模擬電子課程設計-紅外線控制自動水龍頭的設計(編輯修改稿)
2024-07-24 04:44 本頁面
【文章內容簡介】 高，可以高頻調制，在遮光狀態(tài)下的特性類似普通二極管，使用時加反向電壓，輸出與光照強度近似成正比的光電流。光電三極管一般基極不引出，只有兩根管腳，購買的時候叫作光敏管。光電三極管產(chǎn)生的電流較大，無需前置高倍放大，但是速度較低，調制頻率低于100KHz。遮光狀態(tài)下正反向電阻都很大，用強光照射，可以測出一個方向的電阻明顯變小，這個方向是正向，使用時加正向電壓＞1V，輸出與光照強度近似成正比的光電流。這些光電接收管的外殼有無色透明和黑色兩種，黑色管殼幾乎只透過紅外光，與紅外發(fā)光管配套使用。光敏電阻的電特性是電阻而不是恒流，受到光照后電阻值大幅度減小，輸出電流也較大，數(shù)量級類似光電三極管。工作頻率一般較低，但也有高的。在使用上最重要的區(qū)別于光敏電阻接收光照的是一個平面，沒有管殼聚光，方向性差，一般用在不區(qū)分光照方向或者要降低成本的電路里。接收管的光譜特性：光電二極管，光電三極管都是半導體PN結光電元件，靠內光電效應接收光線，因此入射光子能量超過材料能帶寬度才能接收，表現(xiàn)在它的光譜。靈敏度特性在長波方向有一個陡的截止。在短波方向如果波長太短，靈敏度也會下降。一般的硅管最適合用在紅外到紅黃光范圍內，但是可以一直用到近紫外。另類的應用，用發(fā)光二極管當充電二極管，它的材料能帶較寬，只接收短波的可見光。理論上可以用于識別顏色。某些光敏電阻對于可見光中間部分的靈敏度較高。加裝濾色片可以方便的改變管子的光譜特性，以制造各種顏色傳感器。 第三章 紅外控制自動水龍頭設計 水龍頭的構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完成。當有物體靠近時，一部份紅外光被發(fā)射到接收管。反射式紅外傳感器（如圖31所示）。物體圖31 反射式紅外傳感器反射式光電傳感器可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。我設計的紅外線控制自動水龍頭就運用了它這個特點。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，當人或有物體接近時，遮擋了紅外光，光敏元件接收到光信號，從而進行光電轉換，電磁閥作用，使水源打開。紅外線控制自動水龍頭的控制過程是：當人或物體靠近自動水龍頭時，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自動轉換為電信號，經(jīng)過后續(xù)電路進一步放大、整形、譯碼，最后驅動電路控制電磁閥動作打開水源。當人手或物體離開自動水龍頭時，接收光電管接收不到反射光信號，驅動電路斷開電磁閥電源，從而關閉水源。 系統(tǒng)組成方框圖紅外線自動控制水龍頭整個控制過程分為5個部分。系統(tǒng)組成方框圖如圖32所示。 多諧振蕩器 調幅紅外光紅外接收電壓放大（LM741） 音頻譯碼 （LM567）電磁閥動作圖32 系統(tǒng)組成方框圖 紅外反射式光電傳感器特性與工作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，傳感器只結合搜很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾，但價格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射，同時又能被接收管接收到的范圍進行檢測，然而這是一種理想的結果。因為光的反射受到多種因素的影響，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)射和接收管進行測量，將會因為干擾而產(chǎn)生錯誤信號。采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調制后送給紅外管發(fā)射，光敏管接收調制的紅外信號（如圖33所示）。Vout反射光強度的輸出信號電壓（Vout）是反射面與傳感器之間的距離（X）的函數(shù)，設反射面物質為同種物質時，X與Vout的響應曲線是非線性的（如圖34所示）。設定出電壓達到某一閥值時作為目標，不同的目標距離閥值，電壓是不同的。發(fā)射接收反射表面x4x/mm10圖33 紅外發(fā)射接收原理圖 圖34 光強度相應曲線圖 紅外線控制自動水龍頭的工作原理 紅外線水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成紅外線水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。其中發(fā)射電路由多諧振蕩器和紅外發(fā)射二極管；接收電路包括紅外接收管D1和D運算放大器（LM741）、音頻譯碼器（LM567）、繼電器K、電源電路等組成。 紅外線水龍頭控制電路的原理圖見附錄。 紅外線水龍頭控制電路工作原理工作原理：發(fā)射電路中，多諧振蕩器由IC（555）。其振蕩頻率為f=（R0+2R1）C7，振蕩輸出信號驅動TLN104型的LED1~LED3工作，從而產(chǎn)生紅外脈沖調制波。，采用TLN104型。，經(jīng)C1藕合至LM741，再經(jīng)C2輸入到LM567的第3管腳，經(jīng)識別譯碼，使得中心頻率f=1/，使第8管腳輸出為低電平，又經(jīng)反相后，驅動VT2導通，繼電器因控制有信號觸發(fā)而有交流輸出。當有人洗手將紅外光束遮擋時，從而使LM567因有信號輸入而在第8腳輸出為低點平，經(jīng)反相VT2導通，繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使水龍頭的電池閥動作，水源打開。 單
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