定时排气扇课程设计

1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！2第一章电路设计1.1电路设计方案方案一：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1-1。图1.1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1-2所示：3图1.2方案二实验电路图1.2工作原理我选择方案二，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4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2VDD/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，R1＋RP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R2＋RP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。5第二章定时排气扇功能及元器件介绍2.1.1基本功能实现总定时时间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。2.12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2.2元气件介绍和元件清单2.2.1555定时器电路结构及工作原理。一、555定时器介绍。1、555定时器是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工分双:极型和CMOS型两类，其应用非常广泛。2、原理及结构。555定时器内部电路由分压器、电压比较器C1和C2简单SR锁存器、放电三极管T以6及缓冲器G组成，其内部结构如图3.1.2所示。三个5kΩ串联，作为分压器为比较器C1，C2提供参考电压。当控制电压端5悬空时，比较器C1和C2的基准电压分别为2VCC/3和VCC/3VI1比较器C1信号输入端，称阈值输入端：VI2比较器C2信号输入端，称触发输入端；当控制电压端5外接电压VOC，比较器C1，C2的基准电压变为VOC和VOC/2。比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。RD为直接复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端VO即为低电平。当VI12VCC∕3VI2VCC/3时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端VO为低电平。当VI12VCC∕3，VI2VCC/3时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放电三极管截止，输出端VO即为高电平。当VI12VCC∕3，VI2VCC/3时，简单SR锁存器S=1,R=1,锁存器状态不变，电路保持原7状态不变。3.电路功能。综合上述分析，可得555定时器功能表：2.2.2由555定时器组成的多谐振荡器电路结构图及工作原理1、占空比不可调的用555定时器组成的多谐振荡器（如图3.2.1），接通电源后，电容C1被充电，当VC上升到2VCC∕3时，使VO为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C1通过R2和T放电，VC下降。当VC下降到VCC/3时，VO翻转为高电平。电容C1放电所需时间为：tpL=R2Cln2≈0.7R2C1当放点结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容C1充电，VC由VCC/3上升到2VCC∕3所需时间为：tpL=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C1当VC上升到2VCC∕3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图3.2.1（b），其振荡频率为：ƒ=1/(tpL+tpH)≈1.43/(R1+2R2)C182、占空比可调的要实现占空比可调，则采用图3.2.2所示电路。因电路中二极管D1、D2的单向导电特性，使电容器C1的充放电回路分开，调节电位器R2，就可调节多谐振荡器的占空比。图中，VCC通过RA、D1向电容C1充电，充电时间为：tpH≈0.7RAC电容器C1通过D2、RB及555中的三极管T放电，放电时间为：tpL≈0.7RBC因而，振荡频率为：ƒ=1/(tpL+tpH)≈1.43/(RA+RB)C电路输出波形的占空比为：q(%)=RA*100%/(RA+RB)92.2.3CD40171、CD4017电路结构及工作原理CD4017实现的功能是对555定时器发来的信号采集，也即对高低电平的方波进行计数，然后输出计数结果。CD4017：十进制计数器脉冲分配器，CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CPCRINH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。引出端功能符号：10CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地下图为CD4017接入电路的情况：11如上图所述，14脚接定时器的3脚，13脚接地，每当方波由低电平变为高电平的上升沿是计时器加1，Q0--Q9脚对应计数的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、CO脚是进位脚，当计数到10时就进位，例如计数2次，则Q2端口输出高电平，计数4次则Q4端口输出高电平，电压在3.5V左右，发光二极管需接一电阻起限压作用。这样由555定时器发来的方波每个周期计数一次，就有一个灯被点亮，当方波持续则灯依次被点亮形成流水状，实现流水灯的功能。2.2.4继电器1、原理：一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。2.3元件清单：NE5551个CD40171个发光二极管10个（红色：9个绿色：1个）二极管1N40014个三极管3DG121个电容2200uF1个0.1uF2个0.01uF1个电阻1.1M1个240k1个1k3个10k1个100k1个12滑动变