课程设计定时排气扇设计
. 自动定时排气扇 前 言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 很多电路要使用555来产生一个脉冲，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，在电路应用中主要用来做定时器,可构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器。本次课设的要求就是利用555和一些辅助器件来完成简易的定时排气扇。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。本次设计就用到了计时器功能。 室内长期不通风对人的身体有害，但若是一直开着排气扇，不能节约电能，也是不合理的。因此，应做到定式排气，并自动切断电源。做为电子系的大学生不仅要学习理论，更要将理论所学运用到实际。 自动定时循环排气扇控制器，可用来对家庭居室的排气扇进行定时循环控制，它既可对室内空气进行定时清洁净化，又省去人工控制。只要按照实际需要设定好排气时间和间歇时间，排气扇就会按照设定好的程序和时间，自动循环地工作下去。同时该控制器还可根据设定好的定时程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目的，又不浪费电能。此控制器不仅可以用在排气扇上,只要实现类似功能的电路都可使用.且成本低廉,制作简单,操作方便，非常具有实用价值！ 第一章 设计内容及要求1、设计内容：定时排气扇 2、设计要求：实现总定时时间8小时（可以调节，用发光二极管显示），占空比可调的间歇排气。3、电路组成框图 555占空比可调电路，定时与控制排气扇间歇工作计数电路排气扇工作电路第二章 系统设计方案选择方案一：本方案由排气扇、定时控制电路和间歇控制电路组成。首先由定时控制电路控制总定时即排气扇总工作时间，可以通过调节滑动变阻器来改变定时时间。间歇控制电路控制排气的工作和间歇时间，也可以通过调节滑动变阻器来改变其时间。本设计排气扇的效果用发光二极管来显示，二极管亮表示排气扇工作，灭则表示不工作。其电路图如图2-1。 图2.1 方案一实验电路图但此电路时由两个多谐振荡器串联而成，由实验结果分析其信号不稳定，致使时间也不稳定，所以我放弃了这个方案。方案二：本方案除了工作电源外由两部分组成，一部分是对排气扇进行自动开停控制的自动循环控制器，另一部分是对开停次数进行计数的电子计数器。定时循环开停时间控制器由555时基集成电路组成，在电路中，555时基集成电路被连接成脉冲占空比可调的超低频多谐振荡器。其电路图如图2-2所示： 图2.2 方案二实验电路图 第三章 系统的组成及工作原理作者选择的是方案二，该方案中555时基集成电路能够实现电路振荡的主要原理是，由电源通过接在电路的7、6、2脚间的电阻器R1,R2对接至地端的电容器C1的充、放电过程，与3个引脚各自功能相配合来完成的。在前面已介绍过的振荡电路中，电容器C1的充电是通过R1、R2与C1的接地端形成回路的；而电容器的放电则是C1的正极通过R2到7脚完成的。只要将电路中R1、R2与C1的数值设定好，则振荡电路的振荡频率和脉冲占空比就是固定不可变的。而在本电路中则不同，由于在电路中加人了二极管VDl、VD2和可调电位器RP，情况就改变了。在这个振荡电路中虽然它的振荡频率是不可变的，但其脉冲的占空比是可以通过RP进行调节而改变的。这是由于加人了二极管后，电容器C1的充、放电回路与前不同了。其中充电回路变为由电源通过Rl, RP的上半段、VD2到电容器Cl。而电容器的放电回路则由电容的正极通过VD1, R2和RP的下半段到7脚。电路中的电容器C1为固定不变的，但它的充、放电电阻值是可以通过调节RP的位置来改变的。由于振荡脉冲的占幸比是由电容器充、放电时间的差异形成的，当RP的动臂移向下方时，使充电电阻的阻值增大，同时使放电电阻器一的阻值减小同一数值。其结果是电容器充电的时间延长；而放电时间缩短，振荡脉冲的占空比变大了。反之，当RP的动臂向上调节时，电容器的充电时间缩短；而放电时间被延，长，振荡脉冲的占空比变小。在本电路中，在接通电源之初，由于C1刚开始充电，其上端的电压小于Vp/3，ICl的3脚输出高电平。这时VL2发光指示，继电器K2线圈不通电，所以KZ保持静态。但这一高电平在形成之初便通过C3向IC2的CP端输人一个计数脉冲，使IC2的输出端前移一位。随后电容器C1进人充电状态，而输出端3则保持高电平。直到C1充电使其正端电压达到2 VDD /3时，电路翻转，输出端3变为低电平。这时继电器K2通电吸合，将排气扇的工作电源接通，排气扇开始运转。工作状态指示灯VL1发光指示。随后C1立即转人放电过程，经过一段时间，当C1正端电压下降到Vm /3时，电路翻转，输出端3又恢复高电平，继电器K2断电释放，排气扇停止运转，电路进入下一个循环期。虽然R1的电阻值远大于R2的电阻值，但因RP为共用元件，当RP的动臂旋至R2一端时，R1RP的电阻值远大于R2的电阻值。这时C1的充电时间远大于放电时间，输出脉冲的占空比最大，排气扇的运转时间小于停歇时间。当RP的动臂旋至R1端时，R1的电阻值又小于R2RP的电阻值。这时电容器C1的充电时间略小于放电时间，输出脉冲的占空比为最小。排气扇的运转时间大于停歇时间。工作电源控制器由IC2和继电器K1组成，它通过对排气扇运转周期的计数，确定和控制排气扇的工作次数。当到达预定的工作次数后，通过继电器K1切断排气扇并包括整个控制电路的工作电源。该电路由ICZ、继电器K1、SB2和SBI组成。IC2为CD4017十进制计数器，电路中用它的输出端Q0一Q7来控制继电器KI的吸合与断开。当Q0一Q7中只要有一个输出高电平，继电器K1就不会断开。当电路被接通电源后，Q0就输出高电平使VT导通，继电器K1吸合。在随后的工作过程中，虽然输出端会由Q0, Q1、Q2.、Q7变化，但VT的导通状态不会变化，直到Q8输出高电平使计数器复位。IC2的计数脉冲取自ICI的输出，每当ICI输出一个脉冲周期，IC2便计数一次，其输出端即前移一位。如果未加预置，则当排气扇运转七个周期后就会被切断工作电源而停止工作。SB2为预置按钮，每按动一次按钮便向IC2输人一个计数脉冲，输出端即前移一位，余下的工作周期就会减少一次。所谓预置便是通过预置减少排气扇的工作循环次数。该电路在使用时，首先按下起动按钮SB1接通控制电路的工作电源，这时IC2的伪输出高电平使VT导通，继电器K1通电吸合后通过K1将电源开关自锁，使电路进人工作状态并一直保持。本电路中IC1输出脉冲的周期为1h，可通过RP的调节改变脉冲的占空比，从而改变排气扇的开停时间。 第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择 图4.1 单元电路设计图参数计算：T（总）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69×(1.1×+1×+0.24×)×2.2×3600s器件选择：NE555 1个CD4017 1个发光二极管 10个（红色：9个 绿色：1个）二极管1N4001 4个三极管3DG12 1个电容 2200uF 1个 0.1uF 2个 0.01uF 1个电阻 1.1M 1个 240k 1个 1k 3个 10k 1个 100k 1个滑动变阻器1M 1个电磁继电器开关 2个 由555多谐振荡器输出的方波如下图 ： 图4.2 555多谐振荡器输出波形 第五章 实验、调试及测试结果与分析 吸取了以前只做电子产品时的经验，在焊接时，每焊接一个元器件都用万用表测试是否虚焊，在检查确认整个电路焊接完整，没有漏焊后，接通电源，进行调试。 调试： 问题一：开始时的电压选为12V，现象应该为：排气扇不工作时红灯亮，而工作时绿灯亮。在接通电源后，却发现两盏灯都有亮，这和应得到的现象相违背。于是用万用表检查电路时哪里出现了问题。反复检查电路，结果发现，学校发的稳压二极管烧坏了，发现555芯片的3脚在低电平时电压就已经达到了3V多，而电磁继电器的电压只有9V。最后把电源电压改成了9V，同时更换了二极管并接通了电源，两盏灯交替亮起来，这和设计结果相符。 问题二：在做仿真的时候，只需将CD4017芯片的时钟使能端架空，工作一周后它就不再计数了。但是当接通电源查看后，却发现结果与仿真的不同，它一直循环工作。经过查找资料等，作者将芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通电源进行测试，达到了预想的效果。 第六章 收获与体会 本次课程设计的课题为定时排气扇，既然要求只是定时和间歇功能，脑海里第一个想到的就是555电路。基于课题要求的定时时间长短，通过公式计算确立了电路图中的参数，并借助mutisim仿真软件进行理论测验，基本得到初步效果刚开始所设计的电路图仿真结果可以得出效果。 在开始做这个课设的时候实验后不会来事，想想自己出来问题，并且是很大的问题,首先的实验开始就没有设计好每一步该怎么做！后来想想自己没有用mutisim仿真软件来仿真，其次没有把电力路线布置的美观，没有把实验的草图画的很清楚！焊接也不美观！这个严重的问题发生了！而把电路板上得器件拆下却是很纠结的！和同组人商量下，下决心去找找看有没有剩余的器件！在同学的帮助下 ，找完所需的器件！重新开始第二次实验 ，用了一个上午，试了下 ，成功了，搞定了！ 还有，焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将花费大量时间。此次课设是两人一组完成的，那就必须有良好的合作精神。因为已经搭档过很多次，与同组人已有很好的默契，制作产品过程还是比较顺利的。在遇到问题时更加需要合作，因为两个人的是视角不一样的，检查到的方面更加广。 任何问题总有解决的办法，在遇到问题时必须沉住气，冷静思考问题所在，该重来也不要怕 ，失败乃成功之母，尽量解决问题才是真。经过查阅资料和老师的帮助，电路基本圆满的完成了；但还是发现了一些问题，比如对电路整体的布局不够好，着在以后还有待提高。 参考文献1.中国集成电路大全编写委员会，中国集成电路大全TTL集成电路，北京国防工业出版社，19852.孙人杰.电路数据手册TTL电路电子工业出版社，19893.王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.北京：高等教育出版社，19994.杨志忠.数字电子技术（第二版）.北京：高等教育出版社，20005.胡宴如.高频电子线路（第三版）.北京：高等教育出版社，
