简易干手器专业课程设计.doc

郑州轻工业学院
电子技术课程设计

题 目： 简易自动干手器
姓 名： *******
专业班级：建筑电气12-01班
学 号： 54140114
院 （系）：电气信息工程学院
指引教师： 郑晓婉
完毕时间：2月 24日

课程设计任务书
题目 简易自动干手电路 专业 建筑电气与智能化
学号 54140114 姓名*******

重要内容、基本规定、重要参照资料等：

重要内容
1．阅读有关科技文献。
2．学习protel软件使用。
3．学会整顿和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及有关参数。

技术规定
1. 规定电路可以通过感应装置，在人们需要干手时，自动打开加热和吹风装置。
2. 规定电路在打开加热和吹风装置一段时间后，自动关断开关。
3. 规定电路可以调节加热和吹风装置开关打开时间。

重要参照资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，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，电子线路设计指引，北京航空航天大学出版社，6月
5．康华光，电子技术基本，高教出版社，
完 成 期 限： 2月24日
指引教师签章：
专业负责人签章：

年 2 月 23日

简易干手器

摘 要
近些年来，随着科学发展，酒店、车站、网络会所等越来越多公共场合洗手间装有自动洗手器和自动干手器，给人们带来了很大以便。其中，自动干手器是采用一种红外线控制电子开关，当有人手伸过来时，手对红外线反射作用，使红外线开关将电热吹风机自动打开，一段时间后，吹风机自动关闭。
自动干手电路是由红外线发射电路，红外线接受电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五某些构成，合成后形成自动干手器。当时间延迟电路输出低电平时，继电器两端电压均为低电平，继电器不工作，开关断开，吹风机不吹出热风；当输出高电平，继电器有电压驱动，开关吸合，电磁阀通电，吹风机吹出热风，同步在继电器两端并联一种二极管实现保护。

核心词 红外线发射器 红外线接受放大器 自动干手器开关控制器 时间延迟电路 电源电路

目 录
1 方案论证 ……………………………………………1
2 工作方案设计 ………………………………………2
2.1 总体设计………………………………………………3
2.2 重要单元电路设计……………………………………3
2.2.1红外线发射电路 .....................3
2.2.2 红外接受放大电路 ...................4
2.2.3 时间延迟电路.......................5
2.2.4 吹风机开关电路.....................6
2.2.5 电源电路...........................7
3 芯片简介 …………………………………………8
3.1 NE555 ………………………………………8
3.2 CD4069 ………………………………………10
4 总结与体会 …………………………………………11
参照文献 ………………………………………………12
附录一 元件清单 …………………………………13
附录二 工作原理图 ………………………………15

1 方案论证
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、体育场馆等公共场合洗手间。其工作原理只是采用一种红外线控制电子开关，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。
成品自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，依照这个基本原理，用一只普通电热吹风机，加装一种红外控制开关，就可构成一种自动千手器，其效果与成品自动干手器是同样。通过查资料得知，如下两个方案。
方案一：红外线自动干手器电路由红外线发射器、红外线接受放大器和开关控制器构成。运用555定期器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可构成红外线自动干手器电路。当人们需要干手时，人们把手接近干手器时，由于手对红外线反射作用，使555定期器构成单稳态触发器产生一段时间高电平定期。
方案二：由单片机80C2051构成最小系统，加上外围采用8个光电耦合管，大大提高了敏感度，由于手对红外线反射，光电耦合管接受产生一种高电平，通过单片机I/O口如P1读取其状态，若检测到该口是高电平，通过程序控制此外一种I/O如P3^1输出一种高电平通过三极管放大驱动继电器工作，电机就开始工作，通过单片机中断定期。达到自动控制目。
比较上述两种方案，看似第二种方案更简朴，但是其需要硬软件相结合，增长原理上理解难度，不符合本设计规定，而第一种方案简洁易懂，较好结合了本学期课程任务，最后我选取了第一种方案。
2 工作方案设计
2.1 总体设计
2.1.1 系统构成框图
简易自动干手器控制电路总体框图如图2-1。它是由红外线发射电路，红外线接受电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和电源电路五某些构成。加上电机吹风电路，就构成了完整干手器。
红外线发
射电路
红外线接
收电路

时间延迟
电路

自动干手器开关电路
电源电路

图2-1 简易自动干手电路总体框图
红外线发射电路功能运用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体感应。红外线接受电路功能运用光敏元件接受发射出来光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同步对其进行放大。时间延迟电路功能运用单稳态电路特性，实现对自动干手器开关打开时间控制。自动干手器电路功能运用电磁阀作为自动干手器开关，从而可以通过控制电磁阀两端电压高低对干手器进行控制。
2.2重要单元电路设计
2.2.1红外线发射电路

图2-2 红外线发射电路
图2-2是电路为红外线发射电路，重要构成某些就是NE555构成多谐振荡器和红外线发射管SE303。SE303发射红外线在可见光范畴之外，故用图2-3中PH302感应接受红外线。而NE555作为多谐振荡器发射固定频率方波脉冲信号，激发SE303产生特定频率红外线。
电流从R1、R2进入，给C2充电，V7、V2电压升高，当V2达到8V左右时，NE555复位，输出端（引脚3）为低电平。之后C2通过R2放电，V2减少，当V2降到4V时，输出端输出高电平，SE303向外发射红外线。电源又通过R1、R2给C2充电，当V2升到8V时，触发器再次翻转。如此3号脚输出特定频率脉冲方波信号。
频率为f=1/T=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（20kΩ+2*62kΩ）100μF≈992Hz；
占空比：q=R1/(R1+2R2)= 20kΩ/（20kΩ+2*62kΩ）≈13.9%
从NE555输出端电流大概是200mA,而SE303正常工作只需20mA。故连上R3来限流，保护红外线发光二极管。
2.2.2红外接受放大电路

图2-3 红外线接受放大电路
图2-3是红外线接受放大电路，该电路由三某些构成。第一某些，红外接受装置PH302，第二某些是反相放大电路，此处用是六相反相器CD4069三个非门构成放大电路，第三某些是有两个反相器构成施密特电路，运用其回差特性，对数字信号进行滤波整流。当PH302未接受到光信号时相称于，反向截止，电路从R4过，C3左端高电平，大概是10v。当接受到光信号时，PH302处在导通状态，相称于短路，C3左端相称于直接接地，为低电平。通过C3、R5、D1、D2、D3、R6，反相放大后输出低电平为1V。在通过施密特整形滤波，整个发射电路输出低电平。（即人伸进手时输出低电平）。
2.2.3 时间延迟电路

图2-4时间延迟电路

图2-4是为时间延迟电路，其中C4、R9构成微分电路，将施密特触发器输出方波形成触发脉冲，实现对NE555可靠触发。背面是NE555芯片构成单稳态触发器，R6为上拉电阻，2号脚为输入端，当2号脚输入为低电平时（低于12*1/3=4v），通过555输出端（引脚3）为一种高电平，555进入暂稳态。由于tw(Max)=1.1*R10*C5=51.7s,因此吹风时间能实现0~51s内定期。之后电源通过上拉电阻R6充电，使2号脚电平升高超过12*1/3=4v，电源通过R7充电使6号脚变成超过8V，此时，NE555发生翻转，输出低电平。
2.2.4 吹风机开关电路
图2-5吹风机开关电路
图2-5是吹风机开关电路，电动机直接接在220V交流电上，不能直接用数字电路中微电来控制，因此要用继电器来控制。电磁继电器普通需要大电流，Ne555输出为高电平，继电器工作，开关K1闭合，电动机工作，VD5起到保护作用，当Ne555输出低电平时，继电器两端均为低电平，开关K1处在断开状态，电动机不工作。

2.2.5 电源电路

图2-6 电源电路
图2-6 是电源电路，电路直接从220V电网供电，通过T变压器电路，出来12V左右交流电压，通过二极管桥式整流电路，输出12v直流电流，然后在通过C7、C8完毕滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。它们共同构成电源电路，为
整个电路提供12v直流电压。

3 芯片简介

3.1 NE555
3.1.1 概述：
NE555是属于555系列计时IC其中一种型号，555系列IC接脚功能及运用都是相容，只是型号不同，而555是一种用途很广且相称普遍计时IC，只需少数电阻和电容，便可产生数位电路所需各种不同频率脉冲信号。
3.1.2 特点：
1.只需简朴电阻器、电容器，即可完毕特定振荡延时作用。其延时范畴极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它操作电源范畴极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列高、低态组合。
3.其输出端供应电流大，可直接推动各种自动控制负载。
4.它计时精准度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
3.1.3 NE555引脚分布阐明：

５５５定期器功能表
TH

OUT
放电管T
×
×
0
0
导通
＞ V CC
＞ V CC
1
0
导通
＜ V CC
＞ V CC
1
保持
保持
＜ V CC
＜ V CC
1
1
截止

图3-1 NE555内部电路、引脚图和功能表
Pin 1 -地线(或共同接地) ，普通被连接到电路共同接地。
Pin 2 -这个脚位是触发NE555使其启动它时间周期。触发信号上缘电压须不不大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 -当时间周期开始时，555输出脚位，移至比电源电压少1.7伏高电位。周期结束输出回到O伏左右低电位。于高电位时最大输出电流大概200 mA 。
Pin 4 -一种低逻辑电位送至这个脚位时会重置定期器和使输出回到一种低电位，即复位端。它普通被接到正电源或忽视不用。
Pin 5 -这个接脚准许由外部电压变化触发和闸限电压。当定期器经营在稳定或振荡运作方式下,这输入能用来变化或调节输出频率。
Pin 6 - 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚电压从1/3 VCC电压如下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 7 -这个接脚和重要输出接脚有相似电流输出能力，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。
Pin 8(V +)-这是555个计时器IC正电源电压端。供应电压范畴是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
参数功能特性：
供应电压4.5-16 V
输出电流225mA (max)
上升/下降时间100 ns

3.2 六反向放大器CD4069
图3-2 CD4069管脚图
CD4069由六个COS/MOS反相器电路构成，管脚图，如图3-2所示。此器件重要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换电路中。宽电源电压范畴：为3.0V〜15V ，有高抗干扰性，0.45V时，最大输出电流为230mA

4 总结与体会
总结
自动干手器电路是由红外线发射电路、红外接受电路、时间延迟电路、触发和继电器控制吹风机电路等构成。该产品可用于医院、食堂、公厕等公共场合，当有人洗手时，该电路会自动启动并关断，使用安全可靠、清洁卫生。
自动干手器重要构成某些就是555定期器电路。依照555强大功能可以制造出各种产品，干手器只是其中一种。在《数字电子技术基本》之中咱们已经学习了555定期器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手器让我对555定期器又有了更新结识，同步我也对红外线有了新理解，懂得了红外线遥控大体内容和原理。
体会
通过这次课程设计，我对直流稳压电源有了更深刻结识，特别是对电路原理理解，各元器件功能，特性结识，固然在设计过程中，咱们也遇到了诸多困难，例如说我想给这个电路加上一种湿度传感器，尽管我到图书馆电子阅览室里查了有关文献，在网上也搜了些有关资料，但因时间问题，未能实现对它改进。由于刚学过电子制图，因此这次作图问题不是太多。设计过程是困伤心程，也是我收获最大过程，它使我理论知识与实践相结合，对电路设计、理解能力有了进一步提高。总之，这次课程设计使我受益匪浅，让我对后来工作学习有了更大信心。
参照文献
1、何小艇，电子系统设计 浙江大学出版社， 6月
2、姚福安，电子电路设计与实践 山东科学技术出版社，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，电子线路设计指引 北京航空航天大学出版社，6月
5、康华光，电子技术基本 高教出版社，

附录一 元件清单
元件符号
特性与数量
型号及参数
R1~R9、R11
20K*1,62K*1,300*1,100K*2,10K*2,1M*1,30K*1,1K*1

1/4W碳膜电阻器E96系列,误差（±1%）
R10
1MΩ可变电阻*1
0RV30YN20S-B105
0.4~1W碳膜电阻
误差（±10%）
C1、C2、C4、C6
0.1uF*4

陶瓷电容
额定电压：0～50V
误差（±10%）
C3、C5、C7、C8
1uF*1,47uF*2,1000uF*1
电解电容
额定电压：0～50V
误差（±10%）
SE303
红外发射二极管*1
SE303
压降约 1.4V
电流 <20mA
Ph302
红外接受二极管*1
输出脉冲约为1mV
IC2
六反相器*1
CD4069
直流供电电压-0.5V ~+18V
功耗 500~700mW
工作温度范畴 -40~85℃
LED
发光二极管*1
Scr系列
压降1.5~2.0 V
工作电流1~10 mA
VD1~VD5
二极管*5
IN4001
最大整流电流:1.0A
最大反向电压:50V
最大功耗:3W
IC1，IC3
555定期器*2
NE555
供应电压4.5-18V
供应电流3-6 mA
输出电流225mA (max)
上升/下降时间100 ns
工作温度0~70℃
IC4
三端集成稳压器*1
MC78L12ABD
输出电压 12V
输入电压 14.5~27V
输出电流 100mA
工作温度 -40~125℃
K
*1
10A、250V电源开关
KT
*1
SRD-05VDC型5V直流继电器
M
电动机*1
15-25W交流吹风电动机
T
变压器*1
220V~12V交流变压器
附录二 工作原理图