《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計紅外感應(yīng)開關(guān)器.doc

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1、 《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 紅外感應(yīng)開關(guān)器 系 別： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名：

2、 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 職 稱： 日 期： 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院教務(wù)處制 1 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院數(shù)電課程設(shè)計論

3、文 目 錄 目 錄 I 前 言 III 第1章 設(shè)計要求 4 1.1設(shè)計任務(wù)要求 4 1.2 設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo) 4 1.3 紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較 4 第2章 設(shè)計思想以及設(shè)計流程 5 2.1 設(shè)計思想 5 2.2總電路設(shè)計流程 5 第3章 電路功能的實(shí)現(xiàn)方案 6 3.1芯片功能介紹 6 3.1.1集成電路CD4093 6 3.1.2施密特觸發(fā)器 7 第4章 電路設(shè)計的原理圖以及總電路圖 8 4.1 工作原理 8 4.2各模塊設(shè)計方案及原理說明 9 4.2.1 電源電路 9 4.2.2 紅外感應(yīng)電路 9 4.3.3 延時電路 9 4.3

4、.4 開關(guān)控制電路 9 4.3設(shè)計思路 9 4.4總電路原理 10 第5章 電路仿真 11 紅外感應(yīng)開關(guān)電路 11 第6章 收獲、體會 12 參考文獻(xiàn) 12 致 謝 12 摘要 紅外感應(yīng)開關(guān)作為一種自動控制開關(guān)，通過感應(yīng)外界散發(fā)的紅外熱量實(shí)現(xiàn)其自動控制功能，能應(yīng)用于感應(yīng)水龍頭、自動干手器等設(shè)備上。從實(shí)際出發(fā)，利用數(shù)字電子技術(shù)改進(jìn)。該紅外感應(yīng)開關(guān)的設(shè)計利用Multisim11完成了原理圖設(shè)計和電路仿真，具有延時功能，應(yīng)用效果良好。 關(guān)鍵詞：

5、數(shù)字電子技術(shù) 紅外感應(yīng)開關(guān) 仿真 Abstract： Infrared sensor switch as an automatic control switch, by sensing infrared heat emitted outside achieve its automatic control functions, can be applied to sensor faucets, automatic dry on hands and other equipment. From reality, the use of digital electronic technol

6、ogy improvements. The design uses an infrared sensor switch Multisim11 completed schematic design and circuit simulation, with delayed functions, with good results Key words: Infrared sensor switch ; digital electronic technology ; simulation 前 言 人體基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)

7、品，當(dāng)有人進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人不離開感應(yīng)范圍活動，將持續(xù)輸出高電平；人離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負(fù)載，靈敏度高，可靠性高，管飯應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，企業(yè)、賓館、商場及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動開光起到“人來燈自亮，人走燈自滅”的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場所還能起到威懾盜竊活動的防范作用。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，本身步伐任何類型的輻射，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。 12 第1章 設(shè)計要求 1.1設(shè)計任務(wù)要求 為了實(shí)現(xiàn)紅外感應(yīng)延時開關(guān)的功能。

8、隨著科技的發(fā)展，越來越多的電器不再需要人為地去控制了，自動化控制成為趨勢。本設(shè)計以樓梯感應(yīng)燈為例，在白天時無論是否有聲音，小燈都不能被點(diǎn)亮，即白天時不需要光照，在夜晚當(dāng)有聲音產(chǎn)生時，小燈被點(diǎn)亮，且在聲音消失后，小燈能夠維持一段時間亮度，即在夜晚有人經(jīng)過的時候，燈被點(diǎn)亮，并有足夠的時間讓人通過。 （1）設(shè)置一個燈利用紅外感應(yīng)自動控制亮滅，既方便又省電。 （2）電路具有延時功能，當(dāng)人在感應(yīng)范圍內(nèi)，開關(guān)被打開并延遲關(guān)閉，并且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)延遲的時間。 1.2 設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo) 1 能實(shí)現(xiàn)判斷前方是否有物體，從而控制開關(guān)動作 2 能實(shí)現(xiàn)可以調(diào)節(jié)每次動作后的延時時間 1.3 紅外控制

9、和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較 隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的進(jìn)步，原有的“機(jī)械開關(guān)”已經(jīng)漸漸不能滿足現(xiàn)在人們對“節(jié)能”“方便”的理解，紅外線感應(yīng)開關(guān)正是為了解決這些問題而研制的。它具有壽命長，速度快，精度高，抗干擾性強(qiáng)，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)在生活中已經(jīng)漸漸取代了機(jī)械開關(guān)?！，F(xiàn)在建筑樓宇使用聲控，光控，觸摸開關(guān)控制走廊照明越來越普遍，其好處是消滅了長明燈現(xiàn)象。但是它們各有缺陷。當(dāng)你兩手提著重物上樓時，就不易觸摸開關(guān)；聲控開關(guān)當(dāng)噪音夠分貝量時，會誤動作。紅外感應(yīng)開關(guān)電路就克服了上訴缺陷，不但能應(yīng)用于走廊、車庫、地下室、消防通道等場合，還可以應(yīng)用于家庭和賓館臥室。做到了人進(jìn)燈亮或啟動抽風(fēng)扇工作，人

10、離開則停止工作。針對以上開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我組設(shè)計的紅外線感應(yīng)開關(guān)。此開關(guān)可以使我們的生活更加便利，能源消耗得更少。此開關(guān)使用方便。它不依賴傳統(tǒng)的手動控制進(jìn)行開關(guān)用電器，而是借助紅外線感應(yīng)器，自動控制開關(guān)，使我們不方便時也能隨意控制電燈及用電器。 第2章 設(shè)計思想以及設(shè)計流程 2.1 設(shè)計思想 經(jīng)過對電路功能的分析，整個紅外感應(yīng)開關(guān)器可由電源、振蕩器、繼電器、各路門電路構(gòu)成。 2.2總電路設(shè)計流程 紅外線發(fā)射電路 紅外線接收電路 時間延遲電路 電燈開關(guān)電路 電源電路 圖 3-1總電路框圖 第3章 電路功能的

11、實(shí)現(xiàn)方案 3.1芯片功能介紹 3.1.1集成電路CD4093 CD4093是CD系列數(shù)字集成電路中的一個型號，采用CMOS工藝制造。CD4093由四個2輸入端施密特觸發(fā)器電路組成。每個電路均為在兩個輸入端具有施密特觸發(fā)器功能的2輸入與非門。每個門在信號的上升和下降沿的不同點(diǎn)開，關(guān)。74系列數(shù)字集成電路中的74L132可以代換CD4093. 其邏輯符號如下所示： 引腳功能圖： A 數(shù)據(jù)輸入端 E 數(shù)據(jù)輸入端 J 數(shù)據(jù)輸出端 B 數(shù)據(jù)輸入端 F 數(shù)據(jù)輸入端 K 數(shù)據(jù)輸出端

12、C 數(shù)據(jù)輸入端 G 數(shù)據(jù)輸入端 L 數(shù)據(jù)輸出端 D 數(shù)據(jù)輸入端 H 數(shù)據(jù)輸入端 M 數(shù)據(jù)輸出端 VDD 正電源 VSS 地 - - 3.1.2施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖。 1．特點(diǎn)：（傳輸特性、工作波形如右圖所示） ⑴ 施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，其維持和轉(zhuǎn)換完全取決于輸入電壓的大小。 ⑵ 電壓傳輸特性特殊，有兩個不同的閾值電壓（正向閾值電壓 和負(fù)向閾值電壓 ） ⑶ 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 2.功能 ⑴波形變換 三角波、正

13、弦波及其它不規(guī)則信號→矩形脈沖。 ⑵脈沖整形 當(dāng)傳輸?shù)男盘柺艿礁蓴_而發(fā)生畸變時，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較好的矩形脈沖 ⑶脈沖幅度鑒別 如輸入信號為一組幅度不等的脈沖，可將輸入幅度大于 的脈沖信號選出來，而幅度小于（正向閾值） 的脈沖信號則去掉了。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。 （4）脈沖延遲 即將脈沖延遲一定時間后輸出。 （5）構(gòu)成多諧振蕩器 幅值不同的信號在通過

14、加上一個合適電容的施密特觸發(fā)器后會產(chǎn)生矩形脈沖，矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。 第4章 電路設(shè)計的原理圖以及總電路圖 4.1 工作原理 電路原理：U1A的1腳由于R3的下拉作用保持低電平，無論U1A的2腳電平為高或?yàn)榈蚒1A的3腳得到的信號都是高電平,經(jīng)R4到D7，由于二極管的單向?qū)щ娦?，U1D的12腳、13腳保持高電平不變，U1D的11腳為低電平不變，同理由于二極管的單向?qū)щ娦裕琔1C的8腳、9腳保持低電平不變，U1C的10腳為高電平不變，三極管Q4截止繼電器不動作。 當(dāng)有物體靠近發(fā)射接收頭前方時紅外線接收電路接收到信號，U1A的1腳和U1A的2腳的電

15、平信號同時為高時， U1A的3腳得到低電平信號，經(jīng)R4到D7，由于二極管的單向?qū)щ娦?，電容C3迅速放電，U1D的11腳、12腳同時變?yōu)榈碗娖?，U1D的13腳為翻轉(zhuǎn)為高電平，信號經(jīng)R10到D3，同理由于二極管的單向?qū)щ娦裕琔1C的8腳、9腳變?yōu)楦唠娖剑?U1C的10腳翻轉(zhuǎn)為低電平，三極管Q4導(dǎo)通繼電器動作。 當(dāng)物體離開靠近的發(fā)射接收頭前方時，紅外線接收電路接收不到信號，U1A的1腳由于R3的下拉作用保持低電平，無論U1A的2腳電平為高或?yàn)榈蚒1A的3腳得到的信號都是高電平，由于二極管的單向?qū)щ娦?，U1D的12腳、13腳保持高電平不變，U1D的11腳為低電平不變，同理由于二極管的單向?qū)щ娦裕^電

16、器不動作。二極管D4在這里作為續(xù)流二極管。 工作原理圖： 4.2各模塊設(shè)計方案及原理說明 4.2.1 電源電路 J2輸入12V電源，電阻D5可防止電源極性接反，R7為限流電阻（1W），C2、C4構(gòu)成濾波器（利用電容隔直流，通交流的特性），目的為后續(xù)電路提供純直流電源。 4.2.2 紅外感應(yīng)電路 由一級比較器U1C、R10、R11、D6、C5構(gòu)成振蕩器，從U1的10腳輸出脈沖信號，經(jīng)Q4放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管D2向空間發(fā)射紅外信號。光電二極管受到觸發(fā)時，輸出0.1-10Hz幅度不超過1MV的超低頻脈沖，兩個低通放大器組成低頻帶通放大器，其帶寬為相端，使一級單穩(wěn)態(tài)延時器U1D輸出低電

17、平，此信號如果沒有被障礙物擋住，紅外接收管D1無法接收到信號，故后續(xù)電路不工作；當(dāng)D2前面有障礙物時（如人手在D2前面晃動），發(fā)射的紅外信號被障礙物反射回來，就會被D1接收到，接收的信號經(jīng)Q1、Q2放大，最后在R3端輸出放大的紅外信號，再由一級低通同相放大器U1A進(jìn)行選頻放大，然后反相后從U1的3腳輸出，U1D進(jìn)行整形(利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較好的矩形脈沖)最后在U1的11腳輸出。 4.3.3 延時電路 R5、VR1、C3組成延時電路（利用電容充電放電），當(dāng)傳感器輸出信號消失后，U1C的輸出腳恢復(fù)高電平，電源通過VR1向C3充電，充電過程使繼電器保持吸合

18、一段時間，直至充電電壓大于比較電壓，調(diào)節(jié)VR1可改變繼電器工作時間。本電路設(shè)計延時時間在0~40S范圍內(nèi)可調(diào)。 4.3.4 開關(guān)控制電路 Q3、Q5、K1構(gòu)成開關(guān)控制電路。若D1接收到信號后，最后會在U1的4腳輸出經(jīng)延時后的低電平控制信號，使Q3、Q5導(dǎo)通，K1吸合。D3為繼電器工作狀態(tài)指示燈。 4.3設(shè)計思路 本課題是設(shè)計一個紅外線感應(yīng)開關(guān)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，通過本設(shè)計了解紅外線感應(yīng)開關(guān)控制系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)而研究紅外線感應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。 4.4總電路原理 第5章 電路仿真 紅外感應(yīng)開關(guān)電路 第6章

19、 收獲、體會 這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。但所需要的知識教科書上都有，做好這個課程設(shè)計不僅需要一定的電工基礎(chǔ)。還要掌握對電路的檢測，例如電源接觸不良或者電路短路，必須找到問題并且解決它。一開始的時候失敗了兩次，快接近放棄的時候，經(jīng)過查找資料，驗(yàn)證，最終找到是光線短路的問題。有些理論知識雖然掌握了，但在實(shí)踐運(yùn)用的時候還需要有經(jīng)驗(yàn)才能融會貫通。 參考文獻(xiàn) [1]《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 唐治德 科技出版社 2012，第五版 [2]《數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版）》 王毓銀 高等教育出版社 2005 [3]《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》 崔葛瑾 同濟(jì)大學(xué)出版社 2005 致 謝 成績： 評閱老師： 日期：