红外线控制自动水龙头的设计

2015-11-30覃光锋

装备制造技术 2015年11期

覃光锋

（广西机械高级技工学校，广西柳州545005）

在公共厕所、酒店等地方由于人流量较大，用水量普遍比较大。特别是公共厕所目前大部分用的是传统手动式开关水龙头，因为使用频繁的缘故，这种手动开关水龙头非常容易损坏，而且人们在洗手后关闭水龙头时容易造成二次污染，容易造成疾病传播，对人们的身体健康有很大的潜在危害。

本设计中采用红外发射及接收的主要元器件TCRT5000传感器，红外接收管及红外发射管都集成在一个元器件里[1]。使用STC89C52RC单片机控制TCRT5000光电传感器进行工作，电路较为简单，成本也低。由于是使用单片机为主控进行设计，这个红外线控制水龙头还可以根据实际要求，通过编程随时修改感应时间、出水时间等参数，适用于各种场合。

1 作品的功能及解决问题

1.1 作品功能

设计一个由红外线控制的自动水龙头，水龙头可以根据人手的接近或远离自动进行出水停水的操作。设计要求使用红外线检测，水龙头则由电磁阀进行控制。当有人手靠近（15 cm）水龙头时，自动出水，延时5 s后关闭，延时期间若人手离开，亦停止出水。

1.2 解决的主要问题

作品拟解决的主要问题如下：

（1）如何利用52系列单片机为核心，进行红外线控制水龙头的设计；

（2）如何运用红外线检测人手的靠近和远离；

（3）如何利用52系列单片机来控制电磁阀的开和关。

2 设计方案

2.1 作品设计功能

本设计所需要实现的功能如下：

（1）检测人手是否靠近；

（2）电磁阀打开出水；

（3）当出水时间达到5 s，电磁阀关闭，停止出水；

（4）当出水没有到达5 s时，如果人手离开，电磁阀关闭，停止出水。

根据红外线控制自动水龙头的设计要求可以将该设计分为四个模块，包括单片机控制模块、红外线发射模块、红外线接收模块、电磁阀模块。

具体的工作流程是：单片机给红外发射模块一个低电平，红外发射模块就定时间歇发送红外脉冲，红外脉冲遇到人手的时候返回到红外接收模块。当红外接收模块接收到2个脉冲后，单片机就给电磁阀模块一个高电平，电磁阀打开，开始出水并延时；延时达到5 s后，单片机就给电磁阀模块一个低电平，电磁阀关闭，停止出水。延时期间若人手离开，单片机也会控制电磁阀关闭，停止出水。设计框图如图1所示。

图1 红外线控制自动水龙头的系统框图

2.2 模块功能介绍

红外线控制自动水龙头所用的主控芯片是STC89C52单片机，各个模块在单片机的控制下进行工作。红外发射模块是用来发射红外脉冲，红外接收模块是用来接收红外脉冲，红外发射与红外接收模块配合工作用以来检测人手的接近和远离；电磁阀模块则是用来控制水龙头是否出水。该设计的好处是它能够使公共环境的卫生得到改善，在人流复杂的环境避免洗手后的二次污染，具有很重要的现实意义。

3 硬件电路设计

红外线控制自动水龙头的硬件电路的总设计主要是由四个部分所组成：红外发射电路设计、红外接收电路设计、单片机控制电路设计、电磁阀电路设计。

3.1 红外发射电路

如图2所示，这个红外发射电路的主要元件是采用TCRT5000传感器当中的发射管[2]。这个发射管是由高发射功率红外光电二极管组成[3]。这个发射电路的工作方式是间歇式，当电源接通后，单片机通过P2.0端口给红外发射电路一个低电平，它就以0.5 s的时间间隔发射红外脉冲。

图2 红外发射电路

3.2 红外接收电路

如图3所示，这个红外接收电路的主要元件是采用TCRT5000传感器当中的接收管[4]。这个接收管由高灵敏度光电晶体管组成[5]。在发射出去的红外脉冲还未被人手反射回到接收管，或被反射回到接收管但未达到2次的时候，光敏三极管是处于断开状态，此时接收电路的输出端口为低电平；当人手进入到红外脉冲的检测范围里面，红外脉冲被反射到接收管并且达到2次后，光敏三极管达到饱和状态，这时接收电路的输出端口为高电平。

图3 红外接收电路

3.3 电磁阀电路

如图4所示，本设计采用的是直流12 V有压电磁阀。此款电磁阀是常闭型，即通电就接通，通水，断电就断开，断水。电源接线端采用的是插片式，用6.3插簧，额定功率为5W.且此款电磁阀接电不需要分正负极，更方便接线。工作方式为定额制，最长连续工作4小时。绝缘等级为E级绝缘[6]。使用寿命≥50万次（实验室数据）≥30万次（实际正常使用），能够满足日常使用要求[7]。

图4 电磁阀电路

当单片机的P2.2端口输出为高电平的时候，电磁阀通电打开，出水。当P2.2端口输出为低电平的时候，电磁阀断电关闭，停水。

3.4 单片机控制电路

由图5可以看出，本设计是使用STC89C52作为主控[8]。通过单片机的各个端口控制各个模块电路，使它们完成各自的工作，以实现红外线控制自动水龙头的功能。单片机的各个端口控制着不同的模块，其中由P2.0端口控制红外发射模块，作用是使红外发射模块定时间歇发射红外脉冲。由P2.1、P3.2端口控制红外接收模块，作用是检测是否接收到足够数量红外脉冲并反馈给单片机。电磁阀是由单片机的P2.2端口来控制以实现通断的功能。