洗盆

任务分配

总体方案设计：XXXXXX

传动系统设计：XXXXXX

动力电机系统设计：XXX

控制电路设计：XXX

软件编程：XXX

电力供电系统：XXX

整体效果图

目录

任务分配....................................................................................................0

第1章绪论..............................................................................................1

设计背景..................................................................................................1

第2章方案设计......................................................................................2

2.1设计要求...........................................................................................2

2.2结构设计...........................................................................................2

2.3材料的选择.......................................................................................2

2.4水龙头的构成...................................................................................2

2.5洗脸盆外形设计图：.......................................................................4

第3章传感器设计..................................................................................5

3.1反射式光电传感器...........................................................................5

3.2红外反射式光电传感器特性与工作原理.......................................5

第4章控制电路的设计..........................................................................7

4.1控制电路硬件设计...........................................................................7

4.2控制动作流程设计...........................................................................7

第5章软件控制程序的设计..................................................................9

5.1控制流程软件设计...........................................................................9

课程设计心得..........................................................................................14

附录1.......................................................................................................15

附录2.......................................................................................................16

附录3.......................................................................................................17

参考文献..................................................................................................21

第1章绪论

设计背景

本文所介绍的喷泉式洗面盆的设计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，其根据高矮自动产生控制信号，继电器动作，控制

水压大小，再控制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。并且使

用方便，且由于不需要用手接触水龙头，避免了病菌的传播。该系统

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。

2

第2章方案设计

基于以上对市场现有的喷泉式的水龙头性能分析，设计一款喷泉

式洗面盆。

2.1设计要求

能快速根据不同人的身高要求喷出适当高度的水柱，同时也能在

人离开时后，迅速停止水流的流出，从而起到节约水源的作用。

2.2结构设计

本产品由洗脸盆的结构装置、以及红外线感应的水龙头，以及压

力开关以及相应的控制系统组成。

卫生间面盆是用来洗漱的产品，由此可见，面盆也是现代家居生

活中不可或缺的产品，现在卫浴洁具市场上的面盆尺寸非常丰富，每

一位消费者都可以根据自己的需求挑选相应规格的卫生间面盆，面盆

尺寸是非常重要的一项参数，特别是对台下盆和挂盆而言，购买时是

必须要了解清楚面盆尺寸，否则尺寸有差异，无法在浴室柜上面安装；

而对于台上盆而言，它的尺寸一般都不太重要，只要不是太离谱，都

能接受。

我们设计的喷泉式洗面盆盆口直径400mm，深度为250mm。从盆

口到盆底的轮廓采用光滑过渡曲线。

2.3材料的选择

市面上洗脸盆多采用以下几种材料：

花岗石:材料成本低，加工工艺简单，但是材料不整体，上沿清

理不便，现场制做下柜的粗糙工艺。

陶瓷：陶瓷材质盆是适合日常打理的，且不易挂渍，易清理，耐

酸碱等，但质量较高的陶瓷成本相对较高。

玻璃钢：制作成本较低，材料容易加工，但日常不易打理（有一

个水珠不擦就是一个渍），且易划伤。

综合考虑以上各种材料的优缺点，我们决定采用陶瓷材料来制作

喷泉式洗面盆。

2.4水龙头的构成

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

3

光被反射到接收管。反射式红外传感器（如图2-1所示）。

水龙头安装示意图2-2。

图2-2水龙头安装图

图2-1红外线感应传感器

4

2.5洗脸盆外形设计图：

图2-3洗脸盆外形设计图

5

第3章传感器设计

3.1反射式光电传感器

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。此次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，反射了红外光，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。

根据人的高度进行调节控制。

红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从

而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元

件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对

其进行放大。时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对

自动水龙头开关打开时间的控制。自动水龙头开关电路的功能是利用

电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控

制。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

3.2红外反射式光电传感器特性与工作原理

红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从

而实现电路对人体或物体的感应。红外线接收电路功能是利用光敏元

件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对

其进行放大。时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对

自动水龙头开关打开时间的控制。自动水龙头开关电路的功能是利用

电磁阀作为自动水龙头的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控

制。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

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

6

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3-1所示）

反射光强度的输出信号电压（Vout）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Vout的响应曲

线是非线性的（如图3-2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3-1红外发射接收原理图图3-2光强度相应曲线图

发射

接收

反

射

表

面

x

7

第4章控制电路的设计

4.1控制电路硬件设计

如图4-1。主要由单片机控制芯片，热释红外二极管，数模转换

控制电机电路，超声波模块等组成。

单片机是主要控制核心，负责数据处理和各个部件运作的管理。

热释红外二极管主要用于判别是否是由人发出的红外光，以此区分人

与障碍物。超声波模块主要用于测量人脸与脸盆底部的高度，将高度

反馈给单片机后，单片机再决定喷水的高度。

水泵控制模块主要是为方便单片机进行数字控制的接口，实现了

数字信号与模拟信号的转变。

图4-1控制电路电气原理图

4.2控制动作流程设计

喷泉式洗面盆的控制动作流程如图4-2所示

8

图4-2喷泉式洗面盆的控制动作流程

9

第5章软件控制程序的设计

5.1控制流程软件设计

预定义

本段预定义了控制芯片库，超声波模块，热释红外探测器，

DAC0832数模转换以及程序运行一些中间变量和寄存器。

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//超声波模块

sbitTrig=P2^0;//发射引脚

sbitEcho=P3^2;//接收引脚

//热释红外探测器

sbitIR=P2^1;//接收引脚

//DAC0832数模转换,用于控制水泵

//P1口用于DAC0832数据口

//其他寄存器定义

bitsucceed_flag=0;//超声波成功标志位

uchartimeH=0;//定时器计数高八位

uchartimeL=0;//定时器计数低八位

主程序

本段是按照流程图编写。具体动作参考流程图。

10

voidmain()//主程序

{

uintside;

Init();

while(1)

{

if(IR==1)//如果洗脸池上方有人

{

side=Ultrasonic();//利用超声波读取人脸位置

if(side>=10&&side<=100)//判断人脸是否在10-100CM

之间

DAC0832(side*1.6);//调节喷水高度

el

DAC0832(0);//如果离开了该范围,则停止喷

水

}

}

}

超声波读取人脸位置

对Trig进行一个超过10us的高电平脉冲，等待Echo反馈一个高

电平，当电平时间处于10us-18ms之间时，为正常测距。当电平时间

为36ms时，为出现异常。反馈的高电平持续时间对应测量距离关系

为S=0.172*T（T单位为us,S单位为cm)。

uintUltrasonic()//超声波测距返回距离值

{

uintdistance,time;

11

EA=0;//关总中断

Trig=1;//超声波输入端

delay_20us();//延时20us

Trig=0;//产生一个20us的脉冲

while(Echo==0);//等待Echo回波引脚变高电平

succeed_flag=0;//清测量成功标志

EA=1;

EX0=1;//打开外部中断0

TH1=0;//定时器1清零

TL1=0;//定时器1清零

TF1=0;//计数溢出标志

TR1=1;//启动定时器1

delay(20);//等待测量的结果

TR1=0;//关闭定时器1

EX0=0;//关闭外部中断0

if(succeed_flag==1)

{

time=timeH*256+timeL;

distance=time*0.172;//厘米

returndistance;

}

el

return0;

}

初始化

初始化主要的输入引脚和需要使用的寄存器。

voidInit()

{

Trig=0;//首先拉低脉冲输入引脚

EA=1;//打开总中断0

TMOD=0x10;//定时器1,16位工作方式

}

水泵控制

12

通过数模转换来控制水泵的电压，从而实现实时调控水泵的水压。

voidDAC0832(ucharx)//用于控制水泵的数模转换0为不喷水

255约为喷1.6米

{

P1=x;

}

中断设置

外部中断和定时器用于超声波的反馈电平持续时间测量。

//外部中断0,用做判断回波电平

voidexter()interrupt0//外部中断0是0号

{

timeH=TH1;//取出定时器的值

timeL=TL1;//取出定时器的值

succeed_flag=1;//至成功测量的标志

EX0=0;//关闭外部中断

}

//定时器1中断,用做超声波测距计时

voidtimer1()interrupt3

{

TH1=0;

TL1=0;

}

延时子程序

延时程序用于产生脉冲的等待时间和两个工作周期之间的等待。

voiddelay(uintz)//延时子程序

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

13

voiddelay_20us()//20us延时子程序

{

uchara;

for(a=0;a<100;a++);

}

14

课程设计心得

紧张而又辛苦的两周课程设计结束了。当我快要完成老师下达给

我的任务的时候，我仿佛经过了一次翻山越岭，登上了高山之颠，顿

感心旷神怡，眼前豁然开朗。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈

向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，

通过这次课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健

地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

1、从设计创意到完成作品的加工制作，我们经历了资料的检索、

查询、整理与分析，数据处理能力得到提升；方案的不断修改与完善

让我们学会设计与加工要统筹兼顾；在机构设计与产品加工中我们将

专业知识充分运用到了实际产品开发。在整个设计与制造过程中我们

进一步掌握了机械设计与加工的步骤和要领，深刻体会到团队协作的

重要性，同时团队成员综合素质和动手能力得到了很大的提高。

2、本次制作充分将所掌握的课本知识融入其中，比如把《机械

原理》，计算机编程语言知识运用到机构的设计中，运用《solidworks

入门》、《金属工艺学》和《PLC编程技术》知识结合plc编程、

solidworks软件对零件进行了合理的选材和设计加工制造。

3、从早期的设计构思到作品加工完成，我们深刻认识到现实与

理论往往有较大差距，理论设想需要得到实验和实际产品的验证，机

械设计与制造是一个不断循环反复完善的过程。通过参与作品制作，

我们学到了不少实用知识，真正体会到实践出真知的道理。

4、当我们耐心地解决一个又一个问题时，体会到机械设计是一

项牵一发而动全身的工作。因此在加工制造之前考虑整体机构各方面

因素的时候要非常严谨和务求全面，在追求功能的实现的同时，必须

充分地考虑到实际加工的困难、产品的性价比等。总之，机械设计要

“理论结合实际”。

15

附录1

设计图

16

附录2

硬件电路图（或接线图）

17

附录3

软件控制程序

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//超声波模块

sbitTrig=P2^0;//发射引脚

sbitEcho=P3^2;//接收引脚

//热释红外探测器

sbitIR=P2^1;//接收引脚

//DAC0832数模转换,用于控制水泵

//P1口用于DAC0832数据口

//其他寄存器定义

bitsucceed_flag=0;//超声波成功标志位

uchartimeH=0;//定时器计数高八位

uchartimeL=0;//定时器计数低八位

voidmain()//主程序

{

uintside;

Init();

while(1)

{

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if(IR==1)//如果洗脸池上方有人

{

side=Ultrasonic();//利用超声波读取人脸位置

if(side>=10&&side<=100)//判断人脸是否在10-100CM

之间

DAC0832(side*1.6);//调节喷水高度

el

DAC0832(0);//如果离开了该范围,则停止喷

水

}

}

}

uintUltrasonic()//超声波测距返回距离值

{

uintdistance,time;

EA=0;//关总中断

Trig=1;//超声波输入端

delay_20us();//延时20us

Trig=0;//产生一个20us的脉冲

while(Echo==0);//等待Echo回波引脚变高电平

succeed_flag=0;//清测量成功标志

EA=1;

EX0=1;//打开外部中断0

TH1=0;//定时器1清零

TL1=0;//定时器1清零

TF1=0;//计数溢出标志

TR1=1;//启动定时器1

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delay(20);//等待测量的结果

TR1=0;//关闭定时器1

EX0=0;//关闭外部中断0

if(succeed_flag==1)

{

time=timeH*256+timeL;

distance=time*0.172;//厘米

returndistance;

}

el

return0;

}

voidInit()

{

Trig=0;//首先拉低脉冲输入引脚

EA=1;//打开总中断0

TMOD=0x10;//定时器1,16位工作方式

}

voidDAC0832(ucharx)//用于控制水泵的数模转换0为不喷水

255约为喷1.6米

{

P1=x;

}

//外部中断0,用做判断回波电平

voidexter()interrupt0//外部中断0是0号

{

timeH=TH1;//取出定时器的值

timeL=TL1;//取出定时器的值

succeed_flag=1;//至成功测量的标志

EX0=0;//关闭外部中断

}

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//定时器1中断,用做超声波测距计时

voidtimer1()interrupt3

{

TH1=0;

TL1=0;

}

voiddelay(uintz)//延时子程序

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

voiddelay_20us()//20us延时子程序

{

uchara;

for(a=0;a<100;a++);

}

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参考文献

1赵家齐.《机械制造工艺学课程设计指导书》.1998年.机械工业出

版社.1998年

2东北重型机械学院.《机械原理》.1979年.上海科学技术出版社.1979

年

3艾兴.《金属工艺学》.2004年.机械工业出版社.2004年

4《solidworks入门》.2007年.高等教育出版社.2010年

5王小华.《PLC编程技术》.1992年.机械工业出版社.1992年