红外感应水龙头控制系统的设计（论文）
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摘要
随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来久的将来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。据报道我国是一个水资源短缺的国家，若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的四分之一，时间排110位。
由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站目前全自动感应水龙头普遍应用在火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水医院等公共场所。
在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶劣，传统水龙头必须通过人手操，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免了洗手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成，无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。
全自动感应水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，，使用寿命长，发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要意义。
本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路、电磁、电源等组。当人或事物靠近时，自动产生控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关闭水源。及传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。使用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传避免了病菌的传播。系统电路设计简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。
关键词：传感器；红外线
目录
摘要 (1)
目录 (2)
第1章绪论 (3)
1.1感应水龙头简介 (3)
1.2感应水龙头生活应用 (5)
第2章红外线控制自动水龙头系统设计 (7)
2.1水龙头的构成及传感器控制 (7)
2.2系统组成方框图 (7)
2.3红外反射式光电传感器特性 (7)
2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理 (8)
2.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成 (8)
2.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图 (8)
2.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理 (8)
第3章单元电路的设计 (10)
3.1 稳压电源的设计 (10)
3.2 振荡器电路的设计 (10)
3.3红外接受控制电路的设计 (11)
3.4电压放大电路的设计 (12)
3.5音调译码器的设计 (14)
3.6三端稳压器 (15)
3.7 LM567调制传感器 (15)
结论 (17)
谢辞 (18)
参考文献 (19)
附录 (20)
元件列表 (21)
第1章绪论
1.1感应水龙头简介
感应水龙头是通过红外线反射原理，当人体的手放在水龙头的红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手的摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制水龙头出水；当人体的手离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制水龙头的关水。
图1.1感应水龙头
起源
于七十年代的日本和欧美等经济发达国家，应用于公共场所，防止洗手后的二次污染，避免疾病的感染，但节水功能不太予以重视。但由于当时的感应水龙头技术不够成熟，在发展和普及过程中也并非一帆风顺。[1]初期缺陷
1、体积较大，外观不美，采用交流供电，安装不便，电源及水接触恐有触电之虑。
2、如遇停电、电压不稳造成不能使用。
3、红外线感应易受背景光和阳光直射的影响，造成非用状态下流水。
4、反应迟钝，在使用情况下开启太慢，使用完毕后关水也太慢
5、直流供电的感应水龙头电池寿命短，须经常更换电池，由于电池盒结构设计原因，更换电池不太方便，给管理者造成一定的困扰。
6、水龙头各部件没有模块化，开发、生产成本较高。
7、人们对红外线使用陌生，人为损坏现象严重。
由于上述众多的缺陷，在一定的程度上给消费造成了不好的影响，使红外线感应水龙头推广在一定程度上受挫。
改进
九十年代以来，由于电子技术的突飞猛进，在感应水龙头技术上作了大量的。
改进。
1、电源供电由交流电向直流供电方向发展，由DC6V、4.5V碱性电池到现在锂电池6V、4.5V减少了使用碱性电池对环境污染，消除了人们使用交流电的疑虑。
2、水阀结构进行了重大改进，具有结构简单、紧凑、耐压、拆、装维修方便。同时具有过滤，止回等功能，开、关迅速，耗电量极小。
3、红外线控制块大量采用贴片焊接电子元器件及微电脑程式控制，大大缩小红外线控制块的体积，具有微功耗、防水、耐高温等优点。由于采用数字技术，外围电路简单化，使用功能调整方便，降低了开发、生产成本。
4、由于感应水龙头的水阀、感应控制块的结构紧凑，外观设计越来越美观，逐渐成为人们生活中一道亮丽的风景线。
随着我国感应水龙头生产逐步走上模块化、标准化，感应水龙头品质大幅提高，生产成本大幅下降，人们生活质量的提高，感应水龙头这颗明日之星将在人们的生活之中普及。
1.2感应水龙头生活应用
由于感应水龙头无需人体直接接触，可有效防止细菌交叉感染；伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水30%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所。
感应水龙头在应用场合上可分为以下几种：
1、公用感应水龙头---有感应到信号出水，信号消失停水，超时一定时间自动停水功能，适合大多公共场所使用。
2、医用感应水龙头---有感应到信号出水，再感应到信号停水，超时一定时间自动停水功能，适合医院手术室、护士洗手盘使用。
3、家用感应水龙头---除有感应到信号出水，信号消失停水，超时一定时间自动停水功能，另有长时间放水洗涤功能，适合家居使用。
可见感应水龙头，因为感应水龙头属红外反射接收电子电磁阀类开关，它所分辨的是遮挡物而非红外信号，如无超时停水保护水龙头遇固定遮挡物时就会长流水，浪费水资源。超时停水保护时间一般设定为20-60秒。
1.3 感应水龙头功能及技术性能
1、智能节水：自动感应控制开、关，将手或盛水容器、洗涤物品伸入感应范围内，龙头即自动出水，离开后即停止出水，节水功能显著。
2、超时保护：30秒超时洗涤自动关水功能，避免因异物长时间在感应范围内造成水资源浪费。
3、方便卫生：开关水完全由感应器自动完成，人手无需接触水龙头，有效避免细菌交叉感染。
4、智能省电：感应水龙头采用现代数字技术，超低能耗（直流型产品使用4节5号碱性电池，静态电流≤60μA）。
5、适应性强：可根据不同的使用环境调整感应灵敏度（范围）。
6、制作工艺：黄铜精铸，表面镀铬处理，永保光泽；流线形设计，现代感强。
7、维护方便：内置过滤器，避免杂质流入电磁阀影响正常工作，且
清洗方便。
8、弱电提示：直流型产品设有电池更换提示功能，电池电能不足时，指示灯处于常亮状态，提示及时更换电池。
9、适用场所：酒店、宾馆、写字楼、机场、医疗机构等公共场所。
1、自动设定感应区域
感应水龙头通电后自行对使用环境（如：台盆的色泽、大小、形状等）进行扫描，根据扫描的数据自动设置好最优化的感应区域。
2、有物体进入感应区域固定不动而自动调节感应区域
当有物体进入感应区电磁阀被开启后，若物体保持静止不动，30秒后控制器关闭电磁阀，感应水龙头并根据物体的位置重新调整感应区域。如此类推可反复调节，当物体消失控制器自动将感应区域恢复到初始的状态。
3、当光线发生变化感应器自动适应
当环境的光线发生改变，感应器自动进行修正(俢正时不会误出水)，使盆底等反射物不会对龙头产生干扰。
4、自动断水超时保护功能
感应水龙头当有物体进入感应区电磁阀被开启后,若物体持续在感应区活动超过60秒，控制器会强制关闭电磁阀进入超时保护状态。
解除超时保护状态有两种情况：①将物体移出感应区，且在2秒内没有其它物体进入感应区。
5、超低功耗
驱动电路采用了智能节电技术，大大降低了驱动电磁阀的耗电量，在0.5水压状态下，4节5号碱性电池可以驱动电磁阀开启30万次以上。
6、设备的稳定性和可靠性
第2章红外线控制自动水龙头系统设计
2.1水龙头的构成及传感器控制
水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图2-1所示）。
图2-1 反射式红外传感器
反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。
2.2系统组成方框图
红外线自动控制水龙头整个控制过程分为5个部分。
2.3红外反射式光电传感器特性
反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围
信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图2-3所示）
反射光强度的输出信号电压（Vout）是反射面及传感器之间的距离（X）的函数，设反射面物质为同种物质时，X及Vout的响应曲线是非线性的（如图2-4所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的
2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理
2.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成
红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2、运算放大器LM741）、音频译码器（LM567）、继电器K、电源电路等组成。
2.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图
见附录
2.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理
工作原理：发射电路中，多谐振荡器由IC（555）和R0.R1和C7等组
成。其振荡频率为f=1.44/（R0+2R1）C7，振荡输出信号驱动TLN104型的LED1~LED3工作，从而产生红外脉冲调制波。接收电路中红外接受头D1.D2及发射中的发射管相匹配，采用TLN104型。红外脉冲调制经D1.D2接收管转换成电信号，经C1藕合至LM741，再经C2输入到LM567的第3管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1R6C3及红外调制频率40KHZ一致，使第8管脚输出为低电平，又经反相后，驱动VT2导通，继电器因控制有信号触发而有交流输出。当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的D1.D2因接收到光信号而进行光电转换，从而使LM567因有信号输入而在第8脚输出为低点平，经反相VT2导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。
第3章单元电路的设计
3.1 稳压电源的设计
电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。它的电压变压器B，桥式整流电路D1~D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。
200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1~D4 和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin 和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（如图3-5所示）。
图3-5 稳压电源电路
3.2 振荡器电路的设计
振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路（如图3-6所示）。
图3-6 由定时器构成的多谐振荡器
由于555内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。故只需通过调节R1的阻值来改变f 来使其为1Hz的秒脉冲信号，作为闸门信号。
3.3红外接受控制电路的设计
本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头SFM506-38和锁相环电路。它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。LM567、开关放大电路VT9013、固态继电器TAC08、电磁阀构成控制电路（如图3-7所示）。
LM567是1片锁相环音频解码电路，采用8脚双列直插塑封，3脚为信号输入端，其工作频率由5、6脚上的阻容元件决定，8脚为逻辑输出端。IC2及R7、C12组成振荡器，R7、C12决定IC2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号端，8脚为逻辑输出端，该输出是1个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA，LM567的工作电压为4．75～9V，工作频率0．1Hz～500kHz，静态工作电流为8mA。当无人洗手时，IC1接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到IC2的3脚后，IC2的8脚就会输
出低电平，三极管VT1截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当手放到水龙头下时，IC1不能接受红外线，IC2的3脚无信号输入，8脚输出高电平，使得VT1导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220VAC，Y开始动作，使水龙头放出自来水，同时LED发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。SFM506-38地内部原理图（如图3-8所示）
图3-8 SFM506-38的内部原理图
3.4电压放大电路的设计
电压放大电路采用LM741集成运算放大器，（如图3-9所示）。LM741是高性能内补偿运算放大器，功耗低，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。
LM741的管脚功能是：1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚为负电源端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源端，8脚为空脚端。。内部原理图（如图3-10所示）。
图3-9 LM741集成运算放大器
图3-11 内部原理图
3.5音调译码器的设计
音调译码器采用LM567锁相环电路，锁相环内则包含一个电流控制振荡器（CC0）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I及Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。
主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。
LM567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时，开关就接通。通用的LM567还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1至500KHz内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率14%内的任何值。而且，输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。
LM567的管脚功能是：1脚为输出滤波，2脚为回路滤波，3脚为输入端，4脚为正电源端（电压值需最小为4.75V，最大为9V），5脚为定时电阻端，6脚为定时电容端，7脚为接地端，8脚为输出端。
3.6三端稳压器
三端稳压器是一种标准化，系列化的通用线性的稳压电源集成电路，以其体积小成本低性能好，工作可靠性高等特点，成为目前稳压电源中应用最广泛的一种单片式集成稳压器件。
三端稳压器的工作原理：原它及一般分立元件组成的串联式的稳压电路基本相似的.不同的是增加了启动电路,保护电路和恒流源。启动电路是为恒流源建立工作点而设置的.恒流源设置在基准电压形成和误差放大器电路中，是为了使稳压器能够在比较大的电压变化范围内正常可靠的工作。在芯片内设置了两种较为完善的保护电路：一是过流保护，一是过热保护Rsc是过流保护的取样电阻。Ri，Rb 为输出采样电阻。Rb 两端上的电压（反映输出电压的大小的采样电压）及基准电压在误差放大器中进行比较和放大，产生误差电压，去控制调整管的工作状态，从而稳定输出电压。
3.7 LM567调制传感器
LM567是一种比较廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器。
由LM567的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的LED，由探头的光敏管接收反射光。经三极管放大，转换成电压信号后送到LM567的内部鉴相器2同步调解，然后由LM567内部的比较器转换为数字输出并联负反馈放大电路有若稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管电容的影响，获得良好的高频特性。这个电路的缺点是当多个探头同时使用时因为频率接近，一旦相邻单元的光斑出现部分重合就会有干扰造成输出抖动，另外567输出鉴相器参考信号是从振荡电容端引出的，及发射和接收信号几乎是正交的，解调效率非常低，前级需要高倍放大。
为了解决上述多个探头临近的问题，在使用多组传感器时，做了以下改动（如图3-16所示）：
单独用一个单元（图中右边的567）作振荡，给其余四个单元（图中只画了一个）提供同步的时钟信号，消除了差拍问题。而且时钟信号既接到振荡电容端又用来控制输出放大管点亮探头照明的LED，使得参考信号及发射和接收信号的相差非常小，调节效率大大提高，最大探测距离有所增加。
图3-16 LM567传感器原理图（一）
图3-16 LM567传感器原理图（二）
结论
此次毕业设计我选做的是红外自动控制水龙头的设计，红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2，运算放大器（LM741）.音频译码器（LM567）.继电器K.电源电路等组成。
通过这次对红外线自动控制水龙头的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于水龙头的原理及设计理念。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。除了学会了许多专业知识外，在遇到困难时，积极地去请教我的指导老师，我通过看现有的教材、去图书馆查阅资料、去网上搜索相关信息这些方式，不仅完成了我的毕业论文，而且大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。
这次毕业设计不仅使我对相关专业知识有了更深的理解，而且还让我认识到了理论知识对工作实践的重大意义，学会理论联系实际。毕业设计要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样一切由教材和老师安排。因此，它给了我更大的发挥空间。让我发挥主观能动性独立的查阅资料、寻找数据、设计实验方案，并将理论知识应用到实践中去。同时，让我懂得红外线在生活中的广泛应用。通过这次设计提高了我认识问题、分析问题、解决问题的能力。
总之，这次设计既是对我课程知识的考核，又是对我思考问题、解决问题能力的考核，更是对我人格品德的考验，设计让我受益匪浅。
谢辞
当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。
三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导教师，吾文明老师，你从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。我要感谢在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的室友们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。
总之，这次设计既是对我课程知识的考核，又是对我思考问题、解决问题能力的考核，更是对我人格品德的考验，设计让我受益匪浅。
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感应式水龙头设计思路探究 感应式水龙头是一种通过感应技术实现自动出水的水龙头。它可以根据人体接近的动 作和手部信号自动感知并控制水流的开启和关闭，提供便利的同时也可以节约水资源。现 如今，感应式水龙头已经广泛应用于公共场所、办公场所以及家庭使用。 感应式水龙头的设计思路主要包括以下几个方面： 1. 感应元件的选用：感应式水龙头主要通过红外线、超声波或者微波等感应元件来 实现对人体接近动作的感知。不同的感应元件有不同的感知范围和精准度，设计师需要根 据实际使用场景和需求来选择合适的感应元件。 2. 控制系统的设计：感应式水龙头的控制系统需要能够准确感知到人体接近的动作，并且在一定的延迟时间后控制水流的开启和关闭。控制系统通常由感应元件、微处理器、 电磁阀等组成，设计师需要考虑系统的灵敏度和稳定性，以及节能、耐用等方面的需求。 3. 节水技术的应用：感应式水龙头的一个重要设计思路就是通过节水技术来实现对 水流的控制。设计师可以通过优化水喉的出水口和流量控制装置来降低水流率，或者设置 自动关闭功能来避免长时间不必要的水流出。 4. 人体工程学的考虑：感应式水龙头的设计还需考虑用户的使用体验。可以设计合 适的出水角度和高度，方便用户使用并降低水花溅出的风险。还可以考虑在水龙头上设置 温度调节功能，让用户能够根据需要调节水的温度。 5. 安全性设计：感应式水龙头需要考虑防止不必要的触发和操作错误。可以设置合 适的感应距离，避免由其他物体触发水流的开启。还可以设置自动关闭功能，防止长时间 开启水流而造成浪费。 感应式水龙头的设计思路主要包括感应元件的选用、控制系统的设计、节水技术的应用、人体工程学和安全性的考虑等方面。通过合理设计和应用相关技术，感应式水龙头能 够提供便利的同时还能够节约宝贵的水资源。
感应式水龙头设计思路探究 随着科技的不断进步和人们对健康生活的需求，感应式水龙头逐渐成为了现代化家居 和公共场所中的常用设备。感应式水龙头不仅在使用上方便快捷，避免了接触细菌的风险，而且在节约用水方面也具有显著的效果。针对感应式水龙头设计的思路，本文就进行探 究。 一、感应式水龙头的工作原理 传统的水龙头一般是手动转动开关控制水流的开启和关闭。感应式水龙头则是采用红 外线或超声波等无线电技术，当传感器感应到有物体靠近时，自动开启水流，离开时自动 关闭水流。感应式水龙头的工作关键就在于传感器的设计和性能。 1. 传感器的精度和稳定性 感应式水龙头的传感器要具有高精度和稳定性，能够快速而准确地检测用户的手部动作，并实现自动控制水流的开启和关闭。为了提高传感器的灵敏度和稳定性，设计师需注 意传感器的定位和调整，以确保传感器与用户的手部距离和角度的匹配。 2. 水流的控制和节约 感应式水龙头需要具有高度的水流控制能力，确保用户在使用时可以自由控制水流的 大小和流量。同时，为了节约用水，设计师还需要制定合适的水龙头流量控制标准，并针 对不同应用场景和用水需求进行各自的调整。 3. 安全和方便的使用体验 感应式水龙头设计还需要结合人性化设计，确保其具有方便快捷、安全可靠和易于操 作的使用体验。这需要设计师考虑到用户的使用习惯和特点，如手型、力度、喜好等，从 而优化各项设计参数，比如传感器的角度和大小、水流控制开关的位置和形状等。 目前，感应式水龙头已广泛应用于公共场所和家居生活中，比如厕所、厨房、浴室等。在家居生活中，感应式水龙头主要用于厨房和浴室，可以更加方便地控制水流，并保持环 境的清洁。在公共场所中，感应式水龙头则可以有效避免细菌的交叉感染，并节约用水， 同时也为人们带来了更加舒适、便捷和安全的使用体验。 综上所述，设计优质的感应式水龙头需要结合精准的传感器技术、流量控制和人性化 设计等多方面考虑，从而达到方便快捷、安全可靠和节约用水的目标。随着科技的不断发 展和人们对健康生活的更高追求，感应式水龙头的设计和应用将会迎来更大的发展前景。
红外感应水龙头控制系统的设计（论文） 学生姓名： 学号： 专业班级： 指导教师：
摘要 随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来久的将来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。据报道我国是一个水资源短缺的国家，若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的四分之一，时间排110位。 由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站目前全自动感应水龙头普遍应用在火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水医院等公共场所。 在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶劣，传统水龙头必须通过人手操，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免了洗手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成，无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。 全自动感应水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，，使用寿命长，发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的生活带来了极大的方便，已成为人们日常生活中必不可少的必需品，而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要意义。 本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路、电磁、电源等组。当人或事物靠近时，自动产生控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关闭水源。及传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。使用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传避免了病菌的传播。系统电路设计简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。 关键词：传感器；红外线
强光直射和家用电器的红外遥控器的环境中会有干扰，使开关自动跳变，稳定性差。于是这次我重点改进了源程序，加入了强光下、红外遥控器环境下的防干扰算法，让这个红外感应开关非常稳定，不再受任何干扰了。 另外对程序的改进，让这次的制作省去了一条导线，制作更简单，只需要单片机、红外传感器、LED指示灯、电池和面包板。HEX文件已经更新发布（IR_NEAR_V2），敬请下载仿制。 ----------------------------------------------- 经过多光源、临界点、红外遥控干扰等测试，工作很稳定。而红外感应部分算上单片机一共才4个元器件。完全通过软件修改感应距离和延时长度等。 注意事项： 1. 为STC12C4052AD下载HEX文件时应在STC-ISP软件中选择“内部RC振荡器”。 2. 避免在强光下使用，过强的光线会降低感应距离。 3. 单片机的P1.7接口输出无锁存低电平，可连接继电器制作感应水龙头。 4. 单片机的P1.6接口输出锁存开关电平，可制作感应电灯开关，上电初始时为高电平。 5. 可通过增加红外发射二极管的亮度（功率）来提高感应区距离。 6. 必须使用STC12C4052AD或STC12C2052AD（有ADC功能），而不可使用STC12C2052代替。 创新设计： 1. 利用单片机内部的ADC接收反射光数值，用程序算法避开其他光源的干扰。 2. 用开关发射LED进行双重检测，让启动和关断的临界点分开。 3. 采用20次连续检测方式，如果20次中有任何一次错误（干扰造成）都会重新检测。 4. 无锁存和锁存双输出，即可作为电灯开关也可作为感应水龙头的开关。
感应式水龙头设计思路探究 随着科技的不断发展，感应式水龙头成为了家庭和公共场所常见的装置之一。与传统 的手动水龙头相比，感应式水龙头具有更加智能、方便、节水的特点。它通过感应器感知 使用者的接近，并自动开启和关闭水流，实现了无触摸的操作。本文将探究感应式水龙头 的设计思路。 感应式水龙头的设计主要包括两个部分：感应器和水控系统。感应器负责感知用户的 动作，而水控系统则负责控制水流的开关。 感应器的设计是感应式水龙头的关键部分。常见的感应器有红外线感应器和压力感应器。红外线感应器通过发射红外线信号，当有物体接近时，信号被物体反射回来，感应器 会识别出这个信号并启动水流。压力感应器则是通过感知物体接近水流的压力变化来控制 水龙头的开启和关闭。这两种感应器都具有灵敏的特点，可以实现准确的感应和控制。 水控系统是感应式水龙头的核心部分。它包括电磁阀、水泵、控制电路等组成。当感 应器检测到用户的动作时，感应信号会被传输给水控系统，水控系统会根据信号的强弱和 持续时间来判断用户的需求，并通过控制电路来控制电磁阀的开启和关闭，从而实现水流 的控制。水泵则负责提供水源，保证水流的正常供应。水控系统的设计需要考虑多方面的 因素，如电磁阀的稳定性、控制电路的精确性等。 在感应式水龙头的设计中，还需要考虑用户的使用习惯和需求。用户可能希望调节水 流的大小和温度。设计中可以加入水流调节器和温控装置。水流调节器可以通过控制水泵 的工作频率来实现水流大小的调节，用户可以根据需要选择适合自己的水流大小。温控装 置则可以通过控制热水器或加热器的工作来实现水温的调节，用户可以根据需要选择适合 自己的水温。 感应式水龙头的设计还需要考虑节水和环保的因素。通过加入节水装置，如自动停水 功能和定时停水功能，可以有效地减少水的浪费。感应式水龙头的设计还可以结合节能技术，如太阳能发电和热能回收，进一步降低能源消耗。 感应式水龙头设计思路的核心是通过感应器感知用户的动作，通过水控系统控制水流 的开关，并根据用户的需求和环境因素来设计相应的功能。通过合理的设计和创新的思路，可以实现更加智能、方便、节水的感应式水龙头。
红外线控制自动水龙头系统设计 1水龙头的构成及传感器控制 水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图2-1所示）。 图2-1 反射式红外传感器 反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。 红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。
2系统组成方框图 红外线自动控制水龙头整个控制过程分为5个部分。系统组成框图（如图 2-2所示）。 3 红外反射式光电传感器特性及工作原理 反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图2-3所示）。 红外发射 电路 变压器 滤波整流 电路 电磁阀控制电路 红外接收电路 图2-2 控制电路原理方框图 发射 接收 反射表面 x
感应式水龙头设计思路探究 一、感应式水龙头的设计原理 感应式水龙头是通过感应器来感知人体的存在并自动开启或关闭水流的一种产品。其 设计原理主要包括以下几个方面： 1. 感应器：感应式水龙头的核心部件是感应器，它可以通过红外线、超声波或热传 感等技术感知人体的接近，一旦检测到人体的存在，就能够自动开启水流，等到人体离开 后自动关闭水流。 2. 控制系统：感应式水龙头还需要配备一个智能的控制系统，用于接收和处理感应 器传来的信号，控制水龙头的开关和水流量，并能够根据不同的环境和需求进行相应的调 节和控制。 3. 节水装置：为了进一步提高节水效果，感应式水龙头通常还会配备一些节水装置，比如限流器、加压器等，用于控制水流量和水压，将浪费降到最低。 感应式水龙头的设计原理主要是通过感应器和控制系统实现对水流的自动控制，再加 上节水装置的配合，以实现节水、卫生和便捷的效果。 感应式水龙头相比传统的手动水龙头，具有以下几个主要的设计特点： 1. 节水环保：由于感应式水龙头可以根据人体的存在和需求进行智能控制，因此能 够有效控制水流量和水压，达到节水环保的效果。 2. 卫生方便：使用感应式水龙头可以避免手部直接接触水龙头的情况，有效地减少 了细菌的传播，保证了水的卫生和安全。 3. 智能舒适：感应式水龙头具有智能化的特点，能够自动感应和调节水流，给人们 带来了更加舒适和便捷的使用体验。 4. 美观大方：目前市面上的感应式水龙头设计款式多样，外观时尚大方，能够更好 地满足人们的审美需求。 感应式水龙头的设计特点主要表现在节水环保、卫生方便、智能舒适和美观大方等方面。 随着科技的不断进步和人们对生活质量要求的提高，感应式水龙头的发展趋势也日益 明显，主要体现在以下几个方面： 1. 多样化的功能：未来感应式水龙头将会朝着功能多样化的方向发展，比如可以加 入温控功能、过滤功能、喷雾功能等，以满足不同用户的个性化需求。
感应式水龙头设计思路探究 【摘要】 感应式水龙头是一种利用感应器控制水流的智能化设备，其原理 是通过感应器感知人体接近并触发水流，具有节水、卫生、方便等优势。设计时需考虑感应距离、感应灵敏度等因素，未来发展方向包括 智能化、节能化等方面。设计过程中需要创新思维，面临挑战包括技 术难题、成本控制等问题。感应式水龙头在提高节水效率、提升用户 体验方面具有重要意义，未来有望广泛应用于家庭、公共场所等领域，推动智能化水龙头的发展。感应式水龙头设计是一个具有巨大市场潜 力和创新挑战的领域，其应用推广将带来更多便利与未来机遇。 【关键词】 感应式水龙头、设计思路、原理分析、优势与特点、设计考量、 未来发展方向、创新与挑战、重要性、前景展望、应用推广 1. 引言 1.1 感应式水龙头设计思路探究 感应式水龙头是近年来厨卫领域的一项重要技术创新，通过感应 装置实现自动开关水流，不仅节省了用水，还避免了因接触水龙头而 造成的交叉感染风险。随着人们对健康环保的追求不断提高，感应式 水龙头正逐渐成为家庭和公共场所的首选产品。
本文旨在探究感应式水龙头设计的思路，从原理分析、优势特点、设计考量、未来发展方向、创新挑战等方面入手，全面解读该技术的 内涵和应用前景。通过对感应式水龙头设计的深入研究，可以更好地 认识这一领域的现状和未来发展方向，为相关行业的从业者提供参考 和借鉴。 2. 正文 2.1 感应式水龙头的原理分析 1. 感应式水龙头的传感器原理：感应式水龙头通常使用红外传感 器或者声波传感器来检测用户的手部位置，当用户将手放在传感器范 围内时，传感器会发出信号告诉水龙头开启水流。 2. 感应式水龙头的电子控制系统：感应式水龙头内部包含一个电 子控制系统，负责接收传感器信号并控制水阀的开关。通过精确的电 子控制，可以实现自动开启和关闭水流，提高水龙头的节水效率。 3. 感应式水龙头的节水原理：感应式水龙头可以根据用户的需求 进行智能调节水流大小和流量，避免不必要的浪费。通过定制化的节 水功能，可以有效降低用水量，保护水资源。 4. 感应式水龙头的安全保护措施：感应式水龙头在设计时考虑到 了用户安全因素，通常会设置自动停水功能，防止长时间不使用而造 成水浪费或者水漫溢的情况发生。一些高端的感应式水龙头还会具备 防漏电、防烫伤等功能，保障用户的安全。
传感器课程设计 课题：感应水龙头的设计 学校：新乡学院 院系：物理与电子工程学院 专业：电子信息科学与技术二班 姓名：*** 学号： *********** ****: **
目录 一、引言 (3) 二、系统的基本组成 (4) 2.1“感应式水龙头”的正视图和侧视图 (4) 2.2水龙头的构成及红外传感器控制 (5) 2.3系统组成方框图 (5) 三、系统的工作原理 (6) 3.1 红外线水龙头控制电路系统的组成 (6) 3.2 红外线水龙头控制电路工作原理 (6) 四、单元电路设计 (7) 4.1 +5V稳压电源的设计 (7) 4.2红外接收控制电路的设计 (7) 4.3压放大电路的设计 (8) 4.4音频译码器的设计 (10) 4.5三端稳压器 (11) 4.6 LM567芯片使用 (12) 4.7元件选取 (13) 五、结束语 (14) 参考文献 (14)
一、引言 许多人在日常生活中有这样的体验，每当在厨房中做饭，双手总会沾满油脂，想用油油的双手开启水龙头冲洗，又担心会将油脂留在水龙头的开关上，造成日后的清洗不便。而对于公用场所的水龙头，随着接触的人多了，上面就会有很多细菌，每次接触就会带上细菌，危害人体健康。特别是医用水龙头，在避免细菌交叉感染方面更加需要注意。而对于普通的水龙头来说，它无法避免这些麻烦，但感应式节水水龙头就完全可以帮你解决这些问题。它无需接触龙头任何部位，出水及关水由感应器自动完成，可有效避免细菌交叉感染，同时在感应范围内自动出水，用完自动关水特点也起到了节约水资源的作用。 我们所设计得是一种以红外控制出水关水的水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合放水的功能。它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。并且它可在强光下工作，可应用范围极其广泛，如家庭、车站、工厂、学校、餐厅、医院等场所都可使用。 它满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。
目录 前言 (1) 1、总体方案设计 (1) 1、1 设计任务与要求 (1) 1、1、1 设计任务 (1) 1、1、2 设计要求 (1) 1、2 系统组成框图 (1) 2、设计原理分析 (2) 2、1 电路主要芯片介绍 (2) 2、1、1 NE555时基电路简介 (2) 2、1、2 MC78L12CP简介 (3) 2、2 电路原理图 (3) 2、3 主要单元电路设计 (3) 2、3、1 红外线发射电路 (3) 2、3、2 红外线接收电路 (4) 2、3、3 时间延迟电路 (5) 2、3、4 自动水龙头开关电路 (6) 2、3、5 电源电路 (7) 3、用Multisim仿真 (7) 3、1 Multisim仿真软件简介 (7) 3、1、1 Multisim仿真软件概述 (7) 3、1、2 Multisim软件的特点与结构 (7) 3、1、3 Multisim的仿真特点 (8) 3、2 用Multisim软件仿真的结果 (9) 结论 (12) 参考文献 (12) 致谢 (13)
用Multisim仿真红外自动水龙头 前言 红外自动水龙头电路依靠红外线控制水龙头自动瞬时来水,自动延时断水,既使用方便,又节约用水。红外自动水龙头采用非接触的红外感应方式自动开关,使用时手不接触水龙头,从而杜绝了细菌病毒的交叉感染,有效地预防了各种疾病的传播。在医院、宾馆、饭店、学校、超市等公共场所及家庭中都得到了广泛的应用。 1、总体方案设计 1、1 设计任务与要求 1、1、1 设计任务 设计一个红外自动水龙头开关控制电路。该电路能够在人们需要用水的时候,通过感应装置自动打开自来水开关,并且在打开开关一段时间后,自动关断开关,从而起到节约用水的目的。 1、1、2 设计要求 1、要求电路通过感应装置,在人们需要用水的时候,自动打开水龙头开关。 2、要求电路在打开水龙头开关一段时间后,自动关断开关。 3、要求电路能够调节自动水龙头开关打开的时间。 1、2 系统组成框图 红外自动水龙头开关控制电路的总体框图如图1所示: 图1 红外自动水龙头开关控制电路的总体框图红外自动水龙头开关控制电路就是由红外线发射电路、红外线接收电路、时
液位控制器模块 液位控制器模块具有液位指示功能（即通过点亮不同颜色的LED 来显示液体的水位）及通过控制继电器的吸合和断开来控制电机工作，及时的加水和排水。 一．原理说明 电路主要有LM324控制芯片，4个LED显示电路，继电器模块，金属条感应模块。 该液位控制器能够利用金属条来感应液位的高度，在地狱最大预定值是，能通过控制继电器操控水泵进行加水（或排水），当增加液体到指定的液位时，控制继电器使水泵停止工作。液位的高度可以依据设计的4个LED灯的亮灭来判断。 二．使用说明 1.输入电压：DC5V。继电器触点容量：3A/250V 2.功能说明 到高水位时继电器断开（水泵停止工作），待水位再次降到低水位时继电器再次吸合，上述过程循环。此功能应用在自动加水设备中，可让水位维持在低水位和高水位之间。 2.三种颜色LED分别指示低（红色）、中（绿色）、高（黄色）水位，高水位时继电器吸合（外接电磁阀工作），开始排水，水位降
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《数字电子技术》课程设计 课程设计题目： 红外感应开关器 系 别： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 职 称： 日 期： 广东海洋大学寸金学院教务处制
目录 目录 ........................................................................................................................................................ I 前言 ...................................................................................................................................................... III 第1章设计要求 . (4) 1.1设计任务要求 (4) 1.2 设计主要技术指标 (4) 1.3 红外控制和传统开关控制的比较 (4) 第2章设计思想以及设计流程 (5) 2.1 设计思想 (5) 2.2总电路设计流程 (5) 第3章电路功能的实现方案 (6) 3.1芯片功能介绍 (6) 3.1.1集成电路CD4093 (6) 3.1.2施密特触发器 (7) 第4章电路设计的原理图以及总电路图 (8) 4.1 工作原理 (8) 4.2各模块设计方案及原理说明 (9) 4.2.1 电源电路 (9) 4.2.2 红外感应电路 (9) 4.3.3 延时电路 (9) 4.3.4 开关控制电路 (10) 4.3设计思路 (10) 4.4总电路原理 (10) 第5章电路仿真 (11) 红外感应开关电路 (11) 第6章收获、体会 (12) 参考文献 (12) 致谢 (12)