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1、個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途*大學(xué)*學(xué)院模擬電子課程設(shè)計(jì)紅外線控制自動(dòng)水龍頭的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： * 學(xué)生姓名： * 系 別： * 專 業(yè): * 班 級：*班 學(xué) 號: * 摘 要本課程設(shè)計(jì)介紹了利用紅外發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)自動(dòng)水龍頭的原理及設(shè)計(jì)方案。電路設(shè)計(jì)簡單，使用方便,同時(shí)更利于節(jié)能，“節(jié)能降耗”是我們追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)的水龍頭、衛(wèi)生間供水等設(shè)施，使用起來不是特別方便,而且很浪費(fèi)水資源。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我設(shè)計(jì)了自動(dòng)供水電路。不僅可以節(jié)約用水,而且外形美觀，使用起來也很方便.紅外線控制自動(dòng)水龍頭由紅外發(fā)射電路、紅外接收放大電路、控制電路、電磁閥、電源等組成。當(dāng)人或事物靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號,繼電器動(dòng)

2、作，使電磁閥得電吸合從而自動(dòng)打開水源；反之則自動(dòng)關(guān)閉水源.目 錄第一章 緒論1第二章 元器件方案22.1 傳感器22。1。1 CCD圖像傳感器22.1.2 電容式傳感器22。1。3 超聲波傳感器32.1.4 光電傳感器32。2 發(fā)光二極管（LED)42。3 接收管5第三章 紅外線控制自動(dòng)水龍頭設(shè)計(jì)73.1 水龍頭的構(gòu)成及傳感器控制73.2 系統(tǒng)組成方框圖73.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理83。4 紅外線控制自動(dòng)水龍頭的工作原理93。4。1 紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成93.4。2 紅外線水龍頭控制電路的原理圖93.4。3 紅外線水龍頭控制電路工作原理93。5 單元電路的設(shè)計(jì)93.5

3、.1 +5v的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)93。5.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)103。5.3 紅外接受控制電路的設(shè)計(jì)103.5.4電壓放大電路的設(shè)計(jì)123。5。5音調(diào)譯碼器的設(shè)計(jì)133.5。6 三端穩(wěn)壓器153。5。7 LM567調(diào)制傳感器15元器件清單18心得體會19參考文獻(xiàn)20附錄21第一章 緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域,有力地推動(dòng)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高,同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。它安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長，發(fā)出光均勻穩(wěn)定.發(fā)出

4、的二極管光為不可見光，當(dāng)發(fā)出光被某一信號調(diào)制后，只有專門的解調(diào)電路才能收到。它可在強(qiáng)光下工作，給人們的生活帶來了極大的方便,已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，其廣泛用于家庭、商場、工廠、學(xué)校、餐廳等場所。而且大大地?cái)U(kuò)展了原先水龍頭的功能.因此,研究紅外線控制自動(dòng)水龍頭及其應(yīng)用，有著非常重要的意義。本次設(shè)計(jì)的是一種以紅外線自動(dòng)控制的水龍頭。采用了反射式紅外傳感器，這種傳感器的發(fā)射與接收是一體化的。當(dāng)人或事物靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號繼電器動(dòng)作,使電磁閥得電吸合從而自動(dòng)放水.本設(shè)計(jì)滿足了人們對物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性。以適應(yīng)當(dāng)今品種多批量小的電子市場的需求，大大提高了產(chǎn)品的市場競爭力。第二章

5、元器件方案2.1 傳感器目前市場上常用的傳感器有CCD圖像傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器四種。2。1.1 CCD圖像傳感器這種傳感器可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是:1。體積小重量輕;2.功耗小,工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；5。應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器.CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類.線陣CCD

6、通常將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組,每組稱為一相，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。所需相數(shù)由CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的CCD可滿足不同場合的使用要求.線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區(qū)是MOS電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對較簡單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成,特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡單,易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制,但獲取信息量小,不能處理復(fù)雜的圖像。面陣CCD的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣，并以一定的形式連接成一個(gè)器件，獲取信息量大,能處理復(fù)雜的圖像.2.1.2 電容式傳感器它是一種把被測的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電

7、容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器.若忽略邊緣效應(yīng),平板電容器的電容為A，式中為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,為兩電極之間的距離。、A、 三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，靈敏度高,過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好和對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)

8、等。缺點(diǎn)是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。70年代末以來,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅?。文檔為個(gè)人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途2.1。3 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固

9、體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中,它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便, 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接,也提供發(fā)射夾角較大的探頭。2。1。4 光電傳感器光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。它包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收

10、器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。標(biāo)準(zhǔn)的光電傳感器可以分為漫反射型、反射型、對射型、槽型、光纖傳感器、色標(biāo)傳感器、光通訊、激光測距、光柵、防爆/隔爆型等十種。它的特長有以下七點(diǎn)：（1）檢測距離長如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段(磁性、超聲波等) 無法離檢測。（2)對檢測物體的限制少由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定 在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。（3）響應(yīng)時(shí)間短光本身為高速,并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短. (4）分辨率高能通過高級設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光

11、束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測. (5）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此,傳感器能長期使用。 (6）可實(shí)現(xiàn)顏色判別通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。 （7）便于調(diào)整在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的,便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。因此,光電式傳感器在檢測和控制中得到廣泛的應(yīng)用。通過幾種傳感器的辯證比較，我選擇了第四種光電傳感器，并采用其中的反射式光電傳感器

12、來作為我設(shè)計(jì)的核心元件。2。2 發(fā)光二極管（LED）做傳感器的LED要求亮度高，顏色合適，光斑形狀合適.為了防止LED損壞，應(yīng)該注意：（1）LED的伏安特性曲線很陡，測試和使用時(shí)一定要串聯(lián)電阻限制電流。（2）氮化鎵材料的高亮度LED容易被反向電壓、靜電或電源尖峰擊穿損壞,電源電壓較高時(shí)不可反饋.不同的管子允許的工作電流不同，紅外的平均電流最大可以用到100毫安,用作調(diào)制時(shí)幾十微妙的窄脈沖峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持續(xù)最大電流20毫安，一般低亮度的管子要小一些,工作電流的限制一是發(fā)熱限制平均電流,二是高電流下亮度飽和限制峰值電流,有些管子電流大了之后還會變色.常用的LED有紅外

13、，紅,橙，黃，黃綠，純綠，藍(lán)，紫，白等顏色,作為成品銷售的“變色LED”是在一個(gè)管殼里封裝了多個(gè)不同顏色的LED，紅，綠，藍(lán)三色的LED非常適合作顏色傳感器的照明。紅外線LED配合紅外接收管抗干擾能力強(qiáng)，但是不適合用于識別顏色，因?yàn)槲矬w在可見光下的顏色不能很好的代表它對于紅外線的反射率。LED發(fā)光的原理是半導(dǎo)體PN結(jié)中的電子與空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生光子，不同的材料由于能帶寬度不同，導(dǎo)致發(fā)光顏色和導(dǎo)通電壓不同.另外,不同材料的發(fā)光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=發(fā)射的光子數(shù)/流過的電子數(shù)）也有較大的差別（見表2-1）。表21 常用LED的參數(shù)比較材料發(fā)光顏色量子效率（與工藝有關(guān))砷化鎵紅外高,30%磷砷化鎵紅中，10%磷化鎵（摻雜氮）黃綠低，不到1%磷化鎵（摻雜氧化鋅）紅到黃中低鋁砷化鎵鮮紅中高鋁鎵銦磷橙紅高，30%氮化鎵從純綠到紫外高，20%2。3 接收管常用的接收管有硅光電二極管，硅光電三極管，光敏電阻三種.光電二極