ZDX说明书祥解.docx
- 文档编号:25433255
- 上传时间:2023-06-08
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:286.80KB
ZDX说明书祥解.docx
《ZDX说明书祥解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ZDX说明书祥解.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
ZDX说明书祥解
应用电子与通信技术系
电子信息工程综合培训文档
题目:
模拟自动干手器
姓名:
张冬雪
学号:
1130141202
日期:
2016.3.30
任务书
姓名:
张冬雪院(系):
电子与信息工程学院
专业:
电子信息工程班号:
1301412
任务起至日期:
2016年3月22日至2016年4月1日
题目:
模拟自动干手器设计
技术要求与主要内容:
1、利用红外发射和接收感应手掌;
2、启动后运行15秒后自动关闭。
摘要
自动干手器是一种高档卫生洁具,广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。
其工作原理是采用一种红外线控制的电子开关,当有人手伸过来时,红外线开关将电热吹风机自动打开,人离开时又自动将吹风机关闭。
在红外线发射电路中,输出电路端Q产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲,二极管D1起保护红外发光二极管的作用。
在时间延迟和吹风机开关电路中,当输出端Q输出低电平时,三极管截止,无电流通过。
继电器与三极管集电极相连,当有电流驱动时,开关吸合,电磁阀通电,电路闭合,吹风机吹出热风;当无电流驱动时,开关断开,电磁阀不通电,电路断开,吹风机不吹出热风。
同时在继电器两端并联一个二极管实现保护,在电路中加入发光二极管D3作为显示电路,显示吹风机是否启动。
关键词:
红外线发射电路;红外线接收放大电路;吹风机开关控制电路;时间延迟电路;电源电路
Abstract
Automaticdrycellphoneisakindofhigh-gradesanitaryware,widelyusedinhotels,airportstation,sportsstadiumsandotherpublicplacesofthebathroom.Theworkingprincipleofadoptingainfraredcontrolofelectronicswich,whenahandstretchtocomeover,infraredswitchwillelectricblowerautomaticallyopen,themanleftandautomaticwillblowerclosed.
Intheinfraredemissioncircuit,theoutputpowerLuDuanQproducethepulsesignaltocontroltheinfraredemittingdiodelaunchalightpulse,diodeD1infraredledsonprotectionoftherole.
Inthetimedelayandhairdryerswitchcircuit,whentheoutputlowelectricityoutputQatordinarytimes,thetransistor,nocurrentthroughthe.Relayandtriodeconnectedtothecollector,whenacurrentdrivers,switchsuckclose,electromagneticvalveelectricity,closedcircuit,blower,thehotair.Whennocurrentdrivers,switch,solenoidvalvesnoelectricity,circuitdisconnect,hairdryerdon’tblowhotairout.Atthesametimeintherelayendsadiodeinparalleltorealizeprotection,inacircuittojoinledsD3asshowcircuit,showhairdryerisactive.
Keywords:
InfraredemissioncircuitInfraredreceiveramplifiercircuitHairdryerswitchcontrolcircuitsTimedelaycircuitPowersupplycircuit
第1章绪论
1.1课题背景
随着电子技术的发展,当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量情的方向发展。
在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
本论文设计的是一种以红外线自动控制的模拟干手器。
自动干手器是一种高档卫生洁具,目前广泛用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。
它的基本工作原理是利用振荡电路产生的脉冲驱动红外发射管发出红外控制信号,这一信号经人体反射被接收电路接收,再通过信号处理、放大,去接通电热吹风机的工作电源,吹风机吹出热风将人手吹干。
人离开后,发射管发出的信号不再被接收电路接收,吹风机自动停机。
红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。
本次所制作的红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放大器和延时电路以及电源电路等部分组成。
本次设计结构简单,轻便灵活,本身不发射任何类型的辐射,器件功耗较小,价格低廉,隐蔽性好,应用范围广,所以可以通过扩展而达到实际的应用,对于红外传感器在其他很多方面的应用研究也有一定的意义。
本论文设计的是一种以红外线自动控制的干手器。
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,使电磁阀得电吸合从而自动吹风。
本设计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。
第2章方案设计
2.1方案选择——系统方案论证
根据本课题指标要求,此电路的设计可由红外对管+延时电路和红外对管+AT89S51芯片两种方案。
针对本课题的技术要求,以下分别对两种方案进行比较。
方案一:
红外对管+AT89S51芯片。
其基本组成框图如图2-1所示:
时间控制按键
图2-1线性串联稳压式直流电源方框图
红外感应模块用红外对管来实现.由单片机产生4000HZ的防波信号,驱动红外发射管向下发射红外线脉冲。
当有手伸到干手器下面时,发射的红外线脉冲被反射回来,由红外接收管接收并转换为电信号,电信号经运放进行信号放大后得到的方波信号送至单片机P3^4端口,从而实现对人体信号的采集。
当单片机检测到人体信号后通过软件来控制数码管显示倒计时间,并控制继电器闭合来控制电吹风的开关来实现干手器的设计。
方案二:
采用红外对管+延时电路方式。
其基本组成框图如图2-2所示。
短脉冲发生电路
图2-2红外对管+延时电路方框图
红外感应模块使用红外对管作用同上,当有手伸到干手器下面时,电信号经运放得到的信号通过单向稳态延时电路,电吹风启动,并通过调试延时到15秒时间。
15秒后,吹风关闭。
基于以上分析最终选择方案二,即采用开关红外对管+延时电路的方式完成本课题。
2.2干手器的构成及传感器控制
2.2.1传感器的选择
传感器,是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
在模拟干手器中,需要用到传感器来检测到一定距离的人体来让干手器的吹风口工作,这里干手器中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管来完成。
当有物体靠近时,一部分红外光被反射到接收管。
反射式红外传感器如图2-3所示。
图2-3反射式红外传感器
反射式光感传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化,也可以探测有无接近的物体。
有类似的设计比如红外线控制自动干手器就运用了它这个特点。
光谱范围,灵敏度,抗干扰能力,输出特性等都是反射式光感传感器的重要参数。
这种光电传感器的基本原理是,当人或有物体接近时,遮挡了红外光,光敏元件接收到光信号,从而进行光电转换,电磁阀作用,使电吹风打开。
红外线控制自动干手器的控制过程是:
当人或物体靠近自动干手器时,红外发射光电管发出的红外经人和物体反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。
当自动干手器运行一段时间后,驱动电路断开电磁阀电源,从而关闭电吹风。
当再一次检测到人手或物体时,继续开启电吹风。
如此循环。
2.2.2工作原理
自动干手器的工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关,当有人手伸过来时,红外线开关将电热吹风机自动打开,人离开时又自动将吹风机关闭。
成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作成为一体,根据这个基本原理,用一只普通的电热吹风机,加装一个红外控制开关,就可以组成一个自动干手器,其效果与成品自动干手器是一样的。
该红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。
利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。
根据设计任务与要求,当人们需要干手时,人们把手靠近干手器时。
自动干手器会自动打开加热装置与吹风装置,一段时间后会自动停止,并可以调节加热和吹风的时间。
2.3工作方案设计
2.3.1系统组成框图的确立及说明
根据该课题的各项技术指标要求最终确立的系统方框图如图2-4所示:
短脉冲发生电路
图2-4系统方框图
自动干手器的控制电路由红外线发射电路、红外线接收电路、短脉冲发生电路、时间延迟电路、电吹风电路和电源电路五部分构成的。
红外感应模块用红外对管来实现,设置感应距离范围,检测人体信号,由单片机产生4000HZ的防波信号,驱动红外发射管向下发射红外线脉冲。
当有手伸到干手器下面时,发射的红外线脉冲被反射回来,由红外接收管接收并转换为电信号,电信号经运放得到的信号通过单向稳态延时电路,电吹风启动,并通过调试延时到15秒时间。
延时电路利用555定时器,控制电吹风的开关。
最后电吹风运行并运行15秒后关闭。
进而实现模拟自动干手器的功能。
本章小节
本章对模拟自动干手器的方案选择,干手器的构成及传感器控制,干手器的工作原理,干手器的方案设计以及系统方框图进行了详细的讨论与介绍。
想要真正的做成干手器就一定要认真的搞清楚这些内容。
第3章系统电路及单元电路原理分析
3.1系统电路
系统电路如图3-1所示。
图3-1系统电路图
该系统电路图为proteus软件仿真模拟自动干手器电路图,仿真成功。
以下是系统电路图的单元电路设计及介绍。
3.2单元电路原理分析
3.2.1红外线感应模块
红外线的发射与接收直接使用红外对管。
红外对管样式如图3-2所示。
图3-2红外对管
红外对管是红外线发射管与光敏接收管或者红外线接收管配合使用在一起的总称。
红外线在光谱中波长自0.76指400微米的一段称为红外线,红外线是不可见光线。
所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。
现代物理学称之为热射线。
红外发射管的作用是发射红外线,红外线接收管的作用是进行光电转换,在光控、红外线遥控、光探测、光纤通信、光电耦合等方面有广泛的应用。
3.2.2电压比较电路
电压比较电路如图3-3所示:
图3-3电压比较电路
电压比较电路通过调整滑动变阻器可以改变检测距离。
电压比较电路使用了反相比较,在反相比较的情况下,参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。
每当输入电压(Vin)高于VREF,运放的输出摆幅负饱和。
倒在这里,两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。
记住公式AV=-Rf/R1。
在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻,增益将接近无穷,输出电压将尽可能即负,V-。
3.2.3延时电路的设计
延时电路如图3-4所示:
图3-4定时电路
由脉冲触发的单稳态延时电路是由555组成的。
是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路,由于内部电压标准使用了三个3K电阻,故取名555电路。
其电路类型有双极型和CMOS型两大类,二者的结构与工作原理类似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556电路,所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556,二者的逻辑功能和引脚排列完全相同,易于互换。
改变RI和C1的值可以改变延时时间。
由技术要求规定我们设成15秒。
3.2.3.1555定时器工作原理
1、简介:
555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
由于使用灵活、方便,所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等多领域中都得到了广泛应用。
555定时器的电路结构如图3-5所示:
图3-5555定时器的电路结构
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3,C2 的反相输入端的电压为VCC 若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 C2 的输出为 0,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。
如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 C1 的输出为 0,C2 的输出为 1,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。
它的各个引脚功能如下:
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。
一般用5V。
3脚:
输出端Vo 2脚:
低触发端 6脚:
TH高触发端
4脚:
是直接清零端。
当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如表3-6所示。
表3-1555时基电路功能表
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路,可方便地构成单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
2、构成多谐振荡器
图3-6(a)为由555定时器和外接元件R、C构成的单稳态触发器。
触发电路由C1、R1、D构成,其中D为钳位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关和T导通,输出端F输出低电平,当有一个外部2与脚5与6直接相连。
电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外加触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端C1放电,使电路产生震荡。
电容C在1/3VCCt和2/3VCC之间充电和放电。
其波形如图3-6(b)所示。
输出信号的时间参数如下
T=tg1+tg2
tg1=0.7(R1+R2)C
tg2=0.7R2C
555电路要求R1与R2均应大于或等于1K,但R1+R2应小于或等于3.3M欧。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性,555定时器配以少量的元件即要获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。
因此这种形式的多谐振荡器应用很广。
(a)图3-6多谐振荡器(b)
3.2.3.2施密特电路
施密特触发器是脉冲波形变换中使用的一种电路,它是利用脉冲整形电路将非矩形脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。
它具有滞后特性的数字传输门,且受电源限制,可对输入波形进行变换和整形。
阀值电压UT1、UT2和回差电压ΔUT是其主要参数。
施密特触发器的特点
1、电路具有两个阀值电压,分别称为正向阀值(UT+)和负向阀值电压(UT-),二者的差值称为回差电压(ΔUT)。
输出电平的变化滞后于输入,形成回环。
2、不同于其它的各类触发器,施密特触发器属于“电平触发”型电路,触发信号Vin可以是变化缓慢的模拟信号,Vin达某一电平值时,输出电压Vout突变。
3、输入信号增加或减小时,电路有不同的阀值电压。
当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变,可通过施密特触发器的整形就能获得满意的矩形脉冲波形。
图3-7施密特触发器实现波形整形
a、传输线上电容较大,波形的上升沿和下降沿变坏;
b、阻抗不匹配,波形的上升沿和下降沿产生震荡;
c、受到干扰,脉冲波形上叠加有噪声。
在实际电路中信号传送过程中,信号会收到干扰而失去原有的波形,利用施密特电路就可以得到想要的脉冲波形。
3.2.4电吹风电路
电吹风电路如图3-8所示:
图3-8电吹风电路
电吹风电路,用继电器来控制。
电磁继电器一般需要大电流,555输出高电平,由555定时器的脉冲产生的高低电平,高电平电吹风工作,LED灯亮,亮15秒;低电平电吹风不工作。
3.2.5555单稳态触发器
延时时间:
T=15秒。
图3-9555单稳态触发器
本章小结
本章主要介绍了系统电路以及单元电路原理分析,介绍了红外线感应模块,电压比较电路,延时电路,电吹风电路和单稳态触发器。
在延时电路中介绍了555定时器以及施密特触发器。
通过本章的整理,可以在仿真软件中进行仿真。
第4章Proteus仿真软件介绍
概述:
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
功能特点:
Proteus软件具有其它EDA工具软件(例:
multisim)的功能。
这些功能是:
(1)原理布图
(2)PCB自动或人工布线
(3)SPICE电路仿真
革命性的特点
(1)互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘,马达,LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。
(2)仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
具有4大功能模块
(1)智能原理图设计(ISIS)
丰富的器件库:
超过27000种元器件,可方便地创建新元件;智能的器件搜索:
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的连线功能:
自动连线功能使连接导线简单快捷,大大缩短绘图时间;支持总线结构:
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰;可输出高质量图纸:
通过个性化设置,可以生成印刷质量的BMP图纸,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
(2)完善的电路仿真功能(Prospice)
※ProSPICE混合仿真:
基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真;
※超过27000个仿真器件:
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件,Labcenter也在不断地发布新的仿真器件,还可导入第三方发布的仿真器件;
※多样的激励源:
包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频(使用wav文件)、指数信号、单频FM、数字时钟和码流,还支持文件形式的信号输入;
※丰富的虚拟仪器:
13种虚拟仪器,面板操作逼真,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等;
※生动的仿真显示:
用色点显示引脚的数字电平,导线以不同颜色表示其对地电压大小,结合动态器件(如电机、显示器件、按钮)的使用可以使仿真更加直观、生动;
※高级图形仿真功能(ASF):
基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标,包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等,还可以进行一致性分析;
(3)独特的单片机协同仿真功能(VSM)
※支持主流的CPU类型:
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等,CPU类型随着版本升级还在继续增加,如即将支持CORTEX、DSP处理器;
※支持通用外设模型:
如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等,其COMPIM(COM口物理接口模型)还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信;
※实时仿真:
支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真;
※编译及调试:
支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真,内带8051、AVR、PIC的汇编编译器,也可以与第三方集成编译环境(如IAR、Keil和Hitech)结合,进行高级语言的源码级仿真和调试;
(4)实用的PCB设计平台
※原理图到PCB的快速通道:
原理图设计完成后,一键便可进入ARES的PCB设计环境,实现从概念到产品的完整设计;
※先进的自动布局/布线功能:
支持器件的自动/人工布局;支持无网格自动布线或人工布线;支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理;
※完整的PCB设计功能:
最多可设计16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层(含板边),灵活的布线策略供用户设置,自动设计规则检查,3D可视化预览;
※多种输出格式的支持:
可以输出多种格式文件,包括Gerber文件的导入或导出,便利与其它PCB设计工具的互转(如protel)和PCB板的设计和加工。
Proteus提供了丰富的资源
(1)Proteus可提供的仿真元器件资源:
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件,有30多个元件库。
(2)Proteus可提供的仿真仪表资源:
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- ZDX 说明书