自動定時排氣扇課程設(shè)計 (2)

1、<p><b>　　前 言 </b></p><p>　　電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。</p><p>　　很多電路要使用555來產(chǎn)生一個脈沖，555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，在電路應(yīng)用中主要用來做定時器,可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器和單

2、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本次課設(shè)的要求就是利用555和一些輔助器件來完成簡易的定時排氣扇。</p><p>　　在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。本次設(shè)計就用到了計時器功能。</p><p>　　室內(nèi)長期不通風對人的身體

3、有害，但若是一直開著排氣扇，不能節(jié)約電能，也是不合理的。因此，應(yīng)做到定式排氣，并自動切斷電源。做為電子系的大學生不僅要學習理論，更要將理論所學運用到實際。</p><p>　　自動定時循環(huán)排氣扇控制器，可用來對家庭居室的排氣扇進行定時循環(huán)控制，它既可對室內(nèi)空氣進行定時清潔凈化，又省去人工控制。只要按照實際需要設(shè)定好排氣時間和間歇時間，排氣扇就會按照設(shè)定好的程序和時間，自動循環(huán)地工作下去。同時該控制器還可根據(jù)設(shè)定好

4、的定時程序和時間，自動切斷工作電源，這樣既能實現(xiàn)控制目的，又不浪費電能。此控制器不僅可以用在排氣扇上,只要實現(xiàn)類似功能的電路都可使用.且成本低廉,制作簡單,操作方便，非常具有實用價值！ </p><p>　　第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求</p><p>　　1、設(shè)計內(nèi)容：定時排氣扇</p><p>　　2、設(shè)計要求：實現(xiàn)總定時時間8小時（可以調(diào)節(jié)，用發(fā)光二極管顯示），占空

5、比可調(diào)的間歇排氣。</p><p><b>　　3、電路組成框圖</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇</p><p>　　方案一：本方案由排氣扇、定時控制電路和間歇控制電路組成。首先由定時控制電路控制總定時即排氣扇總工作時間，可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變定時時間。間歇控制電路控制排氣的工作和間歇時間，也可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器

6、來改變其時間。本設(shè)計排氣扇的效果用發(fā)光二極管來顯示，二極管亮表示排氣扇工作，滅則表示不工作。其電路圖如圖2-1。</p><p>　　圖2.1 方案一實驗電路圖</p><p>　　但此電路時由兩個多諧振蕩器串聯(lián)而成，由實驗結(jié)果分析其信號不穩(wěn)定，致使時間也不穩(wěn)定，所以我放棄了這個方案。</p><p>　　方案二：本方案除了工作電源外由兩部分組成，一部分是對排氣

7、扇進行自動開?？刂频淖詣友h(huán)控制器，另一部分是對開停次數(shù)進行計數(shù)的電子計數(shù)器。定時循環(huán)開停時間控制器由555時基集成電路組成，在電路中，555時基集成電路被連接成脈沖占空比可調(diào)的超低頻多諧振蕩器。其電路圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2.2 方案二實驗電路圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　作者選擇的是方案二，該

8、方案中555時基集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)電路振蕩的主要原理是，由電源通過接在電路的7、6、2腳間的電阻器R1,R2對接至地端的電容器C1的充、放電過程，與3個引腳各自功能相配合來完成的。在前面已介紹過的振蕩電路中，電容器C1的充電是通過R1、R2與C1的接地端形成回路的；而電容器的放電則是C1的正極通過R2到7腳完成的。只要將電路中R1、R2與C1的數(shù)值設(shè)定好，則振蕩電路的振蕩頻率和脈沖占空比就是固定不可變的。</p><p

9、>　　而在本電路中則不同，由于在電路中加人了二極管VDl、VD2和可調(diào)電位器RP，情況就改變了。在這個振蕩電路中雖然它的振蕩頻率是不可變的，但其脈沖的占空比是可以通過RP進行調(diào)節(jié)而改變的。這是由于加人了二極管后，電容器C1的充、放電回路與前不同了。其中充電回路變?yōu)橛呻娫赐ㄟ^Rl, RP的上半段、VD2到電容器Cl。而電容器的放電回路則由電容的正極通過VD1, R2和RP的下半段到7腳。電路中的電容器C1為固定不變的，但它的充、放電

10、電阻值是可以通過調(diào)節(jié)RP的位置來改變的。</p><p>　　由于振蕩脈沖的占幸比是由電容器充、放電時間的差異形成的，當RP的動臂移向下方時，使充電電阻的阻值增大，同時使放電電阻器一的阻值減小同一數(shù)值。其結(jié)果是電容器充電的時間延長；而放電時間縮短，振蕩脈沖的占空比變大了。反之，當RP的動臂向上調(diào)節(jié)時，電容器的充電時間縮短；而放電時間被延，長，振蕩脈沖的占空比變小。</p><p>　　在本

11、電路中，在接通電源之初，由于C1剛開始充電，其上端的電壓小于Vp/3，ICl的3腳輸出高電平。這時VL2發(fā)光指示，繼電器K2線圈不通電，所以KZ保持靜態(tài)。但這一高電平在形成之初便通過C3向IC2的CP端輸人一個計數(shù)脈沖，使IC2的輸出端前移一位。隨后電容器C1進人充電狀態(tài)，而輸出端3則保持高電平。直到C1充電使其正端電壓達到2 VDD /3時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3變?yōu)榈碗娖?。這時繼電器K2通電吸合，將排氣扇的工作電源接通，排氣扇開始運轉(zhuǎn)。

12、工作狀態(tài)指示燈VL1發(fā)光指示。</p><p>　　隨后C1立即轉(zhuǎn)人放電過程，經(jīng)過一段時間，當C1正端電壓下降到Vm /3時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3又恢復高電平，繼電器K2斷電釋放，排氣扇停止運轉(zhuǎn)，電路進入下一個循環(huán)期。</p><p>　　雖然R1的電阻值遠大于R2的電阻值，但因RP為共用元件，當RP的動臂旋至R2一端時，R1＋RP的電阻值遠大于R2的電阻值。這時C1的充電時間遠大于放電時間

13、，輸出脈沖的占空比最大，排氣扇的運轉(zhuǎn)時間小于停歇時間。當RP的動臂旋至R1端時，R1的電阻值又小于R2＋RP的電阻值。這時電容器C1的充電時間略小于放電時間，輸出脈沖的占空比為最小。排氣扇的運轉(zhuǎn)時間大于停歇時間。</p><p>　　工作電源控制器由IC2和繼電器K1組成，它通過對排氣扇運轉(zhuǎn)周期的計數(shù)，確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當?shù)竭_預(yù)定的工作次數(shù)后，通過繼電器K1切斷排氣扇并包括整個控制電路的工作電源。該電路

14、由ICZ、繼電器K1、SB2和SBI組成。</p><p>　　IC2為CD4017十進制計數(shù)器，電路中用它的輸出端Q0一Q7來控制繼電器KI的吸合與斷開。當Q0一Q7中只要有一個輸出高電平，繼電器K1就不會斷開。當電路被接通電源后，Q0就輸出高電平使VT導通，繼電器K1吸合。在隨后的工作過程中，雖然輸出端會由Q0, Q1、Q2.…、Q7變化，但VT的導通狀態(tài)不會變化，直到Q8輸出高電平使計數(shù)器復位。</p

15、><p>　　IC2的計數(shù)脈沖取自ICI的輸出，每當ICI輸出一個脈沖周期，IC2便計數(shù)一次，其輸出端即前移一位。如果未加預(yù)置，則當排氣扇運轉(zhuǎn)七個周期后就會被切斷工作電源而停止工作。SB2為預(yù)置按鈕，每按動一次按鈕便向IC2輸人一個計數(shù)脈沖，輸出端即前移一位，余下的工作周期就會減少一次。所謂預(yù)置便是通過預(yù)置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。</p><p>　　該電路在使用時，首先按下起動按鈕SB1接

16、通控制電路的工作電源，這時IC2的偽輸出高電平使VT導通，繼電器K1通電吸合后通過K1將電源開關(guān)自鎖，使電路進人工作狀態(tài)并一直保持。本電路中IC1輸出脈沖的周期為1h，可通過RP的調(diào)節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開停時間。</p><p>　　第四章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇</p><p>　　圖4.1 單元電路設(shè)計圖</p><p>　　參

17、數(shù)計算：T（總）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69×(1.1×+1×+0.24×)×2.2×3600s</p><p><b>　　器件選擇：</b></p><p>　　NE555 1個</p><p>　　CD4017 1個</

18、p><p>　　發(fā)光二極管 10個（紅色：9個 綠色：1個）</p><p>　　二極管1N4001 4個</p><p>　　三極管3DG12 1個</p><p><b>　　電容</b></p><p>　　2200uF 1個</p>&l

19、t;p>　　0.1uF 2個</p><p>　　0.01uF 1個</p><p><b>　　電阻</b></p><p>　　1.1M 1個</p><p>　　240k 1個</p><p>　　1k 3個

20、</p><p>　　10k 1個</p><p>　　100k 1個</p><p>　　滑動變阻器1M 1個</p><p>　　電磁繼電器開關(guān) 2個 </p><p>　　由555多諧振蕩器輸出的方波如下圖 ：</p><p>　　圖

21、4.2 555多諧振蕩器輸出波形</p><p>　　第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析</p><p>　　吸取了以前只做電子產(chǎn)品時的經(jīng)驗，在焊接時，每焊接一個元器件都用萬用表測試是否虛焊，在檢查確認整個電路焊接完整，沒有漏焊后，接通電源，進行調(diào)試。</p><p><b>　　調(diào)試：</b></p><p>　　

22、問題一：開始時的電壓選為12V，現(xiàn)象應(yīng)該為：排氣扇不工作時紅燈亮，而工作時綠燈亮。在接通電源后，卻發(fā)現(xiàn)兩盞燈都有亮，這和應(yīng)得到的現(xiàn)象相違背。于是用萬用表檢查電路時哪里出現(xiàn)了問題。反復檢查電路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學校發(fā)的穩(wěn)壓二極管燒壞了，發(fā)現(xiàn)555芯片的3腳在低電平時電壓就已經(jīng)達到了3V多，而電磁繼電器的電壓只有9V。最后把電源電壓改成了9V，同時更換了二極管并接通了電源，兩盞燈交替亮起來，這和設(shè)計結(jié)果相符。</p><p&g

23、t;　　問題二：在做仿真的時候，只需將CD4017芯片的時鐘使能端架空，工作一周后它就不再計數(shù)了。但是當接通電源查看后，卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果與仿真的不同，它一直循環(huán)工作。經(jīng)過查找資料等，作者將芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通電源進行測試，達到了預(yù)想的效果。</p><p>　　第六章 收獲與體會</p><p>　　本次課程設(shè)計的課題為定時排氣扇，既然要求只是定時和間歇功能，腦海里第一個想到

24、的就是555電路。基于課題要求的定時時間長短，通過公式計算確立了電路圖中的參數(shù)，并借助mutisim仿真軟件進行理論測驗，基本得到初步效果剛開始所設(shè)計的電路圖仿真結(jié)果可以得出效果。</p><p>　　在開始做這個課設(shè)的時候?qū)嶒灪蟛粫硎?，想想自己出來問題，并且是很大的問題,首先的實驗開始就沒有設(shè)計好每一步該怎么做！后來想想自己沒有用mutisim仿真軟件來仿真，其次沒有把電力路線布置的美觀，沒有把實驗的草圖畫的

25、很清楚！焊接也不美觀！這個嚴重的問題發(fā)生了！而把電路板上得器件拆下卻是很糾結(jié)的！和同組人商量下，下決心去找找看有沒有剩余的器件！在同學的幫助下 ，找完所需的器件！重新開始第二次實驗 ，用了一個上午，試了下 ，成功了，搞定了??！</p><p>　　還有，焊接時要確保焊接質(zhì)量,不然產(chǎn)品很容易出問題。虛焊、漏焊都會使得產(chǎn)品無法正常工作，再進行檢修將花費大量時間。此次課設(shè)是兩人一組完成的，那就必須有良好的合作精神。因為

26、已經(jīng)搭檔過很多次，與同組人已有很好的默契，制作產(chǎn)品過程還是比較順利的。在遇到問題時更加需要合作，因為兩個人的是視角不一樣的，檢查到的方面更加廣。</p><p>　　任何問題總有解決的辦法，在遇到問題時必須沉住氣，冷靜思考問題所在，該重來也不要怕 ，失敗乃成功之母，盡量解決問題才是真。經(jīng)過查閱資料和老師的幫助，電路基本圓滿的完成了；但還是發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如對電路整體的布局不夠好，著在以后還有待提高。</p

27、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.《中國集成電路大全》編寫委員會，中國集成電路大全TTL集成電路，北京國防工業(yè)出版社，1985</p><p>　　2.孫人杰.《電路數(shù)據(jù)手冊TTL電路》電子工業(yè)出版社，1989</p><p>　　3.王毓銀.《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》（第三版）.北京：高等教育出版社

28、，1999</p><p>　　4.楊志忠.《數(shù)字電子技術(shù)》（第二版）.北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　5.胡宴如.《高頻電子線路》（第三版）.北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　6.鄧云祥. 孟勁松.蘇燕辰.《數(shù)字電路的設(shè)計》中國測試技術(shù)，2005年03期</p><p>　　7.魯欣,趙亦工,徐秀紅.《

29、數(shù)字電路設(shè)計方案的比較與選擇》.北京：信息產(chǎn)業(yè)部電子第六研究所，2002</p><p><b>　　附錄一：</b></p><p>　　附錄圖1 芯片CD4017B</p><p>　　附錄圖2 CD4017B輸出波形</p><p>　　附錄圖3 555管腳圖</p><p>