1、目錄摘 要2ABSTRACT2第一章 需求分析3第二章 紅外線控制自動水龍頭系統設計42.1 水龍頭的構成及傳感器控制42.2 系統組成方框圖42.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理52.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理6第三章 單元電路的設計73.1 穩壓電源的設計73.2 振蕩器電路的設計73.3 紅外接受控制電路的設計93.4電壓放大電路的設計103.5音調譯碼器的設計113.6 三端穩壓器133.7 LM567調制傳感器13總結16參考文獻17致謝18附錄19元件列表20摘 要本文介紹的全自動感應水龍頭基于紅外線反射原理，由紅外發射電路、紅外接收放大電路、控制電路、電磁閥、電源等

2、組成。當人或事物靠近時，自動產生控制信號，繼電器動作，使電磁閥得電吸合從而自動打開水源；反之則自動關閉水源。與傳統供水設施相比，能夠提高水資源的使用效率。使用方便，且由于不需要用手接觸水龍頭，避免了病菌的傳播。系統電路設計簡單實用，可以廣泛用于商場、學校、辦公大樓等人員密集場所。【關鍵詞】傳感器；紅外線；自動控制ABSTRACT The fully-automatic faucet described in this paper is fabricated based on the application of infrared reflectance technology, it is co

3、nsist of infrared emission circuit, infrared receiving, amplifier circuit, control circuit, solenoid valve, power supply, etc. When people or things are around, control signal will be generated automatically, then the relay operates, energizing the solenoid valve to pull in and start to supply water

4、; otherwise water will be shut off. It is simple in design and easy to use. Comparing with traditional faucets, it is also water-saving. Fully-automatic tap is more convenient and artistic, and it enables the users to wash their hands directly without touching the tap, avoiding the transmission of g

5、erms. It can be widely used into people-intensive sites such as shopping malls, schools and office blocks.【Key words】 sensor, infrared, automatic control第一章 需求分析隨著經濟的不斷發展，人們對淡水的需求不斷增加，不久的將來，淡水資源緊缺將成為世界各國普遍面臨的嚴峻問題。據報道我國是一個水資源短缺的國家，若按人均水資源量計算，人均占有量只有2500立方米，約為世界人均水量的四分之一，世界排110位。 由于全自動感應水龍頭有自動控制水龍頭開閉的

6、效果，它杜絕了水資源的浪費，避免了人們因為忘記關水龍頭致使水白白流走的問題，伸手就來水，離開就關閉的功能，從而有效地節約用水60%以上，特別適合我國嚴重缺水的地區。目前全自動感應水龍頭普遍應用在人流量密集的火車站、汽車站、飛機場、醫院等公共場所伸手就來水，離開就關閉的功能，從而有效地節約用水60%以上，特別適合我國嚴重缺水的地區。目前全自動感應水龍頭普遍應用在人流量密集的火車站、汽車站、飛機場、醫院等公共場所。 在公共場所，由于人員流動性比較大，公共設施的衛生情況普遍比較惡劣，傳統水龍頭必須通過人手操作，很容易造成病菌的大規模傳播，而它就避免了洗手后，再次觸摸水龍頭造成的細菌污染，開關水完全由

7、感應器自動完成，無需接觸水龍頭，有效避免細菌及交叉感染。 全自動感應水龍頭安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強，使用壽命長，發出光均勻穩定。發出的二極管光為不可見光，當發出光被某一信號調制后，只有專門的解調電路才能收到。它可在強光下工作，給人們的生活帶來了極大的方便，已成為人們日常生活中必不可少的必需品，而且大大地擴展了原先水龍頭的功能。因此，研究紅外線控制自動水龍頭及其應用，有著非常重要的意義。第二章 紅外線控制自動水龍頭系統設計2.1 水龍頭的構成及傳感器控制水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發射和接收一般使用紅外發光二極管和紅外接收管來完成。當有物體靠近時，一部份紅外光被發射到接收管。反

8、射式紅外傳感器（如圖2-1所示）。物體圖2-1 反射式紅外傳感器反射式光電傳感器可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。我設計的紅外線控制自動水龍頭就運用了它這個特點。光譜范圍，靈敏度，抗干擾能力，輸出特性等都是反射式光電傳感器的重要參數。這種光電傳感器的基本原理是，當人或有物體接近時，遮擋了紅外光，光敏元件接收到光信號，從而進行光電轉換，電磁閥作用，使水源打開。紅外線控制自動水龍頭的控制過程是：當人或物體靠近自動水龍頭時，紅外發射光電管發出的紅外經人和物體反射到紅外接收光電管。接收光電管接收到的反射光信號自動轉換為電信號，經過后續電路進一步放大、整形、譯碼，最后驅動電路控

9、制電磁閥動作打開水源。當人手或物體離開自動水龍頭時，接收光電管接收不到反射光信號，驅動電路斷開電磁閥電源，從而關閉水源。2.2 系統組成方框圖紅外線自動控制水龍頭整個控制過程分為5個部分。系統組成方框圖如圖2-2所示 多諧振蕩器 調幅紅外光紅外接收電壓放大（LM741） 音頻譯碼 （LM567）電磁閥動作2-2 系統組成方框圖2.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發光二極管，普通發光二極管，以及激光發光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發出的光的頻率比較集中，傳感器只結合搜很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾，但價格較貴。理論上光

10、電傳感器只要位于被測區域反射表面可受到光源照射，同時又能被接收管接收到的范圍進行檢測，然而這是一種理想的結果。因為光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發射和接收管進行測量，將會因為干擾而產生錯誤信號。采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統的可靠性和準確性。紅外反射光強法的測量原理是將發射信號經調制后送給紅外管發射，光敏管接收調制的紅外信號（如圖2-3所示）反射光強度的輸出信號電壓（Vout）是反射面與傳感器之間的距離（X）的函數，設反射面物質為同種物質時，X與Vout的響應曲線是非線性的（如圖2-4所示）。設定出電壓達到某一閥值時作為

11、目標，不同的目標距離閥值，電壓是不同的Vout發射接收反射表面x4x/mm10 圖2-3 紅外發射接收原理圖 圖2-4 光強度相應曲線圖2.4 紅外線控制自動水龍頭的工作原理 紅外線水龍頭控制電路系統的組成紅外線水龍頭控制電路包括發射電路和接收譯碼控制電路。其中發射電路由多諧振蕩器和紅外發射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2、運算放大器LM741）、音頻譯碼器（LM567）、繼電器K、電源電路等組成。 紅外線水龍頭控制電路的原理圖見附錄 紅外線水龍頭控制電路工作原理工作原理：發射電路中，多諧振蕩器由IC（555）和R0.R1和C7等組成。其振蕩頻率為f=1.44/（R0+2R1）C7，振

12、蕩輸出信號驅動TLN104型的LED1LED3工作，從而產生紅外脈沖調制波。接收電路中紅外接受頭D1.D2與發射中的發射管相匹配，采用TLN104型。紅外脈沖調制經D1.D2接收管轉換成電信號，經C1藕合至LM741，再經C2輸入到LM567的第3管腳，經識別譯碼，使得中心頻率f=1/1.1R6C3與紅外調制頻率40KHZ一致，使第8管腳輸出為低電平，又經反相后，驅動VT2導通，繼電器因控制有信號觸發而有交流輸出。當有人洗手將紅外光束遮擋時，相應的D1.D2因接收到光信號而進行光電轉換，從而使LM567因有信號輸入而在第8腳輸出為低點平，經反相VT2導通，繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使水龍

13、頭的電池閥動作，水源打開。第三章 單元電路的設計3.1 穩壓電源的設計電路為輸出電壓+5V，輸出電流1.5A穩壓電源。它的電壓變壓器B，橋式整流電路D1D4，濾波電容C1.C3，防止自激電路C2、C3和一只固定式三端穩壓器（7805）極為簡捷方便的搭成。200v交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經過橋式整流電路D1D4 和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩壓器LM7805的Vin和GND兩端形式一個并不十分穩定的直流電壓（該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發生變化）。此直流電壓經過LM7805的穩壓和C3的濾波便在穩壓電源的輸出端產生精度高，穩定性好的直流輸出電壓。穩

14、壓電源電路（如圖3-5所示）。圖3-5 穩壓電源電路3.2 振蕩器電路的設計振蕩電路是一種不需要外接輸入信號就能將直流能源轉換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出的電路（如圖3-6所示）。（a）電路圖 (b)工作波形圖3-6 由定時器構成的多諧振蕩器由于555內部比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這時振蕩頻率受電源的溫度變化的影響較小。故只需通過調節R1的阻值來改變f來使其為1Hz的秒脈沖信號，作為閘門信號。3.3 紅外接受控制電路的設計本電路是用小型一體化紅外接收/解調塊接受頭SFM506-38和鎖相環電路。它具有體積小，無需外部元件、抗光電干擾性能好，接受角度寬、功耗低、

15、靈敏度高等優點。LM567、開關放大電路VT9013、固態繼電器TAC08、電磁閥構成控制電路（如圖3-7所示）。圖3-7 接收解調控制電路LM567是1片鎖相環音頻解碼電路，采用8腳雙列直插塑封，3腳為信號輸入端，其工作頻率由5、6腳上的阻容元件決定，8腳為邏輯輸出端。IC2與R7、C12組成振蕩器，R7、C12決定IC2內部壓控振蕩器的中心頻率，LM567的3腳為信號端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是1個集電極開路的晶體管輸出，最大灌電流為100mA，LM567的工作電壓為4759V，工作頻率01Hz500kHz，靜態工作電流為8mA。當無人洗手時，IC1接受到發射電路的紅外脈沖經放大輸出到I

16、C2的3腳后，IC2的8腳就會輸出低電平，三極管VT1截止，繼電器K斷電處于釋放狀態，電磁閥Y不動作，水龍頭無自來水放出。當手放到水龍頭下時，IC1不能接受紅外線，IC2的3腳無信號輸入，8腳輸出高電平，使得VT1導通，繼電器K吸合，使其常開觸點閉合，接通電磁閥Y的220VAC，Y開始動作，使水龍頭放出自來水，同時LED發出綠光，指示水龍頭正工作于放水狀態。洗滌完畢，手離開水龍頭后，停止放水。SFM506-38地內部原理圖（如圖3-8所示）圖3-8 SFM506-38的內部原理圖3.4電壓放大電路的設計電壓放大電路采用LM741集成運算放大器，（如圖3-9所示）。LM741是高性能內補償運算放

17、大器，功耗低，無需外部頻率補償，具有短路保護和失調電壓調零能力。LM741的管腳功能是：1腳為調零端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，4腳為負電源端，5腳為調零端，6腳為輸出端，7腳為正電源端，8腳為空腳端。此引腳圖（如圖3-10所示）。內部原理圖（如圖3-11所示）。圖3-9 LM741集成運算放大器圖3-10 LM741引腳功能圖圖3-11 內部原理圖3.5音調譯碼器的設計音調譯碼器采用LM567鎖相環電路，鎖相環內則包含一個電流控制振蕩器（CC0）、一個鑒相器和一個反饋濾波器。此音調解碼塊包含一個穩定的鎖相環路和一個晶體管開關，當在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時，即可產生一個接地

18、方波。當輸入信號于通帶內時提供飽和晶體管對地開關，電路由I與Q檢波器構成，由電壓控制振蕩器驅動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。LM567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關，當其接收到一個位于所選定的窄頻帶內的輸入音調時，開關就接通。通用的LM567還可以用做可變波形發生器或通用鎖相環電路。當其用作音調控制開關時，所檢測的中心頻率可以設定于0.1至500KHz內的任何值，檢測帶寬可以設定在中心頻率14%內的任何值。而且，輸出開關延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內

19、改變。LM567的管腳功能是：1腳為輸出濾波，2腳為回路濾波，3腳為輸入端，4腳為正電源端（電壓值需最小為4.75V，最大為9V），5腳為定時電阻端，6腳為定時電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。LM567的引腳功能圖（如圖3-12所示）。LM567的內部原理圖（如圖3-13所示）。18輸出濾波輸出回路濾波271級檢波地VCO3定時電容輸入6檢波定時電阻V+45圖3-12 LM567的引腳功能圖圖3-13 LM567的內部電路圖3.6 三端穩壓器三端穩壓器是一種標準化，系列化的通用線性的穩壓電源集成電路，以其體積小成本低性能好，工作可靠性高等特點，成為目前穩壓電源中應用最廣泛的一種單片式集成穩

20、壓器件。三端穩壓器的工作原理（如圖3-14所示）：原它與一般分立元件組成的串聯式的穩壓電路基本相似的.不同的是增加了啟動電路,保護電路和恒流源。啟動電路是為恒流源建立工作點而設置的.恒流源設置在基準電壓形成和誤差放大器電路中，是為了使穩壓器能夠在比較大的電壓變化范圍內正常可靠的工作。在芯片內設置了兩種較為完善的保護電路：一是過流保護，一是過熱保護Rsc是過流保護的取樣電阻。Ri，Rb 為輸出采樣電阻。Rb 兩端上的電壓（反映輸出電壓的大小的采樣電壓）與基準電壓在誤差放大器中進行比較和放大，產生誤差電壓，去控制調整管的工作狀態，從而穩定輸出電壓。輸入ViT調整管調整管安全工作區保護恒流電源RSC

21、誤差放大基礎電壓啟動電路V 0短路保護輸出RA過熱保護地RB圖3-14 三端穩壓器框圖3.7 LM567調制傳感器LM567是一種比較廉價的音頻鎖相環集成電路，利用它可以構造性能較好的反射式光電傳感器。由LM567的內部振蕩器提供方波信號，點亮探頭的LED，由探頭的光敏管接收反射光。經三極管放大，轉換成電壓信號后送到LM567的內部鑒相器2同步調解，然后由LM567內部的比較器轉換為數字輸出并聯負反饋放大電路有若穩定的增益和低的輸入阻抗，能消除光敏管電容的影響，獲得良好的高頻特性。這個電路的缺點是當多個探頭同時使用時因為頻率接近，一旦相鄰單元的光斑出現部分重合就會有干擾造成輸出抖動，另外567

22、輸出鑒相器參考信號是從振蕩電容端引出的，與發射和接收信號幾乎是正交的，解調效率非常低，前級需要高倍放大。為了解決上述多個探頭臨近的問題，在使用多組傳感器時，做了以下改動（如圖3-16所示）：單獨用一個單元（圖中右邊的567）作振蕩，給其余四個單元（圖中只畫了一個）提供同步的時鐘信號，消除了差拍問題。而且時鐘信號既接到振蕩電容端又用來控制輸出放大管點亮探頭照明的LED，使得參考信號與發射和接收信號的相差非常小，調節效率大大提高，最大探測距離有所增加。圖3-16 LM567傳感器原理圖（一）圖3-16 LM567傳感器原理圖（二）總結此次畢業設計我選做的是紅外自動控制水龍頭的設計，紅外線水龍頭控制

23、電路包括發射電路和接收譯碼控制電路。其中發射電路由多諧振蕩器和紅外發射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D2，運算放大器（LM741）.音頻譯碼器（LM567）.繼電器K.電源電路等組成。通過這次對紅外線自動控制水龍頭的設計，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于水龍頭的原理與設計理念。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。除了學會了許多專業知識外，在遇到困難時，積極地去請教我的指導老師，我通過看現有的教材、去圖書館查閱資料、去網上搜索相關信息這些方式，不僅完成了我的畢業論文，而且大大增強了我的自學能力和獨立能力。更重要的是，我拓展了思