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基于MC642的温控风扇设计.doc
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基于MC642的温控风扇设计.doc
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- 1 -
目录
1 前言 ..........................................................................................................................................2
1.1 序言 .......................................................................................................................................2
1.2 PWM 脉宽调制技术.............................................................................................................2
1.3 自动控制技术 ......................................................................................................................4
1.4 温控技术前景展望 ..............................................................................................................5
1.5 论文主要工作概述 ..............................................................................................................5
2 电路总体方案设计 ..................................................................................................................6
2.1 方案比较 ..............................................................................................................................6
2.2 方案论证 .............................................................................................................................11
2.3 方案选择 .............................................................................................................................11
3 单元模块电路设计 ................................................................................................................12
3.1.1 温度检测与转换电路设计 .............................................................................................12
3.1.2 占空比的调节电路设计 .................................................................................................13
3.1.3 传感网络电路设计 .........................................................................................................14
3.1.4 电机驱动电路设计 .........................................................................................................15
3.1.5 逻辑电平(故障)显示电路 .........................................................................................16
3.1.6 直流稳压电源设计 .........................................................................................................17
3.2 相关参数计算及元器件选择 ............................................................................................18
3.2.1 V
IN
的计算 ........................................................................................................................18
3.2.2 V
MIN
的计算......................................................................................................................18
3.2.3 传感电容的选择 .............................................................................................................19
3.2.3 其他元件的选择 .............................................................................................................19
3.3 特殊元件介绍 ....................................................................................................................19
3.3.1 瓷片电容 .........................................................................................................................19
3.3.2 MC642 ..............................................................................................................................19
4 系统安装与调试 ....................................................................................................................20
4.1 安装 ....................................................................................................................................20
4.2 调试 ....................................................................................................................................20
4.2.1 温度检测与转换电路的调试 .........................................................................................21
4.2.2 直流稳压电源的调试 .....................................................................................................21
5 系统功能、指标参数 ............................................................................................................21
5.1 系统功能 ............................................................................................................................21
5.2 指标参数 ............................................................................................................................21
6 设计总结 ...............................................................................................................................22
6.1 设计小结和对进一步完善提出的意见 ............................................................................22
6.2 设计的收获体会 ................................................................................................................22
7 致谢 .......................................................................................................................................23
8 参考文献 ...............................................................................................................................23
9 附录 .......................................................................................................................................24
- 2 -
1 前言
1.1 序言
随着电子技术的飞速发展,自动控制系统的广泛应用,温控技术和 PWM
脉宽调制技术在自动控制领域的地位日渐突出。温控技术已渗透到国民经济
的各行各业,以及人们日常生活的方方面面。随着工业化的不断发展和推进,
我国在重工业的发展方面已迅速发展完善,仪表行业的发展适应和推进了自
动化控制领域。温控技术在自动化行业中占有举足轻重的地位,主要应用于
化工、食品、印刷、空调、制冷以及烘箱等领域。PWM 脉宽调制技术也以其
鲜明的特点在电气市场上占有一席之地。
1.2 PWM 脉宽调制技术
PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需波形(含形状和幅
值)。它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的
使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
其基本原理如下:
在采样控制理论中有这样一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉
冲加在具有惯性的环节上,其效果相同。冲凉即指窄脉冲的面积。这里所说
的效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用
傅立叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。如图 1.2.1
a、b、c 所示的三个窄脉冲形状不同,其中 1.2.1 a 为矩形脉冲,图 1.2.1 为
三角形脉冲,图 1.2.1c 为正弦半波脉冲,但他们的面积都等于 1,那么,当
它们分别加在具有惯性的同一环节上时,其输出响应基本相同。当窄脉冲变
为 5.1 d 的单位脉冲函数
d
δ(t)时,环节的响应即为该环节的脉冲过度函
数。
- 3 -
图 1.2.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图 1.2.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
SPWM 波形:脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形,称为
SPWM(Sinusoidal PWM)波形。
PWM 波形可以分为等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波两种。
图 1.2.3 用 PWM 波代替正弦半波
- 4 -
1.3 自动控制技术
所谓自动控制,是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装
置,是机器、设备或生产过程中的某个工作状态或参数自动地按照预定的规
律运行。例如,导弹能够准确的命中目标,人造卫星能够按预定的轨道运行
并返回地面,宇宙飞船能够准确的在月球着陆并返回地球,都是由于自动控
制技术迅速发展的结果。随着数学理论、计算机技术和电子技术等的迅速发
展,自动控制技术不仅应用在空间、工业、交通管理、环境卫生等领域,而
且它的概念和分析方法也渗透到其他领域,如经济、政治等领域。
自动控制的广泛应用不仅使生产设备和过程实现自动化,极大地提高了
劳动效率和产品的质量,改善了劳动条件,而且在人类征服大自然、探索新
能源、发展空间技术和改善人民生活等方面起着十分重要的作用。自动控制
系统的种类很多,被控制的物理量各种各样,如压力、湿度、温度、流量、
频率、物位和成分等方面的控制。
1.4 温控技术前景展望
虽说温控技术在我们日常生活中的应用还并不广泛,但其在自动化控制
领域的地位却日趋明显。随着社会的不断发展,生活中的电气设备所要求的
自动化水平也越来越高,尤其是风扇、空调、电烤箱等常用电气设备。相信
基于脉宽调制技术的温控制冷设备定会以其工作效率高、功率损耗小、体积
小、重量轻、动态相应快、扩展性能好、通用性好等诸多优势获得广泛应用。
所以温控技术定有更广阔的发展空间和更明亮的市场前景。
1.5 论文主要工作概述
电风扇是我们日常生活中常见的家电设备,常见的风扇多为手动控制,
通常具有高、中、低三个风扇转速转换开关。随着生活水平的日渐提高,人
们对家用电器的自动化水平要求也不断提高。为此特收集资料设计这款温控
电风扇,能够实现电风扇转速的自动控制。本课题所设计的温控电路,主要
按一定线性关系将温度转换为电压变量输出,达到控制电风扇转速的目的。
本设计采用常用电子元器件,利用 PWM 脉宽调制技术以及美国安森美公司推
出的脉宽调制芯片 MC642 实现对电风扇转速的控制。设计原理、电路简单,
使用方便,功能完善。
- 5 -
2 电路总体方案设计
2.1 方案比较
方案一:该方案主要由稳压电路、多谢振荡器和控制执行电路三个模块
组成。当接通电源后,多谢振荡器工作,从 IC 的 3 脚输出占空比可调的方波
脉冲信号,使 VT 受触发而导通,驱动风扇电机运转。当室内温度升高时,RT
的阻值降低,是 IC 的 5 脚电压上升,3 脚输出的方波脉冲的占空比提高,VT
的导通角增大,风扇电机 M 在单位时间内通电时间变长,运行时间延长,转
速加快,从而加大风量,以达到降温的目的。
图 2.1.1 方案一的原理方框图
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