樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計.doc

課程設(shè)計說明書 第 IV 頁課程設(shè)計任務(wù)書 2014 2015學(xué)年第二學(xué)期 專業(yè)： 電子信息工程 學(xué)號： 130XXXX013 姓名： 汪XX 課程設(shè)計名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題目： 樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計 完成期限：自 2015 年 6 月 15 日至 2015 年 6 月 28 日共 2 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）： 一、設(shè)計依據(jù) 樓道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、新型的電子節(jié)能開關(guān)?？蓮V范應(yīng)用于住宅小區(qū)和辦公樓室外的走廊、門廳、樓梯間、過道等公共場所，也可以在家庭安裝。需要開燈時，手指觸摸開關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅，該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。本次設(shè)計利用已學(xué)的模擬電路與數(shù)字電路知識，以直流穩(wěn)壓電源電路、NE555單穩(wěn)態(tài)電路和繼電器控制電路為核心設(shè)計觸摸延時開關(guān)。要求學(xué)生對電路原理、器件選擇、線路連接有較深入地分析探討，并解決在設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種問題，最終正確無誤的給出電路分析設(shè)計過程及仿真結(jié)果，并寫出合格的課程設(shè)計報告。 二、要求及主要內(nèi)容 1、要求制作的樓道觸摸延時開關(guān)電路簡單可靠、使用方便。 2、設(shè)計直流穩(wěn)壓電源電路。 3、設(shè)計延時電路。 4、設(shè)計控制電路。 5、正確無誤地完成硬件電路設(shè)計，畫出電路原理圖，給出仿真結(jié)果。 三、途徑和方法 應(yīng)用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)實現(xiàn)樓道觸摸延時開關(guān)電路設(shè)計，并用protel軟件繪制電路原理圖，并分析其工作原理，最后對電路進行仿真，并對仿真結(jié)果進行分析。如果有條件則可以完成實物制作或在實驗室演示。 四、時間安排 課題講解：2小時 閱讀資料：10小時 撰寫設(shè)計說明書：12小時 修訂設(shè)計說明書：6小時 五、主要參考資料 1孫麗霞.數(shù)字電子技術(shù)M .北京：高等教育出版社,2006:174-196. 2楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程M.北京：高等教育出版社,2007:40-92. 3高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程-基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社,2007:24-57. 4黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程M.北京：電子工業(yè)出版社, 2005.1:43-66. 5彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M .北京：高等教育出版社,2002.12:37-228. 6陳永甫.新編555集成電路應(yīng)用800例M.北京：電子工業(yè)出版,2000:80-130. 7高吉樣.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2004. 8王慧玲.電工電子實驗與實訓(xùn). 北京：機械工業(yè)出版杜，2003. 指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期： 年 月 日 樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計摘 要樓道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、新型的電子節(jié)能開關(guān)。可廣范應(yīng)用于多層 住宅和辦公樓室外的走廊、門廳、樓梯間、電梯間、過道等公共場所，也可以在家庭安裝。 本次設(shè)計利用模擬電路與數(shù)字電路，以直流穩(wěn)壓電源電路、NE555單穩(wěn)態(tài)電路、和繼電器控制電路為核心設(shè)計觸摸延時開關(guān)。需要開燈時，手指觸摸開關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅。設(shè)計表明這種開關(guān)制作簡單，安全節(jié)能。關(guān)鍵詞：單穩(wěn)態(tài)電路，繼電器，NE555，定時器，觸摸延時開關(guān)目 錄1 緒論.12 電路設(shè)計原理.12.1 觸摸式延時開關(guān)工作原理框圖.12.2 電源電路設(shè)計.22.3 延時電路設(shè)計.42.4 控制電路設(shè)計.62.5 總電路設(shè)計.63 電路仿真.74 實物制作及調(diào)試.10總結(jié).13致謝.14參考文獻(xiàn).15 課程設(shè)計說明書 第 16 頁1 緒 論隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們對開關(guān)的要求越來越高，開關(guān)的種類也因此越來越齊全。 聲控開關(guān)、機械開關(guān)、光控開關(guān)等品種逐步進入生活中。但由于機械開關(guān)屬于有觸點開關(guān)元件,它有接觸不良、故障率高、使用不便等缺點，且摩擦較大容易損壞；聲控開關(guān)嚴(yán)重浪費了電力資源，干擾了環(huán)境安寧；光控開關(guān)是采用光線的強弱來實現(xiàn)對用電器電源自動控制的電子開關(guān)，它對光線強弱的要求苛刻。針對以上開關(guān)的各種缺點，促使我們尋求更為理想的開關(guān)電器設(shè)備替代元件，方便人們生活。樓道觸摸延時開關(guān)是一種新型電子節(jié)能開關(guān)，可廣范應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室 外的走廊，門廳，樓梯間，電梯間，過道等公共場所，也可以在家庭安裝。需要開燈時，手指輕輕觸摸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動開啟點亮，延時一分鐘，電燈自動關(guān)閉熄滅。該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。主要由 NE555定時器，直流穩(wěn)壓電路和繼電器控制電路組成。具備以下功能特點：節(jié)約電能，無觸點，無污染，安全可靠。本設(shè)計為人體觸摸感應(yīng)開關(guān)，用手觸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)電燈即亮，約經(jīng)1分鐘時間自動關(guān)燈。本設(shè)計主要內(nèi)容：1.直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓為NE555 提供工作電源。 2.完成由 NE555 定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的延時。3.由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實現(xiàn)對樓道電燈的控制。2 電路的設(shè)計2.1 觸摸式延時開關(guān)工作原理框圖穩(wěn)壓電路濾波電路電源變壓器整流電路+U1-22V交流電壓觸發(fā)端樓道電燈繼電器控制電路NE555單穩(wěn)態(tài)電路 圖1 觸摸延時開關(guān)工作原理框圖為了人體安全，先用變壓器將家用220V交流電降壓成12V的交流電壓，再經(jīng)過整流和濾波電路得到一個12V的直流電壓，再經(jīng)過L7805穩(wěn)壓得到恒定的5V直流電壓，為NE555提供工作電壓。當(dāng)需要開燈時，用手觸碰一下感應(yīng)區(qū)，經(jīng)過三極管放大，觸發(fā)信號電壓加至NE555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，繼電器KS吸合，220V交流電形成回路，電燈點亮。同時，電源通過定時電阻給定時電容充電，這就是定時的開始。延時一段時間后555的輸出端由高電平變回到低電平，繼電器釋放，220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。2.2 電源電路設(shè)計穩(wěn)壓電源先經(jīng)過變壓器降壓，在經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的5V電壓。下圖2為電源設(shè)計框圖，如圖3為電源設(shè)計電路圖。其輸出電壓如圖4仿真電路電壓表所示。濾波整流變壓負(fù)載穩(wěn)壓圖2 電源設(shè)計框圖圖3 電源設(shè)計電路圖圖4 電壓輸出顯示2.2.1 變壓器部分參數(shù)介紹a）電壓比 初、次級電壓和線圈圈數(shù)具有以下關(guān)系，即: (1)b）效率 在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，即: (2)變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗就越小，率率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。c）額定電壓指在變壓器的初級線圈上所允許施加的電壓，正常工作時，變壓器初級繞組上施加的電壓不得大于規(guī)定值。 d）額定功率額定功率是指變壓器在規(guī)定的頻率和電壓下能長期工作，而不超過規(guī)定溫升時次級輸出的功率。e）調(diào)整率變壓器的調(diào)整率=（空載電壓-滿載電壓）/滿載電壓。一般10W以下變壓器的調(diào)整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調(diào)整率，只有選大一些的功率變壓器，如3W的變壓器的調(diào)整率為28%，使用功率為1.5W。2.2.2 整流、濾波電路介紹橋式整流電路的作用是利用單向?qū)щ娦缘恼髟O管，將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動電壓。但是，這種單向電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。所有需要經(jīng)過電容濾波其中C1=1000 F； C2=0.1uf。圖5 整流、濾波電路穩(wěn)壓電路介紹7805是三端穩(wěn)壓IC內(nèi)部電路具有過壓保護、過流保護、過熱保護功能，這使它的性能很穩(wěn)定。能夠?qū)崿F(xiàn)1A以上的輸出電流。器件具有良好的溫度系數(shù)，因此產(chǎn) 品的應(yīng)用范圍很廣泛?？梢赃\用本地調(diào)節(jié)來消除噪聲影響，解決了與單點調(diào)節(jié)相關(guān)的分散問題，輸出電壓誤差精度分為3%和5%。圖6為穩(wěn)壓電路，其中C8=10uf，C3=100uf，他們的作用是為了讓輸出的電流更穩(wěn)定，排除雜波的干擾。圖6 穩(wěn)壓電路2.3 延時電路設(shè)計觸摸延時電路是基于時基芯片NE555構(gòu)成的電路，主要用于開關(guān)閉合后控制電路在一段時間后自動斷開達(dá)到延時的目的。圖7為555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，555集成定時器是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成器件，應(yīng)用十分廣泛，可做各種儀器、儀表、自動化裝置 各種民用電器的定時器、 時間延時器等時間功能電路，也可構(gòu)成自激多諧振蕩器、脈沖調(diào)制電路、脈沖相位調(diào)諧電路及單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)等各種電路。圖7 555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖觸摸延時開關(guān)電路主要由時基芯片NE555組成的定時電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時由于觸摸端無感應(yīng)電壓，電容C4通過555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，繼電器KS釋放，電燈不亮。當(dāng)需要開燈時，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號電壓由C7加至555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，繼電器KS吸合，電燈點亮。同時，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過給C4充電，這就是定時的開始。當(dāng)電容上電壓上升至電源電壓的2/3時，555第7腳導(dǎo)通使C4放電，使第3腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時結(jié)束。定時長短由、決定：=1.1根據(jù)設(shè)計需要延時一分鐘=60s，設(shè)C4=100F ，則=550K如圖8，為延時電路設(shè)計原理圖：圖8 延時電路原理圖2.4 控制電路設(shè)計控制電路主要有繼電器構(gòu)成，NE555三腳輸出高電平時，繼電器的線圈中會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合，電燈亮。 當(dāng)NE555三腳輸出低電平時，繼電器中線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵 就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點 常閉觸點）釋放，此時電燈熄滅。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。繼電器由NE555三腳輸出電壓決定，由于NE555的供電電源是5V，所以3腳輸出電壓略等與5V?？梢赃x用額定電壓5V的繼電器，二極管選用1N4007即可。如圖9，為繼電器控制電路原理。當(dāng)OUT輸出為高電平時繼電器吸合導(dǎo)通，電路連通，燈泡發(fā)光。圖9 控制電路原理圖2.5 總電路設(shè)計本電路有上述電源模塊，延時模塊，控制電路模塊等組合而成，總電路圖設(shè)計如圖10。圖10 總電路原理圖3 電路仿真根據(jù)設(shè)計的總電路圖在仿真軟件上搭建電路進行仿真，本人運用multisim 13軟件仿真，下面是仿真電路結(jié)果顯示。圖11 電路仿真原理圖圖12 555計時器輸出端為低電平時的波形按設(shè)計方案連接仿真電路，如圖11，當(dāng)開關(guān)未閉合時，555繼電器輸出端為低電平，如圖12，繼電器保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，燈泡保持熄滅。圖13 開關(guān)閉合時燈泡點亮當(dāng)開關(guān)閉合時，如圖13，將5V電壓加在NE555芯片的觸發(fā)端，使輸出端信號有低電平變?yōu)楦唠娖剑鐖D14，繼電器銜鐵閉合，照明電路接通，燈泡點亮。同時，電源通過定時電阻給定時電容充電，這就是定時的開始。圖14 開關(guān)按下后555計時器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖綀D15 開關(guān)斷開延時一段時間后輸出的跳變?yōu)榈碗娖疆?dāng)開關(guān)斷開后555計時器輸出端保持高電平輸出延時一段時間后555的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑鐖D15，繼電器釋放，120V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。達(dá)到預(yù)定設(shè)計目的。下圖16為NE555輸出端延時一分鐘高電平時的仿真圖像：圖16 NE555輸出端高電平剛好一分鐘4 制作實物及調(diào)試搭建電路確保電路無虛焊，短接，斷路等問題，圖17為本人搭建的電路安裝完成后，加電調(diào)試，查看NE555輸出的波形頻率是否合理，若不合理進行修改延時電路中C4或R1的值。圖17 搭建電路電源模塊調(diào)試：加入8V左右的交流電壓，由于實驗室沒有交流電壓源，所以用8V的直流穩(wěn)壓電源代替，測輸出端電壓如圖18，測出輸出電壓為5.02V，達(dá)到預(yù)期效果，即電源部分沒有問題。圖18 測試電源模塊延時電路及控制電路調(diào)試：連接好電路，當(dāng)NE555觸發(fā)端沒有電流通過時，其輸出端輸出為低電平，如圖19 萬用表顯示。當(dāng)觸發(fā)端有瞬間電流通過時，NE555 輸出端輸出為高電平，如圖20所示，繼電器吸合LED燈發(fā)光。圖19 無觸發(fā)電流時圖20 觸發(fā)端加瞬間電流時調(diào)試結(jié)果經(jīng)過一分鐘后NE555 輸出端電壓自動跳變成低電平，繼電器自動斷開，LED燈熄滅（為了安全期間運用5V直流電壓代替22V交流電壓，用LED燈代替白熾燈）。即達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果。總 結(jié)通過本次對樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，使我從中學(xué)習(xí)到了許多的新知識，對于樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，我們應(yīng)該抓住其本質(zhì)，主要包括直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過整流、 濾波、穩(wěn)壓為 NE555 提供工作電壓；完成由 NE555 定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的延時； 由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實現(xiàn)對樓道電燈的控制。在本設(shè)計當(dāng)中，我們的動手能力得到了提高，對做事情的耐心程度也得到了提高，同時我們在實踐中學(xué)習(xí)，把我們的知識掌握的更加牢固，也為以后找工作奠定了扎實的基礎(chǔ)。、致 謝經(jīng)過本次課程設(shè)計，從理論到實踐，可以說：各位老師對我的幫助都很大，教我學(xué)用理論解決實際問題，在實踐中學(xué)習(xí)，老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益，在這里謹(jǐn)向各位老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時也感謝團隊的小伙伴們，如果沒有他們，我將很