樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計

1、 2011-2012 學(xué)年 第 二學(xué)期 數(shù)字電子技術(shù) 課 程 設(shè) 計 報 告題 目： 樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 10電信（2）班 指導(dǎo)教師： 電氣工程系 2012年 5 月 20 日151、任務(wù)書課題名稱樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計指導(dǎo)教師（職稱） 執(zhí)行時間20112012學(xué)年第二學(xué)期 第 14 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)設(shè)計目的1. 掌握脈沖觸發(fā)電路的設(shè)計。2. 了解觸摸開關(guān)。設(shè)計要求1. 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)一段時間后自動熄滅2. 開關(guān)的延時時間約1分鐘左右。3. 畫出電路原理圖。4. 進(jìn)行電路的仿真和調(diào)試。摘 要 樓

2、道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、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、過道等公共場所，也可以在家庭安裝。本次設(shè)計利用模擬電路與數(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)計觸摸延時開關(guān)。需要開燈時，手指觸摸開關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅。設(shè)計表明這種開關(guān)制作簡單，安全節(jié)能。關(guān)鍵詞：單穩(wěn)態(tài)電路,繼電器,NE555定時器,觸摸延時開關(guān)目 錄 第一章 設(shè)計原理1第二章 觸摸延時電路的設(shè)計22.1 555計時器22.2 設(shè)計原理2第三章 控制電路的設(shè)計43.1繼電器的基本理論43.1.1 繼電器的定義43

3、.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5第四章 總電路的設(shè)計74.1樓道觸摸延時開關(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定時器13參考文獻(xiàn)16答辯記錄及評分表17 第一章 設(shè)計原理 樓道觸摸延時開關(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，過道等公共場所，也可以在家庭安裝。需要開燈時，手指輕輕觸摸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動開啟點亮，延時一分鐘，電燈自動關(guān)閉熄滅。該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊

4、端。觸摸式延時控制開光具備以下功能特點：節(jié)約電能，無觸點，無污染，安全可靠。為完成設(shè)計要求，設(shè)計電路應(yīng)由如下幾個部分組成： 1.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。 2.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。設(shè)計原理圖如下：電源觸發(fā)電路計時電路負(fù)載由設(shè)計原理圖可知該電路應(yīng)由幾部分組成，而且各個部分相對獨立，因此，在進(jìn)行設(shè)計電路的時可將各個部分分別設(shè)計，獨立選擇器件，獨立測試，最后將這幾部分進(jìn)行組裝、調(diào)試，達(dá)到設(shè)計完整樓道觸摸延時開關(guān)的目的。第2章 觸摸延時電路的設(shè)計2.1 555計時器555計時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取

5、代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個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)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。 555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。 兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(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，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無需

6、復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。2.2 設(shè)計原理觸摸延時電路是基于時基芯片NE555構(gòu)成的電路，主要用于開關(guān)閉合后控制電路在一段時間后自動斷開達(dá)到延時的目的。 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

7、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 根據(jù)設(shè)計需要延時一分鐘=60s，設(shè)=100F ，則=550K圖2-1觸摸延時電路原理圖第三章 控制電路的設(shè)計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）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。3.1.2 繼

8、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，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繼電器，度量繼電器，時間繼電器，中間計時器，信號繼電器，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開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、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

9、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）；有能對被控電路實現(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和輸出部分之間，還有對輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進(jìn)行驅(qū)動的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動部分）。 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，多觸點繼電器控制信號達(dá)到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、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，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 3.綜合信號：例如，當(dāng)多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較綜合

10、，達(dá)到預(yù)定的控制效果。 4.自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。3.2 電磁式繼電器3.2.1電磁式繼電器結(jié)構(gòu)電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，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。當(dāng)線圈斷電后，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）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。對于繼電器的“常開、常閉”

11、觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 圖3.7.1 繼電器接線圖3.2.2電磁式繼電器工作原理 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，吸動銜鐵帶動彈簧，使觸點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1、2接通，1、3斷開，我們只要把需要控制的電路接在觸點1、2間（1、2稱為常閉觸點）或觸點1、3間（稱為常開觸點），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)計當(dāng)繼電器的輸入信號x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0

12、跳躍到y(tǒng)=m,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一大于xx值下降到xf,繼電器開始釋放，常開觸點斷開。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)到定時關(guān)燈的目的。在樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計中，控制電路主要由繼電器與二極管組成，通過繼電器的通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，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動勢，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?/p>

13、的瞬間，線圈將通過二極管形成短時間的續(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勢的產(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，繼電器的線圈中會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，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(dāng)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(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

14、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用額定電壓5V的繼電器，二極管選用普通二極管。第四章 總電路的設(shè)計4.1樓道觸摸延時開關(guān)總電路圖 由設(shè)計原理可知，本次設(shè)計的樓道觸摸延時開關(guān)是由基于555計時器的觸摸延時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，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555的輸出端由低變?yōu)楦唠娖剑^電器KS吸合，220V交流電形成回路，電燈點亮。同時，電源

15、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?yōu)榈碗娖?，繼電器釋放，220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。第五章 電路仿真圖5-1 實驗總電路圖圖5-2 555計時器輸出端為低電平時的波形 按設(shè)計方案連接仿真電路，當(dāng)開關(guān)未閉合時，555繼電器輸出端為低電平，繼電器保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，燈泡保持熄滅。圖5-2 開關(guān)閉合時燈泡點亮 當(dāng)開關(guān)閉合時，5V電壓加在555計時器的觸發(fā)端，使輸出端信號有低電平變?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5-2開關(guān)按下后555計時器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖綀D5-3

16、開關(guān)斷開后燈泡繼續(xù)保持點亮狀態(tài)圖 5-4 開關(guān)斷開后555計時器輸出端保持高電平輸出圖5-1繼電器從高電平跳變到低電平時的波形變化延時一段時間后555的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑^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)計目的，設(shè)計成功。 結(jié)論 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(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

17、燈的控制。 附錄一 555定時器圖 附1.1 555定時器的內(nèi)部邏輯電路構(gòu)造 圖2 555定時器邏輯符號 圖3 555定時器管腳圖555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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)

18、 5 腳懸空時，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 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 .3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端