畢業(yè)論文紅外線自動(dòng)控制水龍頭(定稿)(編輯修改稿)
2025-07-25 10:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 妙的窄脈沖峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持續(xù)最大電流20毫安，一般低亮度的管子要小一些，工作電流的限制一是發(fā)熱限制平均電流，二是高電流下亮度飽和限制峰值電流，有些管子電流大了之后還會(huì)變色。常用的LED有紅外，紅，橙，黃，黃綠，純綠，藍(lán)，紫，白等顏色，作為成品銷售的“變色LED”是在一個(gè)管殼里封裝了多個(gè)不同顏色的LED，紅，綠，藍(lán)三色的LED非常適合作顏色傳感器的照明。紅外線LED配合紅外接收管抗干擾能力強(qiáng)，但是不適合用于識(shí)別顏色，因?yàn)槲矬w在可見光下的顏色不能很好的代表它對(duì)于紅外線的反射率。LED發(fā)光的原理是半導(dǎo)體PN結(jié)中的電子與空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生光子，不同的材料由于能帶寬度不同，導(dǎo)致發(fā)光顏色和導(dǎo)通電壓不同。另外，不同材料的發(fā)光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=發(fā)射的光子數(shù)/流過的電子數(shù)）也有較大的差別（見表21）。表21 常用LED的參數(shù)比較材料發(fā)光顏色量子效率（與工藝有關(guān)）砷化鎵紅外高，30%磷砷化鎵紅中，10%磷化鎵(摻雜氮)黃綠低，不到1%磷化鎵(摻雜氧化鋅)紅到黃中低鋁砷化鎵鮮紅中高鋁鎵銦磷橙紅高，30%氮化鎵從純綠到紫外高，20% 接收管常用的接收管有硅光電二極管，硅光電三極管，光敏電阻三種。光電二極管產(chǎn)生的電流小，需要高倍放大，但是速度很高，可以高頻調(diào)制，在遮光狀態(tài)下的特性類似普通二極管，使用時(shí)加反向電壓，輸出與光照強(qiáng)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(shí)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(diào)制頻率低于100KHz。遮光狀態(tài)下正反向電阻都很大，用強(qiáng)光照射，可以測(cè)出一個(gè)方向的電阻明顯變小，這個(gè)方向是正向，使用時(shí)加正向電壓＞1V，輸出與光照強(qiáng)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(jí)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(gè)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(dǎo)體PN結(jié)光電元件，靠?jī)?nèi)光電效應(yīng)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(zhǎng)波方向有一個(gè)陡的截止。在短波方向如果波長(zhǎng)太短，靈敏度也會(huì)下降。一般的硅管最適合用在紅外到紅黃光范圍內(nèi)，但是可以一直用到近紫外。另類的應(yīng)用，用發(fā)光二極管當(dāng)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(shí)別顏色。某些光敏電阻對(duì)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 紅外線控制自動(dòng)水龍頭設(shè)計(jì) 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(cè)地面明暗和顏色的變化，也可以探測(cè)有無接近的物體。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。紅外線控制自動(dòng)水龍頭的控制過程是：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)，經(jīng)過后續(xù)電路進(jìn)一步放大、整形、譯碼，最后驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥動(dòng)作打開水源。當(dāng)人手或物體離開自動(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)電路斷開電磁閥電源，從而關(guān)閉水源。 系統(tǒng)組成方框圖紅外線自動(dòng)控制水龍頭整個(gè)控制過程分為5個(gè)部分。系統(tǒng)組成方框圖如圖32所示。 多諧振蕩器 調(diào)幅紅外光紅外接收電壓放大（LM741） 音頻譯碼 （LM567）電磁閥動(dòng)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(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33所示）。Vout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34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。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(qiáng)度相應(yīng)曲線圖 紅外線控制自動(dòng)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(yùn)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一 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(hào)驅(qū)動(dòng)TLN104型的LED1~LED3工作，從而產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)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(shí)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(qū)動(dòng)VT2導(dǎo)通，繼電器因控制有信號(hào)觸發(fā)而有交流輸出。當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時(shí)，從而使LM567因有信
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