多功能电子摇床.docx

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多功能电子摇床

1多功能电子婴儿摇床的简介

一般家庭的摇床都是手动摇动，这样必须要求大人时刻陪伴在小孩子身边，会占用大人很多宝贵的时间。

如果大人因有事恰好不在，小孩子醒后没见到大人在身旁而哭闹的话，声控启动驱动器、开启音乐、摇床摇动让小孩又回到了安静状态。

它在婴儿啼哭时摇床摇摆，并发出催眠音乐，让婴儿或儿童安稳入眠。

为了适应不同的需要，可加入了调控元件来调节尿湿语音报警的音量和调节摇床摇摆的幅度大小。

采用两个独立的音频放大电路，可以避免婴儿尿床和啼哭同时发生造成信号的叠加，且便于分辨。

1.1功能婴儿电子摇床的电路组成

当婴儿哭叫时，传声器B3将婴儿的哭叫声转换成电信号，该信号经C7祸合至VT3基极，使VT3截止、VT4导通，经二极管VD6使触发器D2的输入端变为低电平，输出端变为高电平，使音乐集成电路IC3开始工作，扬声器B2中奏响催眠曲。

同时，触发器D2输出端的高电平又对定时电容器C6充电，使触发器D1的输人端为高电平，输出端为低电平，触发器D2被锁定而维持输出高电平，使二极管VD7截止，振荡器和驱动电路开始工作，驱动变压器产生的磁场与摇床下的永磁铁产生相互作用力，驱动摇床开始摇摆。

1.2系统结构（图1-1多功能婴儿电子摇床电路框图）

2多功能婴儿电子摇床电源电路的设计

2.1变压部分

2.1.1变压器的简介

变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件．它具有变压、变流、变阻抗和隔离的作用。

一般连接交流电源的线圈称之为初级线圈，而跨于此线圈的电压称之为初级电压。

在次级线圈的感应电压可能大于或小于初级电压，是由初级线圈与次级线圈问的匝数比所决定的。

因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

图2-1变压器的原理

大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有初级与次级的线圈。

基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈可以获得相当高程度之磁耦合。

在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其初级与次级电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。

因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。

2.1.2变压器的原理

图2-1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。

在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。

为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。

当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。

如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。

变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

2.1.3变压器技术参数

对不同类型的变压器都有相应的技述要求，可用相应的技述参数表示.如电源变压器的主要技述参数有：

额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：

变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等.

2.1.4变压器的构造

尽管变压器的种类多，但是基本构造是相同的，都有铁心和绕组两个基本部分组成。

1、铁心：

铁心构成电磁感应所需的磁路,它可分为心式和壳式两种。

2、绕组：

变压器的绕组用良好的漆包线、纱包线或丝包线。

3、变压器的作用：

把市电220V变换为我们需要的额定低电压。

4、具体的参数量：

（1）变压器主边电压220V，副边电压9V。

（2）f=50HZ

本设计电源部分中的变压器采用的是LTF2-2将初级绕组交流220V降压为本电路所需要的直流电压9V。

2.2整流电路

将交变电流变换成单向脉动电流的过程叫做整流。

实现这种功能的电路称为整流电路或称整流器。

我们知道，二极管具有单向导的特性。

当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，只要不引起反向击穿，二极管截止。

呈现很大的电阻。

这样，二极管就相当于一个开关，整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。

单相半波整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只适用与要求不高的场合。

单相全波整流电路的整流效率高，输出电压高波动小，但变压器必须有中心抽头，二极管承受的反向电压高，因此电路对变压器和二极管的要求较高，因而应用仍较少，目前被广泛使用的是桥式整流电路。

图2-2桥式整流电路图2-3整流波形图

2.2.1桥式整流电路工作原理

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路如图2-2示。

再分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关应用，具有单向导电性。

根据图2-3电路图可知：

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上可得到正弦波的正半周。

当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

单相桥式整流电路的波形见图2-3

2.2.2负载与整流二极管的电压和电流

桥式整流亦为全波整流，故负载上的平均电压和电流均比半波整流大一倍。

V0=2×0.45V2=0.9V2　　　　　　　（2---1）

I0=0.9U2/RL（2---2）

桥式整流电路的结构决定了每只二极管在半个周期内导通，所以在一个周期内流过每个管子的平均电流只有负载的一半，即：

IV=1/2I0（2---3）

每只二极管承受的反向电压亦为变压器负边电压的峰值，即：

VRM=V2（2---4）

本电路所采用的就是桥式整流电路，其变压器的副边电压为14V，电源频率为

f=50HZ，则输出电压、电流分别为：

U0＝2×0.45U2＝0.9U2＝0.9×14V＝12.6V　　　　　（2---5）

I0＝0.9U2/RL＝0.9×12V/40＝0.315A　　　　（2---6）

考虑到使用方便、性能良好，顾：

本设计中电源部分的整流电路采用桥式整流电路，整流桥的型号为 QL1.5/100V。

该整流桥的极限电流为1.5A耐压值为100V的扁平型整流桥。

2.3滤波电路

整流电路将交流变为直流电，但其中含有大量的交流成分。

为了获得平滑的直流电压，应在整流电路后面加接滤波电路，以滤去交流成分。

2.3.1电容滤波电路

图2-4电容滤波电

图2-5电容滤波波形

滤波原理：

若变压器的副边绕组V2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次级电压V2给电容器C充电。

此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，输出正弦波。

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，T1点要右移，T2点要左移，二极管关段时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。

显然，当RL很大，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见2-5图滤波曲线的2。

反之，当RL很大，即IL很小时，C较小，RLC仍大，电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。

所以电容滤波合适输出电流较小的场合。

整流电路接入电容后，不仅使输出电压变的平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。

输出电压平均值UO的大小与滤波电容C及负载电阻RL的大小有关，C的电容一定时，RL越大，C的放电时间常数T就越大，其放电速度越慢，输出电压就越平滑，UO就越大。

当RL开路时，UO=U2。

为了获得良好的滤波效果，一般取：

RLC≥（3－5）T/2（2---7）

式中，TY为输出交流电压的周期。

此时输出电压的平均值近似为：

Uo=1.2U2（2---8）

由于电容C充电的瞬时电流很大，形成浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流余量。

一般可按（2-3）Io来选择二极管。

电容的选择：

根据公式：

RLC≥（3－5）T/2取RLC＝4×T/2。

2.3.2其他形式的滤波电路

滤波电路另外还有：

电感滤波电路、LC滤波电路。

一般电感滤波电路只用于低电压、大电流的场合。

LC滤波电路的电阻要消耗功率，所以电源的损耗功率较大，电源的效率会降低。

2.4电源部分整机电路

根据以上要求本课程设计中特设计出如下电源电路，整机电源电路如下：

图2-6电源电路

其中RL=680欧姆C=1000微法U2=9

结果分析处理：

无电容滤波时的输出电压：

　　　　（2----9）

电容滤波后的输出电压、电流分别为：

　　　　　（2---10）

　　　　（2---11）

通过二极管平均电流：

　　　　（2---12）

二极管承受最高反向工作电压：

　　　　　（2---13）

由以上分析结果可知：

功率放大电源电路部分的设计中各元件的参数选择设置基本上是合适的。

3多功能电子摇床工作电路设计

3.1多功能电子摇床的组成

多功能婴儿电子摇床控制电路主要由电源、尿湿报警、声控、定时、振荡、驱动、音乐等部分组成。

电源电路由电源变压器T1、整流二极管VD1～VD4、滤波电容器C1、限流电阻器R1及稳压二极管VD10等组成；尿湿报警电路由语音集成电路IC2、驱动三极管VT1、扬声器B1和传感片SH等组成；声控电路由传声器（话筒）B3、三极管VT3，VT4、集成电路IC1内部的触发器D1、触发器D2等组成；定时电路由定时电容器C6和电阻器R14组成；驱动振荡电路由IC1内部的触发器D3、触发器D4和三极管VT5、VT6及驱动变压器T2等组成。

振荡器的振荡频率由C10、C11、R18、R19、R16及驱动变压器T2的反馈绕组L1决定；音乐电路由音乐集成电路（音乐片）IC3、驱动管VT2和扬声器B2组成。

多功能婴儿电子摇床具有声控起摇、定时停摆、音乐催眠、尿湿报警等功能，实用性较强。

工作原理该摇床是根据电磁驱动原理工作的。

摇床两端悬挂起来，摇床底部一端固定有条形永磁铁，其下方安装有驱动变压器。

该驱动变压器在控制电路的作用下产生方向变化的磁场，利用该变化磁场与条形磁铁之间产生的相互作用力来驱动摇床摇摆。

该电子摇床的控制电路如图所示。

3.2多功能电子摇床的工作原理

多功能婴儿电子摇床的电路图3-1如下所示.

图3-2多功能婴儿电子摇床的电路图

如图3-2所示，电路包括拾音器、定时器、振荡器和驱动装置，用于婴儿啼哭时摇床自动晃动。

拾音器B将婴儿哭声变成电信号，经VT1放大、倍压整流后，使VT2导通，C4迅即放电，IC1（555）置位，3脚呈高电平，定时开始。

定时时间tc=1.1R4C4，图示参数的定时约为6分钟。

在定时间内，VT3饱和导通，IC2多谐振荡器得电起振，其振荡频率f=1.44/（RP1+R5）C5，图示参数的振荡频率在1～6Hz范围，可由RP1调节。

IC2输出的占空比为1：

1的交变方波分两路输出。

在IC2输出高电平时，通过R5R7分压加至SCR1的这一路，使SCR1导通。

220v交流经D3整流，使带有铁芯的线圈L1有电流通过，而另+--倒相放大后，对SCR2无作用，SCR2仍截止。

在IC2输出低电平时，SCR1截止，SCR2导通，则交流电压220v经D4整流，以与上述（D3整流）相反方向流过线圈L1，也就是说L1的磁场方向随IC2输出的高、低电平的变换而变化。

注意到L2总是经D5整流而单向流动的，既有固定方向的磁场。

L2的方向磁场与L1的交变磁场相互作用，形成吸引力或排斥力，带动传动臂，通过杠杆作用使摇床左右晃动，若婴儿已不哭泣，则过6分钟定时后，自停，若婴儿仍哭闹，IC1继续定时，继续晃动。

3.3电磁驱动原理

磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来。

在磁场运动时带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”作用。

当磁铁转动时，设某时刻磁铁的N极处在金属圆盘的半径Oa处，根据楞次定律此时在圆盘上将产生如图所示的涡流，结果在该半径处形成由a流向O处的感应电流。

该感应电流处于旋转磁场中，将受到磁场的作用力。

此力将产生一个促使金属圆盘按磁场旋转方向发生转动的力矩。

此时从磁铁S极处产生的感应电流所受的力而产生的力矩，同样是促使金属圆盘按磁场旋转的方向发生转动。

结果金属圆盘按磁场的转动方向发生旋转。

但是如果圆盘的转速达到了与磁场转速一样，则两者的相对速度为零，感应电流便不会产生，这时电磁驱动作用便消失。

所以在电磁驱动作用下，金属圆盘的转速总要比磁铁或磁场的转速小，或者说两者的转速总是异步的。

感应式异步电动机就是根据这个原理制成的。

3.4555定时器

3.4.1555定时器内部框图

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。

该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。

几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。

双极型的电压是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V~+18V

图3-4555电路的内部电路方框图

3.4.2555电路的工作原理

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。

A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

Rd是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接VCC。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

致谢

谢谢指导老师给予的指导，谢谢学校给我这次写作的机会，使我在写作中的水平不断提高，让我有了更大的进步。

通过设计电路，使我明白了，设计电路还要考虑到它的前因后果。

什么功能需要什么电路来实现。

另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。

这样，也提高了我的分析问题的能力；原来，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。

使我的理论知识上升到了一个实践的过程。

同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。

真的在这里，我非常感谢付老师的耐心辅导以及大家的帮助，我知道设计有许多不足之处，还望各位老师给予宝贵的建议。

参考文献

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上海交通大学出版社，2000

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西安电子科技大学出版社，2006

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人民邮电出版社，2007

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高等教育出版社，1992

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高等专科出版社，2004