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专业 班级 内蒙古化工职业学院
毕业设计说明书(论文)开题报告 姓名 毕业设计题目 课题目的及 意义（包括理论上和实践上的意义） 课题研究的主要内容 专业、班级 指导教师 主要研究（设计）方法论述 四、设计（论文）进度安排： 时 间 工 作 内 容 指导教师意见 签字 年 月 日
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超声波遥控调速电风扇的设计
摘 要
文章系统介绍了超声波发射/接收控制电路组成、电路工作原理、电路设计、程序设计、产品制作过程。该装置的发射和接收电路均采用超声波传感器来实现，避开了传统的红外编码遥控装置设计思路。该设计集传感技术、电子技术于一体，其有经济、适用、使用方便等特点。主要内容包括具体设计的方案、理论分析、给出了具体的电路图、系统调试及主要技术性能参数并进行了可行性论证。
关键词：超声波发射/接收电路;控制电路;译码电路
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目 录
第1章 设计思路与方案............................(1)
1.1 设计思路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (1) 1.2 方案设计 „„„„„„„„„„…„„„„„„„„„„. (3) 1.3 方案论证 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„. (4) 第 2 章 单元电路设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„..(5)
2.1. 传感器设计与选用 „„„„„„„„„„„„„„„„„.(6) 2.2 超声波发射电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„. (8) 2.3 超声波接收电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„. (9) 2.4 译码电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„. (10) 2.5 控制电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„. (12) 2.6 电源电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„ (17) 第3章 系统组成及工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„ (21) 3.1 系统组成 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(22) 3.2 系统工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (23) 第4章 产品制作与调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„(24)
4.1 PCB板设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(24)
4.2 元器件检测与元器件项目表 .........................(27)
4.3 产品安装 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (29) 4.4 产品调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(30) 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„. (31) 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ (32) 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„. (33)
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前 言
如今风扇的用途太多了，比如在库房可以用来排气，在厨房可排油烟。特别是在炎热的夏天，可以给人们带来了一阵阵凉风，使人们在舒适的环境下安心工作。目前风扇种类较多，如落地扇、坐式、壁式、吊式等；从控制方式可分为挡位式、按键式、红外遥控式等，但不管哪种控制方式都有不足之处，比如，按键式作不方便，红外遥控式操作时，发射和接收方位必须对准，否则很难有效控制。随着社会的不断发展、科技的不断进步、人们生活水平的不断提高，先前的产品还存在很多的不足,已经不能再满足人们的需求，那么就迫切要求新产品的问世。为了解决上述问题，本次开发了超声波遥控电风扇调速控制电路的课题,即采用超声波来控制电风扇。超声波遥控电风扇调速控制电路是利用超声波发射器发射的信号通过译码电路，由控制电路来进行有效的功能控制的。该装置与红外遥控传统产品比较具有控制性好、灵敏度高、无需方位准确等特点。
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第1章 设计思路与方案
1.1 设计思路
随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，人们的要求越来越高，在日常生活中已经不满足古老的按键式电风扇。随着人们生活的需要，风扇从简单的按键式控制向遥控自动控制转化。在这种情况下，我们拟定开发了超声波遥控风扇的研究，为人们的生活提供了许多的方便。超声波发射/接收控制电路均采用AT89C2051单片机来实现，在电风扇电路中控制电路主要有调速开关、定时器、电容器和电抗器，电风扇的控制电路的主要功能是调速控制，主要的方法有电抗器调速、抽头调速和电子调速等。
遥控电风扇是90年代初期在广东珠江三角洲地区做大量的研发和生产，并有专门的掩模芯片作为主控芯片使用的。
该电路既可按照系统默认的定时时间参数自动运行，也可由使用者随时通过按键输入设置新的定时时间参数；在整个定时时间内，既可选择风速的快慢也可以选择风的种类。由于本电路的时钟是对晶振分频后获得的，具有极高的频率稳定性，且延时系统采用数字计数的方式进行，因而对时间的控制精度较高，可有效地避免普通RC延时电路控制时间不准确、不可靠的问题出现。
利用红外线来发射的话，存在很多的不足，因为它是利用砷化钾发光二极管来控制的，它所发射出的光波在0.93微米左右。发射和接收红外线也由相应的集成电路来完成，同时，相应的电路比超声波电路复杂，因为在红外线的传播中，它存在灵敏度不高、非得对准等缺陷。
因此在这个设计中本人采用了超声波控制技术来控制电路的运行。通过资料显示效果超声波也不错为遥控的首选工具。
1.2 方案设计
方案一：
该电路由红外接收放大、解码、自动控制、手动、LED发光管工作状态指示器、定时关机指使电路组成。此种电风扇是采用全功能红外遥控的电风扇电路，有正常风、自然风、睡眠风三种功能，控制自动摇头、5～75小时的定时关闭功
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能，并且还有一个独立的夜间微光照明灯，制作容易，使用很方便。
电路原理：接收电路如图1，从电路图中我们可以看出，其核心部件就是一个具有红外接收放大、解码、自动控制、手动操作、LED发光管工作状态指示、定时关机指示设定于一体的集成电路。使得该电路外围元件较少，且十分简单、安装方便。220v经F、D1、R1、R2降压限流。由D2、D3、C2、D4稳压形成＋5V的直流提供给IC1(BA8206)的脚、脚和红外接收头(AX889W)。红外接收头的2脚将红外接收头的信号输送到IC1的2脚，经解码后去控制各种动作。每次功能的操作都由HD(22mm压电蜂鸣片)发出声响以提醒操作,印刷电路板本文从略。
操作说明：A1～A5分别为接收板上的手动微型轻触开关，A1为关机开关，它能切断风扇功能、摇头和已经设定的5～75小时关机时间，并能记忆关机前的运行方式，但定时方式和睡眠方式不被记忆，不能控制彩灯的开、关。A2为定时关机的设定开关，每按动一次可分别设定0、5、1、2、4小时的累计定时，并由相对应的发光二极管指示时间的进度，最大可设定为75小时。A3为开机和风扇速度调整开关。A4为风扇摇头开关。A5为彩灯开关，它的开、关是不受A3开关控制而独立操作的。
全功能红外遥控电风扇系统组成方框图如图1.1所示。
图1.1 红外线发射电路方框图
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主 令 控 制 器 微 处 理 器 红 外 发 射 电 路
红 外 接 收 电 路 微 处 理 器 风 扇 控 制 电 路 图1.2 红外线接收控制部分方框图
方案二：
该系统由超声波发射电路、超声波接收电路、译码电路、控制电路、风扇和电源电路五部分组成。
它的系统原理为:由接收电路接收信号，通过译码，然后由控制电路达到所需功能控制的目的。
此方案采用超声波遥控技术指标，工作性能较好 ，它不但在技术上性能好，经济上比较合理，而且操作方便，易于实现。考虑它的经济性、可行性，决定采用以下方案。
系统设计方框图如图1.3所示：
风 扇
图1.3 超声波遥控电风扇调速控制电路设计系统方框图
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1.3 方案论证
方案一利用红外线来发射的话，存在很多的不足，因为它是利用砷化钾发光二极管来控制的，它所发射出的光波在0.93微米左右。发射和接收红外线也由相应的集成电路来完成，同时，相应的电路比超声波电路复杂，因为在红外线的传播中，它存在灵敏度不高、非得对准等缺陷。
方案二采用超声波遥控技术指标，工作性能较好 ，在技术上性能好，经济上比较合理，操作方便，易于实现。考虑它的经济性、可行性，此方案在各方面都有其优势。
通过上述方案一和方案二论证比较，决定选择方案二作为本设计论证。
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第2章 单元电路设计
2.1 传感器的设计选用
2.1.1 超声波的概述
超声波的用途广泛，比如可以借助超声波强大的能量，把人体内的结石击碎，即超声波体外碎石治疗，避免了外科手术；还可以帮助金属零件、贵重首饰、玻璃和陶瓷制品除垢；超声波的另一个主要应用就是“声纳”。在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器，还可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品的内部结构，各种焊接结构、紧固结构的质量检查，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹；超声波与计算机的信息处理技术相结合，可以让超声波像光一样的被成像，即超声波成像技术等等。本课题即采用超声波技术来控制电风扇，如今各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。在外观和功能上都更追求个性化，塔式气流扇尊贵典雅，卡通台扇娇巧可爱，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的遥控电风扇厂家拿来做文章，并在此基础上增加了照明、驱蚊等更多的实用功能，但是超声波还存在很多的不足，比如发射的距离短等等，那么随着数字化技术的发展，要解决这些不足，超声波技术就应该趋于模块化。
2.1.2 传感器的作用及组成
（1）传感器的作用
能把被测物理量、化学量或生物量转换为与之有确定对应关系的电量输出装置称为传感器。传感器是一种能把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。在这里我们是用传感器把人体的温度信号转换为最易于处理和便于传输的电信号。 （2）传感器的分类
用于测量与控制的传感器种类繁多。一个被测量，可以用不同的传感器来测量；而同一原理的传感器，通常又可以测量多种非电量。因此传感器的分类很多。
传感器一般都是根据物理学、化学、生物学等特性、规律和效应设计而成的。因此，各类传感器的工作原理不同，传感器大体上可分为物理型、化学型及生物型三类。
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（3）传感器的组成
传感器一般由敏感元件、传感元件、测量电路、和辅助电源四部分组成，如图4所示。
被测 非电量 敏感元件 传感元件 测量电路 电量
图2.1 传感器组成方框图
辅助电源 2.1.3 超声波传感器的原理
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：
（1） 工作频率：工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
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（2） 工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头，其使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3） 灵敏度：主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
超声波传感技术应用生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声振幅的高低。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。
2.1.4 超声波传感器的结构
压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波传感器内部结构如图2.2所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
图2.2 超声波传感器结构图
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2.2 超声波发射电路的设计
2.2.1 超声波发射电路的作用及组成
超声波发射器电路由一块超声波振荡发射专用模块NYKO和超声波发射换能器BT两部分组成。振荡发射模块发射产生振荡频率为40 kHz脉冲，然后通过发射换能器BT将NYKO的输出的40kHz的振荡脉冲转换成40kHz的超声波，向空中发射出去。
2.2.2 超声波发射电路的设计
根据本课题的要求,该发射电路由一块超声波振荡发射专用模块NYKO和超声波发射换能器BT两部分组成，通过集成电路产生交变电压，不需要变压器，直接加在发射换能器上，它就可以工作了,这里使用的集成电路是NYKO，它通过发射换能器BR发送出信号，其电路原理图如图2.6所示：
图2.3 超声波发射电路图
2.2.3 元件介绍
集成电路NYKO能够产生交变电压，直接加在换能器上就可以配合其工作，它的封装图如2.4所示:
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图2.4 NYKO的封装图
NYKO的引脚功能如下所示： 1.3脚：LC谐振网络决定收发频率 4脚：收、发控制端 2脚：是收、发成功标志端
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2.2.4 超声波工作原理
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，完成接收和产生超声波的这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
2.3 超声波接收电路的设计
2.3.1 超声波接收电路的作用及组成
该接收电路由超声波接收换能器BR、40kHz放大器、译码电路、单稳态触发电路、计数/分频电路、可控硅驱动电路、鸟鸣发声电路和交流降压整流电路等组成，其核心器件是LM567，它内部包括了放大、检波、振荡器和驱动输出等部分。超声波的接收由换能器来完成，它经过电容C接在LM567下
2.3.2 元件介绍
图2.4：超声波接收电路图
BR是与发射BT相配的超声波接收换能器UCM-40R，它将40kHz超声
波信号转换成相应的电信号。
整个接收电路采用交流降压整流方式供电，并由三端稳压器7809稳压输出9V电压。KD56012的典型工作电压为3V，为此，设计了R11，VDW1稳压网络，由2CW51稳压输出3V为其供电。
2.4 译码电路的设计
2.4.1 译码电路的组成及作用
该译码电路由锁相环、直角相位检波器（正交鉴相器）、放大器和一个输出
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晶体管组成。它将一定幅值的电信号经IC1内部放大、相位锁定和正交相位检波后，输出端转呈低电平逻辑输出，并触发IC2翻转置位。
2.4.2 译码电路的设计
锁相环内包含一个电流控制振荡器（CC0）、一个鉴相器和一个反馈滤波器。
VT1，VT2等组成直接偶合式放大器和射随器，将放大后的信号加至IC1进行
译码。IC1是一块内含锁相环路（PLL）的译码器LM567（或ME567），其5、
6脚外接的RC阻容元件可决定锁相环内部压控振荡器的中心频率f。
f。≈1/1.1RRP1C2
调节RRP1使f。在40kHz左右。
LM567的可靠译码的信号幅值一般在100~200mV。平时，LM567的输
出端8脚呈高电频，对后级电路IC2无作用；当一定幅值的40kHz电信号加至输入端3脚时，经IC1内部放大、相位锁定和正交相位检波后，其输出端转呈低电平逻辑输出，并触发IC2翻转置位。 其译码图如图2.5所示：
R415KR5560K48U334365U2826710μ1IC1LM56721IC2555RP110KC31μC42.2μC5C60.01μC20.1μ5 图2.5 超声波译码电路图
2.4.3 元件介绍
该译码电路的主要核心元件是LM567，它有五个输出端子。其中二个（引脚5和6）提供振荡器的输出波形，而第三个输出端子引脚8，则如前所述为
LM567的主要输出口。其余的二个输出端为此解码器的引脚1和2。引脚2与
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锁相环的相位检波器输出端相接，在内部被静态偏置到3.8V。当LM567接收到带内输入信号时，此偏置电压随之改变，且在典型的0.95至1.05倍振荡器自由振荡频率范围内，偏置电压的变化与输入信号频率呈线性关系。其斜率为每频偏百分之一有20mV（即20mV/%0f f0），LM567封装引脚结构图如图2.6所示:
U?输出滤波1低通滤波2输入3电源478输出7地6定时元件5定时元件
图2.6 LM567封装结构图
LM567结构框图如图2.7所示:
图2.7 LM567结构框图
2.4.4 译码电路工作原理
LM567的输出端8脚呈高电频，对后级电路IC2无作用；当一定幅值的40kHz电信号加至输入端3脚时，经IC1内部放大、相位锁定和正交相位检波
后，其输出端转呈低电平逻辑输出，并触发IC2翻转置位。
2.5 控制电路的设计
2.5.1 控制电路的组成及作用
该控制电路由集成块CD4017、放大器、555电路组成，主要作用是控制信号的有效输出。
2.5.2 元件介绍
CD4017有三个输入端(两个时钟输入端ＣＰ第{14}脚和ＥＮ第{1}脚与
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复位端Ｃｒ第{15}脚)。有十个输出端Ｑ０～Ｐ９(依次为第{3}、{2}、{4}、{7}、{10}、{1}、{5}、{6}、{9}、{11}脚。还有一个进位端Ｃ０。其功能是：当复位端Ｃｒ加上高电平和正脉冲时，输出端Ｑ０为高电平，其余九个输出端Ｑ１～Ｑ９均为低电平。时钟输入端ＣＰ对输入时钟脉冲的上升沿计数。ＮＥ则对时钟脉冲的下降沿计数。Ｑ０～Ｑ９这十个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。如从０开始计数，则输入第一个时钟脉冲时，Ｑ１就变成高电平。输入第二个时钟脉冲时，Ｑ２变成高电平„„直到输入第十个时钟脉冲，Ｑ０变为高电平。同时，进位端Ｃ０就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。Ｃｒ为复位端，也称为清零端。当Ｃｒ输入高电平时，电路复位，即输出端Ｑ０为高电平，Ｑ１～Ｑ９为低电平。如此反复，只要集成块
ＮＥ５５５第{3}脚送来的二进制信号不消失，ＣＤ４０１７将二进制信号转
换成为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。
555集成电路以及引脚功能介绍
555集成电路是单稳态触发器的重要组成部分，单稳态触发器具有稳态和
暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态。它的原理图如图9所示，封装图如10所示。
图2.6 555时基电路原理图和封装图
555集成电路内部是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS
触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的反相输入端5接到由三个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处（5也称控制电压端），同相输入端6为阀值电压输入端。比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的
1/3Vcc处，反相输入端2为触发电压输入端，用来启动电路。
555时基内部原理框图如图2.7所示
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图2.7 555时基内部原理框图
两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端RD4，当复位端处干低电平时，输出3为低电平。控制电压端5是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O．01μF的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器等。
555为可重触发单稳态集成电路，微分波经D2、D3构成的与门电路作为
单稳态电路的触发脉冲，触发后3端输出高电平，经限流电阻R17驱动可控硅。
单稳态触发器的工作特点是：只有一个稳定状态，即无信号触发时，电路处于稳定状态；在外来触发脉冲作用下，可从稳定状态翻转到暂稳态，经过一段时间后又自行回到稳定状态。即有驱动作用。
555时基电路引脚功能如下表:
表：555时基电路引脚功能
1脚 2脚 3脚 4脚 5脚 6脚
接地 低电平触发端 输出端OUT 总复位端 外部电压控制端 高电压触发端TH 18
7脚 8脚
放电端DIS 电源端Vcc IC2输出的正脉冲信号作为计数时钟加至IC3的CP端。IC3采用十进制脉冲计数/分频集成电路CD4017，将其接成计数电路组成，且Q4端经VD1接至复位端R，使输出只在Q0~Q3间循环。在电路刚通电时，由于C7、R6微分网络的微分作用，微分的正向尖脉冲加至R端，IC3进行清零，为计数做好准备。当第一次发来遥控超声波信号时，IC2输出的正向脉冲使IC3的Q1端出现高电平脉冲，VT3饱和导通，LED1点亮发光，并使可控硅VS1的触发导通，使风呈高电平，VT4导通，VS2触发导通。M进行中速运转，同时LED2点亮发光，显示“弱”风。电扇主人通过上述操作来选择适合的风挡。若要关机，可进行第四次遥控发射，则IC3的Q0又转呈高电平，VS1～VS3均被关断，M失电停转。
在第一次遥控发射时，Q1端输出的高电平脉冲还经R7加至IC4的触发控制端TRIG。IC4采用模拟声集成电路KD-56012，它内储有小鸟的鸣叫声，一旦被高电平触发，便迅即播出内存的模拟声信号，并经由VT6，VT7组成的复合管放大器放大后，驱动扬声器B发出清脆悦耳的鸟叫声。
超声波控制电路图如图2.8所示：
图2.8 超声波控制电路图
2.5.3 控制电路工作原理
当第计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y7、Y8、Y9依次输出的高电平控制CD4066开关D的接通，维持CD40174寄存器串行输入端的低电平。当寄存器 的移位脉冲输入端依次接收到脉冲时，寄存器的输出状态则依次为“00011”、“00001”、“00000”，第3、4、5位的低电平控制晶闸管VS3、VS4、VS5依次阻
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断， 当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端{12}脚输出一个正脉冲，直接反馈到其复位端{15}脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样 电路就周而复始地循环工作。
2.6 电源电路设计
电源电路如图2.8所示，电源电路由变压器、整流电路、滤波电路和三端稳压器组成。
D5D6IC278051D7D8C22200uF/35VC40.1uFC6470uF/16V3CN412T220V2 图2.8 电源电路
1. 技术参数： （1）额定电压：AC220V （2）输出电压：DC5V （3）最大输出电流：500mA
（4）输入电压允许波动范围： 85%~110%AC
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（5）纹波系数：Kr ≤0.5 2. 纹波系数计算
经整流后的输出电压，除了含有直流分量外，还含有较大的谐波分量，这些谐波分量总称为纹波，用纹波系数Kr来表示。 Kr = Uor (3.1) Uo而输出电压交流有效值Uor为
Uor =U222Uo (3.2)
对于桥式整流电路，Uo = 0.9U2，故纹波系数为
UorU22U2 Kr2Uo2UoUoU1 (3.3) o2U20.9U21= 0.484≈0.5
3. 元器件计算及选择
根据设计要求U01=+12V，所以稳压差为U11-U01≥2V，现取3V，故U11=12+3=15V
稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流：
IL1′=Io(max)+ID=300+8=808mA(取Io(max)=800mA)
变压器第一个副边的电压UU21=
111.2=12.5V, 现取U21=13V，故 RL1′=
U211.2I'13=19.3Ω L0.308根据设计要求U02=+5V，稳压差为U12-U02≥2V，现取3V，故
U12=5+3=8V
IL2′=Io(max)+ID=300+8=308mA(取Io(max)=300mA)
变压器第二个副边的电压U22=
U121.2=6.7V，现取U22=7V，故 RUL2′=1.2221.27I'=27.3Ω L20.308
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4. 变压器计算与选择
URM≥1.5×18=27V
平均电流ID(AV)：
桥式整流电路中，每个二极管的平均电流是输出电流的一半，其值为：
I'L308ID(AV)= =154mA 22由于通过二极管的电流不是正弦波，起瞬时值比均值大得多，而且在电源接通瞬间有相当大的冲击电流通过。因此，应选用比ID(AV)大0.5～2倍IF值的整流二极管。现取1.5倍值，即：
IF =1.5 ID(AV) ≈1A
6. 滤波电容计算与选择
滤波电容用来降低脉动成分，减少纹波。滤波电容的选择遵循的原则是：
TRLC≥（3 ~ 5）
2T为交流电源周期，RL为负载电阻，C为滤波电容。由上式计算得：
C1≈1554～2073μF，C2≈1000～1800μF。
电容耐压： UC1>2U21≈1.4×13=18.2V
UC2>2U22≈1.4×7=10V
根据计算，C1取7. 稳压块选择
稳压块选用W7805和W7812集成稳压块。 W7800系列集成稳压块主要技术参数： 输入电压：DC3V～35V W7800封装图如图2.9所示:
2200F1000F，C2取。
25V25V 22 123
图2.9 W7800系列封装
最大输出电流：1.5A
W7800系列稳压块封装如图2.7所示：
1脚为输入端 2脚为公共端
3脚为输出端 注意事项：
引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片,印制板上的滤波电容应直接与引脚相连。
第3章 系统组成及工作原理
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3.1 系统组成及电气原理图
其总机电气原理如图3.1所示:
图3.1 系统组成电气原理图
电路如图3.1所示:它由超声波遥控发射器接收、译码控制电路两大部分组成，利用超声波单通道遥控方式，可实现电风扇的强、中、弱三挡风的变速，并伴有清脆的小鸟鸣叫声，有效遥控距离可达7米。
图2是超声波发射器电路，IC是一块超声波振荡发射专用模块频率40 kHz。
NYKO，其振荡
3.2 系统工作原理
BT是超声波发射换能器，它将NYKO输出的40kHz的振荡脉冲转换成将40kHz
超声波信号转换成相应的电信号。VT1，VT2等组成直接偶合式放大器和射随器，将放大后的信号加至IC1进行译码。
IC1是一块内含锁相环路（PLL）的音频译码器LM567（或ME567），其5、6
脚外接的RC阻容元件可决定锁相环内部压控振荡器的中心频率.f。 f。≈1/1.1RRP1C2
调节RRP1使f。在40kHz左右。
LM567的可靠译码的信号幅值一般在100 200mV。平时，LM567的输出端8脚呈高电频，对后级电路IC2无作用；当一定幅值的40kHz电信号加至输入端3脚时，经IC1内部放大、相位锁定和正交相位检波后，其输出端转呈低电平逻辑输出，并触发IC2翻转置位。
IC2采用时基集成电路555，它和R5，C5等组成单稳态触发定时器，当有
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低电平(＜3VDD)
信号触发时,偏翻转置位,其高电平脉宽即触发时时间,其大小为 td=1.1R5C5 图示参数的定时宽度为6s.
IC2输出的正脉冲信号作为计数时钟加至IC3的CP端。IC3采用十进制脉冲计数/分频集成电路CD4017，将其接成计数电路组成，且Q4端经VD1接至复位端R，使输出只在
Q0～Q3
间循环。在电路刚通电时，由于
C7、R6
微
分网为此，设计了R11，VDW1稳压网络，由2CW51稳压输出3V为其供电。
遥控发射器使用9V叠层电池。BT、BR分别采用UCM-40T和UCM-40R，要配对使用。LED1～LED3采用φ3mm绿色发光二极管；VS1～VS3选用
1A/400V或1A/600塑封双向可控硅，如MAC94A4或MAC97A6等；B选用8Ω电动式扬声器，如YD57-2
型等；C11为交流降压电容器，选用耐压不低
于400V的无极性金属化涤纶电容器，容量在0.75～0.82μF
如CL11400V-0.75μF; C8选用CA型钽电解电容器;R12选用RJ-2W-820k
Ω金属。
第4章 产品的制作安装与调试
4.1 PCB板的作用与设计方法
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4.1.1 PCB板的作用
根据电路功能，把电子元器件按照一定结构焊接在PCB上，组成一个完整的电路系统。
4.1.2 PCB板的设计方法
在产品制作中，我们首先要对PCB板进行设计，要使产品有一个好的性能，一个PCB文档，打开后点击编辑区下方的Keep Out层标签，切换当前层为禁止布线层。然后在上面绘制一个矩形板框。
⑸ 环境设置：定义板框后我们进行环境设置。因为设置PCB电路参数，是为
了更好地进行设计。首先执行[Tools][Preferences]命令或快捷键T+P将在弹出的Preferences对话框中进行设置，在该对话框中有六个选项卡分别为：
Option、display、Colors、Show/Hide、Defaults、Signal Integrity选项
卡。在这里我们采用系统默认值。
⑹ 载入网络表和元件封装：在载入时，我们首先添加元件封装库，然后导入网
络表。执行[Design][Net list]命令打开载入网络表对话框，在Net list File选项中，输入所要载入的网络表文件名及路径，网络表没有错误后，按[Aduanced]载入网络表。载入网络表后，电路板中会出现由元件封装和连接关系组成的一些凌乱的图形。然后就把这些凌乱的图形放置到适当的位置，即元件布局。
⑺ 元件布局：元件布局可采用自动布局和手动布局两种方式。在这里我们采用
手动布局的方式进行设计。在布局时，我们根据原理图的位置进行布局。
⑻ 规则设定 ：在布线前要进行规则设定，规则设定主要Design Rules对话框
中进行。执行[Design] [Rules]打开设计规则对话框。在这里我们将间距约束设置为10mil,布线拐角设定为45度拐角，导线宽度将穿过中心芯片引脚的导线设置成10mil，地线和电源线设置成20mil，+5的电源网络线设置成15mil，其它导线为根据布线的方便性和电气特性设置成10mil。将Top layer设置成Not
used，Bottom layer设置成Vertical，即把布线层设置在底层的单层板。并对
焊盘大小进行设置为3mm×2mm。
⑼ 自动布线：布线规则设定好后，执行[Auto Route][All]命令，进行自动布
线。
⑽ 手动调整：在自动布线的过程中线条较多，有时达不到布线要求，布线不完
整，所以需要进行手动调整。在调整过程中可将布线集中的部位适当放宽，有些
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线不能走通时，我们采用设置跳线。
⑾ 输出板图：将绘制好的PCB
板的制作。
板，打印到热转纸上面，进行下一步的PCB
2. PCB板的注意事项 (1) 元件布局
先设计好一些特殊的元件器件，如接接插件，在主机设计中，把圆形电源插口PCB板的最器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。本电路中 主机上的电压只有5V，比较安全可靠。因此不需要在此方面考虑很多。 ③ 重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些以大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元器件。
④ 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
⑤ 应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。因此在设计中在主机PCB板上设计了四个定位孔。
根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： ① 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
② 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地或4:3 。电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。从整体上考虑，主机PCB板的尺寸设计为150mm×110mm。
（2）布线
PCB的布线非常重要，关系着整机的性能，甚至关系着产品的成功与否。在布线上遵循了以下原则：
① 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平等最好加线间地线，以免发生反馈耦合。
② 印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的黏附强度和渡过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5mm、宽度为1～15mm时，通过2A的电流，温度不
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会高于3摄氏度。因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02～0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小于5～8mil。
③ 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，应尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间黏合剂受热产生的挥发性气体。
4.2 元器件检测与元器件项目表
4.2.1元器件的检测
为了保证电子整机产品能够稳定、可靠地长期工作，我们必须在装配前对所使用的电子元器件进行检测。 （1）固定电阻器的检测
① 将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了
提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
② 注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和
电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。
（2）电容器的检测
电解电容器的检测，因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1K挡测量，大于47μF的电容可用挡测量。普通电容一般用R×100k
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挡测量。
（3）电源变压器的检测
① 观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈引线是否断裂，脱
焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁心紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等。
② 绝缘性测试。用万用表R×10k挡分别测量铁心与初级，初级与各次级、铁心
与各次级、静电屏蔽层与衩次级、次级各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明变压器绝缘性能不良。
③ 线圈通断的检测。将万用表置于R×1挡，测试中，若某个绕组的电阻值为无穷大，则说明此绕组有断路性故障。 （4）二极管的检测
使用二极管档测量，正常情况下，硅管VF为0.5～0.7V ，锗管为0.15～0.3V，反偏时溢出。测量时若正向反向均为显示“0”，则表明管子已
经击穿短路。而如果正反向都为溢出，则表明管子内部开路；若测量结果与正常数值相差较远，测说明管子性能不佳。对于整流二极管：若正向压降较小，其本身功耗也的检测
在此装置就小，温升也较低，可以提高整流效率。 （5）三极管的检测
通常我们要用R×1kΩ档，不管是NPN管还是PNP管，不管是小功率、中功率、大功率管，测其be结cb结都应呈现与二极管完全相同的单向导电性，反向电阻无穷大，其正向电阻大约在10K左右。为进一步估测管子特性的好坏，必要时还应变换电阻档位进行多次测量，方法是：置R×10Ω档测PN结正向导通电阻都在大约200Ω左右；置R×1Ω档测PN结正向导通电阻都在大约30Ω左右，（以上为47型表测得数据，其它型号表大概略有不同，可多试测几个好管总结一下，做到心中有数）如果读数偏大太多，可以断定管子的特性不好。还可将表置于R×10kΩ再测，耐压再低的管子（基本上三极管的耐压都在30V以上），其cb结反向电阻也应在∞，但其be结的反向电阻可能会有些，表针会稍有偏转（一般不会超过满量程的1/3，根据管子的耐压不同而不同）。同样，在用R×10k
Ω档测ec间(对NPN管）或ce间（对PNP管）的电阻时，表针可能略有偏转，
但这不表示管子是坏的。但在用R×1kΩ以下档测ce或ec间电阻时，表头指示
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应为无穷大，否则管子就是有问题。
[9]
第4.3节 产品安装
4.3.1 产品安装的原则
装配时，应该先安装那些需要机械固定的元器件，如功率器件的散热器、支架、卡子等，然后再安装靠焊接固定的元器件。
4.3.2 产品安装的方法
各种元器件的安装，应该使它们的标记朝上或朝着易于辨认的方向，并注意标记的计数方向一致（从左到右或从上到下）。卧式安装的元器件，尽量使两端引线的长度相等对称，把元器件放在两孔中央，排列要整齐：立式安装的色环电阻应该高度一致，最好让起始色环向上以便检查安装错误，上端的引线不要留得太长以免与其他日元器件短路，有极性的元器件，插装时要保证方向正确。
4.4产品调试
产品的调试分为硬件调试与软件调试，两者是分不开的,但在此设计中只需硬件调试。
4.4.1 硬件调试
⑴ 在整机通电调试之前，各部件应该先通过装配检验和分别调试。
⑵ 检查确认产品的供电系统（如电源电路）的开关处于“关”的位置，用万用
表等仪器判断并确认电源输入端无短路或输入阻抗正常，然后顺序接上地线和电源的，插好电源插头，打开电源开关通电。接通电源后，此是要观察电源指示灯是否点亮，注意有无异样气味，产品中是否有冒烟；对于低压直流供电的产品，可以用手摸测一下有无温度超常。如有这些现象，说明产品内部电路存在短路，必须立即判断电源检查故障。如果看来正常，可以用仪器仪表（万用表或示波器）检查供电系统的电压和纹波。
⑶ 按照电路的功能模块，根据调试的方便， 从前往后或者从后往前地依次把它
们接通电源，分别测量各电路（或电路各级）的工作点和其它工作状态。注意：应该调试完成一部分以后，再接通下一部分进行调试。不要一开始就把电源加到
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全部电路上。这样，不仅使工作有条有理，还能减少因电路接错而损坏元器件的事故，避免扩大事故。
⑷ 当各级各块电路调试完成以后，把它们连接起来。先用一个小于500Ω的电
阻替换（在这里我们设定肉类标准含水量时电阻传感器测得的电阻值为500Ω）。如果此时蜂鸣器发出响声则说明电路可以正常工作了。
总 结
随着技术的发展，本来简单的电扇现在已经采用了多种多样的遥控技术，主要的技术包括声波控制、超声波控制。内置于电扇里面用于声波控制的器件
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中，主要的器件是驻极体话筒，这是一种体积很小而相当灵敏的受话器，它将声音信号转变成为电信号。由声波转换过来的电信号，经过专用的集成电路后接到晶体管上就可以控制电扇。集成电路通过不同的声音输入来判断电扇的档位，这样就可以用声音控制电扇的运行了。声波控制虽然容易，但是也容易受到干扰，而且缺少识别的智能化。这样人们开始寻求更加复杂的遥控手段。这就是超声波控制和红外控制。
超过20KHZ的声波叫做超声波，家用电器的超声控制一般采用频率在
40KHZ左右。采用超声控制可以更好地避免环境的干扰，使得控制信号准确
无误，被控制电器的动作就更加准确。
参考文献
[1]张永瑞、刘振起《电子测量技术基础》：西安电子科技大学出版社,2004 [2]何立民，《单片机高级教程北京》：北京航空航天大学出版社，2000
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致 谢
经过这次毕业设计，我觉得自己学到了不少东西。归纳起来，主要有以下几点：
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（1）大学三年多的时间都是在学习通信理论基础知识，并未真正地去应用和实践。经过这次毕业设计，我接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的使用调试经验，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。
（2）了解进行一项相对比较大型的科技设计所必不可少的几个阶段。毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。我经过这次系统的毕业设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和实验的详细过程。这些在我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。
（3）学会了怎样查阅资料和利用工具书。平时课堂上所学习的知识大多比较陈旧，作为通信工程的学生，由于专业特点自己更要积极查阅当前的最新通信资料。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。 （4）实践能力得到了进一步提高，在调试过程中积累了一些经验。
（5）毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。
（6）毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了。
在这里，我要感谢我的导师刘先任老师，他给了我许多的帮助。我还要感谢毕业设计过程中所有给我真诚帮助的老师和同学。
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内蒙古化工职业学院 计算机与信息工程系
毕业设计(论文)成绩考核表
学生姓名 毕业设计 (论文)题目 专业 班级 毕业设计(论文)评阅部分 考核项目 评价指标 1.选题符合专业培养目标要求 2.与科学研究,工程或生产实际紧密结合; 3有一定创新性和应用价值; 4所需完成工作量饱满,难度适中 1.论文结构严谨,层次清晰,结论正确,技术用语准确 2.行文流畅,语句通顺; 3.论文格式符合规范要求; 4.图表完备,整洁,符号统一,编号齐全 1.具有一定的学术水平和应用价值; 2.对与课题相关的理论或实际问题有较深刻的认识; 3有新的见解,有一定的创新思维 1设计目标和项目主要功能基本实现； 2设计主要内容与说明书一致; 3设计运行流畅,效果质量出色. 1能熟练掌握和应用所学专业基本理论和知识分析相关课题,解决实际问题； 2运用数据例证准确可靠,理论分析与计算正确;有综合归纳资料的能力 3通过对课题的分析,的出有价值和创新性的结论 35
分组 权重 得分 设计(论文)选题质量 10 毕业设计说明书(论文)撰写质量 10 内容的学术水平与创意 20 设计完成情况(选择一) 20 论文完成情况(选择二) 20
评阅部分成绩 毕业设计(论文)答辩部分 考核项目 评价指标 1简明扼要阐述主要内容,思路清晰,语言表达准确,顺畅，概念清楚,论点正确; 2分析归纳科学,合理,决、结论严谨. 1回答问题有理论根据,基本概念清楚,逻辑性强,能抓住要点; 2对主要问题回答准确,有深度 3对具体问题有独特见解,体现个人综合专业知识能力 权重 得分 设计(论文)自述内容 20 20 回答问题情况 答辩部分成绩 指导教师评语 考核教师组评语 毕业设计(论文) 综合成绩 考核教师组签字 考核答辩时间 年 月 日
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