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利用双定时器系统提供非接触式给水解决方案

2022-06-13 16:34:24 Praveen Kr. Agrawal和S. V. Nakhe   阅读:
目前,世界上大多数洗脸盆水龙头都是手动操作的,但是本设计实例提供了一种简单、经济高效的改造解决方案来实现非接触式给水装置。

非接触式洗脸盆水龙头可以在没有传播疾病风险的情况下给水,这在抗击新冠病毒的战斗中发挥着重要作用。目前,世界上大多数洗脸盆水龙头都是手动操作的,但是本设计实例提供了一种简单、经济高效的改造解决方案来实现非接触式给水装置。dokednc

非接触式水龙头控制装置还有助于减少洗手过程中的水量浪费,因为大多数人倾向于在医疗机构推荐的整个20s时间内保持水龙头打开。本解决方案可靠且易于用常用元器件实现,只需对现有设置进行很少的修改。dokednc

电子电路原理图如图1所示。该电路有两个独立的传感器,当它们的红外(IR)发射器和检测器之间的光路中断时,它们会产生触发信号。第一个触发信号会将水管打开5s而足以让用户打湿手。第二个触发信号可以使水流持续20s,从而让用户彻底洗手和冲洗双手。通过调整电阻电容组合(R3、C7或R4、C8),可以轻松调整定时以适应当地要求。dokednc

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图1:这种基于双定时器的非接触式给水装置使用两个独立的传感器,当IR发射器和检测器之间的光路中断时,它们会产生触发信号。dokednc

两个检测器电路都使用红外发射二极管(D1、D3=OSRAM SFH 484,λp=880nm)作为发射器。固定IR发射器的支架已对齐,以确保它们的窄输出光束(半角=±8°)垂直落在各自的探测器(D2、D4=Motorola MRD 821)上。dokednc

限流电阻R6和R10(560Ω、1/4W)将IR发射器的正向电流限制在约20mA,从而足以确保发射器和检测器之间能够在距离不超过150mm时可靠运行。该电路采用+12VDC单电源供电,探测器D2和D4在反向偏置条件下工作。检测器的输出(即阴极引脚)连接到六同相缓冲器(U1,CD4050)的输入(引脚3和5)。U1(引脚2和4)的输出被馈送到双施密特触发器(U2,CD4098),后者被配置为上升沿(+Ve)触发和单稳态工作(不可重新触发)。dokednc

元件R3、C7(1MΩ、10μF)和R4、C8(4.7MΩ、10μF)用来产生时间常数,从而使U2从其输出引脚(分别为6和10)产生脉冲宽度为5s和20s的信号。U2的输出信号被馈送到U1中的两对缓冲器中(3/6、4/6和5/6、6/6),它们以并联方式提供驱动晶体管Q1(TIP122)所需的电流,从而驱动水阀电磁阀。根据接收到的输入信号,驱动信号通过二极管D6或D7(IN4148)以及电阻R9(3.3kΩ)到达晶体管。电容C1~C6用于降低电源噪声的影响。指示灯LED1、LED2和LED3用作电源开启、5秒(湿手模式)和20秒(洗手模式)的状态信号。Q1的集电极引出到电路电源连接器(CN2)的一个引脚,而另一个引脚则连接到+12VDCdokednc

阀门执行器的电磁线圈(S)连接到CN2和常闭1/2"电磁阀之间(12VDC、350mA,可从Adrafuit Industries公司购买)。该组件与洗脸盆水龙头串联连接,如图1所示,因此电磁阀现在就可以控制水流。二极管D5(IN4002)是与CN2并联连接的,从而保护晶体管Q1免受电磁阀关闭期间出现的反电动势电压尖峰的影响。dokednc

在非接触式给水解决方案中,两个光学传感器(D1-D2和D3-D4)可以方便地放置在洗脸盆附近。当用户在任意一个传感器附近挥手并中断D1和D2之间的IR辐射时,电路会在U2的输出引脚6处产生一个5s的脉冲,从而驱动晶体管Q1,进而激励电磁线圈(S),产生5s的水流。同样,如果在D2和D4之间检测到中断,电磁线圈将由晶体管Q2激励,产生20s的水流,这样就可用来完成医学认可的洗手过程。dokednc

Praveen Kr. Agrawal和S. V. Nakhe在印度印多尔的Raja Ramanna先进技术中心工作。dokednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Dual-timer-based system provides contactless water-dispensing solution,由Franklin Zhao编译。)dokednc

本文为《电子技术设计》2022年6月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里dokednc

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