红外线感应烘手器的设计与制作摘要：此设计主要由发射电路、红外接收电路、译码电路、触发和继电器控制风机电路组成。

由多谐振荡器及红外发射二极管SE303 组成红外光脉冲信号发射电路。

红外接收二极管PH302 及反相器CD4069 和单稳态触发器组成红外光脉冲的接受、放大、整形及开关电路。

当我们把手放在红外发射管上时，红外发射二极管SE303 发射出的红光脉冲信号经人手反射后，被红外接收管PH302 拾取，通过电容的耦合，并通过CD4069 进行放大，整形，然后输出高电频，通过单稳态触发器使继电器线圈通电，其常开触点闭合，控制负载工作，同时指示灯也发亮。

关键词：红外发射管、接收管；反相器CD4069；NE555目录摘要 (1)1绪论 (2)2 方案论证 (3)3 电路设计 (4)3.1 红外线的简介 (4)3.2 红外辐射及近红外光波谱 (5)3.3 红外光发射方式及红外发收系统的基本组成 (5)3.4 555 电路 (7)3.5 电路分析 (10)4 系统测试 (12)结论 (13)谢辞 (13)参考文献 (13)附录A 整机原理图 (14)附录B 元件清单 (15)附录C 硬件实物图（4 张） (16)1绪论烘手器电路是由发射电路、红外接收电路、译码电路、触发和继电器控制风机电路组成。

该产品可用于医院、食堂、公厕等公共场合。

当有人洗手后，把手放在红外发射管前，发射出的红外脉冲信号通过人手反射，信号被红外接收管接收，该电路会自动开启。

当然人手在红外发射管前离开后，电路会自动关闭。

该设计使用安全可靠、清洁卫生。

烘手器主要的组成部分就是555 定时器电路。

根据555 强大的功能可以制造出多种产品，烘手器只是其中的一种。

在《数字电子技术基础》之中我们已经学习了555 定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对烘手器的设计让我对555 定时器又有了更新的认识，同时我也对红外线有了新的了解，知道了红外线遥控的大体内容和原理。

在许多场所自动烘手器已经非常的常见，它的类型也有很多种，但是我们必须设计出最优的产品种使它的原理清晰，结构简单，所用器件最少，性价比最高。

2 方案论证此设计要求红外控制因此提出以下三个方案进行比较论证并选定设计方案。

方案一：用单片机进行设计该方案用单片机设计，能自动识别人手的伸进与离开，可自动计数，人手与烘手器间隔距离及烘干时间均可调节。

当人手伸至烘手器下方可工作的范围内，烘手器工作，手离开，则立即停止工作。

烘手机最多工作时间为15S；烘手最长时间为15 秒，可调节；人手与烘手器间隔距离小于30cm。

方案二：运用CA432 运放进行设计该方案是运用于远红外线发射与接收原理，将发射具有固定频率的红外线通过手反射到红外线接收管，经放大控制电路控制加热丝加热，由风机将热风吹出。

该电路用一块CA342 运放完成信号的放大、选频、比较等功能，用定时器控制加热、风机。

方案三：用红外控制电路和555 电路设计该方案是全自动烘手器，由红外光控制电路、555 电路、电吹风机等几部分组成。

红外光控制电路是其关键部件，只需花十几元钱便可做成。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

555 电路是一种将数字电路和模拟电路巧妙的结合在一起的集成电路。

可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生器。

图 2.1 方案三框图方案选定:本设计要求红外线控制电路进行设计。

方案一是用单片机进行设计，没有用红外线进行设计。

方案二中虽然有红外线控制电路，但没有方案三中用555 电路进行设计简单方便。

所以最后选定方案三为本次设计方案。

3 电路设计3.1 红外线的简介红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

本节重点在于对红外线的基本特征和其在应用电路中发射与接收的基本原理进行分析和介绍，掌握其发射方式和接收系统的基本组成，了解各个组成部分的功能，为以后在分析其他电路打下良好的基础。

3.2 红外辐射及近红外光波谱红外辐射又称红外线或者红外光，它是一种人的眼睛根本看不见的光，属于电磁波的一种。

红外光是波长比红色光的波长（0.76μm）还长的光波。

通常，将电磁波波谱中间为0.76～1000μm 的波谱段成为红外光谱区。

一般把红外光谱分为四个区域，即近红外（0.76～3.0μm）、中红外（3.0～6.0μm）、中远红外（6.0～20μm）、和远红外（20～1000μm）区。

实际上，目前在工业或居民用的红外光探测/遥控中所使用的红外光主要集中在0.76～1.60μm 的近红外区。

采用近红外光作为红外探测/遥控的光源，主要基于如下理由：一般的接收用的光电二极管，光敏三极管大都采用硅（Si）半导体材料制作而成，这类管的接收峰值波长为780～1550nm，即管子对波长为780～1550nm 的红外光的探测灵敏度最高。

红外光发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs 或GaInAsP 等半导体材料制作的红外发光二极管，其发射波长在880～1700nm 范围内，这与硅光电接收器件（包括发光二极管、光敏三极管）的响应波长相匹配，使得探测灵敏度高，工作效率高。

3.3 红外光发射方式及红外发收系统的基本组成使用红外发光二极管获得近红外光是相当简便的。

红外发光二极管是一种由PN 结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。

除直流驱动外，发光二极管（LED）还有交流电流驱动方式和脉动电流驱动方式等。

交流电流驱动方式主要用于红外测量、检测及较简单的红外通信等电路中。

对红外光通信来势说，调制频率、调制带宽是重要的通信指标。

在红外探测/遥控系统中，对红外发光二极管采用脉动直流驱动方式，即脉冲式红外光发射方式，如图1-1 所示。

图3-1 红外光平均发射和脉冲式发射示意图平均发射方式是指通过启动直流供电电源直接驱动发光二极管发出恒定的红外光。

红外发光二极管的功率一般都比较小，而平均发射方式的功耗较大，而且抗干扰能力较差。

为了提高红外探测/遥控系统的作用距离，而又不使红外发射管过载，一般不采用平均发射方式，而采用脉冲发射方式或调制载波脉冲发射方式。

红外探测/遥控系统的有效作用距离取决于发射二极管辐射的峰值功率，而峰值功率是由发光二极管的电流峰值功率所决定的。

峰值功率越大，驱动电流的平均值越小则发光效率就越高。

脉冲发射方式或调制载波脉冲发射方式可使红外发射管的平均功率减小，提高系统的有效作用距离，而且大大提高了红外探测或遥控系统的抗干扰能力。

图1-2 是红外光探测/遥控系统的基本组合框图。

图3-2 红外光探测/遥控系统的基本组成在图1-2（a）中所示的红外光反射电路中，编码波形发生器产生一定占空的脉冲信号，经驱动级放大后驱动红外发光二极管，使其发射出一系列等幅的红外光脉冲信号。

发射脉冲编码信号可降低功耗，提高发射效率。

图1-2（b）所示电路为红外接收电路。

光电探测器用来将接收到的红外脉冲信号转换成相应的电信号。

接收光电管在没收到红外光信号时，光电管中流过的电流很小，即只有很小的“暗电流”，负载上无电脉冲信号输出；当有红外脉冲信号照射时，光电管的内阻急剧减小，电流增大，并在负载电阻上得到相应的电脉冲信号。

由于检测出的信号微弱，粗要经过高增益电压放大器放大，然后经整流滤波电路后输出正极性脉冲信号，加至触发电路，使触发器可靠翻转，并输出规范的控制信号，驱动执行机件动作。

3.4 555 电路555 电路是一种将数字电路和模拟电路巧妙的结合在一起的集成电路。

555大量应用于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具等诸多方面。

可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生器等等。

本章将简单的介绍一下555 的结构和基本原理，掌握555 电路的一些基本知识，了解555 的一些参数特性和特点。

555 定时器中的“555” ，不是普通的数字，它是有具体内涵的，这是因为在该集成片上的基准电压电路是由三个误差极小的5KΩ电阻组成的，分压精度极高。

图2-1 是555 定时器的基本结构。

图3-3 555 等效功能电路图TR C1 TH 是比较器C1 的输入端，是比较器C2 的输入端。

和C2 的参考电压VR1和VR2 由VCC 经三个5KΩ电阻分压给出。

在控制电压输入端VCO（CO 端）悬空时，2 1 1VR1 VCC ，VR 2 VCC 。

如果VCO 外接固定电压，则VR1 VCO ，VR 2 VCO 。

3 3 2 RD 是置零输入端。

只要在RD 端加上低电平，输出端OUT 便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。

正常工作时RD 处于高电平。

由图2-1 可知，当VTHgtVR1，VTRgtVR2 时，比较器C1 的输出VC10比较器C2 的输出电压VC21，SR 锁存器被置0，TD 导通，同时OUT 为低电平。

当VTHltVR1，VTRgtVR2 时，VC11，VC21，锁存器的状态保持不变，因而TD 和输出的状态也不改变。

当VTHltVR1，VTRltVR2 时，VC11，VC20，故锁存器被置1，OUT 为高电平，同时TD截止。

当VTHgtVR1，VTRltVR2 时VC10VC20锁存器处于QQˊ1 的状态，OUT 处于高电平，同时TD 截止。

表2-1 555 的功能表输入输出RD VTH VTR OUT TD 状态0 × ×低导通1 2 1 低导通gt VCC gt VCC 3 3 1 2 1 不变不变lt VCC gt VCC 3 3 1 2 1 高截止lt VCC lt VCC 3 3 1 2 1 高截止gt VCC lt VCC 3 3 根据上面的功能表可以把555 应用于各种的器件中去，使得器件简单、方便。

555 的功能非常强大可以和不同的元件组成多种电路。

下面我们就简单的了解一下我们在后面将要用到的多谐振荡器和单稳态触发器，也为后面的工作打好基础。

如图2-2 所示，将555 与两个电阻和一个电容如图连接起来就可以组成一个多谐振荡器。

图3-4 用555 定时器接成的多谐振荡器2 1 经过推证可知，电容上的电压VC 将在VCC 和VCC 之间往复振动，又经计算3 3可知：1 VCC VCC T1 R1 R2 C ln 3 2 VCC VCC 3 R1 R2 C ln 2 2 0 VCC T2 R2 C ln 3 1 0 VCC 3 R2 C ln 2∴振荡周期为：T T1 T2 R1 2 R2 C ln 2∴振荡频率为：1 1 f T R1 2 R2 C ln 2 如图2-3 所示，将555 与一个电阻和电容如图连接起来就可以组成一个单稳态触发器。