红外自动水龙头设计方案

目录

前言 (1)

1.总体方案设计 (1)

1.1 设计任务和要求 (1)

1.1.1 设计任务 (1)

1.1.2 设计要求 (1)

1.2 系统组成框图 (1)

2.设计原理分析 (2)

2.1 电路主要芯片介绍 (2)

2.1.1 NE555时基电路简介 (2)

2.1.2 MC78L12CP简介 (3)

2.2 电路原理图 (3)

2.3 主要单元电路设计 (3)

2.3.1 红外线发射电路 (3)

2.3.2 红外线接收电路 (4)

2.3.3 时间延迟电路 (5)

2.3.4 自动水龙头开关电路 (6)

2.3.5 电源电路 (7)

3.用Multisim仿真 (7)

3.1 Multisim仿真软件简介 (7)

3.1.1 Multisim仿真软件概述 (7)

3.1.2 Multisim软件的特点和结构 (7)

3.1.3 Multisim的仿真特点 (8)

3.2 用Multisim软件仿真的结果 (9)

结论 (12)

参考文献 (13)

致谢 (14)

用Multisim仿真红外自动水龙头

前言

红外自动水龙头电路依靠红外线控制水龙头自动瞬时来水，自动延时断水，既使用方便，又节约用水。红外自动水龙头采用非接触的红外感应方式自动开关，使用时手不接触水龙头，从而杜绝了细菌病毒的交叉感染，有效地预防了各种疾病的传播。在医院、宾馆、饭店、学校、超市等公共场所及家庭中都得到了广泛的应用。

1.总体方案设计

1.1 设计任务和要求

1.1.1 设计任务

设计一个红外自动水龙头开关控制电路。该电路能够在人们需要用水的时候，通过感应装置自动打开自来水开关，并且在打开开关一段时间后，自动关断开关，从而起到节约用水的目的。

1.1.2 设计要求

1.要求电路通过感应装置，在人们需要用水的时候，自动打开水龙头开关。

2.要求电路在打开水龙头开关一段时间后，自动关断开关。

3.要求电路能够调节自动水龙头开关打开的时间。

1.2 系统组成框图

红外自动水龙头开关控制电路的总体框图如图1所示：

图1 红外自动水龙头开关控制电路的总体框图红外自动水龙头开关控制电路是由红外线发射电路、红外线接收电路、时间

延迟电路、自动水龙头开关电路和电源电路5部分构成的。

红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是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是利用单稳态电路的特性，实现对自动水龙头开关打开时间的控制。自动水龙头开关电路的功能是利用电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

2.设计原理分析

2.1 电路主要芯片介绍

2.1.1 NE555时基电路简介

NE555的内部电路结构图如图2所示：

图2 NE555内部电路结构图

NE555时基电路是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，它由比较器1C和

C、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管D T三部分组成。

2

其内部电路结构：1Iυ是比较器1C的输入端（也称阈值端，用TH标注），2Iυ是比较器2

C的参考电压（电压比较C的输入端（也称触发端，用TR）标注。1C和2

的基准）R1

V由Vcc经三个5kΩ电阻分压给出。在控制电压输入端Vco悬V和R2

空时，R1V =(2/3)Vcc , R2V =(1/3)Vcc 。如果Vco 外接固定电压，则R1V =Vco ，R2V =(1/2)Vco 。D R 是置零输入端。只要在D R 端加上低电平，输出端O 便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使D R 处于高电平。图中的数码1～8为器件引脚的编号。

2.1.2 MC78L12CP 简介

MC78L12CP 是一种三端小电流正稳压电源，它的最大输出电流是100mA 。

2.2 电路原理图

红外自动水龙头开关控制电路的总电路图如图3所示：

图3 红外自动水龙头开关控制电路的总电路图

该电路由红外线发射电路、红外线接收电路、时间延迟电路、自动水龙头开关电路和电源电路5部分构成。

2.3 主要单元电路设计

2.3.1 红外线发射电路

该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303。红外线发光二极管由GaAs(砷

化镓)的PN结构成，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在显示中使用，一般仅作为光信号传输之用。本电路的感应装置一般要求不可见，因此只能采用红外线发光二极管作为感应装置。

红外线发射电路如图4所示：

图4 红外线发射电路

红外线发光二极管正向电流不能超出其最大额定值，而作为感应装置则要求其具有较大的光输出。一般利用其响应速度快的特性，通过脉冲信号驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，本电路采用的是由NE555集成电路构成的多谐振荡器组成。其电路运行包括两个过程：一是利用直流电源经电阻1R 和2R对电容1C的充电过程；二是电容1C经电阻2R从NE555集成电路的DIS端的放电过程。通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出端Q产生出脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f和占空比q为：

f=1/0.7(1R+22R)C1=1/0.7(220kΩ+2×22kΩ)100µF≈541Hz (1) q=R1/(1R+22R)=220kΩ/(220kΩ+2×22kΩ)≈83.3﹪ (2) 这样输出端Q输出脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管D1起保护红外线发光二极管的作用。

2.3.2 红外线接收电路及信号放大电路

该电路包含两个部分：一是红外线接收电路；二是信号放大电路。红外线接收电路实际上就是一个硅光电池2CR21。硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN结，在光照条件下PN结两端能产生电动势，接上负载后就形成电流。硅光电池的原理是通过硅PN