衛(wèi)生間自動(dòng)換氣沖刷電路設(shè)計(jì)

平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGEPAGE2前言隨著國民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，人民生活水平、生活質(zhì)量的不斷提高，公寓式客房、高級(jí)住宅小區(qū)越來越多，人們對(duì)衛(wèi)生間環(huán)境要求也越來越高。衛(wèi)生間自動(dòng)換氣系統(tǒng)能夠檢測(cè)室內(nèi)異味濃度及濕度，當(dāng)異味氣體濃度及濕度讓人感覺不愉快時(shí)能自動(dòng)地進(jìn)行換氣直至使人感覺舒服時(shí)才停止換氣，這樣人不論何時(shí)進(jìn)入衛(wèi)生間都感覺很干凈、干爽。此次設(shè)計(jì)的題目是衛(wèi)生間自動(dòng)換氣系統(tǒng)，主要應(yīng)用于賓館、家庭中的衛(wèi)生間。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的主要器件是氣敏、濕敏半導(dǎo)體傳感器，該傳感器的靈敏度高，因此可以檢測(cè)異味濃度及濕度。該系統(tǒng)是由電源電路、傳感器電路、控制電路、換氣電路等組成。關(guān)鍵詞：異味濕度傳感器換氣電路報(bào)告類型：設(shè)計(jì)報(bào)告目錄TOC\o"1-3"\u前言 1第一章緒論 41.1設(shè)計(jì)方案 41.2論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 4第二章異味氣體及濕度傳感器 42.1半導(dǎo)體氣敏傳感器 52.2濕敏傳感器 72.2.1半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻 82.3傳感器通常由三部分組成 102.4氣體傳感器的發(fā)展方向 11第三章衛(wèi)生間自動(dòng)換氣電路的設(shè)計(jì) 113.2控制、載波發(fā)生電路 133.2.1控制、載波發(fā)生電路的組成及其工作原理 133.2.4氣體檢測(cè)、載波發(fā)射總電路（簡(jiǎn)稱發(fā)射機(jī)） 163.3載波接收,換氣電路 163.3.1譯碼電路LM567 163.3.4電源電路 203.3.37812型號(hào)三端穩(wěn)壓器基本概述 233.3.5載波接收?qǐng)?bào)警總電路（簡(jiǎn)稱接收機(jī)） 24結(jié)束語 26參考文獻(xiàn) 27第一章緒論隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的科技產(chǎn)品已迅速而普遍的進(jìn)入人們的日常生活。而衛(wèi)生間的空間很狹小、人們?nèi)霂髸?huì)在這狹小的環(huán)境里留下難聞的異味，同時(shí)人們也常在這狹小的環(huán)境里洗澡、洗衣服，使環(huán)境中的濕度很大若換氣條件不好，常常使人一進(jìn)入衛(wèi)生間就會(huì)感覺很不舒服。衛(wèi)生間自動(dòng)換氣電路正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種新型產(chǎn)品，它能及時(shí)的檢測(cè)異味、濕氣迅速地?fù)Q氣直到使人們感覺舒服為止，是一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品。1.1設(shè)計(jì)方案圖1-1衛(wèi)生間自動(dòng)換氣電路設(shè)計(jì)方案框圖1.2論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1.氣體檢測(cè)、載波發(fā)射電路以QM—N10型氣敏元件為核心與TWH8778集成開關(guān)，NE555構(gòu)成氣體檢測(cè)載波發(fā)射電路，向外發(fā)射載波信號(hào)。2.載波接收控制電路譯碼部分電路由LM567組成。3.換氣電路設(shè)計(jì)第二章異味氣體及濕度傳感器衛(wèi)生間里的地漏及坐便器散發(fā)出的氣體，主要成分是硫化氫、氨氣等，氣敏傳感器是用來測(cè)量氣體的類別、濃度和成分的傳感器。由于氣體種類繁多，性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器檢測(cè)所有類別的氣體，因此，能實(shí)現(xiàn)氣一電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多。氣敏傳感器按其構(gòu)成材料不同，可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類。目前，實(shí)際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。2.1半導(dǎo)體氣敏傳感器按照半導(dǎo)體與氣體的相互作用是在其表面還是在其內(nèi)部，可分為表面電阻控制型和體控制型兩類；按照半導(dǎo)體變化的物理性質(zhì)，又可分為電阻型和非電阻型兩種。半導(dǎo)體氣敏元器件的詳細(xì)分類可參見表2-1。電阻型半導(dǎo)體氣敏元器件是利用半導(dǎo)體材料接觸氣體時(shí)，其阻值發(fā)生改變來檢測(cè)氣體的成分或濃度；非電阻型半導(dǎo)體氣敏元器件根據(jù)其對(duì)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些有關(guān)特性變化而對(duì)氣體進(jìn)行直接或間接檢測(cè)。類型主要物理特性類型氣敏元器件檢測(cè)氣體電阻型電阻表面控制型Sn02和ZnO等的燒結(jié)體、薄膜、厚膜可燃性氣體體控制型T-Fe203，氧化鈦(燒結(jié)體)氧化鎂，Sn02酒精可燃性氣體氧氣非電阻型二極管整流特性表面控制型硫化鎘、鉑一氧化鈦(金屬一半導(dǎo)體結(jié)型二極管)氫氣、一氧化碳酒精晶體管特性鉑柵、鈀柵MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氫氣、硫化氫表2-1半導(dǎo)體氣敏元器件分類Sn02(氧化錫)敏感材料是目前應(yīng)用最多的一種氣敏材料，它已被廣泛地應(yīng)用于工礦企業(yè)、民用住宅和賓館飯店等對(duì)可燃和有害氣體的檢測(cè)。因此，本節(jié)將以較多的篇幅介紹Sn02氣敏材料的氣敏傳感器。1．電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)：氣敏傳感器通常由氣敏元器件、加熱器和封裝體等三部分組成。(1)氣敏元器件按照制造工藝分類：可分為燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型三類，典型結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。1)燒結(jié)型氣敏器件。如圖2-1a所示，這類器件以Sn02半導(dǎo)體材料為基體，將鉑電極和加熱絲埋人Sn02材料中，用加熱、加壓和溫度為700～900℃的制陶工藝燒結(jié)成形，因此被稱為半導(dǎo)體導(dǎo)瓷，簡(jiǎn)稱半導(dǎo)瓷。半導(dǎo)瓷內(nèi)的晶粒直徑約為lμm，晶粒的大小對(duì)電阻有一定2)薄膜型氣敏元器件。如圖2-1b所示，這類器件采用蒸發(fā)或?yàn)R射工藝，在石英基片上形成氧化物半導(dǎo)體薄膜(其厚度小于10-7m)，制作方法簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)證明，Sn02a燒結(jié)型氣敏元器件b薄膜型氣敏元器件圖2-1半導(dǎo)體傳感器的器件結(jié)構(gòu)加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃和油霧等燒掉，加速氣體的吸附，提高敏感元件的靈敏度和響應(yīng)速度。加熱器的溫度一般控制在200～400℃(2)氣敏器件按照加熱方式分類：加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種，因而形成了直熱式和旁熱式氣敏元器件。1)直熱式是將加熱絲直接埋入Sn02和ZnO粉末中燒結(jié)而成，因此，直熱式常用于燒結(jié)型氣敏結(jié)構(gòu)。直熱式結(jié)構(gòu)如圖5—23a、b所示。直熱式結(jié)構(gòu)的氣敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、功耗小，可以在高電壓回路中使用；它的缺點(diǎn)是熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，測(cè)量回路和加熱回路間沒有隔離而相K影響，國產(chǎn)QN型和日本費(fèi)加羅TGSl09型氣敏傳感器均屬此類結(jié)構(gòu)。a)直熱式結(jié)構(gòu)b)直熱式符號(hào)c)旁熱式結(jié)構(gòu)圖2-2氣敏元器件結(jié)構(gòu)與符號(hào)2)旁熱式是將加熱絲和敏感元件同置于一個(gè)陶瓷管內(nèi)，管外涂梳狀金電極作測(cè)量極，住金電極外再涂上Sn02等材料，其結(jié)構(gòu)如圖2-2c旁熱式結(jié)構(gòu)的氣敏傳感器克服了直熱式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使測(cè)量極和加熱極分離，而且加熱絲不與氣敏材料接觸，避免了測(cè)量回路和加熱回路的相互影響；器件熱容量大，降低了環(huán)境溫度對(duì)器件加熱溫度的影響，所以這類結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性和可靠性比直熱式的好。國產(chǎn)QM—N5型和日本費(fèi)加羅TGS812和TGS813等型氣敏傳感器都采用這種結(jié)構(gòu)。2．氣敏元器件的分類與應(yīng)用分類檢測(cè)對(duì)象氣體應(yīng)用場(chǎng)所爆炸性氣體液化石油氣、城市用煤氣甲烷可燃性煤氣家庭煤礦辦事處有毒氣體一氧化碳(不完全燃燒的煤氣)硫化氯、含硫的有機(jī)化合物鹵素、鹵化物、氨氣等煤氣灶特殊場(chǎng)所特殊場(chǎng)所環(huán)境氣體氧氣(防IE缺氧)二氧化碳(防止缺氧)水蒸氣(調(diào)節(jié)溫度、防止結(jié)露)大氣污染(sox、N0x等)家庭、辦公室家庭、辦公室電子設(shè)備、汽車溫室工業(yè)氣體氧氣(控制燃燒、調(diào)節(jié)空氣燃料比)一氧化碳(防止不完全燃燒)水蒸氣(食品加工)發(fā)電機(jī)、鍋爐發(fā)電機(jī)、鍋爐電炊灶其他呼出氣體中的酒精和煙等表2-2半導(dǎo)體氣敏元器件分類與應(yīng)用匯總表2.2濕敏傳感器濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。絕對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位為g／m3一般用符號(hào)AH表示；相對(duì)濕度是指氣體的絕對(duì)濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)的絕對(duì)濕度之比，一般用符號(hào)RH表示。相對(duì)濕度給出大氣的潮濕程度，它是一個(gè)無量綱的量，在實(shí)際使用中多使用相對(duì)濕度這一概念。濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號(hào)的器件。濕度檢測(cè)較之其他物理量的檢測(cè)顯得困難，這首先是因?yàn)榭諝庵兴魵夂恳瓤諝馍俚枚啵涣硗?，液態(tài)水會(huì)使一些高分子材料和電解質(zhì)材料溶解，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿，使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化，從而喪失其原有的性質(zhì)；再者，濕信息的傳遞必須靠水對(duì)濕敏器件直接接觸來完成，因此濕敏器件只能直接暴露于待測(cè)環(huán)境中，不能密封。通常，對(duì)濕敏器件有下列要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短、壽命長(zhǎng)、有互換性、耐污染和受溫度影響小等。微型化、集成化及廉價(jià)是濕敏器件的發(fā)展方向。濕度的檢測(cè)已廣泛應(yīng)用于：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技和生活等各個(gè)領(lǐng)域，濕度不僅與工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，而且是環(huán)境條件的重要指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)已發(fā)展比較成熟的半導(dǎo)體陶瓷濕敏傳感器。2.2.1半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻通常，用兩種以上的金屬氧化物半導(dǎo)體材料混合燒結(jié)而成為多孔陶瓷。這些材料有ZnO-LiO2-V205系、Si-Na20-V205系、Ti02-MgO-Cr203系等，前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降，故稱為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷，最后一種材料的電阻率隨濕度增加而增大，故稱為正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷(以下簡(jiǎn)稱半導(dǎo)瓷)。1．負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電原理，由于水分子中的氫原子具有很強(qiáng)的正電場(chǎng)，當(dāng)水在半導(dǎo)瓷表面吸附時(shí)，就有可能從半導(dǎo)瓷表面俘獲電子，使半導(dǎo)瓷表面帶負(fù)電。如果該半導(dǎo)瓷是P型半導(dǎo)體，則由于水分子吸附使表面電動(dòng)勢(shì)下降，將吸引更多的空穴到達(dá)其表面，于是，其表面層的電阻下降。若該半導(dǎo)瓷為N型，則由于水分子的附著使表面電動(dòng)勢(shì)下降，如果表面電動(dòng)勢(shì)下降較多，不僅使表面層的電子耗盡，同時(shí)吸引更多的空穴達(dá)到表面層，有可能使到達(dá)表面層的空穴濃度大于電子濃度，出現(xiàn)所謂表面反型層，這些空穴稱為反型載流子。它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性。因此，由于水分子的吸附，使N型半導(dǎo)瓷材料的表面電阻下降。由此可見，不論是N型還是P型半導(dǎo)圖2-3氯化鋰濕度電阻特性曲線瓷，其電阻率都隨濕度的增加而下降。圖2-4表示了幾種負(fù)特性半導(dǎo)瓷阻值與濕度的關(guān)系。2．正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電原理正特性材料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負(fù)特性材料有所不同。當(dāng)水分子附著在半導(dǎo)瓷的表面使電動(dòng)勢(shì)變負(fù)時(shí)，導(dǎo)致其表面層電子濃度下降，但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型程度，此時(shí)仍以電子導(dǎo)電為主。于是，表面電阻將由于電子濃度下降而加大，這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大。如果對(duì)某一種半導(dǎo)瓷，它的晶粒間的電阻并不比晶粒內(nèi)電阻大很多，那么表面層電阻的加大對(duì)總電阻并不起多大作用。不過，通常濕敏半導(dǎo)瓷材料都是多孔的，表面電導(dǎo)占比例很大，故表面層電阻的升高必將引起總電阻值的明顯升高。但是，由于晶體內(nèi)部低阻支路仍然存在，正特性半導(dǎo)瓷的總電阻值的升高沒有負(fù)特性材料的阻值下降那么明顯。圖5-36給出了Fe304正特性半導(dǎo)瓷濕敏電阻阻值與濕度的關(guān)系曲線。從圖2-4和圖2-5可以看出，當(dāng)相對(duì)濕度從0％RH變化到100％RH時(shí)，負(fù)特性材料的阻值均下降3個(gè)數(shù)量級(jí)，而正特性材料的阻值只增大了約一倍。3．典型半導(dǎo)瓷濕敏元件(1)MgCr204一Ti02濕敏元件：氧化鎂復(fù)合氧化物二氧化鈦濕敏材料通常制成多孔陶瓷型“濕-電”轉(zhuǎn)換器件，它是負(fù)特性半導(dǎo)瓷，MgCr204為P型半導(dǎo)體，它的電阻率低，電阻一濕度特性好，在MgCr204一Ti02陶瓷片的兩面涂覆有多孔金電極，金電極與引出線燒結(jié)在一起。為了減少測(cè)最誤差，在陶瓷片外設(shè)置由鎳鉻絲制成的加熱線圈，以便對(duì)器件加熱清洗，排除惡劣氣氛對(duì)器件的污染。整個(gè)器件安裝在陶瓷基片上，電極引線一般采用鉑一銥合金。圖2-4幾種半導(dǎo)瓷濕敏負(fù)特性l—Zn0-Li02-V2052—Si-Na20-V2053—Ti02-MgO-Cr203圖2—5Fe304半導(dǎo)瓷的正濕敏特性MgCr204-Ti02陶瓷濕度傳感器的相對(duì)濕度與電阻值之問的關(guān)系如圖2-6所示，傳感器的電阻值既隨所處環(huán)境的相對(duì)濕度的增加而減小，又隨周圍環(huán)境溫度的變化而有所變化。圖2-6MgCr204一Ti02陶瓷濕度傳感器的相對(duì)濕度與電阻關(guān)系2.3傳感器通常由三部分組成1.敏感元件：直接感受被測(cè)量,輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系。2.轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是轉(zhuǎn)換元件的輸入,它把輸入轉(zhuǎn)換成電量參量。3.轉(zhuǎn)換電路：把轉(zhuǎn)換元件輸出的電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄或控制的有用的電信號(hào)的電路。其組成如圖2－7所示：敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量圖2-7傳感器的組成（組成實(shí)例）氣體傳感器是一種把氣體(多數(shù)為空氣)中的特定成分檢測(cè)出來，并將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，以便提供有關(guān)待測(cè)氣體的存在及濃度大小的信息。2.4氣體傳感器的發(fā)展方向目前，國內(nèi)外對(duì)新的氣敏材料和氣體傳感器的研究非?；钴S，其主要研究和發(fā)展方向主要集中在以下幾點(diǎn)：首先，開發(fā)新的氣敏材料。主要措施是在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氣敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中摻雜一些元素，目前有很多這方面的研究報(bào)道；其次是研制和開發(fā)復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料和高分子氣敏材料，使這些材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。另外，開發(fā)新的氣體傳感器，應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)，對(duì)氣體傳感器的機(jī)理做進(jìn)一步研究，使傳感器更加微型化和多功能化，并具有性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。同時(shí)，進(jìn)一步采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣體傳感器的智能化。氣體傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了智能氣體傳感器--電子鼻。國內(nèi)外已成功開發(fā)了鑒別和檢測(cè)食品、香料等的電子鼻。研制開發(fā)新型仿生氣體傳感器-仿生電子鼻是未來氣體傳感器發(fā)展的主要方向。第三章衛(wèi)生間自動(dòng)換氣電路的設(shè)計(jì)衛(wèi)生間自動(dòng)換氣電路電路主要包括七部分：異味氣體檢測(cè)、濕度檢測(cè)、控制電路、載波發(fā)生器、接收電路、換氣電路、電源電路等組成。本機(jī)發(fā)射器與接收器采用同一個(gè)電源供電。220V交流電經(jīng)變壓器B01變成15V左右的交流電，再經(jīng)D04～D07C07，等組的整流濾波電路進(jìn)行整流、濾波和IC03穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的12V3.1異味氣體檢測(cè)電路3.1.1如圖3-1，當(dāng)RQ01接觸到異味時(shí)，其A、B兩端電阻下降，a點(diǎn)電位升高；異味濃度越大，A、B兩點(diǎn)電阻越小，a點(diǎn)電位越高。a點(diǎn)電壓經(jīng)R02、D02向電容C01充電，使C01兩端電位差隨a點(diǎn)電位升高而上升。當(dāng)異味濃度超過一定限度時(shí)，a點(diǎn)電位將高于1.8V，電容C01兩端電位差將超過1.6V，將會(huì)將檢測(cè)出的信號(hào)發(fā)送給下級(jí)電路。圖3-1氣體檢測(cè)電路3.1.21、特性l）、對(duì)空氣中硫化氫氣體有很高的靈敏度。2）、量程從0到100PPM3）、精度可以到達(dá)1PPM2、特性參數(shù)l）、回路電壓：(Vc)5-24V2）、取樣電阻：(RL)0.5-20KΩ3）、加熱電壓：(VH)5±0.1V4）、加熱功率：(P)約750mW5）、靈敏度：R0(air)/RS(1000ppmC4H10)＞56）、響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒7）、恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒3、結(jié)構(gòu)1）、外形尺寸（mm）2）、接線圖A-a內(nèi)部短路為第一測(cè)量極B-b內(nèi)部短路為第二測(cè)量極H-h加熱極4、基本測(cè)試電路和測(cè)試條件l）、測(cè)試電路2）、測(cè)試條件回路電壓:VC=10V加熱電壓:VH=5V負(fù)載電阻:RL=2K注:供貨器件中所給VRL值是指此測(cè)試下干凈空氣中的值。電阻電阻氣體濃度圖3-2氣敏電阻與有害氣體的特性曲線3.2控制、載波發(fā)生電路3.2.1控制、載波發(fā)生電路的組成及其工作原理本電路主要由TWH8778集成開關(guān)當(dāng)有氣體檢測(cè)電路有信號(hào)輸送過來時(shí)開關(guān)集成電路IC01(TWH8778)將導(dǎo)通，IC01的②、③腳將輸出供電電壓到載波發(fā)生器，載波發(fā)生器進(jìn)入工作狀態(tài)，向外發(fā)送100kHz的載波信號(hào)。C02為開關(guān)集成電路IC01的濾波電容，可以減少開關(guān)集成電路輸出電阻對(duì)載波振蕩器的影響。本電路通過選擇元件W02、C03的參數(shù)，使其工作頻率為100kHz左右，調(diào)節(jié)W02可調(diào)整其發(fā)送載波的頻率，由于NE555的輸出電流足夠大，因而不必再加放大電路，載波信號(hào)從IC02③腳輸出后通過C05向載波傳輸線發(fā)送。一般檢測(cè)區(qū)離換氣電路部分距離較遠(yuǎn)，中間的截波傳輸線容易出故障，本電路還設(shè)有一個(gè)監(jiān)視電路，可監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)包括傳輸線是否工作正常。這部分電路由R03、L01等組成，當(dāng)檢測(cè)電路正常工作時(shí)，通過R03、L01向載波傳輸線輸出一直流控制電壓。在接收部分用一電路檢測(cè)這一直流電壓的有無，即可知整個(gè)系統(tǒng)包括傳輸線是否工作正常，R03、L01的另一個(gè)作用是防止載波信號(hào)回送到TWH8778的輸入端對(duì)整個(gè)電路造成影響。圖3-4控制載波發(fā)射電路3.2.2THW87781、簡(jiǎn)介TWH8778是一種大電流驅(qū)動(dòng)開關(guān)集成電路。它內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用起來卻十分方便。只需在"控制"端上加一個(gè)數(shù)字信號(hào)，就能高速控制外接負(fù)載的通斷。TWH8778采用雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管混合工藝制造。因此其有靜態(tài)功耗低，輸出電流大的優(yōu)點(diǎn)。圖3-5TWH8778的外觀圖2、TWH8778的特點(diǎn)：1）.輸出電流大，24V時(shí)為1.0A；2）.電源輸入級(jí)設(shè)有完善的自動(dòng)過電壓保護(hù)電路；3）.具有輸出限流電路；4）.開關(guān)壓降小，約0.5V/1A；5）.電路控制端可直接與TTL、CMOS電路連接；6）.具有熱保護(hù)功能；7）.靜態(tài)功耗小，當(dāng)負(fù)載斷開時(shí)僅5OμA;僅有效工作頻率達(dá)15kHZ。圖3-6TWH8778的電路符號(hào)圖3-7TWH8778的控制電路3、TWH8778的工作原理：當(dāng)EN腳(控制端)為數(shù)字高電平時(shí)，輸入端IN至輸出端OUT即接通，反之即斷開。當(dāng)TWH8778集成開關(guān)當(dāng)有氣體檢測(cè)電路有信號(hào)輸送過來時(shí)開關(guān)集成電路IC01(TWH8778)將導(dǎo)通，IC01的②、③腳將輸出供電電壓到載波發(fā)生器，C02為開關(guān)集成電路IC01的濾波電容，可以減少開關(guān)集成電路輸出電阻對(duì)載波振蕩器的影響。3.2.4氣體檢測(cè)、載波發(fā)射總電路（簡(jiǎn)稱發(fā)射機(jī)）本部分安裝在需要檢測(cè)異味的地方，主要完成異味濃度監(jiān)測(cè)和載波信號(hào)的發(fā)送，圖3-11為該部分原理圖，這部分電路由檢測(cè)、控制、載波發(fā)生器等單元電路組成。圖3-11氣體、檢測(cè)載波發(fā)射電路工作原理：當(dāng)RQ01接觸到異味時(shí)，其A、B兩端電阻下降，a點(diǎn)電位升高；異味濃度越大，A、B兩點(diǎn)電阻越小，a點(diǎn)電位越高。a點(diǎn)電壓經(jīng)R02、D02向電容C01充電，使C01兩端電位差隨a點(diǎn)電位升高而上升。當(dāng)異味濃度超過一定限度時(shí)，a點(diǎn)電位將高于1．8V，電容C01兩端電位差將超過1.6V，此時(shí)開關(guān)集成電路IC01(TWH8778)將導(dǎo)通，IC01的②、③腳將輸出供電電壓到載波發(fā)生器，載波發(fā)生器進(jìn)入工作狀態(tài)，向外發(fā)送100kHz的載波信號(hào)。C02為開關(guān)集成電路IC01的濾波電容，可以減少開關(guān)集成電路輸出電阻對(duì)載波振蕩器的影響。3.3載波接收,換氣電路3.3.1譯碼電路LM5671、簡(jiǎn)介集成鎖相環(huán)路解碼器LM567是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相環(huán)路中的一種，其同類產(chǎn)品還有美國Signetics公司的SE567/INE567等。LM567是一個(gè)高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)路解碼器，由于其良好的噪聲抑制能力和中心頻率穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于各種通訊設(shè)備中的解碼以及AM、FM信號(hào)的解調(diào)電路中。并且它內(nèi)含鎖相環(huán)，可以廣泛用于BB機(jī)、頻率信號(hào)源函數(shù)發(fā)生器監(jiān)視器等各種電路中。此音調(diào)解碼塊包含一個(gè)穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個(gè)晶體管開關(guān)，當(dāng)在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時(shí)，即可產(chǎn)生一個(gè)接地方波。此音調(diào)解碼器可以解碼各種頻率信號(hào)源函數(shù)發(fā)生器的音調(diào)。例如檢測(cè)電話的按鍵音等。此音調(diào)解碼器還可以用在BB機(jī)、頻率信號(hào)源函數(shù)發(fā)生器監(jiān)視器和控制器、精密振蕩器和遙測(cè)解碼器中。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-12LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖管腳號(hào)作用1輸出濾波2回路濾波3輸入4V15定時(shí)電阻6定時(shí)電容7地8輸出表3-4管腳介紹LM567為8腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義如上圖所示。圖3-13LM567譯碼電路LM567內(nèi)部包含了兩個(gè)鑒相器PD1及PD2、放大器AMP、電壓控制振蕩器VCO等單元電路。鑒相器PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號(hào)情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸入大信號(hào)情況下(幾百mV以上)，其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性(三角)鑒相特性。鎖相環(huán)路輸出信號(hào)由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無外加控制電壓時(shí)的振蕩頻率)與外接定時(shí)元件RTCT的關(guān)系式為：f0≈1/1.1RTCT選用適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz～500kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。電路工作時(shí)，輸入信號(hào)在鑒相器PD1中與VCO的輸出信號(hào)鑒相，相差信號(hào)經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號(hào)，用于控制VOC輸出頻率f0跟蹤輸入信號(hào)的相位變化。若輸入信號(hào)頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定，在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時(shí)，二者之間只有一定相位差而無頻率差。環(huán)路用于FM信號(hào)解調(diào)時(shí)，腳2輸出的經(jīng)過濾波后的相差信號(hào)可作為FM解調(diào)信號(hào)的輸出，而當(dāng)環(huán)路用于單音解調(diào)時(shí)，電路則利用PD2輸出的相差信號(hào)。PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號(hào)f0經(jīng)90°移相后再與輸入信號(hào)進(jìn)行鑒相，是一正交鑒相器。在環(huán)路鎖定情況下，PD2的兩個(gè)輸入信號(hào)在相位上相差約為90°，因而PD2的輸出電壓達(dá)到其輸出范圍內(nèi)的最大值，再經(jīng)運(yùn)算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個(gè)低電平。AMP的輸出端為OC輸出方式，低電平輸出時(shí)可吸收最大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號(hào)除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以與TTL或CMOS接口電路相匹配外，還可直接驅(qū)動(dòng)LED及小型繼電器等較大負(fù)載。值得一提的是，接在2腳的環(huán)路濾波電容C2與內(nèi)部電阻一道構(gòu)成鎖相環(huán)路的RC積分濾波器，該濾波器時(shí)間常數(shù)的大小在很大程度上決定了鎖相環(huán)路的環(huán)路帶寬BW的大小。當(dāng)BW較大時(shí)，捕獲范圍大而穩(wěn)定性差。減小BW則正好相反，其穩(wěn)定性較好而捕獲范圍變小。LM567的環(huán)路帶寬BW可由下式計(jì)算：BW=1070(Vi／f0C2)1/2式中，Vi為輸入信號(hào)的幅值(rms)C2為濾波電容的容量(單位為μF)實(shí)際上，由上式計(jì)算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實(shí)際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100％才是鎖相環(huán)路的實(shí)際捕獲帶寬。實(shí)際應(yīng)用中調(diào)整C2的大小可使BW在0％～4％范圍內(nèi)變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關(guān)系如圖2。LM567在正常工作時(shí)的最小輸入信號(hào)為20mV。當(dāng)用于單音解碼時(shí)，其工作特性為：當(dāng)LM567信號(hào)輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號(hào)且頻率落入f0±BW范圍內(nèi)時(shí)，輸出端輸出一個(gè)低電平的檢測(cè)信號(hào)，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應(yīng)用于各種低頻單一頻率信號(hào)的解碼。3、使用要領(lǐng)1）LM567輸出部分與普通數(shù)字IC等有所不同，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的NPN型三極管，使用時(shí)，⑧腳與正電源間必須接一電阻或者其它負(fù)載，才能保證IC譯碼后輸出低電平。2）實(shí)驗(yàn)表明：LM567接通電源瞬間，⑧腳會(huì)輸出一低電平脈沖。因此，用于作遙控器譯碼控制時(shí)，應(yīng)在輸出端后加裝RC積分延時(shí)電路，以免每次斷電后，重新復(fù)電時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作。3）LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設(shè)定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變頻率，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)W阻值變?yōu)?Ω或無限大時(shí)，⑧腳電平狀態(tài)即使無信號(hào)輸入時(shí)也會(huì)變?yōu)榈碗娖剑虼?，在調(diào)整W時(shí)，不能使其短路或開路。4）LM567的工作電壓對(duì)譯碼器的中心頻率有所影響，故最好采用穩(wěn)壓供電。5）LM567②腳外接電容決定著鎖相環(huán)捕捉帶寬，容量越小，捕捉帶寬越寬，但使用時(shí)，不可為增大捕捉帶寬而一味減小電容容量，否則，不但會(huì)降低抗干擾能力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象，降低整機(jī)的可靠性。3.3.4電源電路電源電路主要由變壓器、橋式整流、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成。如框圖3-19所示：圖3-19電源電路1、直流穩(wěn)壓電源部分設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)方案框圖。圖3-20直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部電路框圖2）電壓波電流形圖交流220V電源經(jīng)變壓器整流、濾波、穩(wěn)壓時(shí)各個(gè)部分的波形變化：圖3-21交流220V波形圖圖3-22通過變壓器整流之后的形波圖圖3-23穩(wěn)壓后的波形圖圖3-24直流穩(wěn)壓后電源波形圖2、直流穩(wěn)壓電源電路工作原理圖3-25直流穩(wěn)壓電源部分電路圖220V交流電經(jīng)變壓器B01變成一個(gè)15V的交流電壓，經(jīng)D08~D11整流，C15濾波、IC05穩(wěn)壓成12V直流電壓給整個(gè)電路供電。1）各部分電路的作用。①電源變壓器的作用：是為用電設(shè)備提供所需的交流電壓。②橋式整流的作用：是把交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓。③濾波電容的作用：是用來濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓。④穩(wěn)壓電路的作用：是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。3、具體參數(shù)選擇。1）電源變壓器選擇與參數(shù)；LM7812的輸入電壓范圍為14V＜UI＜35V，取UI=18V。本電路采用橋式整流電容濾波電路，電源變壓器二次側(cè)電壓有效值為I2＞IOmax=0.8A, 取I2=1A變壓器二次側(cè)伏安容量P2≥U2I2=15VA小型變壓器效率表見表3-5表3-5小功率變壓器效率二次伏安容量/VA＜1010∽3030∽8080200效率/%0.85考慮變壓器效率，選容量為20VA、二次側(cè)電壓、電流有效值為18V/1A的變壓器。2）整流二極管及濾波電容選擇每個(gè)二極管流過的平均電流ID=1/2IOmax=1/2×0.8A=0.4A整流二極管承受的反向峰值電壓UD=U2=1.41418V=25.4V查閱器件手冊(cè)，考慮安全系數(shù)留有裕量，整流二極管VD1∽VD2，選2CZ55C，其極限值參數(shù)為：URM≥100V，IF=1A，能滿足要求。根據(jù)Sγ定義△Io=0△T=0△Io=0△T=0Sγ=△UI/UI把UO=12V，UI=18V，△UOP-P=8mV，Sγ=10-3代入上式可求出V=4V濾波電容C3可代入下式求得F）(7.4.4)式中，IC為電容放電電流，取IC=IOmax,本例中為0.8A；t為電容C放電時(shí)間，t=T/2=1/100=0.01s；△UIP-P為穩(wěn)壓器輸入端等效的紋波電壓峰峰值。將數(shù)據(jù)代入（7.4.4）式可得F=2000F電容C3的耐壓值為UCM≥=25.4V，查手冊(cè)選CD11型電解電容，標(biāo)稱值為2200F/50V。3.3.37812型號(hào)三端穩(wěn)壓器基本概述三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負(fù)電源）。輸出電壓由具體型號(hào)中的后兩位數(shù)字代表，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次。其額定輸出電流以78或（79）后面所加字母來區(qū)分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。圖3-17為CW780