引言
自1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，制作世界上第一台电风扇，风扇开始在生活中大规模使用,成为人类生活中不可或缺的电器。
1.1 选题的背景和意义
家用电器已经变得极为普遍，成了人们生活中不可或缺的生活用品。而
在现代，人们对家用电器的要求也随着社会的发展越来越高。人们希望家用电
器能够实现智能化及人性化。而作为人们生活中最为普遍的家用电器，家用电
风扇的智能化及人性化的设计就显得更为重要。家用电风扇控制逻辑电路设计
就是针对这一问题而研究设计的。
1.2 研究现状
目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制，使电扇的功能更强，操作也更方便，对人类生活产生非常深远的影响。
1.3 论文主要研究的内容1）实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环)： 使用一个“风速”键来进行风速控制，当风扇处于“停止”状态时，按下“风速”键，风扇启动，并处于“弱风”、“正常风”状态。风扇启动后，依次按下“风速”键，风速按照“弱→“中”→“强”→“弱”的方式进行变换。2）实现睡眠风、自然风、正常风三种风态(—个按钮控制，循环)：使用一个“风种”键来控制风种选择。当风扇处于“停止”状态时，按下“风种”键不起作用。当风扇处于运转状态的时候，依次按下“风种”键，风种按照“正常风”→“睡眠风”→“自然风”→“正常风”的方式进行变换。 3）实现停止功能的实现：使用一个“停止”键来控制风扇的停止功能。在风扇处于任一运转状态下都能通过“停止”键停止风扇运转。4）LED显示状态：使用1个发光二极管显示总开关是否开启，使用六个发光二极管表示风扇的六种逻辑功能状态。
5）以小时为单位设计定时系统，使用定时按键打开定时系统，通过旋转按钮进行长时间的定时。
2 方案设计2.1 电风扇的总体方案
本系统整体的设计方案框图如图2.1所示：
图2.1 整体设计方案框图
2.2电路仿真图
根据设计方案做出的仿真图如图2.2所示：
图2.2 设计方案仿真图2.3风速控制电路
在“风速”的三种选择方式中分别为强，中，弱。具体的强，中，弱风速通过74LS175输出选择不同的电路，在不同的电路中，末端与电机串联的电阻阻值不一样，通过分压，使得加在电机上的电压不一样，控制风速大小。而在选择端，采用74LS175作为“风速”方式控制器，按下开关K1，由74LS175三个输出端选中其中的一档风速，使得74LS175的Q2Q1Q0分别输出001，010，100进行循环，Q2输出高电平代表强风，Q1输出高电平代表中风，Q0输出高电平代表弱风，这样便可以实现风速选择。用发光二极管分别指示强，中弱三种风速电路图如图2.3所示
图2.3风速控制电路
2.4风种控制电路
在“风种”的三种选择方式中，在“正常”位置时，风扇为连续运行方式，在“自
然”和“睡眠”位置时，为间断运行方式。电路中，采用 74LS151 作为“风种”
方式控制器，由 74LS175 三个输出端选中其中的一种方式。间断工作时，通过用NE555芯片来在产生一个周期为8秒，占空比为50%的脉冲信号然后在74LS175 的 CP 端加入一个周期时钟信号作为“自然”端的间断控制，通过74LS160芯片进行二分频再作为“睡眠”方式的控制输入。这样可以能够实现风种的控制。同时用3个发光二极管作为三种风的指示状态。具体的电路连接如图2.2所示
2.5总开关电路
开关K作为总开关，一端连接电源，另一端连接在第一块芯片和第二块芯片74LS175的清零端，由于清零端高电平无效，因此在接通电源时芯片正常工作，在断开K后，74LS175输出清零，因此可以控制风扇停止工作。
2.6定时电路
定时电路的核心是芯片NE555，通过将NE555接成单稳态电路，当电路处于暂态的时候输出高电平接入总电源，代替总开关，这时可以把开关断掉，NE555在给电容充电期间就是定时时间，而定时时长通过一个滑动变阻器调整阻值就可以控制V0输出高电平的时间，实现定时功能。电路原理图如图2.4所示
图2.4定时电路
3 系统的连接与调试3.1具体的硬件连接方案
图3.1实物连接图
3.2电路的连接
第一步，在没还没有把元件焊接到电路上之前，首先应该检查元件是否损坏，以防电路中接上已经损坏芯片或者元件。
第二步，在焊接电路时要用万能表检测焊接之后是否虚焊，在焊接完成之后应该检测线路芯片之间的接线是否相通。
第三步，我们需要对用中使用到的元件逐个进行检查，确认使用的元件在焊接的时候没有损坏，没有放错地方。
3.3 系统的调试
如果直接对整个系统进行调试的话，很难得出理想的实验结果，因此要分模块调试。由于74LS系列的芯片对电压的要求较高，低于4.75V的电压无法驱动芯片，而高于5.25V的电压就会烧坏芯片，并且由于接入太多的芯片进行并联，每个芯片上的电压不一定就是电源的输出值。
因此第一步，首先使用的是3V的电压进行简单的测试，检测每个芯片的接电源和接端是否一样或者相近，经过用万用表检测，发现各个芯片之间的电压都几乎相同，但是都比电源的输出电压低0.15V左右，符合之前的考虑芯片VCC和GND之间的电压没有达到电源输出值，在慢慢调高电源电源到5.15v这时候芯片基本处于正常的工作电压，开始正常工作。
第二步，开始分模块检测，首先检测的应该是NE555产生的脉冲信号是否正常，通过引入接线把输出接入到示波器观察波型，再检测74LS160对脉冲信号是否进行二分频。因为NE555产生的脉冲用作74LS175的时钟信号输入，如果时钟信号都不正常，接入电路输出也是不正常的。接着检测74LS175的输出是否正常因为有三块74LS175也要一块一块检测。检测74LS175的时候可以通过打开开关，观察二极管的循环状态可以检测出芯片的输出是否正常。在完成前面的检测并且改正电路后，检测74LS151的输出和 74LS08这两块芯片的工作，这两块芯片把风速和风种联系起来，直接控制着电机电路。
第三步在完成检测后进行对电路进行修改后继续进行调试，直到达到理想效果
4 实践的问题与解决4.1仿真出现的问题
在做仿真的时候，二极管后面应该接上电阻，如果没有电阻的话，二极管两端不能分辨出高低电平，二极管不能点亮；在进行用NE555产生脉冲信号的时候，应该用示波器测试一下脉冲波形输出，并且要按实际计算值来计算出电阻和电压值，并且把具体参数用到仿真电路中；在用电机的时候一定要考虑实际，对于普通的小电机的电阻只有几欧姆，如果用的电机仿真的时候是理想状态，实际中很难实现功能。
4.2连接电路时出现的问题
在连接电路的时候，有些元件是损坏的要检查出来并且更换。在焊接元件时防止虚焊，可以在焊接完一个元件之后就用万用表测试各条导线之间是否该连通的都连通，不该连通的没有接上。
4.3调试出现的问题
在调试的时候会在NE555产生的脉冲并没有达到占空比达到50%，可以通过使用一个二极管与R2并联，这样可以得到施密特触发电路的充电时间和放电时间一样，产生的脉冲方波占空比可以达到50%。
在调试74LS175的时候，在最初的电路中，并没有使用NE555产生的脉冲信号作为74LS175的时钟信号，而是用电源电压串接开关，通过开关来产生高低电平来改变输出状态，后面发现74LS175的状态并没有发生改变，而采用连续脉冲之后才可以改变74LS175的输出状态。采用直接连接电源的方法，由于74LS08的延时性并没有马上改变74LS175的输入D2,D1,D0因此电路依然保持锁存状态，输出也就不能改变。
在调试电机的时候，应该具体测量电机的内阻，选择合理的电阻接入电路实现分压，从而实现风速的大小不同。实际上，对于实验的小电机内阻一般几欧姆，因此在选择电阻的时候不应该超过电机的电阻 。因为如果接入的电阻太大，使得加在电机的电压变小到小于电机的驱动电压，电机将不转动。而且由于末端的芯片74LS08的输出高电平一般不超过5V，所以在分压的时候就不能分走太多的电压。
5 结论与展望5.1结论
通过对本课题的研究和设计，完成了简易风扇的逻辑电路控制并实现了电风扇的基本功能，换档，换风种和定时等基本功能，为其他电子控制电路提供参考，具有一定的研究价值。
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