红外自动洗手器设计报告

成都信息工程学院电子系统设计报告

课程名称：红外自动洗手控制器系部：控制工程学院

专业班级：测控技术与仪器102班学生姓名：张继勇、文超

学号：2010071073

2010071070

指导教师：王建波、杨笔锋

完成时间：2012年4月15日

红外自动洗手设计报告

设计要求：

设计并制作一个红外线自动水龙头控制器，要求采用反射式红外检测方式对人手等目标进行检测，检测到后即自动打开水龙头电磁阀（本实验中用一个LED 灯模拟电磁阀）。

（1）．人手拿开后需要延迟5秒才断开。 （2）．可靠作用距离大于10CM 。

（3）．尽量采用低功耗设计，降低待机时的电流消耗和增加作用距离。

一. 方案选择及电路的工作原理

方案一：

采用交流驱动，用ne555芯片作为方波发生电路来驱动红外发射管，后级由接收管接收信号，再经运放反向放大后，通过一个RC 回路延迟，最后接一单限比较器

方案二：

采用交流驱动，使用

LM324，第一级放大，然后充电，最后使用比较窗口，设置

门限，对外输出；

二.单元电路设计计算与元器件的选择

1. 发射级

交流红外发射

接收放大

充电

门限比较

要产生占空比可调节，须LM324的电源接双电源，为有效解决此问题，

将3号脚并接三只等大电阻，使得3号脚电压为3

1

Vcc ，等效了双电源；

i D 3=31R5

Vcc

P 平均=

T

1

⎰

T

R

U

2

dt

i D 3≤ 30mA

R5 ≥ 100 （欧姆）

注意：由于二极管接通时会有0.2-0.7V 的压差，会影响占空比及产生信号的频率； 2. 接收级

为了提高发射的有效距离，须使得R6越大越好，

因为R D 4会随着接收信号的增强而变小，而最开始时其值趋于无穷；

使用C2和C1相同，滤掉直流；

3. 放大

采用正向输入放大：

Au=1+5

9

R R =511

4. 延时

=R*C=50s

可延迟0-50s 不等；

D5用于减少充电时间；

5. 门限窗口

调节R11，可使得门限由0- Vcc 不等

当12号脚大于门限时，14脚对外输出高电平，否则为低电平；

6. 元器件选择

电源选用6V 的直流电压；

方波产生电路：先在324运放同相端接三个相同的电阻，一个接电源、一个接地、一个接输出；在反相端一个电容接地，一个电阻接输出。 同相放大电路：将接收的信号经运放同相放大。 延迟电路：用电阻和电容组成一个RC 延迟，并在电阻上并联一个二极管。单线比较电路：在反相端接一参考电位，与同相端的输入电位相比较。 主要元器件：二极管，LM324运放，电容，红外对管，电解电容，发光二极管，电位器，电阻。

三.设计的具体实现

1.系统概述

b.先采用振荡电路产生占空比可调节方波，因为红外发射管直流最大只能15mA ，而采用交流电路时，因为平均功率概念，最大可达到30mA ；

c ．当接收管未接收到任何信息时，电阻趋于无穷大，当接收信号时，电阻瞬时变小；可利用这种变化将信号采入放大器中；

d ．调节门限大小，影响精度及延时时间；

2．电路的安装与调试

a.遇到的问题

延时不稳定 精度不够高

b.原因分析

由于选用的充电电阻过大，延时时间过长；

在室内还是室外，白天还是黑夜，都会有杂波信号；

c.解决方案

给接收管带上深颜色的套；

d.电路参数测试

输入级50%占空比

e.仪器设备及其他

电源，示波器，万用表

f.各类图表

方波信号

接收管未有接受信息时

接收管刚接受信息时，瞬时变化

最后一级，有手接触时，输出高电平，否则低电平

四．心得体会及建议

文超：通过这次的电子设计课程，让我学到了很多的在理论课中没有学到的东西和将很多在理论课中的一些电路图在电路板上得以实现，比如：方波的发生电路、放大电路、单线比较电路等。在接红外发射管前一定要计算好流过它的最大电流，避免烧坏发射管。在电路不工作或者工作效果不明显时要学会检查电路，一般从发生电路开始分级检查，比如先用示波器检查发射管那是否产生了方波并观察起幅度是否达到要求，若发生级正常，又用示波器检查接受管是否接收了信号，这样逐级检查。还有在焊接元器件的时候，为了焊接方便可以从元器件的高矮顺序进行焊接，比如，由于电阻元件最矮，所以可以先焊电阻，这样从低到高顺次焊接。在焊接中也要注意，一些元器件的极性，如：二极管、红外对管、电解电容等。最后在调试电路板的时候，要知道怎么检查一些焊盘是否脱焊之类的。

张继勇：在方波发生电路中起初要检查运放的同相端、反相端是否等于电源电压的三分之一，若不等则要检查电路是否正确、或者看运放是否可行。并且要使流过红外发生管的电流不能超过30MA。在同相放大电路中，在同相端一定要接一个平衡反相端的一个电阻，称为平衡电阻。延迟电路的二极管一定要正接，若没有二极管电容的放电将瞬间放完从而达不到延迟的目的。最后的单限比较器，在调节反相门限的时候，要先用万用表测试出电容电压的变化范围来控制最后LED灯持续发光的时间。

这次是第一次认真的做pcb图，按照原理图结构布局会为后面省去很多麻烦，在rules中调整规则等等；细心，沉稳就能做好事情；通过此次的课程设计，我学到了很多。