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引言
自1880年，美國(guó)人舒樂(lè)首次將葉片直接裝在電動(dòng)機(jī)上，制作世界上第一臺(tái)電風(fēng)扇，風(fēng)扇開(kāi)始在生活中大規(guī)模使用,成為人類生活中不可或缺的電器。
1.1 選題的背景和意義
家用電器已經(jīng)變得極為普遍，成了人們生活中不可或缺的生活用品。而
在現(xiàn)代，人們對(duì)家用電器的要求也隨著社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越高。人們希望家用電
器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化及人性化。而作為人們生活中最為普遍的家用電器，家用電
風(fēng)扇的智能化及人性化的設(shè)計(jì)就顯得更為重要。家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計(jì)
就是針對(duì)這一問(wèn)題而研究設(shè)計(jì)的。
1.2 研究現(xiàn)狀
目前的家用電風(fēng)扇大多采用電子控制線路取代了原來(lái)的機(jī)械控制，使電扇的功能更強(qiáng)，操作也更方便，對(duì)人類生活產(chǎn)生非常深遠(yuǎn)的影響。
1.3 論文主要研究的內(nèi)容1）實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的強(qiáng)、中、弱控制(—個(gè)按鈕控制，循環(huán))： 使用一個(gè)“風(fēng)速”鍵來(lái)進(jìn)行風(fēng)速控制，當(dāng)風(fēng)扇處于“停止”狀態(tài)時(shí)，按下“風(fēng)速”鍵，風(fēng)扇啟動(dòng)，并處于“弱風(fēng)”、“正常風(fēng)”狀態(tài)。風(fēng)扇啟動(dòng)后，依次按下“風(fēng)速”鍵，風(fēng)速按照“弱→“中”→“強(qiáng)”→“弱”的方式進(jìn)行變換。2）實(shí)現(xiàn)睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、正常風(fēng)三種風(fēng)態(tài)(—個(gè)按鈕控制，循環(huán))：使用一個(gè)“風(fēng)種”鍵來(lái)控制風(fēng)種選擇。當(dāng)風(fēng)扇處于“停止”狀態(tài)時(shí)，按下“風(fēng)種”鍵不起作用。當(dāng)風(fēng)扇處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的時(shí)候，依次按下“風(fēng)種”鍵，風(fēng)種按照“正常風(fēng)”→“睡眠風(fēng)”→“自然風(fēng)”→“正常風(fēng)”的方式進(jìn)行變換。 3）實(shí)現(xiàn)停止功能的實(shí)現(xiàn)：使用一個(gè)“停止”鍵來(lái)控制風(fēng)扇的停止功能。在風(fēng)扇處于任一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下都能通過(guò)“停止”鍵停止風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。4）LED顯示狀態(tài)：使用1個(gè)發(fā)光二極管顯示總開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟，使用六個(gè)發(fā)光二極管表示風(fēng)扇的六種邏輯功能狀態(tài)。
5）以小時(shí)為單位設(shè)計(jì)定時(shí)系統(tǒng)，使用定時(shí)按鍵打開(kāi)定時(shí)系統(tǒng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)按鈕進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)。
2 方案設(shè)計(jì)2.1 電風(fēng)扇的總體方案
本系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)方案框圖如圖2.1所示：
圖2.1 整體設(shè)計(jì)方案框圖
2.2電路仿真圖
根據(jù)設(shè)計(jì)方案做出的仿真圖如圖2.2所示：
圖2.2 設(shè)計(jì)方案仿真圖2.3風(fēng)速控制電路
在“風(fēng)速”的三種選擇方式中分別為強(qiáng)，中，弱。具體的強(qiáng)，中，弱風(fēng)速通過(guò)74LS175輸出選擇不同的電路，在不同的電路中，末端與電機(jī)串聯(lián)的電阻阻值不一樣，通過(guò)分壓，使得加在電機(jī)上的電壓不一樣，控制風(fēng)速大小。而在選擇端，采用74LS175作為“風(fēng)速”方式控制器，按下開(kāi)關(guān)K1，由74LS175三個(gè)輸出端選中其中的一檔風(fēng)速，使得74LS175的Q2Q1Q0分別輸出001，010，100進(jìn)行循環(huán)，Q2輸出高電平代表強(qiáng)風(fēng)，Q1輸出高電平代表中風(fēng)，Q0輸出高電平代表弱風(fēng)，這樣便可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速選擇。用發(fā)光二極管分別指示強(qiáng)，中弱三種風(fēng)速電路圖如圖2.3所示
圖2.3風(fēng)速控制電路
2.4風(fēng)種控制電路
在“風(fēng)種”的三種選擇方式中，在“正常”位置時(shí)，風(fēng)扇為連續(xù)運(yùn)行方式，在“自
然”和“睡眠”位置時(shí)，為間斷運(yùn)行方式。電路中，采用 74LS151 作為“風(fēng)種”
方式控制器，由 74LS175 三個(gè)輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時(shí)，通過(guò)用NE555芯片來(lái)在產(chǎn)生一個(gè)周期為8秒，占空比為50%的脈沖信號(hào)然后在74LS175 的 CP 端加入一個(gè)周期時(shí)鐘信號(hào)作為“自然”端的間斷控制，通過(guò)74LS160芯片進(jìn)行二分頻再作為“睡眠”方式的控制輸入。這樣可以能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)種的控制。同時(shí)用3個(gè)發(fā)光二極管作為三種風(fēng)的指示狀態(tài)。具體的電路連接如圖2.2所示
2.5總開(kāi)關(guān)電路
開(kāi)關(guān)K作為總開(kāi)關(guān)，一端連接電源，另一端連接在第一塊芯片和第二塊芯片74LS175的清零端，由于清零端高電平無(wú)效，因此在接通電源時(shí)芯片正常工作，在斷開(kāi)K后，74LS175輸出清零，因此可以控制風(fēng)扇停止工作。
2.6定時(shí)電路
定時(shí)電路的核心是芯片NE555，通過(guò)將NE555接成單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)電路處于暫態(tài)的時(shí)候輸出高電平接入總電源，代替總開(kāi)關(guān)，這時(shí)可以把開(kāi)關(guān)斷掉，NE555在給電容充電期間就是定時(shí)時(shí)間，而定時(shí)時(shí)長(zhǎng)通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)變阻器調(diào)整阻值就可以控制V0輸出高電平的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。電路原理圖如圖2.4所示
圖2.4定時(shí)電路
3 系統(tǒng)的連接與調(diào)試3.1具體的硬件連接方案
圖3.1實(shí)物連接圖
3.2電路的連接
第一步，在沒(méi)還沒(méi)有把元件焊接到電路上之前，首先應(yīng)該檢查元件是否損壞，以防電路中接上已經(jīng)損壞芯片或者元件。
第二步，在焊接電路時(shí)要用萬(wàn)能表檢測(cè)焊接之后是否虛焊，在焊接完成之后應(yīng)該檢測(cè)線路芯片之間的接線是否相通。
第三步，我們需要對(duì)用中使用到的元件逐個(gè)進(jìn)行檢查，確認(rèn)使用的元件在焊接的時(shí)候沒(méi)有損壞，沒(méi)有放錯(cuò)地方。
3.3 系統(tǒng)的調(diào)試
如果直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的話，很難得出理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此要分模塊調(diào)試。由于74LS系列的芯片對(duì)電壓的要求較高，低于4.75V的電壓無(wú)法驅(qū)動(dòng)芯片，而高于5.25V的電壓就會(huì)燒壞芯片，并且由于接入太多的芯片進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)芯片上的電壓不一定就是電源的輸出值。
因此第一步，首先使用的是3V的電壓進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，檢測(cè)每個(gè)芯片的接電源和接端是否一樣或者相近，經(jīng)過(guò)用萬(wàn)用表檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)芯片之間的電壓都幾乎相同，但是都比電源的輸出電壓低0.15V左右，符合之前的考慮芯片VCC和GND之間的電壓沒(méi)有達(dá)到電源輸出值，在慢慢調(diào)高電源電源到5.15v這時(shí)候芯片基本處于正常的工作電壓，開(kāi)始正常工作。
第二步，開(kāi)始分模塊檢測(cè)，首先檢測(cè)的應(yīng)該是NE555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)是否正常，通過(guò)引入接線把輸出接入到示波器觀察波型，再檢測(cè)74LS160對(duì)脈沖信號(hào)是否進(jìn)行二分頻。因?yàn)镹E555產(chǎn)生的脈沖用作74LS175的時(shí)鐘信號(hào)輸入，如果時(shí)鐘信號(hào)都不正常，接入電路輸出也是不正常的。接著檢測(cè)74LS175的輸出是否正常因?yàn)橛腥龎K74LS175也要一塊一塊檢測(cè)。檢測(cè)74LS175的時(shí)候可以通過(guò)打開(kāi)開(kāi)關(guān)，觀察二極管的循環(huán)狀態(tài)可以檢測(cè)出芯片的輸出是否正常。在完成前面的檢測(cè)并且改正電路后，檢測(cè)74LS151的輸出和 74LS08這兩塊芯片的工作，這兩塊芯片把風(fēng)速和風(fēng)種聯(lián)系起來(lái)，直接控制著電機(jī)電路。
第三步在完成檢測(cè)后進(jìn)行對(duì)電路進(jìn)行修改后繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，直到達(dá)到理想效果
4 實(shí)踐的問(wèn)題與解決4.1仿真出現(xiàn)的問(wèn)題
在做仿真的時(shí)候，二極管后面應(yīng)該接上電阻，如果沒(méi)有電阻的話，二極管兩端不能分辨出高低電平，二極管不能點(diǎn)亮；在進(jìn)行用NE555產(chǎn)生脈沖信號(hào)的時(shí)候，應(yīng)該用示波器測(cè)試一下脈沖波形輸出，并且要按實(shí)際計(jì)算值來(lái)計(jì)算出電阻和電壓值，并且把具體參數(shù)用到仿真電路中；在用電機(jī)的時(shí)候一定要考慮實(shí)際，對(duì)于普通的小電機(jī)的電阻只有幾歐姆，如果用的電機(jī)仿真的時(shí)候是理想狀態(tài)，實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)功能。
4.2連接電路時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題
在連接電路的時(shí)候，有些元件是損壞的要檢查出來(lái)并且更換。在焊接元件時(shí)防止虛焊，可以在焊接完一個(gè)元件之后就用萬(wàn)用表測(cè)試各條導(dǎo)線之間是否該連通的都連通，不該連通的沒(méi)有接上。
4.3調(diào)試出現(xiàn)的問(wèn)題
在調(diào)試的時(shí)候會(huì)在NE555產(chǎn)生的脈沖并沒(méi)有達(dá)到占空比達(dá)到50%，可以通過(guò)使用一個(gè)二極管與R2并聯(lián)，這樣可以得到施密特觸發(fā)電路的充電時(shí)間和放電時(shí)間一樣，產(chǎn)生的脈沖方波占空比可以達(dá)到50%。
在調(diào)試74LS175的時(shí)候，在最初的電路中，并沒(méi)有使用NE555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)作為74LS175的時(shí)鐘信號(hào)，而是用電源電壓串接開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)產(chǎn)生高低電平來(lái)改變輸出狀態(tài)，后面發(fā)現(xiàn)74LS175的狀態(tài)并沒(méi)有發(fā)生改變，而采用連續(xù)脈沖之后才可以改變74LS175的輸出狀態(tài)。采用直接連接電源的方法，由于74LS08的延時(shí)性并沒(méi)有馬上改變74LS175的輸入D2,D1,D0因此電路依然保持鎖存狀態(tài)，輸出也就不能改變。
在調(diào)試電機(jī)的時(shí)候，應(yīng)該具體測(cè)量電機(jī)的內(nèi)阻，選擇合理的電阻接入電路實(shí)現(xiàn)分壓，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的大小不同。實(shí)際上，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的小電機(jī)內(nèi)阻一般幾歐姆，因此在選擇電阻的時(shí)候不應(yīng)該超過(guò)電機(jī)的電阻 。因?yàn)槿绻尤氲碾娮杼螅沟眉釉陔姍C(jī)的電壓變小到小于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓，電機(jī)將不轉(zhuǎn)動(dòng)。而且由于末端的芯片74LS08的輸出高電平一般不超過(guò)5V，所以在分壓的時(shí)候就不能分走太多的電壓。
5 結(jié)論與展望5.1結(jié)論
通過(guò)對(duì)本課題的研究和設(shè)計(jì)，完成了簡(jiǎn)易風(fēng)扇的邏輯電路控制并實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇的基本功能，換檔，換風(fēng)種和定時(shí)等基本功能，為其他電子控制電路提供參考，具有一定的研究?jī)r(jià)值。
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