模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

打开且水流且流量无法控制，造成水资源的浪费。

输出滤波电容（1脚） 输出 （8脚）

低通滤波电容（2脚） 接地 （7脚） LM567

输入 （3脚） 定时元件1 （6脚） 电源V++（4脚） 定时元件2 （5脚）

图2 LM567引脚图

2.1.2 SM9576红外传感器控制方案

如图3是采用采用型号为SM9576的红外传感器控制方案的自动出水龙头控制原理图。

C1VD1BR17231LED330uFC8C71.01uF470uR80.1kVD2C9LEDV1---V4R6100k330uFR7680kTR1VT1220V/9VR9100kC100.01uF1817SM9576161514131211LED16Q178Q29102019V52CPK212345Y1皂液供应阀K120kR4C3300kR5510kVT2LED2LED3R1C40.68pFC60.56pFV22CPK1560pFC20.01uFR210kC50.01uFR310kY2供水阀K2VT4K32CPV7K3Y3电吹风VT3FU11A220V 图3 SM9576红外传感器控制方案原理图

SM9576是一种性能可靠的红外线传感器，它内部包含红外发射驱动电路和红外接

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收放大电路，其接收灵敏度由它的容量大小决定[5]。SM9576有三组控制输出端Q0、Q1、Q2，分别对应于12脚、7脚、8脚，Q0、Q1、Q2的输出状态由10、11脚上所接的的电位决定。13脚为红外发射输出端，该脚输出的红外信号经VT1功率放大后，由VD2向外发射红外红外信号，20脚为红外信号输入端，VD2发射的红外信号由VD1接收，经C7、R6输出至20脚，并由SM9576内放大整形，最后用于控制Q0、Q1、Q2的输出状态，由图可以知道，在没有人或物体靠近时，Q0、Q1、Q2均为低电平，三极管VT2、VT3、VT4均处于截止状态，继电器K1、K2、K3均打开，皂液电磁阀Y1、供水阀Y2及干手用的电吹风均不工作。在有人或物体接近时，Q0变成高电平，VT2导通，K1得电吸合，接通供水阀Y2交流电源，Y2动作，水龙头自动发射供人们洗手，4秒后，Q1输出高电平，VT3导通，K2得电吸合，接通皂液供应阀Y1的交流电源，Y1接通2秒钟，放出2秒钟的皂液后停止。再洗手6秒钟后，，Q2变为高电平，VT4导通，K3得电吸合，接通电吹风的交流电源，电吹风吹出热风。在水龙头自动出水正常洗手的过程中，若时间超过了60秒，Q2将变为低电平，电吹风停止工作，以免造成电能浪费。当人离开后，Q0、Q2均变为低电平，供水电磁阀、电吹风均停止工作，同时Q1输出高电平，放出8秒钟的皂液在容器内，以供下次有人洗手时使用。 2.1.3 PIR控制方案

在前两种方案的基础上，还有一种PIR热释电红外传感器控制方案，而且在PIR控制方案中的设计中，系统采用单片机进行数据处理，与555振荡电路和SM9576相比，单片机更智能化、人性化，具有可靠性高、抗干扰能力强等优点。PIR控制方案中硬件部分主要分为两个模块：光敏电阻模块和PIR控制模块，光敏电阻属于光敏传感器的一种，它的阻值会随着光照的增强而减小，在白天光照特别强的情况下电阻值近似等于零，所以在LED电路中可实现指示灯在白天时候熄灭，在晚上时候点亮，指出光源的位置。

电源电路中三端稳压集成电路LM7812产生12V的直流电提供给继电器，而输出电路中的电磁阀的额定电压是AC220V，这样就可间接实现对电磁阀的控制，LM7805三端稳压集成电路所产生的5V的直流电压提供给单片机、指示灯电路以及PIR热释电红外传感器。输入电路中，无论是在白天有光照还是在晚上无光照，只要有人靠近且在红外线有效发射距离内时，人体辐射的红外线通过PIR热释电红外传感器的菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上，电路中的传感器将热量转化输出为电压信号，该信号先通过电压比较器LM358，将其微弱的电压信号进行放大后送入单片机，51单片机进行数据处理，把相应的电信号转化为控制水龙头流量的开关信号，自动控制电磁阀的通断调整流量，经过软件中的程序延时后两个电磁阀1和2通知打开，水龙头的流量达到最大值。当人远离水龙头，不在PIR感应区域内时，水龙头自动关闭水源。该方案总的电路原理图如下图所示。

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2C61041VOVI3C5GND100uF11000uF/25v直流 5 V3GND10uF2电磁阀 2AC220VC4D3输入交流220v整流桥限流C3AC22VDC12VR1210k213LM3580.033UF10kQ9C12PNPR4U3:A输出至单片机R1048

DC12V变压器电磁阀 1VOVID2限流U278121ADC5 VU1FU1继电器27805继电器1Q68050Q58050U5 图4 方案电路原理图

R12.2M0.033uF模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

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C7R1310k2.2M10kQ8R31716151413121110P3.7/RDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1P3.2/INT0P3.1/TXDP3.0/RXDLDR1DNPNP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.087654321DC5 VC1010uFLDR2.0C11D5Q4NPN220kPIR热释电红外传感器1uFC1R2AT89C51EAALEPSEN313029R81k9RSTLED-REDS0.033UFG2827262524232221P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8C84.7uFC2XTAL21822p323334353637383912MHZXTAL119CRYSTALP0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0C922p 模拟自动出水龙头控制系统设计与实现

该方案原理图中用到的PIR热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其结构示意图如图5所示。

S D G

图5 PIR结构示意图

热释电红外传感器的热电系数通常比较高，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。该传感器能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号[6]。

2.2 水龙头的系统总体设计方案

在上面所提出的3种设计方案中，555和SM9576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，根据控制系统的设计要求，水龙头系统的总体方案的组成如下。

电热人 压 释体比电 热 较 红源 器外 电传 路 感

光源

单 片 机 继 电器 电磁阀 光敏电阻 LED指示灯

图6 水龙头总体方案框图

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