樓道觸摸延時開關設計.doc

課程設計說明書 第 IV 頁課程設計任務書 2014 2015學年第二學期 專業(yè)： 電子信息工程 學號： 130XXXX013 姓名： 汪XX 課程設計名稱： 電子技術課程設計 設計題目： 樓道觸摸延時開關設計 完成期限：自 2015 年 6 月 15 日至 2015 年 6 月 28 日共 2 周設計依據、要求及主要內容（可另加附頁）： 一、設計依據 樓道觸摸延時開關是一種簡單、安全、新型的電子節(jié)能開關。可廣范應用于住宅小區(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，手指觸摸開關感應區(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，又沒有聲控開關有聲音就亮的弊端。本次設計利用已學的模擬電路與數字電路知識，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計觸摸延時開關。要求學生對電路原理、器件選擇、線路連接有較深入地分析探討，并解決在設計過程中出現的各種問題，最終正確無誤的給出電路分析設計過程及仿真結果，并寫出合格的課程設計報告。 二、要求及主要內容 1、要求制作的樓道觸摸延時開關電路簡單可靠、使用方便。 2、設計直流穩(wěn)壓電源電路。 3、設計延時電路。 4、設計控制電路。 5、正確無誤地完成硬件電路設計，畫出電路原理圖，給出仿真結果。 三、途徑和方法 應用模擬電子技術、數字電子技術實現樓道觸摸延時開關電路設計，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 撰寫設計說明書：12小時 修訂設計說明書：6小時 五、主要參考資料 1孫麗霞.數字電子技術M .北京：高等教育出版社,2006:174-196. 2楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程M.北京：高等教育出版社,2007:40-92. 3高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程-基本技能訓練與單元電路設計M.北京：電子工業(yè)出版社,2007:24-57. 4黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程M.北京：電子工業(yè)出版社, 2005.1:43-66. 5彭介華.電子技術課程設計指導M .北京：高等教育出版社,2002.12:37-228. 6陳永甫.新編555集成電路應用800例M.北京：電子工業(yè)出版,2000:80-130. 7高吉樣.電子技術基礎實驗與課程設計. 北京：電子工業(yè)出版社，2004. 8王慧玲.電工電子實驗與實訓. 北京：機械工業(yè)出版杜，2003. 指導教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 批準日期： 年 月 日 樓道觸摸延時開關設計摘 要樓道觸摸延時開關是一種簡單、安全、新型的電子節(jié)能開關?？蓮V范應用于多層 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。 本次設計利用模擬電路與數字電路，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計觸摸延時開關。需要開燈時，手指觸摸開關感應區(qū)，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅。設計表明這種開關制作簡單，安全節(jié)能。關鍵詞：單穩(wěn)態(tài)電路，繼電器，NE555，定時器，觸摸延時開關目 錄1 緒論.12 電路設計原理.12.1 觸摸式延時開關工作原理框圖.12.2 電源電路設計.22.3 延時電路設計.42.4 控制電路設計.62.5 總電路設計.63 電路仿真.74 實物制作及調試.10總結.13致謝.14參考文獻.15 課程設計說明書 第 16 頁1 緒 論隨著市場經濟的發(fā)展，人們對開關的要求越來越高，開關的種類也因此越來越齊全。 聲控開關、機械開關、光控開關等品種逐步進入生活中。但由于機械開關屬于有觸點開關元件,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；聲控開關嚴重浪費了電力資源，干擾了環(huán)境安寧；光控開關是采用光線的強弱來實現對用電器電源自動控制的電子開關，它對光線強弱的要求苛刻。針對以上開關的各種缺點，促使我們尋求更為理想的開關電器設備替代元件，方便人們生活。樓道觸摸延時開關是一種新型電子節(jié)能開關，可廣范應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，手指輕輕觸摸開關的感應區(qū)，電燈自動開啟點亮，延時一分鐘，電燈自動關閉熄滅。該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關有聲音就亮的弊端。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。本設計為人體觸摸感應開關，用手觸開關的感應區(qū)電燈即亮，約經1分鐘時間自動關燈。本設計主要內容：1.直流穩(wěn)壓電源經過整流、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)電路實現對觸摸開關的延時。3.由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實現對樓道電燈的控制。2 電路的設計2.1 觸摸式延時開關工作原理框圖穩(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，再經過整流和濾波電路得到一個12V的直流電壓，再經過L7805穩(wěn)壓得到恒定的5V直流電壓，為NE555提供工作電壓。當需要開燈時，用手觸碰一下感應區(qū)，經過三極管放大，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 電源電路設計穩(wěn)壓電源先經過變壓器降壓，在經過整流、濾波和穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的5V電壓。下圖2為電源設計框圖，如圖3為電源設計電路圖。其輸出電壓如圖4仿真電路電壓表所示。濾波整流變壓負載穩(wěn)壓圖2 電源設計框圖圖3 電源設計電路圖圖4 電壓輸出顯示2.2.1 變壓器部分參數介紹a）電壓比 初、次級電壓和線圈圈數具有以下關系，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）調整率變壓器的調整率=（空載電壓-滿載電壓）/滿載電壓。一般10W以下變壓器的調整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調整率，只有選大一些的功率變壓器，如3W的變壓器的調整率為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導電性的整流元件二極管，將正負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。所有需要經過電容濾波其中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。能夠實現1A以上的輸出電流。器件具有良好的溫度系數，因此產 品的應用范圍很廣泛。可以運用本地調節(jié)來消除噪聲影響，解決了與單點調節(jié)相關的分散問題，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 延時電路設計觸摸延時電路是基于時基芯片NE555構成的電路，主要用于開關閉合后控制電路在一段時間后自動斷開達到延時的目的。圖7為555芯片內部結構圖，555集成定時器是一種數字、模擬混合型的中規(guī)模集成器件，應用十分廣泛，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，也可構成自激多諧振蕩器、脈沖調制電路、脈沖相位調諧電路及單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)等各種電路。圖7 555芯片內部結構圖觸摸延時開關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腳內部截止，電源便通過給C4充電，這就是定時的開始。當電容上電壓上升至電源電壓的2/3時，555第7腳導通使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，定時結束。定時長短由、決定：=1.1根據設計需要延時一分鐘=60s，設C4=100F ，則=550K如圖8，為延時電路設計原理圖：圖8 延時電路原理圖2.4 控制電路設計控制電路主要有繼電器構成，NE555三腳輸出高電平時，繼電器的線圈中會流過一定的電流，從而產生電磁效應，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，從而達到了在電路中的導通、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OUT輸出為高電平時繼電器吸合導通，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，總電路圖設計如圖10。圖10 總電路原理圖3 電路仿真根據設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計方案連接仿真電路，如圖11，當開關未閉合時，555繼電器輸出端為低電平，如圖12，繼電器保持斷開狀態(tài)，燈泡保持熄滅。圖13 開關閉合時燈泡點亮當開關閉合時，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?，如圖14，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 開關按下后555計時器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖綀D15 開關斷開延時一段時間后輸出的跳變?yōu)榈碗娖疆旈_關斷開后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?，如圖15，繼電器釋放，120V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。達到預定設計目的。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，達到預期效果，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試：連接好電路，當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)端加瞬間電流時調試結果經過一分鐘后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）。即達到了預期設計效果?？?結通過本次對樓道觸摸延時開關的設計，使我從中學習到了許多的新知識，對于樓道觸摸延時開關的設計，我們應該抓住其本質，主要包括直流穩(wěn)壓電源經過整流、 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)電路實現對觸摸開關的延時； 由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實現對樓道電燈的控制。在本設計當中，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習，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。、致 謝經過本次課程設計，從理論到實踐，可以說：各位老師對我的幫助都很大，教我學用理論解決實際問題，在實踐中學習，老師嚴謹求實的治學態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益，在這里謹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