红外线水龙头自动控制电路

河南理工大学电子技术课程设计报告
红外线水龙头控制电路
所在学院：电气工程与自动化学院
*名：***
学号：************
专业班级：自动化06-6班
指导老师：
2009年1月8日
摘要
水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。

为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。

学以致用，针对节约用水的问题，结合自己所学的知识，开发一种既能节约用水，又操作简单方便、有实用性的水龙头。

本设计要求水龙头具有红外线自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。

这样不仅使用起来就很方便，而且可以防止因疏忽忘记关水龙头造成水资源的白白浪费，同时又避免各种传染病的扩散和传播，可以广泛应用在公共场所（如学校、医院）的餐厅、食堂、卫生间等，既节约用水，又方便、安全卫生。

该红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成。

用到的元器件有光电传感器（红外发射器、红外接收器、）开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555集成芯片以及电阻、电容若干，由220伏交流电供电，经变压器从次级输出9伏交流电压，该电压经整流、滤波、稳压，得到5伏电压提供给控制电路。

整个电路的核心是基于555定时器的红外传感器，由红外发射电路和红外接收电路构成，一块555集成芯片用于控制红外线信号的产生，另一块用于红外接收，其中在第二块集成芯片中1、2管脚还设有一级自动偏置限制电路，其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力。

当有人洗手或接水时接近水龙头的手或容器将红外线反射回一部分，由红外接收电路接收并转化为电信号传递给后继电路，继而引发电磁阀的控制活动。

目录
1 概述 (3)
1.1引言 (3)
1.2设计目的 (3)
1.3设计内容及要求 (3)
2 红外线水龙头自动控制电路原理方框图 (4)
2.1红外线水龙头自动控制电路的组成 (4)
2.2原理方框图 (4)
3 各部分功能模块设计 (5)
3．1变压器及整流滤波稳压电路 (5)
3.2灵敏度调节电路 (5)
3.3红外发射电路 (6)
3.4红外接收电路 (7)
3.5电磁阀控制电路 (8)
4 电路元器件介绍 (9)
4.1电路元件 (9)
5 遇到的问题及解决方法 (11)
6 心得体会 (12)
参考文献： (12)
附录 (13)
1 概述
1.1引言
水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。

为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。

1.2设计目的
1、掌握数字电路系统的分析和设计方法。

2、能够运用所学知识，合理的选择使用集成电路元件组成电路。

3、了解红外线水龙头自动控制的原理、组成。

1.3设计内容及要求
1、要求该电路具有自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。

2、用常用的元器件及集成芯片等构成电路，画出原理图，写出设计心得体会。

2 红外线水龙头自动控制电路原理方框图
2.1红外线水龙头自动控制电路的组成
红外线水龙头控制电路由滤波整流电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路以及电磁阀控制电路等组成
2.2原理方框图
3 各部分功能模块设计
3．1变压器及整流滤波稳压电路
IC4、VD2~VD5、T、C7、C6共同构成了控制电路的直流电压产生电路，220V交流电压经T变压器从次级输出9V交流电压。

该电压经整流、滤波、稳压，得到的5V电压提供给控制电路。

3.2灵敏度调节电路
Rp2是一只可变电阻，调节其阻值，可改变IC27脚上的电位及VT1的导通状态。

正常时，调整Rp2的阻值，7脚上的电压值为4.6V，VT1处于微饱和
导通状态，此时，电路灵敏度最佳。

3.3红外发射电路
IC1的型号为CA7555,是一块时基集成电路，由该IC构成了红外发射电路。

该电路是一个多谐振荡器，振荡频率为f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）xC1，调整Rp1的电阻值，可使发射电路的振荡频率f=38KHZ。

该振荡频率的信号从IC1的3脚输出后，由红外发射二极管LED1向外辐射红外光。

R3是红外发射二极管LED1的限流保持电阻。

IC2是一块红外线接受集成电路。

其1脚外接红外接收二极管；2脚所接的C2、R4主要是用来设置IC2内前置放大器的频率特性和增益的。

IC2的1、2脚内还没有一级自动偏置限制（ABLC）电路，其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力；3脚所接的C3为检测电容，当其容量值变小时，检波输出脉冲的脉宽变动就大，极易造成遥控误动作。

IC2的5脚与电源之间所接的R5为带通滤波器中心频率f0的设置电阻；6脚与地之间所接的C4为内部整形电路的积分电容。

当其容量值变大时，不但抗外部噪声干扰能力下降，而且输出脉冲的低电平持续时间也将增加，由此也会造成遥控失灵。

红外遥控信号发射器的信号在无人洗手或接水时，IC2接收不到红外光而后级电路不会动作。

当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水容器将红外反射回一部分，由红外接收管LED2接收并转化为相应的电信号。

该信号通过IC2的1脚输入电阻（指IC内的等效输入电阻，其值约为45欧姆）形成了约40uV的电压信号，经前置放大、限幅放大、38kHz的带通滤波、峰值检波，使IC2的7脚输出的电压由高变低，使VD1、VT1相继导通，使LED1发光，并使VS1双向晶闸管导通，使电磁阀DF-1得电，打开放水。

4 电路元器件介绍
4.1电路元件
该电路用到的元器件有光电传感器（红外发射器、红外接收器、）开关放大电路、光电耦合器、电磁阀、555集成芯片以及电阻、电容若干。

1、光电传感器是通过把光强度的变化转花成电信号的变化来实现控制的。

一般情况下有三部分构成：发射器、接收器和检测电路。

发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管LED、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面时检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

2、光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在同一管座内的器件。

当输入电信号加到输入端发光器件LED上，LED发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电－光－电”的转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。

它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。

3、电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔，而进水孔是常开的，水进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。

这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。

4、555时基电路逻辑功能表
5、555单时基集成电路引脚排列方式和引脚说明
引脚字母代号功能说明引脚字母
功能说明
代号
1 GND 公共地线端 5 Vc 控制信号输入端
触发信号输入端 6 TH 阀值信号输入端2
TR
3 V o 信号复位端7 DIS 放电控制器
主复位信号输入端8 Vcc 工作电源输入端4
MR
5 遇到的问题及解决方法
虽然学习过相关的理论知识，然而真正的到实际运用时还是会出现各种问题。

通过本次课程设计，暴露了不少问题，主要有以下几个方面：
1、元器件的选择，对于用到的芯片或其它一些元件，在理论上觉得很熟悉，实
际中选择元件以及连接电路图时，还是经常会出错的。

2、画图工具相关操作不熟练，在用protel画电路图时画出的图中，元件显示的
很小，不清晰。

3、分析问题不透彻，思考某些遇到的问题时不全面，造成设计过程复杂麻烦
尽管遇到了很多困难，但是通过复习相关的理论知识，看书，上网查资料以及请教同学和老师，遇到的问题还是迎刃而解了，设计过程中也学习到了不少东西。

6 心得体会
通过本次课程设计，使我进一步了解熟悉数字逻辑电路技术的相关知识以及各芯片的功能和应用，巩固了所学的理论知识，意识到了本专业知识的实用性和重要性，同时也看到了自己的不足之处，深刻体会到理论联系实际的重要性，对自己今后的学习有很大的帮助。

参考文献：
【1】康华光电子技术基础（数电部分）北京：高等教育出版社，2006
【2】孙余凯轻松解读数字实用电路北京：电子工业出版社，2007
【3】阎有运电子技术实践徐州：中国矿大出版社，2007
附录
红外线水龙头自动控制电路。