觸摸式延時電燈電路設計

1、- -觸摸式延時電燈電路設計陳偉麟 羅錦偉 盧貞仲 蕭甘澤 X世文指導教師：李敏一、論文背景1.1研究目的：隨著第三次科技革命的到來，我們的生活正邁向自動化和智能化。各種電子產(chǎn)品，正一步步地走進我們的生活中來。而許多電子產(chǎn)品都是一個電子控制系統(tǒng)，按照設計者意愿進展工作。通過設計一個簡單的電子控制系統(tǒng)，有助于我們更好地了解現(xiàn)代科技，并讓我們從中表達科技所帶來的樂趣，所以我們小組研究的目的是為了認識現(xiàn)代科技中的電子技術。1.2研究方法：上網(wǎng)和去圖書館查找資料，了解許多通用電子元件的使用方法和系統(tǒng)的知識，簡單了解邏輯電路的使用。通過對相關資料的整理，進展簡單的歸納和總結，用簡單的方法去演繹一個設計方

2、案的設計過程。1.3研究對象：電燈。二、常見的電燈附帶功能及其電路分析可能有人會覺得一盞小小的電燈沒有什么特別之處。但自從幾百年前愛迪生創(chuàng)造電燈以來,電燈就在不斷地開展，在現(xiàn)代電子技術工作者，給電燈賦予了各種各樣的功能，使其也變成了自動化和智能化，更好地方便人們的生活。常見的功能如下：觸摸式開啟：利用觸摸開關，只要用手輕輕觸摸一下，電燈就亮起來。延時功能：電燈開場后，過一段時間后就能自動關閉。光控功能：利用手電筒等光源照一下電燈的光感應元件，燈就亮起來了?；蛘哂霉饪仉娐肥闺姛魺o法在光亮的環(huán)境下亮起來。聲控功能：只要拍一下手，電燈就自動開場，關閉也用同樣的方法。下面我們對能夠實現(xiàn)上述功能的一些簡

3、單電子電路進展整理分析：2.1觸摸電路。觸摸式開關電路的根本原理是：利用人體的導電性質，通過金屬片把人體感應電壓輸入電子電路中，再經(jīng)過放大元件放大，而作用于電路。常見的放大元件有集成運放，三極管，場效應管等。常見的電路如下： M為金屬片。a圖中放大元件為集成運放，屬于反相放大器。當用手指接觸M時，電流從金屬片流向人體，反相放大器負輸入端輸入負電壓，經(jīng)過放大輸出U。其放大系數(shù)為：B=R2/R1。(b)圖中放大器元件為兩個復合三極管。三極管通過復合可有效提高放大電流。當用手觸摸M時，人體感應電動勢從M輸入，VT的基極得到觸發(fā)電流，三極管導通，通過放大輸出U。值得注意的是，必須讓手指直接觸摸金屬片才

4、能使電路工作。放大電路可放大倍數(shù)越大，電路靈敏度就越高。觸摸式開關被廣泛應用到各科關并場合中，如常見的電燈中。其有著無機械噪音，無機械磨損的優(yōu)點。2.2延時電路延時電路被廣泛應用于延時電燈，洗衣機，微波爐等電器種，使電器的使用更加方便。準確度高的電路被用于秒級控制的電器中。常用的簡單延時電路的根本原理是利用電容的充電放電功能來實現(xiàn)延時功能，并與各類電子元件相互組合實現(xiàn)不同的延時控制。延時電路可實現(xiàn)延時開啟和延時關閉等控制。電容與其它電子元件的組合使用有如下幾種：1.電容與放大電路。其電路圖如下：圖a與b在有電壓U輸入時，三極管基極有電流通過，電路導通，同時，電容C被快速充電。U停頓輸入后，電容

5、放電，使三極管繼續(xù)保持導通，延時開場，直到電容放電完畢，三極管截止，延時完畢。圖b中參加了電磁繼電器，當三極管導通時，電磁繼電器吸合，可實現(xiàn)低壓控制高壓的延時。2.電容與晶閘管。電路簡圖如下：工作原理：當有U0輸入時，晶閘管V導通，同時C正向充電，當沒有U0輸入后，電容放電使晶閘管Vs保持導通，使工作電路運作。當C放電完畢，Vs因沒有觸發(fā)電流而截止，延時完畢。延時時間由C的電容量和R的大小決定。3.電容與光電耦合電器。電路簡圖如d：當有電壓U0輸入時，電容C充電，左端電路通過光電耦合器，使工作電路啟動，并實現(xiàn)延時控制。光電耦合器和電磁繼電器一樣可實現(xiàn)隔離控制。4.電容與單結晶體管。電路簡圖如e

6、：當開關S閉合后，電容C緩慢充電，過一段時間后，C上極的電勢高于VT的峰值電壓，單結晶體管突然導通，發(fā)出一個正脈沖，使晶閘管V突然導通，工作電路開場工作。此電路可實現(xiàn)延時啟動的功能。2.3光控電路使用光控電路可實現(xiàn)用電筒等光源來控制電燈的開啟與關閉。并能實現(xiàn)電路的自動動作。如常見的路燈控制電路就是此類電路。光控電路的其中原理是應用光敏元件來實現(xiàn)光線對其影響。常見的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻等。常見的一些控制電路簡圖如下：圖a中。所使用的感光器件為光敏三極管，當光敏三極管受光照射時，VT2導通，使VT1導通，電磁繼電器吸合，工作電路接通，實現(xiàn)光控開啟。圖b中，由光敏電阻與晶閘管V

7、構成控制電路，當白天自然光線較強時，光敏電阻呈低電阻，與R1分壓后使晶閘管Vs門電極外于低電平，V關斷。當光線較暗時，R2呈高阻，使V門電極處于高電平，V獲得正向觸發(fā)電壓而導通，燈L亮。2.4聲控電路使用聲控電路可實現(xiàn)電路的智能化控制，實現(xiàn)無接觸式開啟，關閉。被廣泛運用于各種智能化控制電路中，如智能化控制的照明系統(tǒng)。只要拍拍手就可以讓電路自動開啟，有著無比的方便性。聲控電路的根本原理是利用話筒來接收外界聲音，把聲音信號轉化成電信號，再經(jīng)過放大處理作用于電路的工作。一些簡易的電路控制圖如下：圖a(b)中，B為話筒。圖a工作原理為，當B承受到聲音信號時，B將聲音信號變成電信號，并經(jīng)過電容C耦合觸發(fā)

8、晶閘管，使其導通，工作電路導通。晶閘管導通后，保持導通狀態(tài)。圖b為聲音信號的放大電路。當B承受到聲音信號時，B將聲音信號變成電信號，并經(jīng)三極管VT1,VT2兩級放大，再經(jīng)過耦合電容C3把信號輸入到下一級電路。經(jīng)過放大器件將聲音信號放大可增強聲控電路的靈敏度。通過對上述常用的功能電路的簡單分析，我們小組決定利用功能組合的方法，設計一個簡單的電燈控制電路。三、設計過程3.1設計題目：觸摸式延時電燈的簡單設計3.2功能要求：1使用觸摸模式開關來開啟；2實現(xiàn)聲控開啟；3延時關閉；4在外界光亮度較大時，電路無法開啟。3.3設計分析：1可選擇開環(huán)電子控制系統(tǒng)被控量是燈光，被控對象是小燈泡；2有三個輸入端，

9、一個是觸摸開關，一個是聲控開關，一個是光入端；3控制局部可以使用電子電路作為控制核心。3.4設計過程:1.畫出電燈的控制系統(tǒng)方框圖輸入光控二極管話筒，觸摸開關控制電子電路對輸入信號分析后，發(fā)出指令輸出電燈被控對象燈光2.根據(jù)系統(tǒng)的要求分析出電路的組成如下觸摸開關聲控局部光控局部處理 電燈 延時 其中，觸摸開關局部選用圖1b類似的方案，聲控局部選用圖1(a)類似的方案，光控局部選用光敏電阻作為根本感光元件，延時局部先用圖2(a)的方案。接下來的處理局部的解決就是最大的問題。開場時我們決定使用邏輯電路來實現(xiàn)其功能要求。有三個輸入端，假設設光控信號為A，由于觸摸開關可聲控局部可連在同一個延時電路中，

10、可高它們?yōu)锽，設輸出為Y。當A為高電平時，Y為低。當A為低電平時，B為高電平時，Y為高。邏輯真值表為圖(1)。根據(jù)圖表可知其邏輯表達式為，邏輯電路使用如圖(2)。隨后，我們知道上述電路中使用了兩種門電路，而通用的集成電路塊都只含一種門電路。必須對其進展變形。因為,根據(jù)反演律有這樣就可以使用或非門來實現(xiàn)同樣的處理功能。門電路連接如圖3。按照此圖的電路連接，可使用CT74LS02或CC4001的四二輸入或非門。其引腳如圖4。其連接方法是A連1，B連5和6，4和2連接，3即為輸出端Y。但后來我們發(fā)現(xiàn)使用這樣的方法還是浪費了集成電路的兩個門。因為電路要實現(xiàn)的邏輯功能比較簡單，可以用其他的方法代替門電路

11、的使用，通過查找相關的電路圖使用，決定使用兩個三極管實現(xiàn)設計要求,如圖5。令外界光度較高時，A輸入為低電平，無論B輸入為高電平，假設有B為高電平，電燈就可亮起來。光控電路局部電路如圖6所示。當R2接收到外界較強光線時，U為低電平，當外界光線較弱時，R2呈現(xiàn)高電阻，U為高電平。然后我們才發(fā)現(xiàn)只要把邏輯表達式中的改變?yōu)锳就是一個與門電路，之前所思考的方法反而使電路更加復雜。而圖5就是一個與門電路的簡單形式之一。3.上述的設計內容，畫出總的設計圖如下:其工作原理為：當外界光線較強時，光敏電阻R4呈現(xiàn)低電阻，三極管VT6基極為低電平，三極管截止。電燈無法亮起來。當外界光線較弱時，三極管VT6基極為高電平，三極管VT6導通。當用手觸摸金屬片M時，人體感應電動勢從M輸入，經(jīng)過三極管VT4，VT5放大在短時間內給C充電，同時，VT7有基極電流，VT7導通。電燈發(fā)光。當手指離開M后，電容C3開場放電，VT7保持導通，延時開場，當C放電完畢，VT7截止，電燈泡熄滅，延時完畢。延時時間由C3和R5的數(shù)值決定。聲控。大力地拍一下手掌,使B接收聲音信號,再把聲音信號轉化為電信號,再轉入三極管組,VT1,VT2,VT3經(jīng)過放大后的電流作用于電容C3使其充電,并使VT7導通,假設此時VT6也導通,電燈泡就亮起來了。電容