觸摸式延時(shí)電燈電路設(shè)計(jì)

1、- -觸摸式延時(shí)電燈電路設(shè)計(jì)陳偉麟 羅錦偉 盧貞仲 蕭甘澤 X世文指導(dǎo)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(lái)，我們的生活正邁向自動(dòng)化和智能化。各種電子產(chǎn)品，正一步步地走進(jìn)我們的生活中來(lái)。而許多電子產(chǎn)品都是一個(gè)電子控制系統(tǒng)，按照設(shè)計(jì)者意愿進(jìn)展工作。通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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(dá)科技所帶來(lái)的樂(lè)趣，所以我們小組研究的目的是為了認(rèn)識(shí)現(xiàn)代科技中的電子技術(shù)。1.2研究方法：上網(wǎng)和去圖書(shū)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(shí)，簡(jiǎn)單了解邏輯電路的使用。通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的整理，進(jìn)展簡(jiǎn)單的歸納和總結(jié)，用簡(jiǎn)單的方法去演繹一個(gè)設(shè)計(jì)方

2、案的設(shè)計(jì)過(guò)程。1.3研究對(duì)象：電燈。二、常見(jiàn)的電燈附帶功能及其電路分析可能有人會(huì)覺(jué)得一盞小小的電燈沒(méi)有什么特別之處。但自從幾百年前愛(ài)迪生創(chuàng)造電燈以來(lái),電燈就在不斷地開(kāi)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，使其也變成了自動(dòng)化和智能化，更好地方便人們的生活。常見(jiàn)的功能如下：觸摸式開(kāi)啟：利用觸摸開(kāi)關(guān)，只要用手輕輕觸摸一下，電燈就亮起來(lái)。延時(shí)功能：電燈開(kāi)場(chǎng)后，過(guò)一段時(shí)間后就能自動(dòng)關(guān)閉。光控功能：利用手電筒等光源照一下電燈的光感應(yīng)元件，燈就亮起來(lái)了?；蛘哂霉饪仉娐肥闺姛魺o(wú)法在光亮的環(huán)境下亮起來(lái)。聲控功能：只要拍一下手，電燈就自動(dòng)開(kāi)場(chǎng)，關(guān)閉也用同樣的方法。下面我們對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的一些簡(jiǎn)

3、單電子電路進(jìn)展整理分析：2.1觸摸電路。觸摸式開(kāi)關(guān)電路的根本原理是：利用人體的導(dǎo)電性質(zhì)，通過(guò)金屬片把人體感應(yīng)電壓輸入電子電路中，再經(jīng)過(guò)放大元件放大，而作用于電路。常見(jiàn)的放大元件有集成運(yùn)放，三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等。常見(jiàn)的電路如下： M為金屬片。a圖中放大元件為集成運(yùn)放，屬于反相放大器。當(dāng)用手指接觸M時(shí)，電流從金屬片流向人體，反相放大器負(fù)輸入端輸入負(fù)電壓，經(jīng)過(guò)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(gè)復(fù)合三極管。三極管通過(guò)復(fù)合可有效提高放大電流。當(dāng)用手觸摸M時(shí)，人體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從M輸入，VT的基極得到觸發(fā)電流，三極管導(dǎo)通，通過(guò)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(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用到各科關(guān)并場(chǎng)合中，如常見(jiàn)的電燈中。其有著無(wú)機(jī)械噪音，無(wú)機(jī)械磨損的優(yōu)點(diǎn)。2.2延時(shí)電路延時(shí)電路被廣泛應(yīng)用于延時(shí)電燈，洗衣機(jī)，微波爐等電器種，使電器的使用更加方便。準(zhǔn)確度高的電路被用于秒級(jí)控制的電器中。常用的簡(jiǎn)單延時(shí)電路的根本原理是利用電容的充電放電功能來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，并與各類電子元件相互組合實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)控制。延時(shí)電路可實(shí)現(xiàn)延時(shí)開(kāi)啟和延時(shí)關(guān)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(shí)，三極管基極有電流通過(guò)，電路導(dǎo)通，同時(shí)，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(dǎo)通，延時(shí)開(kāi)場(chǎng)，直到電容放電完畢，三極管截止，延時(shí)完畢。圖b中參加了電磁繼電器，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電磁繼電器吸合，可實(shí)現(xiàn)低壓控制高壓的延時(shí)。2.電容與晶閘管。電路簡(jiǎn)圖如下：工作原理：當(dāng)有U0輸入時(shí)，晶閘管V導(dǎo)通，同時(shí)C正向充電，當(dāng)沒(méi)有U0輸入后，電容放電使晶閘管Vs保持導(dǎo)通，使工作電路運(yùn)作。當(dāng)C放電完畢，Vs因沒(méi)有觸發(fā)電流而截止，延時(shí)完畢。延時(shí)時(shí)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(jiǎn)圖如d：當(dāng)有電壓U0輸入時(shí)，電容C充電，左端電路通過(guò)光電耦合器，使工作電路啟動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制。光電耦合器和電磁繼電器一樣可實(shí)現(xiàn)隔離控制。4.電容與單結(jié)晶體管。電路簡(jiǎn)圖如e

6、：當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，電容C緩慢充電，過(guò)一段時(shí)間后，C上極的電勢(shì)高于VT的峰值電壓，單結(jié)晶體管突然導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)正脈沖，使晶閘管V突然導(dǎo)通，工作電路開(kāi)場(chǎng)工作。此電路可實(shí)現(xiàn)延時(shí)啟動(dòng)的功能。2.3光控電路使用光控電路可實(shí)現(xiàn)用電筒等光源來(lái)控制電燈的開(kāi)啟與關(guān)閉。并能實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)動(dòng)作。如常見(jiàn)的路燈控制電路就是此類電路。光控電路的其中原理是應(yīng)用光敏元件來(lái)實(shí)現(xiàn)光線對(duì)其影響。常見(jiàn)的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻等。常見(jiàn)的一些控制電路簡(jiǎn)圖如下：圖a中。所使用的感光器件為光敏三極管，當(dāng)光敏三極管受光照射時(shí)，VT2導(dǎo)通，使VT1導(dǎo)通，電磁繼電器吸合，工作電路接通，實(shí)現(xiàn)光控開(kāi)啟。圖b中，由光敏電阻與晶閘管V

7、構(gòu)成控制電路，當(dāng)白天自然光線較強(qiáng)時(shí)，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(guān)斷。當(dāng)光線較暗時(shí)，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(dǎo)通，燈L亮。2.4聲控電路使用聲控電路可實(shí)現(xiàn)電路的智能化控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式開(kāi)啟，關(guān)閉。被廣泛運(yùn)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(dòng)開(kāi)啟，有著無(wú)比的方便性。聲控電路的根本原理是利用話筒來(lái)接收外界聲音，把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大處理作用于電路的工作。一些簡(jiǎn)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(dāng)B承受到聲音信號(hào)時(shí)，B將聲音信號(hào)變成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)電容C耦合觸發(fā)

8、晶閘管，使其導(dǎo)通，工作電路導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，保持導(dǎo)通狀態(tài)。圖b為聲音信號(hào)的放大電路。當(dāng)B承受到聲音信號(hào)時(shí)，B將聲音信號(hào)變成電信號(hào)，并經(jīng)三極管VT1,VT2兩級(jí)放大，再經(jīng)過(guò)耦合電容C3把信號(hào)輸入到下一級(jí)電路。經(jīng)過(guò)放大器件將聲音信號(hào)放大可增強(qiáng)聲控電路的靈敏度。通過(guò)對(duì)上述常用的功能電路的簡(jiǎn)單分析，我們小組決定利用功能組合的方法，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電燈控制電路。三、設(shè)計(jì)過(guò)程3.1設(shè)計(jì)題目：觸摸式延時(shí)電燈的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)3.2功能要求：1使用觸摸模式開(kāi)關(guān)來(lái)開(kāi)啟；2實(shí)現(xiàn)聲控開(kāi)啟；3延時(shí)關(guān)閉；4在外界光亮度較大時(shí)，電路無(wú)法開(kāi)啟。3.3設(shè)計(jì)分析：1可選擇開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)被控量是燈光，被控對(duì)象是小燈泡；2有三個(gè)輸入端，

9、一個(gè)是觸摸開(kāi)關(guān)，一個(gè)是聲控開(kāi)關(guān)，一個(gè)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(shè)計(jì)過(guò)程:1.畫(huà)出電燈的控制系統(tǒng)方框圖輸入光控二極管話筒，觸摸開(kāi)關(guān)控制電子電路對(duì)輸入信號(hào)分析后，發(fā)出指令輸出電燈被控對(duì)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(kāi)關(guān)聲控局部光控局部處理 電燈 延時(shí) 其中，觸摸開(kāi)關(guān)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(shí)局部先用圖2(a)的方案。接下來(lái)的處理局部的解決就是最大的問(wèn)題。開(kāi)場(chǎng)時(shí)我們決定使用邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能要求。有三個(gè)輸入端，假設(shè)設(shè)光控信號(hào)為A，由于觸摸開(kāi)關(guān)可聲控局部可連在同一個(gè)延時(shí)電路中，

10、可高它們?yōu)锽，設(shè)輸出為Y。當(dāng)A為高電平時(shí)，Y為低。當(dāng)A為低電平時(shí)，B為高電平時(shí)，Y為高。邏輯真值表為圖(1)。根據(jù)圖表可知其邏輯表達(dá)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(duì)其進(jìn)展變形。因?yàn)?根據(jù)反演律有這樣就可以使用或非門來(lái)實(shí)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(lái)我們發(fā)現(xiàn)使用這樣的方法還是浪費(fèi)了集成電路的兩個(gè)門。因?yàn)殡娐芬獙?shí)現(xiàn)的邏輯功能比較簡(jiǎn)單，可以用其他的方法代替門電路

11、的使用，通過(guò)查找相關(guān)的電路圖使用，決定使用兩個(gè)三極管實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,如圖5。令外界光度較高時(shí)，A輸入為低電平，無(wú)論B輸入為高電平，假設(shè)有B為高電平，電燈就可亮起來(lái)。光控電路局部電路如圖6所示。當(dāng)R2接收到外界較強(qiáng)光線時(shí)，U為低電平，當(dāng)外界光線較弱時(shí)，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(dá)式中的改變?yōu)锳就是一個(gè)與門電路，之前所思考的方法反而使電路更加復(fù)雜。而圖5就是一個(gè)與門電路的簡(jiǎn)單形式之一。3.上述的設(shè)計(jì)內(nèi)容，畫(huà)出總的設(shè)計(jì)圖如下:其工作原理為：當(dāng)外界光線較強(qiáng)時(shí)，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(wú)法亮起來(lái)。當(dāng)外界光線較弱時(shí)，三極管VT6基極為高電平，三極管VT6導(dǎo)通。當(dāng)用手觸摸金屬片M時(shí)，人體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從M輸入，經(jīng)過(guò)三極管VT4，VT5放大在短時(shí)間內(nèi)給C充電，同時(shí)，VT7有基極電流，VT7導(dǎo)通。電燈發(fā)光。當(dāng)手指離開(kāi)M后，電容C3開(kāi)場(chǎng)放電，VT7保持導(dǎo)通，延時(shí)開(kāi)場(chǎng)，當(dāng)C放電完畢，VT7截止，電燈泡熄滅，延時(shí)完畢。延時(shí)時(shí)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(hào),再把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再轉(zhuǎn)入三極管組,VT1,VT2,VT3經(jīng)過(guò)放大后的電流作用于電容C3使其充電,并使VT7導(dǎo)通,假設(shè)此時(shí)VT6也導(dǎo)通,電燈泡就亮起來(lái)了。電容