畢業(yè)設(shè)計(jì)----實(shí)用空氣清新器電路的設(shè)計(jì)

1、<p>　　實(shí)用空氣清新器電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代室內(nèi)空氣污染的危害引起人們的廣泛關(guān)注，也推動(dòng)了室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的進(jìn)程?？諝鈨艋逍缕魇且环N新型家電產(chǎn)品，能清除塵埃，凈化煙霧和花粉，強(qiáng)力吸附室內(nèi)臭氣，其凈化空氣的效果十分顯著。帶負(fù)離子發(fā)生功能的清新器還可補(bǔ)充空氣中的負(fù)離子，有益人體健康的負(fù)離子被譽(yù)為“空

2、氣維生素”，能給用戶創(chuàng)造愜意的空氣環(huán)境，解除一些慢性病患者的痛苦。 本設(shè)計(jì)是負(fù)離子定時(shí)產(chǎn)生電路它由電子鐘組件、單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路、振蕩器、升壓驅(qū)動(dòng)級(jí)及高壓放電產(chǎn)生器等組成。利用電子鐘的整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，NE555起到觸摸定時(shí)開關(guān)的作用在正點(diǎn)時(shí)刻自動(dòng)接通負(fù)離子發(fā)生器，及時(shí)發(fā)放出大量負(fù)離子、臭氧，凈化空氣，對(duì)人體具有健腦提神、解除疲勞的良好作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：空氣清新器，空氣維生素，負(fù)離子</p>

3、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　課題背景：目前采用的室內(nèi)空氣污染凈化方法有換氣時(shí)、過濾式、吸附式等。然而在可處理污染物顆粒大小、處理效率、處理有毒有害氣體及殺滅細(xì)菌等方面，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足室內(nèi)空氣污染治理的需求。靜電收集臭氧氧化和氣相濾等新方法應(yīng)運(yùn)而生。長(zhǎng)年工作在寫字樓或辦公室的工作人員，由于樓房或辦公室密閉，空氣不流通，常感到身心疲乏、頭腦昏脹

4、。負(fù)離子發(fā)生器能及時(shí)發(fā)放出大量負(fù)離子，凈化空氣解除疲勞的良好作用。因?yàn)樨?fù)離子可以對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)起鎮(zhèn)靜作用，促進(jìn)消除疲勞，并有抑制哮喘、降低血壓的作用。空氣負(fù)離子發(fā)生器是利用高壓電暈增加空氣中負(fù)離子成份，從而改善空氣質(zhì)量，可以促進(jìn)身體健康，被譽(yù)為“空氣維生素”。負(fù)離子、臭氧空氣清新器是一種被較多采用的治理技術(shù)是利用臭氧強(qiáng)氧化性，凈化空氣，殺除空氣中的有害成分。這是目前國(guó)際公認(rèn)的室內(nèi)空氣治理的一種常用、安全的物理方法，適用于中度、輕度污染

5、。</p><p>　　空氣清新器具有廣泛的應(yīng)用前景：常放在茶幾、寫字臺(tái)等地方。辦公室、臥室、書房也是其應(yīng)用的場(chǎng)所。對(duì)于冬天生活的家庭，晚上將其放在床頭部位，使睡眠時(shí)的空氣清新有益于身體健康。同時(shí)可除去衛(wèi)生間里的臭氣如：氨、硫化氫、甲硫醇等。具有效果明顯、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)是家庭、賓館衛(wèi)生間理想的空氣清新器。市場(chǎng)上銷售的空氣清新劑一般由甲醇、香精、去離子水、丙烷、丁烷、二甲醚等組成。但他們只通過散發(fā)香

6、味來除臭而不能與異味氣體發(fā)生反應(yīng)，就不能分解或清除異味氣體。空氣清新器產(chǎn)生大量的負(fù)離子和臭氧能與空氣中的異味氣體反應(yīng)達(dá)到徹底凈化空氣的。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　本論文要完成的目的是以NE555為設(shè)計(jì)的基本元件，完成具有定時(shí)功能強(qiáng)度可調(diào)的空氣清新器電路的設(shè)計(jì)。本電路的主要組成部分是：以LCD數(shù)字鐘芯片KS5195為核心組成

7、的時(shí)鐘控制電路，由NE555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器，升壓驅(qū)動(dòng)級(jí)及高壓放電產(chǎn)生器等。電子鐘每到整點(diǎn)時(shí)報(bào)時(shí)一次，而本電路便會(huì)自動(dòng)接通負(fù)離子發(fā)生器一次，每次接通時(shí)間取決于單穩(wěn)觸發(fā)器設(shè)計(jì)的暫穩(wěn)時(shí)間。</p><p>　　3 整體電路設(shè)計(jì)及單元電路分析</p><p>　　3.1 整體電路設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　負(fù)離子定時(shí)產(chǎn)生電路由電子鐘組件、單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路、振蕩

8、器、升壓驅(qū)動(dòng)級(jí)及高壓放電產(chǎn)生器等組成，如圖所示。</p><p>　　圖中虛線框內(nèi)為電子鐘903B的組件，其核心是報(bào)時(shí)集成電路IC1（KS5194或KS5195）。S和D分別是功能轉(zhuǎn)換端和調(diào)準(zhǔn)端，外接兩個(gè)控制開關(guān)，XT是主振電路的晶振，HTD是報(bào)時(shí)用的壓電陶瓷片。903B使用一節(jié)1.5V電池。每走至整點(diǎn)時(shí)刻，IC1的Ao端便會(huì)送出峰峰值為1.3V的寬度為0.5us的高電平脈沖。將此脈沖引出加到倒相放大器VT1，V

9、T1飽和導(dǎo)通，使555的2腳成低電平，555觸發(fā)置位。IC2（555）和R3、C3組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在非整點(diǎn)時(shí)刻，由于VT1無信號(hào)輸入而呈截止?fàn)顟B(tài)，IC2的2腳呈高電位（>1/3Vdd），555處于復(fù)位狀態(tài)。每當(dāng)整點(diǎn)時(shí)刻，Ao端輸出的正脈沖，使555的2腳轉(zhuǎn)呈低電位而翻轉(zhuǎn)置位，3腳的高電平為IC3解除了強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。IC3也采用時(shí)基電路555，它與R4、R5、C5等組成一個(gè)可控多諧振蕩器。平時(shí)，由于IC2處于復(fù)位狀態(tài)，IC3的

10、4腳為低電位（<0.4V），使555處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。整點(diǎn)時(shí)，IC2被觸發(fā)呈高電位，即IC3的4腳為高電位，強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)解除并起振。它的振蕩頻率為Fc=1.44/（R4+2R5）C5，本振蕩器設(shè)計(jì)為20kHz。? IC3</p><p>　　? 圖示參數(shù)對(duì)應(yīng)的暫穩(wěn)時(shí)間約為9分鐘（計(jì)算值為545秒）。實(shí)際制作時(shí)，可根據(jù)房間大小或樓房情況，通過改變充電時(shí)間常數(shù)（R3C3）來調(diào)節(jié)負(fù)離子產(chǎn)生的時(shí)間長(zhǎng)短。在制作及元件

11、選用上，一般元件都可在電訊器材商店買到，903B組件市售很便宜，也可通過郵購在生產(chǎn)電子鐘的廠家購到；功率驅(qū)動(dòng)管VT2可選用DD系列器件，如3DD100D、DD01E、2SC1447等，要求耐壓Vceo大于150V；升壓變壓器T可直接買小尺寸電視機(jī)（14寸）行輸出變壓器，也可自行繞制，初級(jí)L1采用0.35mm高強(qiáng)度漆包線繞25匝，次級(jí)L2用0.13的高強(qiáng)度漆包線繞1800匝，采用高頻鐵氧體磁芯E6型33mmX25mm；整流二極管應(yīng)選用反向

12、擊穿電壓不低于15kV的硅高壓整流二極管；C8選耐壓不低于12kV的優(yōu)質(zhì)電容器，防止漏電擊。</p><p>　　3.2 單元電路分析及芯片介紹</p><p>　　3.2．1 時(shí)鐘電路</p><p>　　時(shí)鐘采用KS5195專門為鐘控收音機(jī)而生產(chǎn)的一種型號(hào)為903B電子鐘控器。其核心是報(bào)時(shí)集成電路KS5194。S和D分別是功能轉(zhuǎn)換端和調(diào)準(zhǔn)端，外接兩個(gè)控制開關(guān)，X

13、T是主振電路的晶振，HTD是報(bào)時(shí)用的壓電陶瓷片。903B使用一節(jié)1.5V電池。每走至整點(diǎn)時(shí)刻，IC1的Ao端便會(huì)送出峰峰值為1.3V的寬度為0.5us的高電平脈沖。?</p><p>　　3.2.2 NE555芯片引腳及功能</p><p>　　Pin 1 (接地) 地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這

14、個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出) 當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) 一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器

15、和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) 這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 </p&

16、gt;<p>　　Pin 7 (放電) 這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +) 這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　555定時(shí)器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合

17、的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。</p><p>　　NE555定時(shí)器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。NE555定時(shí)器的電路如下圖所示。它由三個(gè)阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。<

18、/p><p>　　4腳為復(fù)位端當(dāng)4腳等0時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。</p><p>　　當(dāng)u11>2/3Ucc，u12>1/3Ucc 時(shí)，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。</p><p>　　當(dāng)u11<2/3Ucc，u

19、12< 1/3Ucc時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。</p><p>　　當(dāng)u11<2/3Ucc，u12>1/3Ucc 時(shí)，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　綜上所述，可得NE555定時(shí)器功能如下表所示。</p><p>　　3.3.3 由555組成的

20、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路</p><p>　　由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的特點(diǎn)：在無外加觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路處于一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時(shí)，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。電路進(jìn)入暫時(shí)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。電路自動(dòng)恢復(fù)原先的穩(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間與電路閾值電壓及外接R、C參數(shù)有關(guān)。按電路結(jié)構(gòu)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。前者適用于窄脈沖觸發(fā)，后者適用于寬脈沖觸發(fā)

21、。無論哪種電路結(jié)構(gòu)，其單穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生都源于電容的充放電原理。下圖為用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的工作原理：用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，下圖為其波形圖。圖中，t0～t1為穩(wěn)態(tài)，t1～t3為暫穩(wěn)態(tài)，t3時(shí)刻恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　(1) 穩(wěn)態(tài)：接通電源后，經(jīng)R給電容C充電，當(dāng)uc上升到大于時(shí)，基本RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出u0=0。同時(shí)，晶體

22、管T導(dǎo)通，使電容C放電。此后uc<，若不加觸發(fā)信號(hào)，即u1>，則u0保持0狀態(tài)。電路將一直處于這一穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　(2) 暫穩(wěn)態(tài)： 在t=t1瞬間，2端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，即u1<，基本RS觸發(fā)器置1，輸出為高電平，并使晶體管T截止，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此后，電源又經(jīng)R向C充電，充電時(shí)間常數(shù)=RC，電容的電壓 按指數(shù)規(guī)律上升。 在t=t2時(shí)刻，觸發(fā)負(fù)脈沖消失(u1>)，若uc<

23、;，則=1，=1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，u0仍為高電平。在t=t3時(shí)刻，當(dāng)uc上升略高于時(shí)，=0，=1，基本RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出u0=0，回到初始穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，晶體管T導(dǎo)通，電容C通過T迅速放電直至uc為0。這時(shí)=1，=1，電路為下次翻轉(zhuǎn)做好了準(zhǔn)備。</p><p>　　由上述可知，555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路由輸入脈沖信號(hào)的下降沿觸發(fā)，使其輸出狀態(tài)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，另外，在暫穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束前，u1必須恢復(fù)為1，否則電路

24、內(nèi)的RS觸發(fā)器為不確定狀態(tài)，輸出不能維持0狀態(tài)。因此這種單穩(wěn)態(tài)電路只能用負(fù)窄脈沖觸發(fā)。如果輸入脈寬大于輸出脈寬，則輸入端可加RC微分電路，使輸入脈寬變窄。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出脈沖寬度的計(jì)算：輸出u0的脈沖寬度tW也就是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，可根據(jù)uC的波形計(jì)算。根據(jù)RC電路瞬態(tài)過程的分析可得：</p><p>　　這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾微秒到數(shù)分鐘?？赏ㄟ^改變R、

25、C元件參數(shù)調(diào)節(jié)脈沖寬度，精度可達(dá)0．1％。綜上所述，用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)形式，且暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間為TW=lnRC≈1．1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)。</p><p>　　3.3.4 由555組成的多諧震蕩電路</p><p>　　多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)

26、。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。</p><p>　　圖9-30所示是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。R1、R2和C是外接元件。 剛接通電源時(shí)，uc=0，u0=1。當(dāng)uc升至后，比較器C1輸出低電平(=0)，基本RS觸發(fā)器置0，定時(shí)器輸出u0由1變?yōu)?。同時(shí)，三極管T導(dǎo)通，電容通過R2放電，uc下降。在 <uc<期間，u0保持低電平狀態(tài)。在uc下降至以后，

27、比較器C2輸出低電平(=0 )，使觸發(fā)器置1，輸出u0由0變?yōu)?。同時(shí)三極管T截止，于是電容C再次被充電。如此不斷重復(fù)上述過程，多諧振蕩器的輸出端就可得到一串矩形波。工作波形如圖9-30(b)所示。振蕩周期等于兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tp1為電容C的電壓uc從充電至所需時(shí)間。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過三個(gè)多月的方

28、案論證、系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于負(fù)離子、臭氧發(fā)生電路、以及相關(guān)知識(shí)。是我了解到空氣清新器的設(shè)計(jì)理念，并對(duì)電子時(shí)鐘、555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器、升壓驅(qū)動(dòng)和高壓放電電路有了深刻的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決問題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這

29、些培養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來說，是很重要的。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了實(shí)用空氣清洗器電路的設(shè)計(jì)。通過測(cè)試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　

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