定时排气扇课程设计.docx

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定时排气扇课程设计

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！

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：

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。

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/3

VI1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VI1>2VCC∕3VI2>VCC/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VI1<2VCC∕3，VI2

当VI1<2VCC∕3，VI2>VCC/3时，简单SR锁存器S=1,R=1,锁存器状态不变，电路保持原状态不变。

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）C1

2、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）

2.2.3CD4017

1、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：

CP：

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：

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

滑动变阻器1M1个

电磁继电器开关2个

第三章PCB板的制作

3.1.1Protel原理图

3.1.2PCB图

3.2.1手工焊接步骤

（1）准备。

将被焊件、电烙丝、焊锡丝、烙铁架等准备好，并放置在便于操作的地方。

焊接前要加热到能熔锡的烙铁头放在松香或蘸水海棉上轻轻擦拭，以除去氧化物残渣；然后把少量的焊料和助焊剂加到清洁的烙铁头上，让烙铁随时处于可焊接状态。

（2）加热被焊件。

将烙铁头放置在被焊件的焊接点上，使接点上升温。

若烙铁头上带有少量焊料（在准备阶段时带上），可使烙铁头的热量较快地传到焊点上。

（3）熔化焊料。

将焊接点加热到一定温度后，用焊锡丝触到焊接处，熔化适量的焊料。

焊锡丝应从烙铁头的对称侧加入，而不是直接加在烙铁头上。

（4）移开焊锡丝。

当焊锡丝适量熔化后，迅速移开焊锡丝。

（5）移开烙铁。

当焊接点上的焊料流散接近饱满，助焊剂尚未完全挥发，也就是焊接点上的温度最适当、焊锡最光亮、流动性最强的时刻，迅速拿开烙铁头。

移开烙铁头的时机、方向和速度，决定着焊接点的焊接质量。

正确的方法是先慢后快，烙铁头沿45°角方向移动，并在将要离开焊接点时快速往回一带，然后迅速离开焊接点。

注：

对热容量小的焊件，可以用三步焊接法，即焊接准备→加热被焊部位并熔化焊料→撤离烙铁和焊料。

3.3注意事项

1电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。

所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

2、数字电路与模拟电路的共地处理

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。

数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。

也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

第四章电路板的调试

4.1555多谐振荡器的调试

吸取了以前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。

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，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，学校发的稳压二极管烧坏了，发现555芯片的3脚在低电平时电压就已经达到了3V多，而电磁继电器的电压只有9V。

最后把电源电压改成了9V，同时更换了二极管并接通了电源，两盏灯交替亮起来，这和设计结果相符。

第五章总结

5.1心得体会

通过这次定时排气扇电路的设计和制作,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的灵活运用。

在设计及制作过程中，遇到过一些困难，但我通过问同学、老师以及通过上网和去图书馆查资料解决之，并且在网上搜集到了一些元器件及电路的相关资料对以后的学习及工作是很有帮助的。

最重要的是我学会了自学的方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。

其次是进一步熟练地掌握和运用了相关的专业软件，提高了我们自身的专业素质。

这也是我们工科学生所必须掌握的基础技能。

同时也深深的体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。

此次电子技术课程设计我收获很多，达到了我对所学知识温故而知新的效果，大大增强了我把理论知识运用到实践中的能力，提高了我的动手能力。

附录A电路原理图

附录B元件清单

元件类型

参数

数量

芯片

NE555

1个

芯片

CD4017

1个

二极管

1N4001

4个

发光二极管红色

红色，绿色

9，1个

三极管

3DG12

1个

电容

2200uF

1个

0.1uF

2个

0.01uF

1个

电阻

1.1M

1个

240k

1个

1k

3个

10k

1个

100k

1个

滑动变阻器

1M

1个

电磁继电器开关

9W

2个

手动开关

1个

附录C装配图