红外传感器在节能水龙头中的应用

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摘要：介绍了用红外传感器控制的发射与接受电路设计自动水龙头的原理及设计方案，电路设计简单，使用方便，同时便于节能，它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。

关键词：电源电路　红外发射电路　红外接收译码　控制电路

中图分类号：TP1　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)003-088-02

1、引言

水资源是不可缺少的，没有水不管人或事物都不能存活，节约用水是一种美德。普通水龙头当然也是一种选择，但是如果人们有急事却忘了关水会使水一直流，从而会浪费很多水，而在普通水龙头中应用红外传感器控制给人们生活带来了极大的方便，这种设计可以广泛用于家庭、车站、工厂、学校、餐厅等场所，而且大大地扩展了原先水龙头的功能，因此研究红外自动水龙头及扩大其应用，有着非常现实的意义。

这种水龙头只需将手或其他物品放入水龙头下，水龙头就会自动放出自来水供使用者洗手或洗涤其它物品，洗涤完毕后，水龙头自动关闭，这样就实现自动化，省去了洗手时要拧开水龙头的麻烦，更重要的是可以节约水资源。

2、红外传感器的定义及工作原理

红外传感器是根据红外辐射原理工作的一种器件，它是利用物体产生红外辐射的特性来实现自动检测的器件。其工作原理是：

(1)待测目标：根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。

(2)光学接收器：它接受目标的部分红外辐射并传输给红外传感器，相当于雷达天线，常用是物镜。

(3)辐射调制器：对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号，又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。

(4)红外探测器：这是红外系统的核心，它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的光学效应，此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。

(5)探测器制冷器：由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有制冷设备，经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。

(6)信号处理系统：将探测的信号进行放大，滤波，并从这些信号中提取出信息，然后将此类信息传化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。

(7)显示设备：这是红外设备的终端设备，常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料，指示仪器和记录仪等。

3、电源电路

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，该电源电路的核心器件是LM7809，它是3端正稳压电路，能提供多种固定的输出电压，内部包含过流、过热和过载保护电路。输出电流可答1A，该元件具有较高的稳定性和可靠性。LM7809的输出电压是固定不变的，这种固定的电压输出，极大地限制了它的应用范围。如果将LM7809的公共端2脚与-地断开，通过一只电位器接到6V左右的电源上，就可以改变电位器阻值的同时，使集成稳压电路的取样电压及输出电压都随之改变。

最高输出电压受稳压器最大输入电压及最小输入输出压差的限制，该固定式三端集成稳压集成电路LM7809最大输入电压为12V，所以该电源电路的输出电压最大值为9v。

4、红外发射电路原理

由555、VD1、VD2等组成的红外发射电路，电路如图所示：

该电路的振荡频率可在2－45KHZ范围调节，调节Rp1可使振荡频率为38KHZ。

5、红外接收、译码及控制电路原理

红外接收、译码及控制电路由LM567锁相环音频译码集成电路等主要元件组成，LM567是一种具有锁相环的音频译码集成电路，可解调0.1-500KHZ范围内的单音信号，它内含微弱信号放大器，正交相位检波器及锁相环电路，通过少量外接元件可构成带通滤波、输出整形级等，当输入的信号频率与锁相环的捕捉带宽相符时，它的输出端便从高电平变为低电平，它工作时内部的正交相位检测器对输入信号和锁相环路内部振荡器产生的信号频率和相位进行比较，LM567的5、6脚外接阻容元件用来设定内部振荡器的中心振荡频率，5脚产生方波振荡信号，红外接收管VD2接收到红外线脉冲将其转换为电信号再经由F1，F2,F3及R3等组成前置电信号放大及整形电路放大、整形再送入LM567的3脚，使LM567的输入信号频率与内部振荡器的频率必定严格相同，使8脚输出低电平作为执行电路的控制信号。

LM567的输出控制信号经限流电阻R6后，加至交流固态继电器SSR，由于LM567的输出端接有上拉电阻R5，固只有当接收译码的信号频率与发射信号的频率一致时，才有下跳变信号出现，实现对SSR的控制，并将电磁阀的通电线圈接通，进而将水阀打开放水，洗毕人离开水龙头后，红外接收管VD2没有红外光可检测，LM567的输出又呈高电平，SSR关断，水龙头停止放水。

6、结束语

通过红外传感器在节能水龙头中的应用，主要实现对节能水龙头的控制，它不仅在节能方面起着重要的作用，而且在社会生活中同样有着很大的作用和帮助。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。

参考文献：

[1]何希才.传感器及应用[M].国防工业出版社，2001.

[2]王元庆.新型传感器原理及应用[M].机械工业出版社，2003.

[3]王煜东.传感器应用400例[M].中国电力出版社，2008.