引言
自1880年，美國人舒樂首次將葉片直接裝在電動機上，制作世界上第一臺電風扇，風扇開始在生活中大規(guī)模使用,成為人類生活中不可或缺的電器。
1.1 選題的背景和意義
家用電器已經(jīng)變得極為普遍，成了人們生活中不可或缺的生活用品。而
在現(xiàn)代，人們對家用電器的要求也隨著社會的發(fā)展越來越高。人們希望家用電
器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化及人性化。而作為人們生活中最為普遍的家用電器，家用電
風扇的智能化及人性化的設(shè)計就顯得更為重要。家用電風扇控制邏輯電路設(shè)計
就是針對這一問題而研究設(shè)計的。
1.2 研究現(xiàn)狀
目前的家用電風扇大多采用電子控制線路取代了原來的機械控制，使電扇的功能更強，操作也更方便，對人類生活產(chǎn)生非常深遠的影響。
1.3 論文主要研究的內(nèi)容1）實現(xiàn)風速的強、中、弱控制(—個按鈕控制，循環(huán))： 使用一個“風速”鍵來進行風速控制，當風扇處于“停止”狀態(tài)時，按下“風速”鍵，風扇啟動，并處于“弱風”、“正常風”狀態(tài)。風扇啟動后，依次按下“風速”鍵，風速按照“弱→“中”→“強”→“弱”的方式進行變換。2）實現(xiàn)睡眠風、自然風、正常風三種風態(tài)(—個按鈕控制，循環(huán))：使用一個“風種”鍵來控制風種選擇。當風扇處于“停止”狀態(tài)時，按下“風種”鍵不起作用。當風扇處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)的時候，依次按下“風種”鍵，風種按照“正常風”→“睡眠風”→“自然風”→“正常風”的方式進行變換。 3）實現(xiàn)停止功能的實現(xiàn)：使用一個“停止”鍵來控制風扇的停止功能。在風扇處于任一運轉(zhuǎn)狀態(tài)下都能通過“停止”鍵停止風扇運轉(zhuǎn)。4）LED顯示狀態(tài)：使用1個發(fā)光二極管顯示總開關(guān)是否開啟，使用六個發(fā)光二極管表示風扇的六種邏輯功能狀態(tài)。
5）以小時為單位設(shè)計定時系統(tǒng)，使用定時按鍵打開定時系統(tǒng)，通過旋轉(zhuǎn)按鈕進行長時間的定時。
2 方案設(shè)計2.1 電風扇的總體方案
本系統(tǒng)整體的設(shè)計方案框圖如圖2.1所示：
圖2.1 整體設(shè)計方案框圖
2.2電路仿真圖
根據(jù)設(shè)計方案做出的仿真圖如圖2.2所示：
圖2.2 設(shè)計方案仿真圖2.3風速控制電路
在“風速”的三種選擇方式中分別為強，中，弱。具體的強，中，弱風速通過74LS175輸出選擇不同的電路，在不同的電路中，末端與電機串聯(lián)的電阻阻值不一樣，通過分壓，使得加在電機上的電壓不一樣，控制風速大小。而在選擇端，采用74LS175作為“風速”方式控制器，按下開關(guān)K1，由74LS175三個輸出端選中其中的一檔風速，使得74LS175的Q2Q1Q0分別輸出001，010，100進行循環(huán)，Q2輸出高電平代表強風，Q1輸出高電平代表中風，Q0輸出高電平代表弱風，這樣便可以實現(xiàn)風速選擇。用發(fā)光二極管分別指示強，中弱三種風速電路圖如圖2.3所示
圖2.3風速控制電路
2.4風種控制電路
在“風種”的三種選擇方式中，在“正常”位置時，風扇為連續(xù)運行方式，在“自
然”和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。電路中，采用 74LS151 作為“風種”
方式控制器，由 74LS175 三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，通過用NE555芯片來在產(chǎn)生一個周期為8秒，占空比為50%的脈沖信號然后在74LS175 的 CP 端加入一個周期時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，通過74LS160芯片進行二分頻再作為“睡眠”方式的控制輸入。這樣可以能夠?qū)崿F(xiàn)風種的控制。同時用3個發(fā)光二極管作為三種風的指示狀態(tài)。具體的電路連接如圖2.2所示
2.5總開關(guān)電路
開關(guān)K作為總開關(guān)，一端連接電源，另一端連接在第一塊芯片和第二塊芯片74LS175的清零端，由于清零端高電平無效，因此在接通電源時芯片正常工作，在斷開K后，74LS175輸出清零，因此可以控制風扇停止工作。
2.6定時電路
定時電路的核心是芯片NE555，通過將NE555接成單穩(wěn)態(tài)電路，當電路處于暫態(tài)的時候輸出高電平接入總電源，代替總開關(guān)，這時可以把開關(guān)斷掉，NE555在給電容充電期間就是定時時間，而定時時長通過一個滑動變阻器調(diào)整阻值就可以控制V0輸出高電平的時間，實現(xiàn)定時功能。電路原理圖如圖2.4所示
圖2.4定時電路
3 系統(tǒng)的連接與調(diào)試3.1具體的硬件連接方案
圖3.1實物連接圖
3.2電路的連接
第一步，在沒還沒有把元件焊接到電路上之前，首先應該檢查元件是否損壞，以防電路中接上已經(jīng)損壞芯片或者元件。
第二步，在焊接電路時要用萬能表檢測焊接之后是否虛焊，在焊接完成之后應該檢測線路芯片之間的接線是否相通。
第三步，我們需要對用中使用到的元件逐個進行檢查，確認使用的元件在焊接的時候沒有損壞，沒有放錯地方。
3.3 系統(tǒng)的調(diào)試
如果直接對整個系統(tǒng)進行調(diào)試的話，很難得出理想的實驗結(jié)果，因此要分模塊調(diào)試。由于74LS系列的芯片對電壓的要求較高，低于4.75V的電壓無法驅(qū)動芯片，而高于5.25V的電壓就會燒壞芯片，并且由于接入太多的芯片進行并聯(lián)，每個芯片上的電壓不一定就是電源的輸出值。
因此第一步，首先使用的是3V的電壓進行簡單的測試，檢測每個芯片的接電源和接端是否一樣或者相近，經(jīng)過用萬用表檢測，發(fā)現(xiàn)各個芯片之間的電壓都幾乎相同，但是都比電源的輸出電壓低0.15V左右，符合之前的考慮芯片VCC和GND之間的電壓沒有達到電源輸出值，在慢慢調(diào)高電源電源到5.15v這時候芯片基本處于正常的工作電壓，開始正常工作。
第二步，開始分模塊檢測，首先檢測的應該是NE555產(chǎn)生的脈沖信號是否正常，通過引入接線把輸出接入到示波器觀察波型，再檢測74LS160對脈沖信號是否進行二分頻。因為NE555產(chǎn)生的脈沖用作74LS175的時鐘信號輸入，如果時鐘信號都不正常，接入電路輸出也是不正常的。接著檢測74LS175的輸出是否正常因為有三塊74LS175也要一塊一塊檢測。檢測74LS175的時候可以通過打開開關(guān)，觀察二極管的循環(huán)狀態(tài)可以檢測出芯片的輸出是否正常。在完成前面的檢測并且改正電路后，檢測74LS151的輸出和 74LS08這兩塊芯片的工作，這兩塊芯片把風速和風種聯(lián)系起來，直接控制著電機電路。
第三步在完成檢測后進行對電路進行修改后繼續(xù)進行調(diào)試，直到達到理想效果
4 實踐的問題與解決4.1仿真出現(xiàn)的問題
在做仿真的時候，二極管后面應該接上電阻，如果沒有電阻的話，二極管兩端不能分辨出高低電平，二極管不能點亮；在進行用NE555產(chǎn)生脈沖信號的時候，應該用示波器測試一下脈沖波形輸出，并且要按實際計算值來計算出電阻和電壓值，并且把具體參數(shù)用到仿真電路中；在用電機的時候一定要考慮實際，對于普通的小電機的電阻只有幾歐姆，如果用的電機仿真的時候是理想狀態(tài)，實際中很難實現(xiàn)功能。
4.2連接電路時出現(xiàn)的問題
在連接電路的時候，有些元件是損壞的要檢查出來并且更換。在焊接元件時防止虛焊，可以在焊接完一個元件之后就用萬用表測試各條導線之間是否該連通的都連通，不該連通的沒有接上。
4.3調(diào)試出現(xiàn)的問題
在調(diào)試的時候會在NE555產(chǎn)生的脈沖并沒有達到占空比達到50%，可以通過使用一個二極管與R2并聯(lián)，這樣可以得到施密特觸發(fā)電路的充電時間和放電時間一樣，產(chǎn)生的脈沖方波占空比可以達到50%。
在調(diào)試74LS175的時候，在最初的電路中，并沒有使用NE555產(chǎn)生的脈沖信號作為74LS175的時鐘信號，而是用電源電壓串接開關(guān)，通過開關(guān)來產(chǎn)生高低電平來改變輸出狀態(tài)，后面發(fā)現(xiàn)74LS175的狀態(tài)并沒有發(fā)生改變，而采用連續(xù)脈沖之后才可以改變74LS175的輸出狀態(tài)。采用直接連接電源的方法，由于74LS08的延時性并沒有馬上改變74LS175的輸入D2,D1,D0因此電路依然保持鎖存狀態(tài)，輸出也就不能改變。
在調(diào)試電機的時候，應該具體測量電機的內(nèi)阻，選擇合理的電阻接入電路實現(xiàn)分壓，從而實現(xiàn)風速的大小不同。實際上，對于實驗的小電機內(nèi)阻一般幾歐姆，因此在選擇電阻的時候不應該超過電機的電阻 。因為如果接入的電阻太大，使得加在電機的電壓變小到小于電機的驅(qū)動電壓，電機將不轉(zhuǎn)動。而且由于末端的芯片74LS08的輸出高電平一般不超過5V，所以在分壓的時候就不能分走太多的電壓。
5 結(jié)論與展望5.1結(jié)論
通過對本課題的研究和設(shè)計，完成了簡易風扇的邏輯電路控制并實現(xiàn)了電風扇的基本功能，換檔，換風種和定時等基本功能，為其他電子控制電路提供參考，具有一定的研究價值。
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