觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(jì)

1、鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目觸摸式延時小夜燈學(xué)生姓名許航專業(yè)班級 14通信工程1班學(xué) 號 201451021所在系信息工程學(xué)院完成時間2015年12月30日鄭州科技學(xué)院微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)14級通信工程班級1班 學(xué)號201451021姓名許航一、設(shè)計(jì)題目觸摸式延時小夜燈二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 .設(shè)計(jì)一款觸摸式的延時小夜燈。2 .功能是用手觸摸電路中的輸入端金屬片后小夜燈點(diǎn)亮，并延時30s后自動熄滅。34.進(jìn)行電路的安裝并確保電路正常。5.完成課程設(shè)計(jì)報告并上交作品。三、參考文獻(xiàn)1張曉東.新穎有趣的延時小夜燈J.廣電電器網(wǎng).2013.1.29:13.2余俊芳.觸摸式延時小

2、夜燈J.百度文庫.2011.12:45.3康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）M.北京:高等教育出版社.2012.3335.4王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)（第二版）M.江西科學(xué)技術(shù)出版社.2005.3436.5楊振江.新穎實(shí)用電子設(shè)計(jì)與制作M.西安電子科大出版社.2000.2325.四、設(shè)計(jì)時間2015年12 月21日 至 2015年12月30日指導(dǎo)教師簽名：觸摸式延時小夜燈的產(chǎn)生可以極大地方便老人和小孩在晚上解便，用手觸摸一下輸入端金屬片小燈泡自動點(diǎn)亮。并持續(xù)一段時間后自動熄滅。該觸摸式延時小夜燈運(yùn)用放 大電路等一些電子元件達(dá)到理想的效果。 觸摸延時小夜燈比較適合樓梯走廊和室內(nèi)等處 的燈光照明

3、，觸摸延時小夜燈只需輕觸一下開關(guān)就可控制燈的關(guān)和開，還具有延時功能,在一段時間內(nèi)無人觸摸的情況下燈會自動熄滅，這樣可以起到節(jié)能的作用，所以在樓梯 和走廊處用的比較多。關(guān)鍵詞：觸摸延時放大1 課程設(shè)計(jì)的目的 12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 23 引言 34 設(shè)計(jì)方案與論證 44.1 方案設(shè)計(jì) 44.2 方案論證 55 電路原理介紹 75.1 單元電路設(shè)計(jì) 75.2 仿真 96 硬件安裝與調(diào)試 116.1 元件的焊接與安裝 116.2 硬件的調(diào)試 11總 結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13附錄一：原理圖 14附錄二：實(shí)物圖 15附錄三：元器件清單表 161 課程設(shè)計(jì)的目的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是繼模擬電子技術(shù)理論學(xué)

4、習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后又一重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它的目的在于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的水平，把所學(xué)到的書本知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力 ,培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想， 理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)， 嚴(yán)肅認(rèn)真、 實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。 培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決工程實(shí)際問題的能力。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能。綜合所學(xué)知識進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法，為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)基本要求。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)任務(wù)：1 .設(shè)計(jì)一款觸摸式的

5、延時小夜燈。2 .先進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，用軟件代替實(shí)際焊接，達(dá)到效果后再進(jìn)行實(shí)際焊接。3 .進(jìn)行電路的安裝，并確保電路正常。4 .完成后遞交課程設(shè)計(jì)報告并上交作品。要求：用手觸摸電路中的輸入端金屬片后小夜燈點(diǎn)亮，并延時 30s后自動熄滅3 引言當(dāng)今社會人們更加注重節(jié)能環(huán)保，照明這一領(lǐng)域也發(fā)生了很大的變化，從傳統(tǒng)的白熾燈具向LED照明燈發(fā)展，照明智能化進(jìn)程也從公共照明的節(jié)電控制開始。用普通開關(guān)去控制樓道里的照明燈常常會出現(xiàn)“長明燈”現(xiàn)象，這樣會造成資源的浪費(fèi)。適宜于門廳、樓梯和樓道中使用的觸摸式延時小夜燈，大幅度節(jié)省照明用電，照明燈的實(shí)際使用壽命也明顯延長。用手一摸延時觸摸燈的觸摸片電燈亮一分鐘左右自

6、動熄滅，既節(jié)電又十分方便 . 使用這種開關(guān)可節(jié)電 80 , 延長燈泡壽命5 倍以上 , 觸摸開關(guān)本身使用壽命可達(dá) 10 萬次以上。 這類設(shè)計(jì)是受到歡迎和推廣的。 但自從幾百年前愛迪生發(fā)明電燈以來，電燈就在不斷的發(fā)展，在現(xiàn)代電子技術(shù)工作者，給電燈賦予了各種各樣的功能，使其演變成了自動化和智能化，更好地方便人們的生活。觸摸式延時小夜燈被廣泛應(yīng)用到各個家居、樓道等場合。本課題旨在方便大眾，為家居設(shè)施的智能化和現(xiàn)代化的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。對于當(dāng)今社會各種智能化的建筑來說是非常不實(shí)用的。隨著人類社會的進(jìn)步和電子科技的發(fā)展，人類發(fā)揮著自己的聰明才智制造出各種智能控制燈泡的東西。 觸摸式延時小夜燈的產(chǎn)生可以極大地

7、方便廣大人群，用手觸摸一下金屬片小燈泡自動點(diǎn)亮。并持續(xù)一段時間后自動熄滅。觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(jì)4設(shè)計(jì)方案與論證4.1 方案設(shè)計(jì)萬案一：qR2-1M。Ir Cl7 1OOO|jFWVCD4069R4220QLED6<_HR3 Ik。VT 9013圖4-1觸摸式延時小夜燈電路原理圖該觸摸式延時小夜燈電路圖見圖 4-1 .其原理是：當(dāng)手指沒有觸摸到觸摸片 S時， 反相器I的輸入端（即六反相器CD4069（1）腳）因R1供電而呈高電平，反相后其輸出端為 低電平：二極管VD截止，反相器II的輸入端（即CD4069D腳）也為低電平，此時電容C1 正、負(fù)極板充滿了上正下負(fù)電荷，腳低電平經(jīng)反相器R反

8、相后輸出端（即CD4069）腳） 輸出高電平.再經(jīng)反相器田再次反相后仍輸出低電平，所以三極管 VT截止.高亮度發(fā) 光二極管LED不亮。若用手指觸摸電極S后，由于人體電阻遠(yuǎn)小于 R1的阻值，故反相 器I的輸入端由開始的高電平變?yōu)榈碗娖?，反相后其輸出端輸出高電平，二極管VD導(dǎo)通.電容器C1開始放電.反相器R輸入端逐漸上升為高電平.于是反相器R的輸出端 變?yōu)榈碗娖?，?jīng)反相器田再次反相后.其反相器田的輸出端（即CD406腳）輸出高電平， 經(jīng)電阻R3加至三極管VT的基極使其飽和導(dǎo)通，發(fā)光二極管 LED發(fā)光。當(dāng)人手離開觸摸 板S后.雖反相器I的輸入端變?yōu)楦唠娖剑敵龆俗優(yōu)榈碗娖?VD重新截止，但由于C1兩

9、端電壓不能突變，即CD4069D腳與腳仍維持高電平.即 LED0發(fā)光。不過與此 同時.電源已經(jīng)通過R2對電容C1重新充電.因而CD406腳電位開始下降，當(dāng)電平降 至1/2VDD但源電壓）時，也就是發(fā)光二極管熄滅時.反相器H、田輸入和輸出電平均 發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即CD406腳由開始高電平變?yōu)榈碗娖?，VT截止.發(fā)光二極管熄滅.因此發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r間就是該電路的延遲時間，主要由R2、C1的充電時間常數(shù)決定。其觸摸片取一塊20m由20mmi勺單面敷銅板，用小刀將銅箔刻成正、倒梳齒狀態(tài)，正、倒 齒上各焊一根引線作為兩個電極.然后用 502膠將觸摸片粘在外殼上，為使手觸摸時接 觸良好，最好在觸摸片銅箔面上鍍上一

10、層錫，有條件鍍一層銀更好。每次觸摸后發(fā)光二 極管的點(diǎn)亮?xí)r間根據(jù)各人具體要求不同.自行改變 R2或C1的數(shù)值（電阻阻值、電容容 量越大.小夜燈點(diǎn)亮?xí)r間越長）1”。萬案一：該方案由觸摸電路、燈泡控制電路、延時電路和負(fù)載組成。首先，電路接通后不 會馬上點(diǎn)亮，人體本身帶有一定電荷，當(dāng)人的手接觸導(dǎo)體時，這些電荷就經(jīng)人手轉(zhuǎn)移到 導(dǎo)體上，形成瞬間的微弱的電流，這一微弱的電流經(jīng)過三極管放大后就可以控制較大的 負(fù)載開關(guān)動作，從而達(dá)到觸摸延時。RC電路中電容在充放電過程中起到不同的作用進(jìn)行延時，三極管直接耦合形成放大和開關(guān)電路和NPNt和PNPt互補(bǔ)連接放大信號。延時電路圖4-2觸摸延時電路框架圖4.2 方案論證

11、方案一：本電路采用CD4069芯片，內(nèi)部由六個COS/MOS相器電路組成。此器件觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(jì)主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驅(qū)動和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。CD4069芯片反相器分為I部分、II部分和III部分。逐級進(jìn)行反相。通過CD4069芯片各個管腳的高低電平的轉(zhuǎn)換來導(dǎo)通電路中的三極管等元件，從而對電容進(jìn)行充電和放電，進(jìn)而達(dá)到延時的效果。方案二：該電路主要使用電阻電容和三極管構(gòu)成。利用人體感應(yīng)電流將三極管進(jìn)行導(dǎo)通，在導(dǎo)通瞬間即可對電容進(jìn)行充電。在手指松開后電容可以及時對負(fù)載進(jìn)行充電，從而使 LED 燈正常工作。相同點(diǎn)：兩個方案都能完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求。不同點(diǎn)：方案一使

12、用的元件較多，且使用 CD4069 元件連接較為麻煩。導(dǎo)通所需要的條件較多，導(dǎo)通過程較為復(fù)雜。方案二元件較為簡單，容易導(dǎo)通，電容能夠快速的充放電。且容易連接操作。此次制作選擇的方案是方案二，因?yàn)槠渲谱骱唵?，原理簡單易懂，并且造價相對便宜。觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(jì)5電路原理介紹觸摸延時小夜燈電路圖5-1所示，電路由觸摸電路、延時電路、控制電路和負(fù)載 組成。VT1和VT2組成直接耦合的兩級放大電路，VT3構(gòu)成開關(guān)電路。金屬片M和限 流電阻R6接在VT1的基極，當(dāng)其懸空時，由于基極開路，VT1、VT2處于截止?fàn)顟B(tài)，因此VT3也截止，LED中無電流流過而不發(fā)光。當(dāng)人手接觸金屬片 M時，人體電荷經(jīng) R6

13、流入VT1基極，VT1迅速導(dǎo)通將此瞬間電流放大后驅(qū)動 VT2飽和導(dǎo)通，使VT2的在VT2瞬間飽和導(dǎo)通的同時，集電極電流對電容 C快速充電至接近12V,但瞬間 電流消失后，VT1、VT2截止，由于C分別與R3和VT3發(fā)射結(jié)，以及R2構(gòu)成放電回 路的時間常數(shù)較大，使電容C所儲存的電荷放電比較慢，VT3在一段時間內(nèi)仍保持導(dǎo)通， LED繼續(xù)發(fā)光，直到VT3的集電極電流減小到不足以使 LED發(fā)光。5.1單元電路設(shè)計(jì)1 .觸摸電路利用人體的導(dǎo)電性質(zhì)，通過金屬片把人體感應(yīng)電壓輸入電路中，再經(jīng)過放大元件放大作用于電路。圖5-2觸摸電路觸摸金屬觸片M人體的50HZ感應(yīng)電流經(jīng)R6分壓，把電壓供給VT1的基極使三極

14、 管導(dǎo)通。從而把電流供給給下一級電路。2 .延時電路圖5-3延時電路延時電路其主要作用是實(shí)現(xiàn)燈泡的延時， 它是利用電容的充放電來實(shí)現(xiàn)延時作用的， 電容充放電時，電容極板上的電壓在時刻變化著。如圖 5-3,其原理：在通電瞬間電路 中有電流流通。此時電容正在充電，其兩端的電位差 vcc逐漸增大。一旦電容兩端電壓 vcc增大至與電源電壓V相等時，電容充電完畢，電路中再沒有電流流動，而電容的充 電過程完成，電容負(fù)極板電勢逐漸下降，最后負(fù)極變?yōu)榈碗娖?；手指觸摸M時，由觸摸電路可知，負(fù)極變?yōu)楦唠娖?，此時電容開始放電；手指離開M后，由于電容兩極板電壓不能突變，所以負(fù)極不能立即變?yōu)榈碗娖?，這時電源對電容重新充

15、電，負(fù)極電壓降 低，最后變?yōu)榈碗娖?。所以該電路在原電路中的作用是?fù)極的高電平延長一段時間再變 為低電平。電路的延時時間與電容、電阻 R2和R3有關(guān)電容電阻和延遲時間的關(guān) 系如表5-1所?。篊1(F)R2(KQ)R3(KQ )延遲時間（S）100100230s1001005.560s1001505.590s10022.5.5135s表5-1電容、電阻和延遲時間的關(guān)系5仿真按照電路的原理圖在仿真軟件 Multisim中將元件連接好。如圖5-4所示（注：仿真過程中9013用2N5551代替，9012用2N3905代替，用輸出為50HZ的函數(shù)信號發(fā)生器代替手指觸摸金屬片的動作。如圖5-5所示：圖5-5

16、觸摸式延時小夜燈觸摸電路從仿真過程中可見，當(dāng)手指觸摸金屬片后LED點(diǎn)亮，當(dāng)手指松開后會繼續(xù)點(diǎn)亮 30秒左右自動熄滅。經(jīng)示波器輸出檢測，原來的輸入信號的電壓被放大了足以點(diǎn)亮燈泡 示波器檢測波形如圖5-6所示：圖5-6觸摸式延時小夜燈仿真波形圖觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(jì)6 硬件安裝與調(diào)試6.1 元件的焊接與安裝在組裝過程中先把元件的一個管腳焊接到電路板上， 然后再把元件緊貼電路板把另 外的管腳焊接上，然后按照電路圖用焊錫把元件連接起來。安裝時先進(jìn)行觸摸電路的安裝，然后進(jìn)行延時電路的安裝，再進(jìn)行燈泡控制電路的 安裝，最后進(jìn)行負(fù)載安裝和整個電路的檢驗(yàn)。6.2 硬件的調(diào)試連接好以后進(jìn)行通電測試，接上12V

17、的電源，用電壓表測量VT2集電極電位在手觸 摸M前后的變化，看是不是從高電平跳變到低電平。一開始是接通電源后就常亮，不用 觸摸就會亮不會延時， 經(jīng)過仔細(xì)檢查線路發(fā)現(xiàn)其中電容處電路斷路。 再次焊接好以后 LED 可以在手觸摸輸入端的金屬片后實(shí)現(xiàn)延時效果?？偨Y(jié)雖然這次課程設(shè)計(jì)是那么短暫的兩周時間，我感覺到這些天我的所學(xué)勝過我這一學(xué) 期所學(xué)，這次課程設(shè)計(jì)使我做事的耐心和仔細(xì)程度得以提高。課程設(shè)計(jì)是培訓(xùn)學(xué)生運(yùn)用 本專業(yè)所學(xué)的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實(shí)際問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對本學(xué)期所學(xué)知識的復(fù)習(xí)和鞏固。通過課程設(shè)計(jì)使我們了解到一些實(shí)際與理論之間的差異。通過課 程設(shè)計(jì)不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工

18、作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟 練使用資料，運(yùn)用工具書的能力，把我們所學(xué)的課本知識與實(shí)踐結(jié)合起來，起到溫故而 知新的作用。同樣，也促使了同學(xué)們的相互探討，相互學(xué)習(xí)。因此，我們必須認(rèn)真、謹(jǐn) 慎、踏實(shí)、一步一步的完成設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)讓我明白了一個很深刻的道理：團(tuán)隊(duì)精神周 然很重要，但人往往還是要靠自己的努力，自己親身去經(jīng)歷，這樣自己的心里才會踏實(shí)， 學(xué)到的東西才會更多。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。在課程設(shè)計(jì)過程中。我們要 比較系統(tǒng)的了解模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計(jì)原則到電路的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試，本次設(shè)計(jì)綜合一學(xué)期所學(xué)的專業(yè)課程，這次課程設(shè)計(jì)使我收獲很多、學(xué)會 很多、比以往更有耐心很多。感謝學(xué)校及老師給我們這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會，最真摯的感 謝我們的輔導(dǎo)老師，在設(shè)計(jì)過程中，老師精心的輔導(dǎo)和不厭其煩地的態(tài)度才使得我們 以順利的完成這次設(shè)計(jì)，他那無私的奉獻(xiàn)的精神照耀著我們對學(xué)習(xí)的熱愛，同時也增加 我們對知識的追求和欲望度。參考文獻(xiàn)1張曉東.新穎有趣的延時小夜燈J.廣電電器網(wǎng).2013.1.29:13.2余俊芳.觸摸式延時小夜燈J.百度文庫.2011.12:45.3康光華 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分