红外线自动干手器课程设计

综述

自动干手机具有风量大、噪音小、灵敏度高、使用方便、迅速和安生等的性能特点，在当今，它是一个先进和理想的卫生清洁器具和设备。广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间[1]。当您洗手后，将双手伸在自动干手机的出风口下，自动干手机会自动送出舒适的暖风，迅速使您的双手去湿变干，而当您把手一离开自动干手机风口时它又自动停风关机，因而真正达到防止疾病交叉感染的要求。

其工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手机是一样的。

在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的光敏二极管将接收到的红外线变成电信号，经选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器。比较器的门限电压设置较高，其目的是提高电路的抗干扰能力。当比较器的输人电平超过门限电压时，其输出变为低电平，触发555定时器开始定时，同时该定时器的3脚变为高电平，继电器触点吸合，接通电阻丝和风机。继电器进入暂稳态，当设定的延时时间结束后定时器的3脚变成低电平，继电器触电放开，切断电阻丝和风机，工作结束[2]。

１方案设计与分析

1.1方案设计一

本设计方案的红外线发射部分由光敏二极管，555定时器构成的多谐振荡器与红外线发射管组成，实现对由从多谐振荡器获得的电信号进行发射的功能；红外线的接收部分由集成运算放大电路和红外线接收管构成，实现对由光敏二极管发射的电信号进行接收，放大，选频的功能；由555定时器构成的单稳态电路和交流固态继电器作为该设计的延时电路，实现控制电吹风的工作与停止。

图1-1方案设计一框图

1.2方案设计二

采用BISS0001型红外传感信号专用处理集成电路与红外线热释传感器构成红外线触发电路，它可以接收到人身体发射出的红外线并通过专用的集成电路产生触发脉冲，用来触发555定时器构成的单稳态电路，单稳态电路可以提供延时功能，使干手器实现工作一定时间后自动停止的功能。SSR采用JCX-2F-DC5V型过零紧凑型固态继电器，它体积小巧，可以直接插焊在印制电路板上[3]。

图1-2方案设计二原理图

1.3方案分析

方案一根据红外线反射的原理工作，光敏二极管依靠反射回来的红外线工作性能比较稳定，控制电路制作中用到了多谐振荡器与单稳态电路，但是元件比较普通成本也不高。

方案二根据红外线热释开关实现工作要求，红外线热释传感器感应外界红外线变化工作，有可能对其他红外热源敏感，并且需要专用的芯片支持。

二者的延时电路与电吹风电路基本相同，方案一虽然电路相对复杂，但是其稳定性与成本方面比较优秀。方案二电路虽然简单，但是其稳定性不高容易产生误操作，并且成本

控制的不好。出于实用与生产方面考虑我选择电路相对复杂一些的方案一。

2 系统设计与原理

2.1单元电路设计

2.1.1 555定时器原理及参数分析

图2-1-1是555定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器A 1、A 2，一个

RS 触发器，一个放电三极管和三个5K Ω电阻的分压器而构成。

图2-1-1 555定时器内部组成框图

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端V SS 或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源V CC ，双极型时基电路V CC 的范围是4.5 ~ 16V ，CMOS 型时基电路V CC 的范围为3 ~ 18V 。一般用5V 。

3脚：输出端Vo

2脚：TL 低触发端

6脚：TH 高触发端

4脚：D R 是直接清零端。当D R 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论T L 、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：V C 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端

不用时，应将该端串入一只0.01μF 电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电[4]。

2.1.2 555定时器的参数分析

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A 1、A 2基准电压分别为CC CC V 3

1,V 32的情况下，555时基电路的功能表如表2-1-2示[4]。

表2-1-2 ⑴ 555定时器的功能表

清零端D R 高触发端TH 低触发端T L Q n+1 放电管

T 功能

0 ⨯ ⨯ 0 导通 直接清零 1 CC V 32

> CC V 31

> 0 导通 置0 1 CC V 32

< CC V 31

< 1 截止 置1 1 CC V 32

< CC V 31

> Q n 不变 保持

表2-1-2 ⑵ 555定时器的参数表

参数 量值

电源电压范围 4.5－18V

静态功耗（Vcc=15V ） 120mW

定时精度 1%

温度系数 0.03％每度

电压漂移 0.03％每伏

阈值电压（Vcc=15V ） 9.8－10.2V

触发电压（Vcc=15V ） 4.8－5.2V

复位电压 <=0.4V

输出电流 >=100mA

2.1.3 红外线发射电路设计

图2-1-3 红外线发射电路图

红外发射器以555芯片及红外发射管构成，555芯片连接成多谐振荡器，为红外线管提供振荡脉冲，使其发射出红外线。

根据任务书要求要发射出1000赫兹的红外线，那么多谐振荡器的振荡频率便为1000赫兹。根据多谐振荡器频率公式（1-1），根据频率1000=f 赫兹，可以求出R 1.R 2.C 的值。

即 2

)2(1121CIn R R T f +== （2-1） 计算出Ω=K R 301.Ω=K R 602.F C μ01.0=

2.1.4 多谐振荡器仿真电路分析

由2.1.3数据可以得到构成红外线发射电路的多谐振荡器的仿真电路模型及其波形图，如图2-1-4⑴和图2-1-4⑵