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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 紅外線控制自動水龍頭的設(shè)計院 系 電 子 信 息 工 程 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 年 級 2 0 0 7 級 學 號 2033 學生姓名 梁 帥 偉 指導老師 張 樂 濤 2010年3月摘 要本論文介紹了利用紅外發(fā)射與接收電路設(shè)計自動水龍頭的原理及設(shè)計方案。電路設(shè)計簡單，使用方便，同時更利于節(jié)能，“節(jié)能降耗”是我們追求的目標。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，而且很浪費水資源。在這個基礎(chǔ)上，我設(shè)計了自動供水電路。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。

2、當人或事物靠近時，自動產(chǎn)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(guān)閉水源?！娟P(guān)鍵詞】傳感器；紅外線；自動控制AbstractThis paper describes the use of infrared transmitter and receiver circuit design theory and automatic faucet design. Circuit design simple, easy to use, but also conducive to energy, "energy saving" is our goal. Tr

3、aditional taps, toilet water and other facilities, is not particularly easy to use, but also a waste of water resources. On this basis, I have devised an automatic water supply circuitry. Can not only save water, but also pleasing in appearance, is also very easy to use. Infrared control Automatic f

4、aucets from the infrared transmitter, infrared receiver amplifier circuit, control circuit, solenoid valve, power supply etc.When people or things around, the Automatically generated control signal, relay, so that was electric solenoid valve to automatically open the pull-water; Otherwise it would a

5、utomatically shut down water supply.Key words sensor, infrared,automatic control目 錄第一章 緒論1.1 引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，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，使用壽命長，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。發(fā)出的二極管光為不可見光，當發(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。它可在強光下工作

6、，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、學校、餐廳等場所。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。本論文設(shè)計的是一種以紅外線自動控制的水龍頭。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。當人或事物靠近時，自動產(chǎn)生控制信號繼電器動作，使電磁閥得電吸合從而自動放水。本設(shè)計滿足了人們對物質(zhì)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(chǎn)品的市場競爭力。1.2 國內(nèi)外發(fā)展方向及現(xiàn)狀隨著紅外技術(shù)的高速發(fā)展，紅外焦平面陣列技術(shù)出現(xiàn)了，并且迅速得到發(fā)展。美

7、、英、法、德、日、加拿大、以色列等西方發(fā)達國家都在競相研制和生產(chǎn)先進的紅外焦平面陣列攝像儀，其中美國在紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展水平方面處于遙遙領(lǐng)先地位，其焦平面陣列規(guī)模已達2048×2048元，已接近與可見光硅CCD攝像陣列的水平。日本在世界上最先實現(xiàn)了100萬像元集成度的單片式紅外焦平面陣列等種類產(chǎn)品推向市場，搶占商機，法國、荷蘭、瑞典、英國、德國和意大利等在非制冷紅外熱攝像儀技術(shù)的發(fā)展方面，已顯示出其處于前沿的競爭地位。此外，加拿大、以色列、韓國、澳大利亞、波蘭、新加坡的一些公司和機構(gòu)都在盡力發(fā)展先進紅外焦平面陣列熱攝像儀技術(shù)，競爭已遍及全球幾大洲。近幾年來，中國的紅外成像技術(shù)

8、得到突飛猛進的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進性也同西方同步。如目前已能生產(chǎn)面積小于30um21000×1000像素的探測器陣列，由于采用了基于銻化銦的新器件，目前已達到了分辨率小于0.01的溫差，使對目標的識別達到更高的水平。第二章 元器件方案2.1 傳感器根據(jù)我對市場的調(diào)查了解，目前傳感器有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信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現(xiàn)。其顯著特點是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲

9、低，大；4.響應速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；5.應用超大規(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從功能上可分為和面陣CCD兩大類。線陣CCD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，特點是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實現(xiàn)實時控制，但獲取信息量小，不能處

10、理復雜的圖像。面陣CCD的結(jié)構(gòu)要復雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個方陣，并以一定的形式連接成一個器件，獲取信息量大，能處理復雜的圖像。2.1.2 電容式傳感器它是一種把被測的機械量，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)的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。若忽略邊緣效應，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、 三個參數(shù)中任一個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

11、于力、壓力、振動等引起的極距變化。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)點是結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜，靈敏度高,過載能力強，動態(tài)響應特性好和對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應性強等。缺點是輸出有非線性，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膫鞲衅鳌?.1.3 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波

12、的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(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。超聲波對液體、固體的穿透本領(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，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應用在物位（液位）監(jiān)測，機器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報警等相關(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

13、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。它包括一個可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。標準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：（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，

14、它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進行檢測。（3）響應時間短光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短。 （4）分辨率高 能通過高級設(shè)計技術(shù)使投光光束集中在小光點，或通過構(gòu)成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現(xiàn)高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 （5）可實現(xiàn)非接觸的檢測可以無須機械性地接觸檢測物體實現(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行檢測。 （7）便于調(diào)

15、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行調(diào)整。因此,在檢測和控制中得到廣泛的應用。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來作為我設(shè)計的核心元件。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，應該注意：（1）LED的伏安特性曲線很陡，測試和使用時一定要串聯(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