红外线自动控制水龙头设计
红外线自动控制水龙头设计[20200128190809]
【摘要】
本文所介绍的是一种新型红外线控制自动水龙头, 红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路，电磁阀，电源组成。用51系列单片机进行数据处理，电路简单，既防止了其它光源的干扰，又简化电路，降低成本，使用和安装都很方便。成本低，体积小，安装简单。自动水龙头接通电源，当手伸到水龙头下时，使水龙头放自来水，根据需要调节水流大小，手离开水龙头后，停止放水。
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关键字:】红外线控制,自动水龙头,电磁阀
一、引言 4
二、系统原理设计 5
（一）设计思想 5
（二）系统框图 5
三、硬件设计 6
（一）输入电路设计 6
1.红外线发射电路 6
2. 红外线接收电路 8
（二） 控制电路设计 11
1.单片机的选择 11
2．时钟电路 14
3. 复位电路 15
4. 单片机控制部分 15
（三）输出电路设计 16
1. 电磁阀 17
2. 驱动电路 17
（四） PCB板的设计 18
四、软件设计 20
（一）程序流程图 20
（二）程序设计 21
（三）程序调试 22
五、结束语 23
六、致谢 24
七、参考文献 25
附录 26
一、引言
水龙头，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对生活要求越来越高，追求自动化，智能化。怎样让其更好的服务人民，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型水龙头。
作为本设计核心元件的单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。我们用的手机呀、电话啊、计算器、电器、电子类的玩具、电脑以及鼠标等电脑的配件中都配有单片微机。汽车里一般配备有四十多个单片微机，较为复杂的工业控制的系统上甚至有数百台单片机在同时工作，单片机的数量远超过PC机和其他的计算机的总和。
单片机的体积比较小、重量轻、抵抗外界干扰的能力很强、价格较为低廉、可靠性高、灵活性好、研究开发起来容易。根据以上优点，在我国，单片机已广泛的应用在工业、检测、仪器仪表、日常家用电器、电力电子、机电一体化设备等很多方面，而51单片机是各单片机中较为典型和具有代表性的一种。
随着单片机的不断发展其应用的不断扩展，它的作用也越来越重要，家电智能化是人类日常生活必然趋势。节能环保是当今世界发展的主题，而健康舒适的生活一直是人孜孜不倦的追求。不管是在厨房里取水，还是卫生间里的洗手，水龙头上的细菌与病毒在所难免都要接触到，尤其是公共场所中的水龙头最为让人头痛。怎样能避免某些传染疾病通过水龙头交叉感染，就是现在不得不考虑的一个问题。此外，传统水龙头的流量变化因取决于水龙头的开口大小，而人为调节一直是困扰水龙头发展的一个难题。
本设计从日常生活中常见的事物入手通过对水龙头的设计，使我们认识到单片机已经深入到我们生活的各个领域。该设计不仅可以锻炼我们的动手能力，而且可以加深我们对单片机的认识和激发我们对未知科学领域的探索，使得我们原本枯燥的学习变得更有趣味和更加形象。
二、系统原理设计
（一）设计思想
市场上流行的红外自动水龙头控制方案大都采用555控制、红外线传感器控制。因红外自动水龙头要求简单，因此很少采用单片机控制。
但相比较而言，采用单片机控制更智能化、人性化。以上这两种方案都不能很好的解决水流量自动调节的难题。但都有可取之处，因此根据设计要求结合着市场上的流行控制方案，初步思路如下：
使用555振荡电路所产生的一定频率的脉冲信号，通过驱动红外线二极管发出相同频率的红外线的脉冲信号。单片机通过改变555集成电路输出端的电阻大小，进而改变了红外线的最大探测距离。
当人的手触及到红外线有效发射范围内时，红外线经反射后被相应的红外线接收管检测到。采用51系列单片机作为数据处理，把相应的红外线接收管开关信号转化为控制水龙头流量的开关信号。
单片机根据红外线最大有效探测距离通过驱动电路自动控制三个电磁阀的通断，随时调整流量。
（二）系统框图
整个红外线自动控制水龙头原理图的设计。总电路原理图（见附录）。
三、硬件设计
（一）输入电路设计
输入电路是整个方案的主要组成部分，它要完成的任务是红外线的发射及接受。具体说来它包括两部分：555集成红外线发射电路、红外线接收放大电路。如图一所示：
图一、该部分电路的原理框图
1.红外线发射电路
1.1 红外线发射管
红外线二极管正常工作，需要一个固定的频率激发。在众多类型的振荡器中，其中由555定时器构成的多谐振荡器就是其中的代表。在方案中，所要介绍的红外线发光元件，是以砷化镓(GaAs)的红外线发光二极管 （也称红外线发射二极管）为主体，分别叙述其基本特性及应用电路。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。红外线二极管常有三种驱动方式：交流、直流、脉冲。因二极管存在死区电压Uo，所以在交流驱动时应加上略大于死区电压的着正向偏置电压。如果使用直流驱动的话就不再考虑这个问题。当红外发光二极管工作在脉动直流驱动下，红外发射的有效传送距离与脉冲的峰值电流Ip成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能提高红外光的发射距离。提高的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T。
相比较前两者驱动方式，采用脉冲驱动的优势：1，显著增加了作用距离；2，降低了电源消耗；3，提高抗干扰能力。
用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。
1.2 555定时器
555定时器的内部电路结构图如图二所示：
图二、555定时器的内部电路结构图
它是由比较器 和 、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管 这三部分构成。
其内部电路结构： 是比较器 的输入端（用 标注）， 是比较器 的输入端（用 标注）。 和 的参考电压 和 由 经三个5kΩ电阻分压给出。在控制电压输入端 悬空时， =(2/3) , =(1/3) 。若 外部接固定电压，那么 = ， =(1/2) 。 是置零输入端口。只需要在 端加上一个低电平，输出端口 就会立即被置为低电平，它不会受到其他的输入端口状态的影响。正常工作的时候要使 置于高电平。
555电路引脚排列方式和引脚说明如图三和表一所示：
图三、555电路引脚排列方式
表一、555引脚说明
引脚 字母代号 功能说明 引脚 字母代号 功能说明
1 GND 公共地线端 5 Vc 控制信号输入端
2 触发信号输入端 6 TH 阀值信号输入端
3 Vo 信号复位端 7 DIS 放电控制器
4 主复位信号输入端 8 Vcc 工作电源输入端
1.3 红外线频率的设定
红光的波长范围为0.62μm～0.76μm，比红光波长还长的光叫红外线。红外线发射器就是利用波长0.76μm～1.5μm之间的近红外线来传送信号的。
555 当做定时器时，其输出频率f大小是由R1、R2、C4决定的。如图四所示：
【摘要】
本文所介绍的是一种新型红外线控制自动水龙头, 红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路，电磁阀，电源组成。用51系列单片机进行数据处理，电路简单，既防止了其它光源的干扰，又简化电路，降低成本，使用和安装都很方便。成本低，体积小，安装简单。自动水龙头接通电源，当手伸到水龙头下时，使水龙头放自来水，根据需要调节水流大小，手离开水龙头后，停止放水。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】红外线控制,自动水龙头,电磁阀
一、引言 4
二、系统原理设计 5
（一）设计思想 5
（二）系统框图 5
三、硬件设计 6
（一）输入电路设计 6
1.红外线发射电路 6
2. 红外线接收电路 8
（二） 控制电路设计 11
1.单片机的选择 11
2．时钟电路 14
3. 复位电路 15
4. 单片机控制部分 15
（三）输出电路设计 16
1. 电磁阀 17
2. 驱动电路 17
（四） PCB板的设计 18
四、软件设计 20
（一）程序流程图 20
（二）程序设计 21
（三）程序调试 22
五、结束语 23
六、致谢 24
七、参考文献 25
附录 26
一、引言
水龙头，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对生活要求越来越高，追求自动化，智能化。怎样让其更好的服务人民，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型水龙头。
作为本设计核心元件的单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。我们用的手机呀、电话啊、计算器
单片机的体积比较小、重量轻、抵抗外界干扰的能力很强、价格较为低廉、可靠性高、灵活性好、研究开发起来容易。根据以上优点，在我国，单片机已广泛的应用在工业、检测、仪器仪表、日常家用电器、电力电子、机电一体化设备等很多方面，而51单片机是各单片机中较为典型和具有代表性的一种。
随着单片机的不断发展其应用的不断扩展，它的作用也越来越重要，家电智能化是人类日常生活必然趋势。节能环保是当今世界发展的主题，而健康舒适的生活一直是人孜孜不倦的追求。不管是在厨房里取水，还是卫生间里的洗手，水龙头上的细菌与病毒在所难免都要接触到，尤其是公共场所中的水龙头最为让人头痛。怎样能避免某些传染疾病通过水龙头交叉感染，就是现在不得不考虑的一个问题。此外，传统水龙头的流量变化因取决于水龙头的开口大小，而人为调节一直是困扰水龙头发展的一个难题。
本设计从日常生活中常见的事物入手通过对水龙头的设计，使我们认识到单片机已经深入到我们生活的各个领域。该设计不仅可以锻炼我们的动手能力，而且可以加深我们对单片机的认识和激发我们对未知科学领域的探索，使得我们原本枯燥的学习变得更有趣味和更加形象。
二、系统原理设计
（一）设计思想
市场上流行的红外自动水龙头控制方案大都采用555控制、红外线传感器控制。因红外自动水龙头要求简单，因此很少采用单片机控制。
但相比较而言，采用单片机控制更智能化、人性化。以上这两种方案都不能很好的解决水流量自动调节的难题。但都有可取之处，因此根据设计要求结合着市场上的流行控制方案，初步思路如下：
使用555振荡电路所产生的一定频率的脉冲信号，通过驱动红外线二极管发出相同频率的红外线的脉冲信号。单片机通过改变555集成电路输出端的电阻大小，进而改变了红外线的最大探测距离。
当人的手触及到红外线有效发射范围内时，红外线经反射后被相应的红外线接收管检测到。采用51系列单片机作为数据处理，把相应的红外线接收管开关信号转化为控制水龙头流量的开关信号。
单片机根据红外线最大有效探测距离通过驱动电路自动控制三个电磁阀的通断，随时调整流量。
（二）系统框图
整个红外线自动控制水龙头原理图的设计。总电路原理图（见附录）。
三、硬件设计
（一）输入电路设计
输入电路是整个方案的主要组成部分，它要完成的任务是红外线的发射及接受。具体说来它包括两部分：555集成红外线发射电路、红外线接收放大电路。如图一所示：
图一、该部分电路的原理框图
1.红外线发射电路
1.1 红外线发射管
红外线二极管正常工作，需要一个固定的频率激发。在众多类型的振荡器中，其中由555定时器构成的多谐振荡器就是其中的代表。在方案中，所要介绍的红外线发光元件，是以砷化镓(GaAs)的红外线发光二极管 （也称红外线发射二极管）为主体，分别叙述其基本特性及应用电路。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。红外线二极管常有三种驱动方式：交流、直流、脉冲。因二极管存在死区电压Uo，所以在交流驱动时应加上略大于死区电压的着正向偏置电压。如果使用直流驱动的话就不再考虑这个问题。当红外发光二极管工作在脉动直流驱动下，红外发射的有效传送距离与脉冲的峰值电流Ip成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能提高红外光的发射距离。提高的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T。
相比较前两者驱动方式，采用脉冲驱动的优势：1，显著增加了作用距离；2，降低了电源消耗；3，提高抗干扰能力。
用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。
1.2 555定时器
555定时器的内部电路结构图如图二所示：
图二、555定时器的内部电路结构图
它是由比较器 和 、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管 这三部分构成。
其内部电路结构： 是比较器 的输入端（用 标注）， 是比较器 的输入端（用 标注）。 和 的参考电压 和 由 经三个5kΩ电阻分压给出。在控制电压输入端 悬空时， =(2/3) , =(1/3) 。若 外部接固定电压，那么 = ， =(1/2) 。 是置零输入端口。只需要在 端加上一个低电平，输出端口 就会立即被置为低电平，它不会受到其他的输入端口状态的影响。正常工作的时候要使 置于高电平。
555电路引脚排列方式和引脚说明如图三和表一所示：
图三、555电路引脚排列方式
表一、555引脚说明
引脚 字母代号 功能说明 引脚 字母代号 功能说明
1 GND 公共地线端 5 Vc 控制信号输入端
2 触发信号输入端 6 TH 阀值信号输入端
3 Vo 信号复位端 7 DIS 放电控制器
4 主复位信号输入端 8 Vcc 工作电源输入端
1.3 红外线频率的设定
红光的波长范围为0.62μm～0.76μm，比红光波长还长的光叫红外线。红外线发射器就是利用波长0.76μm～1.5μm之间的近红外线来传送信号的。
555 当做定时器时，其输出频率f大小是由R1、R2、C4决定的。如图四所示：
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