定時(shí)排氣扇課程設(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)器功

2、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(lèi)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)用

3、價(jià)值！ 第一章 電路設(shè)計(jì)1.1電路設(shè)計(jì)方案 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1-1。圖1.1 方案一實(shí)驗(yàn)電路圖但此電路時(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

4、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1-2所示： 圖1.2 方案二實(shí)驗(yàn)電路圖1.2工作原理我選擇方案二，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

5、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，

6、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

7、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

8、。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)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

9、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。第二章 定時(shí)排氣扇功能及元器件介紹2.1.1基本

10、功能實(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。2.12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 2.2元?dú)饧榻B和元件清單2.2.1 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)及工作原理。一、555定時(shí)器介紹。1、555 定時(shí)器是一個(gè)模擬與數(shù)字混合型的集成電路。按其工分雙:極型和CMOS 型兩類(lèi)，其應(yīng)用非常廣泛。2、原理及結(jié)構(gòu)。 555定時(shí)器內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2 簡(jiǎn)單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1.2所示。三個(gè)5k串聯(lián)，作為分壓器為比較器C1，C2提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端5 懸空時(shí)，比較器C

11、1和C2的基準(zhǔn)電壓分別為2VCC/3和VCC/3 VI1比較器C1信號(hào)輸入端，稱(chēng)閾值輸入端：VI2比較器C2信號(hào)輸入端，稱(chēng)觸發(fā)輸入端；當(dāng)控制電壓端5 外接電壓VOC，比較器C1，C2的基準(zhǔn)電壓變?yōu)閂OC和VOC/2 。比較器C1和C2的輸出控制SR鎖存器和放電三極管T的狀態(tài)。放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時(shí)器時(shí)，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。RD為直接復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端VO即為低電平。當(dāng)VI1>2VCC3 VI2> VCC/3 時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置0 ，放電三極

12、管T導(dǎo)通，輸出端VO為低電平。當(dāng)VI1<2VCC3 ，VI2<VCC/3 時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置1 ，放電三極管截止，輸出端VO即為高電平。當(dāng)VI1<2VCC3 ，VI2>VCC/3 時(shí)，簡(jiǎn)單SR鎖存器S=1,R=1,鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。3.電路功能。綜合上述分析，可得555 定時(shí)器功能表：2.2.2由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器電路結(jié)構(gòu)圖及工作原理1、占空比不可調(diào)的用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器（如圖3.2.1），接通電源后，電容C1被充電，當(dāng)VC 上升到2VCC3 時(shí)，使VO為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通

13、，此時(shí)電容C1通過(guò)R2 和 T放電，VC 下降。當(dāng)VC下降到VCC/3 時(shí)，VO 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C1放電所需時(shí)間為： tpL= R2Cln20.7R2C1當(dāng)放點(diǎn)結(jié)束時(shí)，T截止，VCC 將通過(guò)R1 、 R2 向電容C1充電，VC 由VCC/3上升到2VCC3 所需時(shí)間為：tpL=(R1 + R2)Cln20.7(R1 + R2)C1當(dāng)VC 上升到2VCC3 時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。電路的工作波形如圖3.2.1（b），其振蕩頻率為： =1/(tpL + tpH) 1.43/(R1 + 2R2)C12、占空比可調(diào)的要實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)，則采

14、用圖 3.2.2所示電路。因電路中二極管D1 、D2 的單向?qū)щ娞匦?，使電容器C1的充放電回路分開(kāi)，調(diào)節(jié)電位器 R2 ，就可調(diào)節(jié)多諧振蕩器的占空比。圖中，VCC 通過(guò)RA 、D1 向電容C1 充電，充電時(shí)間為：tpH0.7 RAC電容器C1通過(guò)D2 、RB 及 555 中的三極管T放電，放電時(shí)間為：tpL0.7 RBC因而，振蕩頻率為：=1/(tpL + tpH) 1.43/(RA + RB)C電路輸出波形的占空比為：q(%)=RA * 100%/( RA + RB)2.2.3 CD4017 1、CD4017電路結(jié)構(gòu)及工作原理 CD4017實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)555定時(shí)器發(fā)來(lái)的信號(hào)采集，也即對(duì)高低電

15、平的方波進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。CD4017：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器脈沖分配器，CD4017 是5 位Johnson 計(jì)數(shù)器，具有10 個(gè)譯碼輸出端，CPCRINH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制。INH 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。引出端功能符號(hào)：CP：時(shí)鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地下圖為CD4017接入電路的情況：如上圖所述，14腳接定時(shí)器的3腳，13腳接地，每當(dāng)方波由低電平變?yōu)楦唠娖降纳仙厥怯?jì)時(shí)器加1，Q0-Q9腳對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)的0

16、、1、2、3、4、5、6、7、8、9、CO腳是進(jìn)位腳，當(dāng)計(jì)數(shù)到10時(shí)就進(jìn)位，例如計(jì)數(shù)2次，則Q2端口輸出高電平，計(jì)數(shù)4次則Q4端口輸出高電平，電壓在3.5V左右，發(fā)光二極管需接一電阻起限壓作用。這樣由555定時(shí)器發(fā)來(lái)的方波每個(gè)周期計(jì)數(shù)一次，就有一個(gè)燈被點(diǎn)亮，當(dāng)方波持續(xù)則燈依次被點(diǎn)亮形成流水狀，實(shí)現(xiàn)流水燈的功能。2.2.4 繼電器1、原理：一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就

17、會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。 2.3 元件清單：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) 0.01uF 1個(gè)電阻 1.1M 1個(gè) 240k 1個(gè) 1k 3個(gè) 10k 1個(gè) 100

18、k 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) 第三章 PCB板的制作3.1.1 Protel原理圖3.1.2 PCB圖 3.2 .1 手工焊接步驟（1）準(zhǔn)備。將被焊件、電烙絲、焊錫絲、烙鐵架等準(zhǔn)備好，并放置在便于操作的地方。焊接前要加熱到能熔錫的烙鐵頭放在松香或蘸水海棉上輕輕擦拭，以除去氧化物殘?jiān)蝗缓蟀焉倭康暮噶虾椭竸┘拥角鍧嵉睦予F頭上，讓烙鐵隨時(shí)處于可焊接狀態(tài)。（2）加熱被焊件。將烙鐵頭放置在被焊件的焊接點(diǎn)上，使接點(diǎn)上升溫。若烙鐵頭上帶有少量焊料（在準(zhǔn)備階段時(shí)帶上），可使烙鐵頭的熱量較快地傳到焊點(diǎn)上。（3）熔化焊料。將焊接點(diǎn)加熱到一定溫度后，用焊錫絲觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲

19、應(yīng)從烙鐵頭的對(duì)稱(chēng)側(cè)加入，而不是直接加在烙鐵頭上。（4）移開(kāi)焊錫絲。當(dāng)焊錫絲適量熔化后，迅速移開(kāi)焊錫絲。（5）移開(kāi)烙鐵。當(dāng)焊接點(diǎn)上的焊料流散接近飽滿，助焊劑尚未完全揮發(fā)，也就是焊接點(diǎn)上的溫度最適當(dāng)、焊錫最光亮、流動(dòng)性最強(qiáng)的時(shí)刻，迅速拿開(kāi)烙鐵頭。移開(kāi)烙鐵頭的時(shí)機(jī)、方向和速度，決定著焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量。正確的方法是先慢后快，烙鐵頭沿45°角方向移動(dòng)，并在將要離開(kāi)焊接點(diǎn)時(shí)快速往回一帶，然后迅速離開(kāi)焊接點(diǎn)。注：對(duì)熱容量小的焊件，可以用三步焊接法，即焊接準(zhǔn)備 加熱被焊部位并熔化焊料撤離烙鐵和焊料。3.3 注意事項(xiàng)1 電源、地線的處理 既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮

20、不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、 地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理 數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來(lái)說(shuō)，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。第四章 電路板的調(diào)試4.1 555多諧振蕩器的調(diào)試吸取了以前做電子產(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。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