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！
第一章设计内容及要求
1、设计内容：定时排气扇
2、设计要求：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。

3、电路组成框图
第二章系统设计方案选择
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2-1。

图2.1 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2-2所示：
图2.2 方案二实验电路图
第三章系统的组成及工作原理
作者选择的是方案二，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K Z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2 VDD /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K I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I C2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R P的调节改变脉冲的占空比，从而改变排气扇的开停时间。

第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择
图4.1 单元电路设计图
参数计算：T （总）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69×(1.1×610+1×610+0.24×610)
×2.2×310-≈3600s
器件选择：
NE555 1个
CD4017 1个
发光二极管 10个（红色：9个 绿色：1个）
二极管1N4001 4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 2个
由555多谐振荡器输出的方波如下图：
图4.2 555多谐振荡器输出波形
第五章实验、调试及测试结果与分析
吸取了以前只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。

调试：
问题一：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。

问题二：在做仿真的时候，只需将CD4017芯片的时钟使能端架空，工作一周后它就不再计数了。

但是当接通电源查看后，却发现结果与仿真的不同，它一直循环工作。

经过查找资料等，作者将芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通电源进行测试，达到了预想的效果。

第六章收获与体会
本次课程设计的课题为定时排气扇，既然要求只是定时和间歇功能，脑海里第一个想到的就是555电路。

基于课题要求的定时时间长短，通过公式计算确立了电路图中的参数，并借助mutisim仿真软件进行理论测验，基本得到初步效果刚开始所设计的电路图仿真结果可以得出效果。

在开始做这个课设的时候实验后不会来事，想想自己出来问题，并且是很大的问题,首先的实验开始就没有设计好每一步该怎么做！后来想想自己没有用mutisim仿真软件来仿真，其次没有把电力路线布置的美观，没有把实验的草图画的很清楚！焊接也不美观！这个严重的问题发生了！而把电路板上得器件拆下却是很纠结的！和同组人商量下，下决心去找找看有没有剩余的器件！在同学的帮助下，找完所需的器件！重新开始第二次实验，用了一个上午，试了下，成功了，搞定了！！
还有，焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。

虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将花费大量时间。

此次课设是两人一组完成的，那就必须有良好的合作精神。

因为已经搭档过很多次，与同组人已有很好的默契，制作产品过程还是比较顺利的。

在遇到问题时更加需要合作，因为两个人的是视角不一样的，检查到的方面更加广。

任何问题总有解决的办法，在遇到问题时必须沉住气，冷静思考问题所在，该重来也不要怕，失败乃成功之母，尽量解决问题才是真。

经过查阅资料和老师的帮助，电路基本圆满的完成了；但还是发现了一些问题，比如对电路整体的布局不够好，着在以后还有待提高。

参考文献
1.《中国集成电路大全》编写委员会，中国集成电路大全TTL集成电路，北京国防工业出版社，1985
2.孙人杰.《电路数据手册TTL电路》电子工业出版社，1989
3.王毓银.《数字电路逻辑设计》（第三版）.北京：高等教育出版社，1999
4.杨志忠.《数字电子技术》（第二版）.北京：高等教育出版社，2000
5.胡宴如.《高频电子线路》（第三版）.北京：高等教育出版社，2005
6.邓云祥.孟劲松.苏燕辰.《数字电路的设计》中国测试技术，2005年03期
7.鲁欣,赵亦工,徐秀红.《数字电路设计方案的比较与选择》.北京：信息产业部电子第六研究所，2002
附录一：
附录图1 芯片CD4017B
附录图2 CD4017B输出波形
附录图3 555管脚图
附录二：原件清单
附录三：PCB板图
附录图4 555芯片内部结构图（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。