河南职业技术学院
毕业设计
题目
系（分院） 电气工程系 学生姓名 王法明 学 号 1330905044 专业名称 电子信息工程技术 指导教师 孙雷明
2016年2 月28日
河南职业技术学院 电气工程 系（分院）
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）指导教师评阅意见表
红外线模拟烘手器的设计与制作
王法明
摘要：电子工业的发展带动整个人类前进的步伐。本课题设计的红外线模拟烘手器的设计与制作，主要利用单片机AT89S52实现电路的整体功能。红外线因为其发射接收装置简单造价低廉因而被广泛应用生产、生活、医疗、军事等领域。本文介绍的红外线控制的模拟烘手器，非常适应于公共洗手间卫生等场所，使用方面、卫生，而且制作、安装极为简单。该自动装置是极红外执行线发射、接收及执行电路为一体的电路设计。
关键词：电子，红外线，烘手器，芯片
一、红外感应烘手器简介
基本工作原理是：红外探测—红外接收—继电器—电热丝—电吹风五个过程。采用了一种红外控制的电子开关。当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的红外线感应烘手器将红外线控制开关和电热吹风机只作为一体，根据这个原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可以组成一个红外线感应烘手器，其效果与成品红外线感应烘手器是一样的。如红外感应烘手器电路。该电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。
电路工作过程是：当人手接近红外探头，探头检测到人体信号，逻辑电路翻转，给驱动电路提供信号，继电器工作，接通热风机电源，人手离开时，电路复原，热风机停止工作，等待下一次的工作信号。
(一) 、红外线的控制原理
红外信号收发系统的典型电路如图1所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流 信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过
30khz 到60khz 的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。
红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。
5
图1红外接收头
红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf 以上。 有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。
红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的PWM 产生，家庭遥控推荐使用红外发射管(L5IR4-45)的可产生37.91KHz 的PWM, PWM占空比设置为1/3, 通过简单的定时中断开关PWM, 即可产生 发射波形。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm ；波长范围为0.38～0.46μm 。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～
1.5μm 之间的近红外线来传送控制信号的。 （二）、红外接收原理
红外线控制自动烘手器采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动烘手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动烘手器，其效果与成品烘手器是一样的。
当手伸向控制器的下方时，红外发射头发射的红外信号被反射到接收头，通过信号处理使电热吹风机开启，15s 后自动关闭。如果想继续开启，可在停机后再次将手伸向控制器的下方。
6
红外感应烘手器实际上是一种一体化的红外线发射、接收器件，它内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触的形式检测出前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。
（三）、红外遥控系统
红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.76～1.5μm ，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。
红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收，如图2 所示：
图2 红外遥控系统
1、调制
红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源 功耗。
调制载波频率一般在30khz 到60khz 之间，大多数使用的是38kHz ，占空比1/3的方波，如图3所示，这是由发射端所使用的 455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。
图3 载波波形
2、发射系统
红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。
7
图4 射击输出驱动电路
图5 简单驱动电路
如图4和图5是LED 的驱动电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED 的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED 的最大正向电流为100mA ，电流越大，其发射的波形强度越大。
图4电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED 的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图5所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V 左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V 左右， 发射极电流IE 基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED 的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥 控距离。
（四）、红外线控制的应用
红外线控制是指在没有人参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。
红外线控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下利用控制装置使被控制对象或过程自动的按预定规律运行。
红外线不仅被用于一般行程控制和限位保护，更广泛用于高速计数、测速、检测器件等多领域。
二、红外感应烘手器设计方案的选择
（一）、系统设计 总体方案如图6所示
8
图6 方案图
1、感应模块
方案1：采用红外对管。红外对管由一个红外发射管和红外接收管组成，但应范围只能在此两个对管之间，且会受离散光的影响。
方案2:采用RPR220。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。其内部的可见光过滤器可以减小离散光的影响，且体积小结构紧凑。
2、控制模块
方案1：采用FPJA 作为控制器。FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制心。
方案2：采用AT89S52作为控制器。 3、显示模块
采用12864液晶作为显示器。此液晶既能显示汉字、字母和数字，又能显示简单的图片，功能强大。
三、红外感应烘手器的设计内容
（一）、热风电路的设计
电吹风和电热丝并联应用交流电源，优点是电路简单。
将热风电阻用220V 的交流电流直接驱动。热风电路主要有两部分组成，即风热部分和吹风部分。将两部分并接到交流电源，在220V 电压下即可同时工作。
9
图7 风扇及加热电路
（二）AT89S52的基本电路 1、复位电路
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM 的0000H 处开始运行程序。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的。
频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX ，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。
EA\VPPEA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH ），不管是否有内部程序存储器。1时，EARESET ；当EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 （6）固态继电器(SSR)
固态继电器管脚(SSR) 俯视图如图 8所示。
10
图8 SSR俯视图
（7）热释放传感器
图9热释放传感器管脚俯视图
图10 7406功能与管脚图
热释放传感器管脚俯视图，它是一种检测人体发射红外线而输出电信号的传感器。
（三）、红外线感应烘手器的整体电路设计及原理图
红外线感应烘手机由电源、热释（人体接近）检测电路、红外感应检测电路、单片机控制部分、显示电路、风扇电路、加热（用灯泡红外线感应电热丝）电路、充电电路等组成。
电路原理如图11所示。
图11 红外线感应烘手器原理图
四、结论
通过该设计，我掌握了热释放传感器的相关理论知识，深化了对理论在实际生活中应用的认识。课本上的知识是机械的，表面的。通过把设计的内容，在现实中实现，把原来以为很深奥的书本知识变得更为简单，对电子技术理论有更深的理解。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。加深了对理论知识的理解。以前对《智能仪器》课程的认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做设计，从实践上认识了该学科的奥妙。激发了学习电子技术的兴趣。
由于对模拟电路还不是很熟练，电子设计经验不是很丰富，所以本设计有很多漏洞和不足，需要在日后学习中不断完善。
致 谢
本论文在孙老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，
每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！
参考文献：
①胡宴如：《模拟电子技术》，高等教育出版社2008版。
②王成安：《电子产品生产工艺实例教程》，人民邮电出版社2009版。 ③杨帮华、马世伟、王建、刘延章：《微机原理与接口技术》，清华大学出版社2008版。
④张靖武、周灵彬：《单片机原理、应用于PROTEUS 仿真》，电子工业出版社2009版。
⑤宋悦孝：《电子测量与仪器》， 电子工业出版社2010版。 ⑥赵茂泰：《智能仪器原理及应用》， 电子工业出版社2010版
河南职业技术学院
毕业设计
题目
系（分院） 电气工程系 学生姓名 王法明 学 号 1330905044 专业名称 电子信息工程技术 指导教师 孙雷明
2016年2 月28日
河南职业技术学院 电气工程 系（分院）
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）指导教师评阅意见表
红外线模拟烘手器的设计与制作
王法明
摘要：电子工业的发展带动整个人类前进的步伐。本课题设计的红外线模拟烘手器的设计与制作，主要利用单片机AT89S52实现电路的整体功能。红外线因为其发射接收装置简单造价低廉因而被广泛应用生产、生活、医疗、军事等领域。本文介绍的红外线控制的模拟烘手器，非常适应于公共洗手间卫生等场所，使用方面、卫生，而且制作、安装极为简单。该自动装置是极红外执行线发射、接收及执行电路为一体的电路设计。
关键词：电子，红外线，烘手器，芯片
一、红外感应烘手器简介
基本工作原理是：红外探测—红外接收—继电器—电热丝—电吹风五个过程。采用了一种红外控制的电子开关。当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的红外线感应烘手器将红外线控制开关和电热吹风机只作为一体，根据这个原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可以组成一个红外线感应烘手器，其效果与成品红外线感应烘手器是一样的。如红外感应烘手器电路。该电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。
电路工作过程是：当人手接近红外探头，探头检测到人体信号，逻辑电路翻转，给驱动电路提供信号，继电器工作，接通热风机电源，人手离开时，电路复原，热风机停止工作，等待下一次的工作信号。
(一) 、红外线的控制原理
红外信号收发系统的典型电路如图1所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流 信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过
30khz 到60khz 的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。
红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。
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图1红外接收头
红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf 以上。 有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。
红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的PWM 产生，家庭遥控推荐使用红外发射管(L5IR4-45)的可产生37.91KHz 的PWM, PWM占空比设置为1/3, 通过简单的定时中断开关PWM, 即可产生 发射波形。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm ；波长范围为0.38～0.46μm 。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～
1.5μm 之间的近红外线来传送控制信号的。 （二）、红外接收原理
红外线控制自动烘手器采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时，红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动烘手器将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动烘手器，其效果与成品烘手器是一样的。
当手伸向控制器的下方时，红外发射头发射的红外信号被反射到接收头，通过信号处理使电热吹风机开启，15s 后自动关闭。如果想继续开启，可在停机后再次将手伸向控制器的下方。
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红外感应烘手器实际上是一种一体化的红外线发射、接收器件，它内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触的形式检测出前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。
（三）、红外遥控系统
红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.76～1.5μm ，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。
红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收，如图2 所示：
图2 红外遥控系统
1、调制
红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源 功耗。
调制载波频率一般在30khz 到60khz 之间，大多数使用的是38kHz ，占空比1/3的方波，如图3所示，这是由发射端所使用的 455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。
图3 载波波形
2、发射系统
红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。
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图4 射击输出驱动电路
图5 简单驱动电路
如图4和图5是LED 的驱动电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED 的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED 的最大正向电流为100mA ，电流越大，其发射的波形强度越大。
图4电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED 的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图5所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V 左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V 左右， 发射极电流IE 基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED 的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥 控距离。
（四）、红外线控制的应用
红外线控制是指在没有人参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。
红外线控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下利用控制装置使被控制对象或过程自动的按预定规律运行。
红外线不仅被用于一般行程控制和限位保护，更广泛用于高速计数、测速、检测器件等多领域。
二、红外感应烘手器设计方案的选择
（一）、系统设计 总体方案如图6所示
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图6 方案图
1、感应模块
方案1：采用红外对管。红外对管由一个红外发射管和红外接收管组成，但应范围只能在此两个对管之间，且会受离散光的影响。
方案2:采用RPR220。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。其内部的可见光过滤器可以减小离散光的影响，且体积小结构紧凑。
2、控制模块
方案1：采用FPJA 作为控制器。FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制心。
方案2：采用AT89S52作为控制器。 3、显示模块
采用12864液晶作为显示器。此液晶既能显示汉字、字母和数字，又能显示简单的图片，功能强大。
三、红外感应烘手器的设计内容
（一）、热风电路的设计
电吹风和电热丝并联应用交流电源，优点是电路简单。
将热风电阻用220V 的交流电流直接驱动。热风电路主要有两部分组成，即风热部分和吹风部分。将两部分并接到交流电源，在220V 电压下即可同时工作。
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图7 风扇及加热电路
（二）AT89S52的基本电路 1、复位电路
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM 的0000H 处开始运行程序。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的。
频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX ，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。
EA\VPPEA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH ），不管是否有内部程序存储器。1时，EARESET ；当EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP ）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 （6）固态继电器(SSR)
固态继电器管脚(SSR) 俯视图如图 8所示。
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图8 SSR俯视图
（7）热释放传感器
图9热释放传感器管脚俯视图
图10 7406功能与管脚图
热释放传感器管脚俯视图，它是一种检测人体发射红外线而输出电信号的传感器。
（三）、红外线感应烘手器的整体电路设计及原理图
红外线感应烘手机由电源、热释（人体接近）检测电路、红外感应检测电路、单片机控制部分、显示电路、风扇电路、加热（用灯泡红外线感应电热丝）电路、充电电路等组成。
电路原理如图11所示。
图11 红外线感应烘手器原理图
四、结论
通过该设计，我掌握了热释放传感器的相关理论知识，深化了对理论在实际生活中应用的认识。课本上的知识是机械的，表面的。通过把设计的内容，在现实中实现，把原来以为很深奥的书本知识变得更为简单，对电子技术理论有更深的理解。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。加深了对理论知识的理解。以前对《智能仪器》课程的认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做设计，从实践上认识了该学科的奥妙。激发了学习电子技术的兴趣。
由于对模拟电路还不是很熟练，电子设计经验不是很丰富，所以本设计有很多漏洞和不足，需要在日后学习中不断完善。
致 谢
本论文在孙老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，
每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！
参考文献：
①胡宴如：《模拟电子技术》，高等教育出版社2008版。
②王成安：《电子产品生产工艺实例教程》，人民邮电出版社2009版。 ③杨帮华、马世伟、王建、刘延章：《微机原理与接口技术》，清华大学出版社2008版。
④张靖武、周灵彬：《单片机原理、应用于PROTEUS 仿真》，电子工业出版社2009版。
⑤宋悦孝：《电子测量与仪器》， 电子工业出版社2010版。 ⑥赵茂泰：《智能仪器原理及应用》， 电子工业出版社2010版