樓道觸摸演示開關(guān)設(shè)計報告

1、 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 課題名稱：觸摸延時開關(guān)設(shè)計  姓 名： 朱 彥 濤 班 級： 12級電氣4班 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學(xué) 號： 1216102029 指導(dǎo)教師： 郭 宇 0目錄 目錄.1 摘要.2（1）設(shè)計任務(wù)與要求.3（2）設(shè)計原理.3（3）電路設(shè)計.4 3.1電源電路的設(shè)計.4 3.1.1穩(wěn)壓電路設(shè)計.5 3.1.2橋式整流電路.6 3.1.3濾波電路.8 3.2延時電路的設(shè)計.10 3.3設(shè)計電路的仿真.12（4） 設(shè)計體會.13（5）參考資料.14觸摸延時開關(guān)設(shè)計 摘  要 ：當(dāng)今社會人們更加注重節(jié)能環(huán)

2、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，照明開關(guān)電子化進(jìn)程也從公共照明的節(jié)電控制開始。適宜于門廳、樓梯和樓道中使用的觸摸式、感應(yīng)式、紅外線式和聲光控式延時自熄開關(guān)，使公共照明基本實現(xiàn)了“人來燈亮、人離燈熄”的自動控制，明顯改善了樓房的公共照明效果，還能大幅度節(jié)省公共照明用電，照明燈的實際使用壽命也明顯延長。 觸摸延時開關(guān)比較適合樓梯走廊和室內(nèi)等處的燈光照明控制開關(guān)，觸摸延時開關(guān)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。這類開關(guān)是受到歡迎和推廣的。與

3、公共照明開關(guān)相比，室內(nèi)用電子式開關(guān)的技術(shù)難度較大。研制確有實用價值的電子式室內(nèi)照明開關(guān)市場潛力可能更大。 （1）設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一樓道觸摸延時開關(guān)，其功能是當(dāng)人用手觸摸開關(guān)時，照明燈點亮，并持續(xù)段時間后自動熄滅。開關(guān)的延時時間約1分鐘左右。用兩種方法實現(xiàn)，并自行設(shè)計供電電源。（2）設(shè)計原理圖2-1 觸摸延時電路框圖結(jié)構(gòu) 從應(yīng)用的安全因素考慮，用隔離變壓器對220V交流電進(jìn)行降壓，得到一個13V的交流電壓，經(jīng)整流、濾波得到一個13V的直流電壓，在經(jīng)過L7805穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的5V直流電壓，為NE555提供工作電壓。當(dāng)需要開燈時，用手觸碰一下感應(yīng)區(qū)，觸發(fā)信號電壓加至555的觸發(fā)端，使55

4、5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，樓道觸摸延時開關(guān)電路要完成以下三項工作： 能對人體的觸摸輸入信號進(jìn)行采集； 根據(jù)輸入信號控制延時電路產(chǎn)生約1分鐘的延時脈沖。 執(zhí)行電路根據(jù)延時脈沖控制燈的亮滅。電路中能自身提供供電電源。（3） 電路設(shè)計3.1電源電路的設(shè)計電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的電源，除了在某些特定場合下采用太陽能電池或化學(xué)電池作電源外，多數(shù)電路的直流電源是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換來的。常用小功率直流穩(wěn)壓電源

5、系統(tǒng)由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成如圖3-1所示。圖3-1 小功率直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓（220V或380V）變換成符合需要的交流電壓，此交流電壓經(jīng)過整流后可獲得電子設(shè)備所需的直流電壓。因為大多數(shù)電子電路使用的電壓都不高，這個變壓器是降壓變壓器。 整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，把方向和大小都變化?0Hz交流電變換為方向不變但大小仍有的脈動直流電壓。 濾波電路：利用儲能元件電容器兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容與整流電路的負(fù)載并聯(lián)（或串聯(lián)），就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。 穩(wěn)壓電路：當(dāng)電網(wǎng)電壓

6、或負(fù)載電流發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將隨之變化。因此，穩(wěn)壓電路的作用是使整流濾波后的直流電壓基本上不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 圖2-3 直流穩(wěn)壓電路3.1.1穩(wěn)壓電路設(shè)計 由于集成電路工藝迅速發(fā)展，集成穩(wěn)壓電路的制成，也具有集成電路的共同特點：體積小、外圍元件少、性能可靠、使用調(diào)整方便和優(yōu)廉等優(yōu)點，因此廣泛使用。 目前，集成穩(wěn)壓器的類型很多，按結(jié)構(gòu)形式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和開關(guān)型；按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式。作為小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器的應(yīng)用最為普通。三端式是指穩(wěn)壓電路僅有輸入、輸出、接地三個接線端子。有固定式和可調(diào)式二種類型，此外又分為正或負(fù)電壓

7、輸出類型。W7800系列為三端固定正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；W7900系列為三端固定負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。型號中最后兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。在本設(shè)計中采用的是L7805穩(wěn)壓，為NE555提供工作電源。 圖3-2 三端式固定輸出集成穩(wěn)壓器外型 使用時要求輸入電壓值至少大2V以上。即|-|2V，但不宜過大。另外還有接地端流過的靜態(tài)電流=8A。1 確定穩(wěn)壓器型號、輸入電壓和輸出電流 根據(jù)要求=+5V，故選用W7805型號；穩(wěn)壓器壓差為|-|2V，現(xiàn)取3V。故輸入電壓=5+3=8V；直流穩(wěn)壓電源工作時最大電流=300mA,穩(wěn)壓器的輸入電流即為整流濾波

8、電路的負(fù)載電流=+=300+8=308A。 為確定整流二極管和濾波電容參數(shù)需要，先確定電源變壓器的副變電壓有效值和整流濾波電路的等效負(fù)載。=V=6.7V （2-1）現(xiàn)取=7V=27.3 （2-2）3.1.2橋式整流電路橋式整流電路是利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單向的脈動電壓。如圖3-3：圖3-3 單相橋式整流電路1、橋式整流電路的工作原理 由圖2-5可看出，電路中采用四個二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓的正

9、半周內(nèi)，二極管、導(dǎo)通，、截止，在負(fù)載上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，、截止，、導(dǎo)通，流過負(fù)載的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個副邊繞組和四個二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動直流電壓和電流。2、 整流二極管參數(shù)計算正向平均電流： （2-3）最大反向電壓： （2-4） 3、電源變壓器容量 副邊電流有效值： （2-5）取為500mA。副邊容量： （2-6）原邊容量：因變壓器效率，故 （2-7） 故平均容量為 （2-8）取P=5VA。3.1.3濾波電路濾波電路利用電阻抗元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器對直流開路，對交流阻抗小

10、，所以應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。圖3-4 電容濾波電路1、電路工作原理濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 當(dāng)為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時，二極管和管導(dǎo)通，和管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻，另一路對電容充電。當(dāng)，導(dǎo)致和管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻放電，按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 當(dāng)為負(fù)半周幅值變化到恰好大于時，和因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，再次對充電，上升到的峰值后又開始下降；下降到

11、一定數(shù)值時和變?yōu)榻刂?，對放電，按指?shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時和變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。2、電容參數(shù)計算 =0.0010.00183F =10001830F （2-9）取C=1000F電容耐壓： （2-10）取V,故電容參數(shù)為C:1000F/25V3.2延時電路的設(shè)計555集成定時器是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成器件，應(yīng)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(gòu)成自激多諧振蕩器、脈沖調(diào)制電路、脈沖相位調(diào)諧電路及單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)等各種電路。 圖3-5 NE555外型結(jié)構(gòu)1腳G

12、ND,接地腳2腳TL,低電平觸發(fā)端 3腳Q,電路的輸出端 4腳/RD,復(fù)位端，低電平有效5腳V_C,電壓控制端 6腳TH,閾值輸入端 7腳GND,接地腳 8腳VCC,電源電壓端，其電壓范圍為：318V 1、設(shè)計原理觸摸延時開關(guān)，使用時只要用手摸一下開關(guān)上的觸摸電極片，電燈就會點亮，延時一段時間后，電燈自動熄滅。 電路原理：觸摸延時開關(guān)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(yīng)電壓，電容通過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(dāng)需要開燈時，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號電壓由加至555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電

13、平，繼電器KS吸合，電燈點亮。同時，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過給充電，這就是定時的開始。當(dāng)電容上電壓上升至電源電壓的2/3時，555第7腳導(dǎo)通使放電，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(jié)束。定時長短由、決定：=1.1 (2-11)2、參數(shù)計算根據(jù)設(shè)計需要延時一分鐘=60S，設(shè)=100F =550K3.3設(shè)計電路的仿真 電路設(shè)計原理圖 PCB電路設(shè)計圖（4）設(shè)計體會通過本次對樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，使我從中學(xué)習(xí)到了許多的新知識，對觸摸延時開關(guān)的認(rèn)識又提升到了一個新的階段，對于樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，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NE

14、555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(xiàn)對觸摸開關(guān)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(xiàn)對白熾燈的控制。在對觸摸延時開關(guān)分析過程中，很好的鞏固了之前學(xué)到的模擬電子相關(guān)知識。重新學(xué)習(xí)了整流電路的相關(guān)內(nèi)容，對全波整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路有了更深刻的認(rèn)識，不僅會熟練的運(yùn)用計算公式，而且通過軟件仿真技術(shù)觀察各階段電路的變化，對各階段電路的波形有更形象的體會。在制作當(dāng)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。再一點就是:我們在對電路進(jìn)行調(diào)試時，檢修能力也得到了提升?？梢哉f本設(shè)計使我受益匪淺，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。因為所學(xué)知識、能力和水

15、平所限，在本次樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計過程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯誤之處，希望能夠多加指正，以便以后不斷改進(jìn)。（5）參考資料1 陳有卿編.555時基集成電路原理與應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2006年2 王衛(wèi)平,陳栗宋.電子產(chǎn)品制造工藝 高等教育出版社 2004年3 周良權(quán)、傅恩錫、期世馨.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第二版 高等教育出版社 出版年 2000年4 朱定華、陳林、吳建新.電子電路測試與實驗 清華大學(xué)出版社 2002年5日藤井信生.電子實用手冊 科學(xué)出版社 2003年 6 黃仁欣編.電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練 清華大學(xué)出版社 2004.97 臧春華編.電子線路設(shè)計與應(yīng)用 高等教育出版社 2004.78 肖景和編.數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹 北京人民郵