环境湿度控制器.docx

1、环境湿度控制器题目名称： 环境湿度控制器 姓 名： 班 级： 学 号： 日 期： 数字电子电路课程设计任务书一设计分组：制作每两人一组。 二时间安排：1周，进度要求如下序号设计内容所用时间1布置任务及调研，电子系统的总体设计1天2设计方案的验证,电子系统电路图绘制1天3制作1天4调试1天5撰写设计报告书，答辩1天合 计5天课程设计起止日期：三、课程设计任务（即要求）：课程设计题目：环境湿度控制器的设计与制作（一）设计指标：1基本功能：能够检测一定范围内的湿度值，过限报警。2主要技术参数：湿度检测范围：10%-100%RH；检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯变亮；报警方式:

2、指示灯变亮报警。3设计湿度控制器原理图，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。（二）具体要求：1设计方案的论证和选择（1）、方案提出*查阅资料确定湿度控制器的电路框图。* 提出两种以上湿度控制器的电路设计方案。（2）、方案选择和论证* 考虑方案的可行性、可靠性等实际问题，选择出较为合理的方案。* 确定设计方案后，用Protel（或Multisim）软件绘出电原理图，并对各单元电路的工作原理进行分析。2制作、调试湿度控制器实物 ； 3按设计任务书的要求的格式，撰写或打印课程设计报告书。4设计总结和答辩。（三）实验仪器、工具：1 共阳（共阴）七段数码管/计数器/译码驱动集成电路。

3、2 导线/电阻/电容/石英晶体/变压器等。3示波器、万用表。四设计报告要求：格式要求：（见附录）内容要求：1. 画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。 2. 画出各功能模块的电路图，加以原理说明（如10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。3.描述设计制作的数字钟及其运行结果。说明测试中出现的故障及其排除方法。4.总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；课程设计中的心得体会；对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。5.附录1：画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法

4、，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）（或附上实物照片）6. 附录2：元器件清单。五、课程设计参考资料1.彭介华主编：电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2002年出版。2郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.20023高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，20024扬志亮. Protel99SE电路原理图设计技术 .西北工业大学出版社. 200256 2015年12月31日 环境湿度控制系统能实现对环境湿度的控制警告，它设计到压频转换、放大、整形、分频、频率比较等多种电路，具有一定的实用意义。一 指标要求1、基本功能：能够检

5、测一定范围内的湿度值，过限报警。2、主要技术参数：湿度检测范围：10%-100%RH；检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯变亮；报警方式:指示灯变亮报警。3、设计湿度控制器原理图，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。4、实物具体效果：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90RH）时，湿度控制电路启动输出（K1 吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1 断开，LED1熄灭）。二设计计算1总体方案设计：本次湿度控制电

6、路主要由湿敏电容、湿度/频率转换电路、基准脉冲发生电路、频率比较电路和湿度控制输出电路组成。系统框图如下图1：图1软件仿真图如下图2：图22单元电路设计： 1) 湿敏电容HS1101 HS1101湿敏电容传感器外形如图3，它具有测量精度高、互换性好、工作稳定等特点，HS1101为容性器件，环境相对湿度在55RH时，HS1101的典型容量为180pF，湿度容量对应表见图4图3 图4图5左图5为HS1101典型应用图，此电路为典型的555非稳态电路，HS1101作为电容变量接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R4的短路，等量电容HS1101通过R2与R4充电到门限电压约0.67

7、Vcc，通过R2放电到触发电平约0.33Vcc，然后R4通过引脚7短路到地，传感器由不同的电阻R4与R2充放电其循环工作。其输出频率表见下表1：RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555为典型的COMS类型，TLC555（RH：百分比相对湿度，F：频率Hz）表12) 湿度/频率转换电路湿度/频率转换电路由湿敏电容HS1101和TLC555等组成湿度/频率转换电路，转换电路将湿度物理量转换为与湿度大小相对应的脉冲频率。图6 3) 基准脉冲发生电路基准脉冲发生电路，包括整形和分频）集成电路U3

8、与外部RC元件组成基准脉冲发生器，经过12级分频后将信号输出。专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电图7 路。产生脉冲的方法有多种，例如：多谐振荡器等。我们这里用的是RC振荡和CD4060，其中T=2.3RC。 4) 频率比较电路图8脉冲频率比较电路由U2和部分外围元件组成，频率比较电路接受来自湿度/频率转换电路和基准脉冲发生电路的信号，比较结果经D触发器锁存后输出驱动继电器K1吸合。5) 湿度控制输出电路通过对tp-a和tp-c两点频率的比较来判断是否报警。图9 整体电路具体效果如下：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低

9、于设定值（对应相对湿度90RH）时，湿度控制电路启动输出（K1 吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1 断开，LED1熄灭）。3总体电路：a) 软件仿真图：b) 元件连接图：c) 各元件原理介绍时基电路TLC555图12（内部等效电路）TLC555与NE555参数基本相同，但TLC555为COMS结构，具有温漂小、内部分布参数小等优点，是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。TLC555集成电路管脚如图13：TLC555引脚功能简介：1脚：公共地端为负极。2脚：低触发端T

10、RIG，低于13电源电 压时即导通。3脚：输出端OUT，电流可达200mA。 图134脚：强制复位端RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。 5脚：用来调节比较器的基准电压，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01F电容器接地。6脚：高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。7脚：放电端DISCH。8脚：电源正极VDD。14位二进制串行计数器/分频器CD4060CD4060 是由一振荡器和 14 级二进制串行计数位组成，振荡器的结构可以是 RC 或晶振电路，RERST 为高电平时，计数器清零且振荡器停止工作,所有的计数器均为主-从触发器,在 o和o的下降沿，计数器以

11、二进制进行计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟的上升和下降时间无限制。图14 （CD4060的RC典型振荡）图14图15为CD4060的引脚图，引脚功能如下：I?时钟输入端o?时钟输出端o? 反向时钟输出端图15RESET 复位端Q4-Q10,Q11-Q14? 计数器输出端Q14? 第 14 级计数器反相输出端VDD? 正电源VSS? 地CD4060 通过外部简单的RC元件，可实现RC振荡，其振荡频率计算公式为F=1/(2.3RC),输出方波频率可选，有2的4次方10次方，12次方，13次方，14 次方。双重数据触发器CD4013CD4013是由具有置位（SET）和复位（RESET）功能

12、的2个数据型触发器构成的，对数据输入施加的信息，以时钟输入的低电平读入，以高电平传输到输出端Q。置位和复位，通过把各自的输入做成高电平，能够独立地进行时钟输入。 图16图16为CD4013的引脚图，图17为CD4013的内部框图 图17计数器仿真图18三、 制作调试 1、 按原理图和各元件从低到高的焊接要求，进行相应的焊接。2、 外部接线J1接入+5V、12V和GND工作电源。3、 调试（1） 调试目的，当湿度大于90RH时，继电器K1吸合，反之K1断开。（2） 湿度/频率转换电路。测量电路板TP-A点的频率，TP-A点的频率范围应该在6033Hz7351Hz范围内，湿度与脉冲频率的关系见表1

13、RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555为典型的COMS类型，TLC555（RH：百分比相对湿度，F：频率Hz）表1（3） 基准频率调整。调节RP1可改变RC振荡频率，将RC振荡电路的振荡频率调整为6186Hz（对应相对湿度90RH），如果我们把频率计的探头直接接入RC振荡电路，会严重引起振荡电路频率漂移，所有我们只能测量通过4级分频后的脉冲信号(TP-B点)，通过4级分频后的信号为618616386Hz。（4） 频率比较电路，对湿敏电容轻微哈气，使湿度增大，湿度转换电路输出频率降低，当

14、TP-A点的频率小于TP-C点的频率时继电器K1吸合。4、调试结果将各接口（+12V、VCC、地、TP-A、TP-B、TP-C、TP-D）进行相应的焊接和导线接入（注意+12V与VCC共地）。接好所有后，打开电源，看见显示输入的灯亮起。图19 随后在那个白色的湿敏电容周围哈气，经几次，另外那盏灯亮起，如图20。此时说明，湿敏电容周围的湿度大于90RH，继电器K1吸合，警报灯亮起。图20最后，测试各输出点的频率。图21：检测的是TP-B与TP-D，即整形、分频后的波形。图215、操作中所遇问题和解决方法（1）问题：在焊接时，将输入端朝向接反，导致无法正常连接导线。 解决：在朝向相反的那段焊上粗导

15、线，以引出信号。（2）问题：第一次调试时，接入电源，但第一盏指示灯未亮。 解决：经核查线路，发现是该灯的正反极接反，用工具将锡融化并吸出，拔出灯，重新焊接。（3）问题：因粗线无法连接后续导线，因而需再接细线，但细线总断。 解决：将连接部分直接焊住，并在剪线时注意技巧，尽量介绍金属丝的磨损和折损。（4）问题：因粗线无法一开始调试时，怎么哈气，警示灯就是亮不起来。 解决：用螺丝刀调节时基电路TLC555上的调节螺丝，将频率控制在386HZ左右，再吹气，则几下后，灯即亮起。四、 总结 在本次课程设计中，原先一直以为是做数字钟的，但经老师的鼓动和对队友水平的信任，我们尝试了环境湿度控制器的制作。一开始

16、，拿到器材，感觉还是很庆幸的，焊接点不是很多，元件看着也简单。但在焊接的过程中，深深记得，我们差点将各触发器直接焊接在电路板上；还有，各电容、灯、元器件的正负，在焊接时也是茫然的。当时感觉自己的水平真的是纸上谈兵，在日后的学习中，要额外注意这些小点，为自己打下一个更扎实的基础。焊接时间不长，半天多些，我们便进行了调试。一开始，因指示灯的反焊，吓得我们以为那儿出现大问题了，后经调整，灯如期亮了，心中欢喜，向成功迈出第一步。再就是后面的调整频率和示波器的显示，虽然有些迷茫，但和几组湿度控制器的小伙伴们一起，慢慢的也就懂的了。较顺利的完成了最终的调试。总而言之，从这回的课程设计里，我学会了怎么样制作和调节湿度控制器，也感受到了数字电子电路和传感器的真正实际应用。其实我们平日里所学习的课程还是简单和基础的，要想真正的因此工作或进行创造，进一步深入的学习是相当有必要的。五参考文献参考文献：1 彭介华.数字电子电路课程设计指导.北京：高等教育出版社，2002.2 康华光.数字电子电路基础数字部分.北京：高等教育出版社，2002.3 4