樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)

1、2011-2012 學(xué)年第 二學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題目：樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：10電信（ 2）班指導(dǎo)教師：電氣工程系2012 年 5 月 20 日11、任務(wù)書課題名稱樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（職稱）執(zhí)行時(shí)間20112012學(xué)年第二學(xué)期第 14 周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù)1. 掌握脈沖觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。2. 了解觸摸開關(guān)。設(shè)計(jì)目的1. 設(shè)計(jì)一樓道觸摸延時(shí)開關(guān)，其功能是當(dāng)人用手觸摸開關(guān)時(shí)，照明燈點(diǎn)亮，并持續(xù)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅2. 開關(guān)的延時(shí)時(shí)間約 1 分鐘左右。設(shè)計(jì)要求3.畫出電路原理圖。4. 進(jìn)行電路的仿真和調(diào)試。1摘要樓道觸摸延時(shí)開關(guān)是一種簡(jiǎn)單、安全、

2、新型的電子節(jié)能開關(guān)?？蓮V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(chǎng)所，也可以在家庭安裝。本次設(shè)計(jì)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(jì)觸摸延時(shí)開關(guān)。需要開燈時(shí)，手指觸摸開關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)約一分鐘，電燈自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)表明這種開關(guān)制作簡(jiǎn)單，安全節(jié)能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路 , 繼電器 ,NE555 定時(shí)器 , 觸摸延時(shí)開關(guān)2目錄第一章 設(shè)計(jì)原理 .1第二章 觸摸延時(shí)電路的設(shè)計(jì) .22.1 555 計(jì)時(shí)器 .22.2設(shè)計(jì)原理 .2第三章控制電路的設(shè)計(jì) .43.1繼電器的基本理論 .43.1.1繼電器的定義

3、.43.1.2繼電器的分類 .43.1.3繼電器的作用 .43.2電磁式繼電器 .53.2.1電磁式繼電器結(jié)構(gòu) .53.2.2電磁式繼電器工作原理 .53.2控制電路的設(shè)計(jì) .5第四章總電路的設(shè)計(jì) .74.1樓道觸摸延時(shí)開關(guān)總電路圖 .74.2工作原理 .7第五章 電路仿真 .8結(jié)論 .12附錄一555 定時(shí)器 .13參考文獻(xiàn) .16答辯記錄及評(píng)分表 .錯(cuò)誤！未定義書簽。1第一章設(shè)計(jì)原理樓道觸摸延時(shí)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(chǎng)所，也可以在家庭安裝。需要開燈時(shí)，手指輕輕觸摸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)開啟點(diǎn)亮，延時(shí)一分鐘，電燈自

4、動(dòng)關(guān)閉熄滅。該操作簡(jiǎn)單，實(shí)用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。觸摸式延時(shí)控制開光具備以下功能特點(diǎn)：節(jié)約電能，無觸點(diǎn)，無污染，安全可靠。為完成設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)電路應(yīng)由如下幾個(gè)部分組成：1. 完成由 NE555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸開關(guān)的延時(shí)。2. 由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制。設(shè)計(jì)原理圖如下：電源觸發(fā)電路計(jì)時(shí)電路負(fù)載由設(shè)計(jì)原理圖可知該電路應(yīng)由幾部分組成，而且各個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的時(shí)可將各個(gè)部分分別設(shè)計(jì)， 獨(dú)立選擇器件， 獨(dú)立測(cè)試，最后將這幾部分進(jìn)行組裝、調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)完整樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的目的。1第二章 觸摸延時(shí)電路的設(shè)計(jì)2.1 55

5、5 計(jì)時(shí)器555 計(jì)時(shí)器是美國(guó) Signetics公司 1972 年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品4123主要有 4 個(gè)： BJT 兩個(gè)： 555， 556（含有兩個(gè) 555）；CMOS 兩個(gè)： 7555，7556（含有兩個(gè)7555）。VCC8R D4D55K&Q1VC+A 1RTHV 1Q-365KTL+&Q2V2- A 2SC5KD7T1 VSSB555 定時(shí)器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器C1 和 C2 各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻R 組成的分壓器上，比較器的輸出接到 RS 觸發(fā)器上

6、。此外還有輸出級(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。比較器 C1 和 C2 的參考電壓分別為 UA 和 UB ，根據(jù) C1 和 C2 的另一個(gè)輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出 RS 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)， RS 觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。2.2 設(shè)計(jì)原理觸摸延時(shí)電路是基于時(shí)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A2段時(shí)間后自動(dòng)斷開達(dá)到延時(shí)的目的。電路原理：觸摸延時(shí)開關(guān)電路主要由時(shí)基芯片NE555組成的定時(shí)電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時(shí)由于觸摸端無感應(yīng)電壓，電容C1 通過 555第7腳放電完畢，第 3腳輸出為低電平，繼電器

7、KS釋放，電燈不亮。當(dāng)需要開燈時(shí)，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號(hào)電壓由C2 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(diǎn)亮。同時(shí)，555第 7腳內(nèi)部截止，電源便通過 R1 給 C1 充電，這就是定時(shí)的開始。當(dāng)電容 C1 上電壓上升至電源電壓的2/3 時(shí)， 555第7腳導(dǎo)通使 C1 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(shí)結(jié)束。定時(shí)長(zhǎng)短由R1 、 C1 決定：T=1.1 RC111根據(jù)設(shè)計(jì)需要延時(shí)一分鐘T 1 =60s，設(shè) C1 =100 F ，則R1 =T 160S 550K=1.10.000011.1C1圖 2-1 觸摸延時(shí)電路原理圖

8、3第三章控制電路的設(shè)計(jì)3.1 繼電器的基本理論3.1.1 繼電器的定義繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。3.1.2 繼電器的分類繼電器按其工作原理不同又可分為電磁繼電器，固態(tài)繼電器，熱敏干簧繼電器，磁簧繼電器，光繼電器，時(shí)間繼電器，高頻繼電器，極化繼電器等。按其負(fù)載大小又可分為微功率繼電器，

9、弱功率繼電器，中功率繼電器，大功率繼電器等。按其反應(yīng)類型又可分為電流繼電器，電壓繼電器，功率方向繼電器，阻抗繼電器，頻率繼電器，氣體（瓦斯）繼電器等按其在保護(hù)回路中的作用又可分為啟動(dòng)繼電器，度量繼電器，時(shí)間繼電器，中間計(jì)時(shí)器，信號(hào)繼電器，出口繼電器等。3.1.3 繼電器的作用繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分） ；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn) “通”、“斷 ”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分

10、和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分） 。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1.擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。2.放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。43.綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。4.自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)：例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。3.2 電磁式繼電器3.2.1 電磁式繼電器結(jié)構(gòu)

11、電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。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。對(duì)于繼電器的 “常開、常閉 ”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為 “常開觸點(diǎn) ”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 “常閉觸點(diǎn) ”。圖 3.7.1繼電器接線圖3.2.2 電磁式

12、繼電器工作原理繼電器的工作原理是，當(dāng)繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵帶動(dòng)彈簧，使觸點(diǎn) 1、 2 斷開， 1、 3 接通，當(dāng)線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點(diǎn)1、2 接通， 1、3 斷開，我們只要把需要控制的電路接在觸點(diǎn) 1、2 間（1、2 稱為常閉觸點(diǎn)）或觸點(diǎn) 1、3 間（稱為常開觸點(diǎn)），就可以利用繼電器達(dá)到某種控制的目的。3.2 控制電路的設(shè)計(jì)當(dāng)繼電器的輸入信號(hào)x 從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時(shí)的動(dòng)作值xx, 繼電器的輸出信號(hào)立刻從 y=0 跳躍到 y=m,即常開觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x 繼續(xù)增大，輸出信號(hào) y 將不再起變化。 當(dāng)輸入量 x 從某一大于 x

13、x 值下降到 xf, 繼電器開始釋放， 常開觸點(diǎn)斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入 - 輸出特性。 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用繼電器的輸入輸出特性來控制負(fù)載，達(dá)到定時(shí)關(guān)燈的目的。在樓道觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)中，控制電路主要由繼電器與二極管組成，通過繼電器的通5斷來控制燈泡的亮與熄滅。 電路中，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)了一只二極管，它是用于保護(hù)集成塊的，切不可省去，否則在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動(dòng)勢(shì)，極容易導(dǎo)致集成塊擊穿。并聯(lián)了二極管后，在繼電器由吸合變?yōu)獒尫诺乃查g，線圈將通過二極管形成短時(shí)間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，從而避免了線圈中反電動(dòng)勢(shì)的

14、產(chǎn)生，確保了集成塊的安全。圖3-1 控制電路圖工作原理：當(dāng) NE555三腳輸出高電平時(shí)，繼電器的線圈中會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合，電燈亮。當(dāng)NE555三腳輸出低電平時(shí)，繼電器中線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放，此時(shí)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?？刂齐娐穮?shù)要求：繼電器由NE555三腳輸出電壓決定，由于NE55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

15、壓 5V的繼電器，二極管選用普通二極管。6第四章總電路的設(shè)計(jì)4.1 樓道觸摸延時(shí)開關(guān)總電路圖由設(shè)計(jì)原理可知，本次設(shè)計(jì)的樓道觸摸延時(shí)開關(guān)是由基于 555 計(jì)時(shí)器的觸摸延時(shí)電路和基于繼電器的控制電路組合構(gòu)成的，故將二者結(jié)合極為下圖所示的總電路圖。圖 4-1 樓道觸摸延時(shí)開關(guān)總電路原理圖4.2 工作原理經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源得到穩(wěn)定的 5V 直流電壓，為 NE555提供工作電壓，當(dāng)需要開燈時(shí)，用手觸碰一下感應(yīng)區(qū)， 觸發(fā)信號(hào)電壓加至 555 的觸發(fā)端，使 555 的輸出端由低變?yōu)楦唠娖?，繼電器 KS吸合， 220V 交流電形成回路，電燈點(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開始。延時(shí)一段時(shí)

16、間后 555 的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑^電器釋放， 220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。7第五章電路仿真圖 5-1 實(shí)驗(yàn)總電路圖圖 5-2 555 計(jì)時(shí)器輸出端為低電平時(shí)的波形按設(shè)計(jì)方案連接仿真電路，當(dāng)開關(guān)未閉合時(shí)， 555 繼電器輸出端為低電平，繼電器保8持?jǐn)嚅_狀態(tài)，燈泡保持熄滅。圖 5-2 開關(guān)閉合時(shí)燈泡點(diǎn)亮當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，5V 電壓加在 555 計(jì)時(shí)器的觸發(fā)端，使輸出端信號(hào)有低電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器銜鐵閉合，照明電路接通，燈泡點(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開始。圖 5-2 開關(guān)按下后 555 計(jì)時(shí)器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?圖 5-3 開關(guān)斷開后燈泡繼續(xù)保

17、持點(diǎn)亮狀態(tài)圖 5-4 開關(guān)斷開后 555 計(jì)時(shí)器輸出端保持高電平輸出10圖 5-1 繼電器從高電平跳變到低電平時(shí)的波形變化延時(shí)一段時(shí)間后 555 的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑?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(jì)目的，設(shè)計(jì)成功。11結(jié)論通過本次對(duì)樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)，使我從中學(xué)習(xí)到了許多的新知識(shí)，對(duì)觸摸延時(shí)開關(guān)的認(rèn)識(shí)又提升到了一個(gè)新的階段，對(duì)于樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)，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(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸開關(guān)的延時(shí)；由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實(shí)

18、現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制。12附錄一555 定時(shí)器圖 附 1.1555 定時(shí)器的內(nèi)部邏輯電路構(gòu)造13圖 2 555 定時(shí)器邏輯符號(hào)圖 3 555 定時(shí)器管腳圖555 定時(shí)器成本低， 性能可靠， 只需要外接幾個(gè)電阻、 電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管T 及功率輸出級(jí)。 它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和2VCC /3 。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1 的同相輸入端的電壓為2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3 。若觸發(fā)輸入端TR 的電壓小于 VCC /3 ，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于 VCC /3 ，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為