自来水设计

图3—2 原 理 框 图

§3.2 工作原理描述

电路的工作原理见图3-1。电路由红外发射、红外接收、信号放大、抗干扰阀值比较、检波、延时防抖、驱动、自来水电磁阀、电源等部分组成。红外发射管与接收管相距并列，发射部分产生窄脉冲红外光束，当遇有反射物（如人手）时，红外接收管就输出脉冲电流，经放大、处理，驱动自来水电磁阀吸合，自来水流出；若反射物撤离，红外接收管输出的脉冲电流很小，抗干扰电路无脉冲序列输出，自来水电磁阀关闭，自来水终止。

3.2.1 红外脉冲发生器

为了能够增大红外线的发射能量，由U1A（1/4LM324）、R1～R5、D1、C5组成窄脉冲振荡器，R3为放大器提供了正反馈的回路。U1A有两个阀值，其中 VT+＝R2×VCC／（R1//R3＋R2）＝7.14 V VT-＝（R2//R3）×VCC／（R1//R3＋R2）＝3.58 V

设上电时C5的端电压为零，U1A的输出Uo为高电平，所以这时的阀值为VT+，输出高电平通过R4、D1对C5充电（由于D1的正向导通电阻很小，所以与其并联的R5＝470K可以忽略不计），当UC5的电压达到VT+时，U1A的输出跳为低电平，C5的电压通过R5（由于的反向导通电阻很大，所以可以忽略不计）、R4放电，当放电电压达到VT-时，U1A的输出Uo为高电平，周而复始，产生了自激振荡。充放电的波形见图3—4。

UC5

VT+ VT-

T

Uo（图中A点） TH

TL

t

T 图3—4 C5充放电的波形及脉冲输出波形

由图可见，振荡器的输出波形为一窄脉冲，其中

TH＝ R4×C5×ln（VCC- VT-）／（VCC- VT+）＝22×103×0.01×10-6×ln（12-3.58）

／（12-7.14）＝0.12（mS）

TL＝（R4＋R5）×C5×ln（0- VT+）／（0- VT-）＝（22＋470）×103×0.01×10-6×ln

（7.14／3.58）＝3.39（mS）

所以，振荡周期T＝0.12＋3.39＝3.51（mS）

振荡频率f ＝285（HZ） 占空比δ=TH／T=0.12/3.39=3.4%

图3-2中L2为红外发射管，为了增强驱动红外发射能力，图中由Q2组成的射极输出器，增加了输出电流。C6（220μF）的作用是为脉冲电流提供能量，同时由电阻R7隔离，减小了脉冲电流对电源的干扰。

3.2.2 红外接收放大器

图中L1为红外接收管，当接收到红外线时产生反向电流，其值与接收到的红外光成正比，R9为其提供偏置电流。U1B（1/4LM324）组成的零偏置反相放大器，接收到信号时U1B输出为正向窄脉冲，其波形与发射波形相同，幅度由接收信号强弱决定，见图3-4B中B点波形。

3.2.3 抗干扰电压比较器

U1C（1/4LM324）为单阀值电压比较器，其阀值电平

VT＝R12×VCC／（R11＋R12）＝2.79 V。用于对有用信号的甄别。 其输出波形为一负脉冲见图3—5中C点波形。

B点波形（幅度由接收信号强弱决定）

信号幅度较大 抗干扰阀值电平 信号幅度较小 t

C点波形 VCC

t

D点波形 VCC VT+ t

U1D输出脉冲宽度 图3—5B 接收电路中B、C、D点的波形

3.2.4 检波（滤波）、防抖电路

由D7、C8、R13组成检波（滤波）电路，将抗干扰电压比较器输出的负向窄脉冲信号进行检波及滤波，二极管D7的导通电阻很小，因而对C8的充电速度很快，而R13较大，因而对C8的放电速度较慢，于是形成了快充慢放电路，见图3-4B中D点的“锯齿”波形。其后由U1D（1/4LM324）、R14、R15、R16组成的双阀值电压比较器，对“锯齿”波形整形，反相输出一正脉冲，其前沿响应于接收脉冲的前沿，脉宽由C8、R13放电速度和U1D的正向阀值电平决定，见图3-4B中D点波形。

3.2.5 驱动电路

因为本电路的负载为自来水电磁阀，而集成运放LM324的输出电压与输出电流都比较小，所以在电路中增加了由Q1（三极管）、K1（继电器）组成的中间驱动器，由Q1驱动K1，K1驱动自来水电磁阀，实现对自来水的控制功能。

3.2.6 电源电路

电源变压器T1将交流220V市电转换为交流15V 的安全低压，经D3～D6桥式整流，C1、C2电源滤波，得到约＋16～18V的脉动直流电压，再由集成串联稳压器U2（78L12）进行电压稳定，输出+12V的直流稳定电压，供集成运放LM324及接收、驱动电路所用。＋16～18V电压专供发射电路所用，是因为发射电路的输出电流较大，单独供电能够避免对接收部分的干扰。

第四章 集成运放LM324的工作原理与技术参数

§4.1概述

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外型如图4—1所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源公用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图4—2所示的符号来表示，其中“Vi+”、 “Vi-”分别为同相、反相信号输入端，“V+”，“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端，两个信号输入端中，Vi-：反相输入端，表示运放输出端“Vo”的信号与该输入端的相位相反；Vi+：同相输入端，表示运放输出端“Vo”的信号与该输入端的相位相同。