1、 傳感器大作業 題 目 感應水龍頭 專業班級 08計算機1班 開題日期 2011年 12 月 20日 - 16 -目錄一、引言3二、系統的基本組成42.1“感應式水龍頭”的正視圖和側視圖42.2水龍頭的構成及紅外傳感器控制52.3系統組成方框圖6三、系統的工作原理63.1 紅外線水龍頭控制電路系統的組成63.2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖（見附錄）63.3 紅外線水龍頭控制電路工作原理6四、單元電路設計74.1 +5V穩壓電源的設計74.2紅外接收控制電路的設計84.3壓放大電路的設計94.4音頻譯碼器的設計104.5三端穩壓器124.6 LM567芯片使用134.7元件選取14五、結束語1

2、4參考文獻15附錄15感應水龍頭一、引言許多人在日常生活中有這樣的體驗，每當在廚房中做飯，雙手總會沾滿油脂，想用油油的雙手開啟水龍頭沖洗，又擔心會將油脂留在水龍頭的開關上，造成日后的清洗不便。而對于公用場所的水龍頭，隨著接觸的人多了，上面就會有很多細菌，每次接觸就會帶上細菌，危害人體健康。特別是醫用水龍頭，在避免細菌交叉感染方面更加需要注意。而對于普通的水龍頭來說，它無法避免這些麻煩，但感應式節水水龍頭就完全可以幫你解決這些問題。它無需接觸龍頭任何部位，出水及關水由感應器自動完成，可有效避免細菌交叉感染，同時在感應范圍內自動出水，用完自動關水特點也起到了節約水資源的作用。我們所設計得是一種以紅

3、外控制出水關水的水龍頭。采用了反射式紅外傳感器，這種傳感器的發射與接收是一體化的。當人或事物靠近時，自動產生控制信號繼電器動作，使電磁閥得電吸合放水的功能。它安裝方便、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。并且它可在強光下工作，可應用范圍極其廣泛，如家庭、車站、工廠、學校、餐廳、醫院等場所都可使用。它滿足了人們對物質的需求，又提高了科學性。以適應當今品種多批量小的電子市場的需求，大大提高了產品的市場競爭力。二、系統的基本組成2.1“感應式水龍頭”的正視圖和側視圖 2.2水龍頭的構成及紅外傳感器控制水龍

4、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二極管來完成。當有物體靠近時，一部分紅外被發射到接收管。反射式紅外傳感器（見圖2-1）。物體圖2-1 反射式紅外傳感器紅外水龍頭控制過程是，當人或物體接近自動水龍頭時，紅外發射光電管發出的紅外經人和物體發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，驅動電路斷電電磁閥電源。2.3系統組成方框圖紅外線自動控制水龍頭整個控制過程分5個模塊。系統組成方框圖（見圖2-2）。多諧

5、振蕩器調幅紅外光紅外接收電壓放大（LM741）音頻譯碼（LM567）電磁閥動作圖2-2 系統組成方框圖三、系統的工作原理3.1 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級管；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。3.2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖（見附錄）3.3 紅外線水龍頭控制電路工作原理工作原理：電路原理如附錄所示。220V交流電路經變壓器T降壓，變為9V交流電，再由橋式整流，C1濾波，三端穩壓集成電路7806穩壓，得到 6V直流電供給控

6、制電路工作。LED1為紅色發光二極管，用作水龍頭的電源指示。A1為紅外接收電路SFH506-38，A2為鎖相環音頻譯碼器 LM567，A2與R3、C6組成振蕩器，R3、C6決定A2內部壓控振蕩器的中心頻率，LM567的3腳為信號輸入端，8腳為邏輯輸出端，該輸出是一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4.75V9V，工作頻率可從零點幾赫茲到500kHz，靜態工作電流為 8Ma。A3為NE555定時器，它與外圍元件組成單穩態定時電路，其目的是在人手偶爾偏離了紅外線的探測范圍時，能保證水龍頭的正常出水。LM567芯片5腳輸出的振蕩信號經三極管功率放大后，推動紅外發

7、射二極管VD向外發射紅外線。沒有人洗手時，紅外接收電路A1接收不到VD向外發射的紅外線，A2的3腳無信號輸入，8腳為高電平，A3的3腳為低電平，三極管截止，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。當人手放到水龍頭下時，A1接收到人手反射的紅外線并經A1放大后，輸入到A2的3腳，由A3內部處理后使A3的8腳輸出低電平，從而使A3的低觸發端2腳變為低電位，導致A3的3腳輸出高電平，三極管導通，繼電器K吸合，使其常開觸點閉合，接通電磁閥Y的220V交流電源，Y開始動作，使水龍頭放出自來水，供人們洗滌之用，同時發光二極管LED2發出綠光，指示洗手器正工作于放水狀態。洗滌完畢，人手

8、離開水龍頭后，A3延時幾秒鐘后復位，使水龍頭停止放水。四、單元電路設計4.1 +5V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B，橋式整流電路D1D4，慮潑電容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和濾潑電容C1的整流和濾潑，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

9、定性好的直流輸出電壓。穩壓電源電路（見圖4-1）。圖4-1 穩壓電源電路4.2紅外接收控制電路的設計采用1片小型一體化紅外接收/解調塊接受頭SFM506-38和1片鎖相環電路LM567、開關放大電路LM741、固態繼電器TAC08、電磁閥構成控制電路。其中SFM506-38是將紅外接受管、前置放大、帶通濾波器、解調電路等集成在同一基片上，采用黑色環氧樹脂封裝（SFM506-38的內部框圖如圖4-2）。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、靈敏度高等優點。輸入控制電路解調器ACC普通濾波PINVCCOUTGND圖4-2 SFM506-38的內部框圖LM567是1片鎖相

10、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IC2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

11、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。4.3壓放大電路的設計電壓放大電路采用LM741集成運算放大器。LM741是高性能內補償運算放大器，低功耗，無需外部頻率補償，具有短路保護和失調電壓調零能力。此電路（見圖4-3）。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（見圖4-4），內部原理圖（

12、見圖4-5）。圖4-3 LM741集成運放大器1 52 63 74 8OFFSET NULLINVCRTING INPUTNCN_INVCRTING INPUTOFFSET NJLLOUTPUTV+NCV-圖4-4 LM741集成運放大器圖4-5 uA741內部原理圖4.4音頻譯碼器的設計音頻譯碼器采用LM567鎖相環電路，鎖相環內則包含一個電壓控制振蕩器（VCO）、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

13、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光接通。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。而其，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

14、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（見圖4-6）。LM567的內部原理圖（見圖4-7）。I鑒相器Q濾波器VCO輸出濾波1回路濾波2輸入3電源48輸出7接地6定時電容5定時電阻圖4-6 LM567的引腳功能圖圖4-7 LM567的內部原理圖4.5三端穩壓器三端穩壓器是一種標準化，系列化的通用線性的文雅電源集成電路，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壓器件。三端穩壓器的工作原理如下：原理框圖（圖4-8）可見，它與一般分立元件組成的串聯式的穩壓電路基本相似的，

15、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。恒流電源調整管安全工作區保護啟動電路基礎電壓短路保護過熱保護誤差放大Vi輸入地RBRARSCVo輸出調整管T 圖4-8 三端穩壓器原理框圖4.6 LM56

16、7芯片使用LM567為通用音調譯碼器，主要外接電阻20比1范圍，邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力。它的技術指標：1、可調帶寬從0%至14%；2、寬信號輸出與噪聲的高抑制；3、對假信號抗干擾；4、高穩定的中心頻率；5、中心頻率調節從0.01Hz到500Hz；6、電源電壓5v15v，推薦使用8v。應用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K，C1、C2為1uF。R1、C1決定震蕩頻率，一般C1為104電容，R1為10K200K。電源電壓為8v。電路（見圖4-9）。圖4-9 LM567通用音頻譯碼器集成電路4.7元件選取序號名稱符號型號和規格件數1電容C00.1uf1個2電容C10

17、.22uf1個3電容C20.1uf1個4電容C30.01uf1個5電容C42.2uf1個6電容C51.0uf1個7電容C647uf1個8電阻R09.1K1個9電阻R113K1個10電阻R26.2K1個11電阻R3100K1個12電阻R41K1個13電阻R5100K1個14電阻R612K1個15電阻R71K1個16電阻R810K1個17晶體三極管VT290131個18發光二極管LED3個19紅外接頭D2個20芯片LM5671個21集成運算放大器LM7411個五、結束語本次傳感器大作業我們做的是紅外反射式感應水龍頭。傳感器這門課是我們這屆計算機專業新開的一門課程。日常生活中我們也經常聽到某某傳感器，但由于這門課是自動化專業的，因此對我們來說還比較陌生。通過一學期的學習，我們系統地了解了生產生活中常見的各種傳感器以及相應的原理。這次我們做的感應水龍頭就是我們生活中經常能看到用到的，存在于各種公共場所，甚至是有些家庭、醫院、學校。一開始拿到題目，雖然較其他組而言“感應水龍頭”不那么陌生。從查找資料到整理歸納，在整個過程中我們收獲很多。不僅對感應水龍頭的原理有了詳細了解，同時對一些電子器件也