定时排气扇.docx
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定时排气扇
课程设计说明书
课程设计名称:
数字电路课程设计
课程设计题目:
定时排气扇
学院名称:
南昌航空大学信息工程学院
评分:
教师:
2013年10月10日
数字电路课程设计任务书
2013-2014学年第1学期 第2周-4周
题目
定时排气扇
内容及要求
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。
进度安排
2013.9.9-2013.9.15:
查阅资料,方案分析与设计,电路仿真;
2013.9.16-2013.9.22:
完成系统的制作、焊接、调试;
2013.9.23-2013.9.27:
画PCB线路板图,完成报告。
学生姓名:
指导时间:
周一、周二、周五
指导地点:
实验大楼南310、E610
任务下达
2013年9月9日
任务完成
2013年9月27日
考核方式
1.评阅
2.答辩□3.实际操作
4.其它□
指导教师
系(部)主任
注:
1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档
摘要
定时排气扇是对家庭居室进行定时排气,它既可对室内空气进行定时清洁净化,又省去人工控制的一个装置。
本次课程设计采用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排气时轮数的计算并在工作8小时后切断电源(由于时间限制本次工作时间为80秒)。
本电路功能能应用于大多数此类型的产品,制作较为简单,成本低廉,操作简易,非常具有价值。
关键字:
定时自动排气
目录
第一章设计内容及要求2
1、电路组成框图2
第二章系统的组成3
1、单元电路组成3
第三章实验、调试及测试结果与分析10
调试一:
555部分10
调试二:
计数器部分10
调试三:
其他部分10
第四章收获与体会11
参考文献12
附录:
PCB板图13
前言
如今电子产品在人们的生活中已成为不可或缺一部分。
室内长期不通风,会使室内污染指数大幅度升高,对人体有很大影响。
空气污浊对人的身体危害极大,但若是一直开着排气扇,不能节约电能,也是不合理的。
因此,应做到定时排气,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。
动定时排气扇,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!
第一章设计内容及要求
1、设计内容:
定时排气扇
2、设计要求:
实现占空比可调的间歇排气,一次排气实现8个循环,每个循环的时间是10秒,排气时间可调,一次总体排气时间80秒,之后自动断开。
3、电路组成框图
表1.3
555多谐振荡器构成占空比可调电路,实现电路排气与不排气的循环
CD4017构成计数器做到电路的定时断开
排气扇工作电路
4、方案:
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。
第二章系统的组成
1、单元电路组成
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脚间的电阻器对接至地端的电容器的充、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,电容器的充电是通过两个电阻与电容的接地端形成回路的;而电容器的放电则是电容的正极通过电阻到7脚完成的。
只要将电路中两电阻与电容的数值设定好,则振荡电路的振荡频率和脉冲占空比就是固定不可变的。
图2.1
根据电路要求,由于在电路中加人了二极管和可调电位器,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电位器进行调节而改变的。
这是由于加人了二极管后,电容器的充、放电回路与前不同了。
其中充电回路变为由电源通过上端电阻和电位器的上半段、二极管到电容器。
而电容器的放电回路则由电容的正极通过上端二极管,下段电阻和电位器的下半段到7脚。
电路中的电容器为固定不变的,但它的充、放电电阻值是可以通过调节电位器的位置来改变的。
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,当电位器的动臂移向下方时,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,当电位器的动臂向上调节时,电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,由于电容器刚开始充电,其上端的电压小于VP/3,555芯片的3脚输出高电平。
这时排气的LED发光指示,继电器线圈不通电,所以开关保持静态。
但这一高电平在形成之初便通过电位器向CD4017的CP端输人一个计数脉冲,使CD4017的输出端前移一位。
随后电容器进人充电状态,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LED发光指示。
随后电容器立即转人放电过程,经过一段时间,当电容器正端电压下降到Vm/3时,电路翻转,输出端3又恢复高电平,继电器断电释放,排气扇停止运转,电路进入下一个循环期。
虽然上端电阻的电阻值远大于下端电阻的的电阻值,但因电位器为共用元件,当电位器的动臂旋至下端电阻一端时,上部分的电阻值远大于下部分的电阻值。
这时电容器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。
当电位器的动臂旋至上端时,上端电阻的电阻值又小于下部分的电阻值。
这时电容器电容器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。
图2.2
工作电源控制器由CD4017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CD4017、两个继电器组成。
CD4017为十进制计数器,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。
图2.3
4017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。
图2.4
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。
2、系统电路图
图2.5
3、参数计算:
T(总)=ln2(R1+2*R2)C,由于有变位器,所以T有范围为0.69*190*47/1000000=7 4、器件选择: 5551个 CD40171个 发光二极管10个(红色: 8个绿色: 1个黄色: 1个) 二极管1N40014个 三极管3DG121个 电容 电解电容 47uF1个 无极性电容 0.1uF2个 0.01uF1个 电阻 60k1个 30k1个 1k3个 10k1个 滑动变阻器100k1个 电磁继电器开关2个 第三章实验、调试及测试结果与分析 吸取了以前只做电子产品时的经验,在焊接时,每焊接一个元器件都用万用表测试是否虚焊,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。 : 调试一: 555部分 万用表检查电路各部分是否虚焊,经检查无虚焊部分,通电检查电路板工作状态,开始时的电压选为12V,现象应该为: 排气扇不工作时红灯亮,而工作时绿灯亮。 在接通电源后,却发现两盏灯都有亮,并且只有第一个LED灯常亮,这和应得到的现象相违背。 于是用万用表检查电路时哪里出现了问题。 反复检查电路,结果发现,焊接的地方有的接地端没有连上,555芯片的3管脚焊接错误,经修正,得到正确的效果。 调试二: 计数器部分 通电后,发现八个计数LED灯只有第一个LED灯常亮。 经检查,第二个红色LED灯由于受高温过久已经烧坏,而且继电器由于电压不够没有达到预期作用,经过对PCB板的改正,终于达到了预期的效果。 调试三: 其他部分 检查电路是否连接正确,电路是否虚焊,各个电器元件是否正常,经检查,各部分正常。 第四章收获与体会 本次课程设计的课题为定时排气扇,既然要求只是定时和间歇功能,脑海里第一个想到的就是555电路。 基于课题要求的定时时间长短,通过公式计算确立了电路图中的参数,并借助proteus仿真软件进行理论测验,基本得到初步效果刚开始所设计的电路图仿真结果可以得出效果。 此定时排气扇的功能可应用于多款相同类似的电子产品,且成本较为低廉,操作较为简便,非常具有价值。 主要的不足之处: 排气的时间不应控制。 主要是由于器件的参数不不能做到足够的精确,解决办法可以用电位器代替电阻,来提示到相应需要的数值。 焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。 虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作,再进行检修将花费大量时间。 此次课设是两人一组完成的,那就必须有良好的合作精神。 因为已经搭档过很多次,与同组人已有很好的默契,制作产品过程还是比较顺利的。 在遇到问题时更加需要合作,因为两个人的是视角不一样的,检查到的方面更加广。 参考文献 1.《中国集成电路大全》编写委员会,中国集成电路大全TTL集成电路,北京国防工业出版社,1985 2.孙人杰.《电路数据手册TTL电路》电子工业出版社,1989 3.王毓银.《数字电路逻辑设计》(第三版).北京: 高等教育出版社,1999 4.杨志忠.《数字电子技术》(第二版).北京: 高等教育出版社,2000 5.胡宴如.《高频电子线路》(第三版).北京: 高等教育出版社,2005 6.邓云祥.孟劲松.苏燕辰.《数字电路的设计》中国测试技术,2005年03期 7.鲁欣,赵亦工,徐秀红.《数字电路设计方案的比较与选择》.北京: 信息产业部电子第六研究所,2002 附录: PCB板图
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- 定时 排气扇