红外线控制自动水龙头的数字电路图设计

本设计介绍了用红外发射与接受电路设计自动水龙头的原理及设计方案。红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接受放大电路、控制电路、电磁阀、电源组成。经5V恒压源，供给控制电路工作，然后由红外发射电路发射红外线，经红外接收电路接收、再经过放大选频，最后由控制电路控制电磁阀的开启，从而控制水龙头的开启和关闭的一个过程。如下图，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打开水源;反之则自动关闭水源。

与传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。系统电路设计简单实用使用方便、同时便于节能。

由于知识有限，文章可能会有不恰之处。

                              图1

根据框图，红外线自动水龙头控制器是由发射、接收与放大、译码、控制几部分组成。本设计中光敏传感器采用红外发光二极管、接受与放大用SFH506-38， LM567设计译码器；延时用555单稳态触发器；可控功率驱动元件采用固态继电器SP110等。其中SFH506-38新型红外遥控接收模块是将红外接收管、前置放大、解调等电路集成在同一基片上的功能模块。它具有体积小，无外部元件，抗干扰力强，接收角度宽，性价比高等优点。其次固体继电器具有高稳定、高可靠、无触点及寿命长等优点。

工作原理：将LM567第5脚上幅值约为4V的标准矩形波，通过R1引致三极管VT1的基极，使接在VT1发射极的红外线发射管导通并向周围空间发出调制红外光。当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水器就将红外光发射回一部分，被红外接收管接收并转换为相应的交变电压信号，经C1耦合至运放进行放大后，再经C2输入到LM567的第三3脚，经识别译码后，使第8脚输出低电平，又经反相后，驱动三极管VT2导通，使继电器吸合，继电器控制安装在水龙头上的电磁阀得电吸合放水，当手或容器离开后电路又恢复等待状态。

2.2 电路组成

                图2.2.1 反射式红外传感器

                 图2.2.3 LM741集成运放大器

2.2.4 电磁继电器

固体继电器具有高稳定、高可靠、无触点及寿命长等优点，广泛应用在电动机调速、正反转控制、调光、家用电器、烘箱烘道加温控温、送变电电网的建设与改造、电力拖动、印染、塑科加工、煤矿、钢铁、化工和军用等方面。

固体继电路工作原理：固体继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件．半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成，以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术持其封闭在外壳中、使与外界隔离，具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。

固体继电器由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成。

这里仅以应用较多的交流过零型固体继电器为例，介绍其工作原理。该电路采用了过零触发技术，具有电压过零时开启，负裁电流过零时关断的特性，在负载上可以得到一个完整的正弦波形，因此电路的射频干扰很小。

在此电路中我们用的是SP110型继电器，SP110型继电器是一个由发光二极管及两个反向接光电可控硅组成的四端器件。这两部分分别在焊在陶瓷基片上，用导光胶进行光路耦合，外部用密封材料固封。见图2.2.4

图2.2.4  SP110型继电器内部原理图

本电路见图2.2.5，低压部分采用6v直流稳压电源供电，具体设计如下：

根据设计要求组成电路的主要部分有555构成的单稳态触发器延时电路，其工作电压为4.5－18V，作为接收与放大电路使用的SFH506-38其工作电压为5V左右，阀门开关控制电路是由LM567音频译码器和晶体管组成，其工作电压为4.5V－17V,电磁阀5V－12V，由此可知，电源电压应为6V使电路正常工作。

图2.2.5电源电路

电源由变压器，整流桥，滤波器，稳压器组成。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤波；滤波后稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

（1）变压器将220V50HZ交流电变成整流滤波所需的交流电压。本设计是把  220V交流电变为9V交流电。

（2）整流电路将交流电压经过变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除比较大的波纹成分，输出波纹比较小的直流电压。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本电源电路设计是采用全波整流滤波，是由VI~V4进行全波整流，再经过电容C1滤波获得比较平滑的直流电。

（3）经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电，因此需要经过稳压电路将电压稳定到电路系统所需要的要求。本电路采用L7806稳压管进行稳压。LM7806外观图：

2.2.6 延时电路（振荡电路）

振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路（如图所示）。

（1）电路图                           （2）工作波形

图2.2.6 由定时器构成的多谐振荡器

2.2.7红外发射、接收和放大电路

本设计采用的是SFH506-38元器件， SFH506-38系列新型红外遥控接收模块是将红外接收管、前置放大、解调等电路集成在同一基片上的功能模块。它具有体积小，无外部元件，抗干扰力强，接收角度宽，性价比高等优点，它完全可取代电视、音响和其它电器设备中的常规红外遥控接收电路，且实践证明效果很好。

（1） 分类

SFH506-38红外遥控接收模块接收载波频率为38kHz，

SFH系列分为：30,33,36,40,56kHz。

（2） 外形及引脚功能

SFH506-38红外接收模块采用黑色环氧树脂封装形式。

引脚功能为：1脚公共端，2脚电源正端，3脚输出端，见图2.2.7

图2.2.7 SFH506-38封装及内部结构

图2.2.7（2） 红外发射、接收放大电路

三、红外线控制自动水龙头的工作原理

              总电路原理（见图3）220V交流电路经变压器T降压，变为9V交流电，再由桥式整流，C1滤波，三端稳压集成电路7806稳压，得到 6V直流电供给控制电路工作。LED1为红色发光二极管，用作水龙头的电源指示。A1为红外接收放大电路SFH506-38，A2为锁相环音频译码器 LM567，A2与R3、C6组成振荡器，R3、C6决定A2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号输入端，8脚为逻辑输出端，该输出是一个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA，LM567的工作电压为4.75V～9V，工作频率可从零点几赫兹到500kHz，，静态工作电流为 8mA。A3为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，能保证水龙头的正常出水。

LM567芯片5脚输出的振荡信号经三极管功率放大后，推动红外发射二极管VD向外发射红外线。没有人洗手时，红外接收电路A1接收不到VD向外发射的红外线，A2的3脚无信号输入，8脚为高电平，A3的3脚为低电平，三极管截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当人手放到水龙头下时，A1接收到人手反射的红外线并经A1放大后，输入到A2的3脚，由A2内部处理后使A2的8脚输出低电平，从而使A3的低触发端2脚变为低电位，导致A3的3脚输出高电平，三极管导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220V交流电源，Y开始动作，使水龙头放出自来水，供人们洗涤之用，同时发光二极管LED2发出绿光，指示洗手器正工作于放水状态。洗涤完毕，人手离开水龙头后，A3延时几秒钟后复位，使水龙头停止放水。

图3. 红外线控制自动水龙头的工作原理图

完整的Word格式文档51黑下载地址：

数电设计自动水龙头的设计.docx (433.69 KB, 下载次数: 65)