目 录
摘要 ...................................................................................................................... 1 一、传感器基本工作原理 ..................................................................................... 1 二、HN911型热释电红外探测模块 ..................................................................... 1
（1）概述 ........................................................................................................ 1 （2）内部结构 ................................................................................................ 2 三、NE555型时基集成电路 .................................................................................. 2
（1）概述 ........................................................................................................ 2 （2）特点 ........................................................................................................ 2 （3）内部结构和引脚图 ................................................................................. 2 四、7805 ............................................................................................................... 3 五、控制要求 ....................................................................................................... 3 六、控制原理及原理图 ......................................................................................... 3
（1）工作原理 ................................................................................................ 4 （2）元器件选取参数 ..................................................................................... 4 （3）自动洗手装置原理图 .............................................................................. 4 七、设计优缺点 .................................................................................................... 5 八、总结与体会 .................................................................................................... 5 九、参考文献 ....................................................................................................... 5
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摘要
利用红外传感器配合NE555（时基集成电路）制作一个简单的可以实现自动洗手装置，出水由电磁阀控制。主控电路由NE555集成块为主构成，其前端为红外线传感器，但市场上种类繁多，当人手伸到红外线传感器前方时，红外线感应头对信号处理，之后输出低电平，经过NE555后，K线圈得电工作，常开触头闭合，放水洗手；当人离开后，经延时电路2-3S后，K自动关闭，实现自动洗手且节水功能。
关键字：红外线感应、光电耦合器、延时
一、传感器基本工作原理
热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。
二、HN911型热释电红外探测模块
（1）概述
热释电红外线传感器是指利用热电元件的热释电效应探测人体用的红外线传感器。所谓热释电效应是指当一些晶体（如铌酸锂、钽酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅等）受热时，在晶体两端会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。当红外线照射热释电元件时，其内部极化作用发生很大的变化，其变化部分作为电荷释放出，从外部取出人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也该电荷就变成传感器的输出电压。由此可见，热释电传感器只有在温度变化时才输出电压。
（2）内部结构
HN911是一个将热释电红外传感器、放大器、信号处理电路、延时电路和高低电平输出电路集于一体的新器件。它具有灵敏度高、抗干扰能力强、耐低温及使用方便等特点。其内部电路结构如下图所示：
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HN911内部结构图
平时（未检测到红外线时），1端输出低电平，2端输出高电平；当有移动发热体进入检测范围时，热释电红外传感器接收到红外能量，并输出检测信号。该信号经放大器放大，有比较器进行比较判断，再由信号处理电路处理后输出控制信号。此时，输出端1变为高电平，输出端2变为低电平。
三、NE555型时基集成电路
（1）概述：
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
（2）特点：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 （3）内部电路和引脚图：
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NE555内部电路和引脚图
四、7805集成稳压器
集成稳压器的组成如图所示：
入端 输 + U1 —·
调整管 保护电输出端 + 启动电路 基准电源 路 放大电路 采样电路 U0 —公共端
它是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路，其内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个部分，另外加上保护电路和启动电路：
1、调整管；2、放大电路；3、基准电源；4、采样电路；5、启动电路；6、保护电路。
五、控制要求：
利用红外传感器配合NE555（时基集成电路）制作一个简单的可以实现自动洗手装置，出水由电磁阀控制。主控电路由NE555集成块为主构成，其前端为红外线传感器，但市场上种类繁多，当人手伸到红外线传感器前方时，红外线感应头对信号处理，之后输出低电平，经过NE555后，K线圈得电工作，常开触头闭合，放水洗手；当人离开后，经延时电路2-3S后，K自动关闭，实现自动洗手且节水功能。
六、工作原理及原理图
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（1）工作原理
电路中有直接提供的9V直流电源；红外检测控制电路由电阻器R1、R2,电容器C1、C2,热释电红外传感器集成电路IC1、7805稳压集成电路和NE555型时基集成电路IC2组成。
在没有红外感应时，IC1的2端输出高电平，IC2输出低电平，灯不亮，相当于水龙头不会放水。
当人手伸到红外线传感器前方时，红外线传感器感应到人手信号后，红外感应头对该信号进行处理，之后输出低电平，该信号加到IC2的2脚，3脚输出电平翻转为高电平。使灯亮，即放水洗手。
当人手离开水龙头后，经延时电路延时2-3s后，IC2的3脚输出状态又翻转为低电平，灯灭。
当在定时时间未结束时，而人体离开IC1一定距离时，则IC1的输出2端变为高电平，灯灭。
（2）元器件选取参数
R1、R2均为20K电阻；
C1为0.1uf电容器，C2为100uf电容器，C3为0.01uf电容器； IC1选用HN911型热释电红外传感器集成电路； IC2选用NE555型时基集成电路； K为继电器线圈及其常开触点 RP为电位器
L为灯，用来模拟水龙头
（3）自动洗手装置原理图：
七、设计优缺点
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优点：器件功耗小，隐蔽性与电磁水阀动作效果好，抗干扰电气隔离； 缺点：容易受各种热源、光源干扰。人体红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。环境温度与人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
八、总结与体会
红外自动洗手装置是由热释电红外传感器电路、信号处理电路和NE555型时基集成电路等组成的。
自动洗手装置主要的组成部分就是NE555型时基集成电路和红外感应电路。根据NE555强大的功能可以制造出多种产品，自动洗手装置只是其中的一种。通过这次自动洗手装置的设计与应用，让我对热释电传感器又有了更新的认识，同时我也对单稳态触发器电路有了新的了解。
通过这次的课程设计，我对热释电传感器有了更深刻的认识，尤其是对其工作原理的理解，各元器件功能，特性的认识，当然在设计的过程中，我们也遇到了困难，根据任务书，查看课程设计教材以及网上的各种电子资源和相关文献，对这次设计有了一个整体的认识。作出了初步的原理图，然后经过反复论证，逐步修改，尽量使其功能达到要求。这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使自己的实验理论与实践相结合的能力有了进一步的提高。
九、参考文献：
[1] 河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社.2008年 6月； [2] 何希才，传感器及其应用实例，机械工业出版社，2003年8月；
[3] 胡向东、刘京诚、余成波，传感器与检测技术，机械工业出版社，2010年1月；
[4] 肖景和、赵健，红外线热释电与超声波遥控电路，人民邮电出版社，2003年8月；
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