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机械风扇的升级改进

程控风扇的电子线路原理图

上图为程控风扇的电子线路原理图。

电路原理

与传统风扇一致,程控风扇同样由定时电路与风速调节两部分组成。CMOS电路MC14060负责定时功能,CD4017则完成风扇转速的控制。

定时电路:MC14060是摩托罗拉公司生产的十四位二进制计数器电路。此类电路种类繁多,之所以选用MC14060,是因为它内部还集成了振荡电路,从而可使电路得到简化,设计起来更加容易。MC14060引脚分布如下图所示。

MC14060

电阻R2、R3,电容C3与MC14060内部电路,构成阻容振荡器。振荡器频率主要取决于R2、R3、C3的数值,可近似表示为f≈1÷2.3÷÷C3。MC14060复位后,时钟电路起振,MC14060对时钟输入进行分频计数。MC14060第3脚为14级分频计数输出端,取这一端,作为定时控制。通过计算,可以得出14级分频输出脉冲宽度为8192÷f,这.就是定时时间。

由这个公式可以看出调节时钟频率即可调节定时时间。调节时钟频率可以通过调节电阻或电容两种方式。可变电容的调节范围有限且稳定性与容量也都有所局限。而可调电阻调节范围广,稳定性好,所以,本制作采用了电位器调节方式。将固定电阻R2接入振荡电路,用来决定定时时间的下限,即最小定时时间,这个时间大约为5分钟。当R3阻值调至最大时,时钟频率达到最低,此时定时时间最长,本电路中可达50分钟。所以调节电位器,定时器的定时时间可从5—50分钟无级变化。如需准确定时,可用时钟进行校正。电子定时器稳定性极好,常温下变动不会超过千分之一。

风扇转速控制电路:风速的切换由CD4017完成。CD4017为十输出译码电路。它的引脚分布以及输入、输出时序如下图所示。

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CD4017内部包含五只触发器,可完成对时钟脉冲的计数译码。它有O~9十个译码输出端,当时钟端输入计数脉冲,则十个输出端会循环输出高电平。由于风扇仅有待机、低速运转、中速运转、高速运转四种状态,而CD4017每十个时钟脉冲才循环一次。所以要作出校正,当第四个时钟脉冲到来时,CD4017的第10端输出高电平,将此高电平通过二极管D5传回第15脚,使CD4017自动复位,译码输出“0”端进入高电平状态,风扇进入待机。这样,每四个时钟,CD4017即可完成一次循环。

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CD4017通电复位后,第3脚输出高电平,发光管D4点亮,指示风扇进入待机状态。按下AN1按键后,风扇启动,CD4017第二脚输出高电平,三极管Tl导通,继电器K1触点闭合,风扇电机低速绕组通电,进入低速运转状态。AN1再次按下时,同理可使风扇进入中速运转……当按键按下四次后,风扇完成低速一中速一高速的循环,重新进入待机状态。C5、R7可滤除外界干扰,保证风扇转速稳定切换。

需要注意的是CD4017的13脚为时钟允许端,这一端必须接低电平,CD4017才能正常工作。

风扇的定时通过对CD4017复位端的控制来完成。MC14060与CD4017均采用高电平复位。当风扇通电后,CD401首先复位,进入待机状态,它的3脚输出高电平,这样使得MC14060的复位脚12端维持高电平状态,MC14060各分频输出端输出低电平,RC振荡器停止振荡。当风扇进入运转状态时,CD4017的3脚变为低电平,从而使MC14060的复位端12脚电平变低。MC14060开始进入工作,各分频输出端输出计数脉冲,定时时间到来后,3脚输出高电平,通过二极管D4将这个高电平传到CD4017复位端,CD4017复位后,风扇停止运转,进入待机状态。同时CD4017的3脚将高电平传导回MC14060的12脚,并维持高电平,使定时电路复位,停止工作。

整机电源直接取自220V交流电压。采用电容降压全波整流电路,并经过二极管稳压,取得5V、100mA左右的稳定5V电压提供电路使用。这样就直接降低了电路成本,同时电路也得到了简化。

元件选择

继电器K1、K2、K3选用标称电压5V的小型继电器,继电器两端需要加接反向电压限制二极管D6、D7、D8,用来保护继电器驱动电路。由于CMOS电路驱动能力有限,所以驱动继电器的三只三极管T1、T2、T3要选用放大倍数较高的管子,这里选用的2sc945放大倍数为200左右。D1选用5V稳压二极管,标称耗散功率1W,这里使用IN4733。降压电容C1耐压要在400V以上。按键AN1使用小型轻触式按键。

注意事项 由于整机电源直接取自220V市电,需要一定的操作技能。不习惯的话,可采用5V外接稳压电源进行试机,电路正常工作后,再接入220V电压,稍微调整即可。此电路,只要焊接无误,一般来说是不需要调试都能正常工作。

定时功能不使用时,需将定时电位器R3阻值调到最大。因为风速控制电路直接控制定时器的工作,只要风扇开始运转,定时电路便会自动启动。这样的好处是,即便操作者临时走开,一时忘记关闭风扇,最大定时时间一到,风扇也会自行关闭。