環(huán)境濕度控制器

1、題日名稱：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)計任務(wù)書一.設(shè)計分組：制作每兩人一組。.時間安排：1周，進(jìn)度要求如下序號設(shè)計內(nèi)容所用時間1布置任務(wù)及調(diào)研，電子系統(tǒng)的總體設(shè)計1天2設(shè)計方案的驗證,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)計報告書，答辯1天合計5天課程設(shè)計起止日期:三、課程設(shè)計任務(wù)（即要求）：課程設(shè)計題目：環(huán)境濕度控制器的設(shè)計與制作（一）設(shè)計指標(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； 報警方式：指示燈變亮報警。3設(shè)計濕

2、度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用multisim軟件設(shè)計并且畫該原理圖，然后仿真。（二）具體要求：1 .設(shè)計方案的論證和選擇（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)計方案。（2 ）、方案選擇和論證*考慮方案的可行性、可靠性等實際問題，選擇出較為合理的方案。*確定設(shè)計方案后，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)試濕度控制器實物；3 按設(shè)計任務(wù)書的要求的格式，撰寫或打印課程設(shè)計報告書。4 設(shè)計總結(jié)和答辯。（三）實驗儀器、工具：1. 共陽（共陰）七段數(shù)碼管/計數(shù)器/譯碼驅(qū)動集成電路。2. 導(dǎo)

3、線/電阻/電容/石英晶體/變壓器等。3. 示波器、萬用表。四. 設(shè)計報告要求：格式要求：（見附錄）內(nèi)容要求：1. 畫出設(shè)計的原理框圖，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)計制作的數(shù)字鐘及其運行結(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)計過程中遇到的問題及解決辦法；課程設(shè)計中的心得體會；對課程設(shè)計 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（集成塊按實際布局位置畫，關(guān)鍵的連接單獨應(yīng)畫出， 計數(shù)器到譯碼器的數(shù)據(jù)線、譯碼器到數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線可以

4、簡化畫法，但集成塊的引 腳須按實際位置畫，并注明名稱。）（或附上實物照片）6.附錄2:元器件清單。五、課程設(shè)計參考資料1. 彭介華主編：電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社，2002年出版。2. 鄭步生.Multisim2001電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用電子工業(yè)出版社.20023. 高吉祥主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，20024. 揚志亮.Protel99SE電路原理圖設(shè)計技術(shù)西北工業(yè)大學(xué)出版社 20025. 6. 2015年12月31日環(huán)境濕度控制系統(tǒng)能實現(xiàn)對環(huán)境濕度的控制警告，它設(shè)計到壓頻轉(zhuǎn) 換、放大、整形、分頻、頻率比較等多種電路，具有一定的實用意義。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；報警方式：指示燈變亮報警。3、設(shè)計濕度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用 multisim 軟件設(shè)計并且畫該原 理圖，然后仿真。4、實物具體效果：對濕敏電容輕微哈氣，使?jié)衩綦娙葜車南鄬?度增大，濕度/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90% RH時，濕度控制電路啟動輸出（K1吸合，LED1 點亮），停止對濕敏電容哈氣，濕敏電容脫濕后（脫濕時間約20秒）， 濕度控制電路停止輸出（K1斷開，LED1熄滅）。設(shè)計計算1 總

6、體方案設(shè)計：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:電源電踣軟件仿真圖如下圖2:DR4002.7K47KVCCU1RESETVOUTTRIGDISCHDNCONPTHRES376TP-A R6?.2 K1 81 555丄C1JR9n n加 04R170 K270 K；6KS11 01lR1 24 70 K430 K).1 K-TP-CC30 1+12VJ1Q21 815R15TP-DR1 61 0K2.22.2R1 8Power1 0KL C4 I C5D21N4148好2CON3IQ4Q50Q6Q7殲Q8Q9

7、RERSTQ1 0Q1 2Q1 3Q1 4U21 01 2CD4 0601 0RP1R54.7 K4 7K7 TP-BIQ4Q550Q6Q7 1Q81 3Q9RERSTQ1 01 5Q1 21Q1 32Q1 43U3CD4 0602.單元電路設(shè)計：1) 濕敏電容HS1101、 _ 2HS1101濕敏電容傳感器外形如圖DSQ1卜CLK2 IRQ-Cd4 0 1 343LED1R1 9D1二4-TRR1 7310kHHC66 A-DC1 2VR7R8LdQ41 015101 5TitleSizeNu mberA4Date:File:LED23-May-2 00 8 -.合同訂單200 8年月教科院

8、 電圖溫顯度控制器dBb3,它具有測量精度高、互換性好、工作穩(wěn)定等特點，HS1101為容性器件，環(huán)境相對濕度在 55% RH時,HS1101的典型容量為180pF,濕度容量對應(yīng)表見圖4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THRESH弓|腳Revisio nSheet o f C71 00u上，引腳7用作電阻R4的短路，等量電容HS1101通過R2與R4充電 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

9、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1圖62）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3）基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路圖7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。基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路，包括整.-形和分頻）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 路。產(chǎn)生脈沖

10、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=2.3RG4）頻率比較電路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兩點頻率的比較來判斷是否報警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?，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90% RH ）時，濕度控制電路啟動輸出（ K1吸合，LED1點亮），停止對濕敏電容哈氣，濕敏 電容脫濕后（脫濕時間約

11、 20秒），濕度控制電路停止輸出（K1斷開，LED1熄滅）。1 23. 總體電路：a）軟件仿真圖:+12 VIQ4Q50Q6Q7仃Q8Q9RERSTQ1 0Q1 2Q1 3Q1 4U291 0Q11 815II1 04.7 KR547K1 ,CLKR-Q24Q2 1 81J1+12 V |1TP-CIQ4Q50Q6Q7軒Q8Q9RERSTQ1 0Q1 2Q1 3Q1 4CD4 06 07 TP-BR1610KTP-DVCCVCCJ2CON2R72.2R82.2K5R18Q4k)1 01 5I 1 01 5LED2PowerVCCb）元件連接圖:Sheet of教科院1電圖溫濕度控制器dBy：R

12、ev isio nC7C）各元件原理介紹時基電路TLC555TLC555與NE555參數(shù)基本相同,但TLC555為COM結(jié)構(gòu)，具有溫漂小、DISCH!圖12 （內(nèi)部等效電路）內(nèi)部分布參數(shù)小等優(yōu)點，是一塊時基集成電路，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13：8273645GNDOUT RESETVDDDISCHTHRESCONT3圖13TLC555引腳功能簡介：1腳：公共地端為負(fù)極。2腳：低觸發(fā)端TRIG,低于1/3電源電 壓時即導(dǎo)通。3腳：輸出端OUT電流可達(dá)200mA454腳：強(qiáng)制復(fù)位端RESET不用時可與電源正極相連或

13、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不用時可懸空，或 通過0.01卩F電容器接地。6腳：高觸發(fā)端THRES也稱閾值端，高于2/3電源電壓時即截止。7腳：放電端DISCH8腳：電源正極VDD14位二進(jìn)制串行計數(shù)器/分頻器CD4060.IQ4Q51oQ6Q7.oTQ8Q9,RERSTQ1 0Q1 2Q1 3Q1 4CD4 06 01 197 5461 4T731 512, 1 0-II1 2CD4060是由一振蕩器和14級二 進(jìn)制串行計數(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，計數(shù)器清零且振蕩器停止工作，所有 的計數(shù)器均為主-從觸發(fā)器,在 o和 o

14、的下降沿，計數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計 數(shù),在時鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器 對時鐘的上升和下降時間無限制。圖14 （CD4060的RC典型振蕩）14圖15為CD4060勺引腳圖，引腳功能如下： I時鐘輸入端 o時鐘輸出端 o反向時鐘輸出端RESET復(fù)位端Q4-Q10,Q11-Q14 計數(shù)器輸出端Q14第14級計數(shù)器反相輸出端VDD正電源VSS地Q12Q13Q14Q6Q5Q7Q4VS5LdLJbJE叵叵 LJF1圖15CD4060通過外部簡單的RC元件，可實現(xiàn)RC振蕩，其振蕩頻率計算公式 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。雙重數(shù)據(jù)觸發(fā)器C

15、D4013LJEhJLIldEBEO111sD T sE Vs圖16IBVDCCLOCK 2RESET 2CD4013是由具有置位（SET）和復(fù) 位（RESET）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 鐘輸入的低電平讀入，以高電平傳輸?shù)?輸出端Q。置位和復(fù)位，通過把各自的 輸入做成高電平，能夠獨立地進(jìn)行時鐘圖16為CD4013的引腳圖，圖17 為CD4013的內(nèi)部框圖VSSSET 1D1CLOCK 1RESET 1SET 202CLOCK2322RESET 2圖17計數(shù)器仿真圃 m nni | 喝7(JOfr -SB爭務(wù)！J | *|T I圖18三、制作調(diào)試1、按原理圖和各

16、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 90%RH時，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點的頻率，TP-A點的頻率范圍應(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

17、振蕩電路的振蕩頻率調(diào)整為6186Hz （對應(yīng)相對濕度 90% RH）,如果我們把頻率計的探頭直 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），通過4級分頻后的信號為 6186- 16疋 386Hz。（4）頻率比較電路，對濕敏電容輕微哈氣，使?jié)穸仍龃螅瑵穸绒D(zhuǎn)換電路輸出頻率降低，當(dāng)TP-A點的頻率小于TP-C點的頻率時繼電器 K1吸合。4、調(diào)試結(jié)果圖19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20圖

18、21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 時說明，濕敏電容周圍的濕 度大于90% RH，繼電器K1 吸合，警報燈亮起。最后，測試各輸出點的頻率。圖21:檢測的是TP-B與TP-D,即整形、分頻后的波形。5、操作中所遇問題和解決方法(1) 問題：在焊接時，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粗導(dǎo)線，以引出信號。(2) 問題：第一次調(diào)試時，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，怎么哈氣，警示燈