专业综合课程设计-红外线控制自动水龙头的设计

湖南文理学院

课程设计报告

课程名称：红外感应自动水龙头设计

专业班级：通信12101班学号（13）

学生姓名：张瑶

指导教师：李文圣老师

完成时间：2015年6 月23日

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师日期2015.6.12

红外感应自动水龙头设计

目录

第一章绪论 (1)

第二章元器件方案 (2)

2.1 传感器 (2)

2.1.1 CCD图像传感器 (2)

2.1.2 电容式传感器 (2)

2.1.3 超声波传感器 (3)

2.1.4 光电传感器 (3)

2.2 发光二极管（LED） (4)

2.3 接收管 (5)

第三章红外线控制自动水龙头设计 (7)

3.1 水龙头的构成及传感器控制 (7)

3.2 系统组成方框图 (7)

3.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理 (8)

3.4 红外线控制自动水龙头的工作原理 (9)

3.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成 (9)

3.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图 (9)

3.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理 (9)

3.5 单元电路的设计 (9)

3.5.1 +5v的稳压电源的设计 (9)

3.5.2 振荡器电路的设计 (10)

3.5.3 红外接受控制电路的设计 (10)

3.5.4电压放大电路的设计 (12)

3.5.5音调译码器的设计 (13)

3.5.6 三端稳压器 (15)

3.5.7 LM567调制传感器 (15)

元器件清单 (18)

心得体会 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

第一章绪论

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。

它安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可见光，当发出光被某一信号调制后，只有专门的解调电路才能收到。它可在强光下工作，给人们的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，其广泛用于家庭、商场、工厂、学校、餐厅等场所。而且大大地扩展了原先水龙头的功能。因此，研究红外线控制自动水龙头及其应用，有着非常重要的意义。

本次设计的是一种以红外线自动控制的水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动放水。

本设计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小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。

第二章元器件方案

2.1传感器

目前市场上常用的传感器有CCD图像传感器、电容式传感器、超声波传感器、光电传感器四种。

2.1.1 CCD图像传感器

这种传感器可直接将光学信号转换为数字电信号，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。

CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD通常将CCD 内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。所需相数由CCD 芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。线阵CCD 有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。

2.1.2 电容式传感器

它是一种把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA／δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。δ、A、ε 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各

种介质的温度、密度、湿度的测定。电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高,过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。

2.1.3 超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。

2.1.4 光电传感器

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管（或光敏三极管）。

标准的光电传感器可以分为漫反射型、反射型、对射型、槽型、光纤传感器、色标传感器、光通讯、激光测距、光栅、防爆/隔爆型等十种。它的特长有以下七点：

（1）检测距离长

如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测。

（2）对检测物体的限制少

由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。（3）响应时间短

光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

（4）分辨率高

能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

（5）可实现非接触的检测

可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。

（6）可实现颜色判别

通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。（7）便于调整

在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

因此,光电式传感器在检测和控制中得到广泛的应用。通过几种传感器的辩证比较，我选择了第四种——光电传感器，并采用其中的反射式光电传感器来作为我设计的核心元件。

2.2 发光二极管（LED）

做传感器的LED要求亮度高，颜色合适，光斑形状合适。为了防止LED损坏，应该注意：（1）LED的伏安特性曲线很陡，测试和使用时一定要串联电阻限制电流。（2）氮化镓材料的高亮度LED容易被反向电压、静电或电源尖峰击穿损坏，电源电压较高时不可反馈。

不同的管子允许的工作电流不同，红外的平均电流最大可以用到100毫安，用作调制时几十微妙的窄脉冲峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持续最大电流20毫安，一般低亮度的管子要小一些，工作电流的限制一是发热限制平均电流，二是高电流下亮度饱和限制峰值电流，有些管子电流大了之后还

会变色。

常用的LED有红外，红，橙，黄，黄绿，纯绿，蓝，紫，白等颜色，作为成品销售的“变色LED”是在一个管壳里封装了多个不同颜色的LED，红，绿，蓝三色的LED非常适合作颜色传感器的照明。红外线LED配合红外接收管抗干扰能力强，但是不适合用于识别颜色，因为物体在可见光下的颜色不能很好的代表它对于红外线的反射率。

LED发光的原理是半导体PN结中的电子与空穴复合时产生光子，不同的材料由于能带宽度不同，导致发光颜色和导通电压不同。另外，不同材料的发光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=发射的光子数/流过的电子数）也有较大的差别（见表2-1）。

表2-1 常用LED的参数比较

材料发光颜色量子效率（与工艺有关）

砷化镓红外高，30%

磷砷化镓红中，10% 磷化镓(摻杂氮) 黄绿低，不到1% 磷化镓(摻杂氧化锌) 红到黄中低铝砷化镓鲜红中高

铝镓铟磷橙红高，30%

氮化镓从纯绿到紫外高，20%

2.3 接收管

常用的接收管有硅光电二极管，硅光电三极管，光敏电阻三种。光电二极管产生的电流小，需要高倍放大，但是速度很高，可以高频调制，在遮光状态下的特性类似普通二极管，使用时加反向电压，输出与光照强度近似成正比的光电流。

光电三极管一般基极不引出，只有两根管脚，购买的时候叫作光敏管。光电三极管产生的电流较大，无需前置高倍放大，但是速度较低，调制频率低于100KHz。遮光状态下正反向电阻都很大，用强光照射，可以测出一个方向的电阻明显变小，这个方向是正向，使用时加正向电压＞1V，输出与光照强度近似成正比的光电流。

这些光电接收管的外壳有无色透明和黑色两种，黑色管壳几乎只透过红外光，与红外发光管配套使用。

光敏电阻的电特性是电阻而不是恒流，受到光照后电阻值大幅度减小，输出电流也较大，数量级类似光电三极管。工作频率一般较低，但也有高的。在使用上最重要的区别于光敏电阻接收光照的是一个平面，没有管壳聚光，方向性差，一般用在不区分光照方向或者要降低成本的电路里。

接收管的光谱特性：

光电二极管，光电三极管都是半导体PN结光电元件，靠内光电效应接收光线，因此入射光子能量超过材料能带宽度才能接收，表现在它的光谱。灵敏度特性在长波方向有一个陡的截止。在短波方向如果波长太短，灵敏度也会下降。一般的硅管最适合用在红外到红黄光范围内，但是可以一直用到近紫外。

另类的应用，用发光二极管当充电二极管，它的材料能带较宽，只接收短波的可见光。理论上可以用于识别颜色。

某些光敏电阻对于可见光中间部分的灵敏度较高。加装滤色片可以方便的改变管子的光谱特性，以制造各种颜色传感器。

第三章红外控制自动水龙头设计

3.1 水龙头的构成及传感器控制

水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图3-1所示）。

物体

图3-1 反射式红外传感器

反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外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，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。

3.2 系统组成方框图

红外线自动控制水龙头整个控制过程分为5个部分。系统组成方框图如图3-2所示。

多谐振荡器 调幅红外光

红外接收 电压放大 （LM741） 音频译码 （LM567）

电磁阀动作

图3-2 系统组成方框图

3.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理

反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图3-3所示）。

反射光强度的输出信号电压（V out ）是反射面与传感器之间的距离（X ）的函数，设反射面物质为同种物质时，X 与V out 的响应曲线是非线性的（如图3-4所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的。

图3-3 红外发射接收原理图 图3-4 光强度相应曲线图

发射 接收 反

射

表

面

x 10

4 V out x/mm

3.4 红外线控制自动水龙头的工作原理

3.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成

红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2、运算放大器（LM741）、音频译码器（LM567）、继电器K、电源电路等组成。

3.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图

见附录。

3.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理

工作原理：发射电路中，多谐振荡器由IC（555）和R0.R1和C7等组成。其振荡频率为f=1.44/（R0+2R1）C7，振荡输出信号驱动TLN104型的LED1~LED3工作，从而产生红外脉冲调制波。接收电路中红外接受头D1.D2与发射中的发射管相匹配，采用TLN104型。红外脉冲调制经D1.D2接收管转换成电信号，经C1藕合至LM741，再经C2输入到LM567的第3管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1R6C3与红外调制频率40KHZ一致，使第8管脚输出为低电平，又经反相后，驱动VT2导通，继电器因控制有信号触发而有交流输出。当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的D1.D2因接收到光信号而进行光电转换，从而使LM567因有信号输入而在第8脚输出为低点平，经反相VT2导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。

3.5 单元电路的设计

3.5.1 +5v的稳压电源的设计

电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。它的电压变压器B，桥式整流电路D1~D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。

200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1~D4 和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（如图

3-5所示）。

图3-5 稳压电源电路

3.5.2 振荡器电路的设计

振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路（如图3-6所示）。

（a）电路图(b)工作波形

图3-6 由定时器构成的多谐振荡器

由于555内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。故只需通过调节R1的阻值来改变f来使其为1Hz 的秒脉冲信号，作为闸门信号。

3.5.3 红外接受控制电路的设计

本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头SFM506-38和锁相环电路。

它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。LM567、开关放大电路VT9013、固态继电器TAC08、电磁阀构成控制电路（如图3-7所示）。

图3-7 接收解调控制电路

LM567是1片锁相环音频解码电路，采用8脚双列直插塑封，3脚为信号输入端，其工作频率由5、6脚上的阻容元件决定，8脚为逻辑输出端。IC2与R7、C12组成振荡器，R7、C12决定IC2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号端，8脚为逻辑输出端，该输出是1个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA，LM567的工作电压为4．75～9V，工作频率0．1Hz～500kHz，静态工作电流为8mA。当无人洗手时，IC1接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到IC2的3脚后，IC2的8脚就会输出低电平，三极管VT1截止，继电器K 断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当手放到水龙头下时，IC1不能接受红外线，IC2的3脚无信号输入，8脚输出高电平，使得VT1导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220V AC，Y开始动作，使水龙头放出自来水，同时LED发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。SFM506-38地内部原理图（如图3-8所示）。

图3-8 SFM506-38的内部原理图

3.5.4电压放大电路的设计

电压放大电路采用LM741集成运算放大器，（如图3-9所示）。LM741是高性能内补偿运算放大器，功耗低，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。

LM741的管脚功能是：1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚为负电源端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源端，8脚为空脚端。此引脚图（如图3-10所示）。内部原理图（如图3-11所示）。

图3-9 LM741集成运算放大器

图3-10 LM741引脚功能图

图3-11 内部原理图

3.5.5音调译码器的设计

音调译码器采用LM567锁相环电路，锁相环内则包含一个电流控制振荡器（CC0）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。

主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲

机亚音频译码，遥控等。

LM567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时，开关就接通。通用的LM567还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1至500KHz 内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率14%内的任何值。而且，输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。

LM567的管脚功能是：1脚为输出滤波，2脚为回路滤波，3脚为输入端，4脚为正电源端（电压值需最小为4.75V ，最大为9V ），5脚为定时电阻端，6脚为定时电容端，7脚为接地端，8脚为输出端。LM567的引脚功能图（如图3-12所示）。LM567的内部原理图（如图3-13所示）。

图3-12 LM567的引脚功能图

1级检波 检波

VCO

8 输出 7 地

定时电容 定时电阻 6 5 1 2 3

4 输出滤波

回路滤波 输入 V+

图3-13 LM567的内部电路图

3.5.6 三端稳压器

三端稳压器是一种标准化，系列化的通用线性的稳压电源集成电路，以其体积小成本低性能好，工作可靠性高等特点，成为目前稳压电源中应用最广泛的一种单片式集成稳压器件。

三端稳压器的工作原理（如图3-14所示）：原它与一般分立元件组成的串联式的稳压电路基本相似的.不同的是增加了启动电路,保护电路和恒流源。启动电路是为恒流源建立工作点而设置的.恒流源设置在基准电压形成和误差放大器电路中，是为了使稳压器能够在比较大的电压变化范围内正常可靠的工作。在芯片内设置了两种较为完善的保护电路：一是过流保护，一是过热保护Rsc 是过流保护的取样电阻。Ri ，Rb 为输出采样电阻。Rb 两端上的电压（反映输出电压的大小的采样电压）与基准电压在误差放大器中进行比较和放大，产生误差电压，去控制调整管的工作状态，从而稳定输出电压。

图3-14 三端稳压器框图

3.5.7 LM567调制传感器

LM567是一种比较廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感器（如图3-15所示）

由LM567的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的LED ，由探头的光敏管接收反射光。经三极管放大，转换成电压信号后送到LM567的内部鉴相器2同步调解，然后由LM567内部的比较器转换为数字输出并联负反馈放大电路有若

启

动

电

路

恒流电源

基础电压 误差放大 调整管安全工作区调整管 短路保护 过热保护 RB RA RSC V 0 输出

T 地 Vi

输入

稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管电容的影响，获得良好的高频特性。这个电路的缺点是当多个探头同时使用时因为频率接近，一旦相邻单元的光斑出现部分重合就会有干扰造成输出抖动，另外567输出鉴相器参考信号是从振荡电容端引出的，与发射和接收信号几乎是正交的，解调效率非常低，前级需要高倍放大。

为了解决上述多个探头临近的问题，在使用多组传感器时，做了以下改动（如图3-16所示）：

单独用一个单元（图中右边的567）作振荡，给其余四个单元（图中只画了一个）提供同步的时钟信号，消除了差拍问题。而且时钟信号既接到振荡电容端又用来控制输出放大管点亮探头照明的LED，使得参考信号与发射和接收信号的相差非常小，调节效率大大提高，最大探测距离有所增加。

图3-16 LM567传感器原理图（一）

图3-16 LM567传感器原理图（二）

自动控制课程设计报告书

1 设计目的 (2) 2 设计容与条件 (2) 2.1 设计容 (2) 2.2 设计条件 (2) 3 滞后校正特性及设计一般步骤 (2) 3.1 滞后特性校正 (2) 3.2滞后校正设计一般步骤 (3) 4 校正系统分析 (3) 4.1校正参数确定 (3) 4.2校正前后系统特征根及图像 (6) 4.3 函数动态性能指标及其图像 (10) 4.4系统校正前后根轨迹及其图像 (11) 4.5 Nyquist图 (12) 4.6 Bode图 (15) 5 设计心得体会 (17) 6 设计主要参考文献 (18)

串联滞后校正装置设计 1、设计目的： 1) 了解控制系统设计的一般方法、步骤。 2) 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3) 掌握利用MATLAB 对控制理论容进行分析和研究的技能。 4) 提高分析问题解决问题的能力。 2、设计容与条件： 2.1设计容： 1) 阅读有关资料。 2) 对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 3) 绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图。 4) 设计校正系统，满足工作要求。 2.2设计条件： 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1) = ++， 试用频率法设计 串联滞后校正装置，使系统的相位裕度050γ=，静态速度误差系数1 v K 40s -=，增 益欲度>17dB 。 3、滞后校正特性及设计一般步骤： 3.1滞后特性校正： 滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。 1,11)(<++= a Ts aTs s G c 其中，参数a 、T 可调。滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。 滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，

《基于单片机红外线自动控制水龙头的设计与实现》

毕业设计（论文） 《基于单片机红外线自动控制水龙头的设计与实 现》 专业（系）电气工程系 班级车辆电子111班 学生姓名钟宇轩 指导老师谢永超 完成日期2013年11月

毕业设计任务书 一、设计课题：红外线控制自动水龙头的设计与制作 设计并制作一个红外线控制自动水龙头，实现对水龙头的自动控制。 二、指导老师：谢永超 三、要求 1．基本要求 （1）用红外线检测，当有人靠近（10CM）水龙头时，自动出水； （2）人远离水龙头时，停在出水； （3）水龙头采用电子阀门控制的水龙头； （4）画出完整的电路原理图并制作实物。 2、设计内容与要求 ⑴绘制系统组成框图，确定设计方案； ⑵了解电路所需集成芯片的功能，参数和工作原理； ⑶绘制整机电路图； ⑷制作实物并完成软、硬件调试； ⑸提交毕业设计论文。 四、设计参考书 《模拟电子技术》、《高频电子技术》、《电子设计自动化技术》、《数字电路设计方法》、《电子装置的设计》、《单片机原理及应用》、《传感器与检测技术》五、设计说明书要求 封面：包括设计题目，班级，姓名，指导老师，完成时间 目录：根据说明书的内容决定，一般采用2~3级。 设计任务书：包括课题名称、目的、用途、主要技术性能指标(参照教材目录编排)。 中文题目、摘要、关键词；英文题目、摘要、关键词。 正文：设计方案框图及电路工作原理：包括系统方框图，电气原理图，各单元电路的设计，简述主要部件（包括主要集成电路）的工作原理、工作条件、给定参数、理论公式及详细的计算步骤、计算结果。这是说明书的主要部分。 元件参数表：包括所选用的元器件名称、参数、型号。 调试方案：包括调试的条件、方法、使用仪器设备的型号，并对测试数据进行分析。 设计心得：包括对本课程设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。

北京理工大学自动化专业教学计划

北京理工大学自动化专业教学计划 课程代码课程名称学分周学时考核方式课程性质课程类别建议修读学期课程信息辅修标识专业方向组代码通过情况起始结束周AUT06002 专业导论 1.0 1.0-0.0 必修课专业教育 1 查看课程介绍0 无方向01-15 COM07001 大学计算机基础 2.0 2.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 ENG24005 大学英语Ⅰ（普通班，Q） 3.0 3.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍无方向01-15 ENG24007 大学英语视听说Ⅰ（普通班，Q） 3 4.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 GYM32001 体育Ⅰ 1 2.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 LAW23005 知识产权法基础 1 1.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 MAC03002 工程制图基础 2 2.0-0.0 必修课大类基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 MIL98001 军事理论 1 1.0-0.0 必修课实践环节 1 查看课程介绍0 无方向01-15 MIL98002 军事训练 1.5 0.0-0.0 必修课实践环节 1 查看课程介绍0 无方向01-15 MTH17003 工科数学分析Ⅰ 6 6.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 MTH17012 线性代数A 3.5 0.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 POL22001 中国近现代史纲要 2 2.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 POL22003 思想道德修养与法律基础 3 3.0-0.0 必修课公共基础 1 查看课程介绍0 无方向01-15 COM07003 C语言程序设计 3.0 3.0-0.0 必修课公共基础 2 查看课程介绍0 无方向01-15 ENG24006 大学英语Ⅱ（普通班，Q） 3 4.0-0.0 必修课公共基础 2 查看课程介绍无方向01-15 ENG24008 大学英语视听说Ⅱ（普通班，Q） 3 4.0-0.0 必修课公共基础 2 查看课程介绍0 无方向01-15 GEN99001 通识教育选修课 2.0 2.0-0.0 选修课公共基础 2 查看课程介绍0 无方向01-15 GYM32002 体育Ⅱ 1 2.0-0.0 必修课公共基础 2 查看课程介绍0 无方向01-15

自动控制元件设计与实践精编版

自动控制元件设计与实 践 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-

《自动控制元件设计与实践》题目库题目1. 波形信号发生器 1.1 设计要求： 1.利用运算放大器UA741CD设计方波和三角波发生电路。 2.使用Multisim 12.0仿真并焊接实物电路图 3.并测试实际电路的放大位倍数。 1.2 设计方案： 图1 波形信号发生器Multisim仿真图 图1.1 波形信号发生器仿真结果图 1.3 器件清单： 表1波形信号电路仿真器件

题目2. 可控单音频发声电路 2.1 设计要求： 利用555定时器设计并实现一个标准的单音发声电路，了解声音的产生过程。并在multisim上进行仿真。

2.2 设计方案： 图2 可控单音频发声电路Multisim仿真图2.3 器件清单： 表2 可控单音频发声电路器件清单

题目3. 电压-频率转换电路 3.1 设计要求： 1.掌握电压-频率转换电路的工作原理及设计方法。 2.掌握电路参数的调整方法。 3.以上电路的实现所使用的放大器原件主要基于UA741CD。 4.设计完成在Multisim上进行仿真，并测试实际电路与仿真电路的误差。 5.从原理上分析该误差产生的原因，并简控讨减小误差和优化设计的思路和方 法。 电压-频率转换电路的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故称为电压控制震荡电路。可以认为电压-频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。 3.2 设计方案： 图3 电压频率转换电路Multisim仿真图 图3.1 仿真波形图

自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本

自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月

目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献

一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化

被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图

模拟电子课程设计-红外线控制自动水龙头的设计

********大学*******学院模拟电子课程设计 红外线控制自动水龙头的设计 指导老师：****** 学生姓名：****** 系别：****************** 专业：************ 班级：**************—*班 学号：**********

摘要 本课程设计介绍了利用红外发射与接收电路设计自动水龙头的原理及设计方案。电路设计简单，使用方便，同时更利于节能，“节能降耗”是我们追求的目标。传统的水龙头、卫生间供水等设施，使用起来不是特别方便，而且很浪费水资源。在这个基础上，我设计了自动供水电路。不仅可以节约用水，而且外形美观，使用起来也很方便。红外线控制自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路、电磁阀、电源等组成。当人或事物靠近时，自动产生控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关闭水源。

目录 第一章绪论 (1) 第二章元器件方案 (2) 2.1 传感器 (2) 2.1.1 CCD图像传感器 (2) 2.1.2 电容式传感器 (2) 2.1.3 超声波传感器 (3) 2.1.4 光电传感器 (3) 2.2 发光二极管（LED） (4) 2.3 接收管 (5) 第三章红外线控制自动水龙头设计 (7) 3.1 水龙头的构成及传感器控制 (7) 3.2 系统组成方框图 (7) 3.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理 (8) 3.4 红外线控制自动水龙头的工作原理 (9) 3.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成 (9) 3.4.2 红外线水龙头控制电路的原理图 (9) 3.4.3 红外线水龙头控制电路工作原理 (9) 3.5 单元电路的设计 (9) 3.5.1 +5v的稳压电源的设计 (9) 3.5.2 振荡器电路的设计 (10) 3.5.3 红外接受控制电路的设计 (10) 3.5.4电压放大电路的设计 (12) 3.5.5音调译码器的设计 (13) 3.5.6 三端稳压器 (15) 3.5.7 LM567调制传感器 (15) 元器件清单 (18) 心得体会 (19) 参考文献 (20) 附录 (21)

电气工程及自动化考研

电气工程及其自动化考研总况 一、全国电气工程及其自动化专业学校排名 1.清华大学 2.西安交通大学 3.华中科技大学 4.浙江大学 5.重庆大学 6.天津大学 7.哈尔滨工业大学 8.上海交通大学 9.华北电力大学10.东南大学11.西南交通大学12.沈阳工业大学13.中国矿业大学14.华南理工大学15.南京航空航天大学16.北京交通大学17.武汉大学18.哈尔滨理工大学19.四川大学20.河海大学21.哈尔滨工程大学22.郑州大学23.广西大学24.陕西科技大学 二，电气工程与自动化专业 （1）业务培养目标： 业务培养目标：本专业培养在工业与电气工程有关的运动控制、工业过程控制、电气工程、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术等领域从事工程设计、系统分析、系统运行、研制开发、经济管理等方面的高级工程技术人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习电工技术、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机技术与应用等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识。学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有工业过程控制与分析，解决强弱电并举的宽口径专业的技术问题的能力。

（2）主干课程： 主干学科：电气工程、控制科学与工程、计算机科学与技术 主要课程：电路原理、电子技术基础、计算机原理及应用、计算机软件基础、控制理论、电机与拖动、电力电子技术、信号分析与处理、电力拖动控制系统、工业过程控制与自动化仪表等。高年级可根据社会需要设置柔性的专业方向模块课及选修课。 主要实践性教学环节：包括电路与电子基础实验、电子工艺实习、金工实习、专业综合实验、计算机上机实践、课程设计、生产实习、毕业设计。 主要实验：运动控制实验、自动控制实验、计算机控制实验、检测仪表实验、电力电子实验等 （3）修业年限： 四年 （4）授予学位： 工学学士 （5）相近专业： 微电子学自动化电子信息工程通信工程计算机科学与技术电子科学与技术生物医学工程电气工程与自动化信息工程信息科学技术软件工程影视

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；

四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。

毕业论文-红外线控制自动水龙头

红外线控制自动水龙头 系 别电气电子工程系 学生姓名: 专业班级：应用电子技术2班 学号: 指导教师： 2012年1月30日 独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及

取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期：2012年1月30日 毕业论文使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权职业技术学院要以将本论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密□，在 ______ 年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密口。 （请在以上方框打“"”）

毕业论文作者签名: 指导教师签名: 日期：年月日日期: 本文主要介绍用红外发射与接收电路设计自动水龙头的原理及方案。 “节本降耗”是每个企业追求的目标。传统的水龙头、卫生间供水等设施，使用起来不是特别方便，而且很浪费，在这个基础上，本设计方案响应号召“节本降耗”的精神，设计了自动供水电路，电路设计简单，使用方便，同时更利于节能，不但可以节约用水，而且还降低了公司部成本，达到了“节本降耗”的目的。 红外式自动水龙头由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路，电磁阀，电源组成，220VAC经变压器T降压，变为9VAC，再由整流、滤波、稳压，得到9VDC供给控制电路工作。自动水龙头接通电源，当手伸到水龙头下时，使水龙头放出自来水，洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。 关键词：传感器；红外线；自动控制

哈尔滨工业大学自动化专业本科生培养方案

自动化专业本科生培养方案 一、培养目标 本专业培养知识、能力、素质，德、智、体、美全面发展，在较宽的科技领域（包括控制理论与工程应用、系统分析设计与仿真、运动控制、过程控制、飞行器导航制导与控制以及系统工程技术、电子工程技术、计算机技术与应用等）掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，并具备在高等院校、科研院所及工业企业等部门和行业从事与控制系统相关的分析、设计、开发、集成、管理及维护的高素质、复合类、创新型高级科技人才。 本专业注重宽基础、强适应性，注重基础理论及其与工程实际相结合，面向国家现代化建设，并具有紧密结合航天、宇航与国防工业现代化建设需求的人才培养特色。 二、培养要求 本专业学生主要学习自动化领域的基本理论和基本知识，接受自动化领域的基本方法及其解决实际工程问题等方面的基本训练，具有自动化工程设计与研究方面的基本能力。 （一）毕业生应在思想和情感方面具备以下主要素质： 1.政治品质。热爱祖国，关心国家大事、时事政治，有较强的法制法规观念； 2.思想品质。树立积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义的世界观； 3.道德品质。具备良好的道德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。 （二）毕业生应获得以下主要方面的知识和技能： 1.掌握数理等基础理论的原理和方法； 2.具备较扎实的外语综合能力，能够顺利地阅读本专业外文文献； 3.掌握计算机、电气等关联学科的相关原理、方法及相应实验仪器的使用技能； 4.身心健康，具有较好的人文社会科学基础以及军事训练方面的基本知识； 5.掌握自动控制原理、控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法，具有较好的工程实践能力； 6.掌握科学计算、系统仿真、软硬件开发等实验方法和技术； 7.具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并具备基本的发现问题、分析问题和解决问题的能力。 （三）毕业生应在意识和意志方面具备以下主要素质： 1.协作意识。具备与同学同事协同工作、协调配合的能力； 2.创新竞争意识。崇尚科学，求真务实，具有较强的创新意识和竞争意识； 3.坚毅意志。具备勇于面对困难并善于克服困难的心理素质。 三、主干学科 控制科学与工程。 四、专业主干课程 电路I、模拟电子技术基础II、数字电子技术基础II、自动控制原理I、现代控制理论基础、自动控制元件及线路I、计算机控制、控制系统设计、导航原理、飞行器控制与制导、过程控制系统、运动控制系统。

自动控制设计(自动控制原理课程设计)

自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID)设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法与工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1与C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图

要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P,PI,PD,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在－1＋j 与－1－j;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效？试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A:dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B:dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数

红外线控制自动水龙头的设计

哈尔滨德强商务学院 实验设计 课程名称：自动检测技术及应用 系别：计算机与信息工程系 专业：应用电子技术(专) 班级：10-1 学号：2010520292 学生姓名：翟宏刚 11年12月20日

实验室名称：工业工程专业实验室实验机器号：实验分组：7 实验时间：11年12月20 指导教师签字：姚健成绩： 一. 水龙头的构成及传感器控制概述 水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图3-1所示）。 图3-1 反射式红外传感器 反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外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，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。 二．结构成方框图 红外线自动控制水龙头整个控制过程分为5个部分。系统组成方框图如图1所示。

图1 系统组成方框图 三. 红外反射式光电传感器特性与工作原理 反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只结合搜很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、 日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图3-3所示） 。 反射光强度的输出信号电压（V out ）是反射面与传感器之间的距离（X ）的函数，设反射面物质为同种物质时，X 与V out 的响应曲线是非线性的（如图 3-4所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的。 四. 红外线水龙头控制电路系统的组成 红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器 4 V out

红外线控制自动水龙头系统设计

毕业设计（论文） 课题: 红外线控制自动水龙头系统设计 学生:颜肖系部: 通信工程系班级:通信092 学号:2009006228 指导教师:吴世富 装订交卷日期: 2012-01-06

注：1.此表适用于参加毕业答辩学生的毕业设计（论文）成绩评定； 2.平时成绩占20%、卷面评阅成绩占50%、答辩成绩占30%，在上面的评分表中，可分别按20分、50分、30分来量化评分，三项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。 教务处制

注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（论文）成绩评定； 2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。 教务处制

摘要 (1) 1 、红外线控制自动水龙头系统设计 (2) 1.1 水龙头的构成及传感器控制 (2) 1.2 系统组成方框图 (3) 1.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理 (4) 1.4 红外线控制自动水龙头的工作原理 (5) 2、单元电路的设计 (6) 2.1 稳压电源的设计 (6) 2.2 振荡器电路的设计 (7) 2.3 红外接受控制电路的设计 (7) 2.4电压放大电路的设计 (8) 2.5音调译码器的设计 (9) 2.6 三端稳压器 (11) 2.7 LM567调制传感器 (12) 参考文献 (13) 附录 (14) 元件列表 (19)

随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来，淡水资源紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。据报道我国是一个水资源短缺的国家，若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的四分之一，世界排110位。 由于全自动感应水龙头有自动控制水龙头开闭的效果，它杜绝了水资源的浪费，避免了人们因为忘记关水龙头致使水白白流走的问题，伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所伸手就来水，离开就关闭的功能，从而有效地节约用水60%以上，特别适合我国严重缺水的地区。目前全自动感应水龙头普遍应用在人流量密集的火车站、汽车站、飞机场、医院等公共场所。 在公共场所，由于人员流动性比较大，公共设施的卫生情况普遍比较恶劣，传统水龙头必须通过人手操作，很容易造成病菌的大规模传播，而它就避免了洗手后，再次触摸水龙头造成的细菌污染，开关水完全由感应器自动完成，无需接触水龙头，有效避免细菌及交叉感染。 全自动感应水龙头安装方便、灵敏度高、抗干扰能力强，使用寿命长，发出光均匀稳定。发出的二极管光为不可

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

红外线控制自动水龙头设计

目录 摘要 (2) ABSTRACT (2) 第一章需求分析 (3) 第二章红外线控制自动水龙头系统设计 (4) 2.1 水龙头的构成及传感器控制 (4) 2.2 系统组成方框图 (4) 2.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理 (5) 2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理 (6) 第三章单元电路的设计 (7) 3.1 稳压电源的设计 (7) 3.2 振荡器电路的设计 (7) 3.3 红外接受控制电路的设计 (9) 3.4电压放大电路的设计 (10) 3.5音调译码器的设计 (11) 3.6 三端稳压器 (13) 3.7 LM567调制传感器 (13) 总结 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18) 附录 (19) 元件列表 (20)

摘要 本文介绍的全自动感应水龙头基于红外线反射原理，由红外发射电路、红外接收放大电路、控制电路、电磁阀、电源等组成。当人或事物靠近时，自动产生控制信号，继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动打开水源；反之则自动关闭水源。与传统供水设施相比，能够提高水资源的使用效率。使用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传播。系统电路设计简单实用，可以广泛用于商场、学校、办公大楼等人员密集场所。 【关键词】传感器；红外线；自动控制 ABSTRACT The fully-automatic faucet described in this paper is fabricated based on the application of infrared reflectance technology, it is consist of infrared emission circuit, infrared receiving, amplifier circuit, control circuit, solenoid valve, power supply, etc. When people or things are around, control signal will be generated automatically, then the relay operates, energizing the solenoid valve to pull in and start to supply water; otherwise water will be shut off. It is simple in design and easy to use. Comparing with traditional faucets, it is also water-saving. Fully-automatic tap is more convenient and artistic, and it enables the users to wash their hands directly without touching the tap, avoiding the transmission of germs. It can be widely used into people-intensive sites such as shopping malls, schools and office blocks. 【Key words】 sensor, infrared, automatic control

专业人才培养方案-哈尔滨工程大学自动化学院

080301 测控技术与仪器 Measuring & Control Technology and Instrumentations 本专业是黑龙江省重点专业、高等学校特色专业、教育部“卓越工程师教育培养计划”入选专业、高等学校综合改革试点专业。 培养目标：本专业培养专业知识、实践能力、综合素质全面发展，掌握测量、控制和仪器领域的基础理论、专门知识和专业技能，掌握信息获取、传输、处理和应用的技术方法，具有测控领域技术集成和仪器综合设计应用能力的复合型工程科技人才，能在国民经济、国防和科研部门从事测量控制与仪器领域的科学研究、设计制造、技术开发、应用研究、质量控制和生产管理等工作。 培养要求：本专业学生以惯性技术应用为对象和背景，同时兼顾通用测试与控制技术，主要学习惯性导航仪器的有关的基础理论、测量与控制的专业知识，受到本专业的实践培养和训练，具备测控技术及仪器仪表的设计开发能力。 本专业毕业生应满足如下在知识、能力和素质等方面的要求： （1）具有扎实的自然科学基础，具有较好人文社会科学基础和外语综合运用能力； （2）系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括数学、机械学、电子学、光学、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识； （3）掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术的专业知识和工程应用能力，具有测控技术、仪器与系统设计、开发能力； （4）具有良好的系统分析、设计及开发方面的工程实验能力，并能够对试验结果进行分析； （5）在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理的能力，具有较强的工作适应能力。 （6）掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法； （7）具有良好的质量、环境、安全和服务意识，熟悉本专业领域技术标准，相关行业的政策、法律和法规； （8）具有较好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力，具有应对危机与突发事件的初步能力； （9）对终身学习有正确的认识，具有不断学习和适应发展的能力； （10）具有一定的国际视野和跨文化环境下的交流、竞争与合作的初步能力。 毕业学分要求：本专业学生必须修满171学分，其中理论必修课117学分，

重庆大学 自动控制原理课程设计

目录 1 实验背景 (2) 2 实验介绍 (3) 3 微分方程和传递函数 (6)

1 实验背景 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制原理是相对于人工控制概念而言的，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。 在自动控制原理【1】中提出，20世纪50年代末60年代初，由于空间技术发展的需要，对自动控制的精密性和经济指标，提出了极其严格的要求；同时，由于数字计算机，特别是微型机的迅速发展，为控制理论的发展提供了有力的工具。在他们的推动下，控制理论有了重大发展，如庞特里亚金的极大值原理，贝尔曼的动态规划理论。卡尔曼的能控性能观测性和最优滤波理论等，这些都标志着控制理论已从经典控制理论发展到现代控制理论的阶段。现代控制理论的特点。是采用状态空间法（时域方法），研究“多输入-多输出”控制系统、时变和非线性控制系统的分析和设计。现在，随着技术革命和大规模复杂系统的发展，已促使控制理论开始向第三个发展阶段即第三代控制理论——大系统理论和智能控制理论发展。 在其他文献中也有所述及（如下）： 至今自动控制已经经历了五代的发展： 第一代过程控制体系是150年前基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，Pneumatic Control System）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。 第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）是基于0－10mA或4－20mA 的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。 第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。 第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制

自动控制原理课程设计方案多容水箱水位控制系统设计方案

一、引言 自动控制原理课程是自动化类专业的核心课程，它涉及到控制系统的分析设计参数的整定等多种问题，包括古典控制理论,现代控制理论等。作为电气工程及其自动化专业的学生，学好这门课程，对以后的工作或是进一步的深造都有很大的帮助。 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，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地按照预定的规律运行。 二、设计课题 多容水箱水位控制系统设计 设单位反馈的多容水箱水位控制系统，其系统的开环传递函数为：错 误！未指定书签。，用频域设计滞后——超前校正装置，使校正后系统满足以下指标：单位斜坡信号作用下速度 误差系数。校正后相位裕量，时域性能指标：超调量﹪≤30﹪，调整时间；。 三、课程设计的目的及要求 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。要求根据所学控制理论知识<频率法或根轨迹法）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。要求在MATLAB下，用simulink进行状态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调

试，使其满足技术要求；确定校正装置的电路形式及电路参数；完成设计报告。 四、设计过程及步骤 （1）设计思想 在分析设计时，应用频域法设计滞后——超前校正装置，其中超前校正部分可以提高系统的相角裕量，同时使频带变宽，改善系统的动态特性；滞后校正部分则主要用来提高系统的稳态特性。 频率法设计校正装置主要是通过对数频率特性设计过程 根据单位斜坡信号作用下速度误差系数可以求得，所以系统的开环传递函数为： 绘制值下的系统的Bode图

自动控制理论课程设计

一、课程设计的目的与要求 本课程为《自动控制原理》的课程设计，是课堂的深化。 设置《自动控制原理》课程设计的目的是使MATLAB 成为学生的基本技能，熟悉MATLAB 这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB 软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。使相关专业的本科学生学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求： 1.能用MATLAB 软件分析复杂和实际的控制系统。 2.能用MATLAB 软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。 3.能灵活应用MATLAB 的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK 仿真软件，分析系统的性能。 二、设计正文 1．控制系统的数学建模 相关知识： 研究一个自动控制系统，单是分析系统的作用原理及其大致的运动过程是不够的，必须同时进行定量的分析，才能作到深入地研究并将其有效地应用到实际工程上去。这就需要把输出输入之间的数学表达式找到，然后把它们归类，这样就可以定量地研究和分析控制系统了。 1．有理函数模型 线性系统的传递函数模型可一般地表示为： m n a s a s a s b s b s b s b s G n n n n m m m m ≥++???++++???++= --+- )(11 11 1 21 (1) 将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。命令格式为： ],,,,[121+???=m m b b b b num ; （2） ],,,,,1[121n n a a a a den -???=; （3） 在MATLAB 控制系统工具箱中，定义了tf() 函数，它可由传递函数分子分母给