環(huán)境濕度控制器

1、數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)說明書 題目名稱： 環(huán)境濕度控制器 姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 日 期： 數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一設(shè)計(jì)分組：制作每兩人一組。 二時(shí)間安排：1周，進(jìn)度要求如下序號設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時(shí)間1布置任務(wù)及調(diào)研，電子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1天2設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證,電子系統(tǒng)電路圖繪制1天3制作1天4調(diào)試1天5撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書，答辯1天合 計(jì)5天課程設(shè)計(jì)起止日期： 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（即要求）：課程設(shè)計(jì)題目：環(huán)境濕度控制器的設(shè)計(jì)與制作（一）設(shè)計(jì)指標(biāo)：1基本功能：能夠檢測一定范圍內(nèi)的濕度值，過限報(bào)警。2主要技術(shù)參數(shù)：濕度檢測范圍：10%-100%RH；檢測方式：頻率與濕度之間的轉(zhuǎn)換，當(dāng)頻率超過警戒值則指示燈

2、變亮；報(bào)警方式:指示燈變亮報(bào)警。3設(shè)計(jì)濕度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用multisim軟件設(shè)計(jì)并且畫該原理圖，然后仿真。（二）具體要求：1設(shè)計(jì)方案的論證和選擇（1）、方案提出*查閱資料確定濕度控制器的電路框圖。* 提出兩種以上濕度控制器的電路設(shè)計(jì)方案。（2）、方案選擇和論證* 考慮方案的可行性、可靠性等實(shí)際問題，選擇出較為合理的方案。* 確定設(shè)計(jì)方案后，用Protel（或Multisim）軟件繪出電原理圖，并對各單元電路的工作原理進(jìn)行分析。2制作、調(diào)試濕度控制器實(shí)物 ； 3按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求的格式，撰寫或打印課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。4設(shè)計(jì)總結(jié)和答辯。（三）實(shí)驗(yàn)儀器、工具：1 共陽（共陰）七段數(shù)碼管/計(jì)數(shù)器/譯

3、碼驅(qū)動集成電路。2 導(dǎo)線/電阻/電容/石英晶體/變壓器等。3示波器、萬用表。四設(shè)計(jì)報(bào)告要求：格式要求：（見附錄）內(nèi)容要求：1. 畫出設(shè)計(jì)的原理框圖，并要求說明該框圖的工作過程及每個模塊的功能。 2. 畫出各功能模塊的電路圖，加以原理說明（如10進(jìn)制到6進(jìn)制轉(zhuǎn)換的原理，個位到十位的進(jìn)位信號選擇和變換等）。3.描述設(shè)計(jì)制作的數(shù)字鐘及其運(yùn)行結(jié)果。說明測試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。4.總結(jié)：設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決辦法；課程設(shè)計(jì)中的心得體會；對課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、方式、要求等各方面的建議。5.附錄1：畫出總布局接線圖（集成塊按實(shí)際布局位置畫，關(guān)鍵的連接單獨(dú)應(yīng)畫出，計(jì)數(shù)器到譯碼器的數(shù)據(jù)線、譯碼器到數(shù)碼管的數(shù)

4、據(jù)線可以簡化畫法，但集成塊的引腳須按實(shí)際位置畫，并注明名稱。）（或附上實(shí)物照片）6. 附錄2：元器件清單。五、課程設(shè)計(jì)參考資料1.彭介華主編：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，高等教育出版社，2002年出版。2鄭步生. Multisim2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.20023高吉祥主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)北京：電子工業(yè)出版社，20024揚(yáng)志亮. Protel99SE電路原理圖設(shè)計(jì)技術(shù) .西北工業(yè)大學(xué)出版社. 200256 2015年12月31日 環(huán)境濕度控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境濕度的控制警告，它設(shè)計(jì)到壓頻轉(zhuǎn)換、放大、整形、分頻、頻率比較等多種電路，具有一定的實(shí)用意義。一 指標(biāo)要求1、

5、基本功能：能夠檢測一定范圍內(nèi)的濕度值，過限報(bào)警。2、主要技術(shù)參數(shù)：濕度檢測范圍：10%-100%RH；檢測方式：頻率與濕度之間的轉(zhuǎn)換，當(dāng)頻率超過警戒值則指示燈變亮；報(bào)警方式:指示燈變亮報(bào)警。3、設(shè)計(jì)濕度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用multisim軟件設(shè)計(jì)并且畫該原理圖，然后仿真。4、實(shí)物具體效果：對濕敏電容輕微哈氣，使?jié)衩綦娙葜車南鄬穸仍龃?，濕?頻率轉(zhuǎn)換電路輸出頻率降低，當(dāng)脈沖頻率低于設(shè)定值（對應(yīng)相對濕度90RH）時(shí)，濕度控制電路啟動輸出（K1 吸合，LED1點(diǎn)亮），停止對濕敏電容哈氣，濕敏電容脫濕后（脫濕時(shí)間約20秒），濕度控制電路停止輸出（K1 斷開，LED1熄滅）。二設(shè)計(jì)計(jì)算1總體方案設(shè)計(jì)

6、：本次濕度控制電路主要由濕敏電容、濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路、頻率比較電路和濕度控制輸出電路組成。系統(tǒng)框圖如下圖1：圖1 軟件仿真圖如下圖2：圖22單元電路設(shè)計(jì)： 1) 濕敏電容HS1101 HS1101濕敏電容傳感器外形如圖3，它具有測量精度高、互換性好、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，HS1101為容性器件，環(huán)境相對濕度在55RH時(shí)，HS1101的典型容量為180pF，濕度容量對應(yīng)表見圖4 圖3 圖4圖5左圖5為HS1101典型應(yīng)用圖，此電路為典型的555非穩(wěn)態(tài)電路，HS1101作為電容變量接在555的TRIG與THRES兩引腳上，引腳7用作電阻R4的短路，等量電容HS1101通過R2與R4充電

7、到門限電壓約0.67Vcc，通過R2放電到觸發(fā)電平約0.33Vcc，然后R4通過引腳7短路到地，傳感器由不同的電阻R4與R2充放電其循環(huán)工作。其輸出頻率表見下表1：RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555為典型的COMS類型，TLC555（RH：百分比相對濕度，F(xiàn)：頻率Hz）表12) 濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路由濕敏電容HS1101和TLC555等組成濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路將濕度物理量轉(zhuǎn)換為與濕度大小相對應(yīng)的脈沖頻率。圖6 3) 基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路，包括整形

8、和分頻）集成電路U3與外部RC元件組成基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器，經(jīng)過12級分頻后將信號輸出。專門用來產(chǎn)生電脈沖和對電脈沖進(jìn)行放大、變換和整形的電圖7 路。產(chǎn)生脈沖的方法有多種，例如：多諧振蕩器等。我們這里用的是RC振蕩和CD4060，其中T=2.3RC。 4) 頻率比較電路圖8脈沖頻率比較電路由U2和部分外圍元件組成，頻率比較電路接受來自濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路和基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路的信號，比較結(jié)果經(jīng)D觸發(fā)器鎖存后輸出驅(qū)動繼電器K1吸合。5) 濕度控制輸出電路通過對tp-a和tp-c兩點(diǎn)頻率的比較來判斷是否報(bào)警。圖9 整體電路具體效果如下：對濕敏電容輕微哈氣，使?jié)衩綦娙葜車南鄬穸仍龃螅瑵穸?頻率轉(zhuǎn)換電路輸出頻

9、率降低，當(dāng)脈沖頻率低于設(shè)定值（對應(yīng)相對濕度90RH）時(shí)，濕度控制電路啟動輸出（K1 吸合，LED1點(diǎn)亮），停止對濕敏電容哈氣，濕敏電容脫濕后（脫濕時(shí)間約20秒），濕度控制電路停止輸出（K1 斷開，LED1熄滅）。3總體電路：a) 軟件仿真圖：b) 元件連接圖：c) 各元件原理介紹時(shí)基電路TLC555圖12（內(nèi)部等效電路）TLC555與NE555參數(shù)基本相同，但TLC555為COMS結(jié)構(gòu)，具有溫漂小、內(nèi)部分布參數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，是一塊時(shí)基集成電路，它可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等，是一塊用途廣泛的集成電路。TLC555集成電路管腳如圖13：TLC555引腳功能簡介：1腳：公共地端為負(fù)

10、極。2腳：低觸發(fā)端TRIG，低于13電源電 壓時(shí)即導(dǎo)通。3腳：輸出端OUT，電流可達(dá)200mA。 圖134腳：強(qiáng)制復(fù)位端RESET，不用時(shí)可與電源正極相連或懸空。 5腳：用來調(diào)節(jié)比較器的基準(zhǔn)電壓，簡稱控制端CONT，不用時(shí)可懸空，或通過0.01F電容器接地。6腳：高觸發(fā)端THRES，也稱閾值端，高于2/3電源電壓時(shí)即截止。7腳：放電端DISCH。8腳：電源正極VDD。14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器CD4060CD4060 是由一振蕩器和 14 級二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是 RC 或晶振電路，RERST 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器停止工作,所有的計(jì)數(shù)器均為主-從觸發(fā)器,在 o和

11、o的下降沿，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù),在時(shí)鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對時(shí)鐘的上升和下降時(shí)間無限制。圖14 （CD4060的RC典型振蕩）圖14圖15為CD4060的引腳圖，引腳功能如下：I時(shí)鐘輸入端o時(shí)鐘輸出端o 反向時(shí)鐘輸出端圖15RESET 復(fù)位端Q4-Q10,Q11-Q14計(jì)數(shù)器輸出端Q14 第 14 級計(jì)數(shù)器反相輸出端VDD 正電源VSS 地CD4060 通過外部簡單的RC元件，可實(shí)現(xiàn)RC振蕩，其振蕩頻率計(jì)算公式為F=1/(2.3RC),輸出方波頻率可選，有2的4次方10次方，12次方，13次方，14 次方。雙重?cái)?shù)據(jù)觸發(fā)器CD4013CD4013是由具有置位（SET）和復(fù)位（RESET）

12、功能的2個數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成的，對數(shù)據(jù)輸入施加的信息，以時(shí)鐘輸入的低電平讀入，以高電平傳輸?shù)捷敵龆薗。置位和復(fù)位，通過把各自的輸入做成高電平，能夠獨(dú)立地進(jìn)行時(shí)鐘輸入。 圖16圖16為CD4013的引腳圖，圖17為CD4013的內(nèi)部框圖 圖17計(jì)數(shù)器仿真圖18三、 制作調(diào)試 1、 按原理圖和各元件從低到高的焊接要求，進(jìn)行相應(yīng)的焊接。2、 外部接線J1接入+5V、12V和GND工作電源。3、 調(diào)試（1） 調(diào)試目的，當(dāng)濕度大于90RH時(shí)，繼電器K1吸合，反之K1斷開。（2） 濕度/頻率轉(zhuǎn)換電路。測量電路板TP-A點(diǎn)的頻率，TP-A點(diǎn)的頻率范圍應(yīng)該在6033Hz7351Hz范圍內(nèi)，濕度與脈沖頻率的關(guān)系見

13、表1RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555為典型的COMS類型，TLC555（RH：百分比相對濕度，F(xiàn)：頻率Hz）表1（3） 基準(zhǔn)頻率調(diào)整。調(diào)節(jié)RP1可改變RC振蕩頻率，將RC振蕩電路的振蕩頻率調(diào)整為6186Hz（對應(yīng)相對濕度90RH），如果我們把頻率計(jì)的探頭直接接入RC振蕩電路，會嚴(yán)重引起振蕩電路頻率漂移，所有我們只能測量通過4級分頻后的脈沖信號(TP-B點(diǎn))，通過4級分頻后的信號為618616386Hz。（4） 頻率比較電路，對濕敏電容輕微哈氣，使?jié)穸仍龃?，濕度轉(zhuǎn)換電路輸出頻率降低

14、，當(dāng)TP-A點(diǎn)的頻率小于TP-C點(diǎn)的頻率時(shí)繼電器K1吸合。4、調(diào)試結(jié)果將各接口（+12V、VCC、地、TP-A、TP-B、TP-C、TP-D）進(jìn)行相應(yīng)的焊接和導(dǎo)線接入（注意+12V與VCC共地）。接好所有后，打開電源，看見顯示輸入的燈亮起。圖19 隨后在那個白色的濕敏電容周圍哈氣，經(jīng)幾次，另外那盞燈亮起，如圖20。此時(shí)說明，濕敏電容周圍的濕度大于90RH，繼電器K1吸合，警報(bào)燈亮起。圖20最后，測試各輸出點(diǎn)的頻率。圖21：檢測的是TP-B與TP-D，即整形、分頻后的波形。圖215、操作中所遇問題和解決方法（1）問題：在焊接時(shí)，將輸入端朝向接反，導(dǎo)致無法正常連接導(dǎo)線。 解決：在朝向相反的那段焊上

15、粗導(dǎo)線，以引出信號。（2）問題：第一次調(diào)試時(shí)，接入電源，但第一盞指示燈未亮。 解決：經(jīng)核查線路，發(fā)現(xiàn)是該燈的正反極接反，用工具將錫融化并吸出，拔出燈，重新焊接。（3）問題：因粗線無法連接后續(xù)導(dǎo)線，因而需再接細(xì)線，但細(xì)線總斷。 解決：將連接部分直接焊住，并在剪線時(shí)注意技巧，盡量介紹金屬絲的磨損和折損。（4）問題：因粗線無法一開始調(diào)試時(shí)，怎么哈氣，警示燈就是亮不起來。 解決：用螺絲刀調(diào)節(jié)時(shí)基電路TLC555上的調(diào)節(jié)螺絲，將頻率控制在386HZ左右，再吹氣，則幾下后，燈即亮起。四、 總結(jié) 在本次課程設(shè)計(jì)中，原先一直以為是做數(shù)字鐘的，但經(jīng)老師的鼓動和對隊(duì)友水平的信任，我們嘗試了環(huán)境濕度控制器的制作。一開始，拿到器材，感覺還是很慶幸的，焊接點(diǎn)不是很多，元件看著也簡單。但在焊接的過程中，深深記得，我們差點(diǎn)將各觸發(fā)器直接焊接在電路板上；還有，各電容、燈、元器件的正負(fù)，在焊接時(shí)也是茫然的。當(dāng)時(shí)感覺自己的水平真的是紙上談兵，在日后的學(xué)習(xí)中，要額外注意這些小點(diǎn)，為自己打下一個更扎實(shí)的基礎(chǔ)。焊接時(shí)間不長，半天多些，我們便進(jìn)行了調(diào)試。一開始，因指示燈的反焊，嚇得我們以為那兒出現(xiàn)大問題了，后經(jīng)調(diào)整，燈如期亮了，心中歡喜，向成功邁出第一步。再就是后面的調(diào)整頻率和示波器的