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電氣工程學(xué)院
課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目： 電冰箱開門報警電路
系 別： 電氣工程系
年級專業(yè)： 檢測技術(shù)與儀器
電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計》任務(wù)書
課程名稱： 測控儀器電路課程設(shè)計 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師： 崔* | | |
| （專業(yè)）班級 | | | | |
開門時間過長或電冰箱門未關(guān)緊喇叭發(fā)聲報警 | | | | - 延遲電路相關(guān)資料
- 報警電路相關(guān)資料
| | | | | 周一～周三 收集資料及方案論證 周四～周五 參數(shù)、儀器選擇 | 周一～周三 系統(tǒng)布局設(shè)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(xué)生各一份，報送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計報告前面。
目錄
一、引言3
1、產(chǎn)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(jī)理5
1）、555定時器的圖形符號及管腳5
、555定時器的內(nèi)部電路5
（2）、555定時器的方框圖6
、組合結(jié)構(gòu)6
、工作原理7
、555定時器功能表7
（3）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)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(jié)論11
六、本次課程設(shè)計體會11
七、參考文獻(xiàn)12
一 引言 電冰箱是一種保持恒定低溫的一種制冷設(shè)備。也是一種使食物或其他物品保持恒定低溫冷態(tài)的民用產(chǎn)品。箱體內(nèi)有壓縮機(jī)、制冰機(jī)用以結(jié)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(fā)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(xù)擴(kuò)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(chǎn)家用熱電冰箱。中國從50年代開始生產(chǎn)電冰箱。 隨著信息化及電子智能化時代的到來，電子技術(shù)發(fā)展越來越迅速，對人類生活的影響也更加深遠(yuǎn)。而人們也要求電子產(chǎn)品更快捷、更方便、更節(jié)能。冰箱是現(xiàn)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(guān)門自動報警電路就是當(dāng)人們忘記關(guān)冰箱門時，而發(fā)聲提醒的簡易電路。 本設(shè)計電路主要由以時基電路555為核心組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC1、無穩(wěn)態(tài)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(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路,因集成電路內(nèi)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(yīng)用。國外產(chǎn)品型號有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,國內(nèi)產(chǎn)品型號有5G1555、SL555、FX5。本電路用的是NE555. 設(shè)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(fā)生電路研究。在各個階段實(shí)驗(yàn)檢測成功后，再對總電路進(jìn)行分析、整合、檢測。該電路的應(yīng)用能在一定程度上節(jié)省電能，是對家庭節(jié)能環(huán)保的支持。家庭節(jié)能環(huán)保和我們的生活息息相關(guān)，而且很容易進(jìn)行，做好家庭的節(jié)能環(huán)保工作，不僅節(jié)約了資源，也為家庭節(jié)約了一定開支，一舉兩得.所以像這種在生活中既實(shí)用又簡易的電路應(yīng)該多研究推廣！ 1、產(chǎn)品簡要介紹 電冰箱關(guān)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(wěn)態(tài)選通器、兩個555定時器多諧振蕩器、音頻發(fā)生電路、發(fā)聲器件組成，不用外加電池，直接由電冰箱內(nèi)的交流電供電，供電受電冰箱開、關(guān)門時動作的按鈕開關(guān)控制。結(jié)構(gòu)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(fā)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測時，當(dāng)冰箱開門時，電路一直工作，關(guān)門時，此電路不工作，實(shí)現(xiàn)其設(shè)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(guān)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(wěn)態(tài)選通器、兩個555定時器多諧振蕩器、音頻發(fā)生電路、發(fā)聲器件組成，不用外加電池，直接由電冰箱內(nèi)的交流電供電，供電受電冰箱開、關(guān)門時動作的按鈕開關(guān)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(shù)字(邏輯)功能緊密結(jié)合在一起的中小規(guī)模單片集成電路。它功能多樣，應(yīng)用廣泛，只要外部配上幾個阻容元器件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路，是脈沖波形產(chǎn)生與變換的重要元器件，廣泛應(yīng)用于信號的產(chǎn)生與變換、控制與檢測、家用電器以及電子玩具等領(lǐng)域。
2.電路工作原理 （1）、555定時器組成框圖及工作機(jī)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(fù)端VCC或接地，一般情況下接地。 2腳：觸發(fā)端； 3腳：輸出端；輸出  4腳：復(fù)位端；是直接清零端。當(dāng)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(yīng)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(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)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(fā)端 7腳：內(nèi)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(nèi)部電路  內(nèi)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(fā)器、輸出緩沖器和放電三極管。 1）、組合結(jié)構(gòu)如圖3-3：
三只  的電阻器構(gòu)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(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。 2）、工作原理如下： 當(dāng)輸入信號自閾值輸入端6管腳輸入并超過  時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3管腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自觸發(fā)輸入端2腳輸入并低于  時，觸發(fā)器置位，555的輸出端3管腳輸出高電平，同時充電，開關(guān)管截止。 復(fù)位端4管腳，當(dāng)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(dāng)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(shí)現(xiàn)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(wěn)定。  為放電管，當(dāng)  導(dǎo)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(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真分析： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，在無外來觸發(fā)脈沖作用時，電路保持穩(wěn)態(tài)不變，而當(dāng)有外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，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(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于  ，  。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理圖如圖3-4所示：
波形圖如圖3-5所示 在穩(wěn)態(tài)時，電路一定處于3腳輸出為低電平，泄放管  導(dǎo)通的狀態(tài)。因?yàn)殡娫磩偨油〞r，  通過電阻  給電容  充電，當(dāng)電容上的電壓  上升到  時，3腳輸出比為低電平，晶體管  導(dǎo)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(dǎo)通狀態(tài)不變，電容C2上的電壓  。 當(dāng)觸發(fā)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(zhuǎn)進(jìn)入3腳輸出  為高電平，  截止的暫穩(wěn)態(tài)，定時開始。之后，  通過電阻  給電容  充電， 指數(shù)上升，時間常數(shù)近似為  。當(dāng) 上升到 時，電路又返回初始的穩(wěn)態(tài)， 變?yōu)榈碗娖剑瑫r  導(dǎo)通，電容通過 放電，直至 ，等待下一個觸發(fā)脈沖的到來。 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)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(dāng)觸發(fā)脈沖到達(dá)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(zhuǎn)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(guān)。 （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(fā)信號便能自動產(chǎn)生矩形脈沖。多諧振蕩器的電路與施密特觸發(fā)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(chǎn)生振蕩，從而輸出矩形脈沖，同時可以通過調(diào)節(jié),以及的值來調(diào)節(jié)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(gòu)成多諧振蕩器。 四、元器件一覽表
五、結(jié)論 - 優(yōu)點(diǎn)：這個電路使家庭用電得到了改善，當(dāng)冰箱的門沒有關(guān)上的時候，會在10S后進(jìn)行自動報警，這樣更有利于家庭的節(jié)約用電。同時也可以將電路進(jìn)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(guān)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(jié)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(jié)約了用電的費(fèi)用。
- 缺點(diǎn)：電路只有在特定的電壓下才會正常工作，當(dāng)電路元件的規(guī)格發(fā)生改變后，整體的電路會隨之而發(fā)生改變。組裝或者使用過程當(dāng)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(hù)罩當(dāng)中。
六、本次課程設(shè)計體會 畢業(yè)設(shè)計可以說是對我大學(xué)3年學(xué)習(xí)成果的考核和總結(jié)。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(dǎo)，本著嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、開拓創(chuàng)新的精神，完成了這次大學(xué)3年里最后的設(shè)計實(shí)踐。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，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(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項目。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受。畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次對冰箱關(guān)門自動報警電路的設(shè)計，對知識進(jìn)行了一定的鞏固，認(rèn)識到了自己在這方面存在的種種不足。這次畢業(yè)設(shè)計讓我更加熟悉了從理論到實(shí)踐的跨越。 當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。 腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。
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