西华大学毕业设计说明书 蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器由于内部集成了振荡源，所以使用直流电压就可以驱动它鸣叫；无源蜂鸣器内部没有振荡源，因此一般使用2K～5K方波来驱动。本设计中使用的是有源蜂鸣器，在它两端加载5V的直流电压就可以使之鸣叫。

报警电路设计如下图：

图3.6 报警电路图

蜂鸣器工作电流一般为10mA，而单片机的I/O口只能承受几毫安的电流，因此需要加三极管进行驱动。如上图所示，单片机的I/O口中的P1.6接PNP型三极管的基极，当P1.6为低电平时，三极管导通，5V的电压加载到蜂鸣器两端，于是蜂鸣器鸣叫；当P1.6高电平时，三极管截至，蜂鸣器不鸣叫。 3.1.5 输出电路设计

当温湿度超出限定值后，单片机将输出控制信号，启动加热、制冷、加湿、除湿设备。弱电控制强电，首先要用到继电器来控制这些大功率的设备，而且为了进一步加强弱电和强电的电气隔离，减少强电设备对单片机控制系统的干扰，需要在前一级加光耦进行隔离。光耦的驱动能力有限，一般电流只能达到30mA左右，不足以驱动继电器，因此再加一个三极管放大电流。

原理如图3.7所示：

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图3.7 控制电路

输出电路有四组，每一组由一个光耦、一个三极管、一个继电器组成。这四组输出电路分别控制加湿、除湿、加热、制冷的设备。

光耦选用TLP521-4，它是Toshiba公司生产的四路光耦，由单片机直接驱动。51单片机P0口所能承受的灌电流最大，可以达到26mA。输出系统中的继电器最多同时有两个工作，控制温度的一个，控制湿度的一个。如果设置光耦的发光二极管的电流为10mA，那么两个发光二极管同时导通时单片机的灌电流为20mA，小于26mA，符合要求。所以把P0口的引脚接到光耦TLP521-4输入测的发光二极管阴极。

继电器选用5V的，驱动继电器需要大约100mA的电流，也就是说驱动继电器的三极管的集电极电流为Ic=100mA。三极管选用直流放大系数为100的9013，根据Ic=βIb，可计算得三极管基极电流Ib=1mA，而Vbe=0.7V，又由于光耦中的光电三极管的集电极、发射极饱和压降Vces=0.3V，所以基极的限流电阻上的压降为（5-Vces-Vbe)=4V，4V/0.001A=4KΩ，由于没有标称值为4KΩ的电阻，所以选择4.7KΩ的。

还应该注意到的一点是，光耦有一个参数叫电流传输比（CTR），CTR=Io/IF，及输出端电流的最大值比上输入端的电流，体现了光耦输出电流的能力。如果输入端的电流为20mA，电流传输比为50%的话，那么输入端电流Io最大只能为10mA。在这里，TLP521-4的电流传输比为50%，输出端我们刚才算出的电流Io=Ib=1mA，所以输入端电流IF最小为2mA，由于电流很小时光耦处于死区，因此要选大点，这里选择IF=10mA。于是，光耦输入端阳极上的限流电阻为R=(5V-0.7V)/0.01A=430Ω，这里选择标称值为470Ω的电阻。

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西华大学毕业设计说明书 此外，这里用的继电器是普通的电磁继电器。通过对电磁继电器和固态继电器进行比较，虽然固态继电器具有无触电、动作速度快、使用寿命长等特点，但是本设计中的继电器只在温湿度超过限定值时才动作，动作频率低，而且固态继电器的价格比电磁继电器高得多，所以综合考虑选择电磁继电器SRD一05VDC一SL-C。 3.1.6 电源的设计

图3.8 电源电路

电源电路是整个系统中非常重要的一部分，本设计中主要用到直流5V电源。要得到5V的直流电源，要经过降压、整流、滤波、稳压四个环节。

由于最后的稳压环节，LM7805要得到5V的直流输出，输入与输出要有一定的压差，根据LM7805的数据手册，需要有10V的输入，因此在降压环节把220V的电压降为10V。

然后用桥式整流电路把交流电整流为直流电，此时的直流电只是方向不变，但仍按正弦方式变化，是脉动的直流电。

因此需要滤波电路将纹波滤掉。C8和C2都用来滤波，但是作用是不一样的。C8是大电容，用电解电容，它的作用是低频滤波，通过充电放电，从而削峰填谷，使电压的脉动成分减少，电压基本保持稳定。而C2是小电容，所以对于高频信号容抗很小，相当于短路，从而滤掉高频信号。

需要注意的是，470uF的大电容可以滤低频，为什么不能滤高频，还要单独加一个0.33uF的小电容来滤高频？从理论上来说大电容应该高频、低频都可以，但是由于制造工艺的原因，电解电容的容值做得很大时，它就不再是一个单纯的电容了，它等效于一个电容串联一个电感。在频率较低时，电感L=jwl较小，可以忽略不计，但是当频率很

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西华大学毕业设计说明书 高时，感抗就很大，相当于断路，所以此时这个470uF的大电容不能滤掉高频信号，必须单独加一个小电容。小电容容值小，因此就不存在感抗的问题。

滤波完以后，电压的脉动成分已经下降了很多，但是仍有起伏，所以最后还需加上一个三端集成稳压器，这里选用LM7805，它能将电压稳定在5V。并联在LM7805两端的二极管起保护作用，避免在短路等情况下LM7805输出端的电压比输入端高，从而烧坏LM7805。三端集成稳压器后面又接了一大一小两个电容，再次进行滤波，使电压更稳定。

3.1.7 按键电路设计

图3.9 按键电路图

键盘分为编码式和非编码式键盘。其中，非编码式键盘又包括矩阵式键盘和独立式键盘。矩阵式键盘较为复杂，一般用于按键数目较多，而单片机可用的I/O口又比较有限时。本控制系统中只需要用到5个按键，数目较少，并且可用的I/O口充足，故采用独立式键盘，一个按键对应一个单片机的I/O口管脚。

本设计中总共用到5个按键式开关，他们用来改变设定的温湿度上下限数值。从S0到S4，分别控制进入温度上下限设置、进入湿度上下限设置、数值加、数值减、确认并退出。

本设计中的键盘是低电平有效。未按键时，上拉电阻保证了单片机的I/O口是确定

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