1、选题目的背景和意义:(1)题目背景:随着电子技术的发展,当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、 体积重量轻的方向发展。在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力 地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一 步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。 水资源是不可缺少的,没有水不管人或事物都不能存活。节约用水是一种美德。普 通水龙头当然也是一种选择,但是如果人们有急事却忘了关水会使水一直流,从而会浪 费很多水。要是在干旱的地区水就犹如他们的生命。所以设计一种可以不会浪费水,专 门为那些容易忘记关水的人使用。 目前,医院、饭店、厕所等公共场所是用水较多的地方,可是这些地方多使用的是 手动开关式水龙头。由于经常使用,这种水龙头很容易损坏,然而过少的使用会造成水 龙头的腐绣,同时也会造成疾病的感染,为此人们感到很烦恼。 (2)题目研究的意义:为了使用方便可靠,我设计了一种自动水龙头,它依靠光电 传感器对不同光照的感应情况控制水龙头自动来水,自动断水,既使用方便,又节约用 水。采用光电传感器,这种水龙头是利用光电传感器将有人靠近或者无人靠近时,不同 的光照变化,将光信号转变为电信号,来控制水的自动流出。(当人或事物靠近时,自动 产生控制信号继电器动作,使电磁阀得电吸合放水的功能) 这种水龙头使用时手不接触水龙头,可在强光下工作,给人们生活带来了极大的方便, 已成为人们日常生活中必不可少的必需品。特别适合酒店、宾馆、医院等公共场所使用, 能有效防止手上细菌的交叉感染,如果这种水龙头用于家庭,可使家庭的卫生设施实现 自动化,省去了洗手时要拧开水龙头的麻烦,使用它可使卫生设备上一个档次。而且大 大地扩展了原先水龙头的功能,因此设计这样的水龙头很有必要,既能满足了人们对物 质的需求,又提高了科学性,以适应当今品种多批量的电子市场的需求,大大提高了产 品的市场竞争力。 2、国内外研究现状综述: 如今市场上的水龙头已呈现百花争艳的局面。从新型水龙头市场看,这些节水的 终端卫士具有三个特点:一是结构新颖。新型水龙头多为不锈钢或铜制陶瓷芯片,水龙 头的开关和水温的控制都由这两片陶瓷芯片前后左右移动来调节。二是功能多样。新型 水龙头如感应系列,这些产品多见于酒店及商场的洗手间。厨房用的水龙头一般都为长 嘴可旋转式,安装在两个清洗盆中间,这样的水龙头可以灵活调用,同时也减少了占用 的空间,有一种新式台盆用水龙头,水嘴带一软管,类似于沐浴用的花洒。三是造型优 异。新型水龙头大多有流畅的造型和不同的颜色,这使水龙头多了一种装饰功能,有的 水龙头表面镀钛金、镀铬、烤漆、烤瓷等;造型除常见的流线型、鸭舌形外还有球形、细 长的圆锥形、倒三角形,林林总总的这些外形使水龙头市场百花齐放,各具特色,有时 看起来更像一件艺术品。新式水龙头的价格也较高,由几十到二三百元都有。高档的为 四五百元。进口的可达1000 元左右。国产与进口的区别:一是外观。进口的外观更光滑、 平整、流畅,造型更为现代时尚;二是零配件装配的精密度。 对于自动化的水龙头,有的选用低功耗红外反射开关,功率开关集成电路及电源变 换电路组成,当人或物体接近自动水龙头时,红外发射光电管发出调制红外线经人和物 体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号,经过后 续电路进一步放大、整形、译码,最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物 体离开自动水龙头时,接收光电管接收不到反射光信号。驱动电路断电电磁阀电源。该 红外反射开关是选用模块化产品,全部电路焊装于塑料盒内,该方案特点是制作简单, 安装可靠,但其稳定性不好,也无法保证节水效果。也有选用多谐振荡器,由红外发射 管向外发射红外信号,该信号被接收并转换为电信号,经信号放大电路放大送入解码电 路,对其信号进行判断,来控制集成电路是否工作,进而判断继电器是否工作。通过人 手或物体的遮挡,隔断红外信号,导致外来信号与其本身信号频率的不同使控制电路对 电磁阀进行控制,当人手或物体离开时,电磁阀延时工作一段时间后自动关闭。该方案 的制作虽然复杂,但其多采用集成电路,稳定性好,从节水方面来说,非常不错。 选用多谐振荡器来作为发射电路的光电水龙头占主导地位。 3、选题研究内容: 本课题(光电水龙头的设计)一方面所涉及到的理论内容主要有:传感器相关知识、 模拟电子技术、数字电子技术等科目。另一方面需要实际动手运用相关理论知识来设计 所需的硬件电路。 主要从以下几个方面内容着手研究: 1.光电水龙头自动放水的原理 综合上述内容设计出光电水龙头的实际电路4、本选题研究技术路线、研究方法和要解决的关键问题 解决本题研究技术路线: 明确研究光电水龙头的意义及工作原理设计实验模板电路电路仿真调试购买原件焊 接实物调试修改。 研究方法: 电源电路:电源电路的作用是为整个光电水龙头电路提供电源。采用桥式整流电路和三段集成稳压器为主要元件为电路提供稳定的电源电压。 红外线发射电路:红外发射电路的作用是当接收到外界信号时,驱动红外发光二极管发出调制红外光。它的构成是由 555 定时基集成电路组成的多谐振荡电路驱 动红外发射管向外发射红外线。 红外接收电路:红外接收电路的作用是接收红外发光二极管发出的调制红外光,并通过运算放大器放大后输入到音频锁相环译码器集成电路进行选频。 锁相环频率解码电路:锁相环频率解码电路的主要作用是对接收到的电信号进行识别译码输出低电平主要由音频译码器构成。 延时电路:延时电路的主要作用是当人手离开电磁阀时,保持3秒的延时动作。该 电路主要由两部分组成:一是整流和滤波电路;二是由555 集成电路构成的单稳态电路。 前端电路的输出电压首先经过二极管整流,再经过电容滤波,则在NE555 集成电路的触 发端产生了一个触发电平信号。延迟时间由可变电阻和电容的数值决定,通过调节可变 电阻的大小,可以改变延迟时间的长短。 在设计出以上环节的实际电路后,先进行仿真,观察仿真结果是否为所需要的最终结 果,再不断地进行修改与改进,得到最终的电路。最后将各个环节衔接起来,得到最 终的光电水龙头的电路。 存在的主要问题: 第一, 光电传感器的选择:光电传感器有很多类,通过对不同的光电传感器功能及 应用环境和对本课题最有益的方面来进行全方位的分析与考虑来选择最适 合本设计的传感器。 第二, 集成运算放大器的选择 第三, 接收译码电路的设计 第四, 延时控制电路的设计 第五, 整个电路的各个元件的参数确定 5、调研计划及主要参考文献 具体安排进度: 2011.09.11-2011.10.11 根据理论,初步设计出电路,并研究相关关键元件2011.10.12-2012.03.01 反复改进、仿真、实验2012.03.15,形成论文(设计)初稿 2012.3.16-2012.03.31 论文(设计)修改、定稿、打印参考文献: [1]宋家友.《电子爱好者集成电子线路设计手册》.福建科技技术出版社,2002. [2]傅劲松.《电子制作实例集锦》.福建科技技术出版社,2006. [3]金发庆 .《传感器技术应用》.机械工业出版社,2002. .《单片机原理与应用》.西北工业大学出版社,2008.[9]刘南平,白明 .《电路分析》.人民邮电出版社,2007. [10] 中学教师课程素养现状调查研究.师资培训研究,2004,(2):14~18( 收稿日 期:2005-04-06) [11] 傅建明.校本课程开发:教师的准备.高等师范教育研究,2001,(9):37 [12] 刘云生,张鸿.课程实施:整合与优化.中国教育学刊,2003,(3):35 [13] 张立新,魏青云.发展教师课程能力.上海教育,2004,(11):50 [14] 《无线电》杂志社.无线电制作精汇.人民邮电出版社.2005