智能晾衣架控制电路设计

1、信息职业技术学院设计（论文）题目:智能晾衣架控制电路设计专 业:应用电子技术班 级：班学 号:姓 名:指导教师:二00九年十二月十日摘要bis 懸21 1 日21.2设计目的与意义 1.3设计要求及内容第2章系统方案42.1电源设计方案42.2收衣晾衣方案 2.3方案的确定.第3章单元电路设计3.1电源电路的设计3.2收衣晾衣传感器及信号处理电路的设计83.3单稳触发电路的"vsc计83.3.1 555 定时器93.3.2单稳态延时电路原理图10单稳延时 11l路i:作 1 丄矛 *:-. 113.4正反转驱动控制电路的设计11第4章电路的仿真134.1 l'1'j

2、i (_l134.2晴天晾衣电路的仿真14忌、会吉1516参考文献附录1雨天智能晾衣架电路原理图17附录2晴天智能晾衣架电路原理图18摘要本设计介绍了一种能够识别晴雨天气，自动实现收晾衣服功能的智能晾衣架。该 智能晾衣架能有效的避免在下雨时衣服无人收起而被雨淋湿；或在阳光强烈时，衣架 能自动伸出接受阳光的充分照射。电路部分通过传感器获得感应信号，控制触点幵关 的闭合或断幵，进而控制电机的正反转，起到自动收晾衣服的作用。该智能晾衣架设 计简单，在电路设计上很有创新意义，制作成本较低，实用价值较高，且使用方便， 性能可靠。关键词晾衣架；智能；自动收回；自动伸出第1章绪论1.1晾衣架概述“晾衣架”

3、一般指“升降晾衣架”，分手动、电动两种。手动（手摇）较为普及。 电动之所以未能普及推广，这是由于整个行业技术上的不成熟以及售后服务的局限 _毕竟是镶在天花板上，不像小家电一样容易搬移去维修保养。因而目前，还是手 动（手摇）为市场的主导。“晾衣架”是中国一大特色产品，该行业形成至今也就近 十年时间，从开创至今技术不断改进和变革，其基本组成为：手摇器（负责升降、自 锁），钢丝，转向器，顶座，晾杆，衣架。手摇器是晾衣架的核心部件，相当于汽车 的发动机，由最初“恋衣”的塑料手摇器，到“好太太”的“全金属”手摇器，材料、 结构、款式的不断推陈出新，但质量依旧没有大的突破，晾衣架维修率依然集中在手 摇器这

4、个关键部件。手摇器质量依旧是行业最关注的焦点。直至2007年“居博士” 首家推出一款质量保用五年的手摇器，给行业一颗定心丸。该款手摇器具备行业前所 未有的六大特点，因质量稳定，其结构开始被行业众多厂家纷纷效仿，成为典范！晾衣架不仅仅是一个装饰品，更是一个功能性的产品。目前晾衣架的“功能”己 经普遍得到消费者的认可，已经形成一个“行业”。如果说“恋衣”是这个行业的开 创者将行业开端，“好太太”是成功的包装营销商将行业推幵，那么“居博上”则独 竖一帜：回归产品本身走质量、特色路线：不断改良、创新，引领行业重新重视 质量。实用的产品，质量才是永恒的。只有质量被大众接收，行业才可持续健康发展。 换言之

5、，只要功能、质量普遍被认可，晾衣架将会成为居民生活一个必需品。随着社会的发展，科学的进步，以上所述的传统的升降晾衣架己经不能满足人们 的需求。假如住户是双职工，或荞住户有事在外，那么如果下雨或荠夜晚，传统升降 晾衣架就做不到使晾晒在室外的衣物避雨、避露水的功能。每当下雨的时候，恰好不 在家，衣服却晾在阳台上，这时候，假如有一台智能型的晾衣架，它能够自动识别晴 天和雨天，太阳出来时为我们自动晾衣服，下雨时自动为我们收衣服，一切都智能为 我们服务，那我们是不是省去了很多工夫呢？1.2设计目的与意义1. 学习基木理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基木方法 及设计步骤，培养综合设计能力

6、。2. 进一步了解智能晾衣架的组成框图和各个单元电路的工作原理及相互联系。3. 掌握单稳态触发器的工作原理和各元器件的功能。4. 锻炼自己对所学理论知识和技能的综合运用能力。5. 本文设计的智能晾衣架解决了衣物晾在户外，遇下雨不能及时收进和天气转 晴不能自动晾出的后顾之忧，具有很高的实用价值。1.3设计要求及内容1. 设计要求(1) 电路要能够识别晴雨天气，自动完成收晾衣的目的。(2) 设计电路结构，画出电路的总体框阁，选择电路中所需元件，画出实用整 机原理电路图。2. 设计内容主耍设计一个智能晾衣架的内部电路，其设计内容主耍包括一下几个部分：(1) 方案论证及系统框图；(2) 单元电路设计；

7、(3) 电路仿真。第2草系统万案2.1电源设计方案1.电源方案一：uo220v图2-1电源方案-框图该方案的设计方框图如上所示，将220v/50hz变成整流滤波所需大小的交流电， 然后再将交流电变成单项脉动直流电，再减小单项脉动直流电的脉动成分，最后得到 平滑滤波的直流电的纹波成分，使输出为+5v平稳的直流电。但由于交流电网输入电 压的波动和电路负载的变化使直流电压不稳定，因此在木直流电源中增加稳压电路以 确保设备的正常工作。2.电源方案二：uo220v分+5v稳压图2-2电源方案二框图该方案的设计方框图如上所示，该设计与方案一的设计只有第二步不同，其余步 骤都相同。方案一中整流部分选用的是桥

8、式全波整流，而该方案则选用半波整流。综上所述，两种方案比较，全波整流的输出是交流输入电压的0.9倍，效率高， 直流电压平稳，能充分利用变压器的功率。半波整流虽然所需原器件较少，电路简单， 但输出是交流输入的0.45倍，效率低，使变压器的功率不能充分利用，故电源部分的设计采用方案一。2.2收衣晾衣方案1.收衣晾衣方案一：图2-3收衣晾衣方案一框图由雨滴传感器控制电路、光敏传感器控制电路经集成运放产生的数字信号，经单 片机的输入口输入给单片机。单片机经分析处理后所得到结果，从单片机输出引脚输 出相应的信号，从而控制电动机正反转。2.收衣晾衣方案二：图2-4收衣晾衣方案二框图由雨滴传感器控制电路、光

9、敏传感器控制电路经集成运放产生的信号，经555 单稳态触发器分析处理后，控制触点开关的闭合或断开，进而控制电机正转，自动实 现收衣晾衣动作。综上所述，两种方案比较，在功能方面两者都能实现电机正反转，从而实现收衣 晾衣功能。方案一主要通过单片机硬件电路来实现，该方案的稳定性高，但是引脚繁 多，过于复杂化。方案二通过555单稳态触发器来实现，元器件少，稳定性高，容易 实现，故收衣晾衣部分的设计采用方案二。2.3方案的确定通过分析论证，为了使该设计电路简单明了，功能可以得到更好的实现，电源部 分的设计选则方案一，其效率高，直流电压平稳，能充分利用变压器的功率。而收衣 晾衣部分的设计则选择方案二，其元

10、器件少，且稳定性高，容易实现。该设计的整体 设计框图如图2-5所示。图2-5整体框图当雨天或晴天时，湿度传感器或光敏传感器获得信号，并将信号传送给运放，运 放输出低电平，经过555单稳态触发器，输出高电平，高电平信号被送到驱动控制电 路，从而控制电机正反转，使晾衣架自动伸缩，实现自动收衣晾衣功能。第3章单元电路设计3.1电源电路的设计该直流稳压源电路实现的是+5v的电压输出，原理图如下所示:ls7805+5v阁3-1直流稳压源电路图交流电经过降压，整流，滤波可以得到比较平滑的直流电，但由于交流电网输入 电压的波动和电路负载的变化使直流电压不稳定，因此在本直流电源屮增加稳压电路 以确保设备的正常

11、工作。在连接电路中，需耍在变压器的副边接入保险丝fu，以防电路短路损坏变压器 或其它器件，其额定电流要略大于fomor，选fu的熔断电流为1a。整个电源电路结 构形式为220v电压经过9v的变压器输入桥式整流电路中，使得我们的交流电变成 了不稳定的直流电，后经儿个极性电容滤波使不稳定的直流电变成比较稳定的直流 电，在接入到三端稳压器lm7805输入端，稳压器内部含有过流、过热保护电路。并 且lm7805输出固定的+5v直流电压供后面的负载使用。其各部分波形图如图3-2所 示；滤波个阁3-2波形阁稳压a3.2收衣晾衣传感器及信号处理电路的设计雨天智能晾衣架电路中，传感器集成运放电路是由湿度传感器

12、以及一个集成运算 放大器构成，其中m代表湿度传感器，当下雨时，m遇水就导通，使运放u1输出 低电平。电路图由图3-3所示。r1r1u1阁3-3湿度传感器集成运放电路阁晴天贺能晾衣架电路屮，传感器集成运放电路是由光敏传感器以及一个集成运算 放大器构成，其中r4为光敏传感器（光敏电附），电位器rp2用于调节光敏电阻的 灵敏度，当阳光充足时，光敏电阻阻值下降，使运放u3输出低电平。电路阁如阁3-4 所示。图3-4光敏传感器集成运放电路图3.3单稳态触发电路的设计单稳态触发电路由一个555芯片构成单稳态触发器来控制，单稳态触发器具有稳 态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用卜，它能从稳态翻转

13、到暂稳态, 在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路木 身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。按电路结构的不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，微分型单稳态触 发器适用于窄脉冲触发，积分型适用于宽脉冲触发。无论是哪种电路结构，其单稳态 的产生都源于电容的充放电原理。用555定吋器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持 时间为tw=.1rc(3-1)仅与电路本身的参数/?、c有关。3.3.1 555定时器1. 电路组成555芯片的内部电路如图3-8所示，它由三个阻值为5kq的

14、电阻组成的电阻分压 器、两个电压比较器c/和c2、基木触发器、集电极开路的放电三极管vt以及缓 冲器等组成。outgndtroutr5558765厂ccdthcob)555管脚图图3-5 555定时器(1) 电阻分压器由三个5kq的电阻组成，为电压比较器cjuc2提供基准电 压。(2) 电压比较器由c/和c2组成，当控制电压输入端co悬空时，g和c2的基 准电压为别为2/3 vcc和1/3 vcc。c/的反相输入端77/称为555的定时器高触发端，c2的同相输入端元称为555 定时器的低触发端。(3)基本触发器棊本/?s触发器由两个与非门gi和g2构成。比较器c/的输出作为置0输入端， 若c/

15、输出为0,则to;比较器g的输出作为置1输入端，若02输岀为0,则2=1。云是定时器的复位输入端，只要5=0，定时器的输出端ot/r则为0，正常工作时，必须使5处于高点平。(4) 放电管vtvt是集电极开路的三极管，vt的集电极作为定时器的引出端£>。(5) 缓冲器缓冲器由g3和g4构成，用于提高电路的负载能力。2. 工作原理云为置0输入端，当云=0时，定时器的输出为0;当及=1时，555定时器 具有以下功能：(1) 当高触发端77/2/31，.目4氏触发端元1/3时，比较器c/输出低电平； c/输出的低电平将rs触发器置为0状态，即2=0,使得定吋器的输出out % 0, 同

16、时放电管vt导通。(2) 当低触发端5<l/3w、c，且高触发端77/<2/3w、c时，比较器c2输出为低电平; c2输出的低电平将似触发器置为1状态，即2=1，使得定时器的输出ot/r为1，同 吋放电管vt截止。(3) 当77/<2/3wr，to>l/3vcc时，定时器的输出of/r和放电管vt的状态保持不变。根据以上分析，可以得出555定时器的功能表，见表3-1。表3-1 555定时器的功能表输入输出thtrroutvtxx00导通>2/3vcc>l/3vcc10导通<2/3vcc>l/3vcc1不变不变<2/3vcc<1/3vc

17、c11截止3.3.2单稳态延时电路原理12v/1.2ahui,at蓄电池tfucm2/3 vcc< 7vv»|0 t阁3-7单稳态延时电路的工作波形3.3.3单稳态延时电路工作过程当un的下降沿到来时，由于元<l/3vcc，而th=uc=0，从555定时器的功能表 (3-1)不难看出，输出端uo的输出电平为高电平，电路进入延时状态，内部放电管 vt截止。由于放电管vt截止，12/1.2ah蓄电池通过/?6对(?5充电，当对充电到77>2/3vcc时，输出端uo的输出电平跳变为低电平，电路退出延时状态，此时内部 放电管vt导通。电路退出延时延时状态后，c5通过导通的放

18、电管vt放电，使电路 迅速恢复到初始状态。根据该电路的工作波形可以算出该电路的延时时间rw=i.i/?6 c53.4正反转驱动控制电路的设计当555定时器的输出端为高电平时，继电器就开始工作，从而控制二通电磁阀的导通，其原理图如图3-10所示:定时器的r7电池阀输出l .j->d5图3-8驱动控制电路原理图这次设计用的继电器是+5v的电压控制继电器，有常闭和常开两种状态，当定时 器输出为高电平时，继电器的输入端加上了驱动电压，使继电器为常闭状态，既而使 二通电磁阀加上220v的交流电压，电机转动智能晾衣架实现伸缩。当定时器的输出 为低电平时继电器的输入没有驱动电压，使继电器进入常开状态，

19、此时电磁阀不工作。第4章电路的仿真此次电路仿真运用的仿真软件，在仿真过程中也遇到少许问题，例如 元器件库屮没有传感器之类的元器件而只能用开关代替。而且在仿真电路时不能改变 元器件库里面设置好的元件参数。但是，通过努力，最终仿真还是比较成功。对于雨 天和晴天的电路都通过了仿真。4.1雨天收衣电路的仿真5如图，当下雨时，湿度传感器得到信号，j1导通，运放u2输出低电平，通过 a1 （555集成电路）单稳态触发电路，输出高电平，使继电器j2得电，控制电机正 转，晾衣架收冋，仿真图中的现象为灯泡发光。当经过定吋吋间7m.1沁c/后，灯泡 熄灭，完成收衣动作，电路处于正常状态。仿真图中r4用于调节定时时

20、间。4.2晴天晾衣电路的仿真vccvcc5vr61mqkey=a100ko 50%r4 lr8 1mq |l00kq key=s 70%r7lm1458h5kn$key=b >500kc50%c112rstdisvccourthrtricon6nda1555一vi8r5aa/v100qttualx112v 10w2cj2ma 0 mad1x1n1202cr910c_100ul:ko 士c210nf10v1图4-2晴天晾衣的仿真图如图所示，当天晴时，r4电位器代表光敏传感器（光敏电阻），r6用于调节光 敏电阻的灵敏度，当阳光充足时，光敏电阻阻值逐渐下降，使运放u1a输出低电平， 该低电平信号通过a1 （555集成电路）单稳态触发电路，输出高电平，使继电器j2 得电，控制电机的反转，晾衣架伸出，仿真图中的现象为灯泡发光。当经过定时时间 t=1arjc2后，灯泡熄灭，完成晾衣动作，电路处于正常状态。仿真图中r3用于调 节定时吋间。幺士心 亡口通过本次毕业设计，使我受到了一次应用所学的专业知识、专业技能分析和解决 问题的全面系统的锻炼。刚开始着手于毕业设