基于5单片机感应水龙头设计

基于5单片机感应水龙头设计毕业设计论文（黑体一号）基于51单片机感应水龙头目录摘要…………………………………………………1、红外线控制自动水龙头纯硬件系统设计1.1水龙头的构成及传感器控制1.2系统组成方框图1.3红外反射式光电传感器特性与工作原理1.4红外线控制自动水龙头的工作原理2、单元电路的设计2.1稳压电源的设计2.2光电对管电路设计2.3红外接受控制电路的设计2.4电压比较器电路的设计2.5继电器电路的设计2.6三端稳压器参考文献附录元件列表摘要随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。

据报道我国是一个水资源短缺的国家，若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的四分之一，世界排110位。

由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。

目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。

目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所。

在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶劣，传统水龙头必须通过人手操作，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免了洗手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成，无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。

全自动感应水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。

发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。

它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，而且大大地扩展了原先水龙头的功能。

因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要意义。

本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路、电磁阀、电源等组成。

当人或事物靠近时，自动产生控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关闭水源。

与传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。

使用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传播。

系统电路设计简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。

【关键词】传感器；红外线第一章红外线控制自动水龙头纯硬件系统设计1.1水龙头的构成及传感器控制水龙头采用了反射式红外传感器。

红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。

当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。

反射式红外传感器（如图1-1所示）。

物图1-1反射式红外传感器反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。

我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。

光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。

这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，通过比较器，来控制继电器，使水源打开。

红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。

接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过比较器比较，比较后输出低电平，最后驱动电路控制继电器动作打开水源。

当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，经过比较器比较输出高电平，使继电器断开，从而关闭水源（这里用L E D灯模拟水源的关闭）。

1.2系统组成方框图图红外线自动控制水龙头整个控制过程分为4个部分。

系统组如Array 1.3红外反射式光电传感器特性与工作原理反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。

理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。

因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。

如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。

采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。

红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图2-3所示）反射光强度的输出信号电压（V o u t）是反射面与传感器之间的距离（X）的函数，设反射面物质为同种物质时，X与V o u t的响应曲线是非线性的（如图2-4所示）。

设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的x x/m图1-3红外发射接收原理图图1-4光强度相应曲线图1.4红外线控制自动水龙头的工作原理1.4.1红外线水龙头控制电路系统的组成红外线水龙头控制电路包括红外线检测电路（光电对管）、比较器电路（L M358）、继电器电路（S R D-05V D C-S L-C）、L E D电路。

1.4.2红外线水龙头控制电路工作原理接通电源微电脑芯片经初始化后，控制发射管不断发射红外光，当人体的手放在感应水龙头的感应窗前红外光区域内时，由于人手的摭挡，一部分红外光反射后被红外线接收头(管）接收，经过光电转及微电脑处理后，驱动器输出30m s正向电流，脉冲电磁阀开启；当人手离开感应窗前红外光区域内时，红外线接收头(管)没有接收到信号，微电脑处理后，驱动器输出30m s反向电流，脉冲电磁阀关闭，等待下一信号，此时微电脑处于睡眠状态，功耗只有1u A。

红外水龙头控制过程是，当人或物体接近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管，接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。

当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断电电磁阀电源。

我设计的感应水龙头工作原理：当有人靠近时，光电对管由高电平变成低电平，通过比较器比较，输出低电平，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开，这里用L E D模拟的，当继电器吸合时，L E D灯亮了，表示水源打开。

第2章单元电路的设计2.1稳压电源的设计电路为输出电压+5V，输出电流 1.5A稳压电源。

它的电压变压器B，桥式整流电路D1~D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。

三端稳压集成电路7805，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。

顾名思义，三端I C是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管，T O-220的标准封装，也有9013样子的T O-92封装。

用78/79系列三端稳压I C来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

该系列集成稳压I C型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。

当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

当制作中需要一个能输出 1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个 1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。

另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。

在78**、79**系列三端稳压器中最常应用的是T O-220和T O-202两种封装。

这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。

图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。

这样标注便于记忆。

引脚1为最高电位，2脚为最低电位，2脚居中。

从图中可以看出，不论正压还是负压，2脚均为输出端。

对于78**正压系列，输入是最高电位，自然是2脚，地端为最低电位，即3脚，如附图所示。

对与79**负压系列，输入为最低电位，自然是3脚，而地端为最高电位，即1脚。

200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1~D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的V i n和G ND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。

此直流电压经过L M7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。

稳压电源电路（如图2-5所示）。

图2-5稳压电源电路2.2光电对管电路的设计R1是限流电阻，R2是控制光电开关的检测距离，理论范围内，阻值越大，检测的范围越远，R3是一个滑动变阻器（电位器），用来调节比较电压的大小，V I N+和V IN-是输入比较的两个电压。

当有人时，V I N+由高电平变成低电平，这是V I N-输入的电压高于V I N+的电压，于是比较器输出低电平。

通过这样的设计，就可以检测人体，然后控制水龙头的打开和关闭。

2.2红外接受控制电路的设计本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头S F M506-38和锁相环电路。

它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。

L M567、开关放大电路V T9013、固态继电器T A C08、电磁阀构成控制电路。

红外线遥控器已被广泛使用在各种类型的家电产品上，它的出现给使用电器提供了很多的便利。

红外线感应开关对于自动控制设备、照明安全防盗自动设备人身防护等都有着很广泛的应用。

是一款真正的节能、环保、人性化产品。

自然界中任何高于绝对温度- 273度时物体都将产生红外光谱不同温度的物体其释放的红外能量的波长是不一样的。

莱亮人体红外感应开关就是采用这一原理制成的它是一种被动红外探测开关。

在被动红外探测器中有两个关键性的元件。

一个是热释电红外传感器(P I R)它能将波长为8一12u m之间的红外信号变化转变为电信号并能对自然界中的白光信号具有抑制作用因此在被动红外探测器的警戒区内当无人体移动时热释电红外感应器感应到的只是背景温度当人体进人警戒区通过菲涅尔透镜热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号因此红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。