电工电子技术课程设计任务书
设计课题： 自来水开关控制器 本课程设计一种在教学楼和宿舍楼道内使用的由声、光控制的节能电路。具体要求如下： 1、需要用水时，自动打开开关 设2、打开自来水一段时间后，自动关闭。 计3、电路能调节自来水打开的时间。 任4、画出系统框图，写出详细的过程； 务5、用Altium Designer软件画出完整的设计电路图，并列出元件清单 。 与 要求 1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书； 2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明； 设3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、计功能以及与其他部分电路的关系等等说明； 步4、列出标准的元件清单； 骤 5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明； 6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。 [1]姚福安主编。电子电路设计与实践。济南：山东科学技术出版社，2003 参[2]阎石主编。数字电子技术基础（第四版）。北京：高等教育出版社，2001 考[3]孟贵华主编。电子元器件选用入门。北京：机械工业出版社，2004 文[4]谢自美主编。电子线路设计实验测试。武汉：华中科技大学出版社，2000 献 [5]赵伟军主编。Protel99SE教程。北京：人民邮电出版社，2004
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目录
1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2、 自来水开关电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 4
3、 时间延迟电路.........................................................................................................5
4、 红外线发射电路. . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5、 红外线接收电路.....................................................................................................7
6、 电源电路...............................................................................................................8
7、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
8、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
9、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............11
10、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...........12
11、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..........13
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1、总体方案与原理说明
本文作品设计是一种在任何场合使用的由红外线电路控制自来水的电路。设计图如下图，它由自来水开关电路，红外线发射电路，红外线接收电路和时间延迟电路电源电路5部分组成的。
各电路功能如下，红外线发射电路利用红外线发光管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。自来水开关电路的功能是利用电磁阀作为自来水管的开水，从而可以通过电信号对自来水的控制。时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对自来水开关打开时间的控制。红外线接收电路的功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，将信号转换为电信号，并且对其放大。电源电路的功能是为上述所有电路提高直流电源。
红外线发射电路
电源电路 红外线接收时间延迟电自来水开关 电路 电路 路图 1 系统框图
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2、单元电路1——自来水开关电路
根据自来水开关控制器电路作过程可以将该电路分解为自来水开关电路，红外线发射电路，红外线接收电路和时间延迟和电路电源电路5部分组成的。
自来水开关电路如图2直线右端，直流电有一般无法提供很大的电流和功率，所以电路中的开关需要采用继电器电路。图2右端为电流放大电路，三极管T1构成的电流放大器是一种典型的电路。其中R3为限流电阻，防止输入电流过大烧坏三极管。T1为共射极电路，当输出端Q输出高电平时，三极管导通饱和，将输入电流放大B倍；当输出端Q输出低电平是，三极管截止，五电流。继电器连接T1的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，自来水流出；点无电流时，开关断开，电磁阀无电流，无自来水流出，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。同时电路中加入发光二极管D3作为显示电路，显示自来水是否流出。
图2 时间延迟电路和自来水开关电路
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3、单元电路2——时间延迟电路
图2直线左边所示电路为时间延迟电路。该电路主要由两部分组成：一是NE555集成电路构成的单稳态电路。前端输出电压V1首先经过二极管D1和D2整流，再经过电容C1滤波，在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号；二是上面所说的整流和滤波电路。
当接收到红外线脉冲时，前端电路输出端Q输出电压V1经由整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路特性可以知道，输出端Q端输出低电平；当物体或认同的阻隔，没有接收到红外线脉冲时，前端电路没有输出电压V!，则TRIG端输入为0，单稳态电路接收到触发信号，输出端Q输出为高电平并保持一段时间，即延迟。延迟时间可由R2和电容C2的数值决定，通过改变电阻大小，改变延迟时间。
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4、单元电路3——外线发射电路
图3为红外线发射电路，该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303。红外线发光二极管由GaAs的PN结构成，作为光信号传输之用。红外线发光二极管的特性要求感应装置有较大的光输出。通过脉冲信号驱动来增大光输出。本电路由NE555集成电路构成的多谐振动器组成。其电路运行有两个过程：一是利用直流电源劲电阻R1和R2对电容C1的充电过程；二是电容C1经电阻从NE555集成电路的DIS端的放电过程。通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出端Q产生出脉冲信号。二极管D1起保护红外线发光二极管的作
用。
图3红外线发射电路
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5、单元电路4——红外线接收电路
图4 红外线接收电路
图4是红外线接收电路。该电路包含2个部分：一是红外线接收电路；二是信号放大电路。红外线接收电路实际上就是一个硅光电池2CR21。硅光电池的输出特性分为恒流区和恒压区，其开路电压随光强度按指数规律变化，采用短路电流的方式来接收信号。
信号放大电路由电阻R1~R4,T1,T2和C2，C3构成，电路中采用了双三极管构成放大电路，放大的倍数更大，可以得到合适的信号。R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C2和C3为放大电路的滤波电容。R1为放大电路的反馈
电阻，其功能是保证放大电路由一个稳定的输出电压V1。
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6、单元电路5——电源电路
图5电源电路
电源电路采用的方法如图4所示。为了给提供一个比较稳定的工作环境。采用稳压模块7805。电路直接从电网供电，通过变压器电路，整流电路和滤波电路，稳压电路将220V交流电转换为+12V直流电压。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1，C2，C3和C4完成滤波功能，采用稳压模块7805,该系列集成稳压模块具有过流,过热和调整管安全工作区保护，以防止过载而烧坏。
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7、总体电路原理相关说明
图6为简易自来水开关控制电路的总电路图。该电路由自来水开关电路，红外线发射电路，红外线接收电路和时间延迟电路电源电路5部分组成的。通过电源电路提供电源。通过红外线发射和接收电路，当人或物体放在水龙头处，自来水开关打开了，并且打开开关一段时间后，通过时间延迟电路，自动关闭开关。由此控制自来水开关。
8 8总体电路原理图
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图6总体电路原理图
8、元件清单
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 元器件名称 集成块 二极管 二极管 电容 电容 电容 电容 电容 电容 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 NPN 红外线发光管 电池 TAANSI BRIDGEI 集成块 继电器 型 号 NE555 LED IN4148 100nF 0.01uf 22nF 0.1uF 470uF 47uF 220k 22k 1k 300k 4K 10 可变电阻 9013 红外线发光管 硅光电池 TAANSI BRIDGEI MC78L12CP 继电器 位 号 U1，U2 D4 D1~D3 C1 C2、C7 C3、C4 C5.C9.C11 C6.C8 C10 R1 R2 R3，R10,R11 R4 R5,R6,R7 R8 R9 T1~T3 SE303 2CR21 T D MC78L12CP J1 数 量 2 1 1 1 2 2 3 2 1 1 1 3 1 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1
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9、参考文献
[1]姚福安主编。电子电路设计与实践。济南：山东科学技术出版社，2003
[2]阎石主编。数字电子技术基础（第四版）。北京：高等教育出版社，2001
[3]孟贵华主编。电子元器件选用入门。北京：机械工业出版社，2004
[4]谢自美主编。电子线路设计实验测试。武汉：华中科技大学出版社，2000 [5]赵伟军主编。Protel99SE教程。北京：人民邮电出版社，2004 [6]付家才主编。电子工程实践技术。北京：化学工业出版社，2003 [7]张树文主编。高频电子线路。北京：高等教育出版社，2002.9
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10、设计心得体会
做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际相结合，进一步巩固已学基本理论及运用知识。学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力，特别是对与电子设计方面。首先要明确总体的设计方法：其次是对各个部分进行设计；最后将各个部分整合在一起进行比较。
综上所述，可知在电子产品的制作过程中，经常会出现各种各样的问题，将电路拆分为单元电路，每个单元电路的结构都比较简单，可以运用所学到的理论知识将故障范围缩小在某个单元电路，避免了盲目性，每排除一个故障，解释清楚一个异常现象，制作者都会有相应的提高。通过典型电路的制作不仅可以将一些基本的知识与技能融会贯通，还可以了一个电子产品从开发、制作到完善输出的过程，培养电子元器件的识别与检测、电子电路的读图、印制板的设计与制作、焊接、分析及解决际问题的能力，锻炼自学、应用和创新的能力。
设计一开始不知如何下手，经过广泛查阅资料方知我们无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。”我们自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课题设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。
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