单片机控制的自动干手器

第一章绪论

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。

自动干手器功能介绍：

1、环保节能：采用内热式再循环原理，充分利用热能，快速烘干，节能效果显著。

2、超时保护：设定15s超时烘干停机功能，避免因异物长时间在感应范围内造成电力资源浪费。

3、适应性强：可根据不同的使用环境调整感应灵敏度（范围）。

4、安全稳定：采用过热、过电流双重保护；机器运行稳定，噪声低，风力大。

5、适用场所：高档酒店、宾馆、写字楼、机场、医疗卫生机构等公共场所。

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：单片机控制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、MCS-51单片机和开关控制器组成。利用MCS-51单片机及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成单片机控制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，由于手对红外线的反射作用，使单片机接收信息并打开加热装置和吹风装置一段时间后会自动停止，并可以通过MCS-51单片机进行调节。

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。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种

I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

通过所学知识和论文要求，我选择方案一进行设计。

第二章 工作方案设计

2.1 总体设计

简易自动干手器控制电路的总体框图如图1.它是由红外线发射电路，

红外线接收电路，MCS-51单片机，时钟振荡电路和电源电路五部分构成。

加上电机吹风电路，就构成了完整的干手器。

图1 简易控制电路的总体框图

红外线发射电路的功能是：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。MCS-51单片机电路的功能是：利用单稳路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制。时钟振荡电路的功能是：利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过电源对干手器进行控制。

2.2 主要单元电路设计

2.2.1红外线发射电路

图2所示的电路为红外线发射电路。红外发射部分由MCS-51单片机

产生频率为1000HZ,占空比为1/3的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。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 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，因红外线发

射电路

红外线接 收电路 MCS-51单片机电路 时钟振荡电路

电源电路

此采用红外线发光二极管作为感应装置。

图2 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。一般利用其相应速度快的特性，通过脉冲驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，采用两个发光二极管增大发射面积。本电MCS-51单片机。其电路运行包含两个过程：一是利用直流电源经电阻R 1和R 2对电容C 1经电阻R 2从MCS-51单片机放电过程。通过这两个过程的交替运行，就可以在MCS-51单片机的输出电路端Q 产生脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f 和 占空间比q 为：

()()KH Z ≈P MΩ⨯+MΩ=+51001217.01C R 7.0121F R ()311211211=MΩ⨯+MΩMΩ=+=R R R q

这样输出电路端Q 产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，其中，由于红外反向电压不能过高，因此，用二极管D 起保护红外发光二极管的作用。

2.2.2红外接收电路

红外接收管输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。图3左边所示电路为信号放大电路。该电路是由电阻R5-R8 ,三极管Q2、Q3 和电容C4、C5构成

的。电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加倍，从而得到更合适的信号。R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻，C4、C5为放大电路耦合滤波电容。R8为放大电路反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V。

图3红外接收电路

图3右边是选频网络，电路有很强的抗干扰能力。U2是LM567。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC=5KHz。没有人干手时，红外接收电路N2接收不到VD向外发射的红外线，U2的3脚无信号输入，8脚为高电平；当人手放到干手器下时，U2接收到人手反射的红外线并经N2放大后，输入到U2的3脚，由U2内部处理后使N3的8脚输出低电平，通过检测是否有手要烘干，使8脚输出不同的高低电平。达到控制吹风电路是否工作。

实际应用中调整C2的大小可使带宽BW在0％～4％范围内变化。BW 宽度与f0C2乘积之间的关系如上面公式。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0±BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特