定时排气扇的设计

摘要众所周知，现在电子产品已经在生活的各方面所处可见。一个健康的室内环境对居民的身体尤为重要，而现如今居民的厨房在每次烹饪时都会伴随着大量的油烟，而长期不通风，会使室内污染指数大幅度升高，对人体影响很大。自动定时排气扇，可对家庭居室进行定时排气，不但可对室内空气进行定时清洁净化，而且省去人为的控制。只要按照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时间，自动工作。同时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，还能节省能源。该电路主要由一个定时器和一个计数器来实现功能,555构成的可调占空比电路的定时器,利用其高低电平来控制排气扇的工作.CD4017的计数电路则用于在工作8小时后切断电源.而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,制作简单,操作方便，实用的价值还是比较大的！电路简单、合理、巧妙，能够很方便地根据室内空气质量调整排气扇的自动停止或开启工作的时间，并且能够控制开启或停止的时间长短，是一种节约电能，节省设备的理想的定时排气扇。关键词:自动定时排气扇节能实用目录前言.......................................错误!未定义书签。第一章定时排气扇的设计要求...........................-2-1.1设计任务及要求....................................-2-第二章电路设计原理及方案...........................-3-2.1总体设计思路.....................................-3-2.2理论分析与计算....................................-3-2.3电路设计..........................................-4-2．4电路各模块简介..................................-4-2.4.1555定时器电路..............................-4-2.4.2CD4017计数器电路...........................-5-第三章电路的焊接与调试...............................-7-3.1电路的安装........................................-7-3.2电路的调试........................................-7-3.3测试结果分析.....................................-7-第四章结论和体会.....................................-8-参考文献...............................................-9-附录.................................................-10-附录1：元器件清单...................................-10-附录2：芯片资料.....................................-10-1.十进制计数器CD4017引脚图管脚及功能表：.........-11-2、NE555管脚图...................................-13-3.继电器..........................................-14-附录3：电路原理图...................................-15-前言数电课程设计是将理论知识与实践能力相统一的一个环节，试一次真真考验学生动手能力的一个环节，同时是真正锻炼和提高学生能力的一个环节。生活中计时器已在诸多领域有所应用，且实用性很强。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、行人灯等等，所以，计时器在生活中还是很重要的。本次设计就用到了计时器功能。室内的通风对人体的健康非常重要，但若是一直开着排气扇，不但与当今建立节约型社会相矛盾，而且也存在一定的缺陷。因此，应做到定式排气，并自动切断电源。作为该专业的大学生不仅要学习理论，更要将理论所学运用到实际。本次课程设计要求制作一个自动定时排气扇。并要求该控制器实现总定时时间8小时（可以调节，用发光二极管显示，为了方便检查，后面的理论计算和数值设置将8小时缩短为26秒），占空比可调的间歇排气。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。该控制器产品成本低廉，制作简单，操作简便，是十分有价值且具有实用的产品。第一章定时排气扇的设计要求1.1设计任务及要求一、基本要求：实现总定时时间8小时（可以调节，用发光二极管显示,为了方便检查，后面的理论计算和数值设置将8小时缩短为26秒），占空比可调的间歇排气。二、设计任务:（1）设计电路，选择电路元件，画出实用原理电路图；（2）熟悉电路中所用到的各种元器件的原理及其功能，计算确定元件参数；（3）自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核；（4）进行电路的装接、调试，并测试其主要性能参数；直到电路能达到规定的设计要求；（5）写出完整、详细的课程设计报告。三、设计目标：（1）熟悉555定时器和CD4017等相关芯片的内部结构和功能，合理使用其功能来完成相应的设计工作；(2)能够对印刷电路板、电子元器件等一些相关与电子和焊接等方面的知识有更深度的认识，并独立对其进行分模块测试与检查,以此来巩固课堂上学习的理论知识。第二章电路设计原理及方案2.1总体设计思路原理框图如下图2.1.1所示。该图包括555定时器、计数器、排气扇工作电路3部分。其中，555定时器和计数器是系统的主要部分。对排气扇进行自动开停控制的自动循环控制器，对开停次数进行计数的电子计数器完成8个控制循环，并通过控制发光二极管的亮灭表示排气扇的工作次数。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图2.1.1定时排气扇原理组成方框图2.2理论分析与计算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多谐振荡器。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。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Vpp/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2VDD/3时，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。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、SBI和SB2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3.29s，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。参数计算：T（总）=0.7×（R1+R2+R3）C1=0.7×(60×103+20×103+20×103)×47×10-6=3.29s2.3电路设计首先通过设计的555多谐振荡器来控制充放电时间，即占空比。而555中的3脚输出的高低电平由一红一绿led灯显示，并在高电平时使继电器接通，同时使CD4017芯片计一个数，使后面的led亮，直到计满8次，再重复循环。而在8个循环时灯亮继电器k2接通使排气扇工作。具体的祥见附录。2．4电路各模块简介2.4.1555定时器电路用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟。此次要求只是占空比可调，即调节排气扇间歇工作的时间。于是也可通过调节滑动变阻器来改变其时间。555电路如下，其中接口3作为输入信号输入整个电路。如图2.4.1.1所示：图2.4.1.1555定时器电路图2.4.2CD4017计数器电路完成CD4017计数器的直接清零、启动计数。在每次接收到前面555输出的高电平时进行计数，并以此实现8次循环功能，表示总定时为8小时，每一次为1小时，而在8个小时后重新开始（总时间为26.32s，每一次3.29s），每一次的计数都会有led灯显示，即便是一次循环，再由三极管接到继电器k2，通过继电器k2实现对排气扇的控制功能。如图2.4.2.2所示：图2.4.2.2控制电路图第三章电路的焊接与调试3.1电路的安装1.首先应在电路板上进行排版，不但要讲究美观，还要对元器件排放合理。2.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；3.在焊接时，每焊接一个元器件都用万用表测试是否虚焊。4.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。3.2电路的调试首先在确定使用仿真软件仿真成功后，再按照仿真图焊接，并连接线路。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，我们将芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通电源进行测试，达到了我们预想的效果。而焊接完成后，电路并没有正常工作，表示排气扇不工作的红灯和表示第一个小时电路工作的第一个红灯一直亮，一直查不出什么原因，后来一直试试导致三极管和几个led灯烧坏。只好从新焊一块板子。后来仔细分析是555根本就没有工作。再次仔细检查才发现是555那部分焊做了。第二块板子进行调试时发现计数器后面的led灯并不是按照所设计的运作，之后通过一层层的排查，并不是虚焊，脱焊等原因。再经过思考查找后发现其中有一条线路并没有接通，同时还用万用表发现其中一个led已经由于高温的原因被烧坏了，之后更换后，在经过调试后是实现了实验所预想的功能