1、卫生间自动装置作品说明书摘要： 利用现有的电子技术，实现卫生间设施自动化。该卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路组成，可以实现的功能有：1、白天照明电路不工作 ,夜晚当有人进入卫生间时，照明灯自动点亮，人离开时照明灯自动熄灭；2、人用厕后冲刷系统自动冲水。关键字： 卫生间、自动化、直流电源电路、照明电路、冲水控制电路0 序言 卫生间是人们日常生活中频繁使用的设施，随着社会的发展，科学技术的不断进步，人们的生存环境、生活质量有了很大幅度的提高。科学技术在日常生活中得到了广泛的应用，例如电铃门、自动售货机、防盗报警器、ATM 自动取款机等。本作品利用现有的电子技术，实现卫生间设施自动化
2、。该卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路组成，可以实现的功能有：1、白天照明电路不工作,夜晚当有人进入卫生间时，照明灯自动点亮，人离开时照明灯自动熄灭；2、人用厕后冲刷系统自动冲水。由此为人们的生活提供了方便。1 电路组成及工作原理本作品介绍的卫生间装置由直流电源电路、照明电路和冲水控制电路三部分组成。1.1 直流电源电路本作品中的直流电源为单相小功率电源，它将频率为 50 HZ、有效值为 220 V 的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的 12 V 直流电压。单相交流电经过电 源 变 压 器 、 整 流 电 路 、 滤 波 电 路 和 稳 压 电 路转 换 为 稳 定 的
3、直 流 电 压 ， 其 组 成 框 图 及 各 电 路 的 输 出 波 形 如 图 1.1（ a） 、 (b)所 示 。电源变压器稳压电路滤波电路整流电路负载(a)(b)图 1.1（ a） 、 （ b） 直 流 电 源 的 组 成 框 图 及 整 流 与 稳 压 过 程其中，电源变压器的作用是将交流电源的电压转换为符合整流所需的数值。整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，有半波整流电路和全波整流电路之分，本作品采用的是由四个二极管组成的单相桥式整流电路。滤波电路的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动部分滤掉，是输出电压成为比较平滑的直
4、流电压。实用的滤波电路有很多种类，如电容滤波、电感滤波、复合滤波等，本次设计采用的是电容滤波电路。稳压电路的作用是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。常用的稳压电路有稳压管稳压电路、串联型稳压电路、三端稳压电路和开关型稳压电路等，本次设计采用的是稳压管稳压电路。1.2 照明电路本作品中的照明电路由光敏电阻 RL、光敏三极管 VT3、红外发光二极管 VL1、双向晶体闸 V 、555 定时器 IC1 等组成。下面就先来介绍一下光敏电阻、光敏三极管、双向晶体闸和 555 定时器这几种核心元件。光敏电阻是一种常用的光敏元件，它的阻值不是固定的，而是随着入射光
5、线（可见光）的强度变化而变化。黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 110 M ，在强光条件下，它的阻值（亮阻）却只有几百到几千欧姆。如图 1.2（a）所示，是某一光敏电阻的阻值与光强关系。本作品中的照明电路就是利用了光敏电阻的这一特性。图 1.2（a） 某光敏电阻的阻值与光强关系光敏三极管也是一种常用的光敏元件，它的特性与光敏电阻类似，这里就不再细述。双向晶闸管是由 N-P-N-P-N 五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构和符号如图 1.2（c）所示。双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的
6、电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的，都可以使双向晶闸管导通。由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为 T1 电极和 T2 电极，将接在 P 型半导体材料上的主电极称为 T1 电极，将接在 N 型半导体材料上的电极称为 T2 电极。双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图 1.2（b）所示。由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。图 1.2（b）双向晶体闸的伏安特性曲线 图 1.2（c）双向晶体闸的结构和符号555 定时
7、器又称为集成定时器或 555 时基集成电路，它由电阻分压器、两个电压比较器 N1 和 N2、RS 触发器、放电三极管 VT 及缓冲器构成。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个 5k 的电阻，故取名 555 时基集成电路。555 定时器的内部电路结构和它的管脚图如下图 1.2（d）、（e）所示。555 定时器的功能如表 1.2 所示。图 1.2（d）555 时基集成电路的内部电路图 图 1.2（e）555 时基集成电路的管脚图表 1.2 555 定时器的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT = QRDTRTH输 出 输 入 C32VCC31C31C
8、C用 555 定时器 IC1、电位器 RP 1 及电容 C 3 等可以组成单稳态触发器。单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。利用单稳态触发器的特性可以用作来定时电路。照明电路的工作原理：白天有光照射时，光敏电阻 RL 的亮阻值很小，产生的电流大，三极管 VT 1 导通，555 定时器 IC1 的 4 管脚为低电平（小于 0.7 伏） ，555 定时器被强制复位，3 脚输出为低电平，不受 2脚触发控制，故双向晶体闸 V 关闭，电灯 EL 不亮。傍晚天黑时，光敏电阻 RL 的暗阻值很大，产生的电流很小，
9、三极管 VT1 截止，555 定时器 IC1 的 4 管脚为高电平，使 IC1 处于等待触发状态。当有人进卫生间如厕时，经过红外发光二极管 VL 和光敏三极管 VT3 间的红外光束通道时，红外光被遮挡，VT3 的暗阻很大，产生的电流很小，晶体管 VT2 得到基极偏压而导通，IC1 的 2 脚电位低于 Ec/3(4 伏)，IC1 被置位，3 脚输出高电平，双向晶体闸 V 触发导通，电灯 EL 点亮。经过约 1 min (通过使用不同容值的电容 C3 或调节 RP1，可以改变延时时间)，定时结束，3 脚转为低电平，双向晶体闸 V 关闭，电灯 EL 熄灭。1.3 冲水控制电路本作品中的冲水控制电路由
10、红外发光二极管 VL2、光敏三极管 VT4、555 定时器 IC2、继电器、电磁阀等组成。下面先来介绍一下继电器和电磁阀。继 电 器 是 一 种 电 控 制 器 件 ， 主 要 用 在 自 动 控 制 和 保 护 电 路 中 ， 起 到 信 号 转 换 的 作 用 。 继 电 器 的 工 作原 理 ： 继 电 器 具 有 输 入 电 路 （ 又 称 感 应 元 件 ） 和 输 出 电 路 （ 又 称 执 行 元 件 ） ， 当 感 应 元 件 中 的 输 入 量（ 如 电 压 、 电 流 、 温 度 、 时 间 等 ） 变 化 到 某 一 特 定 值 时 继 电 器 就 产 生 动 作 ， 执
11、 行 元 件 便 接 通 或 断 开 控 制回 路 。继 电 器 有 很 多 种 类 ， 按 用 途 可 分 为 控 制 继 电 器 、 保 护 继 电 器 、 中 间 继 电 器 等 ； 按 原 理 可 分 电 磁 式 、感 应 式 、 热 继 电 器 等 ； 按 参 数 可 分 为 电 流 、 电 压 、 速 度 、 压 力 继 电 器 等 ； 按 动 作 时 间 可 分 为 瞬 时 继 电 器 、延 时 继 电 器 ； 按 输 出 形 式 可 分 为 有 触 点 、 无 触 点 继 电 器 。继 电 器 是 由 线 圈 和 触 点 组 两 部 分 组 成 的 ， 所 以 继 电 器 在
12、电 路 图 中 的 图 形 符 号 也 包 括 两 部 分 ： 一 个 长方 框 表 示 线 圈 ； 一 组 触 点 符 号 表 示 触 点 组 合 。 继 电 器 的 图 形 符 号 如 图 1.3.1 所 示 。KA（a）线圈 （b）常开触头 （ c）常闭触头(a) (b) (c)KA KA图 1.3.1 继 电 器 的 图 形 符 号电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用在机械控制和工业阀门上面，通过一个电磁线圈来控制阀芯位置，切断或接通气源以达到改变流体流动方向的目的，来对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀从原理上分为三大类：直动式电磁阀、分步直动
13、式电磁阀和先导式电磁阀。 它的工作原理是：当有电流通过线圈时,固定铁芯吸合动铁芯,改变滑阀芯的位置，发生励磁作用,动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧,从而改变流体的方向。当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。在生产中常用的电磁阀有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位五通等。它们的图形符号如图 1.3.2 所示。其中二位、三位指的是阀芯的工作位置，二、三、四、五通指的是切换通口数目。APARPAR PA BPRBAEA P EB A BEA P EBA BEA P EBA BEA P EB2位2通 2位3通 常闭（NC）2位3通 常通（NO）2位4通 2位5
14、通 3位5通中间排气式3位5通中间封闭式3位5通中间加压式图 1.3.2 常用电磁阀的图形符号冲水控制电路的工作原理：在无人接近便池时，光敏三极管 VT4 受到红外发光二极管 VL2 发出的光照，其亮阻阻值很小，产生的电流大，三极管 VT 4 导通，555 定时器 IC2 的 4 脚为低电平（小于 0.7 伏） ，555定时器被强制复位，3 脚输出为低电平，继电器线圈不工作，电磁阀开关不打开，冲刷系统无法冲水。当有人接近便池并用厕时，VL2 发出的红外光被遮挡，VT4 的暗阻很大，产生的电流很小，晶体管 VT2 得到基极偏压而导通，IC2 的 2 脚电位低于 Ec/3(4 伏)，IC1 被置位
15、，3 脚输出高电平，继电器线圈通电，常闭触点断开，常开触点吸合，同时给电容充电，但电磁阀被断开无法工作，冲刷系统无法冲水。人在用厕的这段时间是电容器充电时间，直至电容器充满为止。等到人用厕完毕离去后，555 定时器和触发电路又回到先前的状态。继电器断电，常闭触点闭合，常开触点断开。电磁阀线路被接通，此时的电容已经被充过电，它就可以给电磁阀放电，这时电磁阀线圈得电导通。冲刷系统给便池冲水。等到电容的电量被放完毕后，电磁阀线圈不再工作，被截止，冲水停止。参考文献：1、陈汝全主编 电子技术常用器件应用手册 （第二版） 机械工业出版社 2011 年第 2 版2、毕满清主编 模拟电子技术基础 电子工业出版社 2008 年3、张艳花 牛晋川编 数字电子技术基础 电子工业出版社 2010 年4、陈振官编 数字电路及制作实例 国防工业出版社 2006 年第 1 版5、方大千等编 实用电子控制电路详解 化学工业出版社 2011 年第 1 版
