課程設(shè)計(jì)定時(shí)排氣扇設(shè)計(jì)

1、前 言 電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。很多電路要使用555來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，在電路應(yīng)用中主要用來(lái)做定時(shí)器,可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本次課設(shè)的要求就是利用555和一些輔助器件來(lái)完成簡(jiǎn)易的定時(shí)排氣扇。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來(lái)做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見(jiàn)計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)是何其重要的。本次設(shè)計(jì)就用到了計(jì)時(shí)器

2、功能。室內(nèi)長(zhǎng)期不通風(fēng)對(duì)人的身體有害，但若是一直開(kāi)著排氣扇，不能節(jié)約電能，也是不合理的。因此，應(yīng)做到定式排氣，并自動(dòng)切斷電源。做為電子系的大學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)理論，更要將理論所學(xué)運(yùn)用到實(shí)際。自動(dòng)定時(shí)循環(huán)排氣扇控制器，可用來(lái)對(duì)家庭居室的排氣扇進(jìn)行定時(shí)循環(huán)控制，它既可對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行定時(shí)清潔凈化，又省去人工控制。只要按照實(shí)際需要設(shè)定好排氣時(shí)間和間歇時(shí)間，排氣扇就會(huì)按照設(shè)定好的程序和時(shí)間，自動(dòng)循環(huán)地工作下去。同時(shí)該控制器還可根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)程序和時(shí)間，自動(dòng)切斷工作電源，這樣既能實(shí)現(xiàn)控制目的，又不浪費(fèi)電能。此控制器不僅可以用在排氣扇上,只要實(shí)現(xiàn)類似功能的電路都可使用.且成本低廉,制作簡(jiǎn)單,操作方便，非常具有實(shí)

3、用價(jià)值！ 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：定時(shí)排氣扇2、設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)總定時(shí)時(shí)間8小時(shí)（可以調(diào)節(jié)，用發(fā)光二極管顯示），占空比可調(diào)的間歇排氣。3、電路組成框圖 555占空比可調(diào)電路，定時(shí)與控制排氣扇間歇工作計(jì)數(shù)電路排氣扇工作電路第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇方案一：本方案由排氣扇、定時(shí)控制電路和間歇控制電路組成。首先由定時(shí)控制電路控制總定時(shí)即排氣扇總工作時(shí)間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)改變定時(shí)時(shí)間。間歇控制電路控制排氣的工作和間歇時(shí)間，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)改變其時(shí)間。本設(shè)計(jì)排氣扇的效果用發(fā)光二極管來(lái)顯示，二極管亮表示排氣扇工作，滅則表示不工作。其電路圖如圖2-1。圖2.1 方案一實(shí)驗(yàn)電路圖但此

4、電路時(shí)由兩個(gè)多諧振蕩器串聯(lián)而成，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析其信號(hào)不穩(wěn)定，致使時(shí)間也不穩(wěn)定，所以我放棄了這個(gè)方案。方案二：本方案除了工作電源外由兩部分組成，一部分是對(duì)排氣扇進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)停控制的自動(dòng)循環(huán)控制器，另一部分是對(duì)開(kāi)停次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器。定時(shí)循環(huán)開(kāi)停時(shí)間控制器由555時(shí)基集成電路組成，在電路中，555時(shí)基集成電路被連接成脈沖占空比可調(diào)的超低頻多諧振蕩器。其電路圖如圖2-2所示： 圖2.2 方案二實(shí)驗(yàn)電路圖第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理作者選擇的是方案二，該方案中555時(shí)基集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)電路振蕩的主要原理是，由電源通過(guò)接在電路的7、6、2腳間的電阻器R1,R2對(duì)接至地端的電容器C1的充、放電過(guò)程，與

5、3個(gè)引腳各自功能相配合來(lái)完成的。在前面已介紹過(guò)的振蕩電路中，電容器C1的充電是通過(guò)R1、R2與C1的接地端形成回路的；而電容器的放電則是C1的正極通過(guò)R2到7腳完成的。只要將電路中R1、R2與C1的數(shù)值設(shè)定好，則振蕩電路的振蕩頻率和脈沖占空比就是固定不可變的。而在本電路中則不同，由于在電路中加人了二極管VDl、VD2和可調(diào)電位器RP，情況就改變了。在這個(gè)振蕩電路中雖然它的振蕩頻率是不可變的，但其脈沖的占空比是可以通過(guò)RP進(jìn)行調(diào)節(jié)而改變的。這是由于加人了二極管后，電容器C1的充、放電回路與前不同了。其中充電回路變?yōu)橛呻娫赐ㄟ^(guò)Rl, RP的上半段、VD2到電容器Cl。而電容器的放電回路則由電容的正

6、極通過(guò)VD1, R2和RP的下半段到7腳。電路中的電容器C1為固定不變的，但它的充、放電電阻值是可以通過(guò)調(diào)節(jié)RP的位置來(lái)改變的。由于振蕩脈沖的占幸比是由電容器充、放電時(shí)間的差異形成的，當(dāng)RP的動(dòng)臂移向下方時(shí)，使充電電阻的阻值增大，同時(shí)使放電電阻器一的阻值減小同一數(shù)值。其結(jié)果是電容器充電的時(shí)間延長(zhǎng)；而放電時(shí)間縮短，振蕩脈沖的占空比變大了。反之，當(dāng)RP的動(dòng)臂向上調(diào)節(jié)時(shí)，電容器的充電時(shí)間縮短；而放電時(shí)間被延，長(zhǎng)，振蕩脈沖的占空比變小。在本電路中，在接通電源之初，由于C1剛開(kāi)始充電，其上端的電壓小于Vp/3，ICl的3腳輸出高電平。這時(shí)VL2發(fā)光指示，繼電器K2線圈不通電，所以KZ保持靜態(tài)。但這一高電

7、平在形成之初便通過(guò)C3向IC2的CP端輸人一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使IC2的輸出端前移一位。隨后電容器C1進(jìn)人充電狀態(tài)，而輸出端3則保持高電平。直到C1充電使其正端電壓達(dá)到2 VDD /3時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3變?yōu)榈碗娖健＿@時(shí)繼電器K2通電吸合，將排氣扇的工作電源接通，排氣扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。工作狀態(tài)指示燈VL1發(fā)光指示。隨后C1立即轉(zhuǎn)人放電過(guò)程，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)C1正端電壓下降到Vm /3時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3又恢復(fù)高電平，繼電器K2斷電釋放，排氣扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電路進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)期。雖然R1的電阻值遠(yuǎn)大于R2的電阻值，但因RP為共用元件，當(dāng)RP的動(dòng)臂旋至R2一端時(shí)，R1RP的電阻值遠(yuǎn)大于R2的電阻值。這時(shí)C1的

8、充電時(shí)間遠(yuǎn)大于放電時(shí)間，輸出脈沖的占空比最大，排氣扇的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于停歇時(shí)間。當(dāng)RP的動(dòng)臂旋至R1端時(shí)，R1的電阻值又小于R2RP的電阻值。這時(shí)電容器C1的充電時(shí)間略小于放電時(shí)間，輸出脈沖的占空比為最小。排氣扇的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大于停歇時(shí)間。工作電源控制器由IC2和繼電器K1組成，它通過(guò)對(duì)排氣扇運(yùn)轉(zhuǎn)周期的計(jì)數(shù)，確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的工作次數(shù)后，通過(guò)繼電器K1切斷排氣扇并包括整個(gè)控制電路的工作電源。該電路由ICZ、繼電器K1、SB2和SBI組成。IC2為CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路中用它的輸出端Q0一Q7來(lái)控制繼電器KI的吸合與斷開(kāi)。當(dāng)Q0一Q7中只要有一個(gè)輸出高電平，繼電器K1就不會(huì)

9、斷開(kāi)。當(dāng)電路被接通電源后，Q0就輸出高電平使VT導(dǎo)通，繼電器K1吸合。在隨后的工作過(guò)程中，雖然輸出端會(huì)由Q0, Q1、Q2.、Q7變化，但VT的導(dǎo)通狀態(tài)不會(huì)變化，直到Q8輸出高電平使計(jì)數(shù)器復(fù)位。IC2的計(jì)數(shù)脈沖取自ICI的輸出，每當(dāng)ICI輸出一個(gè)脈沖周期，IC2便計(jì)數(shù)一次，其輸出端即前移一位。如果未加預(yù)置，則當(dāng)排氣扇運(yùn)轉(zhuǎn)七個(gè)周期后就會(huì)被切斷工作電源而停止工作。SB2為預(yù)置按鈕，每按動(dòng)一次按鈕便向IC2輸人一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，輸出端即前移一位，余下的工作周期就會(huì)減少一次。所謂預(yù)置便是通過(guò)預(yù)置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。該電路在使用時(shí)，首先按下起動(dòng)按鈕SB1接通控制電路的工作電源，這時(shí)IC2的偽輸出高電平

10、使VT導(dǎo)通，繼電器K1通電吸合后通過(guò)K1將電源開(kāi)關(guān)自鎖，使電路進(jìn)人工作狀態(tài)并一直保持。本電路中IC1輸出脈沖的周期為1h，可通過(guò)RP的調(diào)節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開(kāi)停時(shí)間。第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 圖4.1 單元電路設(shè)計(jì)圖參數(shù)計(jì)算：T（總）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69×(1.1×+1×+0.24×)×2.2×3600s器件選擇：NE555 1個(gè)CD4017 1個(gè)發(fā)光二極管 10個(gè)（紅色：9個(gè) 綠色：1個(gè)）二極管1N4001 4個(gè)三極管3DG12 1個(gè)電容 2200uF 1個(gè) 0.1uF 2個(gè) 0.

11、01uF 1個(gè)電阻 1.1M 1個(gè) 240k 1個(gè) 1k 3個(gè) 10k 1個(gè) 100k 1個(gè)滑動(dòng)變阻器1M 1個(gè)電磁繼電器開(kāi)關(guān) 2個(gè) 由555多諧振蕩器輸出的方波如下圖 ： 圖4.2 555多諧振蕩器輸出波形第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析吸取了以前只做電子產(chǎn)品時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，在焊接時(shí)，每焊接一個(gè)元器件都用萬(wàn)用表測(cè)試是否虛焊，在檢查確認(rèn)整個(gè)電路焊接完整，沒(méi)有漏焊后，接通電源，進(jìn)行調(diào)試。 調(diào)試： 問(wèn)題一：開(kāi)始時(shí)的電壓選為12V，現(xiàn)象應(yīng)該為：排氣扇不工作時(shí)紅燈亮，而工作時(shí)綠燈亮。在接通電源后，卻發(fā)現(xiàn)兩盞燈都有亮，這和應(yīng)得到的現(xiàn)象相違背。于是用萬(wàn)用表檢查電路時(shí)哪里出現(xiàn)了問(wèn)題。反復(fù)檢查電路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)校

12、發(fā)的穩(wěn)壓二極管燒壞了，發(fā)現(xiàn)555芯片的3腳在低電平時(shí)電壓就已經(jīng)達(dá)到了3V多，而電磁繼電器的電壓只有9V。最后把電源電壓改成了9V，同時(shí)更換了二極管并接通了電源，兩盞燈交替亮起來(lái)，這和設(shè)計(jì)結(jié)果相符。 問(wèn)題二：在做仿真的時(shí)候，只需將CD4017芯片的時(shí)鐘使能端架空，工作一周后它就不再計(jì)數(shù)了。但是當(dāng)接通電源查看后，卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果與仿真的不同，它一直循環(huán)工作。經(jīng)過(guò)查找資料等，作者將芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通電源進(jìn)行測(cè)試，達(dá)到了預(yù)想的效果。第六章 收獲與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的課題為定時(shí)排氣扇，既然要求只是定時(shí)和間歇功能，腦海里第一個(gè)想到的就是555電路。基于課題要求的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短，通過(guò)公式計(jì)算確立了

13、電路圖中的參數(shù)，并借助mutisim仿真軟件進(jìn)行理論測(cè)驗(yàn)，基本得到初步效果剛開(kāi)始所設(shè)計(jì)的電路圖仿真結(jié)果可以得出效果。 在開(kāi)始做這個(gè)課設(shè)的時(shí)候?qū)嶒?yàn)后不會(huì)來(lái)事，想想自己出來(lái)問(wèn)題，并且是很大的問(wèn)題,首先的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始就沒(méi)有設(shè)計(jì)好每一步該怎么做！后來(lái)想想自己沒(méi)有用mutisim仿真軟件來(lái)仿真，其次沒(méi)有把電力路線布置的美觀，沒(méi)有把實(shí)驗(yàn)的草圖畫(huà)的很清楚！焊接也不美觀！這個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題發(fā)生了！而把電路板上得器件拆下卻是很糾結(jié)的！和同組人商量下，下決心去找找看有沒(méi)有剩余的器件！在同學(xué)的幫助下 ，找完所需的器件！重新開(kāi)始第二次實(shí)驗(yàn) ，用了一個(gè)上午，試了下 ，成功了，搞定了！ 還有，焊接時(shí)要確保焊接質(zhì)量,不然產(chǎn)品很容易

14、出問(wèn)題。虛焊、漏焊都會(huì)使得產(chǎn)品無(wú)法正常工作，再進(jìn)行檢修將花費(fèi)大量時(shí)間。此次課設(shè)是兩人一組完成的，那就必須有良好的合作精神。因?yàn)橐呀?jīng)搭檔過(guò)很多次，與同組人已有很好的默契，制作產(chǎn)品過(guò)程還是比較順利的。在遇到問(wèn)題時(shí)更加需要合作，因?yàn)閮蓚€(gè)人的是視角不一樣的，檢查到的方面更加廣。 任何問(wèn)題總有解決的辦法，在遇到問(wèn)題時(shí)必須沉住氣，冷靜思考問(wèn)題所在，該重來(lái)也不要怕 ，失敗乃成功之母，盡量解決問(wèn)題才是真。經(jīng)過(guò)查閱資料和老師的幫助，電路基本圓滿的完成了；但還是發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如對(duì)電路整體的布局不夠好，著在以后還有待提高。參考文獻(xiàn)1.中國(guó)集成電路大全編寫(xiě)委員會(huì)，中國(guó)集成電路大全TTL集成電路，北京國(guó)防工業(yè)出版社，19852.孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊(cè)TTL電路電子工業(yè)出版社，19893.王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版）.北京：高等教育出版社，19994.楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)（第二版）.北京：高等教育出版社，20005.胡宴如.高頻電子線路（第三版）.北京：高等教育出版社，20056.鄧云祥.孟勁松.蘇燕辰.數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005年03期7.魯欣,趙亦工,徐秀紅.數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案的比較與選擇.北京：信息產(chǎn)業(yè)部電子第六研究所，2002附錄一：附錄圖1 芯片CD4017B附錄圖2 CD