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1、扬州工业职业技术学院毕业设计课题名称： 红外控制的节水龙头的设计 系 部： 电子信息工程系 班 级： 1001电气自动化 姓 名： 张静雅 指导教师： 钱 静 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文第 一 部 分任务书 扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导老师钱静职称副教授学生姓名张静雅班级1001电气技术学号1005010106设计题目红外控制的节水龙头设计设计内容目标和要求设计目标： 基于基本电路的设计与测量调试技术、电子产品的设计与调试技术等，实现红外控制节水龙头的应用设计。突出课题设计的实用性、合理性、专业性，提升学生的动手能力、创新能
2、力、职业能力等的培养。设计内容：1、了解常用红外水龙头的类型及其控制方法，构建系统的设计思路。2、根据设计思路，综合考虑现有实践条件，制定系统的设计方案。3、根据设计方案，综合应用电路设计、电子产品设计等，完成硬件电路原理图的设计与实现；4、结合红外控制水龙头的工作状态，完成实物的制作与调试。设计要求：1、收集、整理与毕业设计课题有关领域的信息资料，资料收集充分、利用率高；2、毕业设计结构合理、逻辑层次清晰、设计过程正确、调试方法符合系统要求、调试结果正确；3、毕业设计书写规范，格式符合学院要求；4、用语规范、单位标准、参数符合行业规定范围；5、图、表整齐、规范，符合要求。教研室审核系部审核第
3、 二 部 分开题报告扬州工业职业技术学院 电子信息工程 系2013届毕业设计（论文）开题报告书（表1）学生姓名 张静雅专业电气技术班级1001电气学号1005010106题 目红外控制的节水龙头的设计指导教师钱静职称副教授学 位题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】红外线控制的自动节水龙头，是通过红外线来控制电磁阀达到控制水龙头开关的目的。用红外线发生装置和接收装置实现对是否有人要开启水龙头进行判断，通过放大电路及其电磁阀的控制电路实现智能控制。要求： 1.构建红外反射式感应电路。 2.利用解调红外信号并控制电磁阀与电源的接通与断开。 3.实现如下功能：当人手或物体接
4、近水龙头，产生红外发射，电磁阀电源接通，水龙头开启，有水流出；反之，电磁阀关闭，无水流出。【前言】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、体积重量轻的方向发展。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。红外线水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定，发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，其广泛用于家
5、庭、商场、工厂、学校、餐厅等场所，而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要的意义。【方案的比较与评价】方案一整个系统由电源电路、红外感应电路、延时电路及开关控制电路四大部分构成。方案二整个系统由变压器及整流滤波稳压电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路、电磁阀控制电路五大部分构成。通过比较得知：方案一与方案二相比，电路设计更简单、性能更稳定、性价比更高，更符合实际需要，同时，方案一的灵敏度高，使用起来更方便快捷。综上所述，选择方案一更符合毕业设计的要求。【预期的效果及指标】红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路
6、对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。自动水龙头开关电路的功能是利用电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。用红外线的发生装置和接收装置实现对是否有人要用水龙头的判断，通过放大电路及其电磁水阀门的控制电路实现智能控制。【进度安排】2012 年 10月1 日 2012年10月31日 选题、调研、收集资料2012 年11 月1 日 2012年12月31日 论证、开题2013 年01 月1 日 2013年03月31日 设计（写作初稿）2013 年04月 1日 2013年05月07日 修改、定稿
7、、打印【参考文献】1 吴勤保，辛晓锋，刘安军. 一种红外光控自动水龙头的研制J. 电子制作. 2007(07)2 秉时. 一种红外全自动水龙头的制作J. 红外. 2003(02) 3 用红外线控制水龙头J. 激光与光电子学进展. 2000(09)4 甘临洮. 家用自动水龙头J. 家用电器. 2001(01)5 林长浩. 红外线控制全自动水龙头J. 电子世界. 1996(01)6 王秉时，万国祥. 红外自动水龙头J. 红外. 1997(09)7 张洪波. 人体红外传感自动水龙头J. 中小企业科技信息. 1998(11)8 秉时. 人体红外线自动洗手开关J. 红外. 1998(11)9 潘建新.
8、红外线自动水龙头J. 家庭电子. 1998(02)10傅劲松. 电子制作实例集锦J. 红外. 2006(02)【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见（请说明理由） 其它（请说明）队系（部）主任签章： 年 月 日第 三 部 分毕业设计正文红外控制的节水龙头设计张静雅1001电气自动化摘 要本文设计的红外自动水龙头采用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号
9、转化为电信号，同时对其进行放大。自动水龙头开关电路的功能是利用电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。关键字 红外线 光敏元件 电磁阀 Infrared control design of the automatic faucetsJingya Zhang1001 electric automatizationAbstract ：Infrared automatic faucet is designed in this paper using infrared light emitting diode emitting light pulses, so as to re
10、alize the induction of human or object circuit. The infrared receiving circuit function is light pulse receiving emitted by the photosensitive element, and the optical pulse signal into electrical signals, and the amplification. Automatic faucet switch circuit function is to use the solenoid valve a
11、s automatic faucet switch, which can be through the electrical signal to control the water. Key words ：Infrared Signal frequency electromagnetic valve目 录第一章 绪论11.1 前言11.2 课题的内容与要求11.3 预期的效果及指标1第二章 红外传感器工作原理22.1 红外线22.2 红外传感器的分类32.3 红外线传感器的工作原理及特点42.3 红外线传感器的应用52.4 红外线自动控制水龙头的原理5第三章 红外线自动控制水龙头设计方案63.
12、1 方案一的原理图63.2 方案二的原理图83.3 方案比较10第四章 红外线自动控制水龙头设计114.1 系统组成方框图114.2 电路的设计12第五章 红外线自动控制水龙头制作155.1 元器件的选用155.2 红外线自动控制水龙头的元件清单205.3 元器件的装焊215.4 系统的调试22心得体会25致 谢26参考文献28第一章 绪论1.1 前言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、体积小、重量轻的方向发展。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
13、来越快。 红外水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定，发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，其广泛用于家庭、商场、工厂、学校、餐厅等场所。而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要的意义。1.2 课题的内容与要求红外线控制的自动水龙头，是通过红外线传感器来控制电磁阀的开与关，从而自动开启或关闭水龙头。用红外线的发生装置和接收装置实现对是否有人要用水进行判断，通过放大电路及其电磁阀的控制电路实现智能
14、控制。要求：1.构建红外反射式感应电路； 2.利用解调红外信号并控制电磁阀与电源接通与断开； 3.实现如下功能：当人手或物体接近水龙头，产生红外发射，电磁阀电源接通，水龙头自动开启，有水流出；当人手或物体离开水龙头时，电磁阀自动关闭，水龙头断水。1.3 预期的效果及指标红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。自动水龙头开关电路的功能是利用电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。用红外线的发生装置和接收装置实现对是否有人要用水
15、龙头进行判断，通过放大电路及其电磁阀的控制电路实现智能控制。第二章 红外传感器工作原理2.1 红外线红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射。红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段，透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途， 俗称红外光。红外线按波长来分，分别为：（1）近红外线 (NIR, IR-A DIN)：波长在0.751.4微米，以水的吸收来定义，由于在二氧化硅玻璃中的低衰减
16、率，通常使用在光纤通信中。在这个区域的波长对影像的增强非常敏锐。例如，包括夜视设备，像是夜视镜。短波长红外线 (SWIR, IR-B DIN)：1.43微米，水的吸收在1,450纳米显著的增加。1,530至1,560纳米是主导远距离通信的主要光谱区域。（2）中波长红外线 (MWIR, IR-C DIN) 也称为中红外线：波长在38微米。被动式的红外线追热导向导弹技术在设计上就是使用35微米波段的大气窗口来工作，对飞机红外线标识的归航，通常是针对飞机引擎排放的羽流。（3）长波长红外线 (LWIR, IR-C DIN)：815微米。这是热成像的区域，在这个波段的传感器不需要其他的光或外部热源，例如
17、太阳、月球或红外灯，就可以获得完整的热排放量的被动影像。前视性红外线(FLIR)系统使用这个区域的频谱。（4）远红外线 (FIR)：151,000微米，属于红外线的波长范围，位于可见光光谱红色光的外侧，为不可见光，生物体可以“热”的型式，感受其存在。红外线的物理性质：1.有热效应：红外线波长较长，频率较低，能量不够，远远达不到原子、分子解体的效果。因此，红外线只能穿透了原子分子的间隙中，而不能穿透到原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生改变，这
18、就是红外线的热效应。2.穿透云雾的能力强。2.2 红外传感器的分类红外传感器就是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类(如图2-1、图2-2 )。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。图2-1 透射
19、式红外传感器图2-2 反射式红外传感器红外线传感器依动作可分为：(1) 将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。热型的现象俗称为焦热效应，其中最具代表性者有测辐射热器 (Thermal Bolometer)，热电堆(Thermopile)及热电(Pyroelectric)元件。热型的优点有：可常温动作下操作，波长依存性(波长不同感度有很大之变化者)并不存在，造假便宜；缺点：感度低、响应慢。(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。量子型的优点：感度高、响应快速；缺点：必须冷却(液体氮气) 、有波长依存性、价格偏高；2.2
20、 红外传感器的工作原理及特点一个完整的红外探测系统包括以下几部分：（1）待测目标根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。（2）大气衰减待测目标的红外辐射通过地球大气层时，因为气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。（3）光学接收器它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线，常用是物镜。（4）辐射调制器 对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。（5）红外探测器这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多
21、数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学效应。（6）探测器制冷器因为某些探测器必需要在低温下工作，所以相应的系统必需有制冷设备。经由制冷设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。（7）信号处理系统 将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提炼出信息。然后将此类信息转化成为所需要的输出信号，最后输送到控制设备或者显示器中。（8）显示设备 这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。2.3 红外线传感器的应用红外传感器在日常生活中最常见的应用是自动门控制系统和沟槽厕所节水器。以红外自动感应门为例：在一些
22、高级饭店、宾馆和公共场所都设有自动门，是通过红外线反射原理，当人走到门前时，红外线发射管发出的红外线由于人体反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令门会自动打开；人过后，电磁阀没有接受信号，门会自动关闭，达到全自动控制的目的。 2.4 红外线自动控制水龙头的原理 红外线感应水龙头是通过红外线反射原理，当人手放在水龙头的红外线照射区域内，红外线发射管发出的红外线由于人手的遮挡反射到红外线接收管，通过集成电路与放大电路处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后打开阀芯来控制水龙头出水；当人手离开红外线感应范围，电磁阀接受不到动作信号，
23、电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制水龙头关水。开关水由感应器自动完成，无需人手直接接触水龙头，可有效避免细菌交叉感染，同时，还可以根据面盆形状确定最佳感应距离，无需人为调整，可以设置超时洗涤停水功能，避免因人手或物体长时间在感应范围内造成水资源浪费。第三章 红外线自动控制水龙头设计方案红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。自动水龙头开关电路的功能是利用电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。用红外线的发生装置和接收装
24、置实现对是否有人要用水龙头的判断，通过放大电路及其电磁水阀门的控制电路实现智能控制。下面进行两种方案的选择设计。3.1 方案一方案一的工作原理如下：整个系统由电源电路、红外感应电路、延时电路及开关控制电路四大部分构成。原理图如图3-1所示。电源电路：J2输入12V电源，D5可防止电源极性接反，R7为限流电阻，C2、C4滤波。红外感应电路：由U1C、R10、R11、D6、C5构成振荡器，从U1的10脚输出脉冲信号，经Q4放大后驱动红外发射管D2向空间发射红外信号。此信号如果没有被障碍物挡住，红外接收管D1无法接收到信号，故后续电路不工作；当D2前面有障碍物时（如人手在D2前面晃动），发射的红外线
25、信号被阻碍物反射回来，就会被D1接收到，接受的信号经Q1、Q2放大，最后R3端输出放大的红外信号，再由U1A进行选频、U1D进行整形最后在U1的11脚输出。延时电路：R5、VR1、C3组成延时电路，调节VR1可以调节每次动作后的延时时间，本电路延时时间在040S范围内可调。开关控制电路：Q3、Q5、K1构成开关控制电路。若D1接收到信号后，最后会在U1的4脚输出经延时后的低电平控制信号，使Q3、Q5导通，K1吸合。D3为继电器工作状态指示灯。图3-1 方案一电路图3.2 方案二方案二的工作原理如下：整个系统由变压器及整流滤波稳压电路、灵敏度调节电路、红外发射电路、红外接收电路、电磁阀控制电路五
26、大部分构成。原理图如图3-2所示。变压器及整流滤波稳压电路：IC4、VD2VD5、T、C7、C6共同构成了控制电路的直流电压产生电路，220V交流电压经T变压器从次级输出9V交流电压。该电压经整流、滤波、稳压，得到的5V电压提供给控制电路。灵敏度调节电路：Rp2是一只可变电阻， 调节其阻值，可改变IC27脚上的电位及VT1的导通状态。正常时，调整Rp2的阻值，7脚上的电压值为4.6V，VT1处于微饱和导通状态，此时，电路灵敏度最佳。红外发射电路：IC1的型号为CA7555,是一块时基集成电路，由该IC构成了红外发射电路。该电路是一个多谐振荡器，振荡频率为f=1|1.1x（Rp1+R1+R2）x
27、C1，调整Rp1的电阻值，可使发射电路的振荡频率f=38KHZ。该振荡频率的信号从IC1的3脚输出后， 由红外发射二极管LED1向外辐射红外光。R3是红外发射二极管LED1的限流保持电阻。红外接收电路：IC2是一块红外线接受集成电路。其1脚外接红外接收二极管；2脚所接的C2、R4主要是用来设置IC2内前置放大器的频率特性和增益的。IC2的1、2脚内还没有一级自动偏置限制（ABLC）电路， 其作用主要是用来防止强光的冲击干扰和提高对弱信号的放大能力；3脚所接的C3为检测电容，当其容量值变小时，检波输出脉冲的脉宽变动就大，极易造成遥控误动作。IC2的5脚与电源之间所接的R5为带通滤波器中心频率f0
28、的设置电阻；6脚与地之间所接的C4为内部整形电路的积分电容。当其容量值变大时，不但抗外部噪声干扰能力下降，而且输出脉冲的低电平持续时间也将增加，由此也会造成遥控失灵。电磁阀控制电路：红外遥控信号发射器的信号在无人洗手或接水时，IC2接收不到红外光而后级电路不会动作。当有人洗手或接水时，接近水龙头的手或盛水容器将红外反射回一部分，由红外接收管LED2接收并转化为相应的电信号。该信号通过IC2的1脚输入电阻（指IC内的等效输入电阻，其值约为45欧姆）形成了约40uV的电压信号，经前置放大、限幅放大、38kHz的带通滤波、峰值检波，使IC2的7脚输出的电压由高变低，使VD1、VT1相继导通，使LED
29、1发光，并使VS1双向晶闸管导通，使电磁阀DF-1得电，打开放水。图3-2 方案二电路图3.3 方案比较（1）方案一比方案二电路设计更简单；（2）方案一比方案二更稳定，更符合实际需要；（3）方案一比方案二性价比高，更符合实际要求；（4）方案一灵敏度高，使用起来更方便快捷。综上所述，选择方案一更符合实际。 第四章 红外线自动控制水龙头设计4.1 装置组成方框图红外线自动控制水龙头整个装置由五部分组成。装置组成方框图如图4-1所示： 电源 12V红外感应动作延时 开关控制 电磁阀动作4-1 装置组成方框图 反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前
30、两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜索很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图4-2所示）发射接收反射表面x 图4-2 红外发射接收原
31、理图 反射光强度的输出信号电压（Vout）是反射面与传感器之间的距离（X）的函数，设反射面物质为同种物质时，X与Vout的响应曲线是非线性的（如图4-3所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的。4Voutx/mm10 图4-3 光强度相应曲线图4.2 电路的设计（1）电源供电电路的设计 220v交流电通过电源变压器变换成交流低电压，经桥式整流电路D1D4，利用二极管的单向导通性进行整流，将交流电压整流为脉动直流电压，再经滤波电容进行滤波，降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流，得到直流电压信号，滤波电路的输出信号作为三端稳压器的输入信号，该信号经三端稳压器输出1
32、2V稳定的直流电压信号。在实际应用中为抑制高频干扰并防止产生自激振荡，常在三端稳压器的输入端和输出端各自并联一个电容器。在实际应用中，可以直接利用12V直流电源进行供电，电源部分如图4-4所示。图4-4 电源电路D5可防止电源极性反接，R7为限流电阻，C2、C4滤波用于滤去整流输出电压中的纹波，允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过。（2）红外感应电路的设计由U1C、R10、R11、D6、C5构成振荡器，将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出。其中U1C为集成电路HEF4093BP的引脚8、9、10。从U1C的10脚输出脉冲信号，经放大器Q4放大后驱动红外发射管D2
33、向空间发射红外信号。此信号如果没有被障碍物挡住，红外接收管D1无法接收到信号，故后续电路不工作；当D2前面有障碍物时（如人手在D2前面晃动），发射的红外线信号被阻碍物反射回来，就会被D1接收到，接受的信号经Q1、Q2放大，最后R3端输出放大的红外信号，再由集成电路U1A进行选频(U1A为集成电路HEF4093BP的引脚1、2、3)、U1D进行整形最后在U1的11脚输出（U1D为集成电路HEF4093BP的引脚12、13、11）。 红外感应电路如如图4-5所示。图4-5 红外线感应电路（3） 延时电路的设计电路中，在电路接通和断开时，利用电阻R和电容C的充放电作用实现吸合及释放的延时，使电路实现
34、短暂延时吸合的作用。电阻R5、滑动变阻器VR1、电容C3组成延时电路，电容起防止误动作的作用。VR1为滑动电阻器，通过改变电阻的大小达到延时的目的，所以调节VR1可以调节每次动作后的延时时间，其中延时电路的计算公式为：延时时间=R*C*ln(E-V)/E)公式中，电阻R和电容C是串联，R的单位为欧姆，C的单位为F；E为串联电阻和电容之间的电压，V为电容间要达到的电压。ln是自然对数。由此求得延时时间，本电路延时时间在040S范围内可调。延时电路如图4-6所示。 图4-6 延时电路（4）开关控制电路的设计开关控制电路主要用于控制接入工作设备电磁阀。开关控制电路由放大器Q3、Q5和继电器K1构成，
35、如图4-7所示。D1为红外接收器，U1C为HEF4093BP的引脚8、9、10。若红外接收器D1接收到人手或物体反射回来的信号后，经放大、延时，最后会在U1B的4脚输出延时后的低电平控制信号，使三极管Q3和Q5导通，继电器线圈K1通电，其常开触点吸合，接入的电磁阀通电，水龙头自动开启，有水流出。D3为继电器工作状态指示灯，当继电器通电时，D3亮。当无人用水时，红外接收器D1接收不到信号，在U1B的4脚会输出高电平控制信号，此时，三极管Q3和Q5截止，继电器线圈K1不通电，常开触点无法吸合，后续的电磁阀不通电，处于关闭状态，水龙头无水流出。图4-7 开关控制电路 第五章 红外线自动控制水龙头制作
36、基于基本电路的设计与测量调试技术、电子产品的设计与调试技术等，实现红外控制节水龙头的应用设计。红外线自动控制水龙头能够智能节水，超时保护水的利用、智能省电、维护方便，方便了生活。5.1 元器件的选用（1）HEF4093BPHEF4093BP是飞利浦生产的集成电路，它是由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发功能的2输入与非门。每个门在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V P)T和下降电压(V N)之差定义为滞后电压(V T)。HEF4093BP的引脚如图5-1所示。图5-1 HEF4093BP引脚图HEF4093BP的内部结构如图5-2所示。图5-2
37、HEF4093BP内部结构图HEF4093BP的各引脚功能如表5-1所示。表5-1 HEF4093BP的各引脚功能A数据输入端E数据输入端J数据输出端B数据输入端F数据输入端K数据输出端C数据输入端G数据输入端L数据输出端D数据输入端H数据输入端M数据输出端VDD正电源VSS地（2）电阻 电阻分为实芯碳质电阻器、绕线电阻器、薄膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、合成膜电阻、金属玻璃铀电阻器等类型。金属膜电阻器就是以特种金属或合金作电阻材料，用真空蒸发或溅射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成电阻膜层的电阻器。它的耐热性、噪声电势、温度系数、电压系数等电性能比碳膜电阻器优良。金属膜电阻器的制造工
38、艺比较灵活，不仅可以调整它的材料成分和膜层厚度，也可通过刻槽调整阻值，因而可以制成性能良好，阻值范围较宽的电阻器。（3）电解电容 单位体积内电容量最大的电容器是由铝或钽制成的电解电容。它们的基本结构是浸在电解液中的两个极板。单个或两个电极用一层极薄的铝或钽的氧化物包裹，形成具有很高介电常数和良好电性能的薄膜。电解液使薄膜和电极间接触。电容器整体被放在抗漏性能好的金属壳内。在阴极与阳极之间加直流电压后形成一层介电膜，从而使电极永远极化。如果两块极板都极化形成介电膜，就可得到无极性电容，其容量为相同的极性电容器容量的一半。对于电解电容谐振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云
39、母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。本设计采用铝电解电容。（4）瓷片电容瓷片电容分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合（包括高频在内）。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。（5）电位器 电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三
40、端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。 (6)红外线发射管 选用的红外发射管为SE302。红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树封装。红外发射管发光的原理是半导体PN结中的电子与空穴复合时产生光子，不同的材料由于能带宽度不同，导致发光颜色和导通电压不同。另外，不同材料的发光效率（一般以量子效
41、率衡量，量子效率=发射的光子数/流过的电子数）也有较大的差别。（7）红外接收管就是将光信号（不可见光）转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，红外信号经接收管解调后，数据 “0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外或者可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管（或光敏三极管）。标准的光电传感
42、器可以分为漫反射型、反射型、对射型、槽型、光纤传感器、色标传感器、光通讯、激光测距、光栅、防爆/隔爆型等十种。（8）三极管 半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极的引线分别叫做基极B、发射机E和集电极C能起到放大震动震荡开关等作用的半导体器件。如图5-3 三极管元器件图图5-3 三极管元器件图晶体三极管以下简称三极管，按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其
43、中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区
44、做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：1=Ic/Ib 式中：1-称为直流放大倍数，集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比为：= Ic/Ib。式中-称为交流电流放大倍数。由于低频时1和的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为
