自动浇灌多级定时电路设计

1、课程设计说明书 第 14页自动浇灌多级定时控制电路设计摘 要随着经济的发展，对绿化工程水平的要求越来越来高。同时，针对目前草坪人工浇灌的不足和水资源资源利用率较低的现象，在浇灌系统的结构上采用自动喷灌的设计理念，设计自动浇灌多级定时控制电路，解决该系统中的定时问题。 电路结构简单，工作可靠，经济适用。本课题介绍采用采用555定时器、CD4017等元器件设计构成一个简单的自动浇灌三级定时控制电路。组成电路有电源电路、定时电路、湿度控制、浇灌控制，共有四个电路版块。该程序控制电路具有三级控制输出，每级程序所需定时时间可根据实际工作需要来设定。本次系统具有自动化、智能化等特点，很好的解决了目前市场上

2、的浇灌器，一种是大型的浇灌系统，需要专人定时定期调节浇灌和专业维护；一种是小型半自动调节时间每天浇灌器具，家庭常用的浇灌器具则更简单，但很费时费力浇灌的现状。该系统专为家庭、社区、草坪、花园研发的能随土壤温度和天气变化的全自动调节无人管理浇灌器。它能让上班、长时间外出游玩、探亲访友的人们安心，无需牵挂家中花草的浇灌。全自动智能浇灌器能时时刻刻呵护您心爱的花草。关键词:CD4017计数器，555定时器，自动浇灌目 录1 绪论11.1 背景和意义11.2 基本工作原理及框图12 相关元件介绍32.1 555定时器芯片32.1.1 555定时器内部结构介绍32.1.2 555定时器功能表42.1.3

3、 555定时器引脚图及应用42.2 CD4017计数器的介绍52.2.1 CD4017计数器的内部结构介绍52.2.2 CD4017计数器的外部引脚介绍62.2.3 CD4017计数器的主要参数73 自动浇灌多级定时控制电路的总体设计63.1 自动浇灌多级定时控制电路的分析73.2 自动浇灌多级定时控制电路元件的选择11总结12致谢.13参考文献141 绪论1.1 背景和意义水是生命之源，也是经济发展的命脉，人类生存的命脉，水的重要性已成为国际共识，水资源的开发、利用和保护己为世界各国所重视。而就如何合理高效利用有限的淡水资源，充分发挥资源效益己成为一个全球性急需解决的重要课题。 在诸多缺水国

4、家之中，我国是水资源严重短缺的国家之一。水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。伴随着人们快节奏的生活、工作、学习，人们已没有很多时间去精心照顾自己种的花卉植物等，因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品。 由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室、露天农作物、森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也没有达到自动化的水平。1.2 基本工作原理及框图本电路系统主要由电源电路、定时电路、湿度控制、浇灌控制四部分电路组成，主要元器件：555定时器、CD4017：十进制计数器/脉冲分配器、7805稳压块。其主要工作原理：由

5、湿度传感器感知土壤是否缺水，当传感器周围环境达到缺水的上限阀值传送高电平信号，当达到缺水下限阀值传送低电平信号2；电路系统是三级定时浇灌，因此外设有三个湿度传感器，三个传感器的的传送信号经过与非门或或非门作用于由555定时器组成的定时电路，在前级定时电路脉冲的驱动下由CD4017组成的控制浇灌模块的三个数据输出引脚交替输出三个控制脉冲信号5，这三个信号又与对应的三个传感器输入信号进行与逻辑后接入末级，从而实现精确实时有效的控制。电源电路定时电路浇灌控制湿度控制图1.1基本工作原理框图 2 相关元件介绍2.1 555定时器芯片2.1.1 555定时器内部结构介绍如2.1 555定时器原理图所示：

6、分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端，是复位输入端。当0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时=1。当 u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>23Ucc u12> 时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u11<23Ucc，u12< 13Ucc时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11<23Ucc，u12>

7、13Ucc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变1。 图2.1 555定时器原理图 2.1.2 555定时器功能表 表2.1 555定时器功能表 输 入 输 出 复位U11 U12 输出U0晶体管T 0 × × 0 导通 1 23Ucc 13Ucc 0 导通1 23Ucc 13Ucc 1 截止1 23Ucc 13Ucc 保持 保持2.1.3 555定时器引脚图及应用 555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为55

8、5。 555属于cmos工艺制造.引脚图如图2.2所示： 图2.2 555定时器引脚图 555各引脚介绍如下： 1地 GND2 触发 3 输出 4复位 5控制电压6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc555定时器应用：555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路4。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。2.2 CD4017计数器的介绍2.2.1 CD4017计数器的内部结构介绍十进制计数分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输

9、出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（O0O9）和1个进位输出端O5-9。每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其

10、对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。 图2.3 CD4017引脚图图2.4 CD4017内部架构功能框图CD4017引脚功能:芯片有10个译码输出Q0Q9;MR为清零端,CP0和CPl是2个时钟输入端,三个输出端的控制. 0Y1Y2Y。每个译码输出一般处于低电平,且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平;每个高电平输出维持1个时钟周期;每输入10个时钟脉冲,输出一个进位脉冲,因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号.在清零输入端(R)加高电平或正脉冲时,只有输出端Q0为高电平,其余各输出端都为低电平"0". 2.2.2 CD4017计数器的外部引脚

11、介绍 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315V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)

12、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。2.2.3 CD4017计数器的主要参数正常工作参数：电源电压范围：3V-15V ；输入电压范围：0V-VDD ；工作温度范围: M 类：55-125 ；E 类：40-85。 极限工作参数： 电源电压：-0.5V-18V ；输入电压：-0.5V-VDD 十0.5V ；输入电流：±10mA ；贮存温度：-65-150。3 自动浇灌多级定时控制电路的总体设计3.1

13、自动浇灌多级定时控制电路的分析整体电路图有四个分电路组成，电源电路、定时电路、浇灌控制电路、湿度控制电路，由电源电路提供电力，定时电路7驱动浇灌控制电路来实现自动浇灌三级定时控制。图3.1 自动浇灌多级定时控制电路图电路中总电源接家用照明220V交流电压，如3.1图所示220V交流电压经过变压器和整流桥作用输出+6V直流电3，然后再经过7805稳压块，最终得到稳定的+5V直流电，为后续电路提供了电源保障。 图3.2 电源电路湿度控制电路由湿度传感器和与非门组成，当土壤缺水时，湿度传感器就会产生高电平信号输入湿度控制电路，由湿度控制电路控制下级定时电路的开启6如图3.3。 图3.3 湿度控制电路

14、 系统电路中的定时部分是由555定时器构成的如图 3.4 示，当4引脚接收高电平信号时此部分开启为后级提供占空比可调、频率可调周期最大为5.3分钟左右的脉冲信号。根据图可以分析知电容经R1、D1、Rw1、Rw2充电，经R2、D2、Rw1、Rw2放电，所以其周期为：T=0.7（R1+R2+Rw1+Rw2）C1 ，充电时间为：T=0.7（Rw2+Rw1+R1）C1 ，放电时间为：T=0.7（R2+Rw1+Rw2）C1 。当R=R，Rw2调至中心点，因充电时间基本相等，其占空比约为50%，此时调节Rw1仅改变频率，占空比不变，如Rw2调至偏离中心点，再调节Rw1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影

15、响。Rw1不变，调节Rw2，仅改变占空比，对频率无影响8。因此，当接通电源后，应首先调节Rw1使频率至规定值（即设定一次浇灌时间周期），再调节Rw2，以获的需要的占空比。如图 3.4图3.4 定时电路 在定时电路提供的脉冲下由CD4017组成的浇灌控制电路会由引脚3、2、4交替输出高电平信号，电路连接如图 3.5示。其中14引脚接前级脉冲，15引脚与7引脚连接（以实现仅三级控制）4。引脚3、2、4分别接入湿度控制电路模块中的与门，这样从3、2、4引脚输出的信号经湿度控制电路处理（如假设当3引脚输出高电平时与传感器输入信号进行与逻辑操作，若3引脚控制浇灌地块的传感器传入的也是高电平则经过与操作湿

16、度控制向末级输出高电平。）后控制末级继电器的开启关闭9。如图3.5。图3.5 电源电路3.2 自动浇灌多级定时控制电路元件的选择电路所用通用元件均可按图3.1中所标型号和数值选用。ICI、IC3可选用NE555或LM555、A555型等时基集成电路。红外发射管可选用SE303 A，红外接收管选用PH302B，光敏电阻可选用亮阻与暗阻的比值较大的任何一种。继电器选用工作电压为8一12V的小型继电器。电源整流管VD2一VD5可用IN4004或IN4007o降压电容C11用CBB/3一400V型聚丙烯电容器10，泄放电阻R13是不可省去的。IC2选用KA2184红外接收集成电路，它的性能、参数和引脚

17、功能与索尼公司的CX20106完全相同，可直接互换使用总 结在本次课程设计过程中，对以前学习的模电知识和现在学习的数电知识有了更进一步的理解和认识，它们之间不能断然分开，一种电路功能的实现必须综合运用两者才能实现。当然，我在课程设计中碰到了很多的问题，比如：电路功能的理解；用什么办法更好的实现其功能；如何用画图工具绘图等。在绘制图形方面，我确实遇到了很大的困难，通过自己的学习和同学以及老师的帮助，还有通过查阅相关书籍，资料，和自己钻研得以解决，这次的课程设计让我再次拾起了上学期用的protell99se，并用该软件完成了此次的电路设计。这次的设计中我得到了李老师及同学的帮助，正是因为他们的帮助

18、才使得课程设计得以顺利完成。当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，有些数电方面的知识掌握的还不够扎实，不能灵活的将学到的知识应用于实践中。在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在这方面有较大的发展。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力。致 谢课程设计对自己来说是毕业之前除了毕业论文外，在大学里对以往学习的知识的一次很好的历练。从设计之初的无从下手到课程设计工作的圆满完成，期间遇到了诸多的问题和困难，但在李姿景老师的细心指导和帮助下，并通过同学的帮助，以及自己的努力，最终这些问题都得到了圆满的解决。感谢李老