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1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书 I 目 录 摘 要 1 第 1 章 绪论 2 1.1 臭氧的介绍 2 1.2 臭氧发生器简介 3 1.3 臭氧技术产业发展前景 3 1.4 课题研究的主要内容及意义 4 第 2 章 设计简述 5 2.1 臭氧发生器电路设计方案论证 5 2.2 设计思路 5 第 3 章 单元电路设计 7 3.1 555 定时器简介. 7 3.2 单元电路设计、元器件选择和参数计算 8 3.2.1 主电路的设计 . 8 3.2.2 消毒控制电路的设计 . 9 3.2.3 清新控制电路的设计 10 3.2.4 遥控电路的设计 11 3.2.5 电源电路的设计 12 第 4 章 电
2、路性能指标验算及总体工作原理 . 14 4.1 电路性能指标验算 . 14 4.1.1 消毒电路性能指标验算14 4.1.2 清新电路性能指标验算 14 4.2 总体电路工作原理 . 14 总 结 . 16 致 谢 . 17 参考文献 . 18 附 录 . 19 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 II 附录 1 总体电路图 19 附录 2 元器件明细表 20 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 21 页 摘 要 近年来，臭氧技术已在污水处理、医学、食品、化工生产、空气净化、饮用水杀 菌消毒等领域得到广泛应用，并显示出很好的发展前景。然而我国目前工业型臭氧发 生器绝大多数为工频
3、高压型，效率低、能耗高、浓度低，使得臭氧技术应用的推广受 到阻碍。与工频臭氧发生器相比，中、高频臭氧发生器具有结构紧凑、臭氧浓度高和 低电耗等优点，是臭氧发生器向大型发展的基本条件。高频臭氧发生器控制系统要求 具有节能、 高效、 性能稳定、 便于控制的特点， 这些都是今后臭氧发生器发展的方向。 本文设计了一个臭氧发生器电路，当室内有人时能进行空气消毒，其每隔30分钟工作 5分钟；室内无人时进行空气清新，连续工作1小时。本文设计主要包括三个部分：控 制电路设计、遥控电路设计、电源电路设计。设计中对各个部分的设计思想和参数进 行了分析和计算，证明了该方法的可行性。 关键词 臭氧；清新；消毒 四川信
4、息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 21 页 第 1 章 绪论 1.1 臭氧的介绍 臭氧（又名三子氧）是一种有草腥味的淡蓝色气体，分子式 3 O，分子量48.00， 由三个氧原子构成， 是氧气的同素异形体。 臭氧是一种强氧化剂， 易分解， 活泼性强。 在酸性介质中，其还原电位仅次于氟，是氯的600倍；易溶于水；在常温、常压下分 子结构易变；比空气重，是空气密度的1.6倍，在空气中易于沉降扩散。臭氧广泛存 在于自然界中， 雷雨过后的空气有一种“清新”的感觉便是因为雷雨作用于空气产生了 臭氧。 臭氧主要功能： 1食物净化 由表及里的降解果蔬、粮食中残留的化肥、农药等有毒物质，清除肉、蛋中
5、的抗 生素、化学添加剂、激素等有害物质，杀灭海鲜中容易引起中毒的嗜盐性菌，把住病 从口入关。 2饮用水净化 自来水经臭氧处理后是一种优质的生饮水。每升水只需通入 3 O2分钟即可去除 水中的余氯，杀菌、消毒、去味、去除重金属，防止致癌物质三氯甲烷的生成，增加 水中含氧量，自制理想纯净的饮用水。 3消毒灭菌 将清洗后的餐饮用具放入水中通入 3 O20分钟， 可去除洗涤剂残留物， 杀灭细菌、 病毒，替代电子消毒柜，避免餐饮用具传染疾病。还可对衣物、毛巾、抹布、袜子等 进行水介质消毒、除味。 4空气净化 将臭氧排气管挂在1.7米以上高度，排放 3 O20-30分钟，即可有效去除室内烟尘 或装饰材料的
6、异味，降尘灭菌，增加空气含氧量，清新空气，让您在家中享受到雨后 森林般清新的空气。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 21 页 1.2 臭氧发生器简介 按臭氧产生的方式划分，目前的臭氧发生器主要有三种：一是高压放电式，二是 紫外线照射式，三是电解式。 1高压放电式臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电场，使电场内 或电场周围的氧分子发生电化学反应， 从而制造臭氧。 这种臭氧发生器具有技术成熟、 工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭 氧发生器。 2紫外线照射式臭氧发生器是使用特定波长的紫外线照射氧分子，使氧分子分 解而产生臭氧。由于紫
7、外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短，所以这种发生器 使用范围较窄，常见于消毒碗柜上使用。 3电解式臭氧发生器通常是通过电解纯净水而产生臭氧。这种发生器能制取高 浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单。但由于电极使用寿命短、臭氧不容易 收集等方面的缺点，其用途范围受到限制。目前这种发生器只是在一些特定的小型设 备上或某些特定场所内使用，不具备取代高压放电式臭氧发生器的条件。 1.3 臭氧技术产业发展前景 臭氧技术产业属新兴朝阳产业，应用范围极广，产品开发潜力大。国际上臭氧技 术生产企业仍处于百家争鸣阶段，没有名牌，没有大企业垄断，因此极易涉足。从技 术上看，一些基本的关键技术已解决，只要开
8、拓思路很容易开发一系列适合销路的产 品。国内臭氧技术与国外存在差距，但赶超国际水平的技术难度并不高。而且国外产 品侧重于水处理设备和空气净化产品，在水处理方面，国外一些面向家庭的臭氧技术 产品主要侧重于对水质的改善，而对臭氧化水的各种用途没有作为产品的重点，并且 尚未涉足国内市场，正是国内臭氧技术产业发展的大好时机。 臭氧技术产品功能强，产品新颖，属高科技产品。而且国内市场几乎尚未开发， 潜力极大，通过适当的宣传手段让人们认识臭氧产品，可以迅速占领国内市场。同时 还可以利用家用小型产品打入国际市场。因此，抓住时机发展臭氧技术产业必然可以 获得极大的投资收益。 目前已实际应用的臭氧产品有自来水处
9、理系统、可移动饮用水处理系统、各种臭 氧机、矿泉水处理系统、臭氧洗衣机、温泉处理系统、臭氧型冰箱、游泳池水净化系 统、 医用臭氧机及附属产品、 臭氧废旧轮胎处理系统、 臭氧水机空气净化除臭装置等， 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 21 页 应用领域遍及水处理、空气净化、各种场合消毒、家庭生活、食品、仓储运输、医疗、 饮料加工等。 1.4 课题研究的主要内容及意义 本课题研究的主要内容是设计一个小型的室内臭氧发生器电路， 它要求室内有人 时能进行空气的消毒；室内无人时进行空气的清新。它包括由振荡电路、功率放大电 路、升压变压器组成的主电路；由555定时器构成的空气“清新” 、
10、 “消毒”时控电路； 由555定时器和双D触发器构成的遥控发送、接收电路；由集成块W7812和桥式整流 二级管、变压器构成的电源电路。通过此次的设计不光可以深入的了解臭氧发生器的 工作原理，而且更能够培养自身综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问 题的能力。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 21 页 第 2 章 设计简述 2.1 臭氧发生器电路设计方案论证 方案一：本次设计可以利用单片机HT46R232作为控制器设计臭氧发生器电路。 臭氧发生器中产生臭氧的电源可采用全桥逆变电路， 单片机输出信号对电源电压的幅 值进行控制。充分利用单片机上的资源实现臭氧发生器的无线射
11、频遥控、键盘控制、 LED显示等功能，使臭氧发生器产生臭氧，但涉及编程实现起来非常复杂。 方案二：进而考虑到用模拟电路以及数字电路的知识设计臭氧发生器电路，根据 设计要求很容易想到整个电路包括控制电路设计、遥控电路设计、电源电路设计，而 这些电路设计实践起来非常简单，并且容易满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，成本较低，更容易 实施，故采用了方案二。 2.2 设计思路 1根据设计的需要，选择 555 定时器作为该电路的核心器件； 2主电路由振荡频率 f = 20kHz30kHz 的振荡电路，功率放大电路和电压比为 10/3000 的升压变压器组成； 3用 55
12、5 定时器构成空气“消毒” 、 “清新”时控电路； 4用 555 定时器和双 D 触发器构成遥控发送、接收电路； 5用集成块 W7812 和桥式整流二级管、变压器构成电源电路，提供 220V 的交 流电压； 6本设计电路的总原理框图如图 2-1 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 21 页 图 2-1 设计总原理框图 本设计主要由振荡电路、功率放大电路来控制放电器件的工作；由“消毒”控制 电路来实现室内有人时每隔 30 分钟工作 5 分钟的功能；由“清新”控制电路来实现 室内无人时连续工作 1 小时的清新处理功能；由遥控发射和接收电路来实现遥控功 能。 四川信息职业技术
13、学院毕业设计说明书 第 7 页 共 21 页 第 3 章 单元电路设计 3.1 555 定时器简介 这次的整个设计中，单元电路均以 555 定时器为中心来完成各自的功能。对于 555 定时器，我们并不陌生，它由三个阻值为 5的电阻组成的电阻分压器、两个 电压比较器 1 C和 2 C、基本 RS 触发器、集电极开路的放电三极管 VT 以及缓冲器等 组成。555 定时器的组成框图和电路的引脚排列如图 3-1 a)、b)所示。 a）电路组成框图 GND CC V TR D OUT TH DR CO b）电路引脚排列 图 3-1 电路组成框图和引脚排列 其555定时器的工作原理为：当 5 脚悬空时，比
14、较器 1 V和 2 V的比较电压分别为 2/3 CC V和 1/3 CC V。 1 当 6 脚的电压大于 2/3 CC V， 2 脚的电压大于 1/3 CC V时， 比较器 1 V输出低电平， 1 8 2 7 555 3 6 4 5 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 21 页 2 V输出高电平，基本 RS 触发器被置 0，放电三极管 T 导通，输出端 OUT 为低电平； 2 当 6 脚的电压小于 2/3 CC V，2 脚的电压小于 1/3 CC V时， 比较器 1 V输出高电平， 2 V输出低电平，基本 RS 触发器被置 1，放电三极管 T 截至，输出端 OUT 为高电平；
15、3 当 6 脚的电压小于 2/3 CC V，2 脚的电压大于 1/3 CC V时， 比较器 1 V输出高电平， 2 V也输出高电平，即基本触发器 R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不 变。 由于阀值输入端（TH）为高电平（2/3 CC V）时，定时器输出低电平，因此也 将该端称为高触发端； 由于阀值输入端（TR）为低电平（1/3 CC V）时，定时器输出高电平，因此也 将该端称为低触发端。 如果在电压控制端（5 脚）施加一个外加电压（其值在 0 CC V之间） ，比较器的 参考电压将发生变化，电路相应的阀值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的 工作状态。 另外，DR为复位输入
16、端， 当DR为低电平时， 不管其它输入端的状态如何， 输出 OUT 为低电平，即DR的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。 综上所述，列出 555 定时器的功能表为： 表 3-1 555 定时器的功能 输入 输出 TH TR DR OUT VT 0 0 导通 2/3 CC V 1/3 CC V 1 0 导通 2/3 CC V 1/3 CC V 1 不变 不变 2/3 CC V 1/3 CC V 1 1 截止 3.2 单元电路设计、元器件选择和参数计算 3.2.1 主电路的设计 本设计振荡、功放部分的方案如图 3-2 所示：选用 555 组成多谐振荡器，振荡频 率为： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 21 页 121 )2( 44. 1 CRR f + = (3-1) 首先肯定 1 C= 2000pF，取振荡频率f= 25kHz，若 1 R取 3，则可计算出 2 R的 阻值应
