环境湿度控制器Word格式文档下载.docx

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撰写设计报告书，答辩

合计

5天

课程设计起止日期：

三、课程设计任务（即要求）：

课程设计题目：

环境湿度控制器的设计与制作

（一）设计指标：

1．基本功能：

能够检测一定范围内的湿度值，过限报警。

。

2．主要技术参数：

湿度检测范围：

10%-100%RH；

检测方式：

频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯变亮；

报警方式:

指示灯变亮报警。

3．设计湿度控制器原理图，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。

（二）具体要求：

1．设计方案的论证和选择

（1）、方案提出

*查阅资料确定湿度控制器的电路框图。

*提出两种以上湿度控制器的电路设计方案。

（2）、方案选择和论证

*考虑方案的可行性、可靠性等实际问题，选择出较为合理的方案。

*确定设计方案后，用Protel（或Multisim）软件绘出电原理图，并对各单元电路的工作原理进行分析。

2．制作、调试湿度控制器实物；

3．按设计任务书的要求的格式，撰写或打印课程设计报告书。

4．设计总结和答辩。

（三）实验仪器、工具：

1．共阳（共阴）七段数码管/计数器/译码驱动集成电路。

2．导线/电阻/电容/石英晶体/变压器等。

3．示波器、万用表。

四．设计报告要求：

格式要求：

（见附录）

内容要求：

1.画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。

2.画出各功能模块的电路图，加以原理说明（如10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。

3.描述设计制作的数字钟及其运行结果。

说明测试中出现的故障及其排除方法。

4.总结：

设计过程中遇到的问题及解决办法；

课程设计中的心得体会；

对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。

5.附录1：

画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。

）（或附上实物照片）

6.附录2：

元器件清单。

五、课程设计参考资料

1.彭介华主编：

《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社，2002年出版。

2．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002

3．高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：

电子工业出版社，2002

4．扬志亮.Protel99SE电路原理图设计技术.西北工业大学出版社.2002

5．

6．

2015年12月31日

环境湿度控制系统能实现对环境湿度的控制警告，它设计到压频转换、放大、整形、分频、频率比较等多种电路，具有一定的实用意义。

一．指标要求

1、基本功能：

2、主要技术参数：

频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯

变亮；

3、设计湿度控制器原理图，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。

4、实物具体效果：

对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90％RH）时，湿度控制电路启动输出（K1吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1断开，LED1熄灭）。

二．设计计算

1．总体方案设计：

本次湿度控制电路主要由湿敏电容、湿度/频率转换电路、基准脉冲发生电路、频率比较电路和湿度控制输出电路组成。

系统框图如下图1：

图1

软件仿真图如下图2：

图2

2．单元电路设计：

1）湿敏电容HS1101

HS1101湿敏电容传感器外形如图3，它具有测量精度高、互换性好、工作稳定等特点，HS1101为容性器件，环境相对湿度在55％RH时，HS1101的典型容量为180pF，湿度－容量对应表见图4

图3图4

图5

左图5为HS1101典型应用图，此电路为典型的555非稳态电路，HS1101作为电容变量接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R4的短路，等量电容HS1101通过R2与R4充电到门限电压约0.67Vcc，通过R2放电到触发电平约0.33Vcc，然后R4通过引脚7短路到地，传感器由不同的电阻R4与R2充放电其循环工作。

其输出频率表见下表1：

RH

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

F

7351

7224

7100

6976

6853

6728

6600

6468

6330

6186

6033

注：

555为典型的COMS类型，TLC555（RH：

百分比相对湿度，F：

频率Hz）

表1

2）湿度/频率转换电路

湿度/频率转换电路由湿敏电容HS1101和TLC555等组成湿度/频率转换电路，转换电路将湿度物理量转换为与湿度大小相对应的脉冲频率。

图6

3）基准脉冲发生电路

基准脉冲发生电路，包括整形和分频）集成电路U3与外部RC元件组成基准脉冲发生器，经过12级分频后将信号输出。

专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电

图7路。

产生脉冲的方法有多种，例如：

多谐振荡器等。

我们这里用的是RC振荡和CD4060，其中T=2.3RC。

4）频率比较电路

图8

脉冲频率比较电路由U2和部分外围元件组成，频率比较电路接受来自湿度/频率转换电路和基准脉冲发生电路的信号，比较结果经D触发器锁存后输出驱动继电器K1吸合。

5）湿度控制输出电路

通过对tp-a和tp-c两点频率的比较来判断是否报警。

图9

整体电路具体效果如下：

3．总体电路：

a）软件仿真图：

b）元件连接图：

c）各元件原理介绍

时基电路TLC555

图12（内部等效电路）

TLC555与NE555参数基本相同，但TLC555为COMS结构，具有温漂小、内部分布参数小等优点，是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。

TLC555集成电路管脚如图13：

TLC555引脚功能简介：

1脚：

公共地端为负极。

2脚：

低触发端TRIG，低于1／3电源电

压时即导通。

3脚：

输出端OUT，电流可达200mA。

图13

4脚：

强制复位端RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。

5脚：

用来调节比较器的基准电压，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01μF电容器接地。

6脚：

高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。

7脚：

放电端DISCH。

8脚：

电源正极VDD。

14位二进制串行计数器/分频器CD4060

CD4060是由一振荡器和14级二进制串行计数位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，RERST为高电平时，计数器清零且振荡器停止工作,所有的计数器均为主-从触发器,在φo和φo的下降沿，计数器以二进制进行计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟的上升和下降时间无限制。

图14（CD4060的RC典型振荡）

图14

图15为CD4060的引脚图，引脚功能如下：

φI?

?

时钟输入端

φo?

时钟输出端

反向时钟输出端

图15

RESET复位端

Q4-Q10,Q11-Q14?

计数器输出端

Q14?

第14级计数器反相输出端

VDD?

正电源

VSS?

地

CD4060通过外部简单的RC元件，可实现RC振荡，其振荡频率计算公式

为F=1/（2.3RC）,输出方波频率可选，有2的4次方～10次方，12次方，

13次方，14次方。

双重数据触发器CD4013

CD4013是由具有置位（SET）和复位（RESET）功能的2个数据型触发器构成的，对数据输入施加的信息，以时钟输入的低电平读入，以高电平传输到输出端Q。

置位和复位，通过把各自的输入做成高电平，能够独立地进行时钟输入。

图16

图16为CD4013的引脚图，图17为CD4013的内部框图

图17

计数器仿真

图18

三、制作调试

1、按原理图和各元件从低到高的焊接要求，进行相应的焊接。

2、外部接线

J1接入+5V、＋12V和GND工作电源。

3、调试

（1）调试目的，当湿度大于90％RH时，继电器K1吸合，反之K1断开。

（2）湿度/频率转换电路。

测量电路板TP-A点的频率，TP-A点的频率范围应该在6033Hz～7351Hz范围内，湿度与脉冲频率的关系见表1

（3）基准频率调整。

调节RP1可改变RC振荡频率，将RC振荡电路的振荡频率调整为6186Hz（对应相对湿度90％RH），如果我们把频率计的探头直接接入RC振荡电路，会严重引起振荡电路频率漂移，所有我们只能测量通过4级分频后的脉冲信号（TP-B点），通过4级分频后的信号为6186÷

16≈386Hz。

（4）频率比较电路，对湿敏电容轻微哈气，使湿度增大，湿度转换电路输出频率降低，当TP-A点的频率小于TP-C点的频率时继电器K1吸合。

4、调试结果

将各接口（+12V、VCC、地、TP-A、TP-B、TP-C、TP-D）进行相应的焊接和导线接入（注意+12V与VCC共地）。

接好所有后，打开电源，看见显示输入的灯亮起。

图19

随后在那个白色的湿敏电容周围哈气，经几次，另外那盏灯亮起，如图20。

此时说明，湿敏电容周围的湿度大于90％RH，继电器K1吸合，警报灯亮起。

图20

最后，测试各输出点的频率。

图21：

检测的是TP-B与TP-D，即整形、分频后的波形。

图21

5、操作中所遇问题和解决方法

（1）问题：

在焊接时，将输入端朝向接反，导致无法正常连接导线。

解决：

在朝向相反的那段焊上粗导线，以引出信号。

（2）问题：

第一次调试时，接入电源，但第一盏指示灯未亮。

经核查线路，发现是该灯的正反极接反，用工具将锡融化并

吸出，拔出灯，重新焊接。

（3）问题：

因粗线无法连接后续导线，因而需再接细线，但细线总断。

将连接部分直接焊住，并在剪线时注意技巧，尽量介绍金属

丝的磨损和折损。

（4）问题：

因粗线无法一开始调试时，怎么哈气，警示灯就是亮不起来。

用螺丝刀调节时基电路TLC555上的调节螺丝，将频率控制在

386HZ左右，再吹气，则几下后，灯即亮起。

四、总结

在本次课程设计中，原先一直以为是做数字钟的，但经老师的鼓动和对队友水平的信任，我们尝试了环境湿度控制器的制作。

一开始，拿到器材，感觉还是很庆幸的，焊接点不是很多，元件看着也简单。

但在焊接的过程中，深深记得，我们差点将各触发器直接焊接在电路板上；

还有，各电容、灯、元器件的正负，在焊接时也是茫然的。

当时感觉自己的水平真的是纸上谈兵，在日后的学习中，要额外注意这些小点，为自己打下一个更扎实的基础。

焊接时间不长，半天多些，我们便进行了调试。

一开始，因指示灯的反焊，吓得我们以为那儿出现大问题了，后经调整，灯如期亮了，心中欢喜，向成功迈出第一步。

再就是后面的调整频率和示波器的显示，虽然有些迷茫，但和几组湿度控制器的小伙伴们一起，慢慢的也就懂的了。

较顺利的完成了最终的调试。

总而言之，从这回的课程设计里，我学会了怎么样制作和调节湿度控制器，也感受到了数字电子电路和传感器的真正实际应用。

其实我们平日里所学习的课程还是简单和基础的，要想真正的因此工作或进行创造，进一步深入的学习是相当有必要的。

五．参考文献

参考文献：

[1]彭介华.数字电子电路课程设计指导.北京：

高等教育出版社，2002.

[2]康华光.数字电子电路基础－数字部分.北京：

[3]

[4]