觸摸式延時小夜燈課程設(shè)計(共21頁)

1、觸摸式延時小夜燈設(shè)計鄭州科技(kj)學院模擬電子(dinz)技術(shù)課程設(shè)計題 目 觸摸式延時小夜燈 學生(xu sheng)姓名 許航 專業(yè)班級 14通信工程1班 學 號 201451021 所 在 系 信息工程學院 指導教師 邱麗莉 完成時間 2015年12月 30日 觸摸式延時小夜燈設(shè)計鄭州科技(kj)學院微機(wi j)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)(zhuny)14級通信工程 班級1班 學號201451021 姓名許航 一、設(shè)計題目 觸摸式延時小夜燈 二、設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計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亮，并延時30s后自動熄滅。34.進行

2、電路的安裝并確保電路正常。5.完成課程設(shè)計報告并上交作品。三、參考文獻 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(第五版)M.北京:高等教育出版社.2012.3335.4王港元.電工電子實踐指導（第二版）M.江西科學技術(shù)出版社.2005.3436.5楊振江.新穎實用電子設(shè)計與制作M.西安電子科大出版社.2000.2325.四、設(shè)計時間 2015年 12 月21日 至 2015 年 12月30日 指導教師簽名：年 月 日摘 要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

3、晚上(wn shang)解便，用手觸摸一下輸入(shr)端金屬片小燈泡(dngpo)自動點亮。并持續(xù)一段時間后自動熄滅。該觸摸式延時小夜燈運用放大電路等一些電子元件達到理想的效果。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，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 放大目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc10837 1 課程設(shè)計的目的(md) 1 課程設(shè)計的目的(md)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計是繼模擬電子技術(shù)理論學習和實驗

4、教學之后(zhhu)又一重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。它的目的(md)在于提高學生理論聯(lián)系實際的水平，把所學到的書本知識轉(zhuǎn)化為實踐能力,培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。培養(yǎng)綜合運用所學知識分析和解決工程實際問題的能力。通過課程設(shè)計，使學生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路繪圖、查閱設(shè)計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應(yīng)用方面的能力得到訓練和提高。鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能。綜合所學知識進一步學習電子電路系統(tǒng)的設(shè)計方法和實驗方法，為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計打好基礎(chǔ)基本要求。2 課程設(shè)計的任務(wù)(rn wu)和要求設(shè)計(shj)任

5、務(wù)：1.設(shè)計(shj)一款觸摸式的延時小夜燈。2.先進行仿真實驗，用軟件代替實際焊接，達到效果后再進行實際焊接。3.進行電路的安裝，并確保電路正常。4.完成后遞交課程設(shè)計報告并上交作品。要求：用手觸摸電路中的輸入端金屬片后小夜燈點亮，并延時30s后自動熄滅。3引言(ynyn)當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。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，照明燈的實際使用壽命也明顯延長。用手一

6、摸延時觸摸燈的觸摸片電燈亮一分鐘左右自動熄滅，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10萬次以上。這類設(shè)計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(yli)，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(jij)設(shè)施的智能化和現(xiàn)代化的發(fā)展做出貢獻。對于當今社會各種智能化的建筑來說是非常不實用的。隨著人類社會的進步和電子科技的發(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。

7、觸摸式延時小夜燈的產(chǎn)生可以極大地方便廣大人群，用手觸摸一下金屬片小燈泡自動點亮。并持續(xù)一段時間后自動熄滅。4 設(shè)計方案與論證(lnzhng)4.1 方案設(shè)計方案(fng n)一：圖4-1 觸摸式延時小夜燈電路(dinl)原理圖該觸摸式延時小夜燈電路圖見圖4-1其原理是：當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，反相器的輸入端(即CD4069腳)也為低電平，此時電容C1正、負極板充滿了上正下負電荷，腳低電平經(jīng)反相器反相后輸出端(即CD4069腳)輸出高電平再經(jīng)反相器再次反相后仍輸出低電平，所以三極管

8、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導通電容器C1開始放電反相器輸入端逐漸上升為高電平于是反相器的輸出端變?yōu)榈碗娖?，?jīng)反相器再次反相后其反相器的輸出端(即CD4069腳)輸出高電平，經(jīng)電阻R3加至三極管VT的基極使其飽和導通，發(fā)光二極管LED發(fā)光。當人手離開觸摸板S后雖反相器I的輸入端變?yōu)楦唠娖?，輸出端變?yōu)榈碗娖絍D重新截止，但由于C1兩端電壓不能突變，即CD4069腳與腳仍維持高電平即LED仍發(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CD4069腳

9、電位開始下降，當電平降至12VDD(電源電壓)時，也就是發(fā)光二極管熄滅時反相器、輸入和輸出電平均發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即CD4069腳由開始高電平變?yōu)榈碗娖剑琕T截止發(fā)光二極管熄滅因此發(fā)光二極管點亮時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20mm20mm的單面敷銅板，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層錫，有條件鍍一層銀更好。每次觸摸后發(fā)光二極管的點亮時間根據(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亮時間越長)【1】。方案(f

10、ng n)二： 該方案由觸摸電路、燈泡控制電路、延時電路和負載(fzi)組成。首先(shuxin)，電路接通后不會馬上點亮，人體本身帶有一定電荷，當人的手接觸導體時，這些電荷就經(jīng)人手轉(zhuǎn)移到導體上，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載開關(guān)動作，從而達到觸摸延時。 RC電路中電容在充放電過程中起到不同的作用進行延時，三極管直接耦合形成放大和開關(guān)電路和NPN管和PNP管互補連接放大信號。燈泡控制電路負載觸摸電路延時電路圖4-2觸摸延時電路框架圖4.2方案論證方案一：本電路采用 CD4069芯片，內(nèi)部由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器、即用

11、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。逐級進行反相。通過CD4069芯片各個管腳的高低電平的轉(zhuǎn)換來導通電路中的三極管等元件，從而對電容進行充電和放電，進而達到延時的效果。方案(fng n)二：該電路主要使用(shyng)電阻電容和三極管構(gòu)成。利用人體感應(yīng)電流將三極管進行導通，在導通瞬間即可對電容進行充電。在手指松開后電容可以及時對負載進行充電，從而使LED燈正常(zhngchng)工作。相同點：兩個方案都能完成實驗設(shè)計的基本要求。不同點：方案一使用的元件較多，且使用CD4069元件連接較為麻煩。導通所需要的條件較多，導通過程較為

12、復(fù)雜。方案二元件較為簡單，容易導通，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，因為其制作簡單，原理簡單易懂，并且造價相對便宜。5 電路(dinl)原理介紹 觸摸(ch m)延時小夜燈電路(dinl)圖5-1所示，電路由觸摸電路、延時電路、控制電路和負載組成。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，當其懸空時，由于基極開路，VT1、VT2處于截止狀態(tài)，因此VT3也截止，LED中無電流流過而不發(fā)光。當人手接觸金屬片M時，人體電荷經(jīng)R6流入VT1基極，VT1迅速導通將此瞬間電流放大后驅(qū)動VT2飽和導通，使VT2的集

13、電極電位降為低電平，并使VT3也隨之導通，LED中有電流流過而發(fā)光。圖5-1 觸摸延時小夜燈原理圖在VT2瞬間飽和導通的同時，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1.觸摸電路利用人體的導電性質(zhì)，通過(tnggu)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(ch m)電路觸摸金屬觸片M，人體的50HZ感應(yīng)電流經(jīng)

14、R6分壓， 把電壓供給VT1的基極(j j)使三極管導通。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現(xiàn)燈泡的延時，它是利用電容的充放電來實現(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，電容負極板電勢逐漸下降，最后負極變?yōu)榈碗娖?；手指觸摸M時，由觸摸電路可知，負極變?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，所以負極不

15、能立即變?yōu)榈碗娖剑@時電源對電容重新充電，負極電壓降低，最后變?yōu)榈碗娖健Ｋ栽撾娐吩谠娐分械淖饔檬秦摌O的高電平延長一段時間再變?yōu)榈碗娖?。電路的延時時間與電容、電阻R2和R3有關(guān)【2】。電容電阻和延遲時間的關(guān)系如表5-1所示：C1（F)R2(K)R3(K)延遲時間(S)100100230s1001005.560s1001505.590s10022.5.5135s表5-1 電容、電阻(dinz)和延遲時間的關(guān)系5仿真(fn zhn)按照電路的原理圖在仿真軟件Multisim中將元件(yunjin)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

16、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 觸摸式延時小夜燈觸摸電路從仿真過程中可見，當手指觸摸金屬片后LED點亮，當手指松開后會繼續(xù)點亮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(fn zhn)波形圖6 硬件(yn jin)安裝(nzhung)與調(diào)試6.1 元件的焊接(hnji)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。安裝時先進行觸摸電路的安裝，然后進行延時電路的安裝，再進

17、行燈泡控制電路的安裝，最后進行負載安裝和整個電路的檢驗。6.2 硬件的調(diào)試連接好以后進行通電測試，接上12V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現(xiàn)延時效果。總 結(jié)雖然(surn)這次課程設(shè)計(shj)是那么(n me)短暫的兩周時間，我感覺到這些天我的所學勝過我這一學期所學，這次課程設(shè)計使我做事的耐心和仔細程度得以提高。課程設(shè)計是培訓學生運用本專業(yè)所學的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實際問題的重要教學環(huán)節(jié)，

18、是對本學期所學知識的復(fù)習和鞏固。通過課程設(shè)計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。同樣，也促使了同學們的相互探討，相互學習。因此，我們必須認真、謹慎、踏實、一步一步的完成設(shè)計。此次設(shè)計讓我明白了一個很深刻的道理：團隊精神固然很重要，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，學到的東西才會更多。使我對抽象的理論有了具體的認識。在課程設(shè)計過程中。我們要比較系統(tǒng)的了解模擬電子技術(shù)設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計原則到電路的設(shè)計、組裝和調(diào)試，本次設(shè)