感应式水龙头(课程设计)要点

传感器大作业

题目感应水龙头

专业班级08计算机1班

开题日期2011年 12 月 20日

目录

一、引言...................................................................................................................... - 3 -

二、系统的基本组成.................................................................................................... - 4 -

2.1“感应式水龙头”的正视图和侧视图......................................................................... - 4 - 2.2水龙头的构成及红外传感器控制................................................................................ - 5 -

2.3系统组成方框图............................................................................................................ - 6 -

三、系统的工作原理.................................................................................................... - 6 -

3.1 红外线水龙头控制电路系统的组成........................................................................... - 6 - 3.2 红外线水龙头控制电路的原理图（见附录）........................................................... - 6 -

3.3 红外线水龙头控制电路工作原理............................................................................... - 6 -

四、单元电路设计........................................................................................................ - 7 -

4.1 +5V稳压电源的设计.................................................................................................... - 7 - 4.2红外接收控制电路的设计............................................................................................ - 8 - 4.3压放大电路的设计........................................................................................................ - 9 - 4.4音频译码器的设计...................................................................................................... - 10 - 4.5三端稳压器.................................................................................................................. - 12 - 4.6 LM567芯片使用......................................................................................................... - 13 -

4.7元件选取...................................................................................................................... - 14 -

五、结束语................................................................................................................. - 14 -参考文献 .................................................................................................................... - 15 -附录 ........................................................................................................................... - 15 -

感应水龙头

一、引言

许多人在日常生活中有这样的体验，每当在厨房中做饭，双手总会沾满油脂，想用油油的双手开启水龙头冲洗，又担心会将油脂留在水龙头的开关上，造成日后的清洗不便。而对于公用场所的水龙头，随着接触的人多了，上面就会有很多细菌，每次接触就会带上细菌，危害人体健康。特别是医用水龙头，在避免细菌交叉感染方面更加需要注意。而对于普通的水龙头来说，它无法避免这些麻烦，但感应式节水水龙头就完全可以帮你解决这些问题。它无需接触龙头任何部位，出水及关水由感应器自动完成，可有效避免细菌交叉感染，同时在感应范围内自动出水，用完自动关水特点也起到了节约水资源的作用。

我们所设计得是一种以红外控制出水关水的水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合放水的功能。它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。并且它可在强光下工作，可应用范围极其广泛，如家庭、车站、工厂、学校、餐厅、医院等场所都可使用。它满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。

二、系统的基本组成

2.1“感应式水龙头”的正视图和侧视图

2.2水龙头的构成及红外传感器控制

水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二

极管和红外接收二极管来完成。当有物体靠近时，一部分红外被发射到接收管。反射式红外传感器（见图2-1）。

图2-1 反射式红外传感器

红外水龙头控制过程是，当人或物体接近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体发射到红外接收光电管，接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断电电磁阀电源。

2.3系统组成方框图

红外线自动控制水龙头整个控制过程分5个模块。系统组成方框图（见图2-2）。

图2-2 系统组成方框图

三、系统的工作原理

3.1 红外线水龙头控制电路系统的组成

红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二级管；接收电路包括红外接收管D1和D2，运算放大器（LM741）。音频译码器（LM567），继电器K，电源电路等组成。

3.2 红外线水龙头控制电路的原理图（见附录）

3.3 红外线水龙头控制电路工作原理

工作原理：电路原理如附录所示。220V交流电路经变压器T降压，变为9V 交流电，再由～桥式整流，C1滤波，三端稳压集成电路7806稳压，得到6V直流电供给控制电路工作。LED1为红色发光二极管，用作水龙头的电源指示。A1为红外接收电路SFH506-38，A2为锁相环音频译码器LM567，A2与R3、C6组成振荡器，R3、C6决定A2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号输入端，8脚为逻辑输出端，该输出是一个集电极开路的晶体管输出，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

500kHz，，静态工作电流为8Ma。A3为NE555定时器，它与外围元件组成单稳态定时电路，其目的是在人手偶尔偏离了红外线的探测范围时，能保证水龙头的正常出水。

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VD向外发射红外线。没有人洗手时，红外接收电路A1接收不到VD向外发射的红外线，A2的3脚无信号输入，8脚为高电平，A3的3脚为低电平，三极管截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当人手放到水龙头下时，A1接收到人手反射的红外线并经A1放大后，输入到A2的3脚，由A3内部处理后使A3的8脚输出低电平，从而使A3的低触发端2脚变为低电位，导致A3的3脚输出高电平，三极管导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220V交流电源，Y开始动作，使水龙头放出自来水，供人们洗涤之用，同时发光二极管LED2发出绿光，指示洗手器正工作于放水状态。洗涤完毕，人手离开水龙头后，A3延时几秒钟后复位，使水龙头停止放水。

四、单元电路设计

4.1 +5V稳压电源的设计

电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。它的电压变压B，桥式整流电路D1～D4，虑泼电容C1.C3，防止自激电路C2.C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。

200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤泼电容C1的整流和滤泼，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（见图4-1）。

图4-1 稳压电源电路

4.2红外接收控制电路的设计

采用1片小型一体化红外接收/解调块接受头SFM506-38和1片锁相环电路LM567、开关放大电路LM741、固态继电器TAC08、电磁阀构成控制电路。其中SFM506-38是将红外接受管、前置放大、带通滤波器、解调电路等集成在同一基片上，采用黑色环氧树脂封装（SFM506-38的内部框图如图4-2）。它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。

图4-2 SFM506-38的内部框图

LM567是1片锁相环音频解码电路，采用8脚双列直插塑封，3脚为信号输入端，其工作频率由5、6脚上的阻容元件决定，8脚为逻辑输出端。IC2与R7、C12组成振荡器，R7、C12决定IC2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号端，8脚为逻辑输出端，该输出是1个集电极开路的晶体管输出，最大

灌电流为100mA，LM567的工作电压为4．75～9V，工作频率0．1Hz～500kHz，静态工作电流为8mA。当无人洗手时，IC1接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到IC2的3脚后，IC2的8脚就会输出低电平，三极管VT1截止，继电器K 断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当手放到水龙头下时，IC1不能接受红外线，IC2的3脚无信号输入，8脚输出高电平，使得VT1导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220VAC，Y开始动作，使水龙头放出自来水，同时LED发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。

4.3压放大电路的设计

电压放大电路采用LM741集成运算放大器。LM741是高性能内补偿运算放大器，低功耗，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。此电路（见图4-3）。

LM741的管脚功能是：1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚为负电源端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源端，8脚为空脚端。此引脚图（见图4-4），内部原理图（见图4-5）。

图4-3 LM741集成运放大器

图4-4 LM741集成运放大器

图4-5 uA741内部原理图

4.4音频译码器的设计

音频译码器采用LM567锁相环电路，锁相环内则包含一个电压控制振荡器（VCO）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立

设定中心频率带宽和输出延迟。主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。

LM567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时开光接通。通用的LM567还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1至500KHz内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率14%内的任何值。而其，输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。

LM567的管脚功能是：1脚为输出滤波，2脚为回路滤波，3脚为输入端，4脚为正电源端（电压值需最小为4.75V，最大为9V），5脚为定时电阻端，6脚为定时电容端，7脚为接地端，8脚为输出端。LM567的引脚功能图（见图4-6）。LM567的内部原理图（见图4-7）。

图4-6 LM567的引脚功能图

图4-7 LM567的内部原理图

4.5三端稳压器

三端稳压器是一种标准化，系列化的通用线性的文雅电源集成电路，以其体积小成本低性能好，工作可靠性高等特点，成为目前稳压电源中应用最广泛的一种单片式集成稳压器件。

三端稳压器的工作原理如下：原理框图（图4-8）可见，它与一般分立元件组成的串联式的稳压电路基本相似的，不同的是增加了启动电路、保护电路和恒流源。启动电路是为恒流源建立工作点而设置的，恒流源设置在基准电压形成和误差放大器电路中，是为了使稳压器能够在比较大的电压变化范围内正常可靠的工作。在芯片内设置了两种较为完善的保护电路：一是过流保护，一是过热保护。Rsc是过流保护的取样电阻，Ri、Rb为输出采样电阻。Rb两端上的电压（反映输出电压的大小的采样电压）与基准电压在误差放大器中进行比较和放大，产生误差电压，去控制调整管的工作状态，从而稳定输出电压。

图4-8 三端稳压器原理框图

4.6 LM567芯片使用

LM567为通用音调译码器，主要外接电阻20比1范围，逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力。它的技术指标：1、可调带宽从0%至14%；2、宽信号输出与噪声的高抑制；3、对假信号抗干扰；4、高稳定的中心频率；5、中心频率调节从0.01Hz到500Hz；6、电源电压5v—15v，推荐使用8v。应用举例：输入端接104电容，输出端接上拉电阻10K，C1、C2为1uF。R1、C1决定震荡频率，一般C1为104电容，R1为10K—200K。电源电压为8v。电路（见图4-9）。

图4-9 LM567通用音频译码器集成电路

4.7元件选取

五、结束语

本次传感器大作业我们做的是红外反射式感应水龙头。传感器这门课是我们这届计算机专业新开的一门课程。日常生活中我们也经常听到某某传感器，但由于这门课是自动化专业的，因此对我们来说还比较陌生。

通过一学期的学习，我们系统地了解了生产生活中常见的各种传感器以及相应的原理。这次我们做的感应水龙头就是我们生活中经常能看到用到的，存在于各种公共场所，甚至是有些家庭、医院、学校。一开始拿到题目，虽然较其他组而言“感应水龙头”不那么陌生。从查找资料到整理归纳，在整个过程中我们收获很多。不仅对感应水龙头的原理有了详细了解，同时对一些电子器件也有了一些了解，如运算放大器（LM741）、音频译码器（LM567）等。

总的来说，通过老师、同学的帮助和我们的共同努力，顺利的完成了这次大作业。

参考文献

[1]宋家友《电子爱好者集成电子线路设计手册》[M].福建科技出版社，2002

[2]傅劲松《电子制作实例集锦》 [M].福建科技出版社，2006

[3]金发庆《传感技术与应用》[M].机械工业出版社，2002

[4]廖先芸《电子技术实践与训练》[M].高等教育出版社，2000

[5]孙梅生《电子技术基础课程设计》[M].高等教育出版社，2003

[6]杨崇志，康博南《电子爱好者之使用技术手册》[M].福建科技出版社，

2002

附录

红外线水龙头控制电路的原理图