定時(shí)排氣扇的設(shè)計(jì)

1、摘 要 眾所周知，現(xiàn)在電子產(chǎn)品已經(jīng)在生活的各方面所處可見。 一個(gè)健康的室內(nèi)環(huán)境對居民的身體尤為重要，而現(xiàn)如今居民的廚房在每次烹飪時(shí)都會(huì)伴隨著大量的油煙，而長期不通風(fēng)，會(huì)使室內(nèi)污染指數(shù)大幅度升高，對人體影響很大。自動(dòng)定時(shí)排氣扇，可對家庭居室進(jìn)行定時(shí)排氣，不但可對室內(nèi)空氣進(jìn)行定時(shí)清潔凈化，而且省去人為的控制。只要按照際需要設(shè)定好排氣時(shí)間和間歇時(shí)間，排氣扇就會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間，自動(dòng)工作。同時(shí)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，還能節(jié)省能源。 該電路主要由一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)功能,555構(gòu)成的可調(diào)占空比電路的定時(shí)器,利用其高低電平來控制排氣扇的工作.CD40

2、17的計(jì)數(shù)電路則用于在工作8小時(shí)后切斷電源.而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,制作簡單,操作方便，實(shí)用的價(jià)值還是比較大的！電路簡單、合理、巧妙，能夠很方便地根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量調(diào)整排氣扇的自動(dòng)停止或開啟工作的時(shí)間，并且能夠控制開啟或停止的時(shí)間長短，是一種節(jié)約電能，節(jié)省設(shè)備的理想的定時(shí)排氣扇。關(guān)鍵詞 : 自動(dòng) 定時(shí) 排氣扇 節(jié)能 實(shí)用目 錄前 言- 2 -第一章 定時(shí)排氣扇的設(shè)計(jì)要求- 3 -1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求- 3 -第 二 章 電路設(shè)計(jì)原理及方案- 4 -2.1 總體設(shè)計(jì)思路- 4 -2.2 理論分析與計(jì)算- 4 -2.3 電路設(shè)計(jì)- 5 -24 電路各模

3、塊簡介- 5 -2.4.1 555定時(shí)器電路- 5 -2.4.2 CD4017計(jì)數(shù)器電路- 6 -第三章 電路的焊接與調(diào)試- 8 -3.1 電路的安裝- 8 -3.2電路的調(diào)試- 8 -3.3 測試結(jié)果分析- 8 -第四章 結(jié)論和體會(huì)- 9 -參考文獻(xiàn)- 10 -附 錄- 11 -附錄1：元器件清單- 11 -附錄2：芯片資料- 11 -1.十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017引腳圖管腳及功能表：- 12 -2、NE555管腳圖- 14 -3.繼電器- 15 -附錄3：電路原理圖- 16 -前 言數(shù)電課程設(shè)計(jì)是將理論知識(shí)與實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，試一次真真考驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)是真正鍛煉和提高

4、學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。 生活中計(jì)時(shí)器已在諸多領(lǐng)域有所應(yīng)用，且實(shí)用性很強(qiáng)。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、行人燈等等，所以，計(jì)時(shí)器在生活中還是很重要的。本次設(shè)計(jì)就用到了計(jì)時(shí)器功能。 室內(nèi)的通風(fēng)對人體的健康非常重要，但若是一直開著排氣扇，不但與當(dāng)今建立節(jié)約型社會(huì)相矛盾，而且也存在一定的缺陷。因此，應(yīng)做到定式排氣，并自動(dòng)切斷電源。作為該專業(yè)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。 本次課程設(shè)計(jì)要求制作一個(gè)自動(dòng)定時(shí)排氣扇。并要求該控制器實(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，為了方便檢查，后面的理論計(jì)算和數(shù)值設(shè)置將8小時(shí)縮短為26秒），占空比可調(diào)的間歇排

5、氣。 自動(dòng)定時(shí)循環(huán)排氣扇控制器，可用來對家庭居室的排氣扇進(jìn)行定時(shí)循環(huán)控制，它既可對室內(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。 該控制器產(chǎn)品成本低廉，制作簡單，操作簡便，是十分有價(jià)值且具有實(shí)用的產(chǎn)品。第一章 定時(shí)排氣扇的設(shè)計(jì)要求 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求一、基本要求： 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,為了方便檢查，后面的理論計(jì)算和數(shù)值設(shè)置將8小時(shí)縮短為26秒），占空比可調(diào)的間歇排氣。二、設(shè)計(jì)

6、任務(wù): （1） 設(shè)計(jì)電路，選擇電路元件，畫出實(shí)用原理電路圖； （2） 熟悉電路中所用到的各種元器件的原理及其功能，計(jì)算確定元件參數(shù)；（3） 自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核；（4） 進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)；直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求； （5） 寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）熟悉555定時(shí)器和CD4017等相關(guān)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理使用其功能來完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作；(2) 能夠?qū)τ∷㈦娐钒?、電子元器件等一些相關(guān)與電子和焊接等方面的知識(shí)有更深度的認(rèn)識(shí)，并獨(dú)立對其進(jìn)行分模塊測試與檢查, 以此來鞏固課堂上學(xué)習(xí)

7、的理論知識(shí)。第 二 章 電路設(shè)計(jì)原理及方案2.1 總體設(shè)計(jì)思路原理框圖如下圖2.1.1所示。該圖包括555定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、排氣扇工作電路3部分。其中，555定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是系統(tǒng)的主要部分。對排氣扇進(jìn)行自動(dòng)開?？刂频淖詣?dòng)循環(huán)控制器，對開停次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器完成8個(gè)控制循環(huán)，并通過控制發(fā)光二極管的亮滅表示排氣扇的工作次數(shù)。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 圖2.1.1定時(shí)排氣扇原理組成方框圖2.2 理論分析與計(jì)算定時(shí)循環(huán)開停時(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)的多諧振蕩器。在這個(gè)振蕩電路中雖然它的振蕩頻率是

8、不可變的，但其脈沖的占空比是可以通過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^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調(diào)節(jié)RP的位置來改變的。 在本電路中，在接通電源之初，由于C1剛開始充電，其上端的電壓小于Vpp/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

9、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)，輸出端3變?yōu)榈碗娖?。這時(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)人放電過程，經(jīng)過一段時(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。工作電源控制器由IC2和繼電器K1組成，它通過對排氣扇運(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、SBI和SB2組成。

10、IC2為CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路中用它的輸出端Q0一Q7來控制繼電器KI的吸合與斷開。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。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

11、就會(huì)減少一次。所謂預(yù)置便是通過預(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K1將電源開關(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3.29s，可通過RP的調(diào)節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開停時(shí)間。 參數(shù)計(jì)算：T（總）=0.7×（R1+R2+R3）C1=0.7×(60×103+20×103+20×103)×47×10-6=3.29s2.3 電路設(shè)計(jì)首先通過設(shè)計(jì)的555多諧振蕩器來控制充放

12、電時(shí)間，即占空比。而555中的3腳輸出的高低電平由一紅一綠led燈顯示，并在高電平時(shí)使繼電器接通，同時(shí)使CD4017芯片計(jì)一個(gè)數(shù)，使后面的led亮，直到計(jì)滿8次，再重復(fù)循環(huán)。而在8個(gè)循環(huán)時(shí)燈亮繼電器k2接通使排氣扇工作。具體的祥見附錄。24 電路各模塊簡介 2.4.1 555定時(shí)器電路 用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘。此次要求只是占空比可調(diào)，即調(diào)節(jié)排氣扇間歇工作的時(shí)間。于是也可通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來改變其時(shí)間。555電路如下，其中接口3作為輸入信號(hào)輸入整個(gè)電路。如圖2.4.1.1所示： 圖2.4.1.1 555定時(shí)器電路圖2.4.2 CD4017計(jì)數(shù)器電路 完成CD4017計(jì)數(shù)器

13、的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)。在每次接收到前面555輸出的高電平時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并以此實(shí)現(xiàn)8次循環(huán)功能，表示總定時(shí)為8小時(shí)，每一次為1小時(shí)，而在8個(gè)小時(shí)后重新開始（總時(shí)間為26.32s，每一次3.29s），每一次的計(jì)數(shù)都會(huì)有l(wèi)ed燈顯示，即便是一次循環(huán)，再由三極管接到繼電器k2，通過繼電器k2實(shí)現(xiàn)對排氣扇的控制功能。如圖2.4.2.2所示： 圖2.4.2.2控制電路圖第三章 電路的焊接與調(diào)試3.1 電路的安裝1. 首先應(yīng)在電路板上進(jìn)行排版，不但要講究美觀，還要對元器件排放合理。 2.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等等；3.在焊接時(shí)，每焊接一個(gè)元器件都用萬用表測試是否虛焊。 4.在檢查確認(rèn)整個(gè)電路焊接

14、完整，沒有漏焊后，接通電源，進(jìn)行調(diào)試。3.2電路的調(diào)試 首先在確定使用仿真軟件仿真成功后，再按照仿真圖焊接，并連接線路。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)過查找資料等，我們將芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通電源進(jìn)行測試，達(dá)到了我們預(yù)想的效果。而焊接完成后，電路并沒有正常工作，表示排氣扇不工作的紅燈和表示第一個(gè)小時(shí)電路工作的第一個(gè)紅燈一直亮，一直查不出什么原因，后來一直試試導(dǎo)致三極管和幾個(gè)led燈燒壞。只好從新焊一塊板子。后來仔細(xì)分析是555根本就沒有工作。再次仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)是5

15、55那部分焊做了。第二塊板子進(jìn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器后面的led燈并不是按照所設(shè)計(jì)的運(yùn)作，之后通過一層層的排查，并不是虛焊，脫焊等原因。再經(jīng)過思考查找后發(fā)現(xiàn)其中有一條線路并沒有接通，同時(shí)還用萬用表發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)led已經(jīng)由于高溫的原因被燒壞了，之后更換后，在經(jīng)過調(diào)試后是實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)所預(yù)想的功能。 3.3 測試結(jié)果分析焊接電路接通電源后，可以觀察到紅綠燈的分別閃爍，紅燈亮表示排氣扇不工作，而綠燈表示排氣扇工作。綠燈亮的同時(shí)繼電器k1也會(huì)吸合，同時(shí)排氣扇工作。555的管腳3輸出的高電平使CD4017開始計(jì)數(shù)，便可觀看到計(jì)數(shù)器輸出端的led燈分別依次點(diǎn)亮，直到8次循環(huán)后。按動(dòng)手動(dòng)開關(guān)時(shí)可以控制循環(huán)的次數(shù)。該

16、實(shí)驗(yàn)較好的完成了要求和達(dá)到了所要的效果。 第四章 結(jié)論和體會(huì) 本次的課程設(shè)計(jì)是做一個(gè)自動(dòng)定時(shí)排氣扇，作品基本達(dá)到了要求，且都是自己動(dòng)手，查找資料，焊接以及調(diào)試。并在調(diào)試過程中，分析問題、解決問題。此次課設(shè)不僅提高了自身的動(dòng)手能力,同時(shí)加深了對課本理論知識(shí)的了解。 此次課程設(shè)計(jì)最深的體會(huì)是:一、設(shè)計(jì)時(shí)所要考慮的不僅僅是器件簡單的工作原理，還要考慮到該器件的功耗。這對設(shè)計(jì)結(jié)果有很大影響。二、很多產(chǎn)品理論和實(shí)踐還是有差別的，應(yīng)在制作之前，查找詳細(xì)的資料。比如在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)CD4017芯片使能端不接地也能工作，當(dāng)成品出來時(shí)，卻一直不能達(dá)到要求，做實(shí)物時(shí)卻不是這樣，CD4017的8管腳和16管腳必須接

17、電源和接地才能工作。走了很多彎路才發(fā)現(xiàn)問題。三、焊接時(shí)要確保焊接質(zhì)量,不然產(chǎn)品很容易出問題。虛焊、漏焊都會(huì)使得產(chǎn)品無法正常工作，再進(jìn)行檢修將花費(fèi)大量時(shí)間。四、選著焊錫和電烙鐵事一定要慎重選擇，不然在焊接過程中會(huì)遇到很多問題。有時(shí)有些問題很很麻煩。五、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)榈谝淮魏退顧n，與同組人不是很默契，制作產(chǎn)品過程還是不太順利的。在遇到問題時(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。 最后，依然要感謝老師的教導(dǎo)和幫助，讓我們能夠很好將課程設(shè)計(jì)較好地完成。以后，我們還要更加獨(dú)立地做好實(shí)驗(yàn)，才能在實(shí)踐中跟進(jìn)一步。參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技

18、術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，20052 孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊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.趙珂，彭嵩. 脈沖與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 南昌航空大學(xué)電子信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中心. 20087.陳永甫. 新編555 集成電路應(yīng)用800 例. 成都電子科技大學(xué)出版社. 1992 附 錄附錄1：元器件清單元件類型參數(shù)數(shù)量芯片NE5551個(gè)芯片CD40171個(gè)二極管IN40014個(gè)發(fā)光二極管

19、紅色紅色， 綠色9，1個(gè)三極管3DG121個(gè)電容47uF（電解）1個(gè)0.1uF 1個(gè)0.01uF1個(gè)1nF 1個(gè)電阻20k 1個(gè)60k 1個(gè)20k（電位器）1個(gè)1k3個(gè)10k1個(gè)電磁繼電器開關(guān)9W2個(gè)手動(dòng)開關(guān)1個(gè)附錄2：芯片資料1.十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017引腳圖管腳及功能表： 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，CP、CR、INH 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，對輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。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)功能無效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 John

20、son 計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO 信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級計(jì)數(shù)鏈的下級脈動(dòng)時(shí)鐘。 推薦工作條件 電源電壓：-0.5V-18V 輸入電壓：-0.5V-VDD 十0.5V 輸入電流：±10mA 貯存溫度：-65-150引出端功能符號(hào) CO：進(jìn)位脈沖輸出 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 2、NE555管腳圖ne555的結(jié)構(gòu)圖Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置)