课程设计红外自动洗手器分解.docx
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课程设计红外自动洗手器分解
齊州师范学冼
课程设计
(自动洗手器)
姓名:
学号:
系另比
专业:
年级:
指导教师:
年月日
摘要:
由LM567组成的利用红外发射接收实现自动控制洗手器电路设计简单、使用方便。
只要人手在洗手器下,洗手器即能放出水来供使用者使用。
关键词:
红外发射、接收管,LM567,红外线自动洗手器,整流稳压电路,
555单稳延时电路
1、设计任务:
(1)设计一个用于控制水龙头自动出水的装置;
(2)当有人洗手时,装置能自动出水,若手稍微偏离水龙头时(偏离时间2S以内),水龙
头也能自动出水;
(3)工作电源为交流220V;
(4)灵敏度可调;
2、设计方案:
2.1根据设计要求,其可分为四部分:
第一部分:
电源,电源有变压器,桥式整流器,稳压器,滤波电容组成;第二部分:
红外发射与接收电路;
第三部分:
由LM567组成的锁相环音频译码器;
第四部分:
单稳态延时NE55&
2.2系统总框图:
3、各功能模块设计
3.1、整流稳压电路模块
3.1.1工作原理图
3.1.2功能描述及工作原理
220V交流电路经变压器T降压,变为10V交流电,再由D1-D4桥式整流,电解电容C1滤波,三端稳压集成电路7805稳压,得到5V直流电供给控制电路工作,LED1为电源指示
灯。
其波形图如下:
滤波后波形稳压波形
3.1.3集成电路的封装
二极管的封装:
DIODE0.3A电解电容的封装:
RB.2/.4
电容的封装:
CAP0.2A电阻的封装:
AXIAL0.3
7805的封装:
78XX
LED的封装:
LED
3.2红外发射与接收电路模块
321工作原理图
3.2.2功能描述
(1)LM358内部结构及其特性
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
特性(Features):
内部频率补偿直流电压增益高(约100dB)单位增益频带宽(约1MHz)电源电压范围宽:
单电源(3—30V);双电源(土1.5一土15V)低功耗电流,适合于电池供电
低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽,包括接地
差模输入电压范围宽,等于电源电压范围输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)
(2)LM358引角功能如图所示
OUT11-
IN1(+):
3—
X-jT
工
GND4)
LM358引角图及引角功能
3.2.3工作原理
红外线发射电路,由三极管VT1、红外线发射管LDE2及电位器RW1及R2组成,锁相
电路LM567的振荡信号经电阻R2耦合到三极管VT1放大,推动红外线控射管发出方波信号。
红外线接收电路由集成电路LM358、红外线接受管LED4以及其外围元件组成,红外线
接收管把接收到的红外线信号转变为本身阻值的变化。
引起在电阻10K上分压的变化经电
阻10K和电容O.Oluf耦合到放大器进行放大,为降低电源交流波纹的影响,接收电路中加
入一级R、C滤波电路。
3.2.4集成电路的封装
LM358芯片的封装:
DIP8
电容的封装:
CAP0.2A
LED的封装:
LED
电阻的封装:
AXIAL0.3
NPN三极管的封装:
9013B
电解电容的封装:
RB.1/.2
电位器的封装:
VR
3.3由LM567组成的锁相环音频译码器模块
3.3.1工作原理图
332功能描述
(1)、LM567的结构
1脚输出滤波,2脚环路滤波(2脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽:
电容值越大,环路带宽越窄。
1脚所接电容的容量应至少是2脚电容的2倍。
)
3脚是输入端,要求输入信号》25mV;
4脚接Vcc,7脚接地;
5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2,f2疋1/1.1RC;
8脚是逻辑输出端,其内部是一个集电极开路的三极管,允许最大灌电流为100mA
LM567的工作电压为4.75〜9V,工作频率从直流到500kHz,静态工作电流约8mA
(2)、LM567的原理与应用
1、逻辑输出具有高达100mA的吸收电流;
2、锁定带宽范围从0%
3、至U14%^心频率;
4、噪声抑制能力强;
5、抗假信号干扰能力强;
6、中心频率稳定度高;
7、中心频率从0.01Hz到500KHz可调。
(3)、LM567的内部结构及引脚
输出
GND
定时自容
定时电爼
333工作原理
(1)、电路工作时,输入信号与压控振荡器VCO的振荡信号在鉴相器Q(双平衡模拟乘法器)中鉴相,相差信号经环路低通滤波后,形成与相差成一定比例的电压信号,用于控制
VCC输入频率跟踪输入信号的相位变化,若输入信号频率落在锁相环路的捕捉范围内,则环路锁定,VCC的频率与输入信号的频率一致。
(2)、鉴相器1(双平衡模拟乘法器)与鉴相器Q工作方式略有不同,它是利用压控振
荡器的输出信号经90度移相后与输入信号鉴相,因而鉴相器I的输出电压达到输出范围的最大值,经运放后反相输出,其输出是集电极开路方式,采用该方式方便输出信号与TTL或
CMOS!
路匹配,且可直接驱动继电器等小功率负载。
(3)、中心频率为f=1/1.1RC;捕捉的带宽为BW=1070sqrt(Vin/fC2)其中25mV (4)、LM567的工作频率范围为0.01HZ~500kHZ,而且工作频率十分稳定。 最大锁范围为14%f0,电源电压为4.75V~9V,输入电阻为20千欧,典型工作电流为7mA主要用于单音解码 (5)、LM567,其与R3C6组成振荡7,R3C6决定其内部压控振荡的中心频率LM567的3脚为信号出入端,8脚为逻辑输出端,该输出是一个集成开路的晶体管输出,最大灌电 流为100mA5脚输出的振荡信号经三极管功率放大后,推动红外发射向外发射红外线。 3.3.4集成电路的封装 LM567芯片的封装: DIP8电阻的封装: AXIAL0.3 电解电容的封装: RB.1/.2 电位器的封装: VR 电容的封装: CAP0.2A 3.4延时电路NE555的设计 341工作原理图 3.4.2功能描述及工作原理 (1)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,能保证洗手器的正常出水。 当没有人洗手时,红外线接收电路接收不到LED2向外发射的红外线,LM567勺3脚无信号输入,8脚为高电平,NE555的3脚为低电平,三极管VT2截止,继电器K断电处于释放状态,电磁阀Y不动作,洗手器无自来水放出。 当人手放到洗手器下时红外接收到人手反射的红外线并经LM358电路放大后,输人到LM567勺3脚,由LM567内部处理后使LM567勺8脚输出低电平,从而使NE555的低触发端2脚变为低电位导致NE555的3脚输出高电平,三极管VT2导通,继 电器K吸合,使其常开触点闭合,接通电磁阀Y勺220v交流电源,丫开始动作,使洗手器放出 自来水,供人们洗涤之用,同时发光二极管LED3发出绿光,指示洗手器正工作于放水状态。 洗涤完毕,人手离开洗手器后,A3延时2秒钟后复位,使洗手器停止放水。 (2)NE555引脚图功能的介绍 1地GND 2触发 3输出4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 8电源电压Vc Vcc Discharge Threshold ControJ Voltage (此芯片的内部中心电路是2个晶体三极管加正反馈组成的RS触发器。 NE555输入控制端有直接复位Reset端,通过比较器A1,复位控制端的TH比较器A2置位控制的T。 输出端为F,还有集电极开路的放电管DIS。 它们控制的优先权是R、T、TH) 343集成电路的封装 NE555芯片的封装: DIP8电阻的封装: AXIAL0.3电容的封装: CAP0.2A LED的封装: LED 二极管的封装: DIODE0.3A 3.5系统原理图 4、硬件调试要点 4.1初判断要点 1、仔细检查PCB板是否出错,元器件是否焊错,器件参数是否弄错; 2、不接芯片,测试电源是否正常; 3、电源正常后,插上芯片,用示波器测LM567的5或6脚对地波形,调整RW2选用电位器,阻值和C6的容量自行考虑)阻值使其频率为10kHz以下,以便提高接收灵敏度,若频率过高,可能因运放带宽不足而无法对红外信号进行有效的放大; 4、注意红外接收管的方向不能弄错; 5、测试LM567能否收到反射信号,并调节灵敏度; 6、调试555芯片构成的单稳态电路R3=1M,C7=1Uf/50V。 (TW=1.1RC。 4.2检查红外发射接收、发射管 在红外线收、发管的前方,用手由远到近靠近洗手器,当手离洗手器10〜15厘米时,洗 手器的状态应发生转变。 (1)、手需要靠的很近,洗手器的状态才能变化。 这说明洗手器的灵敏度低,可通过减小 电阻RW的阻值,增大发射功率来解决对于灵敏度高的情况,可增大电阻RW的阻值解决。 (2)、手靠近洗手器很近,洗手器的状态也不发生变化,说明洗手器不能工作(红外线接 收管不能有过强的光线直射强光直射会使其饱和)用万用表的直流电压挡测红外接收管LED 的两端电压(最好用数字万用表,其输入阻抗大),在手靠近时电压要变低,否则,红外线收、 发管有问题。 4.3调试结果: 所以,从LM567的5脚输出的信号的频率为f=1/0.00015=6.7kHz.满足小于10kHz的要求。 5、故障排查 1、测试电源是否正常,若不正常查电源部分电路; 2、测试1点信号波形是否为近似方波,且幅度约为4伏,若不正常查LM567部分电路; 3、测试2点信号波形是否为近似方波,且幅度为零点几伏,若不正常查R2及其铜膜导线; 4、测试3点信号波形是否为近似方波,且幅度约为4伏,若不正常查T1和LED2是否坏或方向错; 5、有反射时,测试4点是否有信号波形,且信号频率和1点的信号频率相同,若无可能红外接收管坏或方向错; 6、有反射时,测试5点是否有信号波形,若无可能LM358及其周边电路有问题; 7、有反射时,测试6点是否有信号波形,若无可能C3及其铜膜导线有问题; &有反射时,7点应为低电平,否则LM567及其周边电路有问题; 9、有反射时,8点应为高电平,否则NE555及其周边电路有问题; 10、有反射时,9点应为零点几伏电压,且继电器吸合,指示灯亮,否则可能继电器有问题。 断电时量继电器的1和2脚之间的阻值应为几百欧。 6、结果分析 结果1: 当通电后,电源指示灯亮,而且继电器线圈吸合,继电器工作指示灯亮,过了大 约1秒,继电器线圈松开,指示灯灭了。 分析: 因为在通电瞬间,LM567内部输出一个低电平,输入到NE555,使得NE555的3脚 输出一个高电平,从而是三极管工作在饱和导通状态,所以继电器线圈会吸合。 而 且,NE555为定时电路,延时约1秒,故1秒后,继电器线圈又释放。 结果2: 当人手靠近红外发射和红外接收时,继电器线圈吸合,继电器工作指示灯亮,当 人手离开后,过了大约1秒,继电器线圈松开,指示灯灭了。 分析: 当人手伸至红外线控制范围内时,由于人手的反射,使红外接收管收到红外发射管 发出的红外线信号,该信号通过LM567的3脚输入,经LM567的选频,从8脚输出 低电平输入到NE555,使得NE555的3脚输出一个高电平,从而是三极管工作在饱和导通状态,所以继电器线圈会吸合。 而且,NE555为定时电路,延时约两秒,故 两秒后,继电器线圈又释放,指示灯灭。 7、改进思路 1、决定NE555延时的电阻R3可以用电位器代替,这样延时时间可以根据自己的需要,通过调节该电位器来决定。 2、PCB电路图可以更整齐,更小巧。 8、设计工作总结 (1)、在整个设计过程中,更加了解并熟悉了LM358LM567等芯片的功能及管角的功能,学会了如何做印刷板,还重温了下protel99SE,更熟练画设计原理图和PCB板。 (2)、制板的过程,注意万用表的正确使用,来判断发射管的极性等。 (3)、在调试过程中,注意电源线的正确接法,以避免电源线和地线的接触发生短路,造成元件烧坏,还应注意调节电位器时应将触电调至中点,再慢慢调对应的大小,以免应阻值过小,电流过大照成芯片烧坏。 (4)、了解了怎样做好电路板。 9、参考文献 [1]童诗白华成英.模拟电子技术基础[第四版].北京: 高等教育出版社 [2]阎石.数字电子技术基础[第五版].北京: 高等教育出版社 [3]电子设计竞赛实训教程张华林周小方主编北京航空航天大学出版社 10、附件 10.1元器件的清单: 器件名称 器件型号 数量(个) 器件名称 器件型号 数量(个) -H-LJL心片 LM567 1 电阻 10K 6 -H-LJL心片 LM358 1 电阻 1K 3 -H-LJL心片 NE555 1 电阻 5.1K 2 二极管 4007 5 电阻 470K 1 发光二极管 LED 2 电阻 1M 1 红外接收管 1 电阻 200k 1 红外发射管 1 电位器 5K 1 电解电容 1000uF/25v 1 电位器 10K 1 电解电容 100uF25v 1 印刷板 8*10 1 电解电容 1uF 2 三极管 9013 2 电解电容 2.2uF 1 转印纸 1 电容 1uF 1 8脚插槽 3 电容 104 3 三端稳压管 7805 1 电容 103 1 继电器 12DC 1 10.2系统原理图 10.3PCB版图 ~h丨门1
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