一、引言

在现代智能家居和公共设施中，自动感应水龙头已经成为卫生和便利性的重要设备，而红外线技术以其反应迅速、非接触式操作等优点，被广泛应用于水龙头控制系统中，本文将详细介绍红外线水龙头控制电路的工作原理、元器件选择、制作过程以及调试方法。

二、工作原理

基本概述

红外线水龙头控制电路主要通过红外线发射和接收对物体（通常是手或盛水容器）进行感应，从而实现水龙头的自动开关控制，当物体靠近水龙头时，红外线发射器发出的红外线会被物体反射回来，接收器接收到反射信号后进行处理，驱动控制电路实现水龙头的开启；当物体移开后，红外线信号消失，控制电路再次改变状态，关闭水龙头。

核心部件及其功能

红外线发射器：通常采用红外发光二极管（如TLN104型），用于发出经过调制的红外线，其工作频率约为30-50kHz，由脉冲振荡器驱动。

红外线接收器：采用与发射器匹配的红外接收管（如TLN104型），用于接收从物体反射回来的红外线信号。

运算放大器：将接收到的微弱红外线信号放大，以便后续电路处理，常用型号有LM741。

音频译码器：如LM567，用于识别和译码经过放大的红外线信号，并输出相应的控制信号。

继电器：根据音频译码器的输出信号，控制电磁阀的电源通断，从而控制水龙头的开关。

电磁阀：接到继电器控制信号后，实现水龙头的机械开关动作。

工作流程

1、待机状态：电路处于低功耗等待模式，红外发射器持续发出红外线。

2、信号反射：当有物体接近水龙头时，红外线被反射回接收器。

3、信号放大：接收到的红外线信号通过运算放大器放大。

4、信号处理：音频译码器对接收到的信号进行识别和译码，输出低电平信号给继电器。

5、继电器动作：继电器吸合，常开触点闭合，电磁阀通电，水龙头打开。

6、恢复待机：当物体离开感应区域，红外线信号消失，电路恢复到待机状态，继电器释放，电磁阀关闭，水龙头停止出水。

三、元器件选择

关键元器件

IC1（NE555）：用于产生频率约为30-50kHz的脉冲信号，驱动红外发射二极管。

IC2（LM741）：运算放大器，用于信号放大。

IC3（LM567）：音频译码器，负责信号识别和译码。

继电器（如JQX-4F型）：控制电磁阀的电源通断。

电磁阀（如DF-1型）：实际控制水龙头的开关。

红外发射/接收管（如TLN104型）：用于红外线的发射和接收。

其他元件：包括电阻（如RJ金属膜电阻）、电容（如瓷片电容）、可调电位器等。

元器件参数及选择理由

电阻：不同阻值的电阻用于限流、分压、上拉等功能，确保电路稳定工作，上拉电阻保证输入端在无信号时的稳定电平。

电容：用于滤波、耦合以及时间常数设定，电源滤波电容可以消除电源纹波，提高电路稳定性。

可调电位器：用于调节电路的工作频率和灵敏度，确保系统在不同环境下的稳定性。

继电器和电磁阀：选择适合低压控制的继电器和电磁阀，确保其响应速度和耐用性。

红外发射/接收管：选用高灵敏度、抗干扰能力强的型号，确保信号传输的稳定性。

四、电路设计与制作

电路原理图设计

使用电子设计软件（如Protel DXP 2004 SP2）绘制电路原理图，确保各元器件之间的连接正确无误。

PCB布局与布线

根据电路原理图生成PCB图，合理布局元器件，注意以下几点：

焊盘孔边缘到电路板边的距离：应大于1mm，以防止加工时导致焊盘缺损。

IC焊盘处理：认真处理IC焊盘，确保良好的焊接效果。

相邻焊盘避免锐角：防止尖角造成应力集中。

接地线构成闭环路：提高抗干扰能力。

数字电路与模拟电路分开：减少相互干扰。

采用井字形网状布线结构：提高电路的可靠性。

PCB制作与元器件焊接

制作PCB板：将设计好的PCB图送至制造商制作实体板，或使用DIY方式制作。

安装元器件：按图安装所有元器件，注意极性和方向。

焊接与检查：焊接所有元器件，并进行初步检查，确保无虚焊和短路。

五、调试与测试

调试步骤

步骤一：初步检查

- 确认所有元器件已正确安装，无错漏。

- 使用万用表检查电路板上的焊接点，确保无短路或断路现象。

步骤二：单独模块测试

红外发射与接收模块：给电路板通电后，检测红外发射管是否正常发光，使用物体（如手）遮挡接收管，观察是否影响信号接收。

运放电路测试：利用示波器检查运算放大器的输出信号，确保信号放大效果符合预期，调整电阻R2和R3以优化放大倍数和偏置。

步骤三：整体功能测试

联调电路：将所有模块连接起来进行整体测试，在人体靠近和远离感应头时，观察继电器的动作情况，如果继电器不能正常吸合或释放，需检查前级电路的信号输出。

调节灵敏度：调节RW1、RW2和RW3三个电位器，使人体在合适的距离内能可靠触发继电器动作，调节过程中可借助灯泡或白炽灯代替电磁阀进行验证。

常见问题及解决方法

问题一：电路不工作

原因：可能是电源未正确连接或某些元器件焊接不良导致电路断开。

解决：使用万用表检查供电情况和各焊点连通性，重新焊接可疑点。

问题二：误触发或灵敏度低

原因：环境光线或其他电磁信号干扰。

解决：调整红外发射和接收的频率一致性，确保两者工作在同一频率下；同时适当调节遮光罩以减少外界干扰。

问题三：继电器频繁动作

原因：电路存在噪声或者元器件选择不当。

解决：在电路中增加适当的滤波电容，特别是在电源和信号线上；选择更高质量的继电器和电磁阀以提高稳定性。

六、结论

红外线水龙头控制电路通过简单的红外线发射与接收机制实现了高效便捷的水龙头自动控制功能，本文详细介绍了该电路的工作原理、元器件选择、电路设计与制作过程以及调试方法，通过合理的设计和调试，可以有效实现水龙头的自动化控制，提高生活品质和节约用水，希望读者通过本文能够掌握红外线水龙头控制电路的设计和应用，进一步推动智能家居和公共设施的发展。