【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 案二的原理。 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 5 2 自動(dòng)感應(yīng)水龍頭的構(gòu)成及原理 自動(dòng)感應(yīng)水龍 頭的構(gòu)成及傳感器控制 水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發(fā)射和接收一般使用紅外發(fā)光二極管和紅外接收管來(lái)完成。當(dāng)有物體靠近時(shí)，一部份紅外光被發(fā)射到接收管。反射式紅外傳感器（如圖 所示）。 圖 反射式紅外傳感器 反射式光電傳感器可以用來(lái)檢測(cè)地面明暗和顏色的變化，也可以探測(cè)有無(wú)接近的物體。我設(shè)計(jì)的紅外線控制自動(dòng)水龍頭就運(yùn)用了它這個(gè)特點(diǎn)。光譜范圍，靈敏度，抗干擾能力，輸出特性等都是反射式光電 傳感器的重要參數(shù)。這種光電傳感器的基本原理是，當(dāng)人或有物體接近時(shí)，遮擋了紅外光，光敏元件接收到光信號(hào)，從而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電磁閥作用，使水源打開(kāi)。紅外線控制自動(dòng)水龍頭的控制過(guò)程是：當(dāng)人或物體靠近自動(dòng)水龍頭時(shí)，紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體反射到紅外接收光電管。接收光電管接收到的反射光信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 從而驅(qū)動(dòng)高速集成開(kāi)關(guān)閉合，使電磁水閥得電工作，打開(kāi)水閥，水源流出 。當(dāng)人手或物體離開(kāi)自動(dòng)水龍頭時(shí)，接收光電管接收不到反射光信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)電磁閥電源，從而關(guān)閉水源。 物體 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 6 自動(dòng)感應(yīng)水龍頭的原理方框圖 自 動(dòng)感應(yīng)水龍頭總共分為 4 個(gè)硬件部分，如圖 圖 自動(dòng)感應(yīng)水龍頭原理圖 紅外反射式光電傳感器的特性及原理 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光發(fā)光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率比較集中，傳感器只結(jié)合搜很窄的頻率范圍信號(hào)，不容易被干擾，但價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射，同時(shí)又能被接收管接收到的范圍進(jìn)行檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié) 果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量，將會(huì)因?yàn)楦蓴_而產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測(cè)量原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送給紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào)（如圖 所示） 紅外反射式光電傳感器 高速集成開(kāi)關(guān) 電磁 水閥 提供 12V直流電壓為電路和各元器件供電 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 7 反射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)電壓（ Vout）是反射面與傳感器之間的距離（ X）的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時(shí)， X 與 Vout 的響應(yīng)曲線是非線性的（如圖 所示）。設(shè)定出電壓達(dá)到某一閥值時(shí)作為目標(biāo)，不同的目標(biāo) 距離閥值，電壓是不同的 圖 紅外發(fā)射接收原理圖 圖 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線圖 高速集成開(kāi)關(guān)的特性及原理 從狹義上講電子開(kāi)關(guān)是指利用電力電子器件實(shí)現(xiàn) 電路 通斷的運(yùn)行單元，至少包括一個(gè)可控的電子閥器件。如 晶閘管 ， 光電開(kāi)發(fā)射 接收 反 射 表 面 x Vout x/mm 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 8 關(guān) ，各種開(kāi)關(guān)型數(shù)字傳感器。可用于開(kāi)關(guān)電源，信號(hào)檢測(cè)與識(shí)別等。 從廣義上講電子開(kāi)關(guān)是指電子產(chǎn)品中所使用的各類(lèi)控制電路通斷的開(kāi)關(guān)。有常開(kāi)式、常閉式、自鎖開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)等。 高速集成開(kāi)關(guān)屬于電子開(kāi)關(guān)的一種，較傳統(tǒng)電子開(kāi)關(guān)而言，高速集成開(kāi)關(guān)有著集成度高、工作頻率大、使用方便等特點(diǎn) ，也符 合當(dāng)今電子開(kāi)關(guān)集成化、模塊化、高頻化、小型化的特點(diǎn)。 高速集成開(kāi)關(guān)一般具有四個(gè)端口 （如圖 所示） ，分別是控制端（ EN）、輸入端（ IN）、輸出端（ OUT）和接地端（ GND）。當(dāng)高速集成開(kāi)關(guān)的控制端 為高電平時(shí)，就會(huì)使輸入端和輸出端導(dǎo)通，反之控制端為低電平時(shí)，輸入端和輸出端則斷開(kāi)。 圖 高速集成開(kāi)關(guān) IN OUT EN GND 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 9 3 自動(dòng)感應(yīng)水龍頭的器件選用 自動(dòng)感應(yīng)水龍頭所用到的主要器件為紅外反射式光電傳感器 、高速集成電子開(kāi)關(guān)和通水電磁閥?？紤]到成本、使用方便、器件體積等因 素，選用 TX05D 型 紅外 反射開(kāi)關(guān)、 TWH8778 型 高速集成開(kāi)關(guān)和通水電磁閥。 TX05D 型紅外反射開(kāi)關(guān) TX05D 型紅外反射開(kāi)關(guān)概述 TX05D 是一種一體化的紅外線發(fā)射，接收器件，它內(nèi)部包含紅外線發(fā)射，接收及信號(hào)放大與處理電路，能夠以非接觸形式檢測(cè)出前方一定范圍內(nèi)的人體或物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。由于 TX05D內(nèi)部采用了低功耗器件和抗干擾電路，所以工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)控制等裝置中。如：光電計(jì)數(shù)器，接近式照明開(kāi)關(guān)，自動(dòng)干手器，自控水龍頭，感應(yīng) 門(mén)鈴，倒車(chē)告警電路。 TX05D 型紅外反射開(kāi)關(guān) 結(jié)構(gòu)及原理 TX05D 的外形和引線見(jiàn)圖 ，本器件屬模塊化產(chǎn)品，全部電路焊裝在一只 46x32x17mm（不包括安裝支架）的塑料盒內(nèi)。盒的側(cè)面設(shè)有狀態(tài)指示和靈敏度調(diào)節(jié)孔，一只紅色發(fā)光管用來(lái)指示開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，平時(shí)熄滅，有反射物時(shí)發(fā)光。靈敏度調(diào)節(jié)孔用來(lái)調(diào)節(jié)反射檢測(cè)距離，順時(shí)針調(diào)距離增大，逆時(shí)針調(diào)距離減小。 TX05D 通過(guò)一條 米的雙芯屏蔽線做為輸出引線，其中紅色線為電源正極，白色線為輸出端，銅網(wǎng)接電源負(fù)極。白色線靜態(tài)時(shí)為低電平，有反射物時(shí)輸出高自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 10 電平。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如需加長(zhǎng)引出線，可選用相同材質(zhì)的雙芯屏蔽線即可。 圖 TX05D 外形及引線圖 TX05D 的工作原理：當(dāng) TX05D 接通電源后，即從模塊內(nèi)部的紅外線發(fā)射管向前方發(fā)射 38KHZ 的調(diào)制紅外線，一旦有物體或人體進(jìn)入有效范圍內(nèi)時(shí)，紅外線就會(huì)有一部分被反射回來(lái)，被與發(fā)射管同排安裝的光敏接收管收到并轉(zhuǎn)換成同頻率的電信號(hào)后，由模塊內(nèi)部電路進(jìn)行放大，解調(diào)，整形，比較處理后，在輸出端給出高電平信號(hào)。模塊的紅外線發(fā)射能力與工作電壓有關(guān)。工作電壓越高，紅外線發(fā)射功率越強(qiáng)，檢測(cè)距離就越遠(yuǎn)；反之，電壓低，檢測(cè)距離就相對(duì)較近。 TX05D 型紅外反射開(kāi)關(guān)的電參數(shù) TX05D 的輸出端內(nèi)部電路見(jiàn)圖 ，由于考慮器件的通用性和輸出保護(hù)措施，加入了限流保護(hù)電路，當(dāng)外接負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)啟動(dòng)保護(hù)，自動(dòng)減小電流輸出，以保護(hù)組件和外部負(fù)載的安全。如用戶有特殊需要或批量定貨時(shí)可申請(qǐng)減去保護(hù)電路，以便能直接驅(qū)動(dòng)功率較大的負(fù)載，如電機(jī)，繼電器等。 TX05D 的電參數(shù)： 1. 工作電壓： 5～ 12V 2. 極限電壓： 15V 3. 工作電流： 5～ 20mA 4. 最大工作電流： 30mA 5. 對(duì)應(yīng)檢測(cè)距離： 0～ 120cm 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 11 6. 當(dāng)工作電壓 12V 時(shí)： 輸出最大灌電流： 50mA 最大輸出電流： 3mA 圖 TX05D 內(nèi)部電路圖 TX05D 型紅外反射開(kāi)關(guān)的注意事項(xiàng) 1. 在 TX05D 的前方或側(cè)面不應(yīng)有大面積的阻擋物或反射物，以免影響其正常工作。 2. 外界的各種顏色因?qū)t外線的反射效率不同，表現(xiàn)出的檢測(cè)距離也不一樣。如我們站在 TX05D 的前方，身著淺色（白、灰、黃）和身著深色（黑、藍(lán)、紫）時(shí)會(huì)造成檢測(cè)距離的不同，此屬正常現(xiàn)象。 3. TX05D 的檢測(cè)距離于工作電壓有關(guān)，電壓越高距離越遠(yuǎn)。 4. 使用時(shí)請(qǐng)注意回避正對(duì)日光燈（不包括用電子變壓器啟動(dòng)的日光燈）。 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 12 TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān) TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān)概述 TWH8778 屬于高速集成電子開(kāi)關(guān)，可用于各種自動(dòng)控制電路。TWH8778 外形簡(jiǎn)單，外圍電路簡(jiǎn)單，內(nèi)部包含過(guò)熱，過(guò)壓保護(hù)電路。其內(nèi)部具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)功能，可以適合大電流的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。在一些定時(shí)器、報(bào)警器等實(shí)用電路中廣泛使用。 TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)及原理 TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān)帶有散熱片，采用 TO220 封裝 ，如圖 所示 ?？偣?5 個(gè)引腳，引腳排列從左向右分別是： 1 腳（輸入端） 3 腳（輸出端）、 4 腳（ 地）、 5 腳（控制極）。 圖 TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān) TWH8778 有以下主要特點(diǎn)： 1. 輸出電流大， 24V 時(shí)為 2. 電源 輸入級(jí)設(shè)有完善的自動(dòng)過(guò)電壓保護(hù)電路 3. 具有輸出限流電路 4. 開(kāi)關(guān) 壓降小，約 自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的 設(shè)計(jì)與仿真 13 5. 電路控制端可百接與 TTL、 CMOS 電路連接 6. 具有熱保護(hù)功能 。7)靜態(tài)功耗小，當(dāng)負(fù)載斷開(kāi)時(shí)僅 5OμA；其 有效工作頻率達(dá) 15kHZ。 TWH8778是一種設(shè)計(jì)新穎的開(kāi)關(guān)器件。其 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 。 TWH8778 的簡(jiǎn)單工作原理是 ： 當(dāng) EN 腳 (控制端 )為數(shù)字高電平時(shí)(≥，＜ (6V)，輸大端 IN 至輸出端 OUT即接通，反之即斷開(kāi)。 圖 TWH8778 內(nèi)部結(jié)構(gòu) TWH8778 型高速集成開(kāi)關(guān)的電參數(shù) 1. 過(guò)壓保護(hù)：典型值 30V 最大值 40V 2. 最小輸入電壓