红外自动洗手器课程设计报告

课程设计报

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指导教师：

题目：自动洗手器的设计

设计人：

摘要关键字:红外线自动洗手器 lm567 整流稳压电路红外发射红外接收 555单稳延时电路

正文

•设计任务：

•1、设计一个用于控制水龙头自动出水的装置；

•2、当有人洗手时，装置能自动出水，若手稍微偏离水龙头时（偏离时间1S以内），水龙头也能自动出水；

•3、工作电源为交流220V；

•4、灵敏度可调；

设计方案：

1.系统总框图如下

2.各功能模块设计

（1）整流稳压电路模块

该模块电路原理图如图（1）所示，电源为220V市电经过变压器变压后的10V交流电压，经过D1-D4，4个1N4007组成的整流桥整流后，由电容C1滤波，图中LED1为红色发光二极管，通过R1限流作为电源部分的指示电路。三端整流集成芯片7805将经过整流滤波的电压转变为稳定的5V直流电供后面电路使用。电解电容C2用于滤波作用和改善7805负载特性。

图中电容C1的取值由下估算而得

整流滤波后的电压+V约为12V，经过估计，后部分电路总电流最大时不超过0.2A，由此估计电路等效负载R=12/0.2=60欧，由公式RC=（3~5）T/2，带入计算得C1约为830uF，故其电容值可取1000uF，另外由于性价比的考虑，四个整流二极管都取1N4007。

图（1）整流稳压模块电路原理图

（2）红外线发射接收及其控制电路

如图（2）所示，为电路的红外发射部分发射管通过RW1和R2限流，三极管VT1的基极通过R8限流接LM567的5管脚，LM567，R9，RW2，C8组成振荡器，R9，RW2，C8决定LM567 内部压控振荡器的中心频率，震荡频率由公式f=1/（1.1*（R9+RW2）*C8）可算得，设计时经计算得：当C8取103时（0.01uF），要使震荡频率在5-8KHZ范围可调则电阻应取9-18千欧。为适当降低灵敏度，我将R9设为5.1K，RW2设为5K，以减小无人时干扰物体对红外线的反射。

LM567 的3 脚为信号输入端，8 脚为逻辑输出端，其输出端为OC 门输出，最大灌电流为100mA，LM567 的工作电压为4.75V～9V，工作频率可从零点几赫兹到500 千赫，静态工作电流为8mA。LM567 芯片5 脚输出的振荡信号经三极管功率放大后，推动红外发射二极管LED2 向外发射红外线。图中R14为上拉电阻。

图（2）红外发射电路 如图（3）所示，为红外线接收电路，电路通过电桥法,来取样输入信号，当红外接收头没有接收到反射回来的红外信号时，LM3583端输入的电压恒为2.5V ，当接收到红外信号，红外接收头的电阻会以接收到的频率变化于是红外接收头阳极便产生一个类似于正弦波的信号，信号经过电容C6隔直作用，滤除直流成分，经过隔直的信号在叠加在前面所述2.5V 直流电压上来作为LM358输入端的输入信号。图中LM358A 与R10，R6，C4构成同相比例运算放大器，由于C4的作用，其对直流信号的放大倍数为1，对交流信号的放大倍数由下面公式计算A=1+R10/(R6+1/(*3.14*f*4)),放大后的信号经过C7隔直再送入LM567的三端进行调制，若输入信号的频率与LM567的5脚输出频率相符，则LM567的8脚会输出一个有效的低电平。

图（3）LM358对输入信号的调制

（3）延时及固态继电器电路

LM567的输出端8脚直接接NE555的2脚，如图（4）所示，NE555组成的是一个单稳延时电路，当其2脚输入的是一个低电平信号时，其输出端3脚就会输出一个高电平，当输入由低电平变为高电平时，NE555会延时输出高电平信号，延迟时间通过下式来计算t=1/（R13*C4），用图中所示的参数代入计算，结果约为2.2s。

NE555输出的高电平信号经过R11限流送到三极管的基极，当输出为高电平时三极管导通，继电器工作，当输出为低电平时三极管截至，继电器不工作。为防止感生电动势击穿三极管，用D5来做保护作用，LED4为继电器工作状态的指示灯R12限流。

图（4）延时及固态继电器电路

4.系统原理图及工作原理

系统原理总图如图（5）所示

本电路利用220V市电供电，市电经变压器作用之后转换为9V交流电压，再通过整流桥的作用转变为稍小于9V的直流电压，经R1限流之后驱动LED1发红光，作为电源指示灯。C1、C2在电路中起到滤波作用，C2还有改善7805负载特性的作用。三端稳压集成电路7805将整流桥的输出电压转变为5V电压输出，为IC1、IC2、IC3，IC4供电。

电路图中LED2为红外发光二极管，LM567芯片5管脚输出的震荡信号经VT1功率放大之后，推动LED2向外发射红外线。图中用LM358组成的同相比例运算放大器来红外接收电路，由红外接收头LED3来对红外线进行感应，当红外接收头没有接收到反射回来的红外信号时，LM3583端输入的电压恒为2.5V，当接收到红外信号，红外接收头的电阻会以接收到的频率变化于是红外接收头阳极便产生一个类似于正弦波的信号，信号经过电容C6隔直作用，滤除直流成分，经过隔直的信号在叠加在2.5V直流电压上来作为LM358输入端的输入信号。由于C4的作用，其对直流信号的放大倍数为1，对交流信号放大约45倍，放大后的信号经过C7隔直再送入LM567的三端进行调制，若输入信号的频率与LM567的5脚输出频率相符，则LM567的8脚会输出一个有效的低电平。LM567的3管脚为信号输入端，8管脚为逻辑输出端，在没有人洗手时，LED3接收不到LED2发出的红外线，从而LM358的3管脚没有输入，1脚输出低电平。从而LM567的3管脚为低电平，而8管脚为高电平，LM567的8管脚与IC4的2管脚直接相连，在2管脚为高电平时，IC4的三管脚输出低电平（NE555组成单稳态电路），从而三极管VT2截止，LED4不亮，继电器K处于释电状态，水龙头的阀门关闭，无自来水放出。在有人要洗手时，LED2发射出的红外线被人手反射，从而被红外接收头接收，信号经过调制后经放大之后输入到LM567的3管脚，使得其8管脚输出低电平，从而IC4的2管脚为低电平，IC4的3管脚输出高电平，VT2导通，继电器K吸合，从而使其常开触点K闭合，水龙头接通释电放水。同时LED2发出绿光，指示水龙头在工作。当人手离开时，红外接收头没有接收红外线，NE555提供一定的延时之后关闭，这可以防止人手偶尔偏离（1S以内）红外线探测区之后，在一定时间内仍能有水放出。