信息職業技術學院畢業設計說明書(論文)設計(論文)題目:家用換氣扇自動控制電路設計專業:應用電子技術班級:學號:姓名:指導教師:二00九年十二月五日信息職業技術學院畢業設計（論文）任務書學生姓名學號班級應電07-2專業應用電子技術設計（或論文）題目家用換氣扇自動控制電路的設計指導教師姓名職稱工作單位及所從事專業聯系方式備注設計（論文）內容：1、查閱NE555、氣敏傳感器相關資料，了解此方面的發展狀況；2、采用合理的控制方案；3、設計、實現該系統；4、撰寫設計報告。進度安排：3～7周：根據要求設計出方框圖和原理電路圖，根據電路分析其工作原理；8～10周：根據電路準備電子元件；11～14周：制作出電路板,安裝并調試，測試出相應的技術指標；15～18周：根據調試分析其優缺點和提出整改措施，完成論文。主要參考文獻、資料：［1］高吉祥．電子技術基礎實驗與課程設計．北京：電子工業出版社，2002年

［2］彭介華．電子技術課程設計指導．北京：高等教育出版社，1997年

［3］畢滿清．電子技術實驗與課程設計．北京：機械工業出版社，2001年［4］肖景和．555集成電路應用精粹．北京：人民郵電出版社，2007年［5］張玉蓮．傳感器與自動檢測技術．北京：機械工業出版社，2007年審批意見教研室負責人：年月日四川信息職業技術學院畢業設計說明書(論文)PAGEI目錄摘要 1第1章緒論 2第2章設計框圖及電路系統概述 32.1目的 32.2基本部分 32.3發揮部分 32.4設計框圖 32.5各個單元框圖原理分析 4第3章電源電路 63.1電路原理圖 63.2工作原理分析 6第4章溫度傳感器和煙霧傳感器的工作原理 74.1溫度傳感器 74.1.1半導體熱敏電阻 74.1.2熱敏電阻的特性 74.2氣敏傳感器 8第5章控制電路原理及其中關鍵元器件的介紹 105.1控制電路的原理圖 105.2工作原理分析 10第6章555芯片的介紹 116.1電路組成 116.2工作原理 15第7章家用換氣扇自動控制電路原理 177.1家用換氣扇的整機圖 177.2家用換氣扇的原理分析 17第8章電路的仿真 188.1氣敏傳感器工作的仿真 188.1.1仿真電路現象 188.1.2仿真現象的分析 188.2溫度傳感器工作的仿真 198.2.1仿真電路現象 198.2.2仿真現象的分析 198.3不工作電路 208.3.1仿真電路現象 208.3.2仿真現象的分析 20總結 21參考文獻 22附件1家用換氣扇整機電路 23附錄2元器件清單 24第23頁摘要隨著社會的發展，保持室內空氣清新,從而保證人們的身體健康已受到越來越高的重視，然而由于種種原因，人們不可能始終關注室內空氣的清新度，因此有必要研究一種自動換氣扇，當室內的煙氣達到一定濃度時，自動啟動換氣扇向外抽煙，提供了一種自動換氣扇控制電路，具有自動向外抽煙，并向室內送入新鮮空氣等功能。能夠較好地保持室內空氣的清新，從而保證人們的身體健康，在家庭、辦公室都有較高的實用價值。該電路由NE555集成塊、氣敏傳感器、溫度傳感器、電源電路、雙穩態控制電路等組成。由NE555組成施密特電路作為控制電路，用來控制雙向晶閘管的打開與關閉，接通和斷開換氣扇的工作電源，使換氣扇開始或停止工作。本控制電路可根據室內有害氣體濃度的變化或氣溫的變化來實現換氣扇的自動通、斷，從而改善室內氣體及氣溫環境。不僅實用于辦公室、接待室，也同樣實用于臥室、客廳、茶房、廚房、浴室等。關鍵詞換氣扇；NE555集成塊；溫度傳感器；氣敏傳感器第1章緒論隨著電子技術的發展，尤其是數字技術的發展，用數字電路技術實現家用換氣扇的自動控制越來越重要，而且貼近我們的實際生活。家用換氣扇已成為人們日常生活中必不可少的必需品，它不需要開關，當溫度升高或有害氣體濃度高時會自動控制；廣泛應用于辦公室、臥室、客廳、廚房、浴室等，給人們的身體健康帶來很大的益處。因此，得到了廣泛的應用。家用換氣扇是利用溫度高低或有害氣體的濃度來控制電路工作的。由于換氣扇廣泛應用于人們的日常生活中，所以，有很大的重用作用。該電路在設計時應用了仿真軟件，來進行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們在不知不覺中感受方便。由于近年來我國的家用電器行業的迅速崛起，中國現在的電器已經發展的很好了，能自主的生產很多家用電器。家用換氣扇現在也是很多地方常用的，因為他能避免有害氣體帶來的危害，在現在來看已經很多地方使用，是我國輕工業對外開放較早的行業之一。換氣扇還具有自動、節能、環保等完善的實用功能，國際上一些知名品牌大企業相繼進入國內產銷領域，使得國內競爭國際化。加快綠色、節能產品的開發推廣和應用是我國目前家用電器材行業結構調整的重點。我國家用電器行業將面臨著前所未有的機遇和挑戰，而由此帶來的巨大商業利益也成為一些企業矚目的焦點。第2章設計框圖及電路系統概述2.1目的1．掌握單穩態觸發器的工作原理和各元器件的功能。2．進一步了解家用換氣扇組成框圖和各個單元工作原理及相互聯系。3．掌握自己實際操作動手能力的形成和進一步提高。4．鍛煉自己對所學理論知識和技能的綜合運用能力。5．提高自己對文獻資料的搜索和信息處理能力。6．培養自己對社會普通科學知識的了解。7．增強自身的知識見解和設計論文的方法。2.2基本部分1．電源電路，用的是交流電。2．電轉換及放大部分，包括它的組成工作原理。3．自動控制部分，包括它的電路及工作原理。4．開關部分，包括它的組成工作原理。2.3發揮部分1．可以采用不同的原理來完成。2．可以采用不同的元件來實現個部分的工作。2.4設計框圖為了在公共場所，如茶房等，提供一種方便節能的換氣扇，設計了一種自動控制的開關。通過有害氣體的進入而自動運行，能消除有害氣體對人們的傷害。根據設計電路得到所要完成的功能和達到的效果。 氣敏傳感器氣敏傳感器控制電路電源雙向晶閘管開關控制溫度傳感器圖2-1設計框圖圖2-1設計框圖2.5各個單元框圖原理分析1．電源電路電源電路為整個電路提供需要的電壓。圖中C5、R5、VD4、DW及C4組成電源電路，220V交流電壓經VD4整流，C4濾波電容，即利用電容通交阻直作用為下一電路提供直流電壓，使整個電路開始工作。2．氣敏傳感器氣敏傳感器QM組成煙霧傳感器，當室內煙霧濃度超過一定標準時，它的A、B極間阻值降低，流過的電流增大，通過VD2使VT1導通。3．溫度傳感器熱敏電阻RT組成溫度傳感器，當室內溫度升高超過一定溫度后，RT阻值變小，流過RT的電流增大，通過VD1使VT1導通。4．控制電路NE555組成的施密特電路作為控制電路，用來控制雙向晶閘管的開通與關閉，接通和斷開換氣扇的工作電源，是換氣扇開始或停止工作。5．雙向晶閘管開關控制當VT1導通后，它的集電極電壓降低，這一低電壓通過NE555的②腳使其輸出高電平。這一高電平通過R4及VD3加至VS的控制極，使VS導通。換氣扇的工作電源被接通，換氣扇工作。當室內溫度降低、空氣清新后，VT1截止，集電極變為高電平。這一高電平通過NE555的⑥腳使其輸出端為低電平。于是VS關斷，切斷換氣扇電源，換氣扇停轉。RP1用來調整QM元件加熱電極的工作電壓，通常5V左右。RP2用來調節溫度起控點，可根據實際需要調整，使其在某一溫度下氣控。第3章電源電路C5220VR5VD4C4DW3.1電路原理圖C5220VR5VD4C4DW圖3-1電源電路原理圖3.2工作原理分析簡單介紹一下電源電路中各元器件的功能和作用：VD4是一個整流二極管，對220V交流電壓進行整流。C4是一個濾波電容，其大小0.1u/100V對整流220V交流市電壓，進行通交阻直作用，濾除交流成分，使直流成分為下幾個電路部分提供工作電壓。R5是一個限流電阻，其阻值R5=270K,相當的大，可以看出是一個限流電阻，使其降壓，防止大電流通過損壞元器件，使電路不能正常工作。C5是一個保護電容，其大小0.47u/400V，它的作用是保護前面的二極管VD4。同時與電阻R5并聯組成RC諧振電路。第4章溫度傳感器和煙霧傳感器的工作原理4.1溫度傳感器溫度傳感器熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。溫度傳感器熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。4.1.1半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導體測溫元件熱敏電阻式利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。熱敏電阻可分為3種類型，即正溫度系數(PTC)熱敏電阻和負溫度系數（NTC）熱敏電阻，以及在某一特定溫度下電阻值會發生突變的臨界溫度電阻器（CTR），熱敏電阻在電路中的符號如下：RtRt圖4-1熱敏電阻的符號圖4-1熱敏電阻的符號4.1.2熱敏電阻的特性如圖4-1列出了不同種類熱敏電阻的（Rt—t）特性曲線。曲線1和曲線2為負溫度系數（NTC型）曲線，曲線3和4為正溫度系數（PTC型）曲線。由圖中可以看出1、3特性曲線的熱敏電阻，更適用于溫度的測量，而符合2、4特性曲線的熱敏電阻因特性曲線變化陡峭則更適用于組成控制開關電路。與金屬熱電阻相比熱敏電阻的特點是：電阻溫度系數大，靈敏度高，約為金屬電阻的10倍。結構簡單，體積小，可測點溫。電阻率高，熱慣性小，適用于動態測量。易于維護和進行遠距離控制。制造簡單，適用壽命長。圖4-2各種熱敏電阻的特性曲線200圖4-2各種熱敏電阻的特性曲線2001002431負指數型NTC2負指數型NTC2—突變性NTC3—線性型PTC4—突變型PTC4.2氣敏傳感器人類的日常生活和生產活動與周圍的環境氣氛緊密相關，氣氛的變化對人類有極大的影響，因而我們需要使用大量的氣敏傳感器來檢測氣體的成分。檢測環境是否有煙霧和煙霧的濃度，例如檢測起火時的濃煙。煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內部阻值發生變化，產生一個模擬值，從而對其進行控制。氣敏傳感器就是能感知環境中某種氣體及其濃度的一種器件，它將氣體的種類及其與濃度有關的信息轉換為電信號，根據這些電信號的強弱就可以獲得與待側氣體在環境中訊在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統。ABCABCD圖4-3氣敏傳感器的符號圖4-3氣敏傳感器的符號4.2.1電阻型半導體氣敏傳感器電阻型半導體氣敏傳感器是利用氣體在金屬氧化物半導體表面的氧化和還原反應，導致敏感元器件阻值變化的原理來制作的。當氧化型氣體吸附到N型半導體上，半導體的載流子減少，電阻率上升；當氧化氣體吸附到P型半導體，半導體的載流子增多，電阻率下降。當還原型氣體吸附到N型半導體上，半導體的載流子增多，電阻率下降；當還原型氣體吸附到P型半導體上，半導體的載流子減少，電阻率上升。氣敏電阻的材料是金屬氧化物，合成時加敏感材料和催化劑燒結。金屬氧化物有N型半導體和P型半導體。通常器件工作在空氣中，由于氧化作用，空氣中的氧被半導體材料的電子吸附負電荷，結果半導體材料的傳導電子減少，電阻增加，使器件處于高阻狀態。當氣敏元件與被測氣體接觸時，會與吸附的氧發生反應，將束縛的電子釋放出來，敏感膜表面電導增加使元件電阻減小。第5章控制電路原理及其中關鍵元器件的介紹ICNE555VT19041R33KR4470VD32CP18C30.1u2684315VS5.1控制電路的原理圖ICNE555VT19041R33KR4470VD32CP18C30.1u2684315VS圖5-1控制電路的原理圖5.2工作原理分析控制電路由VT1和R3、NE555、R4、VD3、C3、VS組成，當VT1導通后，它的集電極電壓降低，這一低電壓通過NE555的②腳使其輸出高電平。這一高電平通過R4及VD3加至VS的控制極，使VS導通。換氣扇的工作電源被接通，換氣扇工作。當室內溫度降低、空氣清新后，VT1截止，集電極變為高電平。這一高電平通過NE555的⑥腳使其輸出端為低電平。于是VS關斷，切斷換氣扇電源，換氣扇停轉。所以可以明顯看出此電路實現的是一個控制功能，只有IC芯片②腳為高電平時電路才工作。第6章555芯片的介紹555時基電路誕生于20世紀70年代初，隨著科學技術的發展與實踐，而跟著更加廣泛的使用。555電路可以組成R-S觸發器，用作控作控制電路的開關；還可以組成單穩態觸發器，用來作定時、延時或脈沖整形；也可以組成施密特觸發器，在多種控制電路中得到應用。NE555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規模集成電路，在很多電子產品中都有應用NE555的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。NE555時基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他HA17555、LM555、CA555分屬不同的公司生產的產品。內部結構和工作原理都相同。NE555的內部結構可等效成23個晶體三極管，17個電阻，兩個二極管，組成了比較器，RS觸發器等多組單元電路。特別是由三只精度較高的5K電阻構成了一個電阻分壓器，為上、下比較器提供基準電壓。所以稱之為555，NE555屬于cmos工藝制造。6.1電路組成NE555集成電路的引腳分布圖6-1NE555圖6-1NE555的電路結構NE555圖6-2外引線排列圖NE555NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在上面）如下：①腳：地GND②腳：觸發③腳：輸出④腳：復位⑤腳：控制電壓⑥腳：門限(閾值）⑧腳：電源電壓Vcc1．電阻分壓器由三個3個5千歐的電阻R組成，為變壓比較器C1和C2提供基準電壓。2．電壓比較器由C1和C2組成，當控制電壓輸入端CO懸空時，C1和C2基準電壓分別為和。C1的反向輸入端TH稱為555定時器的高觸發端，C2的同向輸入端稱為555定時器的低觸發端。3．基本RS觸發器基本RS觸發器由兩個與非門G1和G2構成。比較器C1的輸出作為置0輸入端，若C1輸出為0，則Q=0；比較器C2的輸出作為置1輸入端，若C2輸出為0，則Q=1。是定時器的復位輸入端，只要=0，定時器的輸出端OUT則為0。正常工作時，必須使處于高電平。4．放電管VTVT是集電極開路的三極管，VT的集電極作為定時器的引出端D。5．緩沖期緩沖器由G3和G4構成，用于提高電路的負載能力。555集成電路應用十分廣泛，可裝如下幾種電路：1．單穩類電路作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。2．雙穩類電路作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。3．無穩類電路作用：方波輸出，電源變換，音響報警，玩具，電控測量，定時等。我們知道，555電路在應用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方式又有很多個不同的電路。在實際應用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩、多個雙穩、單穩和無穩，雙穩和無穩的組合等。這樣一來，電路變的更加復雜。為了便于我們分析和識別電路，更好的理解555電路，這里我們這里按555電路的結構特點進行分類和歸納，把555電路分為3大類、8種、共18個單元電路。每個電路除畫出它的標準圖型，指出他們的結構特點或識別方法外，還給出了計算公式和他們的用途。方便大家識別、分析555電路。在換氣扇中我們用到的是555電路的兩個觸發端TH和連接在一起作為信號輸入端，就組成了一個新的電路，這個電路稱之為施密特觸發器。施密特觸發器也是雙穩態觸發器的一種，它也有兩個穩定狀態。不過這種雙穩態觸發器有些特殊，這就是當電路被觸發信號觸發翻轉后，這個觸發信號是不能撤除的。當調節電位器使輸入電壓為0V時，555電路的輸出端輸出高電平，這一結果是符合當TR端電壓低于時，555電路的輸出端輸出高電平這一特性的。當調節電位器使輸入電壓逐漸上升到直到超過時，電路的輸出狀態并沒有發生變化。這是因為在此時，雖然TR端輸入電壓大于，但對于TH端，它的輸入電壓時小于夫人，因此電路的輸出狀態時不會改變的。VDDVDDNE555THVoViCTR6243518圖6-1555電路組成的施密特觸發器圖6-1555電路組成的施密特觸發器ViVi圖6-2施密特電路的輸入—輸出特性（a）Vo(c)“1”ViVoViVo00“0”Vo(b）當調節電位器使輸入電壓上升到時，電路發生翻轉，輸出端輸出電壓由高電平突然變為低電平。這一變化符合當輸入電壓高于時，555電路的輸出狀態會發生改變這一特性。這一實驗的輸入—輸出特性如圖6-1（a）所示。朝著相反的方向繼續調節電位器使輸入電壓逐漸下降，當輸入電壓降低到一直到低于時，我們看到電路的輸出狀態并未發生改變。這是由于在這個時候，雖然對于TH端已低于，但對于TR端是高于的，而對電路起作用的正是TR端，因此電路仍然保持原狀而不會翻轉。當調節電位器使輸入電壓降低到時，電路發生翻轉，輸出端輸出電壓由低電平變為高電平。這一現象是符合當TR端輸入電壓低于是輸出端輸出高電平這一特性的。它的輸入—輸出特性曲線如圖6-1（b）所示。將圖6-1(a)和6-1（b）兩組曲線結合起來，組成了如圖6-1（c）所示的特性曲線。這一曲線稱為施密特電路的傳輸特性曲線，它很明確地表示了施密特電路的輸出電壓與輸入電壓的關系。6.2工作原理555定時器的工作原理比較簡單。為置0輸入端，當=0時，定時器的輸出OUT為0；當=1時，555定時器具有以下功能；1．當高觸發端TH>，且低觸發端>時，比較器C1輸出為低電平；C1輸出的低電平將RS觸發器置于0狀態，即Q=0，使得定時器的輸出OUT為0，同時放電管VT導通。2．當低觸發端<，且低觸發端TH<時，比較器C2輸出為低電平；C2輸出的低電平將RS觸發器置為1狀態，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1，同時放電管VT截止。3．當TH<、>時，定時器的輸出OUT和放電管VT的狀態保持不變。根據以上分析，可以得出555定時器的功能表，見表5—1表5-1555定時器的功能表輸入輸出THOUTVT——00導通>>10導通<>1不變不變<<1不變截止第7章家用換氣扇自動控制電路原理7.1家用換氣扇的整機圖圖7-1整機原理圖圖7-1整機原理圖7.2家用換氣扇的原理分析當室內煙霧濃度超過一定標準時，它的A、B極間阻值降低，流過的電流增大，通過VD2使VT1導通。當VT1導通后，它的集電極電壓降低，這一低電壓通過NE555的②腳使其輸出高電平。這一高電平通過R4及VD3加至VS的控制極，使VS導通。換氣扇的工作電源被接通，換氣扇工作。當室內溫度升高超過一定溫度后，RT阻值變小，流過RT的電流增大，通過VD1使VT1導通。當VT1導通后，它的集電極電壓降低，這一低電壓通過NE555的②腳使其輸出高電平。這一高電平通過R4及VD3加至VS的控制極，使VS導通。換氣扇的工作電源被接通，換氣扇工作。當室內溫度降低、空氣清新后，VT1截止，集電極變為高電平。這一高電平通過NE555的⑥腳使其輸出端為低電平。于是VS關斷，切斷換氣扇電源，換氣扇停轉。

第8章電路的仿真此次電路仿真運用的EWB仿真軟件，在仿真過程中也遇到少許問題，例如EWB元器件庫中沒有晶閘管之類的元器件而只能用開關代替。而且在仿真電路時不能改變元器件庫里面設置好的元件參數。但是，通過努力，最終仿真還是比較成功。8.1氣敏傳感器工作的仿真BB圖8-1氣敏傳感器工作的仿真圖圖8-1氣敏傳感器工作的仿真圖8.1.1仿真電路現象換氣扇工作8.1.2仿真現象的分析當室內有害氣體的濃度超過允許值時，QM-N5的阻值迅速減小，B點電位升高，使D2、Q1通，555則因⑥腳和②腳為低電平而置位，由③腳輸出的高電平通過D4使繼電器導通，換氣扇工作。8.2溫度傳感器工作的仿真圖8-2溫度傳感器工作的仿真A圖8-2溫度傳感器工作的仿真A8.2.1仿真電路現象換氣扇工作8.2.2仿真現象的分析當室內溫度升高時，Rt的阻值減小，A點電位升高，使D1、Q1通，555則因⑥腳和②腳為低電平而置位，由③腳輸出的高電平通過D4使繼電器導通，換氣扇工作。8.3不工作電路圖8-3換氣扇不工作的仿真圖圖8-3換氣扇不工作的仿真圖8.3.1仿真電路現象換氣扇不工作8.3.2仿真現象的分析當溫度降低、空氣清新時，阻值較大，流過的電流變小，使D1、D2、Q1停止，555則因⑥腳和②腳為高電平而復位，由③腳輸出的低電平通過D4使繼電器截止，換氣扇不工作。換氣扇如圖，正常情況下，室內無有害氣體或其濃度在允許范圍內時，QM兩端A、B間運轉。總結通過這次畢業設計，使我受到了一次應用所學的專業知識、專業技能分析和解決問題的全面系統的鍛煉。使我在綜