简易自动干手器.docx
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简易自动干手器.docx
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简易自动干手器
郑州轻工业学院
电子技术课程设计
题目简易自动干手电路
___________________
学生姓名xxx
专业班级电信10-01班
学号**********xx
院(系)电气信息工程学院
指导教师xx
完成时间2012年06月22日
郑州轻工业学院
课程设计(论文)任务书
题目简易自动干手电路
专业电子信息10-1学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容
1.阅读相关科技文献。
2.学习protel软件的使用。
3.学会整理和总结设计文档报告。
4.学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够通过感应装置,在人们需要干手时,自动打开加热和吹风装置。
2.要求电路在打开加热和吹风装置一段时间后,自动关断开关。
3.要求电路能够调节加热和吹风装置开关打开的时间。
主要参考资料
1.何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2.姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3.王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4.李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
5.康华光,电子技术基础,高教出版社,2003
完成期限:
2012年06月22日
指导教师签章:
专业负责人签章:
2012年06月11日
简易自动干手电路
摘要
干手器是一种卫浴间用来烘干双手或者吹干双手的洁具电器,可达到不用毛巾擦干手上水分防止疾病交叉感染的作用。
当洗手后,将双手伸在自动干手器的出风口下,自动干手器会自动送出舒适的暖风,迅速使您的双手去湿变干,而当您把手一离开自动干手器风口时它又自动停风关机。
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。
当人们需要干手时,人们把手靠近干手器时,由于手对红外线的反射作用,使555定时器构成的单稳态触发器产生一段时间的高电平定时。
控制自动干手器会打开加热装置和吹风装置一段时间后会自动停止,并可以通过NE555自动的可变电阻器进行调节。
关键词自动干手电路红外线发射电路红外线接收电路555定时器
概述
简易自动干手电路是由红外线发射电路,红外线接收电路,时间延迟电路,自动干手器开源电路构成的。
加上电机吹风电路,就构成了完整的干手器。
电源电路由电网引进,为220V,功能是为上述所有电路提供直流电源。
其中在给红外线发射,红外线接收,功率放大,延时供电时需要经过变压器,整流滤波出12V的电压,供给电路使用。
红外线发光电路是利用555构成的脉冲启动型单稳电路,可按一定的频率输出脉冲,提供驱动电流驱动红外线发射管发射一定频率的红外线,红外线接收器是利用光敏元件接受红外线信号,并利用集成电路运算放大器放大信号。
延时电路利用555设计的单稳态电路特性,和红外线发射电路原理基本相同,使电网对风机电动机供电与断电,控制继电器开关从而完成整个电子器件的运行。
1系统设计方案
简易自动干手电路是由红外线发射电路,红外线接收电路,时间延迟电路,自动干手器开源电路构成的。
加上电机吹风电路,就构成了完整的干手器。
电源电路由电网引进,为220V,功能是为上述所有电路提供直流电源。
其中在给红外线发射,红外线接收,功率放大,延时供电时需要经过变压器,整流滤波出12V的电压,供给电路使用。
红外线发光电路是利用555构成的脉冲启动型单稳电路,可按一定的频率输出脉冲,提供驱动电流驱动红外线发射管发射一定频率的红外线,红外线接收器是利用光敏元件接受红外线信号,并利用集成电路运算放大器放大信号。
延时电路利用555设计的单稳态电路特性,和红外线发射电路原理基本相同,使电网对风机电动机供电与断电,控制继电器开关从而完成整个电子器件的运行。
图1简易自动干手电路的总体框图
2设计原理
2.1电源电路设计
2.1.1桥式整流电路
桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。
这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。
桥式整流电路的工作原理如下:
e2 为正半周时,对D1 、D3 和方向电压,Dl,D3 导通;对D2、D4加反向电压,D2 、D4 截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3 通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2 、D4 加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3 截止。
电路中构成e2、D2 、Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
上述工作状态分别如图所示。
图2桥式整流电路原理图
如此重复下去,结果在Rfz ,上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半!
2.1.2电源电路
电路直接从电网供电,通过变压器电路,整流电路,滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电通过7812转换为+12V直流电压(为继电器和NE555供电)。
电路中的变压器采用常规的铁心变压器,整流电路采用二极管桥式和C5整流电路,C8,C9和C10,C11滤波功能,稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。
其中7812稳压器主要参数有:
输出直流电压U0=+12V,输出电流L:
0.1A,M:
0.5A,电压调整率10mV/V,输出电阻R0=0.15Ω,输入电压UI的范围15~17V。
因为一般UI要比U0大3~5V,才能保证集成稳压器工作在线性区
图3电源电路
2.2红外线发射电路设计
2.2.1由555定时器构成的多协振荡器电路原理
多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
C—地,按指数规律上升,当上升到时(TH、端电平大于),输出翻转为低电平。
是低电平,T导通,C放电,放电回路为C—R2—T—地,按指数规律下降,当下降到时(TH、端电平小于),输出翻转为高电平,放电管T截止,电容再次充电,如此周而复始,产生振荡,经分析可得
图4由555定时器构成的多协振荡器
输出高电平时间:
T=(R1+R2)Cln2
输出低电平时间:
T=R2Cln2
振荡周期:
T=(R1+2R2)Cln2
2.2.2红外线发射电路
图4电路为红外线发射电路。
主要部分就是多协振荡器和红外线发射管发射的红外线在可见光范畴之外。
555作为多谐振荡器发射固定频率的方波脉冲信号,激发LED1产生特定频率的红外线。
红外线发光二极管正向电流不能超过其最大额定值,而作为感应装置则要求它要有较大的光输出,一般采用其响应快的特性,通过脉冲信号驱动来增大光输出。
因此电路前端需要一个脉冲信号电路,本电路采用的是NE555集成电路构成的多谐振荡器组成,存在两个暂稳态。
该红外线发射电路的运行包括两个过程:
利用直流电源经电阻R1、R2对电容C1充电的过程;电容C1经电阻R2从NE555集成电路的DIS端的放电过程。
通过这两个过程的交替运行,就可以在NE555集成电路的输出端产生脉冲信号。
这样输出端Q输出脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲,二极管D1起保护红外线发光二极管的作用。
图5红外线发射电路
其输出脉冲信号的频率f和占空间比q为:
f=1/0.7(R1+2R2)C1=1/0.7(20k+2*62k)*0.1uF≈1KHz
q=R1/(R1+2R2)=20kΩ/(20kΩ+2*62kΩ)=0.14
2.3红外线接收电路设计
红外线接收电路实际上就是两个红外线接收二极管。
发光二极管具有按照光信号的强度产生出对应的电信号的特性,这叫做光敏元件。
是具有高灵敏度、抗干扰性能强的红外线接收管,也叫光电二极管,它的结构和二极管极为相似,被封装在透明玻璃壳内,管中的PN结可以接受光照,它在电路中是反向工作,当没有光照时,反向电阻很大,可达到几兆欧;有光照时,反向电阻很小,只有几欧,反向电流约几微安,通常用在光电转换自动控制仪器中。
本电路即采用该原件接收红外线。
由于红外接受管接收到的信号非常微弱,后续电路无法继续处理,因此必须对接收的信号进行放大,该电路是由电阻R5,R6,Q1,Q2和C3,C4构成。
电路中采用了双三极管构成放大电路,这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加若干倍,放大效果更好,从而得到更合适的信号。
R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻,C3,C4为放大电路耦合滤波电容。
R4为放大电路反馈电阻,其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V。
图6红外线发射电路
2.4时间延迟电路设计
2.4.1由555定时器组成单稳态触发电路原理
前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态,且两个状态始终相反。
而单稳态触发器只有一个稳态状态。
在未加触发信号之前,触发器处于稳定状态,经触发后,触发器由稳定状态翻转为暂稳状态,暂稳状态保持一段时间后,又会自动翻转回原来的稳定状态。
单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。
接通电源后,未加负脉冲,而C充电,上升,当时,电路输出为低电平,放电管T导通,C快速放电,使=0。
这样,在加负脉冲前,为低电平,=0,这是电路的稳态。
在t=t0时刻负跳变(端电平小于),而=0(TH端电平小于),所以输出翻为高电平,T截止,C充电。
按指数规律上升。
t=t1时,负脉冲消失。
t=t2时上升到(此时TH端电平大于,端电平大于),又自动翻为低电平。
在
这段时间电路处于暂稳态。
t>t2,T导通,C快速放电,电路又恢复到稳态。
由分析可得:
输出正脉冲宽度:
tw=1.1RC
图7由555定时器构成的单稳态触发器
2.4.2时间延迟电路
图8是为时间延迟电路,其中C5、R8组成微分电路,输出的方波形成触发脉冲,实现对NE555的可靠触发。
后面是NE555芯片组成的单稳态触发器,,2号脚为输入端,当2号脚输入为低电平时,经过555输出端(引脚3)为一个高电平,555进入暂稳态。
所以吹风时间能实现0~51s内的定时。
之后电源充电,使2号脚的电平升高,电源充电使6号脚变成超过8V,此时,NE555发生翻转,输出低电平。
图8时间延迟电路
2.5吹风机开关电路设计
2.5.1继电器
继电器是一种电控制器器件。
它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,继电器所控制的输出电路导通或断开。
输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。
继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
图9电磁继电器
2.5.2吹风机开关电路
由于电磁阀通过的是大电流,大功率,而直流电源一般无法提供很大的电流和功率,因此电磁阀需要交流供电,从而电路中的开关需要采用继电器电路。
继电器连接555定时器的输出端,当有电流驱动时,开关吸合,电磁阀通电,吹风机吹出热风;当无电流驱动时,开关断开,电磁阀不通电,吹风机不吹出热风,图6为吹风机电路,S1为总开关,S3可以控制吹热风还是凉风,开关K为感应控制开关。
图10吹风机开关电路
3芯片简介
3.1NE555简介
3.1.1概述
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号,555系列IC的接脚功能及运用都是相容的,只是型号不同,而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC,只需少数的电阻和电容,便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
3.1.2特点
1.只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大,可与TTL,CMOS等逻辑闸配合,也就是它的输出准位及输入触发准位,均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳,且价格便宜。
3.1.3NE555引脚位配置说明如下
Pin1-地线(或共同接地),通常被连接到电路共同接地。
Pin2-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC,下缘须低于1/3VCC。
Pin3-当时间周期开始时,555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位,即复位端。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6-重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力,当输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗。
Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
参数功能特性:
供应电压3-6mA
输出电流225mA(max)
上升/下降时间100ns
图11内部电路及引脚图
4总结与体会
总结
自动干手器靠远红外线自动感应工作,由红外线发射器、接收器、单稳态延时开关、固态继电器及电吹风等组成。
当人手伸到自动干手器下方时,发射出的红外线被人手反射回去一部分,并被光敏三极管接收后,转换成相同频率的电信号,再经红外线接收专用前置放大集成电路放大后,输出低电平脉冲信号,进而触发构成的单稳态电路进人暂态,使其输出高电平,交流固态继电器导通,从而电吹风通电即可送热风。
当手烘干离去时,失去红外脉冲信号,恢复高电平,单稳态电路很快复位,由于延时作用,电吹风最多再工作10s左右即自动复原,从而停止工作。
体会
这次课程设计只有一周时间,而在这一周时间我们不但完成了任务而且也学到了很多知识。
我觉得设计工作是一个相当严肃的事情,因此所有的设计都必须有据可依,
这就要求我们查阅大量的资料,而对于像我这样第一次参加设计的同学们来说也是一个不小的任务。
这次设计的大部分资料都来自网路,网路资源尽管丰富,但同样的需要我们去分辨资源的优劣,通过比较筛选我们也对电路有了更深刻的认识。
课程设计不但是一个检验的过程,同时也是一个提高的过程。
在这过程中对已学的知识进一步巩固,对不知道的东西尝试着去学,去做。
了解自己的不足,弥补自己的不足为今后的学习也起到了指导作用。
这次的电路图主要是通过查阅资料获得的,并不是自己独立设计的,虽然对原图进行了改进,但这仍然然反映了自己的不足,今后我会在这方面多下功夫。
总之,这次课程设计让我收获良多而我也将继续努力,要记得我们还有毕业设计。
参考文献
[1]何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
[2]姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
[3]王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
[4]李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
[5]康华光,电子技术基础,高教出版社,2003
[6]孟贵华,电子元器件选用论文,机械工业出版社,2004年6月
[7]谢自美,电子线路设计·实验·测试,华中科技大学出版社,2003年10月
[8]陈梓城,实用电子线路设计与调试,中国电力出版社,2006年6月
元器件清单
原件名称
规格
个数
R1
20K
1
R2
62K
1
R3,R4
300
2
R5,R6,R8
10K
3
R7
2K
1
R9
1M可变电阻
0RV30YN20S-B105
1
C1,C2,C10
0.1uF
3
C3,C4
2.2uF
2
C5,C7
0.1uF
2
C6
47uF
1
C8
2200uF
1
C9
0.33uF
1
C11
100uF
1
D1,D5,D6
IN4148
6
D2
红外线发光管
SE303
1
D3,D4
红外线接收管
PH302
2
Q1,Q2
三极管
S9014
2
U1,U2
NE555
2
T
TRANS1
1
KT
5V直流继电器
SRD-05VDC
1
M
电动机
15-25W的交流吹风电动机
1
S1,S2
10A、250V的电源开关
1
K1
稳压器
7812
1
附录(总电路图)
- 配套讲稿:
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- 简易 自动 干手器