自动洗手器.docx

1、自动洗手器 漳州师范学院物理与电子信息工程系课程设计报告课题名称:自动洗手器的设计设计时间:3月 2号18号自动洗手器的设计摘要:由LM567为核心器件组成的红外线自动洗手器电路设计简单,使用方便。只要人手放在洗手器下,洗手器即能自动放出水来供使用者洗手或洗涤其它物品，省去了洗手时要拧开水龙头的麻烦用它可使卫生设备上一个档次。关键词：红外线;洗手器;LM567一、 自动洗手器实现方案：1、 目前，自动洗手器有采用红外感应实现自动控制出水控制，恒温动物自身可产生一定频率的红外线，红外感应器能捕获人体发出的红外线，此方案的设计成本比较昂贵，且抗干扰能力弱，故不采用此方案。2、 自动洗手器使用最多的

2、方案是利用红外发射接收实现自动控制；红外发射管发射一定的频率的红外线，红外线遇到人体反射，由接收管接收，即可判断有无人要洗手。此方案成本比较便宜，抗干扰能力较强，且制作简易，故采用此方案。二、 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2S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；三、设计方案： 根据设计要求，其工作原理如图所示。主要包括四大部分：可调稳压电源（变压、整流、滤波、稳压）电路；芯片LM567的工作；红外接受部分LM358的工作；芯片IC4的工作。参考电路图四、 各功能模块设

3、计 a) 可调稳压电源电路的设计220V交流电路经变压器T降压,变为12V交流电,再由D1D4桥式整流,C1滤波,三端稳压集成电路7809稳压,得到9V直流电供给控制电路工作。LED1为红色发光二极管,用作洗手器的电源指示。其电路图如下：其元器件的封装：二极管D1D4的封装：DIODE0.4A 电解电容C1的封装：RB.2/.4 发光二极管的封装：LDA 电阻的封装：AXIAL0.4A 三端稳压器件7809的封装：78/79Ab) 芯片LM567的工作设计i. LM567的原理：1脚输出滤波,2脚环路滤波(脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电

4、容的2倍。 ) 脚是输入端，要求输入信号25mV; 4脚接Vcc, 7脚接地; 、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，f21/1.1RC; 脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.759V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。ii. LM567的特点：逻辑输出具有高达100mA的吸收电流；锁定带宽范围从0%到14%中心频率；噪声抑制能力强；抗假信号干扰能力强；中心频率稳定度高；中心频率从0.01Hz到500KHz可调。iii. LM567的应用：电路工作时，输入信号与压控振荡器VCO的振荡信号在鉴相

5、器（双平衡模拟乘法器）中鉴相，相差信号经环路低通滤波后，形成与相差成一定比例的电压信号，用于控制VCO输入频率跟踪输入信号的相位变化，若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内，则环路锁定，VCO的频率与输入信号的频率一致。鉴相器（双平衡模拟乘法器）与鉴相器工作方式略有不同，它是利用压控振荡器的输出信号经90度移相后与输入信号鉴相，因而鉴相器的输出电压达到输出范围的最大值，经运放后反相输出，其输出是集电极开路方式，采用该方式方便输出信号与TTL或CMOS电路匹配，且可直接驱动继电器等小功率负载。 中心频率为f=1/1.1RC；捕捉的带宽为 BW=1070sqrt(Vin/fC2 ) 其中25mVV

6、in200mV，Vin为有效值，） LM567的工作频率范围为0.01HZ500kHZ，而且工作频率十分稳定。最大锁范围为14%f0，电源电压为4.75V9V，输入电阻为20千欧，典型工作电流为7mA，主要用于单音解码。iv. LM567芯片的构造如下图：图5.7.1 LM567的内部结构及引脚芯片LM567控制的电路如下：其元器件的封装：电解电容C2、C4、C5的封装：RB.1/.2 电容C3、C6的封装：CAP0.2A 红外发射二极管的封装：LDA 三极管T1的封装：9013A 可调电阻的封装：VR4B 电阻的封装：AXIAL0.4A LM567的封装：DIP8c) 红外接受部分LM358

7、的工作设计 （1）LM358的原理：LM358是常用的双运放，里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。 （2）LM358的特点：内部频率补偿； 低输入偏流； 低输入失调电 压和失调电流； 共模输入电压范围宽，包括接地； 差模输入电 压范围宽，等于电源电压范围；.直流 电压增益高(约100dB) ；单位增益频带宽(约1MHz) ；电源电压范围宽： 单电源(330V)；双电源(1. 5 一15V)； 低功耗电流，适合于电池供电； 输出 电压摆幅大

8、(0 至Vcc-1.5V) （3）LM358的应用：连接上适当的器件可以构成红外接受电路，代替SFH50638，实现红外接受功能。 （4）LM358芯片的构造如下：芯片LM358控制的电路如下：其元器件的封装如下：红外接受二极管的封装：LDA 电阻的封装：AXIAL0.4A 电容0.01UF的封装：CAP0.2A 电解电容1UF 的封装：RB1/2A 芯片LM358的封装：DIP8d) 芯片555的工作电路设计 （1）555的工作原理：555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触

9、发器等脉冲产生与变换电路。 （2）555的内部结构：它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。R是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时

10、该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。其内部结构如下图： （3）芯片555的应用：由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单

11、稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。芯片555控制的电路如下： 其元器件的封装如下：芯片555的封装：DIP8 电阻的封装：AXIAL0.4A 电容的封装：CAP0.2A 三极管T2的封装：9013A 二极管D5的封装：DIODE0.4A 红外接受二极管的封装：LDA 继电器J1的封装：J e) 系统总的原理图五、 元器件器件名称器件型号数量（个）器件名称器件型号数量（个）集成芯片L

12、M5671电阻1K2集成芯片LM3581电阻10K6集成芯片5551电阻470K1电容1043电阻15M1电容0.01UF1电阻5.1K2电容2221电阻91K1电解电容1000UF/25V1二极管40075电解电容100UF/25V1继电器J11电解电容2.2UF1芯片插槽3电解电容1UF2指示灯2滑动电阻1K1三端稳压1滑动电阻50K1红外接受红外发射11六、 PCB板图七、 硬件调试要点1、 仔细检查PCB板是否不错，元器件是否焊错，器件参数是否弄错；2、 不接芯片，测试电源是否正常；3、 电源正常后，插上芯片，用示波器测LM567的5或6脚对地波形，调整RW2(选用电位器，阻值和C6的

13、容量自行考虑）阻值使其频率为10kHz以下,以便提高接收灵敏度,若频率过高,可能因运放带宽不足而无法对红外信号进行有效的放大；用示波器观测LM567第5脚的波形，观测到的波形为下图，用示波器观测发射管的负级，观测到的波形与上面的相同。LM567的5角频率为3.940KHz ,6角的频率约为3.467KHz用示波器观测接收管的波形，若没有接收到信号，观测到的是一个低电平的直流量；若有接受到信号（即手挡在接收管的有效距离内），观测到的波形与发射的波形一样。4 、注意红外接收管的方向不能弄错； 5、测试LM567能否收到反射信号，并调节灵敏度；6、调试555芯片构成的单稳态电路（自行选用R3和C7的

14、参数）。（Tw=1.1RC)。7、若手挡在接收管的有效距离内，作指示用的发光二极管亮，若手挡在接收管的有效距离内，时间小于2S，手拿开后，指示灯2S后灭；若手挡在接收管的有效距离内，时间大于2S，手拿开后，指示灯马上灭。8、保持RW2、RW3不变，调小RW1，接收管的接收有效距离减小；调大RW1，接收管的接收有效距离增大。八、结果分析按照设计要求，结果可得：手在接收管的有效距离内，指示灯亮，即电磁阀工作，水龙头可出水；手在有效距离内小于2S时，出水时间可延时2S；调节RW1，可调节接收管接收的有效距离，即灵敏度可调节。所以本设计符合所有设计要求，可实现其功能。九、设计工作总结 根据设计要求做出实物， 在整个设计过程中，基本掌握7809，继电器，LM567，LM358，555等芯片的功能和各引脚个功能，了解画图，制板的过程。在测试中，注意电源线的正确接法，以避免电源线和地线的接触发生短路，造成元件烧坏，还应注意调节滑动变阻器，使电压输出为9V，由于仪器关系，测试未必很准，只要接近数值即可。十、参考文献1、童诗白 华成英.模拟电子技术基础(第三版)M.北京:高等教育出版社，20052、余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社，2005十一、附件（元器件清单、系统原理图、PCB板图 均在以上分析中）