)行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端產(chǎn)生脈沖信號(hào)。其輸出脈沖信號(hào)的頻率f和 占空間比q為：</p><p>　　f=1/0

20、.7（R1+2R2）C1=1/0.7（1MΩ+2*1MΩ）100pF≈5KHz</p><p>　　q=R1/(R1+2R2)= 1MΩ/（1MΩ+2*1MΩ）=1/3</p><p>　　這樣就可以通過(guò)輸出電路端產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，其中，因?yàn)榧t外反向電壓不能過(guò)高，用二極管D起保護(hù)紅外發(fā)光二極管的作用。</p><p><b>　

21、　2.2.2 紅外</b></p><p>　　圖3 紅外線接收電路</p><p>　　由于紅外接受管接收到的信號(hào)非常微弱，后續(xù)電路無(wú)法繼續(xù)處理，因此必須對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行放大，該電路是由電阻R5，R6 ，Q1，Q2 和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(hào)。R5和R6為放大電路

22、的集電極偏置電阻，C3,C4為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(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)定的輸出電壓V。</p><p>　　2.2.3 時(shí)間延遲電路及繼電器電路</p><p>　　圖4 時(shí)間延遲電路以及繼電器電路</p><p>　　圖（4）中的左邊為時(shí)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

23、接收電路輸出的電壓V首先經(jīng)過(guò)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(hào)。右邊為控制吹風(fēng)機(jī)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(hào)，經(jīng)過(guò)整流濾波在NE555的TRIG端產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，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變亮，信號(hào)經(jīng)三極管放大后，開關(guān)吸合，電磁閥通電，并能保持一段時(shí)間，延遲時(shí)間T=1.1RC，由可變電阻R0和電容C6

24、的數(shù)值決定，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻R0的大小來(lái)改變延遲時(shí)間的長(zhǎng)短，從而適應(yīng)不同的場(chǎng)合；若前端電路沒(méi)有接收到紅外線脈沖信號(hào)，則NE555輸出端V3為低電平，D7不亮，三極管T1截止，開關(guān)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(shí)產(chǎn)生高壓，R10為限流電阻，防止電流過(guò)大燒毀三極管，D7是否發(fā)光可用來(lái)顯示吹風(fēng)機(jī)是否工作。</p><p>　　2.2.4 吹風(fēng)機(jī)開關(guān)電路<

25、/p><p>　　圖5 吹風(fēng)機(jī)開關(guān)電路</p><p>　　圖5 功能說(shuō)明：S1是總開關(guān)，K1即為圖4中的開關(guān)K1,S2開關(guān)閉合，吹風(fēng)機(jī)吹出熱風(fēng)，S2斷開，吹風(fēng)機(jī)吹出冷風(fēng),電源接220v交流電。</p><p>　　2.2.5 電源電路</p><p>　　電源電路的設(shè)計(jì)可以采用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一種方法是采用電池供電，需要注意的問(wèn)題是選擇合適的

26、電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配;</p><p>　　第二種方法采用如圖6所示電路。電路直接從電網(wǎng)供電，通過(guò)變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電通過(guò)7812轉(zhuǎn)換為+12V直流電壓（為繼電器和NE555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和C5整流電路，C7,C8和C9，C10濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>

27、;<b>　　圖6 電源電路</b></p><p>　　最后將各模塊組合在一起，即可構(gòu)成自動(dòng)干手器電路的原理圖。</p><p><b>　　芯片簡(jiǎn)介</b></p><p>　　3.1 NE555簡(jiǎn)介</p><p><b>　　3.1.1概述</b></p>

28、<p>　　NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同，而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)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(hào)。</p><p><b>　　3.1.2 特點(diǎn)</b></p><p>　　1.只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩

29、延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)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(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 </p><p>　　4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。 </p

30、><p>　　3.1.3 NE555引腳位配置說(shuō)明下</p><p>　　圖7 內(nèi)部電路及引腳圖</p><p>　　Pin 1 -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p&g

31、t;<p>　　Pin 3 -當(dāng)時(shí)間周期開始時(shí)，555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。</p><p>　　Pin 4 -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位，即復(fù)位端。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外

32、部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)定時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來(lái)改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 - 重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 </p><p>　　Pin 7 -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地

33、為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8(V +)-這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p><b>　　參數(shù)功能特性： </b></p><p>　　供應(yīng)電壓3-6 mA</p><p>　　輸出電流225mA (max) </p&g

34、t;<p>　　上升/下降時(shí)間100 ns</p><p>　　3.1.4 NE555的相關(guān)應(yīng)用</p><p>　　NE555的作用范圍很廣，但一般多應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Monostable Mutlivibrator）及無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Astable Multivibrator)。施密特觸發(fā)器等。</p><p><b>　　總結(jié)與

35、體會(huì)</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　自動(dòng)干手器電路是由發(fā)射電路、紅外接收電路、譯碼電路、觸發(fā)和繼電控制風(fēng)機(jī)電路等組成。該產(chǎn)品可用于醫(yī)院、食堂、公廁等公共場(chǎng)合，當(dāng)有人洗手時(shí)，該電路會(huì)自動(dòng)開啟并關(guān)斷，使用安全可靠、清潔衛(wèi)生。</p><p>　　自動(dòng)干手器主要的組成部分就是555定時(shí)器電路。根據(jù)5

36、55強(qiáng)大的功能可以制造出多種產(chǎn)品，干手器只是其中的一種。在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》之中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了555定時(shí)器，但是只是限于理論知識(shí)，沒(méi)有把它應(yīng)用到實(shí)際之中，通過(guò)這次對(duì)自動(dòng)干手器的讓我對(duì)555定時(shí)器又有了更新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)我也對(duì)紅外線有了新的了解，知道了紅外線遙控的大體內(nèi)容和原理。</p><p><b>　　體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)直流

37、穩(wěn)壓電源有了更深刻的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)電路的原理的理解，各元器件功能，特性的認(rèn)識(shí)，當(dāng)然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也遇到了很多困難，看著任務(wù)書，看看教材，關(guān)于這個(gè)題目，我只是見過(guò)用過(guò)，知道里邊好象有紅外線接收器，其他的別無(wú)所知，不知從何入手，于是我就到圖書館電子資源里查了寫相關(guān)文獻(xiàn)，在網(wǎng)上也搜了些相關(guān)資料，終于有了眉目。然而，我們專業(yè)根本就沒(méi)學(xué)過(guò)畫電子圖的軟件，而此次課程設(shè)計(jì)必須用到那個(gè)軟件，那也只能自學(xué)了，去圖書館找了本protel 99SE的教程

38、，了解差不多了，畫圖就不成問(wèn)題了。最后在對(duì)原理有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)后，作出了初步的原理圖，然后經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試后，逐步修改，盡量使其性能達(dá)到完美。這個(gè)過(guò)程我收獲最大，使自己的實(shí)驗(yàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力有了進(jìn)一步的提高?？傊?，這次設(shè)計(jì)使我受益匪淺，也讓我對(duì)以后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐自信滿滿。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江

39、大學(xué)出版社，2001，6</p><p>　　姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001，10</p><p>　　王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999，10</p><p>　　康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p>　　李銀華 電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京航天航空大學(xué)出版社 2005.6