电风扇模拟自然风控制电路的设计

郑州交通职业学院毕业论文（设计）论文（设计题目）:电风扇模拟自然风控制电路的设计所属系别 信息工程系 专业班级08大专电子信息工程技术1班姓名 XX 学号 指导教师 XX 撰写日期2011年5月摘要本课题主要研究电风扇实现模拟自然风的功能，针对市场中家用电扇的功能分析，得出模拟自然风风扇将成为市场一种主流风扇，慢慢的将代替那些老式的风扇。本设计采用了一个以555多谐振荡器为核心的电路，由电源稳压电路、光波发生电路和光耦合成器电路组成。通过方波发生电路输出高低电平来控制晶闸管的导通和截止以实现电风扇模拟自然风的效果;通过调节电位器调节输出方波的占空比，可以控制单位时间内送风的时间。该电路能够实现控制风扇扇叶由停止-慢慢转动-快速转动-慢速转动-停止周期性的转动，并且能够调节周期的时间。该电路利用555定时器输出相应的控制信号来控制电路，达到了调节风扇风速强弱、风扇运转状态和开关的逻辑系统的目的，并且利用定时器设定时间控制继电器，使风扇的设计更加完善和人性化。关键词：电风扇，模拟自然风，555多谐振荡器，继电器，可调占空比，双向晶闸管AbstractThistopicresearchelectricfansimulatingnaturalwindfunction,inviewofthemarketinhomefansthatthefunctionanalysis,analognaturalfanwillbecomemarketamainstreamfan,slowlywilltaketheplaceoftheoldfan.Thedesignhasadoptedamoreharmonicoscillator555circuitsforcore,thepowersupplyvoltagecircuit,thelightwavegeneratoroflightcouplingtobecomeusefulcircuit.Throughthesquarewavegeneratingcircuitoutputdiscretionleveltocontrolthyristorconductionandglobeinordertoachievetheeffectoffanimitatingnaturalwind;Byadjustingthepotentiometeradjustmentoutputpulse390v,cancontrolunittimesupplyoftime.Thiscircuitcanrealizecontrolfanfanleavesturningslowlyandbystop-andquicklyturnedslowlyrotating-stopperiodicrotating,andcanadjustcycletime.Thiscircuitusing555timingofcontrolsignaloutputcorrespondingtocontrolcircuit,toadjustfanwindspeedandtheweak,fanoperationstatusandswitchlogicsystem,andthepurposeofusingtimercontrolrelaytimesetthedesign,makethefanmoreperfectandhumanization.Keywords:electricfan,imitatingnaturalwind,555muchharmonicoscillator,relays,adjustable390v,two-waythyristor目录TOC\o"1-5"\h\z1弓|言 1\o"CurrentDocument"1.1设计背景 1\o"CurrentDocument"1.2设计要求 1\o"CurrentDocument"2电路设计 1\o"CurrentDocument"3方案论证 2\o"CurrentDocument"3.1波形控制方案 2\o"CurrentDocument"3.2稳态多谐振荡器方案 3\o"CurrentDocument"4电风扇单元模块 3\o"CurrentDocument"4.1多谐振荡器原理 3\o"CurrentDocument"4.2继电器电路 4\o"CurrentDocument"5设计原理 5\o"CurrentDocument"5.1电风扇工作原理 5\o"CurrentDocument"5.2参数的选择和计算 6\o"CurrentDocument"6电路的仿真 6\o"CurrentDocument"6.1滤波波形 6\o"CurrentDocument"6.2电路的输出波形 6\o"CurrentDocument"7电路的调试 7\o"CurrentDocument"8总结 8\o"CurrentDocument"参考文献 9\o"CurrentDocument"致谢 101引言1.1设计背景模拟自然风风扇是一种具有模拟自然风送风功能的电风扇。与众不同之处，它是由电风扇马达与一台能够自动调制输出电压产生周期性高、低变化的电气装置合理配合形成。电风扇马达供电电压始终处于周期性高、低变化状态，而不是始终处于周期性通、断转换状态。因此，马达供电方式合理，轴承机械磨损极小。另外本实用新型结构合理、制造简单、造价低廉、使用方便。目前我国电风扇市场总的来说是供过于求，市场竞争相当激烈，而外商企业也开始把目光投向国内电风扇市场。从目前电风扇行业的发展趋势看，今后电风扇仍将是人们消暑的主体，但随着外资在电风扇行业的投资，将会使我国电风扇市场的竞争更加剧烈，只有质量好、样式新的电风扇才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。本文综合运用信号测试技术、模拟控制技术、分形及混沌理论和热舒适理论，从理论和实验两方面研究了自然风与机械风的气流特性、自然风模拟技术、自然风与模拟自然风的分形及混沌特性和模拟自然风的热舒适性评价，目的在于研究自然风的特性并应用于空调装置，通过模拟自然风来改进空调末端装置的送风模式，改善吹风的人体热舒适感觉，提高室内热环境的舒适性和节约能源［1。1.2设计要求利用NE555设计一个电风扇控制电路，一般的电风扇有慢速、中速、快速、自然风档，而本设计主要是针对电风扇的自然风挡设计的。要求能够实现电风扇能够产生自然风的效果，即该电路能够实现控制风扇扇叶由停止-慢慢转动-快速转动-慢速转动-停止周期性的转动，并且能够调节周期的时间。2电路设计市电220V电压经电源由其中的变压器变为所需的较低的电压，输送给整流电路，整流电路将周期变化的交流电整成单一方向的直流电，再送给滤波电路，将凹凸不平不稳定的直流电过滤成了稳定的平滑的直流电输出，送向NE555多谐震荡器，NE555多谐震荡器3脚输出高电平，继电器断开，动断触点复位，电风扇通电运转。此时555多谐振荡器内部三极管基极因得高电位而饱和导通，电容C2经过R2、Rp2、三

极管、地放电，当降低至略低于1/3Vcc时，3脚输出低电平，继电器吸合，动断触点断开，电风扇断电停止运转，但是由于电机的惯性作用，扇叶仍会转动一定的时间，此时555多谐振荡器内部三极管截止，C2放电结束，重新开始充电⑵。从而输出方波控制继电器，实现自动开关的功能，从而产生模拟的自然风，电路工作框图如图2-1所示。图2-1图2-1电路工作框图3方案论证3.1波形控制方案本电风扇模拟自然风电路控制器具有用途广泛、精度较高、造价低廉、装调容易等特点。电风扇模拟自然风控制电路控制器由电阻R1、R2、NE555时基电路组成，从3脚输出方波，控制继电器时基电路如图3-1。均能在7-60s内调节。时基电路方案能够工作的周期较长，充放电回路是分开的，电路简单，接线容易［3］。OUT'4MODULATTDb—C图3-1OUT'4MODULATTDb—C图3-1时基电路图3.2稳态多谐振荡器方案它由交流降压整流电路、低频无稳态多谐振荡器和继电器控制马达电路组成。时基电路555和R1、R2、Rp1、Rp2、C3组成一个稳态多谐振荡器，稳态多谐振荡器如图3-2。稳态多谐振荡器方案电路含有滤波电路，含有自耦变压器，电路复杂，在现有实验条件下，很难完成［4］。图3-2稳态多谐振荡器图3-2稳态多谐振荡器uD由于稳态多谐振荡器方案排版过于复杂，模块内部结构复杂。虽然可以达到一定的调节时间的作用，但是影响不大。然而，时基电路方案的各功能模块的线路连接相对来说比较简单，在现有的实验条件下容易实现。在时基电路方案中，电路的充放电回路是分开的，转动和停止的可调控跨度更大，可以更加完善的实现调控的功能，从而把电风扇的周期控制在一个合适的范围之内，故选择波形控制方案。4电风扇单元模块4.1多谐振荡器原理555多谐振荡器它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc°C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态⑸。当输入信号输入并超过2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。万q是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接2/3Vcc，多谐振荡器内部结构如图4-1。

图4-1555多谐振荡器Vco是控制电压端（5脚）,平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路［6。4.2继电器电路电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合，继电器电路如图4-2所示。3 1图4-2继电器电路图

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的［7］。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。5设计原理5.1电风扇工作原理交流220V电压经电源变压器T降压、整流二极管VD1一VD4整流和稳压集成电路IC1稳压后，在滤波电容器CI两端产生+12V(VCC)电压，作为时基集成电路IC2的工作电压。IC2的2脚为触发输人端，其触发电平为Vcc/3，当该脚电压低于Vcc/3时，IC2的3脚(输出端)变为高电平。IC2的6脚为阑值输人端，其阑值电平为2Vcc/3，当该脚输人电压大于2Vcc/3时，IC2的3脚变为低电平。该控制电路将IC2的2脚与6脚连接在一起，与地之间并接一只充电电容器C2。接通电源后，VCC电压经电阻器RI和电位器RP向C2充电，当C2两端电压上升至2VCC/3时，IC2的3脚变为低电平，晶闸管VT截止，风扇电动机M停转。电动机M停转后，C2通过电位器RP对IC2的7脚放电，使IC2的2脚电压下降，当该脚电压降至Vcc/3时，IC2的3脚变为高电平，使晶闸管VT受触发而导通，风扇电动机M又通电运转。C2如此不断地充电和放电，使风扇电动机M时转时停，从而产生模拟自然风即电风扇模拟自然风电路原理图如图5-1所示。电机1N4QQ4D25F2CW2K牛R230KLi400V_^D1ZSC32DDuL6VR35dOKCS0.01\R41N4QQ4D25F2CW2K牛R230KLi400V_^D1ZSC32DDuL6VR35dOKCS0.01\R4L.5KC60.1SOOY图5-1电风扇模拟自然风电路的原理图5.2参数的选择和计算选择R1=R2=43k,Rp1=Rp2=330k,在常温下电路的充电时间常数t1=（Rl+Rpl）C2,运转时间T转=0.693（Rl+Rpl）C2，电路的放电时间常数t2=（R2+Rp2）C2，停歇时间T停=0.693（R2+Rp2）C2，并且转动和停歇的时间均能在7-60s内调节四。6电路的仿真6.1滤波波形设计中采用了电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面。在二极管导通期间，。2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。。2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器C上的电压降得不多。当e下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即负载电阻Rfz：两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形［10］。由于考虑到在实际的推广应用时使用220V交流电，所以做一滤波的仿真滤波的波形图如图6-1所示。图6-1滤波的波形图6.2电路的输出波形设计中采用的是555定时器构成的多谐振荡器，接通Vcc后，Vcc经R1和R2对C放电。当uc上升到2Vcc/3时，u0=0,T导通，C通过R2和T放电uc下降。当uc下降到Vcc/3时u0由0变为1，T截止，Vcc又静R1和R2对C充电，如此重复上述过程，在输出端产生了连续的矩形脉冲。由于调节滑动变阻器会使得占空比不同，输出波形也不相同，在此只附其中一种情况。如图6-2所示。图6-2输出波形图7电路的调试调试过程需要注意电路的安全，输入电压不能过大，电流的类型也不能不同，以免电路板烧坏。我们的电路输入电压为一个10V直流电源，所以用六节干电池和三节干电池即可。电源也不会对人的安全造成影响。（1） 继电器的针脚测定：用万用表测试，先将万用表调到电阻20k档测得2、5脚为线圈脚，其余四脚分别为常开常闭脚。（2） 电路的运行测试：接通10V电源，然后将继电器以及马达连接，若检测无法正常工作，则通过检查电路接线，继电器的引脚是否正确等方法来，确保电路正常工作。之后观看马达的转动情况，判定电路的工作是否如预期。（3） 改进方案的说明：考虑电路的实际应用可以在电路的控制端加入自耦变压器，三档琴键开关，常规风和自然风的选择开关，则可以得到强中弱三种风和周期可调的强中弱三种模拟自然风六种风型，这样更适合推广应用。8总结在这次设计的过程中，遇到了很多的问题与困难，经过不断的努力以及指导老师和同学们的帮助，我突破一层又一层的难关。首先仿真时，电阻由滑动变阻器控制的时候，太过于灵敏，导致波形变化很快，和事实不太符合。再次555定时器的输出端的高电平只有1V多，没有达到预期效果。其次仿真一开始时，=不清楚元器件的符号，查找元件比较困难。同时由于对仿真软件的不熟悉，有些参数不知道怎么设置，对电路元件实际的工作状态不甚熟悉，因而在仿真时不能很快确定元件的接线方法，并且仿真的波形没有预期的起伏那么明显。这些问题的出现让我学会了做事认真仔细，不能出现半点马虎。因此，在设计当中应注意：（1） 检查个功能模块的连接是否正确，有没有存在接线断开，短路之类的问（2） 检查各个元件的安装，以及模块的组成是否合理，正确。（3） 通电后，测试电路，看电风扇模拟自然风控制电路是否能将实现模拟风的效果。整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真，我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢