畢業(yè)設計----實用空氣清新器電路的設計

1、<p>　　實用空氣清新器電路的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代室內(nèi)空氣污染的危害引起人們的廣泛關注，也推動了室內(nèi)空氣凈化技術的進程?？諝鈨艋逍缕魇且环N新型家電產(chǎn)品，能清除塵埃，凈化煙霧和花粉，強力吸附室內(nèi)臭氣，其凈化空氣的效果十分顯著。帶負離子發(fā)生功能的清新器還可補充空氣中的負離子，有益人體健康的負離子被譽為“空

2、氣維生素”，能給用戶創(chuàng)造愜意的空氣環(huán)境，解除一些慢性病患者的痛苦。 本設計是負離子定時產(chǎn)生電路它由電子鐘組件、單穩(wěn)態(tài)定時電路、振蕩器、升壓驅(qū)動級及高壓放電產(chǎn)生器等組成。利用電子鐘的整點報時功能，NE555起到觸摸定時開關的作用在正點時刻自動接通負離子發(fā)生器，及時發(fā)放出大量負離子、臭氧，凈化空氣，對人體具有健腦提神、解除疲勞的良好作用。</p><p>　　關鍵詞：空氣清新器，空氣維生素，負離子</p>

3、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　課題背景：目前采用的室內(nèi)空氣污染凈化方法有換氣時、過濾式、吸附式等。然而在可處理污染物顆粒大小、處理效率、處理有毒有害氣體及殺滅細菌等方面，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足室內(nèi)空氣污染治理的需求。靜電收集臭氧氧化和氣相濾等新方法應運而生。長年工作在寫字樓或辦公室的工作人員，由于樓房或辦公室密閉，空氣不流通，常感到身心疲乏、頭腦昏脹

4、。負離子發(fā)生器能及時發(fā)放出大量負離子，凈化空氣解除疲勞的良好作用。因為負離子可以對人體的神經(jīng)系統(tǒng)起鎮(zhèn)靜作用，促進消除疲勞，并有抑制哮喘、降低血壓的作用?？諝庳撾x子發(fā)生器是利用高壓電暈增加空氣中負離子成份，從而改善空氣質(zhì)量，可以促進身體健康，被譽為“空氣維生素”。負離子、臭氧空氣清新器是一種被較多采用的治理技術是利用臭氧強氧化性，凈化空氣，殺除空氣中的有害成分。這是目前國際公認的室內(nèi)空氣治理的一種常用、安全的物理方法，適用于中度、輕度污染

5、。</p><p>　　空氣清新器具有廣泛的應用前景：常放在茶幾、寫字臺等地方。辦公室、臥室、書房也是其應用的場所。對于冬天生活的家庭，晚上將其放在床頭部位，使睡眠時的空氣清新有益于身體健康。同時可除去衛(wèi)生間里的臭氣如：氨、硫化氫、甲硫醇等。具有效果明顯、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)點是家庭、賓館衛(wèi)生間理想的空氣清新器。市場上銷售的空氣清新劑一般由甲醇、香精、去離子水、丙烷、丁烷、二甲醚等組成。但他們只通過散發(fā)香

6、味來除臭而不能與異味氣體發(fā)生反應，就不能分解或清除異味氣體?？諝馇逍缕鳟a(chǎn)生大量的負離子和臭氧能與空氣中的異味氣體反應達到徹底凈化空氣的。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　本論文要完成的目的是以NE555為設計的基本元件，完成具有定時功能強度可調(diào)的空氣清新器電路的設計。本電路的主要組成部分是：以LCD數(shù)字鐘芯片KS5195為核心組成

7、的時鐘控制電路，由NE555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器，升壓驅(qū)動級及高壓放電產(chǎn)生器等。電子鐘每到整點時報時一次，而本電路便會自動接通負離子發(fā)生器一次，每次接通時間取決于單穩(wěn)觸發(fā)器設計的暫穩(wěn)時間。</p><p>　　3 整體電路設計及單元電路分析</p><p>　　3.1 整體電路設計及原理</p><p>　　負離子定時產(chǎn)生電路由電子鐘組件、單穩(wěn)態(tài)定時電路、振蕩

8、器、升壓驅(qū)動級及高壓放電產(chǎn)生器等組成，如圖所示。</p><p>　　圖中虛線框內(nèi)為電子鐘903B的組件，其核心是報時集成電路IC1（KS5194或KS5195）。S和D分別是功能轉(zhuǎn)換端和調(diào)準端，外接兩個控制開關，XT是主振電路的晶振，HTD是報時用的壓電陶瓷片。903B使用一節(jié)1.5V電池。每走至整點時刻，IC1的Ao端便會送出峰峰值為1.3V的寬度為0.5us的高電平脈沖。將此脈沖引出加到倒相放大器VT1，V

9、T1飽和導通，使555的2腳成低電平，555觸發(fā)置位。IC2（555）和R3、C3組成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在非整點時刻，由于VT1無信號輸入而呈截止狀態(tài)，IC2的2腳呈高電位（>1/3Vdd），555處于復位狀態(tài)。每當整點時刻，Ao端輸出的正脈沖，使555的2腳轉(zhuǎn)呈低電位而翻轉(zhuǎn)置位，3腳的高電平為IC3解除了強制復位狀態(tài)。IC3也采用時基電路555，它與R4、R5、C5等組成一個可控多諧振蕩器。平時，由于IC2處于復位狀態(tài)，IC3的

10、4腳為低電位（<0.4V），使555處于強制復位狀態(tài)。整點時，IC2被觸發(fā)呈高電位，即IC3的4腳為高電位，強制復位狀態(tài)解除并起振。它的振蕩頻率為Fc=1.44/（R4+2R5）C5，本振蕩器設計為20kHz。? IC3</p><p>　　? 圖示參數(shù)對應的暫穩(wěn)時間約為9分鐘（計算值為545秒）。實際制作時，可根據(jù)房間大小或樓房情況，通過改變充電時間常數(shù)（R3C3）來調(diào)節(jié)負離子產(chǎn)生的時間長短。在制作及元件

11、選用上，一般元件都可在電訊器材商店買到，903B組件市售很便宜，也可通過郵購在生產(chǎn)電子鐘的廠家購到；功率驅(qū)動管VT2可選用DD系列器件，如3DD100D、DD01E、2SC1447等，要求耐壓Vceo大于150V；升壓變壓器T可直接買小尺寸電視機（14寸）行輸出變壓器，也可自行繞制，初級L1采用0.35mm高強度漆包線繞25匝，次級L2用0.13的高強度漆包線繞1800匝，采用高頻鐵氧體磁芯E6型33mmX25mm；整流二極管應選用反向

12、擊穿電壓不低于15kV的硅高壓整流二極管；C8選耐壓不低于12kV的優(yōu)質(zhì)電容器，防止漏電擊。</p><p>　　3.2 單元電路分析及芯片介紹</p><p>　　3.2．1 時鐘電路</p><p>　　時鐘采用KS5195專門為鐘控收音機而生產(chǎn)的一種型號為903B電子鐘控器。其核心是報時集成電路KS5194。S和D分別是功能轉(zhuǎn)換端和調(diào)準端，外接兩個控制開關，X

13、T是主振電路的晶振，HTD是報時用的壓電陶瓷片。903B使用一節(jié)1.5V電池。每走至整點時刻，IC1的Ao端便會送出峰峰值為1.3V的寬度為0.5us的高電平脈沖。?</p><p>　　3.2.2 NE555芯片引腳及功能</p><p>　　Pin 1 (接地) 地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點) -這

14、個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p><p>　　Pin 3 (輸出) 當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) 一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器

15、和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) 這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 </p&

16、gt;<p>　　Pin 7 (放電) 這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +) 這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　555定時器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合

17、的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。</p><p>　　NE555定時器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。NE555定時器的電路如下圖所示。它由三個阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。分壓器為兩個電壓比較器C1、C2提供參考電壓。<

18、/p><p>　　4腳為復位端當4腳等0時，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導通，輸出端u0為低電平。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。</p><p>　　當u11>2/3Ucc，u12>1/3Ucc 時，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導通，輸出端u0為低電平。</p><p>　　當u11<2/3Ucc，u

19、12< 1/3Ucc時，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。</p><p>　　當u11<2/3Ucc，u12>1/3Ucc 時，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　綜上所述，可得NE555定時器功能如下表所示。</p><p>　　3.3.3 由555組成的

20、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路</p><p>　　由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的特點：在無外加觸發(fā)信號作用時，電路處于一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)；當輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。電路進入暫時穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。電路自動恢復原先的穩(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)時間與電路閾值電壓及外接R、C參數(shù)有關。按電路結(jié)構(gòu)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。前者適用于窄脈沖觸發(fā)，后者適用于寬脈沖觸發(fā)

21、。無論哪種電路結(jié)構(gòu)，其單穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生都源于電容的充放電原理。下圖為用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的工作原理：用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，下圖為其波形圖。圖中，t0～t1為穩(wěn)態(tài)，t1～t3為暫穩(wěn)態(tài)，t3時刻恢復穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　(1) 穩(wěn)態(tài)：接通電源后，經(jīng)R給電容C充電，當uc上升到大于時，基本RS觸發(fā)器復位，輸出u0=0。同時，晶體

22、管T導通，使電容C放電。此后uc<，若不加觸發(fā)信號，即u1>，則u0保持0狀態(tài)。電路將一直處于這一穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　(2) 暫穩(wěn)態(tài)： 在t=t1瞬間，2端輸入一個負脈沖，即u1<，基本RS觸發(fā)器置1，輸出為高電平，并使晶體管T截止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。此后，電源又經(jīng)R向C充電，充電時間常數(shù)=RC，電容的電壓 按指數(shù)規(guī)律上升。 在t=t2時刻，觸發(fā)負脈沖消失(u1>)，若uc<

23、;，則=1，=1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，u0仍為高電平。在t=t3時刻，當uc上升略高于時，=0，=1，基本RS觸發(fā)器復位，輸出u0=0，回到初始穩(wěn)態(tài)。同時，晶體管T導通，電容C通過T迅速放電直至uc為0。這時=1，=1，電路為下次翻轉(zhuǎn)做好了準備。</p><p>　　由上述可知，555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路由輸入脈沖信號的下降沿觸發(fā)，使其輸出狀態(tài)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，另外，在暫穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束前，u1必須恢復為1，否則電路

24、內(nèi)的RS觸發(fā)器為不確定狀態(tài)，輸出不能維持0狀態(tài)。因此這種單穩(wěn)態(tài)電路只能用負窄脈沖觸發(fā)。如果輸入脈寬大于輸出脈寬，則輸入端可加RC微分電路，使輸入脈寬變窄。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出脈沖寬度的計算：輸出u0的脈沖寬度tW也就是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，可根據(jù)uC的波形計算。根據(jù)RC電路瞬態(tài)過程的分析可得：</p><p>　　這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾微秒到數(shù)分鐘?？赏ㄟ^改變R、

25、C元件參數(shù)調(diào)節(jié)脈沖寬度，精度可達0．1％。綜上所述，用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)形式，且暫穩(wěn)態(tài)維持時間為TW=lnRC≈1．1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關。</p><p>　　3.3.4 由555組成的多諧震蕩電路</p><p>　　多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)

26、。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。</p><p>　　圖9-30所示是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。R1、R2和C是外接元件。 剛接通電源時，uc=0，u0=1。當uc升至后，比較器C1輸出低電平(=0)，基本RS觸發(fā)器置0，定時器輸出u0由1變?yōu)?。同時，三極管T導通，電容通過R2放電，uc下降。在 <uc<期間，u0保持低電平狀態(tài)。在uc下降至以后，

27、比較器C2輸出低電平(=0 )，使觸發(fā)器置1，輸出u0由0變?yōu)?。同時三極管T截止，于是電容C再次被充電。如此不斷重復上述過程，多諧振蕩器的輸出端就可得到一串矩形波。工作波形如圖9-30(b)所示。振蕩周期等于兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。第一個暫穩(wěn)態(tài)時間tp1為電容C的電壓uc從充電至所需時間。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過三個多月的方

28、案論證、系統(tǒng)電路的設計、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關于負離子、臭氧發(fā)生電路、以及相關知識。是我了解到空氣清新器的設計理念，并對電子時鐘、555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器、升壓驅(qū)動和高壓放電電路有了深刻的認識。經(jīng)過了一番特殊的體驗后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業(yè)設計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動手能力。這

29、些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學生來說，是很重要的。</p><p>　　這次畢業(yè)設計基本的完成了任務書的要求，實現(xiàn)了實用空氣清洗器電路的設計。通過測試表明系統(tǒng)的設計是正確的，可行的。但是由于設計者的設計經(jīng)驗和知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　

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