樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計

1、湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計報告 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目：樓道觸摸延時開關(guān) 系 別：通信與控制工程系 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 起止日期: 20136.82013.6.28 指導(dǎo)教師: 教研室主任： 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權(quán)重成績 1、設(shè)計過程中出勤、學(xué)習態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計報告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘要 樓道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、新型的電子節(jié)能開關(guān)?？蓮V泛應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室外的走廊、門廳、樓

2、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)字電路的相關(guān)知識，以直流穩(wěn)壓電源電路、555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，延時一段時間（tw=RC1n31.1RC），電燈自動熄滅。設(shè)計表明這種開關(guān)制作簡單，安全可靠。 關(guān)鍵字：觸摸延時開關(guān)、單穩(wěn)態(tài)電路、555定時器 目錄1、 引言.1 1.1 設(shè)計目的.1 1.2 設(shè)計要求.12、 總體設(shè)計案.2 2.1 電源設(shè)計方案.2 2.2 觸摸延時方案.2 2.3 電路系統(tǒng)總體設(shè)計.43、 單元電路設(shè)計.7 2.1 濾波電路.7 2.2 555定時器.72.3延

3、時電路.104、 實物制作與調(diào)試.124.1 PCB制板流程.124.2 硬件調(diào)試 .134.2.1 調(diào)試中的故障.134.2.2 調(diào)試結(jié)果 .135、 總結(jié) .146、 致謝.14 參考文獻.15 附錄一：樓道觸摸延時開關(guān)電路原理圖 附錄二：樓道觸摸延時開關(guān)電路PCR圖 附錄三：樓道觸摸延時開關(guān)實物圖 附錄四：元件清單 引言 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們對開關(guān)的需求也越來越高，開關(guān)的種類也因此越來越齊全。聲控開關(guān)、機械開關(guān)、光控開關(guān)等產(chǎn)品逐步進入生活中。但由于機械開關(guān)屬于有觸點開關(guān)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(guān)嚴重浪費了電力資源，干擾了環(huán)境安寧；光控開

4、關(guān)是采用光線的強弱來實現(xiàn)對用電器電源自動控制的電子開關(guān)，它對光線強弱的要求苛刻。針對以上開關(guān)的各種缺點，促使我們尋求更為理想的開關(guān)電器設(shè)備替代元件，方便人們生活。樓道觸摸延時開關(guān)是一種新型的電子節(jié)能開關(guān)，可廣泛應(yīng)用于多層住宅和辦公室外的走廊、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)計利用模擬電路和數(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)計延時觸摸開關(guān)。需要開關(guān)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。該操作簡單，使用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)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。

5、具備以下功能特點：節(jié)約電能，無觸點，無污染，安全可靠。1.1 設(shè)計目的 利用模擬電路與數(shù)字電路的相關(guān)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(shè)計觸摸延時開關(guān)。通過本次設(shè)計了解并掌握NE555定時器，以及由NE555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的延時以及由繼電器組成的控制電路來實現(xiàn)對白熾燈的控制等。1.2 設(shè)計要求 使觸摸延時開關(guān)具有以下功能： a.當人用手觸摸開關(guān)時，照明燈亮，并延續(xù)一段時間后自動熄滅。b.開關(guān)的延時一段時間（定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)）。 二、總體設(shè)計方案2.1電源設(shè)計方案方案一： 穩(wěn)壓電路濾波電路 電源變壓器整流電路NE555單穩(wěn)態(tài)電路

6、 照明燈繼電器控制電路觸發(fā)端 圖2.1.1 直流穩(wěn)壓電源框圖輸入電壓經(jīng)過電源變壓器交流電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓，由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，但這樣的電壓會隨溫度、負載等其他因素的變化而變化。因而在整流濾波電路之后，穩(wěn)壓電路的作用是維持輸出直流電壓穩(wěn)定。得到穩(wěn)定的直流電后，再經(jīng)過NE555單穩(wěn)態(tài)電路、繼電器控制電路，最后到照明燈。限流電阻無極性電容 指示燈方案二： 5V電源 限流電阻555組成的單穩(wěn)態(tài)電路 RC電路燈泡觸摸端直接接一個5V的電源，由于要保證直流電壓的大小和質(zhì)量，故采用電阻限流、

7、電容濾波，以達到要求電壓，在經(jīng)過C的充放電來控制燈泡的亮和滅，RC來控制延時的時間長短（tw=RC1n31.1RC），當需要開燈時，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的輸出由低變成高電平，電燈點亮。而最后一個限流電阻是為了保障燈泡不被燒壞，而正常發(fā)光。延時 tw時間后555的輸出端由高電平變回到低電平，電燈熄滅。相比之下，電源電壓方面，我們采用第二個方案，可以接3節(jié)1.5V的電池，或者用手機電池板做電源，提供電壓，操作既簡單，又節(jié)約成本。2.2觸摸延時方案 圖2.2.1 觸摸延時開關(guān)555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手接觸觸摸開關(guān)，電源接通，555輸出端輸出高電平

8、，燈泡發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間（tw）結(jié)束時，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。2.3電路系統(tǒng)總體設(shè)計綜上所述,樓道觸摸延時開關(guān)電路原理如圖2.2.2555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用一個5V電源為NE555提供工作電壓，因為不能保證Vcc是直流電源，所以加一個濾波電容來提高直流質(zhì)量。當需要開燈時，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的輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?，電路進入暫穩(wěn)態(tài),電燈點亮。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。 tw=RC1n31.1RC 圖2.2.2 555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 三、單

9、元電路設(shè)計3.1濾波電路 濾波電路利用電抗元件對交、直流阻抗的不同來對整流輸出電壓中的紋波實現(xiàn)濾波。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降壓時，就把電場能量釋放出來，時負載電壓比較平滑，即電抗元件具有平波的作用。常用結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 3.1.1 濾波電路的基本形式 （a）C形濾波電路 （b）倒L形濾波電路 （c）形濾波電路 本設(shè)計采用的是電容濾波電路。電容C對直流開路，對交流阻抗小，所以用C濾波，因為不能保證輸入為直流的質(zhì)量，所以經(jīng)過濾波電路后，既可以保留直流分量，又可以濾除一部分交流分量，改善了交直流成分是比例，減少電路的脈

10、動系數(shù)，改善直流電壓的質(zhì)量。 3.2 555定時器 555定時器集模擬、數(shù)字與一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛，不僅可作各種儀器、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 3.2.1 555定時器外形結(jié)構(gòu)1電路結(jié)構(gòu) 555定時器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C和C、簡單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.5.2所示。三個5K的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器C、C提供參考電壓。當控制電壓端（5）懸空時（可對地接上0.01uF左右的濾波電容），比較器C和C的基

11、準電壓分別為2/3V和V/3。 v是比較器C的信號輸入端，稱為閾值輸入端；v是比較器C的信號輸入端，稱為觸發(fā)輸入端。如果控制電壓端（5）外接電壓v,則比較器C、C的基準電壓就變?yōu)関和v/2。比較器C和C的輸出控制SR鎖存器和放電的T的狀態(tài)。 3.2.2圖 555定時器的電路結(jié)構(gòu) 沒有觸發(fā)信號時(Vi VCC)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0外加觸發(fā)信號，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1觸發(fā)信號消除后，電容充電電路自動轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0 放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時器時，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。為直接復(fù)位輸入端，當為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端v即為低電平。2

12、.電路功能當v>2/3V， v> V/3時，比較器C輸出低電平，比較器C輸出高電平，簡單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端v為低電平。當v<2/3V， v<V/3時，比較器C輸出高電平，比較器C輸出低電平，簡單SR鎖存器Q端置1，放電三極管T截止，輸出端v為高電平。當v<2/3V，v> V/3時，簡單SR鎖存器R=1， S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。電路具體功能如表1所示：表1 555定時器功能表輸 入 輸 出閾值輸入（v）觸發(fā)輸入（v）復(fù)位（）輸出（v）放電管T*< 2/3V> 2/3V< 2/3V*< V/

13、3> V/3> V/30111011不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通不變3.3 延時電路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C通過555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，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C加至555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，電燈點亮。同時，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過R給C充電，這就是定時的開始。當電容C上電壓上升至電源電壓的2時，555第7腳導(dǎo)通

14、使C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R、C決定：T=1.1R·C 2、參數(shù)計算 設(shè)R=100K ,C=10uF由 tw=RC1n31.1RC 求得延遲時間 注：改變電阻阻值和電容容量都會改變延時時間。 圖 3.3.1 延時電路圖四、 實物制作與調(diào)試4.1 PCB板制板過程 1、打印電路板。將繪制好的電路板用絲印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。 2、裁剪覆銅板,用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，

15、不要過大，以節(jié)約材料。 3、預(yù)處理覆銅板。用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標準是板面光亮，沒有明顯污漬。 4、轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機，放入時一定要保證絲印紙沒有錯位。一般來說經(jīng)過2-3次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在160-200攝氏度，由于溫度很高，操作時注意安全！ 5、腐蝕線路板,回流焊機。先檢查一下電路板是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補。然后就可以腐蝕了，等線路板上暴

16、露的銅膜完全被腐蝕掉時，將線路板從腐蝕液中取出清洗干凈，這樣一塊線路板就腐蝕好了。由于要使用強腐蝕性溶液，操作時一定注意安全！ 6、線路板鉆孔。線路板上是要插入電子元件的，所以就要對線路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細選擇不同的鉆針，在使用鉆機鉆孔時，線路板一定要按穩(wěn)，鉆機速度不能開的過慢，務(wù)必仔細。 7、線路板預(yù)處理。鉆孔完后，用細砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。 8、焊接電子元件。焊接完板上的電子元件，通電。 注意：元件安裝時采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接，本設(shè)計中的電源電路、觸摸延時電路中的元器件都應(yīng)合理布局。避免焊接時交叉短路及確保電路板美觀程度。焊接

17、時不要直接焊芯片，注意錫的用量、確保焊點光華整潔，節(jié)約資源以及焊接的時間不要太長，以免燒壞元器件。4.2 硬件調(diào)試4.1.1調(diào)試中的障礙在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)了以下故障： 故障1：燈泡沒有全部亮，在并且實驗中我們發(fā)現(xiàn)紅色燈泡全不亮；原因:燈泡的長短引腳接反了。解決方法：檢查芯片引腳接線，查閱資料，正確接線。故障3：實物不能實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。原因：焊點沒焊好，導(dǎo)致短路。解決方法：修改焊點，達到標準。4.1.2調(diào)試結(jié)果 在調(diào)試中，遇到了一些問題，本組成員在老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過多方面耐心的調(diào)試，不斷地更改，一步步解決了遇到的問題；最終實現(xiàn)了部分功能，還有一些方面有待提高。 五、總結(jié) 本組成員在接到課題后，

18、經(jīng)過認真的探討，開始確定了基本思路，然后通過查閱大量的資料，確定了主要元件。用protel2004sp2畫出電路原理圖，得到PCB圖。由PCB制板，最后根據(jù)電路圖，把各個元件焊接起來，得到了實物圖。通過本次對樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，使我從中學(xué)習到了許多的新知識，對觸摸延時開關(guān)的認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)，熟悉 555 定時器，完成由 555 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，以及對事件的控制等等。這在平時上課以及課后是不會去了解這么多的；之前對電路純粹是停留在理論階段的認識和理解，現(xiàn)在知道了怎么去分析一個電路、怎么去解決電路在實際操作過程中遇到的諸多問題，真正的做到了學(xué)以致用；之前看到一塊電路板擺在眼前會感覺到相當?shù)牧瞬黄?，現(xiàn)在自己已經(jīng)學(xué)會了怎么去做、怎么布局元器件、怎么走線，知道了焊接細節(jié)工藝的重要性；同時，我們的動手能力得到了提高，做事的耐心程度也得到了提高，檢修能力也得到了提升，尤其重要的是，在這次比賽中學(xué)會了團隊的真正內(nèi)涵，理解了自學(xué)能力的重要性！本次課程設(shè)計，無論是對我們?nèi)蘸蟮墓ぷ鬟€是學(xué)習都將扮演這相當重要的