数控调速控制器设计与制作

欧剑 何子亭 郭妍捷 何小河

绵阳职业技术学院

摘要：本文设计了阻容降压整流稳压电路为控制器直流电源，通过十进制计数/时序译码器记录按键次数控制双向晶闸管导通实现三挡风速调节，经编码译码由数码管显示风扇挡位。通过增加脉冲信号产生电路也可在按键按下时对脉冲信号计数实现对风速自动换挡。

关键词：阻容降压 十进制计数/时序译码器 风扇档位

传统旋钮式三挡风速调节电风扇控制器原理图如图1所示，通过旋转动触头与定触头1（高速）、2（中速）、3（低速）实现调速，动触头不与定触头接触停止工作。调节旋钮为有触点设计，使用寿命短，稳定性及可靠性差，易产生电火花导致不安全事故发生。本设计针对传统电风扇设计一款无触点调速控制器取代传统旋钮式，调速安全可靠，通过数码显示挡位直观醒目。

图1旋钮式三挡调节电风扇控制器 图2电路组成方框图

一、电路组成及原理分析

风扇调速器主要由：半波型阻容降压整流电源、按键输入电路、时钟脉冲发生器电路、十进制计数/时序译码器、电扇风速挡位开关主电路、风扇档位显示电路和电风扇所组成，电路组成方框见图2。

220V交流电经电容C1降压，二极管D1半波整流，电容C2滤波，稳压管D4稳压，提供给控制电路5V左右直流工作电压。该调速开关在不接入时钟信号发生器时，将J1短接，此时按下手动按钮SB然后释放一次，十进制计数器/时序译码器U1计数一次，由于U1的Q4端通过二极管D3到U1的RESET端复位，所以重复按下手动按钮SB然后释放一次，会使U1输出端Q0~Q4依次阶跃高电平并周期性的循环，导致三极管Q1~Q3按顺序导通，双向晶闸管U3~U5按顺序触发导通。停止按键后，锁定U1输出端Q0~Q4状态，从而锁定风扇挡位。U1输出端Q0~Q4经非门U2，8-3线优先编码器U6编码，七段译码器/驱动器U7译码后由共阴数码管显示风扇档位。

二、电路元件

集成电路U1选用HCF4017十进制计数/时序译码器，U2选用HC04六组反相器，U6选用HC148（8—3线）优先编码器，U7选用4线——七段译码器/驱动器（BCD输入，有上拉电阻）LS248；电容C1选用CBB聚丙烯电容，C2选用电解电容，C3为瓷片电容；电位器RV1选用方形微调电位器，电阻均选用1/2W；三极管Q1, Q2, Q3选用3DG12CJ；双向晶闸管U3,U4,U5选中BT134YM08；二极管D1, D2选用1N4007， D3 选用1N4148，稳压二极管D4选用5.1v/1w(Zener diode)1N4734A。

图 3 电路原理图

三、装配及调试说明

特别注意：1.本电路电源为非隔离电源，请注意安全操作，以免触电。2.请首先焊接跳线，电路焊接完成，仔细检查无误后，才可通电调试。

1.调试方法

暂不接入220v交流电源、电风扇，跳线J1短接，使用5V直流电源，通过观察数码管显示数字是否随按键输入开关动作而在0、1、2、3间循环变化。如果没有上述情况，应检测U1输入电路是否正常工作，U1、U2、U6、U7是否良好，数码管是否选对型号及良好。

根据风扇接线图，将电扇相应线端与控制电路板连接，接通交流电源，按动按键开关，观察风扇风速及显示数码管是否自动变化，停止按键，是否将风速锁定。如果风扇某档风速过快或过慢，可以适当增加或减少对应的三级管基极限流电阻的阻值。如果没有上述情况，应检测电源供电是否正常，开关主电路元件是否良好，集成电路是否良好，风扇与电路板，时钟发生器与电路板连接是否正确。由于装置联调时，元器件都处于电网电压下，因此在安装、调试、使用时必须注意安全。

2.外部接线

根据风扇接线图，按照图1所示，把原风扇三挡调速开关挡位上的电线焊开，将控制电路板焊盘H、M、L与电扇头主电机的3、2、1挡线头直接进行连接。可以使用原风扇上的定时开关、倒地开关， 以保持原有功能。在确保正确下，给控制电路板供220V/50HZ交流电进行整机联调。

四、自动调挡功能设计

按 照图4设计时钟信号发生器，调试时钟信号发生器，将其频率调整为为1HZ左右。跳线J1去掉短接帽，时钟信号发生器输出端CP连接到PCB板J1的CP端子，其直流电源连接到PCB板的直流电源接线端J3，实现通过控制板按键对电扇调速挡位自动切换。接通交流电源，按下按键开关，电扇便在停止运转、快速运转、中速运转、慢速运转间自动调节，风扇档位显示电路依次循环显示0、1、2、3。当调到需要的风速档位时，释放按钮，便可以锁定风速不变。

图4 时钟信号发生器

五、结论

本设计采用阻容降压，双向晶闸管无触点切换调节风速，数码管显示挡位，在调速按键按下，对时钟脉冲计数自动切换挡位，松开调速开关锁定挡位。经电路装调测试，电路性能稳定，实现了对传统旋钮式调速开关的替换，提供了风扇调速控制的电子化改造方法。

参考文献：

[1] 刘佳琪 Altium Designer 15原理设计与PCB设计教程【M】 机械工业出版社 2017

[2] 刘国云 用PROTEUS仿真讲解数码显示原理和基础编程[J] 电子世界. 2021,(19)

[3] 解本巨 数字电路与逻辑设计[M]  人民邮电出版社 2019

[4] GREE格力 转页扇使用说明书[Z]

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