陳婧瑤 中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程08級(jí) 100024
智能式可視門(mén)鈴的設(shè)計(jì)研究
陳婧瑤 中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程08級(jí) 100024
本次設(shè)計(jì)研究為基于兩片555觸發(fā)器的實(shí)用電路。所謂“智能式可視”門(mén)鈴即在主人手動(dòng)控制的不同狀態(tài)下,客人按下門(mén)鈴時(shí)屏幕上會(huì)閃爍顯示不同的字母,以便客人了解主人當(dāng)前的情況。通過(guò)基于555觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器及LED點(diǎn)陣來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。
555 觸發(fā)器;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;多諧振蕩器;LED點(diǎn)陣
“可視”門(mén)鈴可分為兩部分,其一為開(kāi)關(guān)部分,其二為狀態(tài)選擇及顯示部分。開(kāi)關(guān)部分通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(觸摸開(kāi)關(guān)),多諧振蕩器(秒脈沖)和NPN三極管開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn),狀態(tài)選擇及顯示部分可通過(guò)開(kāi)關(guān)控制的LED點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)客人用手觸摸門(mén)鈴開(kāi)關(guān)(開(kāi)關(guān))時(shí),發(fā)光二極管點(diǎn)陣可根據(jù)主人所設(shè)置的狀態(tài)閃爍顯示不同的字母。若“允許進(jìn)入”顯示“I” ;若“不便接待”,顯示“X”;若“已經(jīng)外出”顯示“O”。
2.1 開(kāi)關(guān)部分的方案選擇
方案一:(如圖1)
方案二:(如圖1)
方案三:(如圖1)
方案選擇:
圖1
圖3
方案一中,5 5 5觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)能力有限,電流過(guò)大易導(dǎo)致器件發(fā)熱損壞,不能可靠地驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的LED。
方案二中,u A 741的最大輸出電流僅28m A左右,無(wú)法用于驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣。
方案三中,三極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。由于秒脈沖的輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào),接入NPN型三極管使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),即可完成LED的驅(qū)動(dòng)電路。此時(shí)555觸發(fā)器的輸出接三極管的基極,工作電流滿足要求。
綜上所述,選擇方案三為設(shè)計(jì)方案。
2.2 顯示部分的方案選擇
方案一:
用5個(gè)3*3的LED點(diǎn)陣,若“允許進(jìn)入”顯示“come” ;若“不便接待”,顯示“n igh t”;若“已經(jīng)外出”顯示“no t in”。
com e效果示意:(如圖2)
n igh t效果示意:(如圖2)
not in效果示意:(如圖2)
方案二:
用一個(gè)4*4的LED點(diǎn)陣,若“允許進(jìn)入”顯示“I” ;若“不便接待”,顯示“X”;若“已經(jīng)外出”顯示“O”。
效果示意:
I效果示意:如圖3
X效果示意:如圖3
O效果示意:如圖3
方案選擇:
方案一與方案二相比,要顯示的內(nèi)容比較復(fù)雜,但發(fā)光管數(shù)量又相對(duì)太少,導(dǎo)致其實(shí)顯示效果不太理想,客人很難正確理解顯示內(nèi)容。而且方案一的二極管點(diǎn)陣遠(yuǎn)比方案二復(fù)雜,電路焊接困難更大,工作時(shí)耗能也比較大,不符合“節(jié)能環(huán)?!钡男律罾砟?。
綜上所述,選擇方案二為顯示方案。
電路設(shè)計(jì)圖:
3.1 觸摸開(kāi)關(guān)部分(單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)
圖中右半部分為觸摸開(kāi)關(guān)部分,箭頭處(U 1的2腳)連接金屬片;
如原理圖所示,U 1為由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)手觸摸金屬片時(shí)相當(dāng)于輸入一負(fù)脈沖,555內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn),使輸出變?yōu)楦唠娖郊碫 o=5V,直到電容C 1上的電壓為三分之二V c c。輸出高電平的時(shí)間為t=1.1RC=11s。[1]
此高電平輸出作為多諧振蕩器的工作電壓。
圖2
3.2秒脈沖部分(多諧振蕩器)
中間部分為秒脈沖,當(dāng)有人觸摸開(kāi)關(guān)時(shí),U 1輸出約為10s的高電平,U 3工作,發(fā)生秒脈沖;
如原理圖所示,U 3為由555組成的多諧振蕩器電路。
脈沖波的頻率為f=1.43/(R 4+2R 3)C=1H z。[2]
R 2:防止555的負(fù)載電流過(guò)大;
3.3 NPN三極管Q1
Q1起開(kāi)關(guān)作用:B級(jí)輸入為高電平時(shí),開(kāi)關(guān)接通,二極管點(diǎn)陣點(diǎn)亮;B級(jí)輸入為低電平時(shí),開(kāi)關(guān)斷開(kāi),二極管點(diǎn)陣不發(fā)光。
無(wú)人按門(mén)鈴時(shí),B級(jí)輸入為低電平,二極管點(diǎn)陣不發(fā)光,有人按門(mén)鈴時(shí),U 3輸出持續(xù)約10s的秒脈沖,二極管閃爍。
3.4 狀態(tài)選擇及顯示部分(開(kāi)關(guān)控制的LED點(diǎn)陣)
左半部分為狀態(tài)選擇及顯示部分,LED處為發(fā)光二極管點(diǎn)陣。LED點(diǎn)陣根據(jù)不同的狀態(tài)選擇,按照脈沖波的頻率閃爍顯示不同的字母:閉合K 1顯示“X”閉合K 1K 2顯示“I”閉合K 2K 3顯示“O”。
K 1,K 2,K 3分別控制不同的二極管:K 1控制(1,1)(1,4)(2,2)(2,3)(3,2)(3,3)(4,1)(4,2)顯示為“X”,也是“I”顯示所需部分;K 2控制(1,2)(1,3)(4,2)(4,3)為顯示“I”“O”的公共部分;K 3控制(2,1)(2,4)(3,1)(3,4)為顯示“O”所需部分;故閉合K 1顯示“X”,閉合K 1K 2顯示“I”,閉合K 2K 3顯示“O”。
R6:防止二極管中電流過(guò)大。R6=(5-1.7-0.3)/(0.03*12)=82Ω
4.1 M u ltisim仿真實(shí)驗(yàn)
電源:5V
觸摸開(kāi)關(guān)輸出高電平:5V
秒脈沖輸出高電平:5V
仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖4。
圖4
5.1 面包板測(cè)試數(shù)據(jù)
測(cè)試方法:暫不接入LED點(diǎn)陣,測(cè)試觸摸開(kāi)關(guān)及秒脈沖的輸出信號(hào)。
測(cè)試結(jié)果:電源:6V
觸摸開(kāi)關(guān)輸出高電平:4.3V
秒脈沖輸出高電平:4V
5.2 焊接電路板實(shí)驗(yàn)測(cè)試
實(shí)物圖5。
圖5
測(cè)試方法:
依據(jù)設(shè)計(jì)電路將各元件焊接在電路板上,接入5V的開(kāi)關(guān)電源,測(cè)試電路功能。
測(cè)試結(jié)果及效果圖:(如圖6)
閉合K 1K 2:觸摸金屬片,出現(xiàn)閃爍的“I”;
閉合K 1:觸摸金屬片,出現(xiàn)閃爍的“X”;
閉合K 2K 3:觸摸金屬片,出現(xiàn)閃爍的“O”。
6.1 設(shè)計(jì)之前需要對(duì)所用器件及所要實(shí)現(xiàn)的功能有清楚地認(rèn)識(shí),能夠?qū)⑺獙?shí)現(xiàn)的功能分層實(shí)現(xiàn),確定各子模塊的功能及各子模塊之間的關(guān)系及連接,再具體設(shè)計(jì)各子模塊。
6.2 設(shè)計(jì)階段需要注意各個(gè)器件的主要參數(shù),避免出現(xiàn)想當(dāng)然的情況(例如由于器件額定電流的限制無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣),考慮到相關(guān)參數(shù)以后更全面的論證設(shè)計(jì)方案,力求設(shè)計(jì)方案更加安全,簡(jiǎn)潔,有效。
6.3 設(shè)計(jì)階段盡量使設(shè)計(jì)方案易于實(shí)現(xiàn),用更簡(jiǎn)潔的方法達(dá)到更好的效果(例如本設(shè)計(jì)中LED點(diǎn)陣的方案選擇),設(shè)計(jì)方案時(shí)需要考慮實(shí)施過(guò)程難易程度(例如LED點(diǎn)陣中導(dǎo)線的焊接)及表達(dá)效果,避免太過(guò)理想化,復(fù)雜化。
6.4 在電子設(shè)計(jì)中需要學(xué)會(huì)高效運(yùn)用仿真軟件,通過(guò)軟件來(lái)保證設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性,從而完善設(shè)計(jì),避免器件的浪費(fèi)。
6.5 焊接電路之前應(yīng)該考慮好電路的布線,從而保證電路的穩(wěn)定及美觀,同時(shí)提高電路布線焊接的效率。
焊接電路之前需要先檢查器件是否正常,避免在實(shí)驗(yàn)板上焊接性能不良或已損壞的器件而造成的調(diào)試?yán)щy和返工的麻煩。
圖6
[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).高等教育出版社.493頁(yè)
[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).高等教育出版社.494頁(yè)
10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.090