浅谈换气扇控制电路的设计.doc

浅谈换气扇控制电路的设计张紫薇【摘 要】空气环境对人体的健康很重要，所以本课题低成本、高效率、自动化高的换气装置，在社会应用中有着广阔的市场。本课题的自动换气扇利用气敏传感器、热敏电阻检测有害气体、空气温度，信号经过处理后控制换气扇工作，实现了控制的自动化，整个装置具有控制可靠、工作电路简洁，元器件便宜优点。【关键词】555电路 触发电路 气敏传感器 热敏电阻 0引言在生产生活中，可燃性、有毒有害气体的泄漏是经常发生的，它会给人员、设备、生产、生活等造成严重的危险。安装换气扇控制装置，一旦它的测量装置检测到空气中的有害气体达到临界状态，换气扇就立即工作，驱散四周的空气，让空气中的有害气体的浓度降低，避免恶性事故的发生。换气扇定时循环控制，它既可以对室内空气进行定时清洁净化作用，又省去人工控制的烦琐，只要按照实际需要设定好排气时间和间歇时间，换气扇就会自动循环工作下去，非常的有效和节能。 1系统概述本课题可以分成信号取样电路、信号放大电路、驱动电路三部分组成。具体思路是：气敏传感器、热敏电阻检测信号，然后将信号进行放大后与正常设定值比较，若超出了设定值，就驱动换气扇进行工作，工作时间由定时器控制。而换气扇的定时自动控制电路由555组成的定时控制电路实现。整体框图如图1所示。图12单元电路2.1、定时电路的引用定时电路主要由555电路构成单稳态定时电路，首先介绍555电路的基本知识。 555电路 555电路又称时基电路，它是一种将数字电路和模拟电路结合制作在同一片上的混合集成电路。外部图如图2所示。图2 555单稳态定时电路论述该电路是利用电容CT电阻RT构成积分电路来延时的。定时电容CT接到6脚、7脚和接地之间，通过电阻RT对电容CT充电，而当晶体管Td导通时可以把电容储存的电荷迅速释放，使电容器的电压迅速降到接近于0V。2脚作为触发信号的输入端，该电路才应负脉冲触发。其功能原理如下：当电源接通后，因为，所以S=1，而，所以R=1这时若Q=0，则=1，经反相器后输出为低电平状态，而这时晶体管Td导通，电容器Ct不能充电，电路将保持这种Uo=0的稳定状态。若Q=1，=0，晶体管截止，电容器通过电阻Rt充电，当电容器的电压上升到Uc=+时，使比较器C1的输出变成低电平，即R=0，使触发器的输出变成Q=0，=1，晶体管Td通，电容器通过晶体管Td把储存的电荷释放，使迅速小于并使比较器C1的输出变成高电平，即R=1。当在输入端加一个触发脉冲时， S=0触发器立即变成Q=1，=0的状态，Uo变成高电平，晶体管Td截止，电路进入暂态。电容器Ct通过电阻Rt充电，当电容器的电压上升到Uc=时，比较器C1的输出Uc1变成低电平即R=0，使触发器 的输出变成Q=0，=1，晶体管导通，电容器通过晶体管把储存的电荷释放，使迅速小于，而使C1的输出变成高电平，即R=1，但因为R=1、S=1，所以触发器保持原始状态不变，电路重新进入Uo=0的稳定状态。2.2、触发电路论述用555电路构成的触发电路稳定性高、响应快等优点。但本课题设计的触发电路不是常用的无稳态振荡器电路和施密特触发电路，而是利用负脉冲信号触发555电路的6脚。原理简析：在电源接通时，6脚为高电平，即使，则R=0，而2脚和7脚之间接一个电阻，使，则S=0，555电路为高阻状态，无输出。当外部有信号输入时，三极管达到了放大状态，即集电极反片偏、发射极正偏，因此6脚为低电平，即，则R=1。=0为低电平，经反向器输出为高电平。2.3、传感器应用2.3.1气敏传感器的应用气敏传感器是一种把气体的特定成分检测出来，并将它转换成电信号的器件，以便提供有关待测气体的存在及其浓度的高低。根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与电子计算机或者微处理机组成自动检测、控制和报警。气敏元件工作时必须加热，其目的是：加速被测物体的吸附、脱出过程；烧去气敏元件的油垢和污垢物，起清洗作用；控制不同的加热温度对不同的被测气体具有选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200400。气敏元件加热到稳定状态后，被测气体接触元件的表面而被吸附后，元件的电阻会产生较大的变化。2.3.2热敏电阻的应用温度是一个重要的物理参数，自然界中任何物理化学过程都与温度紧密联系。而温度测量一般分接触式和非接触式。生活中我们一般利用接触式，利用物体的温度变化其阻值的大小也随着变化的原理，来控制电路的通断。3系统原理图及分析温度、气体检测控制参考电路如图所示气敏传感器采用QM-N5型气敏半导体器件，温度传感器RT采用NTC热敏电阻。平时，室内无有害气体或其浓度在允许范围内，气敏元件两端A、B间阻值较大，B点电位低于1V，D2，VT1均截止，555电路IC1的6脚呈高电平，555电路IC1处于复位状态，可控硅SCR截止，换气扇不工作。而当室内有害气体的浓度超过允许值时，QM-N5的阻值迅速减小，B点电位升高，D2，VT1导通，555电路IC1的6脚呈低电平，555电路IC1置位，输出高电平经反向器，555电路IC2的2脚为低电平触发IC2，IC2输出高电平，VT2导通，继电器J2通电，常开触头闭合，SCR触发导通，换气扇工作。十分钟后换气扇停止工作。换气扇定时控制参考电路如图所示，555电路IC3，R10，RP4，C9等组成双稳态多谐振荡器。IC3输出的高电平和低电平交替变化的方波，拉制IC4单稳态触发延时电路（由IC4，R13，RP5，C12组成），即当IC3的输出由高电平跳变到底电平的下降沿时，IC4开始翻转置位、定时，定时时间即为单稳态的暂态脉宽Td。公式如下：Td=1.1（RP+R）Ct电路及分析：主电路图如图3所示，由公式可知：调节RP可使风扇转10分钟左右，停开1小时，自动循环，实现定时控制。555电路被接成脉冲占空比可调的超低频多谐振荡器，我们知道555电路能够实现电路振荡的主要原因是：由电源通过接在电路的6、7脚间的电阻，对接至地端的电容的充、放电过程，与引脚各自功能相配和来完成。在前面介绍过中电容的充、放电是通过电阻和电容接到地端形成回路的，而电容的放电则是电容的正极通过电阻到7脚完成的只要将电路中电阻与电容设定好则振荡频率和脉冲占空比就是固定不变的。由于振荡脉冲的占空比是由电容充、放电时间的差异形成的，当RP的动臂移到向上方时，使充电电阻的阻值增大，同时使放电电阻减小同一数值，其结果是电容充电的时间延长，而放电时间缩短，振荡脉冲的占空比变大了。反之，当RP的动臂向下调节时，电容的充电时间缩短，而放电时间被延长，振荡脉冲的占空比变小。所以，根据我们的需要控制室内有害气体的浓度时，只需调节RP1即可；控制温度时，调节RP2即可；控制上述两种情况的工作时间，调节RP3即可；改变自动循环的停开时间，调节RP4即可；改变自动循环的风扇转动时间，调节RP5即可。这种方式，便于人们调节和控制换气扇的工作情况。4、