CN205215102U - 一种自动给皂液器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自动给皂液器。价格低的自动给皂液器易受外界环境干扰而导致误启动造成皂液的浪费，而精确感应识别信号给皂液器价格偏高。本实用新型的单片机系统控制红外线光发射器发射红外信号；红外接收电路接收不到红外反射信号时输出高电平，接收到红外反射信号时经放大、比较后输出低电平；单片机系统检测到红外接收电路的输出为低电平时控制电动机驱动电路的电动机和状态指示灯驱动电路的LED灯启动；单片机系统检测到红外接收电路的输出为高电平时控制LED灯和电动机关闭；位置反馈电路将电动机转动完毕的位置反馈信号传给单片机系统时，单片机系统控制LED灯关闭。本实用新型不仅成本低而且足够满足设计要求。
Description
技术领域
本实用新型属于自动化自动控制领域，涉及一种自动给皂液器。
背景技术
目前已有的自动给皂液器中价格低的稳定性不足，在红外信号接收处理电路上容易受到外界环境干扰而导致误启动造成皂液的浪费，而想要做到精确感应识别信号则需要在红外人手感应设计上面投入更高的成本，也就造成了目前市场上给皂液器价格偏高，自动给皂液器没有在一般公共场所普及使用。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种低成本、抗干扰型自动给皂液器。
本实用新型包括供电电源电路，以及通过供电电源电路供电的电动机驱动电路、位置反馈电路、状态指示灯驱动电路、红外线光发射器、红外接收电路和单片机系统。所述的单片机系统控制红外线光发射器发射红外信号；所述的红外接收电路接收不到红外反射信号时输出高电平，接收到红外反射信号时经放大、比较后输出低电平；单片机系统检测到红外接收电路的输出为低电平时控制电动机驱动电路的电动机和状态指示灯驱动电路的LED灯启动；单片机系统检测到红外接收电路的输出为高电平时控制状态指示灯驱动电路的LED灯和电动机关闭；所述的位置反馈电路将电动机驱动电路的电动机转动完毕的位置反馈信号传给单片机系统时，单片机系统控制状态指示灯驱动电路的LED灯关闭。
所述的供电电源电路由降压变压器T、桥式二极管整流电路、初级滤波电路、稳压电路和二级滤波电路组成。所述的桥式二极管整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，初级滤波电路由并联的电解电容C1和电容C2组成，稳压电路采用7805三端稳压集成电路；交流电经降压变压器T降压后输入桥式二极管整流电路整流，整流后输入初级滤波电路滤波，滤波后的电压输入稳压电路进行稳压，最后经由电解电容C3和电容C4并联组成的二级滤波电路滤波之后输出。
所述的电动机驱动电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D5、电动机MD和三极管T1；单片机系统的电动机驱动输出端口与电阻R1、R2的一端连接，电阻R2的另一端接三极管T1基极；电阻R1的另一端接供电电源电路的电压输出端。所述的二极管D5与电动机MD并联，二极管D5的正极接三极管T1的集电极；三极管T1的发射极接地；电动机MD的电源输入端接供电电源电路的电压输出端。
所述的位置反馈电路包括位置反馈开关S1和电容C5；位置反馈开关S1的一端与电容C5的一端、电阻R3的一端连接并接单片机系统的位置反馈输入端口；位置反馈开关S1及电容C5的另一端均接地；电阻R3的另一端接供电电源电路的电压输出端。
所述的状态指示灯驱动电路包括LED灯和电阻R4；LED灯的一端串联电阻R4后接供电电源电路的电压输出端，另一端接单片机系统的状态指示灯输出端口；单片机系统的状态指示灯输出端口输出低电平时LED灯亮，输出高电平LED灯灭。
所述的红外线光发射器包括红外线光发射管和电阻R5；红外线光发射管的正极串联电阻R5后接供电电源电路的电压输出端，负极接单片机系统的红外发射输出端口。
所述的红外接收电路包括红外接收管IR、检波电路和比较器；所述的检波电路包括电解电容C7、二极管D6、二极管D7、电解电容C8和电阻R12。所述的红外接收管IR并联电阻R6，红外接收管IR的负极接供电电源电路的电压输出端；红外接收管IR的正极接电阻R7和电容C6的一端；电阻R7的另一端接地；电容C6的另一端接电阻R8的一端；电阻R8的另一端接电阻R9的一端和运算放大器的反相输入端；电阻R10和电阻R11的一端接运算放大器的同相输入端，电阻R10的另一端接电电源电路的电压输出端；电阻R9的另一端接运算放大器的输出端和电解电容C7的正极；电阻R11的另一端接二极管D6的正极、电解电容C8的负极、电阻R12和R14的一端并接地；电解电容C7的负极接二极管D6的负极和二极管D7的正极；二极管D7的负极接电解电容C8的正极、电阻R12的另一端和电阻R13的一端；电阻R13的另一端接比较器的反相输入端；电阻R14的另一端接电阻R15和电阻R16的一端；电阻R15的另一端接供电电源电路的电压输出端；电阻R16的另一端接比较器的正相输入端和电阻R17的一端；电阻R17的另一端接比较器的输出端、电阻R18的一端和单片机系统的红外感应信号输入端口；电阻R18的另一端接供电电源电路的电压输出端。
所述单片机系统的单片机采用型号为AT89C2051的8位COMS单片机。
本实用新型的红外接收电路使用LM258芯片进行放大和滞回比较。控制芯片则选择AT89C2051，不仅大大降低了成本而且足够满足设计要求，除此之外在红外接收电路中实现了信号偏置和幅值的可调节，可根据不同外界环境对信号进行调节以达到抗干扰的目的。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型中供电电源电路的电路图；
图3为本实用新型中电动机驱动电路的电路图；
图4为本实用新型中位置反馈电路的电路图；
图5为本实用新型中状态指示灯驱动电路的电路图；
图6为本实用新型中红外线光发射器的电路图；
图7为本实用新型中红外接收电路的电路图；
图8为本实用新型中比较器的滞回比较输入输出特性图；
图9为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种自动给皂液器，包括供电电源电路1、电动机驱动电路2、位置反馈电路3、状态指示灯驱动电路4、红外线光发射器5、红外接收电路6和单片机系统7。
1、供电电源电路
供电电源电路1如图2所示，由降压变压器T、桥式二极管整流电路、初级滤波电路、稳压电路和二级滤波电路组成。其中，桥式二极管整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，初级滤波电路由并联的电解电容C1和电容C2组成，稳压电路采用7805三端稳压集成电路；交流电经降压变压器T降压后输入桥式二极管整流电路整流，整流后输入初级滤波电路滤波，滤波后的电压输入稳压电路进行稳压，最后经由电解电容C3和电容C4并联组成的二级滤波电路滤波之后输出。在降压变压器T的输入端输入220V、50Hz的常用交流电，二级滤波电路滤波的输出端就会输出稳定的5V直流电。
2、电动机驱动电路
电动机驱动电路2如图3所示，由于电动机不需调速，电动机驱动电路采用简单电路即可实现。由单片机端口串联电阻R2后接三极管T1基极，控制三极管T1的导通/截止即可实现对电动机的运行操作。由于单片机输出电流能力相对较弱，为了达到可靠工作，故在单片机端口上加了电阻R1支路的上拉，扩大驱动三极管T1的基极电流，保证电路正常工作。单片机端口输出高电平时T1导通，反之T1截止。二极管D5为续流二极管，与电动机MD并联后接三极管T1的集电极，防止反电势(截止时)冲击下，造成T1损坏。三极管T1的发射极接地；电动机MD的电源输入端接供电电源电路的电压输出端。
3、位置反馈电路
由于给皂液的动作是通过挤压橡皮管来实现的，因此每次挤压动作完成后，需进行停止位置的控制，即保证每次动作后，应停在凸轮的低位，使橡皮管恢复形状，充满皂液为下一次动作做好准备。如图4所示，本实用新型包含一个位置反馈电路3以提供位置反馈信号。位置反馈电路包括位置反馈开关S1和电容C5；位置反馈开关S1的一端与电容C5的一端、电阻R3的一端连接并接单片机端口；位置反馈开关S1及电容C5的另一端均接地；电阻R3的另一端接供电电源电路的电压输出端。位置反馈开关S1在电动机转动挤出皂液回到最低点后提供一个位置反馈信号输入单片机中，然后再由单片机控制停止电机。电容C5是为了减小干扰的影响。
4、状态指示灯驱动电路
状态指示灯告知人何时有皂液挤出，除此之外，当有人恶作剧一直将手放置在给皂液器下方时，系统需要警告指示，为了节省成本，用同一盏LED灯的不同方式指示。灯亮时告知人需要伸手接住皂液，灯灭时方可移开人手，当有人恶作剧超过系统设定限度的话LED灯亮灭交替跳显警告。由于单片机的灌电流(每个端口)可达20mA，因此直接以灌电流方式驱动LED灯显示，状态指示灯驱动电路4如图5所示，单片机端口输出低电平灯亮，输出高电平灯灭。LED灯串联电阻R4后接供电电源电路的电压输出端。
5、红外线光发射器
本实用新型包括一个红外线光发射器不断发射红外线光，当人手放上去时反射红外线光给红外接收管，从而产生人手的信号。为了减小外界环境红外线光的干扰，所以需要产生一定频率的红外线光。红外线光发射器5如图6所示，单片机端口按一定频率输出高低电平，就能使红外线光发射管按照一定频率发射红外光。红外线光发射管串联电阻R5后接供电电源电路的电压输出端。
6、红外接收电路
红外接收电路6如图7所示。由于红外接收信号很弱，需进行放大，并且信号有无的判断需有比较电路，因此，电路选用运放来实现信号放大及阈值比较。红外接收管IR并联电阻R6后接供电电源电路的电压输出端；当红外接收管IR接收到红外光时产生光电流，流过电阻R7，使A点电平升高，当没有红外信号时，A点电平恢复基准电压，即可以通过调节电阻R7的大小调节信号的基准电压和高低幅度，从而使信号成为一个可调节偏置和幅值的信号，从而达到抗干扰的目的。电容C6起到隔直通交的作用，经过C6后得到一个去掉基准电压的交流信号进入交流放大电路。由于运放是5V单电源供电，输出高低电平在2.5V上下对称最为合理，所以电阻R10和R11为运算放大器同相输入端提供一个2.5V的基准电压。由于交流信号及其微弱并且会因为人手与红外收发装置的距离不同而变化，所以电阻R9应远大于R8从而使运放输出高低电平分别为饱和电压和截止电压，供检波电路检波。检波电路的电解电容C7起到隔直通交的作用，由于运算放大器放大后的交流信号较之前的信号大了很多，所以电解电容C7选取的容值较大。二极管D6将经过电解电容后信号中的负压拉到零电平。二极管D7起到检波的作用，电解电容C8和电阻R12起到滤波的作用。交流信号高电平时D7导通，给电解电容C8充电，低电平时D7截止，电解电容C8在电阻R12上放电，等待下一个高电平。由于信号频率很高，所以经滤波后输出一个波动极小、电平较高的信号UN+，若中间没有了人手信号，电解电容C8则不断放电，输出一个较低的电平UN-进入阈值比较电路。如图8所示为阈值比较电路的输入输出特性，其中UI为比较器的输入包括正相输入端UP和反相输入端UN。比较器的反相输入端UN接有电阻R13；电阻R14和R15提供阈值电压UB，而比较器的同相输入端电压UO为此时的输出电压。由于UO有UO+和UO-两种高低不同的状态，所以UP也有高低两个不同的值UP+和UP-通过合理选择电阻R16和R17的值保证UN-<UP-<UP+<UN+，当反相输入端输入UN-时，由于UN-<UP-，所以输出端输出UO+，此时正相输入端变为UP+，当反相输入端输入跳为UN+时，由于UN+>UP+，所以输出端输出UO-。这样与输入相比较的UP有两个不同状态也就实现了滞回比较，避免电路产生振铃效应。电阻R18一端作为单片机IO口上拉电阻使用接入比较器的输出端，另一端接供电电源电路的电压输出端。
7、单片机系统
根据前述电路原理设计，单片机所需输入或输出端口为：红外感应信号输入、位置反馈输入、状态指示灯输出、红外发射输出、电动机驱动输出。选取型号为AT89C2051的高性能8位COMS单片机进行控制，该单片机采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS－51指令集和引脚结构兼容,具有灵活度高，成本低的优点。单片机的4引脚接晶振X的一端和电容C9的一端，5引脚接晶振X的另一端和电容C10的一端；电容C9和电容C10的另一端均接地；单片机的1引脚接电容C12的一端，电容C12的另一端接电阻19的一端；单片机的20引脚接电阻19的另一端和电容C11的一端并与供电电源电路的电压输出端连接；电容C11的另一端接地；单片机的2、3、6、7、8、9、11、12、13和15引脚均悬空。
8、工作过程
参照图9的系统原理图，本实用新型的工作过程如下，红外线光发射管按照一定频率不断发射红外信号，正常情况下没有人手信号红外接收电路接收不到红外信号输出端口输出高电平，当人手放在收发装置下方，将红外信号反射，红外接收管IR接收红外信号，经红外接收电路放大比较后输出端口电平由高电平变为低电平，单片机系统检测到低电平控制电动机和LED灯启动，当单片机系统检测到电动机转动完毕的位置反馈信号时关闭LED灯，当单片机系统检测到人手信号消失时控制关闭LED灯和电动机，等待下次信号。
Claims (8)
1.一种自动给皂液器，包括供电电源电路，以及通过供电电源电路供电的电动机驱动电路、位置反馈电路、状态指示灯驱动电路、红外线光发射器、红外接收电路和单片机系统，其特征在于：所述的单片机系统控制红外线光发射器发射红外信号；所述的红外接收电路接收不到红外反射信号时输出高电平，接收到红外反射信号时经放大、比较后输出低电平；单片机系统检测到红外接收电路的输出为低电平时控制电动机驱动电路的电动机和状态指示灯驱动电路的LED灯启动；单片机系统检测到红外接收电路的输出为高电平时控制状态指示灯驱动电路的LED灯和电动机关闭；所述的位置反馈电路将电动机驱动电路的电动机转动完毕的位置反馈信号传给单片机系统时，单片机系统控制状态指示灯驱动电路的LED灯关闭。
2.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的供电电源电路由降压变压器T、桥式二极管整流电路、初级滤波电路、稳压电路和二级滤波电路组成；所述的桥式二极管整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，初级滤波电路由并联的电解电容C1和电容C2组成，稳压电路采用7805三端稳压集成电路；交流电经降压变压器T降压后输入桥式二极管整流电路整流，整流后输入初级滤波电路滤波，滤波后的电压输入稳压电路进行稳压，最后经由电解电容C3和电容C4并联组成的二级滤波电路滤波之后输出。
3.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的电动机驱动电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D5、电动机MD和三极管T1；单片机系统的电动机驱动输出端口与电阻R1、R2的一端连接，电阻R2的另一端接三极管T1基极；电阻R1的另一端接供电电源电路的电压输出端；所述的二极管D5与电动机MD并联，二极管D5的正极接三极管T1的集电极；三极管T1的发射极接地；电动机MD的电源输入端接供电电源电路的电压输出端。
4.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的位置反馈电路包括位置反馈开关S1和电容C5；位置反馈开关S1的一端与电容C5的一端、电阻R3的一端连接并接单片机系统的位置反馈输入端口；位置反馈开关S1及电容C5的另一端均接地；电阻R3的另一端接供电电源电路的电压输出端。
5.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的状态指示灯驱动电路包括LED灯和电阻R4；LED灯的一端串联电阻R4后接供电电源电路的电压输出端，另一端接单片机系统的状态指示灯输出端口；单片机系统的状态指示灯输出端口输出低电平时LED灯亮，输出高电平LED灯灭。
6.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的红外线光发射器包括红外线光发射管和电阻R5；红外线光发射管的正极串联电阻R5后接供电电源电路的电压输出端，负极接单片机系统的红外发射输出端口。
7.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述的红外接收电路包括红外接收管IR、检波电路和比较器；所述的检波电路包括电解电容C7、二极管D6、二极管D7、电解电容C8和电阻R12；所述的红外接收管IR并联电阻R6，红外接收管IR的负极接供电电源电路的电压输出端；红外接收管IR的正极接电阻R7和电容C6的一端；电阻R7的另一端接地；电容C6的另一端接电阻R8的一端；电阻R8的另一端接电阻R9的一端和运算放大器的反相输入端；电阻R10和电阻R11的一端接运算放大器的同相输入端，电阻R10的另一端接电电源电路的电压输出端；电阻R9的另一端接运算放大器的输出端和电解电容C7的正极；电阻R11的另一端接二极管D6的正极、电解电容C8的负极、电阻R12和R14的一端并接地；电解电容C7的负极接二极管D6的负极和二极管D7的正极；二极管D7的负极接电解电容C8的正极、电阻R12的另一端和电阻R13的一端；电阻R13的另一端接比较器的反相输入端；电阻R14的另一端接电阻R15和电阻R16的一端；电阻R15的另一端接供电电源电路的电压输出端；电阻R16的另一端接比较器的正相输入端和电阻R17的一端；电阻R17的另一端接比较器的输出端、电阻R18的一端和单片机系统的红外感应信号输入端口；电阻R18的另一端接供电电源电路的电压输出端。
8.根据权利要求1所述的一种自动给皂液器，其特征在于：所述单片机系统的单片机采用型号为AT89C2051的8位COMS单片机。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 Termination date: 20161203 |