简易自动干手器Word文档格式.docx
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2013年6月30日
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专业负责人签章：
2013年6月22日
简易自动干手器
摘要
当今，服务业、人们生活质量的提高，更人性化的产品越来越受欢迎，科技产品趋于电子化，弱电化。
近年来，在宾馆，网吧等高档地方普遍出现了自动干手器。
做为一个电气专业的大学生，对专业知识的渴求和对电子方面的热爱，设计一简易自动干手器。
主要由电源电路、红外线发射电路、红外线接受电路、时间延迟电路、风机启动关闭电路五个重要部分组成。
还有三极管，LED,等电子元器件。
简易自动干手器，当人伸手时，由红外线发射器发射的红外线被人手挡住触发红外线接受器产生电信号，经放大电路对电信号的放大，风机吹风将手烘干，一段时间后风机自动停机。
关键词自动干手；
红外线发射电路；
风机开关电路；
延时电路
目录
中文摘要2
1系统组成框图及各部分功能３
1.1系统组成框图３
1.2各部分电路的功能３
2主要单元电路设计３
2.1红外线发射电路３
2.2红外线接收电路６
2.3时间延迟电路７
2.4吹风机开关电路１０
2.5电源电路１１
3电路原理及总电路图１３
3.1电路原理１３
4元件清单１４
结束语１６
致谢１７
参考文献１８
1系统组成框图及各部分功能
1.1系统组成框图
简易自动干手电路的总体框图如下图
（1）所示。
它是由红外线发射电路、红外线接收电、时间延迟电路、吹风机开关电路和电源电路5部分构成的。
图
（1）系统组成框图
1.2各部分电路的功能
（1）红外线发射电路：
利用红外线发光管发射光脉冲，实现电路对人手的感应。
（2）红外线接收电路：
利用光敏原件接收发射出来的光脉冲，并把光脉冲信号转化成电信号，同时对转化成的电信号进行放大。
（3）时间延迟电路：
利用单稳态电路的特性，实现对吹风机吹风时间的控制。
（4）吹风机开关电路：
利用电磁继电器作为吹风机的开关，这样就可以通过电信号对吹风机进行控制。
（5）电源电路：
为以上4部分电路供给直流电源。
2主要单元电路设计
2.1红外线发射电路
2.1.1红外线发射电路图
下图
（2）为红外线发射电路。
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的PN结构成，其发光波段处于可见光波段之外，所以不可以在显示中使用，而只作为光信号传输而用。
本电路的感应装置一般要求不可见，所以只能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
2.1.2利用NE555构成多谐振荡器
红外线发光二极管正向电流不能超过其最大额定值，而作为感应装置则要求它要有较大的光输出，一般采用其响应快的特性，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NE555集成电路构成的多谐振荡器组成，存在两个暂稳态。
该红外线发射电路的运行包括两个过程：
（1）利用直流电源经电阻R1、R2对电容C1充电的过程；
（2）电容C1经电阻R2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集成电路的输出端产生脉冲信号。
其输出脉冲信号的频率f和占空比q为：
f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（220+2*22）100Uf~541Hz
q=R1/（R1+2R2）=220/（220+2*22）~83.3%
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。
2.1.3NE555各引脚功能以及相关参数和内部结构
需要注意的是在利用NE555构成多些振荡器时需要注意个引脚的连接。
这里列出NE555集成电路图以及各引脚功能。
（1）各引脚功能
引脚序号
引脚功能
引脚符号
1
接地端
GND
2
触发端
TL
3
输出端
OUT
4
复位端
RD
5
控制电压端
Cv
6
门限
TH
7
放电端
DC
8
电源电压
Vcc
（2）NE555电路图
图（3.1）多谐振荡器
（3）NE555内部结构图
图（3.2）NE555
2.2红外线接收电路
2.2.1红外线接收电路图
下图（4）是红外线接收电路。
该电路包括两个部分：
（1）红外线接收电路
（2）信号放大电路。
图（4）红外线接收电路
2.2.2红外线接收原理
红外线接收电路实际上就是一个红外线接收二极管PH302。
PH302具有按照光信号的强度产生出对应的电信号的特性，这叫做光敏元件。
PH302是高灵敏度、抗干扰性能强的红外线接收管，也叫光电二极管，它的结构和二极管极为相似，被封装在透明玻璃壳内，管中的PN结可以接受光照，它在电路中是反向工作，当没有光照时，反向电阻很大，可达到几兆欧；
有光照时，反向电阻很小，只有几欧，反向电流约几微安，通常用在光电转换自动控制仪器中。
本电路即采用该原件接收红外线。
2.2.3信号需放大原因
PH303的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。
上图（3）右侧所示电路为信号放大电路。
该电路是有电阻R4、R6~R8、T1、T2和C6构成，电路采用了双三极管放大电路。
这样就可以使电路的放大倍数比单管放大电路的放大倍数增加B倍，从而得到更合适的信号。
R6、R7为放大电路的集电极偏置电阻，C6为放大电路的滤波电容。
R4为放大电路的反馈电阻，其功能是保证放大电路由一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压。
2.2.4特殊说明
需要说明的是，在该红外线接收电路中有许多不同的电子元器件可以相互代替，例如红外线接收器件，也可以用硅光电池2CR21，放大信号电路部分也可以用运放或者非门来实现对信号的放大功能，具体制作时，可以作出不同的选择。
2.3时间延迟电路
2.3.1时间延迟电路图
下图（5）是时间延迟电路。
该电路主要两部分构成：
（一）整流和滤波；
（二）由NE555集成电路的单稳态电路。
图（5）时间延迟电路
2.3.2时间延迟电路原理
555定时器的实质既是一个由555组成的单稳态触发器。
它的内部包含两个电压比较器，等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输级。
它提供两个基准电压2VCC/3和VCC/3,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。
RD是复位端，当其为0时，555输出低电平。
平时该端开路或接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。
图（6）555构成单稳态触发器
上图（6）即为由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。
波形见下图（7）。
图（7）单稳态触发器波形
暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。
Tw=1.1RC。
通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。
当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态。
前端电路的输出电压V1首先经过二极管D2和D3整流，再经过电容C3滤波，则在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。
当接收到红外线脉冲信号时，前端电路输出电压V1经由整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路的特性知，输端Q输出低电平；
当有人体或者物体的阻隔，没有接收到红外线脉冲时，前端电路没有输出电压V1，则TRIG端输入为零，单稳态电路接收到触发信号，输出端Q输出为高电平信号并保持一段时间。
延迟时间由可变电阻R*和电容C8的数值决定，通过调节可变电阻的大小，可以改变延迟时间的长短，以适合不同场合的应用。
2.4吹风机开关电路
2.4.1吹风机开关电路图
下图（8）为吹风机开关控制电路
图（8）吹风机开关控制电路
2.4.2吹风机开关原理
由于电磁阀通过的是大电流、大功率，而直流电源一般无法提供很大的电流和功率，因此电磁阀需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。
而一般NE555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。
上图所示电路为电流放大电路，它是用两个并联的非门构成的放大电路，是一种比较常见的信号放大电路，非门的内部结构实际上是一个TTL放大器，是一个三极管，因此非门的放大原理与三极管的放大原理没有多大的区别。
下面简单介绍由三极管构成的放大器的工作原理。
电路图如下图（9）所示。
图（9）放大器
三极管构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路。
其中R3为电流电阻，防止输入电流过大而烧毁三极管。
T1为发射极电路，当输出端Q输出高电平信号时，三极管饱和导通，将输入电流放大B倍；
当输出端Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。
继电器连接非门内部三极管的集电极，当有电流通过时，开关吸合，电磁阀通电，吹风机开始吹风；
当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不同电，吹风机不工作，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护作用。
同时在电路中加入一个发光二极管作为指示灯，显示干手器是否工作。
2.5电源电路
2.5.1电源电路图
电源电路的设计可以采用两种方案来实现：
（一）采用电池供电，需要注意的问题是选择合适的电池指标参数于电路相匹配；
（二）采用下图（10）所示的电路。
图（10）电源电路
2.5.2电源电路原理
从图中可以看出，电路直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电压转化成12V直流电压。
电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。
其中整流滤波电路采用桥式整流滤波电路，下面详细介绍稳压电路
稳压电路是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备，它的作用是将波动较大或者不合用电设备要求的电源电压，稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。
7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,用的最多的还是lm7805,下面我简单的介绍一下它的3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。
图（11）7805
其中1接整流器输出的+电压，2为公共地（也就是负极），3就是我们需要的正5V输出电压了
3电路原理及总电路图
3.1电路原理
本简易干手电路主要红外线发射电路、红外线接收电、时间延迟电路、吹风机开关电路和电源电路5部分构成的。
首先通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电压转化成12V直流电压。
然后由一个555集成电路构成多谢震荡电路，为红外线发射装置SE303提供脉冲信号，使其发射脉冲红外线，接着由PH302接收红外线信号并将其转化成电信号再经过两级三极管将信号放大，传给时间延迟电路，时间延迟电路由一个555集成电路构成单稳态电路，并可以通过改变可变电阻R’的阻值改变延迟时间，最后将时间延迟电路的输出信号放大之后用于驱动继电器，完成控制电吹风工作开关的功能，该电路还可以通过控制S2和S1来选择冷风或者热风。
总电路图
4元件清单
符号
类别
数目
R1
20K
R2
62K
R3
300
R4
300K
R5
100K
R6~R8
4K
R9
10K
R10~R11
1K
R12
330
R13~R14
50
C1~C5
0.1u
C6
1u
C7
22n
C8~C9
470u
C10
0.01u
C11
47u
VD3
LED
D1~D4
IN4148
SE303
红外线发光管
PH302
红外线接受管
J1
继电器
T1~T2
9013
D
BRIDGE1
U1~U2
NE555
U3
MC78L12CP
IC1~IC2
4069
J-1~J-2
开关
M
吹风机
R14
1000W
R’
可变电阻
T
TRANS1
结束语
自动干手器电路是由发射电路、红外接收电路、译码电路、触发和继电控制风机电路等组成。
该产品可用于医院、食堂、公厕等公共场合，当有人洗手时，该电路会自动开启并关断，使用安全可靠、清洁卫生。
自动干手器主要的组成部分就是555定时器电路。
根据555强大的功能可以制造出多种产品，干手器只是其中的一种。
在《数字电子技术基础》之中我们已经学习了555定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手器的让我对555定时器又有了更新的认识，同时我也对红外线有了新的了解，知道了红外线遥控的大体内容和原理。
致谢
为期一周的电子课程设计即将结束，回顾这一周感觉收益匪浅。
通过这次的课程设计，我对直流稳压电源有了更深刻的认识，尤其是对电路的原理的理解，各元器件功能，特性的认识，当然在设计的过程中，我也遇到了很多困难，看着任务书，看看教材，关于这个题目，我只是见过用过，知道里边好象有红外线接收器，其他的别无所知，不知从何入手，于是我就到图书馆电子资源里查了写相关文献，在网上也搜了些相关资料，终于有了眉目。
然而，我们专业根本就没学过画电子图的软件，而此次课程设计必须用到那个软件，那也只能自学了，去图书馆找了本protel99SE的教程，了解差不多了，画图就不成问题了。
最后在对原理有了一个整体的认识后，作出了初步的原理图，然后经过反复的调试后，逐步修改，尽量使其性能达到完美。
这个过程我收获最大，使自己的实验理论与实践相结合的能力有了进一步的提高。
总之，这次设计使我受益匪浅，也让我对以后的学习与实践自信满满。
参考文献
[1]何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
[2]胡存生,集成开关电源的设计制作调试与维修,人民邮电出版社,1995年4月
[3]何希才,新型稳压电源太其应用,国防工业出版社,2002年1月
[4]李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
[5]康华光,电子技术基础,高教出版社,2003
[6]孟贵华，电子元器件选用论文，机械工业出版社，2004年6月
[7]张庆双，电子元器件的选用与检测，机械工业出版社，2004年1月
[8]张晓东，有趣的家用电子制作，人民邮电出版社，2003年7月
[9]江思敏，胡荣，protel电路设计教程，清华大学出版社，2002年5月
[10]高吉祥，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2002年2月
附录
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