09325302电风扇遥控电路设计.

《家电原理与检测》课程设计报告
电风扇接收电路设计
姓名: 陈洞火
专业: 电子信息工程
班级: 093253
学号: 09325302
指导老师: 王晓荣
超声波遥控多档电风扇电路设计
摘要
如今风扇的用途太多了，比如在库房可以用来排气，在厨房可排油烟。

特别是在炎热的夏天，可以给人们带来了一阵阵凉风，使人们在舒适的环境下安心工作。

目前风扇种类较多，从控制方式可分为挡位式、按键式、红外遥控式等，但不管哪种控制方式都有不足之处，比如，按键式作不方便，红外遥控式操作时，发射和接收方位必须对准，否则很难有效控制。

随着社会的不断发展、科技的不断进步、人们生活水平的不断提高，先前的产品还存在很多的不足,已经不能再满足人们的需求，那么就迫切要求新产品的问世。

为了解决上述问题，开发了超声波遥控电风扇调速控制电路的课题,即采用超声波来控制电风扇。

超声波遥控电风扇调速控制电路是利用超声波发射器发射的信号通过译码电路，由控制电路来进行有效的功能控制的。

文章系统介绍了超声波发射/接收控制电路组成、电路工作原理、电路设计、程序设计、产品制作过程。

该装置的发射和接收电路均采用超声波换能元件来实现。

该设计集传感技术、电子技术于一体，其有经济、适用、使用方便等特点。

主要内容包括具体设计的方案、理论分析、给出了具体的电路图、系统调试及主要技术性能参数并进行了可行性论证。

关键词：超声波发射/接收电路,控制电路,译码电路
目录
1 绪论 (1)
1.1课题描述 (1)
1.2基本工作原理及框图 (1)
2 单元电路设计 (1)
2.1超声波的概述 (1)
2.2超声波换能元件的原理 (2)
2.3发射电路工作原理 (3)
2.4接收电路工作原理 (3)
2.4.1 接收电路工作过程 (3)
2.4.2 电路的噪声抑制 (4)
2.4.3 CD4017芯片 (4)
3元器件选择 (7)
总结 (9)
致谢 (10)
参考文献 (11)
1绪论
1.1课题描述
随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，人们的要求越来越高，在日常生活中已经不满足古老的按键式电风扇。

随着人们生活的需要，风扇从简单的按键式控制向遥控自动控制转化。

在这种情况下，拟定开发了超声波遥控风扇的研究，为人们的生活提供了许多的方便。

利用红外线来发射的话，存在很多的不足，因为它是利用砷化钾发光二极管来控制的，它所发射出的光波在0.93微米左右。

发射和接收红外线也由相应的集成电路来完成，同时，相应的电路比超声波电路复杂，因为在红外线的传播中，它存在灵敏度不高、非得对准等缺陷。

因此在这个设计中本人采用了超声波控制技术来控制电路的运行。

通过资料显示效果超声波也不错为遥控的首选工具。

本电路可把家用普通键式风扇改为遥控，遥控距离大于8m，可实现多档遥控，且本电路不要求电风扇原电路有任何改动，抗干扰能力强，功耗小，方向性要求不高。

1.2基本工作原理及框图
超声波发射/接收控制电路主要采用CD4017芯片来实现，在电风扇电路中控制电路主要有调速开关、定时器、电容器和电抗器，电风扇的控制电路的主要功能是调速控制。

该电路由超声波发射电路、超声波接收电路、译码电路、控制电路和原风扇电路五部分组成。

它的系统原理为:由接收电路接收信号，通过译码，然后由控制电路达到所需功能控制的目的。

基本工作原理框图如图1.1所示。

图1.1基本工作原理框图
2 单元电路设计
2.1 超声波的概述
超声波的用途广泛，比如可以借助超声波强大的能量，把人体内的结石击碎，即超声波体外碎石治疗，避免了外科手术；还可以帮助金属零件、贵重首饰、玻璃和陶瓷制品除垢；超声波的另一个主要应用就是“声纳”。

在一些重要性能上，如确定目标方位的
精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器，还可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品的内部结构，各种焊接结构、紧固结构的质量检查，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹；超声波与计算机的信息处理技术相结合，可以让超声波像光一样的被成像，即超声波成像技术等等。

本课题即采用超声波技术来控制电风扇，如今各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。

在外观和功能上都更追求个性化，塔式气流扇尊贵典雅，卡通台扇娇巧可爱，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的遥控电风扇厂家拿来做文章，并在此基础上增加了照明、驱蚊等更多的实用功能，但是超声波还存在很多的不足，比如发射的距离短等等，那么随着数字化技术的发展，要解决这些不足，超声波技术就应该趋于模块化。

超声波传感技术应用生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。

超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。

超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。

因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。

超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。

这个方法是利用超声波的反射。

当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。

每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声振幅的高低。

在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。

过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。

当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。

在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

2.2 超声波换能元件的原理
超声波换能元件是利用超声波的特性研制而成的传感器。

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。

超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射波，碰到活动物体能产生多普勒效应。

因此超声
波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。

完成这种功能的装置就是超声波换能元件，也称为超声波传感器。

超声波的主要性能指标包括：
（1）工作频率：工作频率就是压电晶片的共振频率。

当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

（2）工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头，其使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。

医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

（3）灵敏度：主要取决于制造晶片本身。

机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

2.3发射电路工作原理
发射电路采用强反馈振荡器形式，Q1、Q2及超声换能元件ZT构成强反馈振荡网络。

ZT 既是选频元件，又是电→声转换元件，它使振荡器的振荡频率固定在40kHz左右，同时发射出40kHz的超声波信号。

当S1按下时，电源接通，电流流过发光二极管D2，D2亮表示发射器处于发射状态。

发射部分电路如图2.1所示。

图2.1 发射部分电路原理图
2.4接收电路工作原理
超声波换能元件ZR接收到的信号，经放大，出去干扰噪声后，由施密特触发器变成脉冲信号，作为十进制计数器CD4017的时钟脉冲，而后利用计数器的不同计数值控制不同的风扇调速档。

2.4.1 接收电路工作过程
接收电路具体工作过程如下：超声换能元件ZR将接收到的超声波信号转化成同频电信号。

该信号经Q1放大后，由C2耦合到Q2、Q3作选频放大，仅让40±1kHz的信号通过，这样可消除其他频率成分的超声波干扰。

R3、R4分别是Q2、Q3的负载电阻。

Q3的输出再经C4、D1、D2构成倍压检波整流电路，并对C6充电，得到的直流电压经R7驱动由Q5、Q6构成的施密特触发器。

亦即当C6为高电平时，经R7使Q5导通，Q6截止。

CD4017时钟端变为高电平，相当于加上一个上升沿脉冲，计数器计数值加1，Q1输出高电平，Q7导通。

继电器J1吸合，其常开触电闭合。

电风扇处于第一挡，同时发光二极管D6发光，指示风速处于第一挡。

当遥控器停止发射超声波信号后，接收电路没有接收到信号，C6通过R7、Q5be结、R10放电，使Q5基极电压下降，Q5截止。

Q6饱和导通，其集电极为低电平，这个低电平加到CD4017的时钟端，为下一次再来计数脉冲作准备。

当CD4017的计数允许端—
EN○13脚接低电平时，○14脚每来1个脉冲，计数值加1。

因此当第2次按下S1时，计数器进1，Q2输出高电平，其他输出端均为低电平。

继电器J2导通，其常开触电J2闭合，J1释放其常开触点，风扇处于第二调速挡。

第3次按S1，J3吸合，J1、J2释放，风扇接第三挡。

这样就实现了风扇的三挡遥控调速。

当第四次按下S1时，Q4输出高电平，复位端RST○15脚高电平，计数器复位，Q0为高电平，其余输出低电平。

继电器J1～J3均不通，风扇停止工作，实现了风扇的停机遥控。

接收电路如图2.2所示。

2.4.2 电路的噪声抑制
图2.2中Q4及R8、C7、C8、D3、D4构成噪声抑制电路，由于噪声波几乎都是低频调幅波，而工作信号是等幅的，所以对噪声检波后还得到低频噪声，而对于工作信号检波后得到直流电压。

基于上述分析，在本电路中，C5把低频噪声取出由Q4再放大，由D4整流。

如无噪声干扰，D4便无输出，不影响电路的正常控制。

如果有噪声干扰，在D2输出正向干扰电流同时，D4输出负向干扰电流。

两路电流在Q5基极叠加，因正向电流被R7衰减，故其强度小于负向电流，Q5不会导通，这就实现了噪声抑制。

2.4.3 CD4017芯片
CD4017是一种CMOS的十进制计数器/分配器集成电路，它具有十个全译码的输出
图2.2 接收部分电路原理图
端，CP，CR，INH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，计算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。

其提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

如果需要，可将各输出信号耦合回到集成电路的控制端上，以使本器件能计数到（或分频）从2到9之间的任何数值。

然后要么停止要么反复循环。

多个4017B集成块可以被级联起来形成一个多位的十进制分频或者使得计数器具有任何所要求的译码输出端数目。

因此4017B是一种特别的具有多方面用途的器件，我们可以很容易的将其用于任何实际所需要长度的LED显示链的追逐或序列驱动。

CD4017逻辑结构图如图2.3所示。

CD4017引脚图如图2.4所示。

图2.3 CD4017逻辑结构图
图2.4 CD4017引脚图
CD4017引脚功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。

CD4017
有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：
A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。

B、数据输出脚：
a、 Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。

b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。

D、控制脚：
a、 CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。

b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。

4017B集成有五级约翰逊计数器，并且有“时钟”（CLOCK），“复位”（RESET）和“时钟禁止”（CLOCK INHIBIT）输入端。

当“时钟禁止”和“复位”端为低电平时，内部计数器在每一个时钟信号的正跳变时向前计数一次。

在任何给定的时间上，十个译码输出端中有九个是低电平，剩下的那个输出端为高电平。

各输出端与时钟信号同步，按顺序变为高电平，且每个被选中的输出端保持高电平的时间为一个完整的时钟周期。

另外还有一个“进位输出”（CARRY OUT）信号，它在每输入十个时钟周期以后完成一个周期。

在多为十进制计数应用中，该信号可用作下一个4017B的时钟信号。

在“时钟禁止”端上加高电平就可禁止4017B 的计数。

在“复位”端上的一个高电平信号能将计数器清零并将零号译码输出端设置为高电平。

4017B 的定时波形图如图
2.5所示。

3 元器件选择
U1为十进制计数器CD4017。

超声波换能元件选用UCM-T40K（发射），UCM-R40K （接收）。

发射板Q1、Q2选用NPN管9014。

接收板Q1～Q6选用NPN管9011，β≥80，Q7～Q9选用NPN管9013，β≥80。

发射板用D1及接收板D5选用开关二极管1N4148，D1～D4选用整流二极管1N4001，D10选用1A400V的整流二极管1N4007。

图2.5 CD4017的定时波形图
D9选用12V稳压二极管2CW62。

发光二极管均用普通市售Φ3mm型，眼色根据需要自选。

ZD1选用220/10W。

继电器J1～J3均选用12V小型继电器（如4098,12V 型）。

发射板按钮开关S1选用小型按钮开关，电池选用9V叠层电池。

接收板上电解电容耐压均为25V，电阻均采用1/8W炭膜电阻。

总结
短短两周时间很快过去，在这两周时间里，通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。

课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。

回顾起此次课程设计，至今我们仍感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过这次课程设计之后，我们把前面所学过的知识又重新温故了一遍。

但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。

致谢
此次的课程设计在选题及进行过程中得到李如昌老师的悉心指导。

论文行文过程中，李老师帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我许多的支持和鼓励。

李老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。

再多华丽的言语也显苍白。

在此，谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

也要感谢教会我知识的学校为我提供实践的场所和实践器材。

通过这次的课程设计，不仅使我学到了很多专业方面的知识，也让我明白了不畏困难、勇于攀登艰难的重要性，这对我未来的学习和生活产生很大的影响。

参考文献
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等教育出版社北京
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等教育出版社北京
[3]电子技术基础数字部分（第四版）华中理工大学电子学教研室编康华光主编高
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[8]电子线路设计指导李银华编北京航空航天大学出版社北京
[9]电子制作实训刘进峰编中国劳动社会保障出版社北京
[10]常用电工电子线路姜立华编中国电力出版社北京
附A：课程设计评分表
东华理工大学长江学院
课程设计评分表
学生姓名：陈洞火学号：09325302
课程设计题目：电风扇遥控电路设计。