定時排氣扇的設(shè)計

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都會伴隨著大量的油煙，而長期不通風，會使室內(nèi)污染指數(shù)大幅度升高，對人體影響很大。自動定時排氣扇，可對家庭居室進行定時排氣，不但可對室內(nèi)空氣進行定時清潔凈化，而且省去人為的控制。只要按照際需要設(shè)定好排氣時間和間歇時間，排氣扇就會按照設(shè)定好的時間，自動工作。同時還可根據(jù)設(shè)定好的定時程序和時間，自動切斷工作電源，這樣既能實現(xiàn)控制目的，還能節(jié)省能源。 該電路主要由一個定時器和一個計數(shù)器來實現(xiàn)功能,555構(gòu)成的可調(diào)占空比電路的定時器,利用其高低電平來控制排氣扇的工作.CD40

2、17的計數(shù)電路則用于在工作8小時后切斷電源.而控制器不僅可以用在排氣扇上,只要實現(xiàn)類似功能的電路都可使用.且成本低,制作簡單,操作方便，實用的價值還是比較大的！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)整排氣扇的自動停止或開啟工作的時間，并且能夠控制開啟或停止的時間長短，是一種節(jié)約電能，節(jié)省設(shè)備的理想的定時排氣扇。關(guān)鍵詞 : 自動 定時 排氣扇 節(jié)能 實用目 錄前 言- 2 -第一章 定時排氣扇的設(shè)計要求- 3 -1.1設(shè)計任務(wù)及要求- 3 -第 二 章 電路設(shè)計原理及方案- 4 -2.1 總體設(shè)計思路- 4 -2.2 理論分析與計算- 4 -2.3 電路設(shè)計- 5 -24 電路各模

3、塊簡介- 5 -2.4.1 555定時器電路- 5 -2.4.2 CD4017計數(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- 9 -參考文獻- 10 -附 錄- 11 -附錄1：元器件清單- 11 -附錄2：芯片資料- 11 -1.十進制計數(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)計是將理論知識與實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，試一次真真考驗學生動手能力的一個環(huán)節(jié)，同時是真正鍛煉和提高

4、學生能力的一個環(huán)節(jié)。 生活中計時器已在諸多領(lǐng)域有所應用，且實用性很強。如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈等等，所以，計時器在生活中還是很重要的。本次設(shè)計就用到了計時器功能。 室內(nèi)的通風對人體的健康非常重要，但若是一直開著排氣扇，不但與當今建立節(jié)約型社會相矛盾，而且也存在一定的缺陷。因此，應做到定式排氣，并自動切斷電源。作為該專業(yè)的大學生不僅要學習理論，更要將理論所學運用到實際。 本次課程設(shè)計要求制作一個自動定時排氣扇。并要求該控制器實現(xiàn)總定時時間8小時（可以調(diào)節(jié)，用發(fā)光二極管顯示，為了方便檢查，后面的理論計算和數(shù)值設(shè)置將8小時縮短為26秒），占空比可調(diào)的間歇排

5、氣。 自動定時循環(huán)排氣扇控制器，可用來對家庭居室的排氣扇進行定時循環(huán)控制，它既可對室內(nèi)空氣進行定時清潔凈化，又省去人工控制。只要按照實際需要設(shè)定好排氣時間和間歇時間，排氣扇就會按照設(shè)定好的程序和時間，自動循環(huán)地工作下去。同時該控制器還可根據(jù)設(shè)定好的定時程序和時間，自動切斷工作電源，這樣既能實現(xiàn)控制目的，又不浪費電能。 該控制器產(chǎn)品成本低廉，制作簡單，操作簡便，是十分有價值且具有實用的產(chǎn)品。第一章 定時排氣扇的設(shè)計要求 1.1設(shè)計任務(wù)及要求一、基本要求： 實現(xiàn)總定時時間8小時（可以調(diào)節(jié)，用發(fā)光二極管顯示,為了方便檢查，后面的理論計算和數(shù)值設(shè)置將8小時縮短為26秒），占空比可調(diào)的間歇排氣。二、設(shè)計

6、任務(wù): （1） 設(shè)計電路，選擇電路元件，畫出實用原理電路圖； （2） 熟悉電路中所用到的各種元器件的原理及其功能，計算確定元件參數(shù)；（3） 自擬實驗方法、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，交指導教師審核；（4） 進行電路的裝接、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)；直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求； （5） 寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告。三、設(shè)計目標：（1）熟悉555定時器和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的設(shè)計工作；(2) 能夠?qū)τ∷㈦娐钒濉㈦娮釉骷纫恍┫嚓P(guān)與電子和焊接等方面的知識有更深度的認識，并獨立對其進行分模塊測試與檢查, 以此來鞏固課堂上學習

7、的理論知識。第 二 章 電路設(shè)計原理及方案2.1 總體設(shè)計思路原理框圖如下圖2.1.1所示。該圖包括555定時器、計數(shù)器、排氣扇工作電路3部分。其中，555定時器和計數(shù)器是系統(tǒng)的主要部分。對排氣扇進行自動開停控制的自動循環(huán)控制器，對開停次數(shù)進行計數(shù)的電子計數(shù)器完成8個控制循環(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，定時與控制排氣扇間歇工作計數(shù)電路排氣扇工作電路 圖2.1.1定時排氣扇原理組成方框圖2.2 理論分析與計算定時循環(huán)開停時間控制器由555時基集成電路組成，在電路中，555時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端輸人一個計數(shù)脈沖，使IC2的輸出端前移一位。隨

9、后電容器C1進人充電狀態(tài)，而輸出端3則保持高電平。直到C1充電使其正端電壓達到2 VDD /3時，輸出端3變?yōu)榈碗娖?。這時繼電器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)過一段時間，當C1正端電壓下降到Vm /3時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3又恢復高電平，繼電器K2斷電釋放，排氣扇停止運轉(zhuǎn)，電路進入下一個循環(huán)期。工作電源控制器由IC2和繼電器K1組成，它通過對排氣扇運轉(zhuǎn)周期的計數(shù)，確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當?shù)竭_預定的工作次數(shù)后，通過繼電器K1切斷排氣扇并包括整個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CD4017十進制計數(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Q0一Q7中只要有一個輸出高電平，繼電器K1就不會斷開。當電路被接通電源后，Q0就輸出高電平使VT導通，繼電器K1吸合。在隨后的工作過程中，雖然輸出端會由Q0, Q1、Q2.、Q7變化，但VT的導通狀態(tài)不會變化，直到Q8輸出高電平使計數(shù)器復位。 IC2的計數(shù)脈沖取自ICI的輸出，每當ICI輸出一個脈沖周期，IC2便計數(shù)一次，其輸出端即前移一位。如果未加預置，則當排氣扇運轉(zhuǎn)七個周期后就會被切斷工作電源而停止工作。SB2為預置按鈕，每按動一次按鈕便向IC2輸人一個計數(shù)脈沖，輸出端即前移一位，余下的工作周期

11、就會減少一次。所謂預置便是通過預置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。 該電路在使用時，首先按下起動按鈕SB1接通控制電路的工作電源，這時IC2的偽輸出高電平使VT導通，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間。 參數(shù)計算：T（總）=0.7（R1+R2+R3）C1=0.7(60103+20103+20103)4710-6=3.29s2.3 電路設(shè)計首先通過設(shè)計的555多諧振蕩器來控制充放電時間，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

12、使繼電器接通，同時使CD4017芯片計一個數(shù)，使后面的led亮，直到計滿8次，再重復循環(huán)。而在8個循環(huán)時燈亮繼電器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定時器電路 用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時鐘。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間。于是也可通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變其時間。555電路如下，其中接口3作為輸入信號輸入整個電路。如圖2.4.1.1所示： 圖2.4.1.1 555定時器電路圖2.4.2 CD4017計數(shù)器電路 完成CD4017計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)。在每次接收到前面555輸出的高電平時進行計數(shù)，并以此實現(xiàn)8次循

13、環(huán)功能，表示總定時為8小時，每一次為1小時，而在8個小時后重新開始（總時間為26.32s，每一次3.29s），每一次的計數(shù)都會有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. 首先應在電路板上進行排版，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，每焊接一個元器件都用萬用表測試是否虛焊。 4.在檢查確認整個電路焊接完整，沒有漏焊后，接通電源，進行調(diào)試。3.2電路的調(diào)試 首先在確定使用仿真軟件仿真成

14、功后，再按照仿真圖焊接，并連接線路。在做仿真的時候，只需將CD4017芯片的時鐘使能端架空，工作一周后它就不再計數(shù)了。但是當接通電源查看后，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，再次接通電源進行測試，達到了我們預想的效果。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小時電路工作的第一個紅燈一直亮，一直查不出什么原因，后來一直試試導致三極管和幾個led燈燒壞。只好從新焊一塊板子。后來仔細分析是555根本就沒有工作。再次仔細檢查才發(fā)現(xiàn)是555那部分焊做了。第二塊板子進行調(diào)試時發(fā)現(xiàn)計數(shù)器后面的led燈并不是按照所設(shè)計的運作

15、，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，同時還用萬用表發(fā)現(xiàn)其中一個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)試后是實現(xiàn)了實驗所預想的功能。 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。綠燈亮的同時繼電器k1也會吸合，同時排氣扇工作。555的管腳3輸出的高電平使CD4017開始計數(shù)，便可觀看到計數(shù)器輸出端的led燈分別依次點亮，直到8次循環(huán)后。按動手動開關(guān)時可以控制循環(huán)的次數(shù)。該實驗較好的完成了要求和達到了所要的效果。 第四章 結(jié)論和體會 本次的課程設(shè)計是做一個

16、自動定時排氣扇，作品基本達到了要求，且都是自己動手，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手能力,同時加深了對課本理論知識的了解。 此次課程設(shè)計最深的體會是:一、設(shè)計時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)計結(jié)果有很大影響。二、很多產(chǎn)品理論和實踐還是有差別的，應在制作之前，查找詳細的資料。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，當成品出來時，卻一直不能達到要求，做實物時卻不是這樣，CD4017的8管腳和16管腳必須接電源和接地才能工作。走了很多彎路才發(fā)現(xiàn)問題。三、焊接時要確保焊接質(zhì)量,不然產(chǎn)品很容易

17、出問題。虛焊、漏焊都會使得產(chǎn)品無法正常工作，再進行檢修將花費大量時間。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遇到很多問題。有時有些問題很很麻煩。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。因為第一次和他搭檔，與同組人不是很默契，制作產(chǎn)品過程還是不太順利的。在遇到問題時更加需要合作，因為兩個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和幫助，讓我們能夠很好將課程設(shè)計較好地完成。以后，我們還要更加獨立地做好實驗，才能在實踐中跟進一步。參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術(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

18、電子工業(yè)出版社，19893王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（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)字電路實驗指導書. 南昌航空大學電子信息工程學院實驗實踐中心. 20087.陳永甫. 新編555 集成電路應用800 例. 成都電子科技大學出版社. 1992 附 錄附錄1：元器件清單元件類型參數(shù)數(shù)量芯片NE5551個芯片CD40171個二極管IN40014個發(fā)光二極管紅色紅色， 綠色9，1個三極管3DG121個電容47uF（電解）1個0.1uF 1個

19、0.01uF1個1nF 1個電阻20k 1個60k 1個20k（電位器）1個1k3個10k1個電磁繼電器開關(guān)9W2個手動開關(guān)1個附錄2：芯片資料1.十進制計數(shù)器CD4017引腳圖管腳及功能表： CD4017：十進制計數(shù)器/脈沖分配器 CD4017 是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時鐘輸 入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。 Johnson 計數(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

20、確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個時鐘輸入周期CO 信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。 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 CO：進位脈沖輸出 CP：時鐘輸入端 CR：清除端 INH：禁止端 Q0-Q9 計數(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) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出) -當時間周期開始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。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個低邏