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一種自動給皂液器.pdf

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一種 自動 皂液器
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摘要
申請專利號:

CN201520995098.9

申請日:

20151203

公開號:

CN205215102U

公開日:

20160511

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A47K5/12 主分類號: A47K5/12
申請人: 浙江理工大學
發明人: 王西剛,雷美珍
地址: 310018 浙江省杭州市下沙高教園區2號大街928號
優先權: CN201520995098U
專利代理機構: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 代理人: 杜軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201520995098.9

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本實用新型公開了一種自動給皂液器。價格低的自動給皂液器易受外界環境干擾而導致誤啟動造成皂液的浪費,而精確感應識別信號給皂液器價格偏高。本實用新型的單片機系統控制紅外線光發射器發射紅外信號;紅外接收電路接收不到紅外反射信號時輸出高電平,接收到紅外反射信號時經放大、比較后輸出低電平;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為低電平時控制電動機驅動電路的電動機和狀態指示燈驅動電路的LED燈啟動;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為高電平時控制LED燈和電動機關閉;位置反饋電路將電動機轉動完畢的位置反饋信號傳給單片機系統時,單片機系統控制LED燈關閉。本實用新型不僅成本低而且足夠滿足設計要求。

權利要求書

1.一種自動給皂液器,包括供電電源電路,以及通過供電電源電路供電的電動機驅動電路、位置反饋電路、狀態指示燈驅動電路、紅外線光發射器、紅外接收電路和單片機系統,其特征在于:所述的單片機系統控制紅外線光發射器發射紅外信號;所述的紅外接收電路接收不到紅外反射信號時輸出高電平,接收到紅外反射信號時經放大、比較后輸出低電平;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為低電平時控制電動機驅動電路的電動機和狀態指示燈驅動電路的LED燈啟動;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為高電平時控制狀態指示燈驅動電路的LED燈和電動機關閉;所述的位置反饋電路將電動機驅動電路的電動機轉動完畢的位置反饋信號傳給單片機系統時,單片機系統控制狀態指示燈驅動電路的LED燈關閉。2.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的供電電源電路由降壓變壓器T、橋式二極管整流電路、初級濾波電路、穩壓電路和二級濾波電路組成;所述的橋式二極管整流電路由二極管D1、D2、D3、D4組成,初級濾波電路由并聯的電解電容C1和電容C2組成,穩壓電路采用7805三端穩壓集成電路;交流電經降壓變壓器T降壓后輸入橋式二極管整流電路整流,整流后輸入初級濾波電路濾波,濾波后的電壓輸入穩壓電路進行穩壓,最后經由電解電容C3和電容C4并聯組成的二級濾波電路濾波之后輸出。3.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的電動機驅動電路包括電阻R1、電阻R2、二極管D5、電動機MD和三極管T1;單片機系統的電動機驅動輸出端口與電阻R1、R2的一端連接,電阻R2的另一端接三極管T1基極;電阻R1的另一端接供電電源電路的電壓輸出端;所述的二極管D5與電動機MD并聯,二極管D5的正極接三極管T1的集電極;三極管T1的發射極接地;電動機MD的電源輸入端接供電電源電路的電壓輸出端。4.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的位置反饋電路包括位置反饋開關S1和電容C5;位置反饋開關S1的一端與電容C5的一端、電阻R3的一端連接并接單片機系統的位置反饋輸入端口;位置反饋開關S1及電容C5的另一端均接地;電阻R3的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。5.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的狀態指示燈驅動電路包括LED燈和電阻R4;LED燈的一端串聯電阻R4后接供電電源電路的電壓輸出端,另一端接單片機系統的狀態指示燈輸出端口;單片機系統的狀態指示燈輸出端口輸出低電平時LED燈亮,輸出高電平LED燈滅。6.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的紅外線光發射器包括紅外線光發射管和電阻R5;紅外線光發射管的正極串聯電阻R5后接供電電源電路的電壓輸出端,負極接單片機系統的紅外發射輸出端口。7.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述的紅外接收電路包括紅外接收管IR、檢波電路和比較器;所述的檢波電路包括電解電容C7、二極管D6、二極管D7、電解電容C8和電阻R12;所述的紅外接收管IR并聯電阻R6,紅外接收管IR的負極接供電電源電路的電壓輸出端;紅外接收管IR的正極接電阻R7和電容C6的一端;電阻R7的另一端接地;電容C6的另一端接電阻R8的一端;電阻R8的另一端接電阻R9的一端和運算放大器的反相輸入端;電阻R10和電阻R11的一端接運算放大器的同相輸入端,電阻R10的另一端接電電源電路的電壓輸出端;電阻R9的另一端接運算放大器的輸出端和電解電容C7的正極;電阻R11的另一端接二極管D6的正極、電解電容C8的負極、電阻R12和R14的一端并接地;電解電容C7的負極接二極管D6的負極和二極管D7的正極;二極管D7的負極接電解電容C8的正極、電阻R12的另一端和電阻R13的一端;電阻R13的另一端接比較器的反相輸入端;電阻R14的另一端接電阻R15和電阻R16的一端;電阻R15的另一端接供電電源電路的電壓輸出端;電阻R16的另一端接比較器的正相輸入端和電阻R17的一端;電阻R17的另一端接比較器的輸出端、電阻R18的一端和單片機系統的紅外感應信號輸入端口;電阻R18的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。8.根據權利要求1所述的一種自動給皂液器,其特征在于:所述單片機系統的單片機采用型號為AT89C2051的8位COMS單片機。

說明書

技術領域

本實用新型屬于自動化自動控制領域,涉及一種自動給皂液器。

背景技術

目前已有的自動給皂液器中價格低的穩定性不足,在紅外信號接收處理電路上容易受到外界環境干擾而導致誤啟動造成皂液的浪費,而想要做到精確感應識別信號則需要在紅外人手感應設計上面投入更高的成本,也就造成了目前市場上給皂液器價格偏高,自動給皂液器沒有在一般公共場所普及使用。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足,提出一種低成本、抗干擾型自動給皂液器。

本實用新型包括供電電源電路,以及通過供電電源電路供電的電動機驅動電路、位置反饋電路、狀態指示燈驅動電路、紅外線光發射器、紅外接收電路和單片機系統。所述的單片機系統控制紅外線光發射器發射紅外信號;所述的紅外接收電路接收不到紅外反射信號時輸出高電平,接收到紅外反射信號時經放大、比較后輸出低電平;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為低電平時控制電動機驅動電路的電動機和狀態指示燈驅動電路的LED燈啟動;單片機系統檢測到紅外接收電路的輸出為高電平時控制狀態指示燈驅動電路的LED燈和電動機關閉;所述的位置反饋電路將電動機驅動電路的電動機轉動完畢的位置反饋信號傳給單片機系統時,單片機系統控制狀態指示燈驅動電路的LED燈關閉。

所述的供電電源電路由降壓變壓器T、橋式二極管整流電路、初級濾波電路、穩壓電路和二級濾波電路組成。所述的橋式二極管整流電路由二極管D1、D2、D3、D4組成,初級濾波電路由并聯的電解電容C1和電容C2組成,穩壓電路采用7805三端穩壓集成電路;交流電經降壓變壓器T降壓后輸入橋式二極管整流電路整流,整流后輸入初級濾波電路濾波,濾波后的電壓輸入穩壓電路進行穩壓,最后經由電解電容C3和電容C4并聯組成的二級濾波電路濾波之后輸出。

所述的電動機驅動電路包括電阻R1、電阻R2、二極管D5、電動機MD和三極管T1;單片機系統的電動機驅動輸出端口與電阻R1、R2的一端連接,電阻R2的另一端接三極管T1基極;電阻R1的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。所述的二極管D5與電動機MD并聯,二極管D5的正極接三極管T1的集電極;三極管T1的發射極接地;電動機MD的電源輸入端接供電電源電路的電壓輸出端。

所述的位置反饋電路包括位置反饋開關S1和電容C5;位置反饋開關S1的一端與電容C5的一端、電阻R3的一端連接并接單片機系統的位置反饋輸入端口;位置反饋開關S1及電容C5的另一端均接地;電阻R3的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。

所述的狀態指示燈驅動電路包括LED燈和電阻R4;LED燈的一端串聯電阻R4后接供電電源電路的電壓輸出端,另一端接單片機系統的狀態指示燈輸出端口;單片機系統的狀態指示燈輸出端口輸出低電平時LED燈亮,輸出高電平LED燈滅。

所述的紅外線光發射器包括紅外線光發射管和電阻R5;紅外線光發射管的正極串聯電阻R5后接供電電源電路的電壓輸出端,負極接單片機系統的紅外發射輸出端口。

所述的紅外接收電路包括紅外接收管IR、檢波電路和比較器;所述的檢波電路包括電解電容C7、二極管D6、二極管D7、電解電容C8和電阻R12。所述的紅外接收管IR并聯電阻R6,紅外接收管IR的負極接供電電源電路的電壓輸出端;紅外接收管IR的正極接電阻R7和電容C6的一端;電阻R7的另一端接地;電容C6的另一端接電阻R8的一端;電阻R8的另一端接電阻R9的一端和運算放大器的反相輸入端;電阻R10和電阻R11的一端接運算放大器的同相輸入端,電阻R10的另一端接電電源電路的電壓輸出端;電阻R9的另一端接運算放大器的輸出端和電解電容C7的正極;電阻R11的另一端接二極管D6的正極、電解電容C8的負極、電阻R12和R14的一端并接地;電解電容C7的負極接二極管D6的負極和二極管D7的正極;二極管D7的負極接電解電容C8的正極、電阻R12的另一端和電阻R13的一端;電阻R13的另一端接比較器的反相輸入端;電阻R14的另一端接電阻R15和電阻R16的一端;電阻R15的另一端接供電電源電路的電壓輸出端;電阻R16的另一端接比較器的正相輸入端和電阻R17的一端;電阻R17的另一端接比較器的輸出端、電阻R18的一端和單片機系統的紅外感應信號輸入端口;電阻R18的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。

所述單片機系統的單片機采用型號為AT89C2051的8位COMS單片機。

本實用新型的紅外接收電路使用LM258芯片進行放大和滯回比較。控制芯片則選擇AT89C2051,不僅大大降低了成本而且足夠滿足設計要求,除此之外在紅外接收電路中實現了信號偏置和幅值的可調節,可根據不同外界環境對信號進行調節以達到抗干擾的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構框圖;

圖2為本實用新型中供電電源電路的電路圖;

圖3為本實用新型中電動機驅動電路的電路圖;

圖4為本實用新型中位置反饋電路的電路圖;

圖5為本實用新型中狀態指示燈驅動電路的電路圖;

圖6為本實用新型中紅外線光發射器的電路圖;

圖7為本實用新型中紅外接收電路的電路圖;

圖8為本實用新型中比較器的滯回比較輸入輸出特性圖;

圖9為本實用新型的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示,一種自動給皂液器,包括供電電源電路1、電動機驅動電路2、位置反饋電路3、狀態指示燈驅動電路4、紅外線光發射器5、紅外接收電路6和單片機系統7。

1、供電電源電路

供電電源電路1如圖2所示,由降壓變壓器T、橋式二極管整流電路、初級濾波電路、穩壓電路和二級濾波電路組成。其中,橋式二極管整流電路由二極管D1、D2、D3、D4組成,初級濾波電路由并聯的電解電容C1和電容C2組成,穩壓電路采用7805三端穩壓集成電路;交流電經降壓變壓器T降壓后輸入橋式二極管整流電路整流,整流后輸入初級濾波電路濾波,濾波后的電壓輸入穩壓電路進行穩壓,最后經由電解電容C3和電容C4并聯組成的二級濾波電路濾波之后輸出。在降壓變壓器T的輸入端輸入220V、50Hz的常用交流電,二級濾波電路濾波的輸出端就會輸出穩定的5V直流電。

2、電動機驅動電路

電動機驅動電路2如圖3所示,由于電動機不需調速,電動機驅動電路采用簡單電路即可實現。由單片機端口串聯電阻R2后接三極管T1基極,控制三極管T1的導通/截止即可實現對電動機的運行操作。由于單片機輸出電流能力相對較弱,為了達到可靠工作,故在單片機端口上加了電阻R1支路的上拉,擴大驅動三極管T1的基極電流,保證電路正常工作。單片機端口輸出高電平時T1導通,反之T1截止。二極管D5為續流二極管,與電動機MD并聯后接三極管T1的集電極,防止反電勢(截止時)沖擊下,造成T1損壞。三極管T1的發射極接地;電動機MD的電源輸入端接供電電源電路的電壓輸出端。

3、位置反饋電路

由于給皂液的動作是通過擠壓橡皮管來實現的,因此每次擠壓動作完成后,需進行停止位置的控制,即保證每次動作后,應停在凸輪的低位,使橡皮管恢復形狀,充滿皂液為下一次動作做好準備。如圖4所示,本實用新型包含一個位置反饋電路3以提供位置反饋信號。位置反饋電路包括位置反饋開關S1和電容C5;位置反饋開關S1的一端與電容C5的一端、電阻R3的一端連接并接單片機端口;位置反饋開關S1及電容C5的另一端均接地;電阻R3的另一端接供電電源電路的電壓輸出端。位置反饋開關S1在電動機轉動擠出皂液回到最低點后提供一個位置反饋信號輸入單片機中,然后再由單片機控制停止電機。電容C5是為了減小干擾的影響。

4、狀態指示燈驅動電路

狀態指示燈告知人何時有皂液擠出,除此之外,當有人惡作劇一直將手放置在給皂液器下方時,系統需要警告指示,為了節省成本,用同一盞LED燈的不同方式指示。燈亮時告知人需要伸手接住皂液,燈滅時方可移開人手,當有人惡作劇超過系統設定限度的話LED燈亮滅交替跳顯警告。由于單片機的灌電流(每個端口)可達20mA,因此直接以灌電流方式驅動LED燈顯示,狀態指示燈驅動電路4如圖5所示,單片機端口輸出低電平燈亮,輸出高電平燈滅。LED燈串聯電阻R4后接供電電源電路的電壓輸出端。

5、紅外線光發射器

本實用新型包括一個紅外線光發射器不斷發射紅外線光,當人手放上去時反射紅外線光給紅外接收管,從而產生人手的信號。為了減小外界環境紅外線光的干擾,所以需要產生一定頻率的紅外線光。紅外線光發射器5如圖6所示,單片機端口按一定頻率輸出高低電平,就能使紅外線光發射管按照一定頻率發射紅外光。紅外線光發射管串聯電阻R5后接供電電源電路的電壓輸出端。

6、紅外接收電路

紅外接收電路6如圖7所示。由于紅外接收信號很弱,需進行放大,并且信號有無的判斷需有比較電路,因此,電路選用運放來實現信號放大及閾值比較。紅外接收管IR并聯電阻R6后接供電電源電路的電壓輸出端;當紅外接收管IR接收到紅外光時產生光電流,流過電阻R7,使A點電平升高,當沒有紅外信號時,A點電平恢復基準電壓,即可以通過調節電阻R7的大小調節信號的基準電壓和高低幅度,從而使信號成為一個可調節偏置和幅值的信號,從而達到抗干擾的目的。電容C6起到隔直通交的作用,經過C6后得到一個去掉基準電壓的交流信號進入交流放大電路。由于運放是5V單電源供電,輸出高低電平在2.5V上下對稱最為合理,所以電阻R10和R11為運算放大器同相輸入端提供一個2.5V的基準電壓。由于交流信號及其微弱并且會因為人手與紅外收發裝置的距離不同而變化,所以電阻R9應遠大于R8從而使運放輸出高低電平分別為飽和電壓和截止電壓,供檢波電路檢波。檢波電路的電解電容C7起到隔直通交的作用,由于運算放大器放大后的交流信號較之前的信號大了很多,所以電解電容C7選取的容值較大。二極管D6將經過電解電容后信號中的負壓拉到零電平。二極管D7起到檢波的作用,電解電容C8和電阻R12起到濾波的作用。交流信號高電平時D7導通,給電解電容C8充電,低電平時D7截止,電解電容C8在電阻R12上放電,等待下一個高電平。由于信號頻率很高,所以經濾波后輸出一個波動極小、電平較高的信號UN+,若中間沒有了人手信號,電解電容C8則不斷放電,輸出一個較低的電平UN-進入閾值比較電路。如圖8所示為閾值比較電路的輸入輸出特性,其中UI為比較器的輸入包括正相輸入端UP和反相輸入端UN。比較器的反相輸入端UN接有電阻R13;電阻R14和R15提供閾值電壓UB,而比較器的同相輸入端電壓UO為此時的輸出電壓。由于UO有UO+和UO-兩種高低不同的狀態,所以UP也有高低兩個不同的值UP+和UP-通過合理選擇電阻R16和R17的值保證UN-<UP-<UP+<UN+,當反相輸入端輸入UN-時,由于UN-<UP-,所以輸出端輸出UO+,此時正相輸入端變為UP+,當反相輸入端輸入跳為UN+時,由于UN+>UP+,所以輸出端輸出UO-。這樣與輸入相比較的UP有兩個不同狀態也就實現了滯回比較,避免電路產生振鈴效應。電阻R18一端作為單片機IO口上拉電阻使用接入比較器的輸出端,另一端接供電電源電路的電壓輸出端。

7、單片機系統

根據前述電路原理設計,單片機所需輸入或輸出端口為:紅外感應信號輸入、位置反饋輸入、狀態指示燈輸出、紅外發射輸出、電動機驅動輸出。選取型號為AT89C2051的高性能8位COMS單片機進行控制,該單片機采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業標準MCS-51指令集和引腳結構兼容,具有靈活度高,成本低的優點。單片機的4引腳接晶振X的一端和電容C9的一端,5引腳接晶振X的另一端和電容C10的一端;電容C9和電容C10的另一端均接地;單片機的1引腳接電容C12的一端,電容C12的另一端接電阻19的一端;單片機的20引腳接電阻19的另一端和電容C11的一端并與供電電源電路的電壓輸出端連接;電容C11的另一端接地;單片機的2、3、6、7、8、9、11、12、13和15引腳均懸空。

8、工作過程

參照圖9的系統原理圖,本實用新型的工作過程如下,紅外線光發射管按照一定頻率不斷發射紅外信號,正常情況下沒有人手信號紅外接收電路接收不到紅外信號輸出端口輸出高電平,當人手放在收發裝置下方,將紅外信號反射,紅外接收管IR接收紅外信號,經紅外接收電路放大比較后輸出端口電平由高電平變為低電平,單片機系統檢測到低電平控制電動機和LED燈啟動,當單片機系統檢測到電動機轉動完畢的位置反饋信號時關閉LED燈,當單片機系統檢測到人手信號消失時控制關閉LED燈和電動機,等待下次信號。

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