【正文】 成。 本論文設(shè)計(jì)一種以紅外線(xiàn)控制水龍頭。水是我們的生命之源，無(wú)論在干旱或者水米之鄉(xiāng)。湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程技術(shù) 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)科畢業(yè)論文 題 目： 紅外自動(dòng)水龍頭控制器設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 學(xué) 校： 湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師： 答辯日期： 2021 年 9 月 摘 要 水資源是不可缺少的，節(jié)約用水是一種美德。我們所見(jiàn)基本上是普通的水龍頭，但是往往我們也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們因?yàn)榧笔露岁P(guān)水龍頭會(huì)使水一直流，從而浪費(fèi)很多水。所以本設(shè)計(jì)是可以不浪費(fèi)水，方便了我們，也為那些容易忘記關(guān)水的人使用。此電路兼具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、外形美觀、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)水龍頭容易浪費(fèi)水資源，違背了現(xiàn)代社會(huì)追求“綠色低碳”目標(biāo)，在這基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了自動(dòng)供水電路，不但可以節(jié)約用水，而且還降低 了自然、社會(huì)、公司財(cái)富。當(dāng)人或事物靠近時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生控制信號(hào)繼電器動(dòng)作，使電磁閥得電吸合放水的功能。發(fā)出光均勻穩(wěn)定，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚鋸V泛用于家庭、車(chē)站、工廠、學(xué)校、餐廳等場(chǎng)所。因此，研究紅外自動(dòng)水龍頭及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。s Daily life necessities, which are widely used in household, station, factories, schools, restaurants and other places. And greatly expanded the original function of the faucet. Therefore, the infrared automatic faucet and expand its application, has a very realistic significance. Key Words: sensor, infrared,automatic control 目 錄 第一章 緒論 ................................................................ 5 引言 ................................................................. 5 國(guó)內(nèi)外發(fā)展方向及現(xiàn)狀 .................................................. 5 第二章 元器件方案 .......................................................... 6 傳感器 ............................................................... 6 發(fā)光二極管（ LED） .................................................... 8 接收管 ............................................................... 8 第三章 紅外線(xiàn)控制自動(dòng)水龍頭設(shè)計(jì) ........................................... 10 水龍頭的構(gòu)成及傳感器控制 ............................................. 10 系統(tǒng)組成方框圖 ...................................................... 10 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理 ................................... 11 紅外線(xiàn)控制自動(dòng)水龍頭的工作原理 ....................................... 11 單元電路的設(shè)計(jì) ...................................................... 12 結(jié) 束 語(yǔ) ................................................................ 22 致 謝 .................................................................... 21 參考文獻(xiàn) .................................................................. 22 附錄一 .................................................................... 23 附錄二 .................................................................... 24 第一章 緒論 引言 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、 體積重量輕的方向發(fā)展。 它安裝方便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，發(fā)出光均勻穩(wěn)定。它可在強(qiáng)光下工作，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，其廣泛用于家庭、商場(chǎng)、工廠、學(xué)校、餐廳等場(chǎng)所。因此，研究 紅外線(xiàn)控制自動(dòng)水龍頭及其應(yīng)用，有著非常重要的意義。采用了反射式紅外傳感器，這種傳感器的發(fā)射與接收是一體化的。 本設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了人們對(duì)物質(zhì)的需求，又提高了科學(xué)性。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展方向及現(xiàn)狀 隨著紅外技術(shù)的高速發(fā)展，紅外焦平面陣列技術(shù)出現(xiàn)了，并且迅速得到發(fā)展。日本在世界上最先實(shí)現(xiàn)了 100萬(wàn)像元集成度的單片式紅外焦平面陣列等種類(lèi)產(chǎn)品推向市場(chǎng)，搶占商機(jī)，法國(guó)、荷蘭、瑞典、英國(guó)、德國(guó)和意大利等在非制冷紅外熱攝像儀技術(shù)的發(fā)展方面，已顯示出其處于前沿的競(jìng)爭(zhēng)地位。 近幾年來(lái)， 中國(guó)的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進(jìn)性也同西方同步。 第二章 元器件方案 傳感器 根據(jù)我對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查了解，目前傳感器有 CCD圖像傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器四種。其顯著特點(diǎn)是： ； ，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)； ，噪聲低， 動(dòng)態(tài)范圍 大； ，有自?huà)呙韫δ?，圖像畸變小，無(wú)殘像； ，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。 CCD從功能上可分為 線(xiàn)陣 CCD和面陣 CCD兩大類(lèi)。所需相數(shù)由 CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的 CCD可滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的使用要求。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像。 電容式傳感器 它是一種把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。δ、 A、ε 三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化，并可用于測(cè)量。極距變化型一般用來(lái)測(cè)量微小的線(xiàn)位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化。介質(zhì)變化型常用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)定。缺點(diǎn)是輸出有非線(xiàn)性，寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和測(cè)量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。 光電傳感器 光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。 標(biāo)準(zhǔn)的光 電傳感器可以分為漫反射型、反射型、對(duì)射型、槽型、光纖傳感器、色標(biāo)傳感器、光通訊、激光測(cè)距、光柵、防爆 /隔爆型等十種。 （ 2）對(duì)檢測(cè)物體的限制少 由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定 在金屬，它可對(duì)玻璃 .塑料 .木材 .液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。 （ 4）分辨率高 能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。 （ 5）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè) 可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。 （ 6）可實(shí)現(xiàn)顏色判別 通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線(xiàn)波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。 （ 7）便于調(diào)整 在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼 睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)幾種傳感器的辯證比較，我選擇了第四種 —— 光電傳感器，并采用其中的反射式光電傳感器來(lái)作為我設(shè)計(jì)的核心元件。為了防止 LED損壞，應(yīng)該注意：（ 1） LED 的伏安特性曲線(xiàn)很陡，測(cè)試和使用時(shí)一定要串聯(lián)電阻限制電流 。 不同的管子允許的工作電流不同，紅外的平均電流最大可以用到 100毫安，用作調(diào)制時(shí)幾十微妙的窄脈沖峰值甚至可以接近 1安。 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(xiāo)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。 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。 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。光電三極管一般基極不引出，只有兩根管腳，購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候叫作光敏管。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。 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(lèi)似光電三極管。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(méi)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。靈敏度特性在長(zhǎng)波方向有一個(gè)陡的截止。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。理論上可以用于識(shí)別顏色。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。紅外線(xiàn)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。反射式紅外傳感器（如圖31所示）。我設(shè)計(jì)的紅外線(xiàn)控制自動(dòng)水龍頭就運(yùn)用了它這個(gè)特點(diǎn)。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)。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(guò)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(kāi)水源。 系統(tǒng)組成方框 圖 紅外線(xiàn)自動(dòng)控制水龍頭整個(gè)控制過(guò)程分為 5個(gè)部分。 圖 32 系統(tǒng)組成方框圖 物體 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。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。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。 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(xiàn)是非線(xiàn)性的（如圖 34所示）。 圖 33 紅外發(fā)射接收原理圖 圖 34 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線(xiàn)圖 紅外線(xiàn)控制自動(dòng)水龍頭的工作原理 紅外線(xiàn)水龍頭控制電路系統(tǒng)的組成 紅外線(xiàn)水龍頭控制電路包括發(fā)射電路和接收譯碼控制電路。 紅外線(xiàn)水龍頭控制電路的原理圖 見(jiàn)附錄一 紅外 線(xiàn)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）和 和 C7 等組成。接收電路中紅外接受頭 ，采用 TLN104 型。當(dāng)有人洗手將紅外光束遮擋時(shí)，相應(yīng)的 因接收到光信號(hào)而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而使 LM567因有信號(hào)輸入而在第 8腳輸出為低點(diǎn)平，經(jīng)反相 VT2導(dǎo)通，繼電器吸合，交流電壓被接通，從而使