毕业设计223微风电风扇温度控制.docx
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毕业设计223微风电风扇温度控制
摘要
微风电风扇温度控制主要是由温度控制电路和降压整流电源电路组成，它的主要功能是在有温度控制来启动电路，我们利用热敏电阻和555定时器来控制当温度达到了一定的温度时就会启动电路，起到了节省能源的作用。
所以，生活中越来越广泛的应用它。
这种电风扇有效地消除长时间转动、节约电能，可广泛用于生活的每个地方如养殖，花卉等所有的场所。
由于本装置采用集成电路技术，故具有电路灵敏度高、制作方便、性能可靠、成本低和耗电省等优点。
目录
前言1
一、概述2
1、课题的意义2
2、参数要求2
二、电路设计与原理分析3
1、微风电风扇温度控制器原理图3
2、原理分析3
（1）降压整流电路设计3
（2）电源电路设计3
3、温度控制4
三、主要元件的选择5
1、二极管、稳压二极管、三极管的基本知识5
（1）二极管5
（2）稳压二极管6
（3）三极管7
（4）热敏电阻10
（5）单向可控硅13
四、处理电路15
1、NE555定时器结构15
2、NE555定时器的工作原理15
3、定时器应用16
4、555构成的单稳态定时电路19
五、电路的装配与调试20
1、检查元器件20
2、电烙铁的使用20
3、安装元器件20
4、调试电路20
六、结束语21
1、工作总结21
2、工作展望21
七、参考文献22
八、结束语23
前言
当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步,科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。
由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子信息技术更显得尤为重要，在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。
二十一世纪是信息化的世纪，光电子技术是信息社会发展的强大推动力，因此，光电子产业一直被认为是下世纪的重要支柱产业。
特别是许多传统产业在金融风暴的冲击下纷纷不支倒地，更使微电子和光电子等高科技产业支撑经济增长的角色日益突出。
在近二十年内，光电子产业将以30―60%的年平均速度发展，而材料的研究和开发是光电子技术发展的先导和基础，因此具有广阔的发展前景。
作为重要的光电子材料，激光晶体从科学研究到工业生产，从军用到民用，应用范围很广。
目前,光电子及其通信技术的应用正不断向社会各个领域扩展,光电子产业所带来的经济效益令全球一致看好,人们普遍称21世纪为光电子时代。
世界上的先进国家竞相将光电子技术引入国家发展计划，建设各自的“光谷”工程。
中国光电子信息技术产业发展较好的长春、上海、武汉、广州等地也纷纷实施当地的“光谷”建设计划。
其中长春的“光谷”建设由于上市绩优股——兰宝信息的全面介入,前景特别看好。
社会发展之迅速，用电之出太多，我国的电力又缺乏所以我们设计了这个课题，微风电风扇温度控制器，当室内的温度小于设定的温度，电风扇停止，而高于就转动。
第1章概述
1.1课题的意义：
随着科技的发展，处处都是科技化，家庭也离不开自动化。
在我们身边都可以看到，它主要是在我们不在的时候可以自动控制，可以根据温度来控制。
1.2基本参数要求
序号
元器件名称
型号规格
参数要求
数量
价格
备注
1
SMD碳膜电阻
1/4W
56K
2
0.06
R1/R3
2
1M
1
0.03
R2
3
47K
1
0.03
R4
4
120
1
0.03
R5
5
82
1
0.03
R8
6
SMD热敏电阻
1/4W
360
1
0.10
R6
7
390
1
0.10
R7
SMD碳膜电位器
1/2W
470OR510
1
0.2
W1
8
电解电容
25V
220U
1
0.20
C1
9
SMD涤纶电容
16V
0.01U
1
0.1
C2
10
0.1U
1
0.1
C3
11
SMD温压二极管
2CW81
8V/10mA
1
0.15
DZ1
12
SMD三极管
3DK2
HFE80－100
3
1.8
13
SMD二极管
1N4007
7
0.7
14
SMDIC
NE555
1
1.3
15
SMD单向可控硅
1A400V
1
1.2
16
鳄鱼夹
2
1
17
多芯绝缘导线
0.3A
1m
1
18
电源线带插头
两线制式
2A
1m
4
19
电源插座
3/2孔标准插孔
尺寸30×60×100mm
15
20
线路板
单面
70×100mm
1
2
21
焊锡丝
0.8-1.0
1m
0.5
第二章电路设计及电路分
2.1微风电风扇温度控制器原理图
图1微风电风扇温度控制原理图
2.2原理分析：
它由测温控制电路和降压整流电源电路组成。
其中电源电路为控制电路提供VDD=+5V的直流电压。
测温控制电路的核心为IC（555）和R5、R7、W1、R6等组成的双稳态触发器，且，R6、R7选用NTC热敏电阻作为测温元件。
当环境温度增加时，相应R6、R7的阻值变小，使IC因②脚电位下降到小于1/3VDD而被置位，3脚输出高电平。
从而使由D2～D5、SCR、BG1、BG2等组成的可控硅交流零压开关接通，风扇D因接通电源而运转；当环境温度下降时，相应R7、R6的阻值变大，555因②脚电位升高到大于1/3VDD而被复位，③脚输出低电平，从而使可控硅交流零压开关截止，电风扇D因电源断开而停转。
在调试时，可根据需要来设置温度点。
当环境温度高于设定的温度时，风扇自动开启；当环境温度低于设定的温度时，风扇自停。
电位器W1为调稳电位器，对应温度可用刻度盘标示。
1.降压整流电路设计
输出电压VO高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高
2.桥式整流电路的简介
图2-1a桥式整流电路 图2-1b简化图
图2-2桥式整流电路的工作原理
桥式整流电路的工作原理如下：
E2为正半周时，对D1,D3导通：
对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成e2、D1、RFz、D3通电回路，在RFz上形成上正下负的半波整流器洗耳恭听电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成e2、D2、RFz、D4通电回路，同样在RFz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去，结果在RFz，上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图2-2中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半。
2.3温度控制电路
测温控制电路的核心为IC（555）和R5、R7、W1、R6等组成的双稳态触发器，且，R6、R7选用NTC热敏电阻作为测温元件1.3降压整流电源电路：
各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，为电器设备提供直流电的设备称为直流稳压电源。
直流稳压电源可以将220V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压，直流稳压电源的组成框图如图所示。
图3直流稳压电源
第三章元器件介绍
3.1二极管、稳压二极管、三极管的基本知识
1二极管的工作原理
a晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
b二极管的类型
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。
按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。
由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。
c二极管的导电特性
二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1）正向特性
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。
必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。
只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。
导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2）反向特性
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。
二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。
当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
d测试二极管的好坏
测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。
（1）正向特性测试
把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。
若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。
若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。
短路和断路的管子都不能使用。
（2）反向特性测试
把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。
2稳压二极管的介绍
稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。
稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。
我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。
如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。
图3-1a稳压管的伏安特性及符号图3-1b稳压管动态电阻
（1）稳定电压UzUz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变化。
对于同一型号的稳压管来说，稳压值有一定的离散性。
（2）稳定电流Iz稳压管工作时的参考电流值。
它通常有一定的范围，即Izmin---Izmax。
（3）动态电阻Rz它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而改变。
通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。
Rz=Uz/Iz
（4）电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。
不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数，且有正负之分。
稳压值低于4v的稳压管，稳定电压的温度系数为负值；稳压值高于6v的稳压管，其稳定电压的温度系数为正值；介于4V和6V之间的，可能为正，也可能为负。
在要求高的场合，可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿（如2DW7）。
（5）额定功耗Pz前已指出，工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好，但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制，超过P2将会使稳压管损坏。
选择稳压管时应注意：
流过稳压管的电流Iz不能过大，应使Iz≤Izmax，否则会超过稳压管的允许功耗，Iz也不能太小，应使Iz≥Izmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。
下图示出了稳压管工作时的动态等效电路，图中二极管为理想二极管。
图3-2稳压管等效电路
稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡~稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。
稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。
而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用
3三极管的介绍
1晶体三极管的开关特性
a.静态特性
晶体三极管由集电结和发射结两个PN结构成。
根据两个PN结的偏置极性，三极管有截止、放大、饱和3种工作状态。
图3－3（a）和（b）分别给出了一个用NPN型共发射极晶体三极管组成的简单电路及其输出特性曲线。
图3-3（a）共发射极晶体管电路 （b）输出特性曲线
该电路工作特点如下：
1）截止状态:
uB＜0,两个PN结均为反偏,iB≈0,iC≈0,uCE≈UCC。
三极管呈现高阻抗，类似于开关断开。
2）放大状态:
uB＞0,发射结正偏,集电结反偏,iC=βiB。
3）饱和状态:
uB＞0,两个PN结均为正偏,iB≥IBS（基极临界饱和电流）≈UCC/βRc,此时iC=ICS（集电极饱和电流）≈UCC/Rc。
三极管呈现低阻抗，类似于开关接通。
在数字逻辑电路中，三极管被作为开关元件工作在饱和与截止两种状态，相当于一个由基极信号控制的无触点开关，其作用对应于触点开关的"闭合"与"断开"
图3－3（a）（b）给出了图3－4所示电路在三极管截止与饱和状态下的等效电路。
图3-4三极管截止与饱和状态下的等效电路
b.动态特性：
晶体三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的动态特性。
三极管的开关过程和二极管一样，管子内部也存在着电荷的建立与消失过程。
因此，饱和与截止两种状态的转换也需要一定的时间才能完成。
（2）三极管的电流放大原理
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：
锗管和硅管。
而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
图3-5NPN管的结构图
图3-5是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
（3）使用万用电表检测三极管
三极管基极的判别：
根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。
具体方法是将万用表调至电阻挡的R×1k挡，先用红表笔放在三极管的一只管脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只管脚，如果两次全通，则红表笔所放的管脚就是三极管的基极。
如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个管脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。
如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个管脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。
这样最多测量12次，总可以找到基极。
三极管类型的判别：
三极管只有两种类型，即ＰＮＰ型和ＮＰＮ型。
判别时只要知道基极是Ｐ型材料还是Ｎ型材料即可。
当用万用电表R×1k档时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为Ｐ型材料，三极管即为ＮＰＮ型。
如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为Ｎ型材料，三极管即为ＰＮＰ型。
4热敏电阻
热敏电阻器的主要参数：
除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外，还有如下指标：
测量功率：
指在规定的环境温度下，电阻体受测量电源加热而引起阻值变化不超过0.1％时所消耗的功率。
2）材料常数：
是反应热敏电阻器热灵敏度的指标。
通常，该值越大，热敏电阻器的灵敏度和电阻率越高。
3）电阻温度系数：
表示热敏电阻器在零功率条件下，其温度每变化1℃所引起电阻值的相对变化量。
4）热时间常数：
指热敏电阻器的热惰性。
即在无功功率状态下，当环境温度突变时，电阻体温度由初值变化到最终温度之差的63.2％所需的时间。
5）耗散系数：
指热敏电阻器的温度每增加1℃所耗散的功率。
6）开关温度：
指热敏电阻器的零功率电阻值为最低电阻值两倍时所对应的温度。
7）最高工作温度：
指热敏电阻器在规定的标准条件下，长期连续工作时所允许承受的最高温度。
8）标称电压：
指稳压用热敏电阻器在规定的温度下，与标称工作电流所对应的电压值。
9）工作电流：
指稳压用热敏电阻器在在正常工作状态下的规定电流值。
10）稳压范围：
指稳压用热敏电阻器在规定的环境温度范围内稳定电压的范围值。
11）最大电压：
指在规定的环境温度下，热敏电阻器正常工作时所允许连续施加的最高电压值。
12）绝缘电阻：
指在规定的环境条件下，热敏电阻器的电阻体与绝缘外壳之间的电阻值。
开关电源在开机过程中容易因为电容的影响或则寄生电容的影响而导致瞬间电流过大的现象，我们称之为过冲，过冲电流称为inrushcurrent，即过冲电流，热敏电阻的主要作用就是抑制开机瞬间过冲电流的，其原理是电流瞬间过大的时候其电阻很高，通过焦耳热消耗掉开机过程中的过冲能量，在开关电源正常工作的时候其阻抗很低，相当于一个导线，特别注意，需要选择一个合适的热敏电阻，否则容易开机炸热敏电阻，经常看到有同行说开机就炸热敏及时没有选择好热敏的结果，当然如果真不能抑制住Inrushcurrent，加软启动是个百试不爽的方法。
另外，热敏在正常工作的时候温度一般很高，可能到100~200度，其原因是内部不断的粒子运动导致过热，这也是为什么它在正常工作时候相当于一条导线的原因，以下介绍一下其主要几个参数。
阻温特性：
指的是在规定电压下，PTC热敏电阻器的零功率电阻值与电阻本体温度之间的关系。
图3-6阻温特性
额定零功率电阻值（R25或Rn）：
指的是在25℃条件下的零功率电阻，除非客户特别说明另一温度。
最小阻值（Rmin）：
是指从常温25℃开始，温度曲线系列所对应的最小电阻值，此时Rmin所对应的温度为Tmin。
开关温度（Tc）：
当阻值开始呈现阶跃性增加时的温度为开关温度，即当阻值升至2倍最小电阻值（Rmin）时所对应的温度，也称居里温度。
最大工作电压（Vmax）：
在最高允许环境温度下，PTC热敏电阻器能持续承受的最大电压。
最大电流（Imax）：
指在最大工作电压下，允许通过PTC热敏电阻器的最大电流。
不动作电流（Int）：
不动作电流即额定电流或保持电流，指在规定的时间和温度条件下，不导致PTC热敏电阻器呈现高阻态的最大电流。
动作电流（It）：
指在规定的时间和温度条件下，使PTC热敏电阻器阻值呈阶跃型增加时的最小电流。
最大电压下的温度范围：
PTC热敏电阻器在最大电压下仍能连续工作的环境温度范围。
耗散系数（δ）：
PTC热敏电阻器中功率耗散的变化量与元件相应温度变化量之比，称为耗散系数（mw/℃）。
δ=P/（T-Tr）
耐压值：
指在规定的时间和温度条件下，PTC热敏电阻器能承受的最大电压，超过这个电压，PTC热敏电阻器将击穿。
热时间常数（τ）：
在静止的空气中，PTC热敏电阻器从自身温度变化到与环境温度之差的63.2%时所需的时间。
残余电流（Ir）：
指在最大工作电压下，PTC热敏电阻器阻值跃变后，热平衡状态下的电流。
温度系数（αT）：
可表示为：
at=（1/Rt）*（dRt/dT）
所at=（LnR2-LnR1）/（T2-T1）*100%/C
一般指R1、R2所对应的温度即是T1、T2，分别比居里温度高10℃和25℃。
最小阻值时的温度（TRmin）：
最小阻值Rmin出现时所对应的温度。
上限温度（UCT）：
热敏电阻可继续工作时的最大环境温度。
下限温度（LCT）：
热敏电阻可继续工作时的最小环境温度。
伏-安特性:
在25℃的静止空气中,指加在热敏电阻器引出端的电压与达到热平衡的稳态条件下的电流之间的关系
图3-7伏-安特性
绝缘热敏电阻:
达到规定的绝缘阻值及电压验证测试的热敏电阻。
非绝缘热敏电阻:
不要求绝缘电压和绝缘阻值测试的热敏电阻。
起始电流（Iin）:
在电路开关启动到闭合瞬间所出现的电流,即Iin。
峰值电流（Iinp-p）:
起始电流（Iin）的峰-峰值。
电流-时间特性:
指热敏电阻器在施加电压过程中，电流随时间的变化特性。
图3-8电流-时间特性
1.零功率电阻值（RT）
在规定温度下,采用引起电阻变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。
2.额定零功率电阻（R25）
热敏电阻器的设计电阻值，通常是指25℃时测得的零功率电阻值。
3.B值
B值是NTC（负温度系数）热敏电阻器的热敏指数，它被定义为两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与两个温度倒数之差的比值，即：
式中：
RT1--温度为T1时的零功率电阻值
RT2--温度为T2时的零功率电阻值
除非特别指出，B值是由25℃（298.15K）和50℃（323.15K）的零功率电阻值计算而得到的，B值在工作温度范围内并不是一个严格的常数。
4.零功率电阻温度系数
指在规定温度下，热敏电阻器的零功率电阻随温度的变化率与它的零功率电阻值之比,即：
式中:
аT-温度为T时的零功率电阻温度系数
RT-温度为T时的零功率电阻值
T-温度（以K表示）
B-B值
5.耗散系数δ
在规定的环境温度下，热敏电阻器耗散功率变化率与其相应温度变化之比，即δ=ΔP/ΔT
在工作温度范围内，δ随环境温度变化而有所变化。
6.热时间常数τ
在零功率条件下，当温度发生突变时，热敏电阻体温度变化了始末温度差的63.2%所需的时间。
τ与热敏电阻器的热容量C成正比，与其耗散系数δ成反比，即：
τ=C/δ
7.最大稳态电流
在环境温度25℃时允许施加在热敏电阻上的最大连续电流。
8.电阻温度特性热敏电阻器的零功率电阻值与其电阻体温度之间的依赖关系。
5单向可控硅
1单向可控硅
单向可控硅（SCR）又称为可控硅整流器，它的最大特点是有截止和导通这两种稳定状态。
从外特性看有三个引脚：
A为阳极，K为阴极，G为控制极（门级）。
单向,就是当经过可控硅电流单向流动管子才导通.所以当电流反向时候,可控硅就不通,肤浅的说也就讲其两变的电路短开了.所以它的用途之一就是用来稳流（你想,交变电电流不是方向要变吗,就只有一个方向的可以过）.
2单向可控硅的工作原理
可以由两个条件来说明：
导通条件和关断条件。
导通条件是指可控硅从阻断到导通所需的条件，这个条件是可控硅的阳极加上正向电压，同时在门极加上正向电压。
可控硅的导通条件：
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