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電氣工程學院
課程設計說明書
設計題目： 電冰箱開門報警電路
系 別： 電氣工程系
年級專業： 檢測技術與儀器
電氣工程學院《課程設計》任務書
課程名稱： 測控儀器電路課程設計 基層教學單位：儀器科學與工程系 指導教師： 崔* | | |
| （專業）班級 | | | | | | | | | | | | | | 周一～周三 收集資料及方案論證 周四～周五 參數、儀器選擇 | 周一～周三 系統布局設計及仿真 周四～周五 撰寫說明書 | | | |
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說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。 2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。
目錄
一、引言3
1、產品簡要介紹3
二、總體電路4
1、總體電路圖4
2、工作過程簡述4
三、電路工作原理與仿真4
1、電路元器件工作原理4
（1）555定時器4
2、電路工作原理5
（1）、555定時器組成框圖及工作機理5
1）、555定時器的圖形符號及管腳5
、555定時器的內部電路5
（2）、555定時器的方框圖6
、組合結構6
、工作原理7
、555定時器功能表7
（3）、單穩態觸發器仿真分析7
（4）、多諧振蕩器仿真分析9
元器件一覽表11
結論11
六、本次課程設計體會11
七、參考文獻12
一 引言 電冰箱是一種保持恒定低溫的一種制冷設備。也是一種使食物或其他物品保持恒定低溫冷態的民用產品。箱體內有壓縮機、制冰機用以結冰的柜或箱；帶有制冷裝置的儲藏箱。 家用電冰箱的容積通常為20～500升。1910 年世界上第一臺壓縮式制冷的家用冰箱在美國問世。1925年瑞典麗都公司開發了家用吸收式冰箱。1927年美國通用電氣公司研制出全封閉式冰箱。1930年采用不同加熱方式的空氣冷卻連續擴散吸收式冰箱投放市場。1931年研制成功新型制冷劑氟利昂12。50年代后半期開始生產家用熱電冰箱。中國從50年代開始生產電冰箱。 隨著信息化及電子智能化時代的到來，電子技術發展越來越迅速，對人類生活的影響也更加深遠。而人們也要求電子產品更快捷、更方便、更節能。冰箱是現代社會人們生活中必不可少的，也是比較耗電的家電。冰箱關門自動報警電路就是當人們忘記關冰箱門時，而發聲提醒的簡易電路。 本設計電路主要由以時基電路555為核心組成的單穩態觸發器IC1、無穩態多諧振蕩器(IC2、IC3)等組成。 集成555定時器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結合在一起的中規模集成電路,因集成電路內部含有3個5千歐電阻而得名,在控制、定時、檢測、放聲、報警等方面有著廣泛的應用。國外產品型號有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,國內產品型號有5G1555、SL555、FX5。本電路用的是NE555. 設計本電路是采用分段研究。主要分為：對整流電路的研究；對延時電路的研究；對音頻發生電路研究。在各個階段實驗檢測成功后，再對總電路進行分析、整合、檢測。該電路的應用能在一定程度上節省電能，是對家庭節能環保的支持。家庭節能環保和我們的生活息息相關，而且很容易進行，做好家庭的節能環保工作，不僅節約了資源，也為家庭節約了一定開支，一舉兩得.所以像這種在生活中既實用又簡易的電路應該多研究推廣！ 1、產品簡要介紹 電冰箱關門自動報警器，屬于一種信號報警裝置，特別是涉及一種家用電器報警裝置。由整流電路、延時電路、一個555定時器單穩態選通器、兩個555定時器多諧振蕩器、音頻發生電路、發聲器件組成，不用外加電池，直接由電冰箱內的交流電供電，供電受電冰箱開、關門時動作的按鈕開關控制。結構十分簡單、成本低、報警信號能在電冰箱開門后延時一段時間發出。
二 總體電路 1.總體電路圖  總體電路圖如圖2-1  2.工作過程簡述對總電路進行實驗檢測時，當冰箱開門時，電路一直工作，關門時，此電路不工作，實現其設計要求。電路工作時，也就是冰箱開門時電路一直報警。電冰箱關門自動報警器，屬于一種信號報警裝置，特別是涉及一種家用電器報警裝置。由整流電路、延時電路、一個555定時器單穩態選通器、兩個555定時器多諧振蕩器、音頻發生電路、發聲器件組成，不用外加電池，直接由電冰箱內的交流電供電，供電受電冰箱開、關門時動作的按鈕開關控制。 1.電路元器件的工作原理 （1）.555定時器 555定時器是一種將模擬功能與數字(邏輯)功能緊密結合在一起的中小規模單片集成電路。它功能多樣，應用廣泛，只要外部配上幾個阻容元器件即可構成單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器等電路，是脈沖波形產生與變換的重要元器件，廣泛應用于信號的產生與變換、控制與檢測、家用電器以及電子玩具等領域。
2.電路工作原理 （1）、555定時器組成框圖及工作機理：  1）、555定時器的圖形符號及管腳如圖3-1所示,各管腳功能如下：1腳：公共端；外接電源負端VCC或接地，一般情況下接地。 2腳：觸發端； 3腳：輸出端；輸出  4腳：復位端；是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。
5腳：控制電壓輸入端；VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。 6腳：閾值端；TH高觸發端 7腳：內部三極管的放電端；該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 8腳：電源端；外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。 2）、555定時器的內部電路  內部電路圖如圖3-2所示  （2）、555定時器的方框圖，該集成電路由四部分組成：電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發器、輸出緩沖器和放電三極管。 1）、組合結構如圖3-3：
三只  的電阻器構成分壓電路，為比較器提供比較電壓，它們分別使高電平比較器  異相輸入端的參考電壓為  ，低電平比較器  的反相輸入端的參考電壓為  。 和  的輸出端控制RS觸發器狀態和放電管開關狀態。 2）、工作原理如下： 當輸入信號自閾值輸入端6管腳輸入并超過  時，觸發器復位，555的輸出端3管腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自觸發輸入端2腳輸入并低于  時，觸發器置位，555的輸出端3管腳輸出高電平，同時充電，開關管截止。 復位端4管腳，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接  。控制輸入端5管腳，平時輸出  作為比較器 的參考電平，當5管腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個  的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩定。  為放電管，當  導通時，將給接于放電端7管腳的電容器提供低阻放電電路。 3）、555定時器功能表如表3-1所示 （3）、單穩態觸發器仿真分析： 單穩態觸發器有一個穩態和一個暫穩態，在無外來觸發脈沖作用時，電路保持穩態不變，而當有外來觸發脈沖作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態，并輸出一個脈寬和幅值恒定的矩形脈沖，輸出的脈沖寬度  等于暫穩態的持續時間，而暫穩態的持續時間取決于  ，  。單穩態觸發器的原理圖如圖3-4所示：
波形圖如圖3-5所示 在穩態時，電路一定處于3腳輸出為低電平，泄放管  導通的狀態。因為電源剛接通時，  通過電阻  給電容  充電，當電容上的電壓  上升到  時，3腳輸出比為低電平，晶體管  導通，將電容上的電壓迅速放掉，使得 < ，2腳電壓大于  ，則上述3腳輸出電平，  導通狀態不變，電容C2上的電壓  。 當觸發脈沖下降沿到來時，只要其幅度足夠大，必使2腳電位低于 。電路翻轉進入3腳輸出  為高電平，  截止的暫穩態，定時開始。之后，  通過電阻  給電容  充電， 指數上升，時間常數近似為  。當 上升到 時，電路又返回初始的穩態， 變為低電平，同時  導通，電容通過 放電，直至 ，等待下一個觸發脈沖的到來。 暫穩態持續時間是電容從零充電至 所需的時間，因此 。輸出脈沖寬度 ，與理論值相符。 電容 存在自動充放電過程。當觸發脈沖到達時，電源 通過 給電容 充電，從0 V充電到約3.33 V，555定時器的輸出始終保持高電平，一但電容充電到3.33 V，555的輸出立即轉換為低電平，隨后電容開始從3.33 V迅速放電到0 V，此后又開始新的充放電過程。在555的輸出端可以獲得周期性的矩形脈沖，并且輸出脈沖的寬度與輸入信號的脈寬和幅度無關。 （4）、多諧振蕩器仿真分析: 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，接通電源后不需要外加觸發信號便能自動產生矩形脈沖。多諧振蕩器的電路與施密特觸發器電路類似，電路原理圖如圖3-6所示 電路由一個555芯片、兩個電阻和兩個電容組成。通過電阻 , 給電容 充電、電阻讓放電的過程來產生振蕩，從而輸出矩形脈沖，同時可以通過調節,以及的值來調節脈沖的周期與占空比。 輸出電壓 為高電平的時間 即是電源通過電阻,給電容充電，從 到 的時間， ； 輸出電壓為低電平的時間即是電源通過電阻給電容充電，從到的時間， ； 波形圖如圖3-7所示 電容從 充電到 過程中輸出保持高電平，從 放電到 過程中輸出保持低電平，電容形成周期性的充放電過程，從而在555的輸出端形成周期性的矩形脈沖波，構成多諧振蕩器。 四、元器件一覽表
五、結論 - 優點：這個電路使家庭用電得到了改善，當冰箱的門沒有關上的時候，會在10S后進行自動報警，這樣更有利于家庭的節約用電。同時也可以將電路進行完善，用在一些其他的定時報警裝置里，可以用在自動開、關門，和一些間歇性工作的平臺上使用。整體電路裝置組裝簡單，且各部分元件價格低廉，相對比較節約成本。電路本身沒有電源提供裝置，依靠冰箱本身電力工作，這樣也更加節約了用電的費用。
- 缺點：電路只有在特定的電壓下才會正常工作，當電路元件的規格發生改變后，整體的電路會隨之而發生改變。組裝或者使用過程當中有些元件容易損壞，需要將此裝置安放到一個特定的保護罩當中。
六、本次課程設計體會 畢業設計可以說是對我大學3年學習成果的考核和總結。在這短短的時間里我通過自己的努力以及老師的耐心指導，本著嚴謹求實、開拓創新的精神，完成了這次大學3年里最后的設計實踐。從開始接到論文題目到系統的實現，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受。畢業設計是我們學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次對冰箱關門自動報警電路的設計，對知識進行了一定的鞏固，認識到了自己在這方面存在的種種不足。這次畢業設計讓我更加熟悉了從理論到實踐的跨越。 當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業設計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業論文的制作過程是我的一次再學習，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。 腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。
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