觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、觸摸延遲開關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了一種走廊觸摸延時(shí)開關(guān)。它的作用是，當(dāng)人們用手觸摸開關(guān)時(shí)，燈光亮起，一段時(shí)間后自動熄滅。2.開關(guān)的延遲時(shí)間約為1分鐘。二、設(shè)計(jì)的作用和目的掌握橋式整流電路的原理。單相橋式整流電路的組成單相橋式整流電路由四個(gè)二極管組成，其原理是保證流向負(fù)載的電流在變壓器次級電壓u2的正負(fù)半周內(nèi)被正確引導(dǎo)，使其方向保持不變。假設(shè)變壓器二次側(cè)兩段分別為A、B，當(dāng)A為“+”、B為“-”時(shí)，應(yīng)該有電流離開A點(diǎn)，當(dāng)A為“-”、B為“+”時(shí)，應(yīng)該有電流流入A點(diǎn)；反之，當(dāng)A為“+”，B為“-”時(shí)，電流應(yīng)流入B點(diǎn)，當(dāng)A為“-”，B為“+”時(shí)，電流應(yīng)流出B點(diǎn)；所以A點(diǎn)和B點(diǎn)要分別接兩個(gè)二極管來

2、引導(dǎo)電流；如圖2-3所示。操作原理設(shè)變壓器副邊電壓，U2為其有效值。當(dāng)2為正半周時(shí)，電流由a點(diǎn)流出，經(jīng)過V1、RL、D3流入b點(diǎn)，因而負(fù)載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊電壓，即，V2和V4管承受的反響電壓為u2。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，電流由b點(diǎn)流出，經(jīng)V2、RL、V4流入a點(diǎn)，負(fù)載電阻RL上的電壓等于u2，即，V1、V3承受的反向電壓為u2。這樣，由于V1、V3和V2、V4兩對二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL上在u2的整個(gè)周期都有電流通過，而且方向不變，輸出電壓。如圖2-4所示為單相橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。圖2-4 橋式整流電路電流、電壓波形.輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均

3、值IO(AV)根據(jù)圖2-4中所示uo的波形可知，輸出電壓的平均值解得由于橋式整流電路實(shí)現(xiàn)了全波整流電路，它將u2的負(fù)半周也利用起來，所以在變壓器副邊電壓有效值一樣的情況下，輸出電流的平均值（即負(fù)載電阻中的電流平均值）在變壓器副邊電壓一樣、且負(fù)載也一樣的情況下，輸出電流的平均值也是半波整流電路的兩倍。根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波UOIM的角頻率是u2的2倍，即100HZ，。故脈動系數(shù)與半波整流電路相比，輸出電壓的紋波大大減小。掌握555定時(shí)器的工作原理及應(yīng)用(1)555定時(shí)器的工作原理55定時(shí)器的電路如圖所示。它由三個(gè)電阻為5k的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、一個(gè)基本的rs觸發(fā)器、一個(gè)放

4、電晶體管T、一個(gè)與非門和一個(gè)反相器組成。55定時(shí)器的電路如圖所示。它由三個(gè)電阻為5k的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、一個(gè)基本的rs觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體管T、一個(gè)與非門和一個(gè)反相器組成。分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1和C2提供參考電壓。如果端子5被掛起，則比較器C1的參考電壓為，其被施加到非反相端子；C2的基準(zhǔn)電壓為，施加于反相端。是復(fù)位輸入。當(dāng)=0時(shí)，基本RS觸發(fā)器設(shè)置為0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作時(shí)=1。U1和u12分別是6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11 、u12 、C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，即=0、=1時(shí)，基本RS觸發(fā)器置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。當(dāng)u

5、112/3Vcc，u121/3Vcc時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，=1，=0，基本RS觸發(fā)器置1，晶體管T關(guān)斷，輸出端u0為高電平。當(dāng)u111/3Vcc時(shí)，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路原始狀態(tài)不變。(2)555定時(shí)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路上述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，并且這兩個(gè)狀態(tài)總是相反的。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)。在添加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。被觸發(fā)后，觸發(fā)器從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為臨時(shí)狀態(tài)。暫時(shí)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，會自動轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常用于延遲和脈沖整形電路。3掌握繼電器的工作原理和特點(diǎn)。繼電器是一種電子控制裝置，有控制系統(tǒng)(也叫輸入回路)和被控系統(tǒng)(也

6、叫輸出回路)。它通常用于自動控制電路中。它實(shí)際上是一個(gè)用小電流控制大電流的“自動開關(guān)”。從而起到自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、電路轉(zhuǎn)換等作用。(1)電磁繼電器的工作原理和特點(diǎn)電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、接觸簧片等組成。只要在線圈兩端施加一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)。在電磁力的吸引下，銜鐵會克服回位彈簧的拉力而吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸頭與靜觸頭(常開觸頭)相吸。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸引力也會消失，銜鐵在彈簧的反作用力下回到原來的位置，這樣動觸頭和原來的靜觸頭(常閉觸頭)就會被吸引。通過這種方式吸引和釋放，從而達(dá)到電路中導(dǎo)通和關(guān)斷的目的。對于繼電器的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，可以

7、區(qū)分如下:繼電器線圈不通電時(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)”。掌握穩(wěn)壓器的作用。齊納二極管是一種特殊的表面接觸半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線較陡。穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，由于在電路中配合適當(dāng)?shù)年帢O可以穩(wěn)壓，所以稱為穩(wěn)壓管。當(dāng)調(diào)壓器的反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增大到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓管反向擊穿。雖然電流變化范圍很大，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化相當(dāng)小。利用這一特性，穩(wěn)壓管起到了穩(wěn)定電路中電壓的作用。圖2-5穩(wěn)壓管特性曲線電壓調(diào)節(jié)器與普通二極管的不同之處在于反向擊穿是可逆的。當(dāng)反向電壓調(diào)

8、節(jié)器被移除時(shí)，它將恢復(fù)正常，但如果反向電流超過允許范圍，二極管將會發(fā)熱并被擊穿。所以與之匹配的電阻往往起到限流的作用。5掌握三極管的作用。當(dāng)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)(發(fā)射極結(jié)和集電極結(jié)均為正偏置)，其c-e極間電壓很小，甚至低于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓(硅管在0.5V以下)，c-e極間相當(dāng)于“短路”，即處于“導(dǎo)通”狀態(tài)。當(dāng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)(發(fā)射極結(jié)和集電極結(jié)反向偏置)時(shí)，其c-e極之間的電流極小(硅管數(shù)量基本小于)，相當(dāng)于“截止”狀態(tài)。三極管的開關(guān)電路特點(diǎn)是開關(guān)速度極快，遠(yuǎn)快于機(jī)械開關(guān)，無機(jī)械觸點(diǎn)，無火花。該開關(guān)控制靈敏，對控制信號要求低。導(dǎo)通時(shí)開關(guān)的壓降大于機(jī)械開關(guān)的壓降，關(guān)斷時(shí)開關(guān)的漏電流大于機(jī)

9、械開關(guān)的漏電流。它不適合直接控制高電壓和強(qiáng)電流。六限流電阻的計(jì)算限流電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)，限流分壓。當(dāng)施加在穩(wěn)壓管和限流電阻上的電壓在正常工作時(shí)發(fā)生變化時(shí)，穩(wěn)壓管上的電壓將保持不變，變化的電壓將全部施加在限流電阻上，限流電阻將限制過大的電流，防止穩(wěn)壓管燒毀。如果沒有限流電阻，穩(wěn)壓電路就不能正常工作。因?yàn)楫?dāng)施加的電壓改變時(shí)，它仍然施加于電壓調(diào)節(jié)器。兩種極端情況:VS = VS(最小值)，IL = IL(最大值)當(dāng)VS = VS(最大值)和IL = IL(最小值)時(shí)，RS = RS(最小值)，IZ(最大值)=最大工作電流第三次設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)走廊觸摸延時(shí)開關(guān)的工作原理(1)系統(tǒng)原理概述考慮到應(yīng)用的安全因

10、素，隔離變壓器用于降低220V交流電的電壓，以獲得更小的交流電壓。整流濾波后得到DC電壓，通過穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的電壓。DC電壓為555定時(shí)器提供工作電壓。當(dāng)需要開燈時(shí)，用手觸摸開關(guān)，觸發(fā)信號電壓就會加到555的觸發(fā)端，使555的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器KS閉合，220V交流電形成回路，燈就亮了。同時(shí)電源通過定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這是定時(shí)的開始。延時(shí)一段時(shí)間后，555的觸發(fā)端由高電平返回低電平，繼電器釋放，220V交流電形成的電路斷開，燈滅。這就是觸摸延時(shí)開關(guān)的原理。單元電路設(shè)計(jì)照明電路:照明電路采用220V交流輸出，將功率小于100W的燈泡與整流、變壓、濾波、穩(wěn)壓電路得到的DC電壓相連

11、，再串聯(lián)起來。電源轉(zhuǎn)換:將交流電壓轉(zhuǎn)換成符合要求的交流電壓，整流后得到電子設(shè)備所需的DC電壓。因?yàn)榇蟛糠蛛娮与娐肥褂玫碾妷翰桓撸赃@個(gè)變壓器是降壓變壓器。整流器電路:電路中使用了四個(gè)IN4007二極管，它們相互連接形成一個(gè)橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流引導(dǎo)作用，在交流輸入電壓U的正半周，二極管VD2、VD5導(dǎo)通，VD3、VD4關(guān)斷，從而在負(fù)載RL上獲得上正下負(fù)的輸出電壓；相反，在負(fù)半周，VD2和VD5關(guān)斷，VD3和VD4導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流與正半周方向相同。因此，通過使用四個(gè)二極管，整流電路的負(fù)載在交流電源的正半周和負(fù)半周具有方向相同的脈動DC電壓和電流。濾波電路:利用儲能元件電容C兩端的電

12、壓不會突然變化的特性，可以將電容C與整流電路的負(fù)載R并聯(lián)或串聯(lián)，這樣就可以濾除整流電路輸出中的大部分交流分量，得到比較平滑的DC電流。穩(wěn)壓電路:當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的DC電壓的幅值也會發(fā)生變化。因此，穩(wěn)壓電路的作用是使整流濾波后的DC電壓基本不隨交流電網(wǎng)電壓或負(fù)載的變化而變化。延遲電路:55定時(shí)器、電阻器R1和電容器C1形成單穩(wěn)態(tài)延遲電路。當(dāng)無人按下觸摸開關(guān)時(shí)，555定時(shí)器處于復(fù)位狀態(tài)，即輸出端3腳處于低電平，繼電器吸合開關(guān)，燈不亮。按下開關(guān)，晶體管Q1導(dǎo)通，使555定時(shí)器的2腳為低電平，3腳輸出高電平，繼電器不工作，開關(guān)復(fù)位，燈亮。3.模擬測試(1)系統(tǒng)電路模擬觸摸開

13、關(guān)電路的仿真測試基于Multisim環(huán)境(元器件選擇見附錄)，系統(tǒng)的軟件仿真可以進(jìn)一步加深對系統(tǒng)功能的理解。下面主要用輸入信號、變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓電路來模擬系統(tǒng)電路。(2)各功能電路的模擬測試。圖3-2.1顯示了輸入信號的模擬波形，它是一個(gè)完整的正弦波。經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后的波形依次如圖3-2.1、3-2.2、3-2.3、3-2.4、3-2.5所示。圖3-2.1輸入電壓的模擬波形圖3-2.2變壓器電路仿真波形圖3-2.3整流電路仿真波形圖3-2.4濾波電路仿真波形圖3-2.5穩(wěn)壓電路仿真波形PCB電路制作在完成的原理圖中，檢查ERC電器規(guī)則，然后從PCB封裝庫中找出原來使用的封裝名

14、稱，并填寫每個(gè)元件屬性的封裝選項(xiàng)。如果沒有特定的封裝，您可以創(chuàng)建一個(gè)新的PCB組件進(jìn)行編輯。新的PCB原理圖創(chuàng)建完成后，在Design中導(dǎo)入網(wǎng)表網(wǎng)絡(luò)表，生成如圖所示的初始PCB圖，同時(shí)確保所有封裝正確。第二步，調(diào)整組件的布局，可以利用軟件本身的自動布局進(jìn)行排列，也可以手動排版。這一步完成后，就得到如圖所示的元件布局。第三步是完成布局，然后是元件的布線。布線前，可以設(shè)置PCB層。右鍵點(diǎn)擊界面中的“規(guī)則”選項(xiàng)，點(diǎn)擊路由層項(xiàng)，選擇單層布線、雙層布線或更多。Protel最多可以設(shè)置32層布線。本設(shè)計(jì)禁止頂層布線，只保留底層布線。最后利用軟件本身的自動布線進(jìn)行布局元件的PCB布線，得到如圖所示的單層布線

15、結(jié)果。PCB初始圖PCB布局PCB單層布線四。經(jīng)驗(yàn)和建議觸摸式延時(shí)開關(guān)早些年服務(wù)過大眾，比如樓道觸摸式延時(shí)開關(guān)，但對相關(guān)知識了解不多。只知道開關(guān)關(guān)了，燈泡停了一會兒才滅，不知道是怎么回事。在這次“觸摸延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)”中，我充分利用了模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識和數(shù)字電路的相關(guān)知識，從而找到了大量的相關(guān)資料。了解樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的基本原理，在所學(xué)知識和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完善部分電路圖，使延時(shí)開關(guān)正常工作。在分析觸摸延時(shí)開關(guān)、繪制原理圖、對各部分進(jìn)行仿真的過程中，我對模擬電子學(xué)的相關(guān)知識有了深刻的理解。重新學(xué)習(xí)整流電路的相關(guān)容量，對全波整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路有更深入的理解，熟練運(yùn)用計(jì)算公式計(jì)算限流電

16、阻，以配合穩(wěn)壓管的選擇。而且通過軟件仿真技術(shù)觀察各個(gè)階段電路的變化，可以對各個(gè)階段電路的波形有更生動的體驗(yàn)。本電路采用555定時(shí)器的工作原理。雖然我沒有學(xué)過這部分，但是我通過收集數(shù)據(jù)，自己了解了555定時(shí)器是如何工作的，從而了解了它的基本結(jié)構(gòu)，以及每個(gè)管腳連接了電路的哪些部分。提高自己的自學(xué)能力。做這個(gè)設(shè)計(jì)也讓我學(xué)會了兩個(gè)應(yīng)用軟件，一個(gè)是Multisim，一個(gè)是Protel。雖然學(xué)習(xí)上有一些困難，但是學(xué)習(xí)之后，感覺這幾天的努力沒有白費(fèi)，很充實(shí)。為了使觸摸延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)更加直觀，在設(shè)計(jì)過程中多次使用了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。雖然在仿真過程中遇到了一些困難，但是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，從系統(tǒng)整體電路的仿真到各

17、個(gè)單元電路的仿真，都記錄了詳細(xì)的數(shù)據(jù)、波形和效果。通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)電路功能，制作出觸摸開關(guān)的實(shí)際產(chǎn)品，大大提高了動手實(shí)踐。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們可以更好地了解專業(yè)知識的實(shí)用價(jià)值，提高課本之外的理論知識和實(shí)踐能力，為未來的數(shù)字技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)，方便我們對專業(yè)知識的理解，激發(fā)每個(gè)人不同的潛能，做出更好的電路和設(shè)計(jì)。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，感覺自己知識面小，能力和水平有限。知道自己的不足，在這個(gè)設(shè)計(jì)和仿真過程中可能會有很多疏漏、缺陷和錯(cuò)誤，希望能多做修正，以便以后做得更好。附錄5序列號名字參考標(biāo)記密封和包裝型號和規(guī)格量一個(gè)變壓器一種網(wǎng)絡(luò)的名稱(傳輸率可達(dá)1.54mbps)DIP4NLT _虛擬一個(gè)2二極管；缺乏辯證思維的人D2-D5二極管0.41N4007四三電解質(zhì)電容器C3經(jīng)常預(yù)算. 3/.6200uF一個(gè)四電阻R3一個(gè)五電壓調(diào)節(jié)管D6TO220H1N5922B一個(gè)六電阻R4一個(gè)七單擲開關(guān)J1XTAL1單刀單擲開關(guān)一個(gè)八電阻R2軸向0.3一個(gè)九電阻R1軸向0.3一個(gè)10三極管雌三醇環(huán)戊醚TO-92A2N2218A一個(gè)11電解質(zhì)電容器C3經(jīng)常預(yù)算. 3/.65