簡單的家用風扇控制器設計

1、目錄目錄摘要摘要 abstract 第1章緒論 11.1課題背景研究的意義及目的11.2課題研究的內容1第2章設計任務及要求 22.1基本功能22.2拓展功能2第3章家用風扇控制器方案設計 33.1家用風扇控制器的設計方案33.1.1采用at98c51系列單片機設計33.1.2運用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)33.2方案討論4第4章家用風扇控制器單元電路設計 54.15v線性直流穩(wěn)壓電源 54.2狀態(tài)鎖存電路64.3脈沖觸發(fā)電路84.4風種控制電路94.4.1風種選擇電路94.4.2風種脈沖信號輸出104.4.3風種控制電路104.4.4輸出電路12第5章家用風扇控制器電路仿真分析 135.15v

2、線性直流穩(wěn)壓電源 135.2風種、風速選擇電路135.3脈沖觸發(fā)電路14設計心得及總結 17參考文獻 18致謝 19附錄1家用風扇控制器電路總圖 20附錄2家用風扇控制器元件明細表 21摘要abstract家用電風扇控制邏輯電路，由三個按鍵分別控制風速、風種以及開關，并分別用發(fā)光二極管顯示狀態(tài)。為實現(xiàn)風速的循環(huán)控制，循環(huán)部分有74ls08、74ls175組成了移位計數(shù)器。風種循環(huán)控制部分主要是通過74ls00、74ls08芯片構成觸發(fā)脈沖信號。由555組成單穩(wěn)態(tài)電路8秒脈沖，經過74ls175二分頻，再由74ls151八選一數(shù)據(jù)選擇器進行選擇使之產生周期為8秒和16秒的方波信號從而實現(xiàn)不同的風

3、種。關鍵詞：電風扇555定時器循環(huán)控制abstract第1章緒論the logic circuit to control household-fan, which consists of three button, to control wind speed, wind types and switching circuit, and by using led to display the status. in order to achieve the wind speeds loop control, the loop-part comprises 74ls08 and 74ls175, w

4、hich make up a shift counter. the loop control of wind types mainly through the chip 74ls00 and 74ls08,to constitutes a trigger pulse signal. formed by the 555 pulse monostable circuit 8 seconds, after 74ls175 binary frequency, and then by using 74ls151 eight to choose one data selector to choose, b

5、ring square wave signal, which the period of 8 seconds and 16 seconds. finally achieve the different wind types. key words: household-fan555 timercycle control第1章緒論1第2章設計任務及要求1.1課題背景研究的意義及目的風扇是由電動機驅動扇葉，加速室內空氣流動與循環(huán)，在夏季作為通風、散熱和防暑降溫，在冬季可作為加強室內空氣循環(huán)的設備。它結構簡單，制造容易，成本低、使用方便，在我國目前的生活水平下，特別是廣大農村及中小城市中，它是一種最經

6、濟、最實惠的防暑降溫設備。如今的電風扇已一改人們印象中的傳統(tǒng)形象，在外觀和功能上都更追求個性化，塔式氣流扇尊貴典雅，卡通臺扇嬌巧可愛，而電腦控制、自然風、睡眠風、負離子功能等這些本屬于空調器的功能，也被眾多的電風扇廠家拿來做文章，并在此基礎上增加了照明、驅蚊等更多的實用功能。這些外觀不拘一格并且功能多樣的產品已經成為今年電風扇市場中的一大亮點，而這種差異化賣點也正預示了整個電風扇行業(yè)未來的發(fā)展趨勢和走向。風扇各項功能的實現(xiàn)都依賴于其內部的控制器，它是風扇中的核心部件。因而設計一款低成本、高性能的風扇控制器，不但對較好的掌握控制系統(tǒng)及其應用方面的知識，并具備系統(tǒng)設計個應用設計的能力有很大的幫助，

7、而且具有廣闊的市場前景。1.2課題研究的內容本課題主要研究的內容是設計一款簡單的家用風扇控制器。研究風扇的基本功能，通過數(shù)字邏輯電路予以實現(xiàn)風種、風速之間的轉換。利用multisim仿真軟件來實現(xiàn)硬件的調試和仿真。第2章設計任務及要求2第3章家用風扇控制器方案設計2.1基本功能1 設計并制作一個家用風扇控制器。控制面板為：按鈕三個，分別為風速、風種和停止，led指示燈六個，指示風速強、中、弱，風種為睡眠、自然和正常。2 電扇處于停轉狀態(tài)時，所有指示燈不亮，只有按下“風速”鍵時，才會響應，進入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進入停轉狀態(tài)。3 處于工作狀態(tài)時，有：（1）初始狀態(tài)為：風

8、速“弱”，風種“正常”；（2）按“風速”鍵，其狀態(tài)由“弱”“中” “強”“弱”往復循環(huán)改變，每按一下按鍵改變一次；（3）按“風種”鍵，其狀態(tài)由“正?！薄八摺?“自然”“正?！蓖鶑脱h(huán)改變，每按一下按鍵改變一次；4 風速的弱、中、強對應于電扇的轉動由慢到快。5 風種的不同選擇，分別為：（1）正常電扇連續(xù)運轉；（2）自然電扇模擬自然風，即轉4 s，停4 s；（3）睡眠風扇慢轉，產生輕柔的微風，運轉8 s，停轉8 s；6 按照風速與風種的設置輸出相應的控制信號。7 供電：直接用供風扇的電源。8 按鍵用“輕觸”鍵。2.2拓展功能1按鍵提示音。2紅外遙控，可通過無線遙控進行控制。3模糊智能，當深夜分貝

9、低于25db時，自動切換為睡眠模式，即風扇慢轉，產生輕柔的微風，運轉8 s，停轉8 s。第3章家用風扇控制器方案設計21第4章家用風扇控制器方案設計3.1家用風扇控制器的設計方案本課題主要研究風扇的基本功能，通過數(shù)字邏輯電路予以實現(xiàn)風種、風速之間的轉換。為滿足課題所提出的幾點實現(xiàn)功能，現(xiàn)有如下兩種設計方案，現(xiàn)簡述如下。3.1.1采用at98c51系列單片機設計采用單片機at89c51為核心的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電風扇的基本控制功能，系統(tǒng)的硬件部分包括：遙控發(fā)射電路，鍵盤輸入電路，顯示報警電路，外界聲/光檢測電路及電機控制電路等。其框圖如圖3.1所示。 鍵盤功能輸入遙控功能輸入外界檢測at89c5

10、1顯示報警控制輸出電機調速圖3-1采用at89c51系列單片機設計 總體框圖3.1.2運用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)本設計由總控中心、開關電路、譯碼電路、風速控制脈沖產生電路、顯示電路五部分組成：其中總控中心負責提供顯示電路的開關控制和狀態(tài)轉換電路的復位控制；風速狀態(tài)轉換電路和風種狀態(tài)轉換電路分別由開關控制，負責提供風速、風種狀態(tài)轉換。風速、風種狀態(tài)控制過程都分為三個階段，對應的輸出有三種狀態(tài)，分別用和表示：（000）狀態(tài)：停機。（001）狀態(tài)：風速弱，led燈1模擬以200hz的頻率閃爍。（010）狀態(tài)：風速為中，led燈2模擬以500hz的頻率閃爍。（100）狀態(tài)：風速強，led燈3模擬以1

11、000hz的頻率閃爍。（000）狀態(tài)：停機。（001）狀態(tài)：風種正常，led燈4持續(xù)亮。（010）狀態(tài)：風種為自然風電扇模擬自然風，即轉2s，停2s；led燈5模擬亮2秒滅2秒。（100）狀態(tài)：風速強風種睡眠電扇慢轉，產生輕柔的微風，轉4s，停4s， led燈5模擬亮4秒滅4秒。初始狀態(tài)為：風速弱，風種正常；按“風速”鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強、弱、”循環(huán)；按“風種”鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、”循環(huán)；譯碼電路負責將前一級的狀態(tài)編碼進行譯碼，用來驅動下一級的脈沖產生電路；風速控制脈沖產生電路和風種控制脈沖產生電路，負責產生脈沖波形用來驅動后一級的顯示電路；顯示電路負責顯示和模擬風扇的控

12、制結果。其原理圖如圖3-2所示：總控中心風速狀態(tài)轉換電路風種狀態(tài)轉換電路譯碼器譯碼器風速控制脈沖產生電路風速控制脈沖產生電路風速顯示風速顯示復 位控制電路控制電路復 位圖3-2運用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn) 總體框圖3.2方案討論以上兩種方案都可以實現(xiàn)課題中所提要求，采用單片機at89c51為核心的智能控制系統(tǒng)設計相對簡便，且可以拓展更多模塊使家用風扇控制器更加人性化、智能化；相比而言，運用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)較之復雜。但由于如今所學知識有限，故在本次課程設計中采用第二種（運用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)）方案予以實現(xiàn)。以后學習完單片機相關知識后，再采取第一種方案設計，此次設計中不再做過多贅述。

13、第4章家用風扇控制器單元電路設計單元電路設計包括電路結構以及元器件的選擇。元器件選擇一般遵循的原則是：先“性能”、次“貨源”、再“價格”、后“體積”。設計中，多查閱器件手冊和有關的科技資料，熟悉常用的元器件的型號、性能及價格。關于集成電路與分立元件電路的選擇問題，一般優(yōu)選集成電路。設計中，需要對各組元件性能參數(shù)進行綜合性分析，具體包括：考慮到環(huán)境溫度的變化和交流電網電壓的波動等工作條件的影響時，計算參數(shù)時應按最不利的情形考慮；各元器件的實際工作電壓、電流、頻率、功耗等應在參數(shù)允許的范圍內，并留有一定的裕量，一般可按1.5倍左右的裕量來考慮，電阻值應盡可能選在范圍以內，最大不應超過。4.15v線

14、性直流穩(wěn)壓電源5v直流穩(wěn)壓電源的主要功能為把輸入的220v交流電壓通過變壓器的降壓，濾波，整流和穩(wěn)壓等轉化為所需要的5v直流低壓輸出，為數(shù)字集成電路提供電源支持。使用時只需插上插座，將用電器直接與該器件的輸出端相連接即可。該系統(tǒng)由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成，最后輸出5v直流低壓，為集成電路提供電源，圖4-1為雙電源可調直流輸出：雙電源可調直流電壓輸出變 壓整 流濾 波濾 波正 負 伏穩(wěn) 壓 模 塊圖4-15v線性直流穩(wěn)壓電源電路圖（1）其中：（1） 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220v交流電壓變換成9v的交流電壓，并傳送給整流電路，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓決定。

15、（2） 整流電路：利用單向導電元件，把50hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。（3） 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以消除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4） 穩(wěn)壓電路：芯片7905穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。此外，使用圖4-2所示電路，也可以實現(xiàn)5v直流穩(wěn)壓電源。圖4-25v線性直流穩(wěn)壓電源電路圖（2）4.2狀態(tài)鎖存電路弱001中010停機000強100正常001自然010停機000睡眠100（a） 風速（b） 風速可以使用三個d 觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，其中“風速”、“風種”這兩種操作各有三種工作狀態(tài)和一種停止狀態(tài)需要保存和指示

16、。同時為了簡化電路，采用了帶有清零端的4d觸發(fā)器74ls175，可以使用開關控制清零端以便實現(xiàn)停機功能。設計原理為當觸發(fā)器輸出1 時表示工作狀態(tài)有效，0 表示無效，當三個輸出全為0 則表示停止狀態(tài)，風扇風速、風種的簡單狀態(tài)轉移如圖4-3所示。圖4-風扇風速、風種的簡單狀態(tài)轉移圖根據(jù)圖4-3狀態(tài)轉換圖，可得到、的狀態(tài)表（表4-1）， “風速”及“風種”電路都滿足狀態(tài)表4-1所示：表4-1、的狀態(tài)表001010010100100001 由表4-1 可得、的卡諾圖如圖4-4 所示：00 01 11 100100 01 11 100100 01 11 1001010001100 的卡諾圖 的卡諾圖 的

17、卡諾圖圖4-4、的卡諾圖由圖4-4 所示卡諾圖可得、的表達式如下：=由上述表達式可得狀態(tài)所存電路中電風扇的工作狀態(tài)如表4-2所示。s為電扇工作狀態(tài)（s=0 停，s=1 運轉）。表4-2 電扇工作狀態(tài)表強（q2）中（q1）弱（q0）s強（q2）中（q1）弱（q0）s0000010100111001根據(jù)、表達式，使用兩片4d74ls175 芯片所設計狀態(tài)所存部分電路如圖4-5所示。（因為風速與風種的狀態(tài)鎖存電路是同一種原理，因此只給出風速的鎖存電路）。圖4-5風速狀態(tài)鎖存電路4.3脈沖觸發(fā)電路鎖存電路中74ls175為4個d觸發(fā)器構成，要使它能夠進行000001010100001狀態(tài)的變化，需要給

18、它一定的脈沖信號。設計的電路中使用了j1、j2、j3三個開關，其中j1、j2為常開開關，而j3為常閉開關。j1、j2開關是控制兩個74ls175芯片的cp端得脈沖，而j3是控制兩個芯片的清零端。根據(jù)電路要求可以理解j1為控制風速的按鈕，j2為控制風種的按鈕，j3為停機按鈕。家用電風扇電路中控制風速的開關與控制風種的開關具有一定的邏輯關系，需要與門74lls08與非門74ls00構成。當按下風速開關j1時具有風速后，風種選擇電路才能進行工作，按下開關j2才能進行風種的變化。若風扇無風速，則風種電路不能工作，按下開j2時表示風種的發(fā)光二極管不亮。設計中判斷電路是否有風速根據(jù)狀態(tài)鎖存電路中的風速鎖存

19、電路的三個狀態(tài)、來表示。當時表示無風速，時表示，再用一個非門輸出。將輸出與控制風種j2的開關用與門連接后再連接到風種鎖存電路的74ls175芯片的cp端。因此，電路可以實現(xiàn)風速開關與風種開關的邏輯關系。符合邏輯關系的脈沖觸發(fā)開關電路如圖4-6所示。圖4-6脈沖開關電路電路中由于沒有常閉開關元器件，所以將常開開關與非門相連使得輸出信號為高電平，從而形成了常閉開關。4.4風種控制電路4.4.1風種選擇電路設計中風選擇電路與風速選擇電路使用相同的鎖存形式，也是使用74ls175芯片形成正常風、睡眠風、自然風的三種狀態(tài)的循環(huán)。當狀態(tài)為001時表示為正常風，狀態(tài)為010時表示為睡眠風，狀態(tài)為100是表示

20、為自然風。因為只有一種風種輸出，需要使用一個數(shù)據(jù)選擇器選擇風種的輸出。設計中使用的是一個8選1的74ls151芯片，將74ls175的三個狀態(tài)輸出端與芯片的地址端相連接可以選擇何種風種輸出。4.4.2風種脈沖信號輸出電路中具有正常風、睡眠風、自然風三種風種。正常風時電機連續(xù)轉動，產生持久風； 自然風時電機轉動4s、停止4s，產生陣風；睡眠風時電機轉動 8s、停止8s，產生輕柔的微風。而要實現(xiàn)自然風和睡眠風，則要利用555定時器組成一定周期的多諧振蕩器產生脈沖信號來控制自然風。并且通過二分頻電路產生脈沖信號來控制睡眠風。由555定時器組成8s周期的多諧振蕩器的相關計算如下： 所以 由于 所以 根

21、據(jù)設計所需參數(shù)得出： 4.4.3風種控制電路將風種選擇電路與風種脈沖電路相連接，構成風種電路，總電路圖如下圖（圖4-7）所示。圖4-7風種控制電路致謝4.4.4輸出電路第章家用風扇控制器電路仿真分析將狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路和風種控制電路有效的相連接后，需要有一個總的輸出端。輸出電路如圖4-8所示。圖4-8輸出電路風種信號和風速信號同時作用于與門，由風種信號來選擇輸出的風速信號并共同作用于電機，實現(xiàn)風扇的控制。第5章家用風扇控制器電路仿真分析5.15v線性直流穩(wěn)壓電源5v線性直流穩(wěn)壓電源將電網220v交流電壓轉化為所需要的5v直流低壓輸出，為數(shù)字集成電路提供電源支持。仿真結果如圖5-1。 圖

22、5-15v直流電源電路（1）和電路（2）仿真結果5.2風種、風速選擇電路圖5-2風速風種選擇電路 仿真結果（工作狀態(tài)）控制j1、j2開關，實現(xiàn)風種、風速的選擇，仿真結果如圖5-2（圖中風速為弱風，風種為正常風）。第章家用風扇控制器電路仿真分析控制j3開關，實現(xiàn)停機功能。仿真結果如圖5-3所示（圖中的顯示燈都為熄滅狀態(tài)）。圖5-2風速風種選擇電路 仿真結果（工作狀態(tài)）5.3脈沖觸發(fā)電路根據(jù)設計連接總的電路后，風種為正常風時，仿真輸出如下圖5-3所示。圖5-3正常風輸出設計心得及總結第章家用風扇控制器電路仿真分析風種為自然風（即運轉4 s，停轉4 s）時，仿真輸出如下圖5-4所示。設計心得及總結圖

23、5-4自然風輸出風種為睡眠風（即運轉8 s，停轉8 s）時，仿真輸出如下圖5-5所示。圖5-5睡眠風輸出根據(jù)所有的仿真結果可知，本套設計方案是可行的。說明：1、 buzzer在multisim中仿真無聲音效果，故在此次設計中用led7代替。2、 由于時間和所學知識有限，拓展功能中“第二條”、“第三條”在此次設計中未能實現(xiàn)，我將會利用其他課余時間完成此項工作。設計心得及總結經過近兩個星期的努力，通過自己的努力，順利的完成了本次課程設計的選題。剛開始拿到這個課題，有點不知所措，因為這種課程設計還是我們第一次做，而且對家用電風扇的設計也不太了解。我首先通過上cnki查找相關資料，來了解這個設計。后來

24、在圖書館查找相關書籍，在網上收集一些資料和在指導老師的幫助下，才慢慢對家用電風扇的設計有了初步的了解最終，通過驗證證明，該設計方案是成功的。其中難免存在一些錯誤和缺陷，請老師能給予批評和指證，使該設計更加準確。同時，在此次設計中，有些提出的改進由于時間和知識有限，也沒有順利的予以實現(xiàn)。此次課程設計讓我親身參予電子產品的設計，使我更加深深地體會到：現(xiàn)代社會是靈活多變的社會，是信息的社會，很多與人們生活緊密相關的產品都是電子產品。比如決定現(xiàn)代社會發(fā)展方向的電腦以及幾乎每個同學都擁有的收音機等等，無不說明電子產品的重要性。作為一名自動化專業(yè)的且即將大三的我，深深的認識到我不僅要學好課本上的知識，還要

25、學會將所學到的知識聯(lián)系并應用到現(xiàn)實生活中，做到理論聯(lián)系實際。通過上學期2周緊張而充實的課程設計，我學到了很多東西，并對我以后所要做的畢業(yè)設計有了一個初步的了解。做好一個課程設計或畢業(yè)設計不僅要具備扎實的書本知識并會善于應用，還要學會查閱資料，對以前學過的知識不清楚的地方還要進行復習，實在搞不明白的地方要向老師或同學請教，這樣才可能做出一個比較不錯的課程設計。通過此次設計過程，使我學會了一些作為一個自動化專業(yè)的學生所應學會的軟件如multisim、protel 99 se等，并對可編程邏輯器件的應用和開發(fā)的設計思想有了更進一步的了解和掌握。在今后的學習中，我會更加用心關注前沿科技，把理論與實際相

26、結合，這樣才能激發(fā)自己對本專業(yè)的學習興趣。同時，在以后的學習生活中，我會更加多的與專業(yè)老師和其他同學交流、討論，在互相勉勵中共同進步、互相學習，良師益友是人生道路上不可缺少的一部分。這一次的課程設計為以后的設計課程乃至大四的畢業(yè)設計打下了堅實基礎，我一定會在今后的學習中取得更大的進步！參考文獻致謝1 康光華.電子技術基礎模擬部分（第五版）m.北京：高等教育出版社，20062 康光華.電子技術基礎數(shù)字部分（第五版）m.北京：高等教育出版社，20063 陳有卿.實用555時基電路300例m .北京：中國電力出版社，20054 李響初，闕愛仁，李喜初.實用電子控制線路200例m.北京：中國電力出版社，20095 陳永甫.電子電路智能化設計實例與應用第二集m .北京：電子工業(yè)出版社，20026 趙