【正文】 當(dāng)單片機的 腳輸出高電平，三極管 Q4 導(dǎo)通，電磁閥線圈 KM1得電吸合，電磁閥工作。 紅外自動水龍頭 30 DF— 3 型電磁閥主要用于一般液體管道的通斷控制，其公稱通徑： 3mm、電壓 AC 220V。本方案選擇 秒。這點在軟件設(shè)計時，應(yīng)該注意到延時的時間設(shè)置，否則設(shè)計出來的方案可能不能夠正常運行。目的是：人由遠及近靠近水龍頭時，三個電磁閥 KM KM KM3 依次打開，水流量有選擇的“跳度”增加，實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)五的要求（根據(jù)需要控制水流的大?。?。 因為普通的電磁閥只有兩種工作狀態(tài)：斷開與閉合。 電磁閥（圖 311）原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。當(dāng)閥桿順時針旋轉(zhuǎn)時，閥桿帶動閥芯向下運動，當(dāng)閥芯上橡皮與閥體的密封面完全接觸時，就阻止了水的流出，即 關(guān)。普通水龍頭的結(jié)構(gòu)分為：閥體、閥桿、閥芯三大部分，閥桿下部有一節(jié)為螺旋狀，與閥體螺旋槽相匹配，能使閥桿作上下導(dǎo)向運動，閥桿與閥體上部還有壓蓋，其下壓有盤根，防止水從閥桿處泄漏，而閥芯與閥桿之間一般是活套連接，即閥桿頂頭部分中間有孔，閥芯在加工時留有約 1 厘米左右的桿（比閥桿上的孔徑略?。┡c之匹配，這樣會使閥芯活動靈 活，閥芯底部有一塊橡皮，與閥體的密封面匹配。 圖 310 普通常用的水龍頭 結(jié)構(gòu)圖 電磁閥 普通水龍頭由人工實現(xiàn)了水流量的控制，了解其工作狀態(tài)，紅外自動水龍頭 29 有助于我們理解電磁閥的工作原理，以加深對控制技術(shù)的領(lǐng)悟。而電磁閥能否準(zhǔn)確到位動作，將關(guān)系到整個設(shè)計的成敗。電磁閥工作電壓范圍： 220V、 50 赫茲，單片機工作電壓為直流 5V。輸出電路包括：動作信號放大電路、電磁閥工作電路、強弱隔離電路。通過判斷 腳的電平高低，就能知道紅外線探測范圍內(nèi)有沒有人。此外，放大器還要把該信號送入單片機 腳。它除了放大信號外，還能穩(wěn)定輸出電壓。信號經(jīng)過放大后才 能送到單片機。 紅外自動水龍頭 26 R41 0 0 K ΩR51 2 0 KR81KC60 .1 μ p3274 圖 38 紅外線接收示意圖 接收元件是 HP3FR2S 光敏二極管，暗電流 ?? ? ，光電流 ?? ?20 ，峰值波長 ?940 m。直射式指發(fā)光管和接收管安放在發(fā) 射與受控物的兩端，相距一定的距離。 CRRf )221( ?? = 12*1 0 0 0)1 3 0 0 0*29 1 0 0( ?? E ?? HZ 紅外自動水龍頭 25 DC7R4Q3GND1VCC8TR2TH6TH6R19 .1 KR21 3 KC41 0 0 0 pR3 R4 R5D3L E D 圖 37 紅外頻率的設(shè)定示意圖 紅外線接收電路 本電路主要任務(wù)是把接收到的微弱紅外信號，進行放大，然后送入單片機中。紅外線的特點是不 干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。 參數(shù)功能特性： ?供應(yīng)電壓 ?供應(yīng)電流 36mA ?輸出電流 225mA (max) ?上升 /下降時間 100 ns 紅外線頻率的設(shè)定 紅光的波長范圍為 m～ m，比紅光波長還長的光叫紅外線。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于 VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。 比較器 C1 和 C2 的參考電壓分別為 UA 和 UB，根據(jù) C1 和C2 的另一個輸入端 —— 觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出 RS 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。此外還有輸出級和放電管。 紅外自動水龍頭 23 圖 36 555 定時器內(nèi)部原理圖 555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。 相比較前兩者驅(qū)動方式，采用脈沖驅(qū)動的優(yōu)勢： 1，顯著增加了作用距離； 2，降低了電源消耗； 3，提高抗干擾能力。當(dāng)紅外發(fā)光二極管工作在脈動直流驅(qū)動下，紅外發(fā)射的有效傳送距離與脈沖的峰值電流 IP 成正比，只需盡量提高峰值 IP ，就能提高紅外光的發(fā)射距離。因二極管存在死區(qū)電壓 UON ，所以在交流驅(qū)動時應(yīng)加上略大于死區(qū)電壓的著正向偏置電壓。 發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。 常用的紅外發(fā)光二極管（如 TLN104），其外形和發(fā)光二極管LED 相似，發(fā)出紅外光近紅外線約 ，管壓降約 ，工作電流 60mA，發(fā)射功率≥ 25mW。發(fā)光元件的種類很多，依光譜大致可分為紅外線發(fā)光元件及可見光的發(fā)光元 件。如下圖：單片機5 5 5 集 成 電 路紅 外 發(fā) 射 電 路紅 外 接 收 電 路 圖 該部分電路的原理框圖 紅外自動水龍頭 22 紅外線發(fā)射電路 紅外線發(fā)射管 紅外線二極管因為紅外線二極管正常工作，需要一個固定的頻率激發(fā)。 紅外自動水龍頭 21 圖 單片機正常工作時的部分引腳圖 輸入電路設(shè)計 輸入電路是整個方案的主要組成部分，它要完成的任務(wù)是紅外線的發(fā)射及接受。它以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。 RET 按鍵可以選擇專門的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。圖 是 51 系列單片機常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要 GND 上升時間不超過 1ms，它們都能很好地工作。 復(fù)位以后，單片機內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片機從 ROM的 0000H 開始執(zhí)行程序。復(fù)位后，單片機內(nèi)部寄存器的初始化。 復(fù)位是單片機進入工作狀態(tài)的初始化 操作，是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。其結(jié)果只是機器周期時間不同，影響計數(shù)器的計數(shù)初值。 電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。 51 單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一種是內(nèi)部時鐘方式；一種是外部時鐘方式。 單片機的時鐘時序就是微處理器在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號。 ②數(shù)據(jù)總線（ DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 P0 提供。 單片機的引腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入，用戶 I/O 口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。288 位內(nèi)部 RAM 8． 32 可編程 I/O 線 9． 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 10． 5 個中斷源 11． 可編程串行通道 12． 低功耗的閑置和掉電模式 13． 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 二、 MCS51 單片機的片外總線結(jié)構(gòu) 綜合上面的描述可知， I/O 口線都不能當(dāng)作用戶 I/O 口線。 值得強調(diào)的是， P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 作為第一功能使用時，就作為普通 I/O 口用，功能和操作方法與 P1 口相同。 ④ P3 口（ 10 腳至 17 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口，在 MCS51中，這 8 個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。在對 EPROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地址。 ③ P2 口（ 21 腳至 28 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。對 8058032， 引腳的第二功能為 T2 定時 /計數(shù)器的外部輸入， 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 的外部控制端。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。 輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P P P3（共 32 根） ① P0 口（ 39 腳至 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲器時，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LS 型的 TTL 負(fù)載。當(dāng) EA 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 PSEN 同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8 個 LS 型的 TTL 輸入。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。 ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 8 個 LS 型的TTL 輸入電路。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時紅外自動水龍頭 16 目的。 ② ALE/PROG（ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存貯器 時， ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。當(dāng) VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD在其規(guī)定的電壓范圍（ 5177。推薦在此引腳與 VCC 引腳之間連接一個約 10k 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個約 10μ F的電容，以保證可靠地復(fù)位。采用外部振蕩器時，對 HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直紅外自動水龍頭 15 接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對 XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 XTAL2（ 18 腳）接外晶體的另一端。 主電源引腳 VCC 和 GND VCC—— （ 40 腳）接 +5V 電壓； GND—— （ 20 腳）接地。在單片機的 40 條引腳中有 2條專用于主電源的引腳， 2 條外接晶體的引腳， 4 條控制或與其它電源復(fù)用的引腳， 32 條輸入 /輸出（ I/O）引腳。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。但實際上，標(biāo)準(zhǔn)的 8051 單片機，其功能簡單，儲存方式過于落后，這給單片機的開發(fā)與使用帶來了諸多不便。 單片機的選擇 國內(nèi)流行的 8 位單片機主要是 51 系列。 紅外自動水龍頭 14 第三章 硬件設(shè)計 控制電路設(shè)計 控制電路主要用來數(shù)據(jù)的處理、信號的轉(zhuǎn)換、邏輯控制。 在圖中單片機、紅外線發(fā)射電路及接受電路三者緊密聯(lián)系。 單片機根據(jù)紅外線最大有效探測距離通過驅(qū)動電路自動控制三個電磁閥的通斷，隨時調(diào)整流量。 紅外自動水龍頭 13 當(dāng)人的手觸及到紅外線有效發(fā)射范圍內(nèi)時，紅外線經(jīng)反射后被相應(yīng)的紅外線接收管檢測到。但都有可取之處，因此根據(jù)設(shè)計要求結(jié)合著市場上的流行控制方案，初步思路如下： 使用 555 振蕩電路所產(chǎn)生的一定頻率的脈沖信號，通過驅(qū)動紅外線二極管發(fā)出相同頻率的紅外線的脈沖信號。 相比較而言，采用單片機控制更智能化、人性化。在正常洗手過程中，如果時間超過 60 秒，Q2 將變低電平，電吹風(fēng)停止工作，以免浪費電能。有人洗手時，即有物體靠近時， Q0 變成高電平， VT2 導(dǎo)通， K1 得電吸合，接通供水閥 Y2 交流電源， Y2 動作，水龍頭放出自來水供人們洗手， 4 秒后， Q1 輸出高電平， VT3 導(dǎo)通， K2 得電吸合，接通皂液供應(yīng)閥 Y1 的交流電源， Y1 工作 2 秒鐘，放出 2 秒鐘的皂液后停止。 13 腳為紅外發(fā)射輸出端，該腳輸出的紅外信號經(jīng) VT1 功率放大后，由 VD2 向外發(fā)射紅外信號， 20 腳為紅外信號輸入端， VD2 發(fā)射的紅外信號由 VD1 接收，經(jīng) C R6 輸入至 20 腳，并由 SM9576 內(nèi)部放大整形，最后用于控制 Q0～ Q2 的輸出狀態(tài)。它內(nèi)部包含紅外發(fā)射驅(qū)動電路和紅外接收放大電路，其接收靈敏度由的容量大小決定。但是缺點也是顯而易見的：人一旦進入反射范圍內(nèi)，水閥就打開，水流量無法控制。當(dāng)有人接近時，通過 人體發(fā)射使接收管接受到紅外線反射信號，信號經(jīng)過放大、譯碼后使 LM567 的⑧腳輸出低電平， VT3 導(dǎo)通，紅外自動水龍頭 11 繼電器 Y 吸合將水閥電源接通，水閥打開。此控制電路采用紅外線反射的控制方式，紅外線發(fā)射管與接收管都暗中在同一平面。因紅外自動水龍頭要求簡單，因此很少采用單片機控制。 此外，單片機在