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1、科技发明制作（B）类论文作品名称：饮水机水开提醒装置 作品类别：科技发明制作（B）类作品编号：AH328 饮水机水开提醒装置摘 要：本设计是以光耦EL817实现电流至电压的转换，又以电压比较集成LM393和附属元件组成的脉冲整形电路，加之音频发生电路而做成的简单的饮水机水开的提醒装置。系统简单实用，还可轻易改装成其它家用电器由工作状态转为非工做状态的提醒装置。关键字:EL817 LM393 脉冲 整形目 录1 前言32 系统总体框架设计33 方案比较与论证34 系统硬件设计4 4.1 电流/电压转换电路4 4.2上升沿检测5 4.3 信号整形6 4.4 水开提示音频发生电路75 系统模拟实验8
2、6 系统硬件测试9结束语9参考文献101 前言 针对宿舍里新的500W饮水机，相对于以前烧水更快，热水豹纹时间更长而且烧水的气泡声也几乎没有了，然就因为这，我们反而更加不易发现是否烧开，只能去看一看加热灯是否亮着，在白天的环境下就更不容易发现灯是否亮着。至此，给它加一个水开提醒装置是一件很有必要的事。然对饮水机的内部电路进行改造不为上策，在它的输电线上考虑一下却实为不错。2 系统总体框架设计 根据系统要求，设计总体框图如图1所示。上升沿检测电流/电压转换音频发生信号整形图1 系统总体框图3 方案比较与论证 音频电路供电电源的选择与论证方案一：采用变压器供电。可直接利用220伏交流电，但体积太大
3、，不适合此电路供电方案二：采用阻容降压方式。可提供较小电流，体积小，便于安装，但阻容降压的方式开机时的冲击电流大，与市电不隔离。方案三：采用充电器进行供电，简单，稳定，减少制作的麻烦，是理想的供电电源。4 系统硬件设计4.1 电流/电压转换电路这部分电路有两个功能，其中一个是实现强电与弱电的隔离，另一个主要功能是电流/电压转换，电路图如图4.1.1所示。图4.1.1R1为取样电阻，使用的是0.5/5W的水泥电阻。当饮水机不加热时，流过R1的电流为0，光耦里的发光二极管，在B点产生一个高电平；当这个500W的饮水机在正常加热时，流过R1的电流为2.5A，R1两端电压的有效值为1.25V，最大值达
4、1.7V。而光耦LE817里的发光二极管只要有1.1V的电压，即可发光，因而光耦里的发光二极管发光，光耦次级导通，在B点产生一个低电平。从而实现0、2.5A与直流电平5V、0的转换。由于饮水机的电流是交变电流，即使是加热状态，光耦也不是一直导通的，而是每秒交替进行50次的导通和截止，所以在后级通过电阻R3后加入了一个滤波电容C1，使饮水机加热时，在C点一直输出低电平。EL817管脚示意图如图4.1.2。图4.1.24.2上升沿检测当饮水机加热完成时，在C点产生一个从低电平到高电平的跳变。此部分电路的功能就是在这个跳变发生时产生一个脉冲信号，供后级电路使用。电路如图4.2.1所示。图4.2.1
5、上升沿检测电路在加热的过程中，C点处一直处于低电平，D点也为低电平，在加热完成的瞬间，C点突然变为高电平，此时电路通过R5对C2充电，随着充电的进行，C2两端的电压逐渐升高，D点的电位逐渐降低，直到C2充电完毕，D点恢复低电平。从而在D点形成一个先上升，再下降的脉冲，脉冲的宽度与电容器C2有关，增加这两个值，可以使脉冲的宽度增大。当开始加热时，C点变成低电平，D点的电平为负，C2通过二极管D1快速放电，D点很快又变为高电平。Multisim中电路的模拟情况如图4.2.2。图4.2.24.3 信号整形在D点输入一个脉冲信号之后，需要对该脉冲信号进行整形，才能够更好的驱动后级的音频发生电路。电路如
6、图4.3所示。4.3 脉冲整形电路在D点输出一个脉冲信号之后，需要对该脉冲信号进行整形，才能更好的驱动后级的音频发生电路，电路图如图所示。整形电路由电压比较集成电路LM393和附属元件组成，3脚电压由R7和RV1分压获得，D点电压与3脚电压进行比较，如果大于3脚电压，则输出一个低电平，反之输出高电平，改变RV1的阻值，可以改变3脚的电压，进而可以改变低电平的宽度，从而改变音频的提示时间。LM393引脚功能图见图4.3.1。图4.3.14.4 水开提示音频发生电路电路图如图4.4.1，当在E点输入一个低电平之后，三极管VT1导通，给后面由VT2、VT3等元件组成的互补音频振荡器供电，振荡器立即起
7、振，扬声器中发出提示音，我们就知道水烧开了。当E点变为高电平时，VT1截止，发音停止。增大R12和C3的值，可以增大声音的频率。4.4.1音频发生电路5 系统模拟实验 本设计中，我们采用了proteus与multisim并行的电路分析模拟实验，解决了在两款软件中均未有EL817，而采用在B点加一二极管，利用其单向道通性，实现了整流的目的，使得整体的实验效果能够在实际环境中更为逼真。图示5.1，5.2展示了仿真的过程，理论上能够实现所需要的功能。6 系统硬件测试 在用USB供直5伏的情况下，扬声器两边电压为0.8V左右，达不到扬声器所需的工作电压，实现了在未有脉冲冲击的情况下，扬声器是不工作的。
8、为简便系统测试，我们在光耦输入端直接1.5V电池接入，当作简单的脉冲冲击。松开电池，喇叭声响，达到了在设计初期无电流流过R1而使扬声器起声而引起我们注意的效果。硬件测试达到所需要的实际效果。结束语 在这近两个星期的课外制作中，从选题、方案论证、元件采购、焊接制作，每一项都浸透着我们的汗水。时间虽然用的只是课余的点点滴滴，但让我们感觉很充实，很有成就感。虽然作品只是一个很简单的提醒装置，但让我们真实的感受到了电子学科的魅力。在学习中，我们还同样学会了proteus、multisim等EDA工具的简单应用，感觉到了此类工具给我们对电路分析与仿真提供了巨大的方便。参考文献：1模拟电子技术基础，西安电子科技大学出版社，孙肖子，张企民编著。2Proteus电子电路设计及仿真，电子工业出版社，谢龙汉，莫衍编著。3Multisim 10 电路仿真及应用，机械工业出版社 (2011-07出版)，张新喜、许军、王新忠、 等编著4电子设计从零开始，清华大学出版社，杨欣，王玉凤，刘湘黔 编著5电子工程师速成手册，电子工业出版社，胡斌 编著6电子爱好者入门必读，中国电力出版社，黄继昌，张艺东，张海林，张海贵，李永生 编著15