自动浇灌设计.doc

课程设计说明书 第11页

自动浇灌多级定时控制电路
摘 要
随着科技的发展，自动化工程已应用于当今生活各个方面，同时，针对建设节约型社会，提倡节约资源的理念，采用了自动浇灌的设计构想。可以有效改进目前草坪人工浇灌的不足和水资源利用率较低的现象。
本课题介绍采用CD4017十进制计数器/脉冲分配器，电路用IC1（NE555 )时基集成电路组成的单稳态触发器驱动计数的驱动电路。湿敏传感器由线性元件构成，当土地干燥到一定程度时，元件就会自动产生一个触发电平，使湿敏传感器给时基电路一个感应脉冲触发。CD4017构成多级控制电路，后接多个浇灌设备。从而实现了浇灌的多级自动控制。
本电路用于草坪浇灌，也可以广泛用于花园等地方。只要土地干燥时就会自动浇灌，浇灌一段时间后又自动停止，使用十分节能方便。
关键词：自动控制，多级浇灌，555定时器，CD4017，湿敏元件
目 录
1 绪论 1
1.1 课题描述 1
1.2 基本工作原理及框图 1
2 相关元件介绍 2
2.1 555定时器芯片 2
2.1.1 555定时器内部结构介绍 2
2.1.2 555定时器功能表 3
2.1.3 555定时器引脚图及应用 3
2.2 CD4017集成电路的介绍 4
2.2.1CD4017集成电路的内部结构介绍 4
2.2.2 CD4017的引脚及功能 4
2.2.3CD4017的主要参数 5
3 自动浇灌多级定时控制电路的总体设计 6
3.1 自动浇灌控制电路的分析 6
3.2 自动浇灌控制电路的模块分析 6
3.3 自动浇灌控制电路的制作与调试………… … … …………………... …………8
总 结 9
致 谢 10
参考文献 11

1 绪论
1.1 课题描述
随着科学技术的发展电力/电子产品日益多样化，一些简单元件的用途越来越广泛。而且随着自动化工程的发展，传感器功能元件开始应用实用电路中。一些简单元件再加上传感器元件，经过组合集成电路，就构成了简单实用的是电子产品，相比于传统工艺，其功能更加优越，也更加环保节能。本课题将介绍主要以555定时器，十进制计数器CD4017等组成自动浇灌多级控制电路。当土地干燥时自动浇灌，浇灌一段时间后又自动停止。主要应用在户外草坪、花园、农业生产等。
1.2 基本工作原理及框图
本课程设计的自动浇灌多级控制电路由555定时器，计数器CD4017，湿敏传感器，电容等元件组成。其基本工作原理：当湿敏传感器接受到土地干燥信号后产生高电平给555定时器一个脉冲，并使控制电路导通，之后使继电器开关闭和，接通后面的浇灌设备。三个传感器通过一个三输入或门后接入定时器，从而实现了多级控制。
湿敏元件
555 触发器

多级控制电路
浇灌 设备
导通信号

图1.1基本工作原理框图

2 相关元件介绍
2.1 555定时器芯片
2.1.1 555定时器内部结构介绍
如2.1 555定时器[1]原理图所示：分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端，是复位输入端。当＝0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时=1。当 u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>2／3Ucc u12> 时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u11<2／3Ucc，u12< 1／3Ucc时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11<2／3Ucc，u12> 1／3Ucc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

图2.1 555定时器内部原理图
2.1.2 555定时器功能表
表2.1 555定时器功能表
复位
U11
U12
输出U0
晶体管T
0
×
×
0
导通
1
＞2／3Ucc
＞1／3Ucc
0
导通
1
＜2／3Ucc
＜1／3Ucc
1
截止
1
＜2／3Ucc
＞1／3Ucc
保持
保持
2.1.3 555定时器引脚图及应用
555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。 555属于cmos工艺制造.引脚图如图2.2所示：

图2.2 555定时器引脚图
555各引脚介绍如下： 8电源电压Vcc 1地 GND
2 触发
3 输出
4复位
5控制电压
6门限(阈值）
7放电
555定时器应用：555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
2.2 CD4017集成电路的介绍
2.2.1 CD4017集成电路的内部结构介绍
CD4017 是5位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端[4]。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。

图2.3 CD4017内部结构原理图
表 2.2 CD4017功能表

2.2.2 CD4017的引脚及功能

图2.4 CD4017计数器的引脚图
CD4017的引脚图如图2.4所示：16 电源电压VDD 8 接地端GND
14 CP输入端
Q0~Q9 计数脉冲输出端
12 进位脉冲输出 CO
15 CR：清除端
2.2.3 CD4017的主要参数
CD4017－的主要参数如下：①电源电压典型值为3V，最大15V。②输入电压范围：0V-VDD。③工作温度范围 M 类：55℃-125℃ E 类：40℃-85℃ ④输入电流：±10mA ⑤贮存温度：-65℃-150℃。
3 自动浇灌多级定时控制电路的总体设计
3.1 自动浇灌多级定时控制电路电路的分析
本例电路采用湿敏传感器、单稳态触发器、多级控制电路集成。并使用同一个电源供电，稳压管来提供稳定电压。这种工作方式实现了对浇灌设备的自动化控制。

图3.1 自动浇灌控制电路图
3.2 自动浇灌多级定时控制电路的模块分析
总的电路中，分为传感器感应模块、定时器触发器模块、多级控制模块。各个模块功能详细介绍如下：

图3.2传感器模块

传感器感应模块由三个湿敏传感器元件、三输入或门、导通电阻组成。湿敏传感器能感应土地干燥信号，干燥程度可以人工设置参数。当感受到干燥信号时，传感器产生脉冲，产生高电平输入到或门，同时导通所对应的控制端。三输入或门实现只要有感受信号传来，就会发出去脉冲。而没有感应的端口所对应的控制端不会导通。从而实现只有感应信号的才会导通并浇灌。

图3.3定时器脉冲触发模块
定时器脉冲触发模块主要由555芯片组成的单稳态触发器。稳压管实现提供了稳定的电源电压。工作原理为：上级模块产生的感应信号由2端口输入，就会产生一个脉冲信号，由3端口 输出，输入到下个模块，从而驱动控制电路。周期算法为 。

图3.4 多级控制模块
多级控制模块主要由计数器CD4017构成三级分频器，定时器传过来脉冲以后，启动控制电路，使后面传感器已经感应控制的继电器导通，后面的电阻限流保护，R3、C3 防止元件开始接电输出“0”端为高电平。

图3.5 控制设备
控制设备主要有三极管和继电器组成。工作原理是：继电器直接连接后面的浇灌设备，当多级控制模块产生前级脉冲信号发送过来，及传感器感应导通对应的控制电路，继电器就会闭合。一段时间前端信号消失后，就会打开。
3.3 自动浇灌多级定时控制电路的制作与调试
电路焊接调制好以后，可以安装在一个体积合适的绝缘盒子里面，盒子注意要有接地端口，三个湿敏传感器分别埋在三个需要浇灌的地方，通过导线接入电路板。控制设备继电器外接相对应的浇灌设备。
电路调整时，接通电源。在干燥土地上实验浇灌，根据实际情况调整电路的控制周期，及确定湿敏传感器的最佳埋藏深度。
总 结
本次课程设计过程，主要就是由555定时器和计数器CD4017芯片和常用元件组合连接而成。555定时芯片，教材就有介绍它的基本功能和引脚图，它是构成单稳态触发器的主要芯片。当前端湿敏元件感应到信号传送过来后，产生脉冲触发，从而驱动后面的控制电路。特点是能够自行触发，并在一段时间后自动停止，有自己固定的周期。设计控制电路部分，采用了CD4017芯片，其特点就是产生顺序计数功能，可以实现电路中对三级控制的要求，而且三级导通部分的功能互不影响。对于整体电路，采用稳压二极管，特点是能够为电路提供稳定的电源电压，避免了因电压不稳定而产生的不确定误差。
致 谢
本次设计是在李姿景老师的指导下完成的。从课题的选择到设计的最终完成，李老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。李老师详细的给我们介绍了设计的构想，方法，并开导我们多思维考虑。还有就是乐丽琴老师负责了我们总的任务分配与指导。在此对两位老师表示衷心的感谢。

参考文献
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