基于时基电路的晾衣杆系统设计.doc

基于时基电路的晾衣杆系统设计 石延梅 （延安大学物电学院，陕西延安716000） 摘要：采用NE555定时器设计一种自动晾衣杆控制电路，其利用光传感器或温度传感器将天气变化的状态输入NE555内，通过NE555内部的单稳态触发器动作来控制电动机的正转（即上升）或反转（下降）；利用光敏三极管将光照强度控制输入，从而控制三极管的导通或截止，以此来驱动外部机械装置，实现收衣服和晾衣服的功能。该自动晾衣杆的电路设计具有成本低、反应快、能耗小、寿命长、可靠性好等特点。 关键词：ne555；自动晾衣杆；时基电路；光敏三极管 ：TN702?34：A：1004?373X（xx）20?0104?03 Designofclothes?airedpolesystembasedontime?basecircuitSHIYanmei （CollegeofPhysics&ElectronicInformation，YananUniversity，Yanan716000，China） Abstract：Acontrolcircuitofautomaticclothes?airedpolewasdesignedbyadoptingNE555timer.ThestateofweatherchangesisinputintoNE555byopto?sensorortemperaturesensor.Theforewardrotation（up）orreversionrotation（down）ofthemotoriscontrolledbytheactionofmonostabletriggerinsidetheNE555.Theinputiscontrolledbyilluminationintensityofthephototriode，andsothebreakoverorcut?offofthetriodeiscontrolledfordrivingtheexternalmechanicaldeviceandachievethefunctionsofclothescollectionorclotheshanging.Thecircuitdesignofthisautomaticclothes?airedpolehasthecharacteris?ticsoflowcost，quickreaction，lowenergyconsumption，longlifetimeandhighreliability. Keywords：NE555；automaticclothes?airedpole；timebasecircuit；phototransister 0引言 晾衣杆，从远古时期就一直存在，远古时期的人们将晾晒的东西，直接就挂在树枝上，这就是最早时期的“晾衣”。随着时间的推移，人类不断文明，发展。近代的人们就地取材，一般是用绳子、木棍或竹竿简单的搭起来，便成了简单的晾衣杆。这种传统的晾衣方式其弊端是不方便、占用的空间比较大，即不美观又不实用。20世纪80年代不锈钢的出现，不锈钢管材料出众的性能和漂亮的外观人们纷纷淘汰了简易晾衣杆，在阳台上安装了由不锈钢焊接成的固定晾衣杆。由于需要焊接和切割，一般的家庭都没有这些设备，80年代后期就有小作坊在生产不锈钢晾衣杆。90年代我国经济的飞速发展，城市建设如火如荼的进行着，高楼大厦如雨后春笋般的涌出，晾衣杆的需求量也不断的加大，再加上人们对环境要求的不断提高，有些小作坊生产厂家们开始加大投资，引进新型材料自己研发设计，生产出自动升降晾衣杆。自动升降晾衣杆方便，美观、人性化，性能优越，价格又大众化。2000年后期，市场开始有了比较高端的智能电动晾衣杆，可遥控，有带烘干功能，甚至带有紫外线杀菌功能。而自动晾衣杆与其他智能家居产品配套使用，更可以体会现当今生活的快捷方便，使得社会各成员都切实感受到科技带来的生活新体验。 在21世纪的今天，晾衣杆成为生活中的必须品，广泛的应用于学校、家庭、宾馆等；随着人们的物质水平的提高，人们对晾衣杆的要求也越来越高，从而自动晾衣杆也应运而生，智能化、自动化等电器设备正在人们生活中占据越来越重要的地位； “晾衣杆”通常分为手动、电动两种1。手动较为普及，电动还未普及推广。高端的智能电动晾衣杆一般采用单片机控制，由于技术和价格关系，在市场占有率比较低，目前还没有新的晾衣杆能撼动自动升降晾衣杆的霸主地位。在许多方式的自动控制中，光控是一种比较经济、方便、简单的控制方式，该装置可以在晴雨天自动收衣物，也可远程控制，相比传统的晾衣方式，有诸多的优点2。因此，采用价格低廉的555定时器和光控元件等设计了一种自动晾衣杆电路。 1自动晾衣杆设计思想及工作原理 1.1设计思想 利用555定时器工作于单稳态触发电路来实现对晾衣杆电机的控制。整个控制电路由光控电路、555定时器、电源电路以及一些外围器件组成。其设计方框图图如图1所示。 NE555光控自动晾衣杆电路是利用自然光线自动控制晾衣杆的上升与下降的家用自动控制装置。当夜晚到来时，变暗的光线通过控制电路使晾衣杆下降；天亮后，光线通过控制电路使晾衣杆上升。自动晾衣杆主体，用丝杠实现传送，端点的微动开关，可以防止衣架传送到边界后，受阻负载加重烧毁电机的危险。具体为，衣架抵达端点后，触动微动开关经处理，可控制电动机的驱动，即在抵达边界后，使电动机停止。 1.2NE555时基电路及其工作原理 NE555（TimerIC）为8脚时基集成电路，最早是20世纪由SigicsCorporation发布，在当时是惟一非常快速且商业化的TimerIC3。NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器4。NE555的内部等效电路如图2所示。 当控制端5脚没有外加控制电压或直流电路时，比较器CA1的反相输入端的基准电压（又称阈值电平）Vth1=2VCC3，其同相输入端6脚为阈值触发电压输入端；比较器CA2的同相输入端的基准电压（又称触发电压）Vth2=VCC3，其反相输入端2脚为触发电压输入端。两电压比较器输出控制R?S触发器工作状态，触发器设置复位端4脚，该端低电平时，电路优先复位，输出端3脚为低电平5。 当比较器CA1的6脚输入的阈值电压V6Vth1时，若此时比较器CA2的触发端2脚不加触发信号时，V2Vth2，输出端3脚为低电平“0”。而且，此后即使阈值电压V6下降致V6 2自动晾衣杆电路设计 利用NE555时基电路工作于单稳态触发器的状态下来实现晾衣杆的自动控制。所设计的NE555光控自动晾衣杆电路原理图如图3所示。 整个自动晾衣杆电路由光控电路、直流电动机正反转驱动和延时控制电路等组成。为了方便操作，电路中还有手动操作开关。光敏三极管V1与晶体管V2组成光控电路。早晨到来时，光照增强，V1导通，使V2的基极为低电平，这一低电平加至IC1的Pin2脚，使IC1的Pin3脚输出高电平。这时V2处于截止状态，它的集电极输出高电平，这一高电平加至IC2的Pin2脚，使IC2的Pin3脚为低电平7，使电动机M正转，使晾衣杆上升。当电动机上升到位时，IC1又由暂态转为稳态，起Pin3脚恢复为低电平，使电动机M停止转动。当夜晚到来后，光照减弱，V1的内阻增大，它的集电极与V2的基极为高电平，V2导通，集电极为低电压加至IC2的Pin2脚，使IC2的Pin3脚输出高电平。此时，V2基极的高电平加至IC1的Pin2脚，使IC1的Pin3脚为低电平，使电动机反转，晾衣杆下降，当到位时，单稳态触发器恢复为稳态，IC2的Pin3脚变为低电平，电动机M停转。控制电路中对电动机的停止是通过单稳态电路的延时控制部分来实现的。由于IC1与IC2组成的电路是单稳态电路，它的暂稳态延时时间由RP1，RP2与C1，C4来决定的。在电路调整过程中，当晾衣杆上升或是下降至接近一端时，分别调节RP1或RP2，使单稳态电路的延时结束，使电动机停转。 3结语 采用NE555时基集成电路设计了一种光控自动晾衣杆电路，利用环境光线的照射来实现自动晾衣杆的上升与下降。系统电路由光控电路、NE555组成的单稳态触发器电路和电源电路等组成，通过焊接、安装和调试，该电路能比较好地自动控制晾衣杆，与采用单片机等自动晾衣杆电路相比，该自动晾衣杆控制电路具有制作简单、实用性强、成本低、反应快、能耗小、寿命长、可靠性好等特点。 参考文献 1潘清明，丁左武.防雨、防暴晒、夜晚能自动收缩的智能晾衣架设计J.机电产品开发与创新，xx（6）：71?81. 2林若波，李锡丰.晴雨智能晾衣架的设计J.电子技术，xx，33（6）：27?32. 3阎石.数字电子技术基本M.5版.北京：清华大学出版社，xx. 4周晓珏.一种由555定时器实现的双音报警电路J.数字技术与应用，xx（2）：98?99. 5张友汉.电子线路设计应用手册M.福州：福建科学技术出版，2000. 6陈有卿.555时基集成电路原理与应用M.北京：机械工业出版社，xx. 7黄继昌.电子元器件应用手册M.北京：人民邮电出版社，xx. 8刘远社.基于5