家用换气扇自动控制电路设计毕业设计讲解

1、信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计（论文）题目:家用换气扇自动控制电路设计专 业:应用电子技术班 级:学 号:姓 名:指导教师:二 00九年十二月五日信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生学号姓名学号班级应电班级07-2专业应用电子技术设计（或论文）题目家用换气扇自动控制电路的设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注设计（论文）内容：1、查阅NE555气敏传感器相关资料，了解此方面的发展状况；2、采用合理的控制方案；3、设计、实现该系统；4、撰写设计报告。进度安排：37周：根据要求设计出方框图和原理电路图，根据电路分析其工作原理；810周：根据电路准备电子元件；1114

2、周：制作出电路板，安装并调试，测试出相应的技术指标；1518周：根据调试分析其优缺点和提出整改措施，完成论文。主要参考文献、资料：:1高吉祥电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2002年:2彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997年:3毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2001年:4肖景和.555集成电路应用精粹北京：人民邮电出版社，2007年:5张玉莲传感器与自动检测技术北京：机械工业出版社，2007年审 批 意 见教研室负责人：年 月日摘要1第1章绪论2.第2章设计框图及电路系统概述 .32.1目的3.2.2基本部分3.2.3发挥部分3.2.

3、4设计框图3.2.5各个单元框图原理分析4.第3章电源电路.6.3.1电路原理图6.3.2工作原理分析6.第4章温度传感器和烟雾传感器的工作原理 74.1温度传感器 7.半导体热敏电阻 7.热敏电阻的特性 7.4.2气敏传感器8.第5章控制电路原理及其中关键元器件的介绍 1 05.1控制电路的原理图105.2工作原理分析1.0第6章555芯片的介绍 1.16.1电路组成1.16.2工作原理 15第7章家用换气扇自动控制电路原理 1.77.1家用换气扇的整机图 177.2家用换气扇的原理分析 17第8章电路的仿真1.88.1气敏传感器工作的仿真 18仿真电路现象18仿真现象的分析188.2温度传

4、感器工作的仿真19仿真电路现象19仿真现象的分析198.3不工作电路20仿真电路现象 20仿真现象的分析20总结21参考文献22附件1家用换气扇整机电路23附录2元器件清单24随着社会的发展，保持室内空气清新，从而保证人们的身体健康已受到越来越高 的重视，然而由于种种原因，人们不可能始终关注室内空气的清新度，因此有必要研究一种自动换气扇，当室内的烟气达到一定浓度时，自动启动换气扇向外抽烟，提供了一种自动换气扇控制电路，具有自动向外抽烟，并向室内送入新鲜空气等功能。 能够较好地保持室内空气的清新， 从而保证人们的身体健康，在家庭、办公室都有较 高的实用价值。该电路由NE555集成块、气敏传感器、

5、温度传感器、电源电路、双 稳态控制电路等组成。由NE555组成施密特电路作为控制电路，用来控制双向晶闸 管的打开与关闭，接通和断开换气扇的工作电源，使换气扇开始或停止工作。本控制 电路可根据室内有害气体浓度的变化或气温的变化来实现换气扇的自动通、断，从而改善室内气体及气温环境。不仅实用于办公室、接待室，也同样实用于卧室、客厅、 茶房、厨房、浴室等。关键词 换气扇；NE555集成块；温度传感器；气敏传感器第1章绪论随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现家用换气扇 的自动控制越来越重要，而且贴近我们的实际生活。家用换气扇已成为人们日常生活 中必不可少的必需品，它不需要开关，当

6、温度升高或有害气体浓度高时会自动控制； 广泛应用于办公室、卧室、客厅、厨房、浴室等，给人们的身体健康带来很大的益处。 因此，得到了广泛的应用。家用换气扇是利用温度高低或有害气体的浓度来控制电路 工作的。由于换气扇广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。该电 路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也是比较有特色。能够使人们在不知不觉中感受方便。由于近年来我国的家用电器行业的迅速崛起，中国现在的电器已经发展的很好 了，能自主的生产很多家用电器。家用换气扇现在也是很多地方常用的， 因为他能避 免有害气体带来的危害，在现在来看已经很多地

7、方使用，是我国轻工业对外开放较早 的行业之一。换气扇还具有自动、节能、环保等完善的实用功能，国际上一些知名品 牌大企业相继进入国内产销领域， 使得国内竞争国际化。加快绿色、节能产品的开发 推广和应用是我国目前家用电器材行业结构调整的重点。我国家用电器行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。第2章 设计框图及电路系统概述2.1目的1 掌握单稳态触发器的工作原理和各元器件的功能。2 进一步了解家用换气扇组成框图和各个单元工作原理及相互联系。3掌握自己实际操作动手能力的形成和进一步提高。4 锻炼自己对所学理论知识和技能的综合运用能力。5 提高自己对文献资料

8、的搜索和信息处理能力。6 培养自己对社会普通科学知识的了解。7增强自身的知识见解和设计论文的方法。2.2基本部分1 电源电路，用的是交流电。2 电转换及放大部分，包括它的组成工作原理。3 自动控制部分，包括它的电路及工作原理。4 开关部分，包括它的组成工作原理。2.3发挥部分1 可以采用不同的原理来完成。2 可以采用不同的元件来实现个部分的工作。2.4设计框图为了在公共场所，如茶房等，提供一种方便节能的换气扇，设计了一种自动控制 的开关。通过有害气体的进入而自动运行， 能消除有害气体对人们的伤害。根据设计 电路得到所要完成的功能和达到的效果。图2-1设计框图2.5各个单元框图原理分析1. 电源

9、电路电源电路为整个电路提供需要的电压。图中C5、R5、VD4、DW及C4组成电源电路，220V交流电压经VD4整流，C4滤波电容，即利用电容通交阻直作用为下一电 路提供直流电压，使整个电路开始工作。2. 气敏传感器气敏传感器QM组成烟雾传感器，当室内烟雾浓度超过一定标准时，它的A、B极间阻值降低，流过的电流增大，通过 VD2使VTi导通。3. 温度传感器热敏电阻RT组成温度传感器，当室内温度升高超过一定温度后，RT阻值变小，流过RT的电流增大，通过 VDi使VTi导通。4. 控制电路NE555组成的施密特电路作为控制电路，用来控制双向晶闸管的开通与关闭， 接 通和断开换气扇的工作电源，是换气扇

10、开始或停止工作。5. 双向晶闸管开关控制当VTi导通后，它的集电极电压降低，这一低电压通过 NE555的脚使其输出 高电平。这一高电平通过 R4及VD3加至VS的控制极，使VS导通。换气扇的工作电 源被接通，换气扇工作。当室内温度降低、空气清新后，VTi截止，集电极变为高电平。这一高电平通过NE555的脚使其输出端为低电平。于是 VS关断，切断换气扇电源，换气扇停转。RPi用来调整QM元件加热电极的工作电压，通常 5V左右。RP2用来调节温度 起控点，可根据实际需要调整，使其在某一温度下气控。第3章电源电路3.1电路原理图II C5IVD4C5殳 XdWIZZJR5220V图3-1电源电路原理

11、图3.2工作原理分析简单介绍一下电源电路中各元器件的功能和作用：VD4是一个整流二极管，对220V交流电压进行整流。C4是一个滤波电容，其大小O.lu/IOOV对整流220V交流市电压，进行通交阻直 作用，滤除交流成分，使直流成分为下几个电路部分提供工作电压。R5是一个限流电阻，其阻值 R5=270K,相当的大，可以看出是一个限流电阻，使 其降压，防止大电流通过损坏元器件，使电路不能正常工作。C5是一个保护电容，其大小0.47U/400V，它的作用是保护前面的二极管 VD4。同 时与电阻R5并联组成RC谐振电路。第4章温度传感器和烟雾传感器的工作原理4.1温度传感器温度传感器热电阻测温是基于金

12、属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。温度传 感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的， 它不仅广泛应用于工业测温，而且被制 成标准的基准仪。半导体热敏电阻半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件热敏电阻式利用某 些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为3种类型，即正温度系数（PTC）热敏电阻和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及在某一特

13、定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR），热敏电阻在电路中的符号如下：Rt图4-1热敏电阻的符号热敏电阻的特性如图4-1列出了不同种类热敏电阻的（Rt t）特性曲线。曲线1和曲线2为负温 度系数（NTC型）曲线，曲线3和4为正温度系数（PTC型）曲线。由图中可以看 出1、3特性曲线的热敏电阻，更适用于温度的测量，而符合 2、4特性曲线的热敏电 阻因特性曲线变化陡峭则更适用于组成控制开关电路。与金属热电阻相比热敏电阻的特点是：1 电阻温度系数大，灵敏度高，约为金属电阻的10倍。2结构简单，体积小，可测点温。3电阻率高，热惯性小，适用于动态测量4. 易于维护和进行远距离控制。5. 制造简

14、单，适用寿命长。6. 互换性差，非线性严重。图4-2各种热敏电阻的特性曲线1负指数型NTC 2突变性NTC 3线性型PTC 4突变型PTC4.2气敏传感器人类的日常生活和生产活动与周围的环境气氛紧密相关，气氛的变化对人类有极大的影响，因而我们需要使用大量的气敏传感器来检测气体的成分。检测环境是否有烟雾和烟雾的浓度，例如检测起火时的浓烟。烟雾探头碰到烟雾或某些特定的气体， 烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。气敏传感器就是能感知环境中某种气体及其浓度的一种器件，它将气体的种类及其与浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待侧气体在 环境中讯在情况有关的

15、信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路 与计算机组成自动检测、控制和报警系统。气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。气敏传感器在电路中的符号如下：CD图4-3气敏传感器的符号421电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器是利用气体在金属氧化物半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元器件阻值变化的原理来制作的。当氧化型气体吸附到N型半导体上,半导体的载流子减少，电阻率上升；当氧化气体吸附到P型半导体，半导体的载流子 增多，电阻率下降。当还原型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；当还原型气体吸附到

16、 P型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升。气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材料和催化剂烧结。金属氧化物有 N型半导体和P型半导体。通常器件工作在空气中，由于氧化作用，空气中的氧被半 导体材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少， 电阻增加，使器件处 于高阻状态。当气敏元件与被测气体接触时，会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子 释放出来，敏感膜表面电导增加使元件电阻减小。第5章 控制电路原理及其中关键元器件的介绍5.1控制电路的原理图R33KrIC NE555R470415VSVcc，且低触发端TR-Vcc时，比较器Ci输出为低电平；3 3C1输出的低电平将RS触发器置于0

17、状态，即Q=0，使得定时器的输出OUT为0, 同时放电管VT导通。122当低触发端TR-Vcc，且低触发端TH Vcc时，比较器C输出为低电平；33C输出的低电平将RS触发器置为1状态，即Q=1，使得定时器的输出OUT为1, 同时放电管VT截止。2 13当TH 1 Vcc时，定时器的输出OUT和放电管VT的状态保持不3 3变。根据以上分析，可以得出555定时器的功能表，见表5 1表5-1 555定时器的功能表输入输出THTRROUTVT00导通2V V cc33Vcc10导通2v Vcc313Vcc1不变不变2JK 莎 A -i-HTMM4BJ%1141148Al2tJ55f 1ver-1ST

18、GOTH3IMF:1EI啣GHE1NJ02jjqIVDAkV：1k| Hey-DG1=X1ftnPDC 10MQ0J150.V5HXI 12V WVJU?11.V1ZDC 10MD图8-2温度传感器工作的仿真821仿真电路现象换气扇工作仿真现象的分析当室内温度升高时，Rt的阻值减小，A点电位升高，使Di、Q1通，555则因 脚和脚为低电平而置位，由脚输出的高电平通过 D4使继电器导通，换气扇工作8.3不工作电路7学-4-4?nk!OOJTATHT1TETccmR4 77kCl=i=WnF7N55f|1R5v；t 4Fl 二1 Nd 0(1?J3 4 VOmV LMSCMDC 10MQ&4G5D

19、C 1DMQ11.99ft图8-3换气扇不工作的仿真图831仿真电路现象换气扇不工作仿真现象的分析当温度降低、空气清新时，阻值较大，流过的电流变小，使Di、D2、Qi停止,555则因脚和脚为高电平而复位，由脚输出的低电平通过D4使继电器截止，换气扇不工作。换气扇如图，正常情况下，室内无有害气体或其浓度在允许范围内时， QM两端A、B间运转。通过这次毕业设计，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。使我在综合知识的选用方面，在产品开发的基本思想、方法 方面，以及在常用电路分析思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。 这

20、次在指导老师的帮助下，在同学的帮助下，基本 上完成了设计任务，在电路分析与设计方面也有了一定的提高， 为今后走上工作岗位 打下了专业基础。在这次的毕业设计中，让我深深地体会到进行电子产品的开发不是 一件简单的事情，它需要设计者具有全面的专业知识、 缜密的思维、严谨的工作态度 以及较高的分析问题、解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺。最后，我要衷心 感谢老师在我的设计过程中给予我的极大帮助，使我能够及时、顺利地完成此次的毕 业设计。同时，也要感谢我的老师和同学们在本毕业设计过程中给予我的支持和帮助。参考文献1 高吉祥电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2002年2 彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，1997年3 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2001年4 肖景