家用电风扇控制逻辑电路设计.docx
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家用电风扇控制逻辑电路设计
家用电风扇控制逻辑电路设计
摘要
电风扇是我国家庭中最为普及的家用电器之一,以前的台式电风扇和落地式电风扇都是采用机械控制,主要控制风速和风向。
然而随着电子技术的发展,目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制器,使电扇的功能更强,操作也更简便。
本文比较全面的设计出了家用电风扇的控制电路,它包括家用电风扇的风速、风种和定时几种状态的控制。
把家用电风扇控制方便、简单化,使人们在使用过程中能更好的对电风扇操作。
关键词:
方式控制;触发脉冲;定时电路
Abstract
Fanisoneofthemostpopularhouseholdappliancesinmyfamily,andtheformerlyelectricfansandfloorformerdesktopfansaremainlymechanicalcontrolthewindspeedanddirectioncontrol.However,withthedevelopmentofelectronictechnology,thehomefanswithelectroniccontrolhavecircuitedtoreplacemostoftheoriginalmachinecontroller,sofansbecomemorepowerful,moreconvenientoperation.
Thisarticlecomparescomprehensivelydesignthehomefansinthecontrolcircuit,whichincludesthehomefansofwindspeed,theSpeciesofthewindandtimingofseveralkindsofstatecontrol.ItmadehomeelectricfancontroleasilyandSimply,sothatpeoplecanusetheprocessonthefanoperationbetter.
Keyword:
Modecontrol;Triggerpulse;Timingcircuit
家用电风扇控制逻辑电路设计
1绪论
以前的台式电风扇和落地式电风扇都是采用机械控制,主要控制风速和风向。
然而随着电子技术的发展,目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制,使电扇的功能更强,操作也更方便,对人类生活产生非常深远的影响。
电风扇的发展和现代化充分反映了电子技术的进步。
下面就对家用电风扇控制逻辑电路中的触发脉冲的形成、风种、风速的控制和电机的运转等内容作简要的介绍。
2电风扇操作示意框图及功能简介
电风扇操作示意图
示意图上有六个指示灯,分别指示三种风速:
弱、中、强;指示三种风种:
正常、自然、睡眠。
示意图上还有三个按键开关K1、K2、K3,分别控制电扇的风速、风种和停止。
风速的弱、中、强对应电扇的转动速度慢、中、快。
风种在“正常”位置是指电扇连续运行;在“自然”位置是电扇以运转4秒、间断4秒的方式工作,表示模拟产生自然风;在“睡眠”位置,电扇运转8秒,间断8秒,产生轻柔的微风。
电扇的操作转换图如下:
电扇处于停转转台时,所有指示灯不亮,只有按“风速”键时,电扇才会启动运转,其初始状态“风速”处于“弱”档,“风种”处于“正常”位置,且相应的指示灯亮。
电扇一经启动后,按动“风速”可以循环的选择弱、中、强三种状态中的任意种;按动“风种”可以循环选择正常、自然、睡眠三种状态的某一种状态。
在电扇任意工作状态下,按“停止”键,电扇停止工作,所有指示灯熄灭。
3电风扇单元电路设计及工作原理
3.1电风扇单元电路的设计
3.1.1触发脉冲的形成
“风速”和“风种”状态锁存电路的输出信号状态的变化依靠各自的触发脉冲。
在“风速”状态的锁存电路中,可以利用“风速”按键(k1)所产生的脉冲信号作为触发脉冲;在“风种”状态锁存器的触发脉冲CP由“风种”(k2)、“风速”(k1)的信号和电风扇的工作状态信号(设ST为电风扇的工作状态,ST=0停,ST=1运转)三者组合而成。
当电风扇处于停止状态(ST=0)时,按(k2)无效,CP信号将保持低电平;只有按k1后,CP信号变成高电平,电风扇进入运转状态(ST=1)。
此后,CP不再受k1的控制,而是有k2控制,可得触发脉冲逻辑表达式:
CP=K1·ST¯+K2·ST。
(当k1输出的三个信号Q2、Q1、Q0全部为零时,电扇停转,ST=0;当三个输出信号Q2、Q1、Q0不全为零时,电扇运转,ST=1,从而可得电风扇工作状态ST逻辑表达式为:
ST=Q0+Q1+Q2)
最后得到触发脉冲CP的逻辑表达式:
CP=K1·Q2¯Q1¯Q0¯+K2·(Q0+Q1+Q2)
CP信号状态表
K2
K1
ST
CP
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
3.1.2触发脉冲电路
键K1按动后形成的脉冲信号作为“风速”状态锁存电路的触发信号。
键K1、K2及74LS00、74LS08构成“风种”状态锁存电路的触发信号CP。
电风扇停转时,ST=0,K1=0,与非门U2输出为高电平,U3输出为高电平,所以U4输出的CP信号变为低电平。
当按下K1后,U2输出为低电平,使U4输出CP信号变为高电平,并使触发器翻转,“风种”处于“正常”状态。
由于k1输出的上升沿脉冲,也使“风速”处于“弱”状态,电风扇开始运转,ST=1。
电风扇开始运转后,U2输出始终为高电平,这样使风种状态的触发脉冲CP与K2的状态相同。
每次按下K2并释放后,CP信号就会产生上升沿使风种的状态发生变化。
CP
3.2电风扇单元电路的工作原理
3.2.1风速的控制原理
电风扇处于停转状态时,所有指示灯不亮。
此时只有按“风速”键,电扇才会启动运转,其初始状态处于“弱”档,相对应的只是灯亮。
此时,按动“风速”键会产生触发脉冲可循环选择弱、中、强三种状态中的任意种状态。
“风速”的工作状态是由触发器来锁存状态,触发器输出1表示工作状态有效,0表示无效,当三个输出全部为0则表示停止状态。
设数字×××为Q2、Q1、Q0的输出信号,其转换图如下
“风速”转换图
3.2.2风种的控制原理
在“风种”的三种选择方式中,在正常位置时,风扇为连续运行;在自然和睡眠位置时,为间断运行方式。
电路中采用74LS151作为风种方式的控制器,由74LS175的三个输出信号选中74LS151的一种方式。
间断工作时,电路中用了一个8秒周期的时钟信号作为自然方式的间断控制;二分频后再作为睡眠方式的控制输入。
设数字×××为Q2、Q1、Q0的输出信号,其转换图如下
“风种”转换图
3.2.3电机运转控制原理
电风扇的转速通常是由电压来控制的,但是这里的弱、中、强三种转速,所以需要在电路里考虑三个输出端(弱中强)和控制外部电线路(如可控硅出发电路)。
这三个输出端与指示电风扇转速状态的三个端子不同,除了要控制电机分别按弱中强三种转速外,还必须能够控制电机连续运转或间断运转,以与“风种”不同选择方式相对应。
要是用1表示某档速度的选通,用0表示某档速度的关断,那么“风种”信号的输入就使得某档电机速度被连续或间断地选中。
例如风种选择“睡眠”,风速选择“弱”时,电机将运行在开8秒停8秒,表现在电机运转控制“弱”上就是出现间断的1和0的状态。
3.2.4停止电路原理分析
电路中选用上升沿触发器74LS151带有直接清零端,使清零端与“停止”键相连可实现停止的功能。
在电扇任意工作状态下,按“停止”键,会产生低电平输入到清零端,使触发器输出全部为低电平,电扇处于停止状态,所有指示灯熄灭。
3.2.5整体原理图
结论
这一段时间对家用电风扇逻辑电路的设计过程中,自己在查找参考资料的时候遇到了许多疑难问题,面对问题自己通过查找先前课堂笔记、同学的讨论及老师的指导解决了疑难,使课题设计能顺利的完成。
同时,在设计过程中,进一步加强了对电子的了解,复习了在大学期间学过的电子技术基础的知识,培养综合设计能力和实际动手能力,提高了综合应用电子解决问题的能力,相信这对我今后的工作有十分重要意义!
面对科技的不断发展和进步,相信在不久的将来电风扇的功能会更强,例如用红外线遥控控制、具有定时功能、智能控制等,甚至电子控制线路的电风扇会被取代。
四参考文献
1. 康华光.电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社.2006
2. 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:
高等教育出版社.2005
3. 谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉:
华中科技大学出版.2000
4. 赵伟军. Protel 99 SE 教程.北京:
邮电出版社.2004
5. 肖玲妮等.Protel 99 SE 印刷电路板设计教程[M].北京:
清华大学出版社.2003
附录
元器件明细表及主要功能
元器件
数量
上升沿触发74LS175
数据选择器74LS151
与门74LS08
与非门74LS00
发光二极管
按键开关
电阻
电容
电源+5V
7
1
6
4
6
3
1
1
2
74LS151数据选择的功能
74LS151是一种集成电路数据选择器,它有三个地址输入端CBA,可选择D0-D7的8个数据源,具有同相输出端Y和反相输出端W,输出使能端G为低电平有效。
输出的Y表达式为
Y=∑MiDi(i=0,1,2……7)
上升沿触发74LS175的功能
74LS175是一个4位集成寄存器,Rd异步清零控制端,在往寄存器中寄存数据或代码之前,必须先将寄存器清零,否则可能出错。
1D—4D数据输入端,在CP脉冲上升沿作用下,1D—4D端的数据被并行地存入寄存器,输出数据可以并行从1Q—4Q端输出,也可以并行从反相端输出。
与门74LS08的功能
只有输出端是高电压时,输出才是高电压,否则输出就是低电压