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电气工程学院
课程设计说明书
设计题目： 电冰箱开门报警电路
系 别： 电气工程系
年级专业： 检测技术与仪器
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称： 测控仪器电路课程设计 基层教学单位：仪器科学与工程系 指导教师： 崔* | | |
| （专业）班级 | | | | | | | | | | | | | | 周一～周三 收集资料及方案论证 周四～周五 参数、仪器选择 | 周一～周三 系统布局设计及仿真 周四～周五 撰写说明书 | | | |
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说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
目录
一、引言3
1、产品简要介绍3
二、总体电路4
1、总体电路图4
2、工作过程简述4
三、电路工作原理与仿真4
1、电路元器件工作原理4
（1）555定时器4
2、电路工作原理5
（1）、555定时器组成框图及工作机理5
1）、555定时器的图形符号及管脚5
、555定时器的内部电路5
（2）、555定时器的方框图6
、组合结构6
、工作原理7
、555定时器功能表7
（3）、单稳态触发器仿真分析7
（4）、多谐振荡器仿真分析9
元器件一览表11
结论11
六、本次课程设计体会11
七、参考文献12
一 引言 电冰箱是一种保持恒定低温的一种制冷设备。也是一种使食物或其他物品保持恒定低温冷态的民用产品。箱体内有压缩机、制冰机用以结冰的柜或箱；带有制冷装置的储藏箱。 家用电冰箱的容积通常为20～500升。1910 年世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。1925年瑞典丽都公司开发了家用吸收式冰箱。1927年美国通用电气公司研制出全封闭式冰箱。1930年采用不同加热方式的空气冷却连续扩散吸收式冰箱投放市场。1931年研制成功新型制冷剂氟利昂12。50年代后半期开始生产家用热电冰箱。中国从50年代开始生产电冰箱。 随着信息化及电子智能化时代的到来，电子技术发展越来越迅速，对人类生活的影响也更加深远。而人们也要求电子产品更快捷、更方便、更节能。冰箱是现代社会人们生活中必不可少的，也是比较耗电的家电。冰箱关门自动报警电路就是当人们忘记关冰箱门时，而发声提醒的简易电路。 本设计电路主要由以时基电路555为核心组成的单稳态触发器IC1、无稳态多谐振荡器(IC2、IC3)等组成。 集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路,因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名,在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着广泛的应用。国外产品型号有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,国内产品型号有5G1555、SL555、FX5。本电路用的是NE555. 设计本电路是采用分段研究。主要分为：对整流电路的研究；对延时电路的研究；对音频发生电路研究。在各个阶段实验检测成功后，再对总电路进行分析、整合、检测。该电路的应用能在一定程度上节省电能，是对家庭节能环保的支持。家庭节能环保和我们的生活息息相关，而且很容易进行，做好家庭的节能环保工作，不仅节约了资源，也为家庭节约了一定开支，一举两得.所以像这种在生活中既实用又简易的电路应该多研究推广！ 1、产品简要介绍 电冰箱关门自动报警器，属于一种信号报警装置，特别是涉及一种家用电器报警装置。由整流电路、延时电路、一个555定时器单稳态选通器、两个555定时器多谐振荡器、音频发生电路、发声器件组成，不用外加电池，直接由电冰箱内的交流电供电，供电受电冰箱开、关门时动作的按钮开关控制。结构十分简单、成本低、报警信号能在电冰箱开门后延时一段时间发出。
二 总体电路 1.总体电路图  总体电路图如图2-1  2.工作过程简述对总电路进行实验检测时，当冰箱开门时，电路一直工作，关门时，此电路不工作，实现其设计要求。电路工作时，也就是冰箱开门时电路一直报警。电冰箱关门自动报警器，属于一种信号报警装置，特别是涉及一种家用电器报警装置。由整流电路、延时电路、一个555定时器单稳态选通器、两个555定时器多谐振荡器、音频发生电路、发声器件组成，不用外加电池，直接由电冰箱内的交流电供电，供电受电冰箱开、关门时动作的按钮开关控制。 1.电路元器件的工作原理 （1）.555定时器 555定时器是一种将模拟功能与数字(逻辑)功能紧密结合在一起的中小规模单片集成电路。它功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路，是脉冲波形产生与变换的重要元器件，广泛应用于信号的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域。
2.电路工作原理 （1）、555定时器组成框图及工作机理：  1）、555定时器的图形符号及管脚如图3-1所示,各管脚功能如下：1脚：公共端；外接电源负端VCC或接地，一般情况下接地。 2脚：触发端； 3脚：输出端；输出  4脚：复位端；是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：控制电压输入端；VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。 6脚：阈值端；TH高触发端 7脚：内部三极管的放电端；该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 8脚：电源端；外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。 2）、555定时器的内部电路  内部电路图如图3-2所示  （2）、555定时器的方框图，该集成电路由四部分组成：电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲器和放电三极管。 1）、组合结构如图3-3：
三只  的电阻器构成分压电路，为比较器提供比较电压，它们分别使高电平比较器  异相输入端的参考电压为  ，低电平比较器  的反相输入端的参考电压为  。 和  的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。 2）、工作原理如下： 当输入信号自阈值输入端6管脚输入并超过  时，触发器复位，555的输出端3管脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自触发输入端2脚输入并低于  时，触发器置位，555的输出端3管脚输出高电平，同时充电，开关管截止。 复位端4管脚，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接  。控制输入端5管脚，平时输出  作为比较器 的参考电平，当5管脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个  的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。  为放电管，当  导通时，将给接于放电端7管脚的电容器提供低阻放电电路。 3）、555定时器功能表如表3-1所示 （3）、单稳态触发器仿真分析： 单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态，在无外来触发脉冲作用时，电路保持稳态不变，而当有外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，并输出一个脉宽和幅值恒定的矩形脉冲，输出的脉冲宽度  等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于  ，  。单稳态触发器的原理图如图3-4所示：
波形图如图3-5所示 在稳态时，电路一定处于3脚输出为低电平，泄放管  导通的状态。因为电源刚接通时，  通过电阻  给电容  充电，当电容上的电压  上升到  时，3脚输出比为低电平，晶体管  导通，将电容上的电压迅速放掉，使得 < ，2脚电压大于  ，则上述3脚输出电平，  导通状态不变，电容C2上的电压  。 当触发脉冲下降沿到来时，只要其幅度足够大，必使2脚电位低于 。电路翻转进入3脚输出  为高电平，  截止的暂稳态，定时开始。之后，  通过电阻  给电容  充电， 指数上升，时间常数近似为  。当 上升到 时，电路又返回初始的稳态， 变为低电平，同时  导通，电容通过 放电，直至 ，等待下一个触发脉冲的到来。 暂稳态持续时间是电容从零充电至 所需的时间，因此 。输出脉冲宽度 ，与理论值相符。 电容 存在自动充放电过程。当触发脉冲到达时，电源 通过 给电容 充电，从0 V充电到约3.33 V，555定时器的输出始终保持高电平，一但电容充电到3.33 V，555的输出立即转换为低电平，随后电容开始从3.33 V迅速放电到0 V，此后又开始新的充放电过程。在555的输出端可以获得周期性的矩形脉冲，并且输出脉冲的宽度与输入信号的脉宽和幅度无关。 （4）、多谐振荡器仿真分析: 多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需要外加触发信号便能自动产生矩形脉冲。多谐振荡器的电路与施密特触发器电路类似，电路原理图如图3-6所示 电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。通过电阻 , 给电容 充电、电阻让放电的过程来产生振荡，从而输出矩形脉冲，同时可以通过调节,以及的值来调节脉冲的周期与占空比。 输出电压 为高电平的时间 即是电源通过电阻,给电容充电，从 到 的时间， ； 输出电压为低电平的时间即是电源通过电阻给电容充电，从到的时间， ； 波形图如图3-7所示 电容从 充电到 过程中输出保持高电平，从 放电到 过程中输出保持低电平，电容形成周期性的充放电过程，从而在555的输出端形成周期性的矩形脉冲波，构成多谐振荡器。 四、元器件一览表
五、结论 - 优点：这个电路使家庭用电得到了改善，当冰箱的门没有关上的时候，会在10S后进行自动报警，这样更有利于家庭的节约用电。同时也可以将电路进行完善，用在一些其他的定时报警装置里，可以用在自动开、关门，和一些间歇性工作的平台上使用。整体电路装置组装简单，且各部分元件价格低廉，相对比较节约成本。电路本身没有电源提供装置，依靠冰箱本身电力工作，这样也更加节约了用电的费用。
- 缺点：电路只有在特定的电压下才会正常工作，当电路元件的规格发生改变后，整体的电路会随之而发生改变。组装或者使用过程当中有些元件容易损坏，需要将此装置安放到一个特定的保护罩当中。
六、本次课程设计体会 毕业设计可以说是对我大学3年学习成果的考核和总结。在这短短的时间里我通过自己的努力以及老师的耐心指导，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了这次大学3年里最后的设计实践。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。毕业设计是我们学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次对冰箱关门自动报警电路的设计，对知识进行了一定的巩固，认识到了自己在这方面存在的种种不足。这次毕业设计让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。 当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。
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