家用換氣扇自動控制電路設計畢業(yè)設計講解

1、信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書（論文）設計（論文）題目:家用換氣扇自動控制電路設計專 業(yè):應用電子技術(shù)班 級:學 號:姓 名:指導教師:二 00九年十二月五日信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）任務書學生學號姓名學號班級應電班級07-2專業(yè)應用電子技術(shù)設計（或論文）題目家用換氣扇自動控制電路的設計指導教師姓名職稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備注設計（論文）內(nèi)容：1、查閱NE555氣敏傳感器相關(guān)資料，了解此方面的發(fā)展狀況；2、采用合理的控制方案；3、設計、實現(xiàn)該系統(tǒng)；4、撰寫設計報告。進度安排：37周：根據(jù)要求設計出方框圖和原理電路圖，根據(jù)電路分析其工作原理；810周：根據(jù)電路準備電子元件；1114

2、周：制作出電路板，安裝并調(diào)試，測試出相應的技術(shù)指標；1518周：根據(jù)調(diào)試分析其優(yōu)缺點和提出整改措施，完成論文。主要參考文獻、資料：:1高吉祥電子技術(shù)基礎實驗與課程設計北京：電子工業(yè)出版社，2002年:2彭介華.電子技術(shù)課程設計指導.北京：高等教育出版社，1997年:3畢滿清電子技術(shù)實驗與課程設計北京：機械工業(yè)出版社，2001年:4肖景和.555集成電路應用精粹北京：人民郵電出版社，2007年:5張玉蓮傳感器與自動檢測技術(shù)北京：機械工業(yè)出版社，2007年審 批 意 見教研室負責人：年 月日摘要1第1章緒論2.第2章設計框圖及電路系統(tǒng)概述 .32.1目的3.2.2基本部分3.2.3發(fā)揮部分3.2.

3、4設計框圖3.2.5各個單元框圖原理分析4.第3章電源電路.6.3.1電路原理圖6.3.2工作原理分析6.第4章溫度傳感器和煙霧傳感器的工作原理 74.1溫度傳感器 7.半導體熱敏電阻 7.熱敏電阻的特性 7.4.2氣敏傳感器8.第5章控制電路原理及其中關(guān)鍵元器件的介紹 1 05.1控制電路的原理圖105.2工作原理分析1.0第6章555芯片的介紹 1.16.1電路組成1.16.2工作原理 15第7章家用換氣扇自動控制電路原理 1.77.1家用換氣扇的整機圖 177.2家用換氣扇的原理分析 17第8章電路的仿真1.88.1氣敏傳感器工作的仿真 18仿真電路現(xiàn)象18仿真現(xiàn)象的分析188.2溫度傳

4、感器工作的仿真19仿真電路現(xiàn)象19仿真現(xiàn)象的分析198.3不工作電路20仿真電路現(xiàn)象 20仿真現(xiàn)象的分析20總結(jié)21參考文獻22附件1家用換氣扇整機電路23附錄2元器件清單24隨著社會的發(fā)展，保持室內(nèi)空氣清新，從而保證人們的身體健康已受到越來越高 的重視，然而由于種種原因，人們不可能始終關(guān)注室內(nèi)空氣的清新度，因此有必要研究一種自動換氣扇，當室內(nèi)的煙氣達到一定濃度時，自動啟動換氣扇向外抽煙，提供了一種自動換氣扇控制電路，具有自動向外抽煙，并向室內(nèi)送入新鮮空氣等功能。 能夠較好地保持室內(nèi)空氣的清新， 從而保證人們的身體健康，在家庭、辦公室都有較 高的實用價值。該電路由NE555集成塊、氣敏傳感器、

5、溫度傳感器、電源電路、雙 穩(wěn)態(tài)控制電路等組成。由NE555組成施密特電路作為控制電路，用來控制雙向晶閘 管的打開與關(guān)閉，接通和斷開換氣扇的工作電源，使換氣扇開始或停止工作。本控制 電路可根據(jù)室內(nèi)有害氣體濃度的變化或氣溫的變化來實現(xiàn)換氣扇的自動通、斷，從而改善室內(nèi)氣體及氣溫環(huán)境。不僅實用于辦公室、接待室，也同樣實用于臥室、客廳、 茶房、廚房、浴室等。關(guān)鍵詞 換氣扇；NE555集成塊；溫度傳感器；氣敏傳感器第1章緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)家用換氣扇 的自動控制越來越重要，而且貼近我們的實際生活。家用換氣扇已成為人們?nèi)粘Ｉ?中必不可少的必需品，它不需要開關(guān)，當

6、溫度升高或有害氣體濃度高時會自動控制； 廣泛應用于辦公室、臥室、客廳、廚房、浴室等，給人們的身體健康帶來很大的益處。 因此，得到了廣泛的應用。家用換氣扇是利用溫度高低或有害氣體的濃度來控制電路 工作的。由于換氣扇廣泛應用于人們的日常生活中，所以，有很大的重用作用。該電 路在設計時應用了仿真軟件，來進行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們在不知不覺中感受方便。由于近年來我國的家用電器行業(yè)的迅速崛起，中國現(xiàn)在的電器已經(jīng)發(fā)展的很好 了，能自主的生產(chǎn)很多家用電器。家用換氣扇現(xiàn)在也是很多地方常用的， 因為他能避 免有害氣體帶來的危害，在現(xiàn)在來看已經(jīng)很多地

7、方使用，是我國輕工業(yè)對外開放較早 的行業(yè)之一。換氣扇還具有自動、節(jié)能、環(huán)保等完善的實用功能，國際上一些知名品 牌大企業(yè)相繼進入國內(nèi)產(chǎn)銷領域， 使得國內(nèi)競爭國際化。加快綠色、節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā) 推廣和應用是我國目前家用電器材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點。我國家用電器行業(yè)將面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，而由此帶來的巨大商業(yè)利益也成為一些企業(yè)矚目的焦點。第2章 設計框圖及電路系統(tǒng)概述2.1目的1 掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理和各元器件的功能。2 進一步了解家用換氣扇組成框圖和各個單元工作原理及相互聯(lián)系。3掌握自己實際操作動手能力的形成和進一步提高。4 鍛煉自己對所學理論知識和技能的綜合運用能力。5 提高自己對文獻資料

8、的搜索和信息處理能力。6 培養(yǎng)自己對社會普通科學知識的了解。7增強自身的知識見解和設計論文的方法。2.2基本部分1 電源電路，用的是交流電。2 電轉(zhuǎn)換及放大部分，包括它的組成工作原理。3 自動控制部分，包括它的電路及工作原理。4 開關(guān)部分，包括它的組成工作原理。2.3發(fā)揮部分1 可以采用不同的原理來完成。2 可以采用不同的元件來實現(xiàn)個部分的工作。2.4設計框圖為了在公共場所，如茶房等，提供一種方便節(jié)能的換氣扇，設計了一種自動控制 的開關(guān)。通過有害氣體的進入而自動運行， 能消除有害氣體對人們的傷害。根據(jù)設計 電路得到所要完成的功能和達到的效果。圖2-1設計框圖2.5各個單元框圖原理分析1. 電源

9、電路電源電路為整個電路提供需要的電壓。圖中C5、R5、VD4、DW及C4組成電源電路，220V交流電壓經(jīng)VD4整流，C4濾波電容，即利用電容通交阻直作用為下一電 路提供直流電壓，使整個電路開始工作。2. 氣敏傳感器氣敏傳感器QM組成煙霧傳感器，當室內(nèi)煙霧濃度超過一定標準時，它的A、B極間阻值降低，流過的電流增大，通過 VD2使VTi導通。3. 溫度傳感器熱敏電阻RT組成溫度傳感器，當室內(nèi)溫度升高超過一定溫度后，RT阻值變小，流過RT的電流增大，通過 VDi使VTi導通。4. 控制電路NE555組成的施密特電路作為控制電路，用來控制雙向晶閘管的開通與關(guān)閉， 接 通和斷開換氣扇的工作電源，是換氣扇

10、開始或停止工作。5. 雙向晶閘管開關(guān)控制當VTi導通后，它的集電極電壓降低，這一低電壓通過 NE555的腳使其輸出 高電平。這一高電平通過 R4及VD3加至VS的控制極，使VS導通。換氣扇的工作電 源被接通，換氣扇工作。當室內(nèi)溫度降低、空氣清新后，VTi截止，集電極變?yōu)楦唠娖健＿@一高電平通過NE555的腳使其輸出端為低電平。于是 VS關(guān)斷，切斷換氣扇電源，換氣扇停轉(zhuǎn)。RPi用來調(diào)整QM元件加熱電極的工作電壓，通常 5V左右。RP2用來調(diào)節(jié)溫度 起控點，可根據(jù)實際需要調(diào)整，使其在某一溫度下氣控。第3章電源電路3.1電路原理圖II C5IVD4C5殳 XdWIZZJR5220V圖3-1電源電路原理

11、圖3.2工作原理分析簡單介紹一下電源電路中各元器件的功能和作用：VD4是一個整流二極管，對220V交流電壓進行整流。C4是一個濾波電容，其大小O.lu/IOOV對整流220V交流市電壓，進行通交阻直 作用，濾除交流成分，使直流成分為下幾個電路部分提供工作電壓。R5是一個限流電阻，其阻值 R5=270K,相當?shù)拇?，可以看出是一個限流電阻，使 其降壓，防止大電流通過損壞元器件，使電路不能正常工作。C5是一個保護電容，其大小0.47U/400V，它的作用是保護前面的二極管 VD4。同 時與電阻R5并聯(lián)組成RC諧振電路。第4章溫度傳感器和煙霧傳感器的工作原理4.1溫度傳感器溫度傳感器熱電阻測溫是基于金

12、屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。溫度傳 感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的， 它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制 成標準的基準儀。半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導體測溫元件熱敏電阻式利用某 些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為3種類型，即正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及在某一特

13、定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器（CTR），熱敏電阻在電路中的符號如下：Rt圖4-1熱敏電阻的符號熱敏電阻的特性如圖4-1列出了不同種類熱敏電阻的（Rt t）特性曲線。曲線1和曲線2為負溫 度系數(shù)（NTC型）曲線，曲線3和4為正溫度系數(shù)（PTC型）曲線。由圖中可以看 出1、3特性曲線的熱敏電阻，更適用于溫度的測量，而符合 2、4特性曲線的熱敏電 阻因特性曲線變化陡峭則更適用于組成控制開關(guān)電路。與金屬熱電阻相比熱敏電阻的特點是：1 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為金屬電阻的10倍。2結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可測點溫。3電阻率高，熱慣性小，適用于動態(tài)測量4. 易于維護和進行遠距離控制。5. 制造簡

14、單，適用壽命長。6. 互換性差，非線性嚴重。圖4-2各種熱敏電阻的特性曲線1負指數(shù)型NTC 2突變性NTC 3線性型PTC 4突變型PTC4.2氣敏傳感器人類的日常生活和生產(chǎn)活動與周圍的環(huán)境氣氛緊密相關(guān)，氣氛的變化對人類有極大的影響，因而我們需要使用大量的氣敏傳感器來檢測氣體的成分。檢測環(huán)境是否有煙霧和煙霧的濃度，例如檢測起火時的濃煙。煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體， 煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。氣敏傳感器就是能感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種器件，它將氣體的種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待側(cè)氣體在 環(huán)境中訊在情況有關(guān)的

15、信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路 與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。氣敏傳感器是一種基于聲表面波器件波速和頻率隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移的原理制作而成的一種新型的傳感器。氣敏傳感器在電路中的符號如下：CD圖4-3氣敏傳感器的符號421電阻型半導體氣敏傳感器電阻型半導體氣敏傳感器是利用氣體在金屬氧化物半導體表面的氧化和還原反應，導致敏感元器件阻值變化的原理來制作的。當氧化型氣體吸附到N型半導體上,半導體的載流子減少，電阻率上升；當氧化氣體吸附到P型半導體，半導體的載流子 增多，電阻率下降。當還原型氣體吸附到N型半導體上，半導體的載流子增多，電阻率下降；當還原型氣體吸附到

16、 P型半導體上，半導體的載流子減少，電阻率上升。氣敏電阻的材料是金屬氧化物，合成時加敏感材料和催化劑燒結(jié)。金屬氧化物有 N型半導體和P型半導體。通常器件工作在空氣中，由于氧化作用，空氣中的氧被半 導體材料的電子吸附負電荷，結(jié)果半導體材料的傳導電子減少， 電阻增加，使器件處 于高阻狀態(tài)。當氣敏元件與被測氣體接觸時，會與吸附的氧發(fā)生反應，將束縛的電子 釋放出來，敏感膜表面電導增加使元件電阻減小。第5章 控制電路原理及其中關(guān)鍵元器件的介紹5.1控制電路的原理圖R33KrIC NE555R470415VSVcc，且低觸發(fā)端TR-Vcc時，比較器Ci輸出為低電平；3 3C1輸出的低電平將RS觸發(fā)器置于0

17、狀態(tài)，即Q=0，使得定時器的輸出OUT為0, 同時放電管VT導通。122當?shù)陀|發(fā)端TR-Vcc，且低觸發(fā)端TH Vcc時，比較器C輸出為低電平；33C輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為1狀態(tài)，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1, 同時放電管VT截止。2 13當TH 1 Vcc時，定時器的輸出OUT和放電管VT的狀態(tài)保持不3 3變。根據(jù)以上分析，可以得出555定時器的功能表，見表5 1表5-1 555定時器的功能表輸入輸出THTRROUTVT00導通2V V cc33Vcc10導通2v Vcc313Vcc1不變不變2JK 莎 A -i-HTMM4BJ%1141148Al2tJ55f 1ver-1ST

18、GOTH3IMF:1EI啣GHE1NJ02jjqIVDAkV：1k| Hey-DG1=X1ftnPDC 10MQ0J150.V5HXI 12V WVJU?11.V1ZDC 10MD圖8-2溫度傳感器工作的仿真821仿真電路現(xiàn)象換氣扇工作仿真現(xiàn)象的分析當室內(nèi)溫度升高時，Rt的阻值減小，A點電位升高，使Di、Q1通，555則因 腳和腳為低電平而置位，由腳輸出的高電平通過 D4使繼電器導通，換氣扇工作8.3不工作電路7學-4-4?nk!OOJTATHT1TETccmR4 77kCl=i=WnF7N55f|1R5v；t 4Fl 二1 Nd 0(1?J3 4 VOmV LMSCMDC 10MQ&4G5D

19、C 1DMQ11.99ft圖8-3換氣扇不工作的仿真圖831仿真電路現(xiàn)象換氣扇不工作仿真現(xiàn)象的分析當溫度降低、空氣清新時，阻值較大，流過的電流變小，使Di、D2、Qi停止,555則因腳和腳為高電平而復位，由腳輸出的低電平通過D4使繼電器截止，換氣扇不工作。換氣扇如圖，正常情況下，室內(nèi)無有害氣體或其濃度在允許范圍內(nèi)時， QM兩端A、B間運轉(zhuǎn)。通過這次畢業(yè)設計，使我受到了一次應用所學的專業(yè)知識、 專業(yè)技能分析和解決 問題的全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在綜合知識的選用方面，在產(chǎn)品開發(fā)的基本思想、方法 方面，以及在常用電路分析思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。 這

20、次在指導老師的幫助下，在同學的幫助下，基本 上完成了設計任務，在電路分析與設計方面也有了一定的提高， 為今后走上工作崗位 打下了專業(yè)基礎。在這次的畢業(yè)設計中，讓我深深地體會到進行電子產(chǎn)品的開發(fā)不是 一件簡單的事情，它需要設計者具有全面的專業(yè)知識、 縝密的思維、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度 以及較高的分析問題、解決問題的能力，而我在很多方面還有欠缺。最后，我要衷心 感謝老師在我的設計過程中給予我的極大幫助，使我能夠及時、順利地完成此次的畢 業(yè)設計。同時，也要感謝我的老師和同學們在本畢業(yè)設計過程中給予我的支持和幫助。參考文獻1 高吉祥電子技術(shù)基礎實驗與課程設計北京：電子工業(yè)出版社，2002年2 彭介華電子技術(shù)課程設計指導北京：高等教育出版社，1997年3 畢滿清電子技術(shù)實驗與課程設計北京：機械工業(yè)出版社，2001年4 肖景