畢業(yè)設計-智能晾衣架控制電路設計,畢業(yè)設計,智能,晾衣架,控制電路,設計 摘 要 本設計介紹了一種能夠識別晴雨天氣，自動實現(xiàn)收晾衣服功能的智能晾衣架。該智能晾衣架能有效的避免在下雨時衣服無人收起而被雨淋濕；或在陽光強烈時，衣架能自動伸出接受陽光的充分照射。電路部分通過傳感器獲得感應信號，控制觸點開關的閉合或斷開，進而控制電機的正反轉，起到自動收晾衣服的作用。該智能晾衣架設計簡單，在電路設計上很有創(chuàng)新意義，制作成本較低，實用價值較高，且使用方便，性能可靠。 關鍵詞 晾衣架；智能；自動收回；自動伸出 第0頁 目 錄 摘 要 1 第1章 緒論 2 1.1 晾衣架概述 2 1.2 設計目的與意義 3 1.3 設計要求及內容 3 第2章 系統(tǒng)方案 4 2.1 電源設計方案 4 2.2 收衣晾衣方案 5 2.3 方案的確定 5 第3章 單元電路設計 7 3.1 電源電路的設計 7 3.2 收衣晾衣傳感器及信號處理電路的設計 8 3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的設計 8 3.3.1 555定時器 9 3.3.2 單穩(wěn)態(tài)延時電路原理圖 10 3.3.3 單穩(wěn)態(tài)延時電路工作過程 11 3.4 正反轉驅動控制電路的設計 11 第4章 電路的仿真 13 4.1 雨天收衣電路的仿真 13 4.2 晴天晾衣電路的仿真 14 總 結 15 參 考 文 獻 16 附錄1 雨天智能晾衣架電路原理圖 17 附錄2 晴天智能晾衣架電路原理圖 18 第1章 緒論 1.1 晾衣架概述 “晾衣架”一般指“升降晾衣架”，分手動、電動兩種。手動（手搖）較為普及。電動之所以未能普及推廣，這是由于整個行業(yè)技術上的不成熟以及售后服務的局限——畢竟是鑲在天花板上，不像小家電一樣容易搬移去維修保養(yǎng)。因而目前，還是手動（手搖）為市場的主導?！傲酪录堋笔侵袊淮筇厣a品，該行業(yè)形成至今也就近十年時間，從開創(chuàng)至今技術不斷改進和變革，其基本組成為：手搖器（負責升降、自鎖），鋼絲，轉向器，頂座，晾桿，衣架。手搖器是晾衣架的核心部件，相當于汽車的發(fā)動機，由最初“戀衣”的塑料手搖器，到“好太太”的“全金屬”手搖器，材料、結構、款式的不斷推陳出新，但質量依舊沒有大的突破，晾衣架維修率依然集中在手搖器這個關鍵部件。手搖器質量依舊是行業(yè)最關注的焦點。直至2007年“居博士”首家推出一款質量保用五年的手搖器，給行業(yè)一顆定心丸。該款手搖器具備行業(yè)前所未有的六大特點，因質量穩(wěn)定，其結構開始被行業(yè)眾多廠家紛紛效仿，成為典范！ 晾衣架不僅僅是一個裝飾品，更是一個功能性的產品。目前晾衣架的“功能”已經普遍得到消費者的認可，已經形成一個“行業(yè)”。如果說“戀衣”是這個行業(yè)的開創(chuàng)者將行業(yè)開端，“好太太”是成功的包裝營銷商將行業(yè)推開，那么“居博士”則獨豎一幟：回歸產品本身——走質量、特色路線：不斷改良、創(chuàng)新，引領行業(yè)重新重視質量。實用的產品，質量才是永恒的。只有質量被大眾接收，行業(yè)才可持續(xù)健康發(fā)展。換言之，只要功能、質量普遍被認可，晾衣架將會成為居民生活一個必需品。 隨著社會的發(fā)展，科學的進步，以上所述的傳統(tǒng)的升降晾衣架已經不能滿足人們的需求。假如住戶是雙職工，或者住戶有事在外，那么如果下雨或者夜晚，傳統(tǒng)升降晾衣架就做不到使晾曬在室外的衣物避雨、避露水的功能。每當下雨的時候，恰好不在家，衣服卻晾在陽臺上，這時候，假如有一臺智能型的晾衣架，它能夠自動識別晴天和雨天，太陽出來時為我們自動晾衣服，下雨時自動為我們收衣服，一切都智能為我們服務，那我們是不是省去了很多工夫呢？ 1.2 設計目的與意義 1．學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經驗，掌握模擬電路設計的基本方法及設計步驟，培養(yǎng)綜合設計能力。 2．進一步了解智能晾衣架的組成框圖和各個單元電路的工作原理及相互聯(lián)系。 3．掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理和各元器件的功能。 4．鍛煉自己對所學理論知識和技能的綜合運用能力。 5．本文設計的智能晾衣架解決了衣物晾在戶外，遇下雨不能及時收進和天氣轉晴不能自動晾出的后顧之憂，具有很高的實用價值。 1.3 設計要求及內容 1．設計要求 （1）電路要能夠識別晴雨天氣，自動完成收晾衣的目的。 （2）設計電路結構，畫出電路的總體框圖，選擇電路中所需元件，畫出實用整機原理電路圖。 2．設計內容 主要設計一個智能晾衣架的內部電路，其設計內容主要包括一下幾個部分： （1）方案論證及系統(tǒng)框圖； （2）單元電路設計； （3）電路仿真。 第16頁 第2章 系統(tǒng)方案 2.1 電源設計方案 1．電源方案一： 橋式全波整流 變 壓 器 濾 波 集成穩(wěn)壓 Uo 220V +5V 圖2-1 電源方案一框圖 該方案的設計方框圖如上所示，將220V/50Hz變成整流濾波所需大小的交流電，然后再將交流電變成單項脈動直流電，再減小單項脈動直流電的脈動成分，最后得到平滑濾波的直流電的紋波成分，使輸出為+5V平穩(wěn)的直流電。但由于交流電網(wǎng)輸入電壓的波動和電路負載的變化使直流電壓不穩(wěn)定，因此在本直流電源中增加穩(wěn)壓電路以確保設備的正常工作。 2．電源方案二： 半 波 整 流 變 壓 器 濾 波 分立穩(wěn)壓 Uo 220V +5V 圖2-2 電源方案二框圖 該方案的設計方框圖如上所示，該設計與方案一的設計只有第二步不同，其余步驟都相同。方案一中整流部分選用的是橋式全波整流，而該方案則選用半波整流。 綜上所述，兩種方案比較，全波整流的輸出是交流輸入電壓的0.9倍，效率高，直流電壓平穩(wěn)，能充分利用變壓器的功率。半波整流雖然所需原器件較少，電路簡單，但輸出是交流輸入的0.45倍，效率低，使變壓器的功率不能充分利用，故電源部分的設計采用方案一。 2.2 收衣晾衣方案 1．收衣晾衣方案一： 傳感器及信號處理電路 單片機硬件電路 驅動控制電路 圖2-3 收衣晾衣方案一框圖 由雨滴傳感器控制電路、光敏傳感器控制電路經集成運放產生的數(shù)字信號，經單片機的輸入口輸入給單片機。單片機經分析處理后所得到結果，從單片機輸出引腳輸出相應的信號，從而控制電動機正反轉。 2．收衣晾衣方案二： 傳感器及信號處理電路 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 驅動控制電路 圖2-4 收衣晾衣方案二框圖 由雨滴傳感器控制電路、光敏傳感器控制電路經集成運放產生的信號，經555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分析處理后，控制觸點開關的閉合或斷開，進而控制電機正轉，自動實現(xiàn)收衣晾衣動作。 綜上所述，兩種方案比較，在功能方面兩者都能實現(xiàn)電機正反轉，從而實現(xiàn)收衣晾衣功能。方案一主要通過單片機硬件電路來實現(xiàn)，該方案的穩(wěn)定性高，但是引腳繁多，過于復雜化。方案二通過555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)，元器件少，穩(wěn)定性高，容易實現(xiàn)，故收衣晾衣部分的設計采用方案二。 2.3 方案的確定 通過分析論證，為了使該設計電路簡單明了，功能可以得到更好的實現(xiàn)，電源部分的設計選則方案一，其效率高，直流電壓平穩(wěn)，能充分利用變壓器的功率。而收衣晾衣部分的設計則選擇方案二，其元器件少，且穩(wěn)定性高，容易實現(xiàn)。該設計的整體設計框圖如圖2-5所示。 傳感器及信號處理電路 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 驅動控制電路 電源 圖2-5 整體框圖 當雨天或晴天時，濕度傳感器或光敏傳感器獲得信號，并將信號傳送給運放，運放輸出低電平，經過555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出高電平，高電平信號被送到驅動控制電路，從而控制電機正反轉，使晾衣架自動伸縮，實現(xiàn)自動收衣晾衣功能。 第3章 單元電路設計 3.1 電源電路的設計 5V D2 D4 D1 D3 C1 C3 C4 C2 3 LS7805 1 2 DNG Vin Vout FU + + 該直流穩(wěn)壓源電路實現(xiàn)的是+5V的電壓輸出，原理圖如下所示： 圖3-1 直流穩(wěn)壓源電路圖 交流電經過降壓，整流，濾波可以得到比較平滑的直流電，但由于交流電網(wǎng)輸入電壓的波動和電路負載的變化使直流電壓不穩(wěn)定，因此在本直流電源中增加穩(wěn)壓電路以確保設備的正常工作。 在連接電路中，需要在變壓器的副邊接入保險絲FU，以防電路短路損壞變壓器或其它器件，其額定電流要略大于Iomax，選FU的熔斷電流為1A。整個電源電路結構形式為220V電壓經過9V的變壓器輸入橋式整流電路中，使得我們的交流電變成了不穩(wěn)定的直流電，后經幾個極性電容濾波使不穩(wěn)定的直流電變成比較穩(wěn)定的直流電，在接入到三端穩(wěn)壓器LM7805輸入端，穩(wěn)壓器內部含有過流、過熱保護電路。并且LM7805輸出固定的+5V直流電壓供后面的負載使用。其各部分波形圖如圖3-2所示； 變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓 圖3-2 波形圖 3.2 收衣晾衣傳感器及信號處理電路的設計 R1 R1 R3 U1 + _ M 雨天智能晾衣架電路中，傳感器集成運放電路是由濕度傳感器以及一個集成運算放大器構成，其中M代表濕度傳感器，當下雨時，M遇水就導通，使運放U1輸出低電平。電路圖由圖3-3所示。 圖3-3 濕度傳感器集成運放電路圖 晴天智能晾衣架電路中，傳感器集成運放電路是由光敏傳感器以及一個集成運算放大器構成，其中R4為光敏傳感器（光敏電阻），電位器RP2用于調節(jié)光敏電阻的靈敏度，當陽光充足時，光敏電阻阻值下降，使運放U3輸出低電平。電路圖如圖3-4所示。 RP2 R5 R4 R6 U2 + _ 圖3-4 光敏傳感器集成運放電路圖 3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的設計 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路由一個555芯片構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來控制，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下，它能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，在自動返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有這些特點，常用來產生具有固定寬度的脈沖信號。 按電路結構的不同，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種，微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器適用于窄脈沖觸發(fā)，積分型適用于寬脈沖觸發(fā)。無論是哪種電路結構，其單穩(wěn)態(tài)的產生都源于電容的充放電原理。 用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其暫穩(wěn)態(tài)維持時間為 Tw =1.1RC （3-1） 僅與電路本身的參數(shù)R、C有關。 3.3.1 555定時器 1.電路組成 555芯片的內部電路如圖3-8所示，它由三個阻值為5KΩ的電阻組成的電阻分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、集電極開路的放電三極管VT以及緩沖器等組成。 a)555內部結構圖 b)555管腳圖 圖3-5 555定時器 （1）電阻分壓器由三個5KΩ的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準電壓。 （2）電壓比較器由C1和C2組成，當控制電壓輸入端CO懸空時，C1和C2的基準電壓為別為2/3Vcc和1/3Vcc。 C1的反相輸入端TH稱為555的定時器高觸發(fā)端，C2的同相輸入端稱為555定時器的低觸發(fā)端。 （3）基本RS觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器由兩個與非門G1和G2構成。比較器C1的輸出作為置0輸入端，若C1輸出為0，則Q=0；比較器C2的輸出作為置1輸入端，若C2輸出為0，則Q=1。 是定時器的復位輸入端，只要=0，定時器的輸出端OUT則為0，正常工作時，必須使處于高點平。 （4）放電管VT VT是集電極開路的三極管，VT的集電極作為定時器的引出端D。 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構成，用于提高電路的負載能力。 2.工作原理 為置0輸入端，當=0時，定時器的輸出OUT為0；當=1時，555定時器具有以下功能： （1）當高觸發(fā)端TH>2/3Vcc,且低觸發(fā)端>1/3Vcc時,比較器C1輸出低電平；C1輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為0狀態(tài)，即Q=0，使得定時器的輸出OUT為0，同時放電管VT導通。 （2）當?shù)陀|發(fā)端<1/3Vcc,且高觸發(fā)端TH<2/3Vcc時，比較器C2輸出為低電平；C2輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為1狀態(tài)，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1，同時放電管VT截止。 （3）當TH<2/3Vcc,>1/3Vcc時，定時器的輸出OUT和放電管VT的狀態(tài)保持不變。 根據(jù)以上分析，可以得出555定時器的功能表，見表3-1。 表3-1 555定時器的功能表 輸入 輸出 TH OUT VT X X 0 0 導通 >2/3Vcc >1/3Vcc 1 0 導通 <2/3Vcc >1/3Vcc 1 不變 不變 <2/3Vcc <1/3Vcc 1 1 截止 3.3.2 單穩(wěn)態(tài)延時電路原理圖 Ui R3 1k MG45 GR 光敏電阻 C4 F1 F2 R5 10k R6 10k + C5 2200Uf C6 100nf 8 3 RST DIS THR TRI COM VCC GND OUT 1 LM555CM Uo 12V/1.2Ah 蓄電池 Ui1 Uc 510p 4 7 6 2 5 圖3-6 單穩(wěn)態(tài)延時電路原理圖 Tw 2/3Vcc Ui1 0 Uc t 0 t t 0 Uo 圖3-7 單穩(wěn)態(tài)延時電路的工作波形 3.3.3 單穩(wěn)態(tài)延時電路工作過程 當Ui1的下降沿到來時，由于<1/3Vcc,而TH=Uc=0，從555定時器的功能表（3-1）不難看出，輸出端Uo的輸出電平為高電平，電路進入延時狀態(tài)，內部放電管VT截止。由于放電管VT截止，12/1.2Ah蓄電池通過對充電，當對TH充電到TH>2/3Vcc時，輸出端Uo的輸出電平跳變?yōu)榈碗娖?，電路退出延時狀態(tài)，此時內部放電管VT導通。電路退出延時延時狀態(tài)后，C5通過導通的放電管VT放電，使電路迅速恢復到初始狀態(tài)。 根據(jù)該電路的工作波形可以算出該電路的延時時間≈1.1 3.4 正反轉驅動控制電路的設計 當555定時器的輸出端為高電平時，繼電器就開始工作，從而控制二通電磁閥的導通，其原理圖如圖3-10所示： + 定時器的輸出 電池閥 D5 R7 圖3-8 驅動控制電路原理圖 這次設計用的繼電器是+5V的電壓控制繼電器，有常閉和常開兩種狀態(tài)，當定時器輸出為高電平時，繼電器的輸入端加上了驅動電壓，使繼電器為常閉狀態(tài)，既而使二通電磁閥加上220V的交流電壓，電機轉動智能晾衣架實現(xiàn)伸縮。當定時器的輸出為低電平時繼電器的輸入沒有驅動電壓，使繼電器進入常開狀態(tài)，此時電磁閥不工作。 第4章 電路的仿真 此次電路仿真運用的EWB仿真軟件，在仿真過程中也遇到少許問題，例如EWB元器件庫中沒有傳感器之類的元器件而只能用開關代替。而且在仿真電路時不能改變元器件庫里面設置好的元件參數(shù)。但是，通過努力，最終仿真還是比較成功。對于雨天和晴天的電路都通過了仿真。 4.1 雨天收衣電路的仿真 圖4-1 雨天收衣的仿真圖 如圖，當下雨時，濕度傳感器得到信號，J1導通，運放U2輸出低電平，通過A1（555集成電路）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，輸出高電平，使繼電器J2得電，控制電機正轉，晾衣架收回，仿真圖中的現(xiàn)象為燈泡發(fā)光。當經過定時時間T=1.1R4C1后，燈泡熄滅，完成收衣動作，電路處于正常狀態(tài)。仿真圖中R4用于調節(jié)定時時間。 4.2 晴天晾衣電路的仿真 圖4-2 晴天晾衣的仿真圖 如圖所示，當天晴時，R4電位器代表光敏傳感器（光敏電阻），R6用于調節(jié)光敏電阻的靈敏度，當陽光充足時，光敏電阻阻值逐漸下降，使運放U1A輸出低電平，該低電平信號通過A1（555集成電路）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，輸出高電平，使繼電器J2得電，控制電機的反轉，晾衣架伸出，仿真圖中的現(xiàn)象為燈泡發(fā)光。當經過定時時間T=1.1R3C2后，燈泡熄滅，完成晾衣動作，電路處于正常狀態(tài)。仿真圖中R3用于調節(jié)定時時間。 總 結 通過本次畢業(yè)設計，使我受到了一次應用所學的專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的全面系統(tǒng)的鍛煉。剛開始著手于畢業(yè)設計時什么都不明白，也不知何從下手，但經過兩個月的學習使我學到了不少新的知識，也復習了很多忘記了的舊知識。這次設計使我在綜合知識的選用方面，產品開發(fā)的基本思想、方法方面，以及常用電路分析思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。 在搞設計的過程中會碰到很多我們不太熟悉的元件和不太了解的電路，也就是通過對這些實際問題的解決來提高我們分析問題和處理問題的能力，同時也在無形中使我們養(yǎng)成了認真和善于思考的良好習慣。這也是我們做畢業(yè)設計的目的之所在，把所學的專業(yè)知識運用到實際的電路中來，并在此基礎上發(fā)現(xiàn)一些實際的問題并解決它，由此不僅提高了我們的動手能里，也使我們所學的專業(yè)知識在實際中升華。 本次設計在指導老師以及同學的幫助下，基本實現(xiàn)了設計的目的，軟件仿真得到了實現(xiàn)。但是，在仿真過程中也遇到少許問題，例如EWB元器件庫中沒有傳感器之類的元器件而只能用開關或者電阻代替。而且在仿真電路時不能改變元器件庫里面設置好的元件參數(shù)。 總之此次畢業(yè)設計的完成對我無論是知識的拓展還是思考問題的全面性都有很大的提高。 參 考 文 獻 [1] 王一群．電子技術及制作．福建：福建科技出版社 [2] 張中洲．電路技術基礎．北京：電子工業(yè)出版社 [3] 任為民．電子技術基礎課程設計指導．中央廣播電視大學出版社，1986 [4] 賈更新．電子技術基礎實驗、設計與仿真．鄭州大學出版社，2006 [5] 康華光．電子技術基礎模擬部分．北京：高等教育出版社，2006 [6] 朱定華．電子技術基礎課程設計．科技大學出版社，2009 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 附錄1 雨天智能晾衣架電路原理圖 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 附錄2 晴天智能晾衣架電路原理圖 第17頁