环境湿度控制器

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1、题目名称：环境湿度控制器 姓名班级学号日期料.数字电子电路课程设计任务书一设计分组：制作每两人一组。二时间安排：1 周，进度要求如下序号设计内容所用时间1布置任务及调研，电子系统的总体设计1天2设计方案的验砸子系统电路图绘制1天3制作1天4调试1天5撰写设计报告书，答辩1天合计5天课程设计起止日期：三、课程设计任务（即要求）：课程设计题目： 环境湿度控制器的设计与制作（一）设计指标：1基本功能：能够检测一定X围内的湿度值，过限报警。 2主要技术参数：湿度检测X围：10%-100%RH；检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯变亮 报警方式:指示灯变亮报警。3设计湿度控制器原理图

2、，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。（二）具体要求：1设计方案的论证和选择（1）、方案提出*查阅资料确定湿度控制器的电路框图。* 提出两种以上湿度控制器的电路设计方案。（2）、方案选择和论证* 考虑方案的可行性、可靠性等实际问题，选择出较为合理的方案。*确定设计方案后，用Protel （或Multisim ）软件绘岀电原理图，并对各单元电路的 工作原理进行分析。2制作、调试湿度控制器实物 ；3按设计任务书的要求的格式，撰写或打印课程设计报告书。4设计总结和答辩。（三）实验仪器、工具：1共阳（共阴）七段数码管/计数器/译码驱动集成电路。2 导线/电阻/电容/石英晶体/变压器

3、等。 3示波器、万用表。四设计报告要求：格式要求：（见附录）内容要求：1. 画岀设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。2. 画岀各功能模块的电路图，加以原理说明（如10进制到 6进制转换的原理，个 位到十位的进位信号选择和变换等）。3. 描述设计制作的数字钟及其运行结果。说明测试中岀现的故障及其排除方法。4. 总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；课程设计中的心得体会；对课程设计 内容、方式、要求等各方面的建议。5. 附录1：画岀总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画岀 计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引 脚须按实际

4、位置画，并注明名称。）（或附上实物照片）6. 附录2：元器件清单。五、课程设计参考资料1. 彭介华主编：电子技术课程设计指导，高等教育，2002 年出版。2. X步生.Multisim2001电路设计及仿真人门与应用电子工业.20023高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计：电子工业，20024. 扬志亮.Protel99SE电路原理图设计技术西北工业大学.20025. .21ic./6. .cediy./2015年12月31日环境湿度控制系统能实现对环境湿度的控制警告，它设计到压频转 换、放大、整形、分频、频率比较等多种电路，具有一定的实用意义。一.指标要求1、基本功能：能够检测一定 X 围内

5、的湿度值，过限报警。2、主要技术参数：湿度检测X围：10%-100%RH；检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯 变亮；报警方式:指示灯变亮报警。3、设计湿度控制器原理图，学习用multisim软件设计并且画该原理图，然后仿真。4、实物具体效果：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90%RH ）时，湿度控制电路启动输出（K1吸合，LED1 点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1断开，LED1熄灭）。二设计计算1总体方案设计：本次湿度控制电路主要由

6、湿敏电容、湿度/频率转换电路、基准脉冲发生电路、频率比较电路和湿度控制输出电路组成。系统框图如下图1 ：软件仿真图如下图2：图2TitleRevisionSize NumberA4 .Date: 3-May-2008 Sheet ofFile:。:合同订单2008年4月教科院电路图温湿度器啡:2单元电路设计：1）湿敏电容 HS1101HS1101 湿敏电容传感器外形如图3，它具有测量精度高、互换性好工作稳定等特点，HS1101为容性器件，环境相对湿度在55%RH时,HS1101的典型容量为180pF，湿度-容量对应表见图4图3图420D195左图 5 为 HS1101 典型应用图，此电 路为典

7、型的555非稳态电路，HS1101作 为电容变量接在555的TRIG与THRES两 引脚上，引脚 7用作电阻 R4 的短路，等 量电容HS1101通过R2与R4充电到门限图5电压约0.67VCC，通过R2放电到触发电平约0.33VCC，然后 R4通过引脚 7 短路到地，传感器由不同的电阻 R4与R2 充放电其循环工作。其输出频率表见下表1 ：RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555为典型的S类型，TLC555（ RH：百分比相对湿度，F：频率Hz）表1湿度/频率转换电路由湿敏电容Wt!图

8、62) 湿度/频率转换电路HS1101和TLC555等组成湿度/频率转换 电路，转换电路将湿度物理量转换为与 湿度大小相对应的脉冲频率。3) 基准脉冲发生电路LI?llHll 基准脉冲发生电路，包括整=形和分频)集成电路U3与外部RC元件组成基准脉冲发生器， k 经过12级分频后将信号输出。专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电图 7路。产生脉冲的方法有多种，例如：多谐振荡器等。我们这里用的是RC振荡和CD4060,其中T=2.3RC。图84) 频率比较电路脉冲频率比较电路由U2和部分外围元件组成， 频率比较电路接受来自湿 度/频率转换电路和基准脉冲发生电路的信号，比较结果经D触

9、发器锁存后输出驱动继电器K1吸合。5）湿度控制输出电路通过对tp-a 和 tp-c两点频率的比较来判断是否报警。图9整体电路具体效果如下：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大， 湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90%RH） 时，湿度控制电路启动输出（K1吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电 容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1断开，LED 1熄灭）。3总体电路：1R12001a）软件仿真图:TRIGR1 3430 :R1 2coNT37b）元件连接图:U3ISL+SL+ED1Start4.7 kR1710kVCC1I

10、 N40 0 71012R547K二 K1HHC66 A-DC1 2 VSL-SL-GCCVCON3aiRERSTQ4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q12Q13Q14工_TP-B5461413-15-1CD4 060R83.2KCVCCON2Sheet of咏科院电路温湿度控制器dBb：4c） 各元件原理介绍HLElOSCH时基电路TLC555ARev isio nTLC555与NE555参数基本相同，但TLC555为S结构，具有温漂小、内部分布参数小等优点，是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器 单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。TLC555 集成电路管脚如图 13：图1

11、2 （内部等效电路）TLC555GNDa1 VDDTRIG27DISCHOUT3ETHRESRESET45CONT引脚功能简介：共地端为负极。触发端 TRIG，低于1/3电源1脚：公2脚:低 电压时即导通。3脚：输出端OUT，电流可达200mA。图 134脚：强制复位端 RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。5 脚：用来调节比较器的基准电压，简称控制端 CONT，不用时可悬空, 或通过0.01 了电容器接地。6脚：高触发端 THRES，也称阈值端，高于 2/3电源电压时即截止。 7脚：放电端 DISCH。8脚：电源正极VDD。14位二进制串行计数器/分频器CD4060IQ4Q5oQ6Q7I

12、Q8Q9RERSTQ10Q12Q13Q14T413152CD4 06 0T2TTCD4060是由一振荡器和14级二 匸进制串行计数位组成，振荡器的结构可 二 以是RC或晶振电路，RERST为高电平时，计数器清零且振荡器停止工作，所有 的计数器均为主-从触发器，在0和e 0的下降沿，计数器以二进制进行计数, 在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟的上升和下降时间无限制。图14（CD4060的RC典型振荡）4D ODL1VIQ国 FlanBgl西 F1E叵巨0叵!叵ETS图 15 为 CD4060 的引脚图，引脚功能如下：ei时钟输入端e o 时钟输出端eo 反向时钟输出端RESET 复位端Q4-Q

13、10,Q11-Q14计数器输出端Q14 第14级计数器反相输出端VDD正电源图15 VSS地、CD4060通过外部简单的RC元件，可实现RC振荡，其振荡频率计算公式 为F=1/(2.3RC),输出方波频率可选，有2的4次方 10 次方，12 次方， 13次方，14 次方。双重数据触发器 CD4013S ET 277 VDDH町2亘I 02vss |Tl7| CLOCKS 迥 RESET 2SET 1 |TCLOCK 1 |TFIE S ET 1 |TD1 |TQ1 |TOT叵CD4013是由具有置位(SET )和复位(RESET)功能的2个数据型触发器构成的，对数据输入施加的信息，以时钟输入的

14、低电平读入，以高电平传输到输出端Q。置位和复位，通过把各自的输入电平，能够独立地进行时钟输入。图16图16为CD4013的引脚图，图17VDDSET 1D1CLOCK 1RESET 1SET 2D2GLOCK 2RESETS为CD4013的内部框图图 17计数器仿真三、制作调试图181、按原理图和各元件从低到高的焊接要求，进行相应的焊接。2、外部接线J1接人+5V、+12V 和 GND工作电源。3、调试(1) 调试目的，当湿度大于90%R H时，继电器K1吸合，反之K1断开。(2) 湿度/频率转换电路。测量电路板TP-A点的频率，TP-A点的频率X围应该在6033Hz 7351HzX围内，湿度

15、与脉冲频率的关系见表1RH0102030405060708090100F73517224710069766853672866006468633061866033注：555为典型的S类型,TLC555 ( RH：百分比相对湿度，F：频率 Hz)表1(3) 基准频率调整。调节RP1可改变RC振荡频率，将RC振荡电路的振荡 频率调整为6186Hz (对应相对湿度90%RH )，如果我们把频率计的探头直接接入 RC 振荡电路，会严重引起振荡电路频率漂移，所有我们只能测量通 过4级分频后的脉冲信号（TP-B点），通过4级分频后的信号为6186-16 = 386Hz。（4）频率比较电路，对湿敏电容轻微哈气

16、，使湿度增大，湿度转换电路输出频率降低，当TP-A点的频率小于TP-C点的频率时继电器K1吸合。4、调试结果起。图19将各接口（+12V、VCC、 地、TP-A、TP-B、TP-C、 TP-D ）进行相应的焊接和 导线接入（注意+12 V与VCC 共地）。接好所有后，打开 电源，看见显示输入的灯亮随后在那个白色的湿敏电 容周围哈气，经几次，另外 那盏灯亮起，如图20。此时 说明，湿敏电容周围的湿度 大于90%RH,继电器K1吸 合，警报灯亮起。图20E最后，测试各输出点的频率。图21：检测的是TP-B与TP-D,即整形、分频后的波形。图215、操作中所遇问题和解决方法（1）问题：在焊接时，将输

17、入端朝向接反，导致无法正常连接导线。 解决：在朝向相反的那段焊上粗导线，以引出信号。（2）问题：第一次调试时，接入电源，但第一盏指示灯未亮。 解决：经核查线路，发现是该灯的正反极接反，用工具将锡融化并吸出，拔出灯，重新焊接。（3）问题：因粗线无法连接后续导线，因而需再接细线，但细线总断。 解决：将连接部分直接焊住，并在剪线时注意技巧，尽量介绍金属丝的磨损和折损。（4）问题：因粗线无法一开始调试时，怎么哈气，警示灯就是亮不起来 解决：用螺丝刀调节时基电路 TLC555 上的调节螺丝，将频率控制在386HZ左右，再吹气，则几下后，灯即亮起。四、总结在本次课程设计中，原先一直以为是做数字钟的，但经老

18、师的鼓动和对队友水平的信任，我们尝试了环境湿度控制器的制作。一开始，拿到器材，感觉还是很庆幸的，焊接点不是很多，元 件看着也简单。但在焊接的过程中，深深记得，我们差点将各触发 器直接焊接在电路板上；还有，各电容、灯、元器件的正负，在焊 接时也是茫然的。当时感觉自己的水平真的是纸上谈兵，在日后的 学习中，要额外注意这些小点，为自己打下一个更扎实的基础。焊接时间不长，半天多些，我们便进行了调试。一开始，因指 示灯的反焊，吓得我们以为那儿出现大问题了，后经调整，灯如期 亮了，心中欢喜，向成功迈出第一步。再就是后面的调整频率和示 波器的显示，虽然有些迷茫，但和几组湿度控制器的小伙伴们一起 慢慢的也就懂的了。较顺利的完成了最终的调试。总而言之，从这回的课程设计里，我学会了怎么样制作和调节 湿度控制器，也感受到了数字电子电路和传感器的真正实际应用。 其实我们平日里所学习的课程还是简单和基础的，要想真正的因此 工作或进行创造，进一步深入的学习是相当有必要的。五参考文献参考文献：1 彭介华.数字电子电路课程设计指导.：高等教育，2002.2 康华光.数字电子电路基础数字部分.：高等教育，2002.21ic./4 .cediy./