電風扇定時及風速控制電路設計于濤

1、 沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）電風扇定時及風速控制電路設計班 級 自動化1302 學 號 2013040702068 學 生 姓 名 于 濤 指 導 教 師 張曉新 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 電子技術綜合課程設計 課程設計題目 電風扇定時及風速控制電路設計 課程設計的內容及要求：設計一款電風扇控制電路，具有定時功能和風速調整功能，定時器最大定時1小時（60分鐘）減法計數(shù)，時間一小時內任意可調。有風速連續(xù)調整功能，通過調整控制風扇電機驅動的占空比 進行風速調整。一、設計說明與技術指標 用七段數(shù)碼管顯示時間。 占空比調整電路占空比可以從20%80%。 計

2、數(shù)方式的采樣減法； 此系統(tǒng)工作電壓為交流220V；芯片需要將交流電轉換成直流低電壓供電。二、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本。2根據(jù)技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2014年五、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表：序號評定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設計結果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4

3、設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 年 月 日 一、概述本次的課程設計為電風扇定時及風速控制電路設計，要求設計一款電風扇控制電路，具有定時功能和風速調整功能，定時器最大定時1小時（60分鐘）減法計數(shù)，時間一小時內任意可調。有風速連續(xù)調整功能，通過調整控制風扇電機驅動的占空比 進行風速調整本次的課程設計定時電路使用兩個74LS192加減十進制計數(shù)器來設計定時功能，并利用兩個七段數(shù)碼管顯示時間。直流穩(wěn)壓電路使用變壓器和穩(wěn)壓器把220V交流電轉換成5V直流電，轉速可調電路則采用了555定時器設計的多諧

4、振蕩器，通過調節(jié)電阻使之輸出占空比可調脈沖，從而實現(xiàn)風速連續(xù)可調功能。本次課程設計的報告有概述、方案論證、電路設計、性能測試、結論、參考文獻、附錄共七部分組成，電路由穩(wěn)壓部分、計時部分、轉速調節(jié)部分共三部分組成。用上述設計方法成功的實現(xiàn)了電壓轉換、電風扇定時及風速控制電路，完成了本次的課程設計。二、方案論證設計一款電風扇控制電路，具有定時功能和風速調整功能，定時器最大定時1小時（60分鐘）減法計數(shù)，時間一小時內任意可調。有風速連續(xù)調整功能，通過調整控制風扇電機驅動的占空比 進行風速調整。方案一：方案一原理框圖如圖1、2、3所示。74LS160 74LS192 74LS192 74LS160 數(shù)

5、碼管4 數(shù)碼管2 數(shù)碼管3 數(shù)碼管1圖1 定時電路的原理框圖原理概述：該定時部分使用兩片74LS160和兩片74LS192，74LS160為十進制加法計數(shù)器，74LS192為十進制加減計數(shù)器，根據(jù)要求需將兩片74LS160制成六十進制可調計數(shù)器，而74LS192則分別與兩片74LS160相連，以此實現(xiàn)其倒數(shù)功能。 整流器 變壓器 220V交流電源 穩(wěn)壓器 原理概述：直流穩(wěn)壓部分比較簡單，將220V交流電首先接入變壓器，使其電壓降低，然后接一個整流器，將交流變?yōu)橹绷鳎詈蠼右粋€7805穩(wěn)壓器，使其電壓穩(wěn)定在5V左右。圖2 直流穩(wěn)壓電路的原理框圖 555定時器 電阻可調部分 圖3轉速調節(jié)電路的原理

6、框圖原理概述：轉速可調部分則采用了555定時器制作的多諧振蕩器，通過調節(jié)R1與R2的比值來調節(jié)占空比，從而實現(xiàn)風速調整。方案二： 74LS192D 74LS192D 數(shù)碼管1 數(shù)碼管1 數(shù)碼管1 數(shù)碼管2 數(shù)碼管1 圖4 定時電路的改進框圖方案二的設計則改進了定時部分，簡化了定時電路，因為74LS192本身就能實現(xiàn)加減計數(shù)所以僅用兩片74LS192就能實現(xiàn)時間的設定和倒數(shù)，從而節(jié)省了材料和成本。本次設計采用的是方案二，方案一設計繁瑣，費用成本高，而方案二設計簡單，操作起來簡單易行。3、 電路設計1.直流穩(wěn)壓電源電路 直流穩(wěn)壓電路如圖1所示 直流穩(wěn)壓電路是利用一個變壓器把220v電壓調低，因為采

7、用的是7805穩(wěn)壓器，所以對其輸入有要求，通過查閱資料7805穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍是7V20V，極限電壓為35V，220V的電壓經變壓器后輸出為12V，符合要求。然后連接一個整流器把交流電轉換成直流，電容器儲存的電荷量，取決于電容的容量與兩端電壓的乘積，通過查閱資料和測試最終選取了100微法的電容，再通過7805穩(wěn)壓器把電壓穩(wěn)定在5V左右。然后直流穩(wěn)壓電路就設計完成了。 直流穩(wěn)壓電路12. 風速調整電路 風速調整電路如圖2所示。風速調整電路是根據(jù)555定時器制作的多諧振蕩器，通過調整R1與R2來調節(jié)占空比，從而來調節(jié)風速，占空比q=R1/(R1+R2)，根據(jù)設計要求，占空比在20%80%間可調

8、，所以我首先選取了兩個20千歐的電阻和一個40千歐的可調電阻，而電容則參考了書中電路的設計選取了10納法的電容，經過測試，輸出波形符合要求。工作原理：電子調速器是利用可控硅的半導體原理制作而成，它通過改變加到雙向可控硅控制極觸發(fā)脈沖的占空比，來實現(xiàn)控制雙向可控硅的導通時間，進而實現(xiàn)控制電機繞組得電產生轉矩的時間長短，來控制、改變風扇轉速的。它的特點是風速的大小調節(jié)不受限制，無檔次，實現(xiàn)無極調速控制，占空比實際上就是要控制電容的充放電時間，電路充電由0到2/3Vcc 3腳輸出高電平，電容放電由2/3Vcc降到1/3Vcc輸出低電平，故只要控制好充放電時間就能控制輸出波形的占空比。 風速調整電路2

9、 3. 定時電路 定時電路如圖3所示定時電路采用了兩片74LS192十進制加減計數(shù)器，該電路采用了六十進制計數(shù)，數(shù)碼管U8為十位，U2為個位，因為采用六十進制所以十位采用計數(shù)法，即將AD接地，BC接高電平，為0110即為二進制的6，由于是倒計時電路所以采用了減計數(shù)，通過個位的借位輸出，十位相應減一，從而實現(xiàn)減法計數(shù)，該電路通過兩個開關來調節(jié)計數(shù)時間，然后將其轉接函數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)自動倒計時。 定時電路3 四、性能測試1.直流穩(wěn)壓電源測試 表1 直流穩(wěn)壓電路測試數(shù)據(jù)表R值(k)C值(F)頻率（Hz）周期(s)無100500.02直流穩(wěn)壓電路如圖1所示 仿真波形圖如圖4所示 直流穩(wěn)壓電路仿真波形4 解

10、釋說明： 經過檢驗，直流電壓輸出為5.003V，誤差為0.3%，在器件允許范圍內，所以該電路符合設計要求。 2.風速調整電路測試 R值(k)C值(nf)電壓（V）周期(us)40105700.855風速調整電路如圖2所示風速調整電路如圖5、6所示 最大風速電路仿真圖5解釋說明：從圖中可以看出該電路的周期為700.855us，幅值為5v，高電平占整個周期的比值最大，所以為最大風速。 最小風速仿真圖6解釋說明：從圖中可以看出該電路的周期為700.855us，幅值為5v，高電平占整個周期的比值最小，為最小風速且周期沒有發(fā)生變化。3. 定時電路性能測試定時電路如圖3所示、定時電路仿真如圖6、7所示 定

11、時電路仿真圖6 定時電路仿真圖7 解釋說明：從圖中可以知道該定時電路可以設定從0到60任意時間，符合設計要求。 74LS192D功能表輸入輸出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01xxxxxxx000000xxdcbadcba011xxxx加計數(shù)011xxxx減計數(shù) 74LS192D引腳圖 五、結論 在接通電源后，直流穩(wěn)壓電路把220v交流電轉換成5v直流電并供電，通過對風速調整電路的調節(jié)可以改變電路的占空比，從而實現(xiàn)風速的調節(jié) ，然后就是對時間的控制，定時電路采用兩個可控開關來調整 工作時間，時間調整結束后，再轉接函數(shù)發(fā)生器從而實現(xiàn)倒數(shù)功能，然而該功能的缺點就是計時到零時不能

12、自動停止，而是繼續(xù)下個循環(huán)?；叵氪舜握n程設計，至今我仍感慨頗多。自從拿到題到完成整個編程，從理論到實踐，在整整兩個星期的日子里，可以說學到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。在剛接到課設題目的時候，我對整個設計程序還是模糊的，因為在書本上學到的東西根本就不夠用，這就需要你花大量的時間精力去自己獲取所需資料，而這個過程往往是最艱難的，因為根本就沒有現(xiàn)成的東西等著你，這完全需要你自己去學習和改進，經過無數(shù)次的失敗和修改才最終仿真成功。在測試過程中，我走了很多的彎路，在直流穩(wěn)壓部分我初次用的不是7805片子而是用了LM317，就是因為這一個疏忽讓我廢

13、了很多周折，因為LM317輸出的電壓為17V而設計需求的是5V這就需要我利用一個滑動變阻器來調節(jié)電壓，在初次仿真的時候老師給我指出了我的錯誤，電阻選取的不合理，雖然波形正常但由于電阻選取的過小可能導致片子兩端電壓相近從而導致電路短路，于是我聽取了老師的意見改用了LM7805片子，在轉速調節(jié)部分我一開始的時候是在網上查找的資料，由于不是太懂它的原理所以老師給我指正了很多錯誤，首先我所連電路部分就是錯誤的，雖然它輸出了我要的波形，但它并不符合設計需求，仿真結束后，我通過翻閱書籍又重新修正了這一部分電路，利用555定時器構成了多諧振蕩器。通過這次課程設計我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知

14、識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正學以致用，才能將知識學懂。在課設過程中，遇到了很多的問題，但是通過查閱資料，向老師、同學請教，在老師耐心的指導、同學細心的幫助以及我自己的努力下，解決了所有的問題，最終完成了課程設計。 參考文獻1 閻石主編. 數(shù)字電子技術. M北京：高等教育出版社，2006年2 陳振官等編著. 新穎高效聲光報警器. M北京：國防工業(yè)出版社，2005年3 沙占友，李學芝著. 中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術M.北京：人民郵電出版社，1993年4 童詩白，華成英編. 模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2006年5 戴伏生主編. 基礎電子電路設計與實踐M.北京：國防工業(yè)出版社，2002年6 譚博學主編. 集成電路原理與應用M.北京：電子工業(yè)出版社，2003年7 康華光主編. 電子技術基礎數(shù)字部分M.北京：高等教育出版社，2000年8 夏路易主編. 電路原理圖與電路板設計教程M.北京：兵器工業(yè)出版社，2002年9 薛文，華慧明編. 新編實用電子技術M.福建：科學技術出版社，1999年10 劉泉主編. 數(shù)字信號處理原理與實現(xiàn)M.北京：電子工業(yè)出版社，2005年附錄I 總電路圖 附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)