简易干手器课程设计

郑州轻工业学院

电子技术课程设计

题目：简易自动干手器姓名： ******* 专业班级：建筑电气12-01班学号： 541201040114 院（系）：电气信息工程学院指导教师：郑晓婉

完成时间：2014年2月 24日

课程设计任务书

题目简易自动干手电路专业建筑电气与智能化

学号 541201040114 姓名*******

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容

1．阅读相关科技文献。

2．学习protel软件的使用。

3．学会整理和总结设计文档报告。

4．学习如何查找器件手册及相关参数。

技术要求

1.要求电路能够通过感应装置，在人们需要干手时，自动打开加热和吹

风装置。

2.要求电路在打开加热和吹风装置一段时间后，自动关断开关。

3.要求电路能够调节加热和吹风装置开关打开的时间。

主要参考资料

1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

完成期限： 2014年2月24日

指导教师签章：

专业负责人签章：

2014 年 2 月 23日

简易干手器

摘要

近些年来，随着科学的发展，酒店、车站、网络会所等越来越多的公共场所的洗手间装有自动洗手器和自动干手器，给人们带来了很大的方便。其中，自动干手器是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，手对红外线的反射作用，使红外线开关将电热吹风机自动打开，一段时间后，吹风机自动关闭。

自动干手电路是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五部分构成，合成后形成自动干手器。当时间延迟电路输出低电平时，继电器两端电压均为低电平，继电器不工作，开关断开，吹风机不吹出热风；当输出高电平，继电器有电压驱动，开关吸合，电磁阀通电，吹风机吹出热风，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。

关键词红外线发射器红外线接收放大器自动干手器开关控制器时间延迟电路电源电路

目录

1 方案论证 (1)

2 工作方案设计 (2)

2.1 总体设计 (3)

2.2 主要单元电路设计 (3)

2.2.1红外线发射电路 (3)

2.2.2 红外接收放大电路 (4)

2.2.3 时间延迟电路 (5)

2.2.4 吹风机开关电路 (6)

2.2.5 电源电路 (7)

3 芯片简介 (8)

3.1 NE555 (8)

3.2 CD4069 (10)

4 总结与体会 (11)

参考文献 (12)

附录一元件清单 (13)

附录二工作原理图 (15)

1 方案论证

自动干手器是一种高档卫生洁具，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。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器是一样的。经过查资料得知，以下两个方案。

方案一：红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。当人们需要干手时，人们把手靠近干手器时，由于手对红外线的反射作用，使555定时器构成的单稳态触发器产生一段时间的高电平定时。

方案二：由单片机80C2051构成的最小系统，加上外围采用8个光电耦合管，大大提高了敏感度，由于手对红外线反射，光电耦合管接收产生一个高电平，通过单片机的I/O口如P1读取其状态，若检测到该口是高电平，通过程序控制另外一个I/O如P3^1输出一个高电平通过三极管放大驱动继电器工作，电机就开始工作，通过单片机中断定时。达到自动控制的目的。

比较上述两种方案，看似第二种方案更简单，不过其需要硬软件相结合，增加的原理上的理解难度，不符合本设计要求，而第一种方案简洁易懂，很好的结合了本学期课程任务，最后我选择了第一种方案。

2 工作方案设计

2.1 总体设计

2.1.1 系统组成框图

简易自动干手器控制电路的总体框图如图2-1。它是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五部分构成的。加上电机吹风电路，就构成了完整的干手器。

图2-1 简易自动干手电路的总体框图

红外线发射电路的功能的利用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体的感应。红外线接收电路功能的利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。时间延迟电路的功能的利用单稳态电路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制。自动干手器电路的功能的利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过控制电磁阀两端电压的高低对干手器进行控制。

2.2主要单元电路设计

2.2.1红外线发射电路

图2-2 红外线发射电路

图2-2是电路为红外线发射电路，主要组成部分就是NE555构成的多谐振荡器和红外线发射管SE303。SE303发射的红外线在可见光范畴之外，故用图2-3中的PH302感应接受红外线。而NE555作为多谐振荡器发射固定频率的方波脉冲信号，激发SE303产生特定频率的红外线。

电流从R1、R2进入，给C2充电，V7、V2电压升高，当V2

达到8V左右时，NE555复位，输出端（引脚3）为低电平。之后C2通过R2放电，V2降低，当V2降到4V时，输出端输出高电平，SE303向外发射红外线。电源又通过R1、R2给C2充电，当V2升到8V时，触发器再次翻转。如此3号脚输出特定频率的脉冲方波信号。

频率为f=1/T=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（20kΩ+2*62kΩ）100μF≈992Hz；

占空比：q=R1/(R1+2R2)= 20kΩ/（20kΩ+2*62kΩ）≈13.9% 从NE555输出端的电流大概是200mA,而SE303正常工作只需20mA。故连上R3来限流，保护红外线发光二极管。

2.2.2红外接收放大电路

图2-3 红外线接收放大电路

图2-3是红外线接收放大电路，该电路由三部分组成。第一部分，红外接受装置PH302，第二部分是反相放大电路，此处用的是六相反相器CD4069的三个非门组成放大电路，第三部分是有两个反相器构成的施密特电路，利用其回差特性，对数字信号

进行滤波整流。当PH302未接收到光信号时相当于，反向截止，电路从R4过，C3左端高电平，大概是10v。当接受到光信号时，PH302处于导通状态，相当于短路，C3左端相当于直接接地，为低电平。经过C3、R5、D1、D2、D3、R6，反相放大后输出低电平为1V。在经过施密特整形滤波，整个发射电路输出低电平。（即人伸进手时输出低电平）。

2.2.3 时间延迟电路

图2-4时间延迟电路

图2-4是为时间延迟电路，其中C4、R9组成微分电路，将施密特触发器输出的方波形成触发脉冲，实现对NE555的可靠触发。后面是NE555芯片组成的单稳态触发器，R6为上拉电阻，2号脚为输入端，当2号脚输入为低电平时（低于12*1/3=4v），经过555输出端（引脚3）为一个高电平，555进入暂稳态。因为tw(Max)=1.1*R10*C5=51.7s,所以吹风时间能实现0~51s内的定时。之后电源通过上拉电阻R6充电，使2号脚的电平升高超过12*1/3=4v，电源通过R7充电使6号脚变成超过8V，此时，NE555发生翻转，输出低电平。

2.2.4 吹风机开关电路

图2-5吹风机开关电路

图2-5是吹风机开关电路，电动机直接接在220V交流电上，不能直接用数字电路中的微电来控制，所以要用继电器来控制。电磁继电器一般需要大电流，Ne555输出为高电平，继电器工作，开关K1闭合，电动机工作，VD5起到保护作用，当Ne555输出低电平时，继电器两端均为低电平，开关K1处于断开状态，电动机不工作。

2.2.5 电源电路

图2-6 电源电路

图2-6 是电源电路，电路直接从220V电网供电，通过T变压器电路，出来12V左右的交流电压，经过二极管桥式整流电路，输出12v的直流电流，然后在经过C7、C8完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。它们共同构成电源电路，为整个电路提供12v的直流电压。

3 芯片简介

3.1 NE555

3.1.1 概述：

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉冲信号。

3.1.2 特点：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

3.1.3 NE555引脚分布说明：

V CC

V CC

V CC

图3-1 NE555内部电路、引脚图和功能表Pin 1 -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。

Pin 2 -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 -当时间周期开始时，555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位，即复位端。它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 - 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8(V +)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

参数功能特性：

供应电压4.5-16 V

输出电流225mA (max)

上升/下降时间100 ns

3.2 六反向放大器CD4069

CD4069由六个COS/MOS反相器

电路组成，管脚图，如图3-2所示。

此器件主要用作通用反相器、即用

于不需要中功率TTL驱动和逻辑电

平转换的电路中。宽电源电压范围：

为 3.0V?15V ，有高抗干扰性，

0.45V时，最大输出电流为230mA 图3-2 CD4069管脚图

4 总结与体会

总结

自动干手器电路是由红外线发射电路、红外接收电路、时间延迟电路、触发和继电器控制吹风机电路等组成。该产品可用于医院、食堂、公厕等公共场合，当有人洗手时，该电路会自动开启并关断，使用安全可靠、清洁卫生。

自动干手器主要的组成部分就是555定时器电路。根据555强大的功能可以制造出多种产品，干手器只是其中的一种。在《数字电子技术基础》之中我们已经学习了555定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手器的让我对555定时器又有了更新的认识，同时我也对红外线有了新的了解，知道了红外线遥控的大体内容和原理。

体会

通过这次的课程设计，我对直流稳压电源有了更深刻的认识，尤其是对电路的原理的理解，各元器件功能，特性的认识，当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，比如说我想给这个电路加上一个湿度传感器，尽管我到图书馆电子阅览室里查了相关文献，在网上也搜了些相关资料，但因时间问题，未能实现对它的改进。因为刚学过电子制图，所以这次作图问题不是太多。设计的过程是困难的过程，也是我收获最大的过程，它使我的理论知识与实践相结合，对电路的设计、理解能力有了进一步的提高。总之，这次课程设计使我受益匪浅，让我对以后的工作学习有了更大的信心。

参考文献

1、何小艇，电子系统设计浙江大学出版社， 2001年6月

2、姚福安，电子电路设计与实践山东科学技术出版社，2001年10月

3、王澄非，电路与数字逻辑设计实践东南大学出版社，1999年10月

4、李银华，电子线路设计指导北京航空航天大学出版社，2005年6月

5、康华光，电子技术基础高教出版社，2003

附录一元件清单

附录二工作原理图