家用电扇控制电路.doc

PAGE 1 一、概述 现在各个家庭所有的电风扇大多的是采用电子控制线路作为控制器，取代了过去的机械控制器，这使得电扇的功能更强，操作也更为简便。图1为电扇操作面板示意图。 睡眠风自然风正常风强风中风弱风 睡眠风 自然风 正常风 强风 中风 弱风 风速开关 停机风速选择风种选择 停机 风速选择 风种选择 图1 电扇操作面板示意图 在面板上有六个指示灯指示电扇的状态。三个按键分别为选择不同的操作－风速、风种、停止。其操作方式和状态指示如下： 电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。此时只有按“风速”键电扇才会响应，其初始工作状态为“风速”－弱，“风种”－正常位置，且相应的指示灯亮。 电扇一经启动后，再按动“风速”键可循环选择弱、中或强三种状态中的一种状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的某一种状态。 在电扇任意工作状态下，按“停止”键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。 “风速”的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快。“风种”在正常位置是指电扇连续运转；在“自然”位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转2秒，间断2秒的方式；在“睡眠”位置，是产生轻柔的微风，电扇运转4秒，间断4秒的方式。 电扇操作状态的状态转换图如图2所示： 图2 电扇操作状态转换图 二、方案论证 设计一个家用电扇控制电路，该控制电路具有控制风速选择和运行模式选择等功能。其原理框图如图3所示。 输出电路风速选择电路风速选择 输出电路 风速选择电路 风速选择 停机 停机 风种形成电路风种选择电路风种选择 风种形成电路 风种选择电路 风种选择 脉冲信号发生电路上电复位 脉冲信号发生电路 上电复位 图3 家用电扇控制电路原理框图 “风速”、“风种”这两种操作各有三种工作状态和一种停止状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可以采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出为全0则表示停止状态。为了简化设计，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将停止键与清零端相连就可以实现停止的功能，简化后的状态转化图如图4所示。 图4 电扇简化操作状态转换图 可由带异步清零端的D触发器74LS74实现。 我们可以利用D触发器建立起“风速”及“风种”锁存状态电路，但这两部分电路的输出信号状态的变化还有赖于各自的触发脉冲。在“风速”部分的电路中，可以利用“风速”按键所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。而“风种”部分电路的触发脉冲CP则是由“风速”、“风种”按键的信号和电扇工作状态信号（设ST为电扇工作状态，ST=0停，ST=1运转）三者组合而成的。当电扇处于停止状态（ST=0）时，按风种键无效，CP信号将保持低电平；只有按风速键后，CP信号才会变成高电平，电扇也同时进入运转状态（ST=1）。进入运转状态后，CP信号不再受风速键的控制，而是由风种键所控制。 实现上述设计思想的电扇控制电路如图5. 6 .7所示，其中风速键和风种键采用常闭式微动开关，按动一下，产生一个时钟单脉冲。停机键为常开式微动开关，按一下可产生一个低电平脉冲信号，作用于D触发器的异步清零端，使异步清零端工作，是所有触发器清零，实现停机功能。 图5中的与门和风种信号共同作用选择不同风速信号。 图5 输出电路 图6中的U6,U7,U8触发器及门电路构成了风种选择电路，其输出作为数据选择器74LS151风种数据选择代码，在74LS151的输出端获得所需的风种信号。 图6 风种选择电路 图7中的U1,U2,U3触发器及门电路构成了风速选择电路，其输出数据作用于电机来控制电机的转动方式。 图7 风速选择电路 用555计时器设计一个周期为四秒的多谐振荡器产生时钟脉冲，通过数据选择器作用于电机来实现自然风的转两秒停两秒的功能，将时钟信号接到一个由D触发器构成的二分频电路上，由于脉冲信号一个周期内只有一个上升沿，所以二分频电路能将输入的脉冲信号的周期放大一倍，再通过数据选择器作用于电机来实现睡眠风转四秒停四秒的功能。 上电复位电路通过在接通电源后的一个很短的时间内对D触发器的异步清零端施加一个低电平脉冲使其先清零，然后低电平脉冲消失使电路能正常工作，我采用的方法是用一个由555定时器组成的单稳态触发器和一个继电器实现，单稳态触发器开始输出一小段低电平，在这段时间内继电器导通低电平作用于D触发器的异步清零端使D触发器清零，之后高电平来后继电器截止，之后不再导通，使电路能够正常工作，由于这个低电平作用时间很短，所以在实际应用中不会造成影响。 三、电路设计 风速选择电路设计 风速选择电路如图8所示。当调速时钟信号输入时，由D触发器构成的移位寄存器工作，使代表弱、中、强风速的信号灯循环发光，并输出相应的风速信号，使电路工作状态信号输出为低电平并保持低电平直至停