红外线控制自动干手器

根据课堂讲授内容，通过进行自主练习，消化课堂所讲解的内容，加强对电工电子技术的认识，培养学生理论与实际的综合能力。

2．1课程设计题目：

红外线控制自动干手器

2．2设计要求：

(1).运用所学的数字电子知识，和电工电子知识进行电路设计。

(2).设计出的直流电源要求输出精度高，并且调整方便。

(3).学会用通用器件

红外自动干手器是一种xx卫生洁具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。自动干手器电路是由发射电路、红外接收电路、译码电路、触发和继电控制风机电路等组成。，当有人洗手时，该电路会自动开启并关断，使用安全可靠、清洁卫生。

3.2红外自动干手器原理：

3.2.1红外自动干手器物理原理:

干手器的原理就是加快液体表面气流，使之加快蒸发。
使液体加快蒸发的方法：
(1).加快液体表面的气流
(2).加大液体表面的面积
(3).升高液体温度

3.2.2 红外自动干手器工作原理:

其工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手机是一样的。如图所示为红外线控制自动干手器电路。该电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成

该自动干手器电路由电源电路、红外发射电路、红外信号处理电路、电热器控制电路和风扇控制电路组成，如图所示。
    电源电路由熔断器FU、电源开关S、电源变压器T、整流二极管VD1-VD4、滤波电容器Cl、C5、C6、电阻器R13、电源指示发光二极管VL1和三端稳压集成电路IC3组成。红外发射电路由红外发光二极管VU、电阻器R7、R8、电容器RP4、电容器C4和时基集成电路IC2组成。红外信号处理电路由红外光敏二极管VD8、电阻器R9、RlO、电容器C7-C9和红外信号处理集成电路组成。
    电热器控制电路由电阻器R11、Rl2、晶体管V2、晶闸管VTl和电热器EH组成。风扇控制电路由光控延时电路和风扇电动机控制电路两部分组成。光控延时电路由电阻器R1-R5、光敏电阻器RG、电位器RP1、氖指示灯HL、二极管VD5、电容器C2和晶体管Vl组成;风扇电动机控制电路由电位器RP2、RP3、二极管VD6、VD7、电容器C3、电阻器R6、晶闸管VT2、时基集成电路ICl和风扇电动机M组成。

  (1).调节RPl的阻值，可改变光控的灵敏度。
(2).调节RP2和RP3的阻值，可改变M通电、断电的时间。
(3).调节RP4的阻值，可改变lC2的3脚输出信号的频率。

红外线控制自动干手器与红外线控制自动水龙头是基于同一控制原理组成 的。只是红外线控制自动干手器是用来控制电热吹风机的开与关，而红外线控制自动水龙头是用来控制电磁阀门的开与关的。

红外线控制自动干手器采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动干手器，其效果与成品自动干手机是一样的。

电路由红外发射部分与红外接收控制部分组成。红外发射部分由555 时基电路产生频率为5kHz，占空比为50％的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的PH302 将接收到的红外线变成电信号，经I C 1 、I C 2 、I C 3 组成的选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器IC4。比较器的门限电压为7V，设置较高，其目的是提高电路的抗干扰能力。当IC4 的输人电平超过7V 时，其输出变为低电平，触发IC5 定时器开始定时，同时该定时器的3 脚变为高电平，使3DG130 导通，继电器触点吸合，接通电阻丝和风机。在定时器的2 脚设置了手动开关S 1 ，可进行手动操作，还可通过S 2选择冷风或热风。

图1 红外线控制自动干手器电路图

该电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。红外线发射器由ICl与红外线发射管SE303组成。它是由555时基集成电路组成的多谐振荡器，振荡频率为100Hz。由多谐振荡器产生的振荡脉冲经R3送到红外线发射管SE303向外发射。红外线接收放大器由PH302红外线接收管和非门电路IC2组成的电压放大器组成。IC2为六反相器，用其中的3个门D1一D3组成电压放大器，R6是其反馈偏置电阻器。由PH302红外线接收管(VDL)将接收到的红外反射信号变为电脉冲后，通过C3、R5加至电压放大器的输人端，进行脉冲幅度的放大。D4, D5组成施密特触发器，由它将放大后的脉冲整形，使其成为边沿陡峭的方波信号。C4、R9组成微分电路，将施密特触发器输出的方波形成触发脉冲，以便对后级电路可靠地触发。开关控制电路由IC3组成。IC3与RIO、CS组成了脉冲启动型单稳态触发器，由C4. R9形成的触发脉冲触发而翻转。

单稳态触发器在稳态时，IC3的3脚输出低电平，继电器处于释放状态。当其受到触发后翻转，3脚输出高电平，继电器通电吸合，将电热吹风机的电源接通，电热吹风机得电开始运转并吹出热风。这时，单稳态触发器进人暂稳态。其暂稳时间由R10和C5的数值决定，按如图所示电路中的数值，暂稳时间约为15s。15s后暂稳态结束，电路翻转恢复稳态。继电器释放将电热吹风机电源切断，电热吹风机停。

干手器的控制器应安装在洗手间的适当位置，将红外线发射头和接收头置于控制器的下方。当手伸向控制器的下方时，红外发射头发射的红外信号被反射到接收头，通过信号处理使电热吹风机开启，15s后自动关闭。如果想继续开启，可在停机后再次将手伸向控制器的下方。

（P222）它是一个由六反相器CD4069组成的红外控制电路。反向器F₁、F₂、半导体三极管VT₁及红外发射二极管VD₁等组成红外光脉冲信号发射电路。红外光敏二极管VD₂及后续电路组成的红外光脉冲接收、放大、整形、滤波及开关电路。当我们将手放在干手器的下方10—15cm时，由VD₁发射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管VD₂接收并转换成脉冲电压信号，经VT₂、VT₃放大，再经反向器F₃、F₄整形，并通过VD₃向C₆充电变为高电平，经反向器F₅变为低电平，使VT₄导通，继电器K得电工作，其触点K₁闭合，接通电热风机的电源，热风吹向手部进行干燥处理。与此同时，发光二极管VD₅也点亮，告知热风机电路已被启动。为防止人手晃动而偏离光控部分，造成短时的信号消失，而使电路不能连续工作，在电路中由VD₃、R₁₂、C₆组成延时关机电路。当手离开光控部分时，C₆通过R₁₂需要一段时间，因此在短时间内C₆上仍可保持高电平存在，使后级电路仍保持原工作状态不变。延时时间一般为3S就够了。

电路由红外发射部分与红外接收控制部分组成。

红外发射部分由555 时基电路产生频率为5kHz，占空比为50％的方波信号，驱动红外发射管发射红外线。在手置于干手器下部时，由于手对红外线的反射作用，接收电路中的PH302 将接收到的红外线变成电信号，经I C 1 、I C 2 、I C 3 组成的选频放大器，其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器IC4。比较器的门限电压为7V，设置较高，其目的是提高电路的抗干扰能力。当IC4 的输人电平超过7V 时，其输出变为低电平，触发IC5 定时器开始定时，同时该定时器的3 脚变为高电平，使3DG130 导通，继电器触点吸合，接通电阻丝和风机。在定时器的2 脚设置了手动开关S 1 ，可进行手动操作，还可通过S 2 选择冷风或热风。

图2 红外线控制自动干手器红外发射部分电路图

3.3红外线控制自动干手器所需元器件：

3.3.1红外线控制自动干手器所需元器件：

(1)Rl-R13选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。

(2)RPl和R叫选用超小型合成碳膜电位器或可变电阻器;RP2和RP3选用超小型有机实心电位器或可变电阻器。

(3)RG选用亮阻小于2kΩ、暗阻大于1OOkΩ的光敏电阻器，使用时与HL封装花一起组成光耦合器。
(4)Cl-C3均选用耐压值为l6V的铝电解电容器;C4和C6选用独石电容器或涤纶电容器;C5、C8和C9均选用耐压值为lOV的铝电解电容器;C7选用高频瓷介电容器或玻璃釉电容器。
(5)VDl-VD4选用1N4004或1N4007型硅整流二极管;VD5-VD7均选用1N4148型硅开关二极管;VD8选用PH302型红外光敏二极管。
(6)VLl选用φ3mm的高亮度发光二极管;VL2选用SE303型红外发光二极管。Vl和V2选用S9013或S9014型硅NPN晶体管。
(7)ICl和IC2均选用NE555型时基集成电路;IC3选用78L05型三端稳压集成电路;IC4选用CX2O106或KA2184型红外信号处理集成电路。
(8)VT1选用3A、600V的双向晶刊管;VT2选用lA、600V的双向晶闸管.T选用5W,二次电压为gV的电源变压器。
(7)EH选用100-300W的电热丝。
(8)M选用交流220V的微型风扇。
(9)HL选用普通氖指示灯。

(10)IC1与IC3均选用NE555时基集成电路；IC2选用六反相器数字集成电路；IC4选用7809三端集成稳压器。

其他元器件均无特殊要求，可按图所标型号及参数进行选用。

3.3.2红外线控制自动干手器所需元器件介绍:

自动干手器主要的组成部分就是555定时器电路。根据555强大的功能可以制造出多种产品，干手器只是其中的一种。
    在《数字电子技术基础》之中我们已经学习了555定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手器的课程设计让我对555定时器又有了更新的认识，同时我也对红外线有了新的了解，知道了红外线遥控的大体内容和原理。在许多场所自动干手器已经非常的常见，它的类型也有很多种，但是我们必须设计出{zy}的产品种使它的原理清晰，结构简单，所用器件最少，xxx{zg}。

555输出的波形类似于三角波，先看下555的实际电路，你会发现，输出高电平的时候，输出波形的峰值为电源电压U-0.3V，谷值为0.3V，而0.3也就约等于三极管饱和后的集射极之间的电压。555的输出无非是高电平和低电平，在实际计算的时候，我们认为：Vout（高）=U-1.5V，Vout（低）=0.1V

Ne555可做时基电路,可以作成:振荡器,也可以作为放大用

NE555为8脚时基集成电路，
各脚主要功能
①地 GND
②触发
③输出

④复位
⑤控制电压
⑥门限(阈值）
⑦放电
⑧电源电压Vcc
应用十分广泛，可装如下几种电路：
(1)单稳类电路
作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
(2)双稳类电路
作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。
(3)无稳类电路
作用：方波输出 ，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。