楼道触摸延时开关的设计(14页).doc

-楼道触摸延时开关的设计-第 13 页湖南人文科技学院课程设计报告 课程名称： 电子技术课程设计设计题目：楼道触摸延时开关 系 别：通信与控制工程系 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 起止日期: 20136.820138 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩 1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日 摘要 楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。可广泛应用于多层住宅和办公楼室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。本次设计利用模拟电路与数字电路的相关知识，以直流稳压电源电路、555单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时一段时间（tw=RC1n3RC），电灯自动熄灭。设计表明这种开关制作简单，安全可靠。 关键字：触摸延时开关、单稳态电路、555定时器目录一、 引言.1 1.1 设计目的.1 设计要求.1二、 总体设计案.2 2.1 电源设计方案.2 2.2 触摸延时方案.2 2.3 电路系统总体设计.4三、 单元电路设计.7 滤波电路.7 555定时器.7.10四、 实物制作与调试.124.1 PCB制板流程.124.2 硬件调试 .134.2.1 调试中的故障.134.2.2 调试结果 .13五、 总结 .14六、 致谢.14 参考文献.15 附录一：楼道触摸延时开关电路原理图 附录二：楼道触摸延时开关电路PCR图 附录三：楼道触摸延时开关实物图 附录四：元件清单 引言 随着市场经济的发展，人们对开关的需求也越来越高，开关的种类也因此越来越齐全。声控开关、机械开关、光控开关等产品逐步进入生活中。但由于机械开关属于有触点开关元件，它有接触不良、故障率高、使用不便等缺点，且摩擦较大容易损坏；声控开关严重浪费了电力资源，干扰了环境安宁；光控开关是采用光线的强弱来实现对用电器电源自动控制的电子开关，它对光线强弱的要求苛刻。针对以上开关的各种缺点，促使我们寻求更为理想的开关电器设备替代元件，方便人们生活。楼道触摸延时开关是一种新型的电子节能开关，可广泛应用于多层住宅和办公室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。本次设计利用模拟电路和数字电路，以直流稳压电源电路、NE555单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计延时触摸开关。需要开关灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时约一分钟，电灯自动熄灭。该操作简单，使用节能，又没有声控开关有声音就亮的弊端。主要由NE555定时器，直流稳压电路和继电器控制电路组成。具备以下功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。1.1 设计目的 利用模拟电路与数字电路的相关知识，以直流稳压电源电路、NE555单稳态 电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。通过本次设计了解并掌握NE555定时器，以及由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时以及由继电器组成的控制电路来实现对白炽灯的控制等。1.2 设计要求 使触摸延时开关具有以下功能： a.当人用手触摸开关时，照明灯亮，并延续一段时间后自动熄灭。一段时间（定时时间可由RC参数调节）。 二、总体设计方案方案一： 稳压电路滤波电路 电源变压器整流电路NE555单稳态电路 照明灯继电器控制电路触发端 图2.1.1 直流稳压电源框图输入电压经过电源变压器交流电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压，但这样的电压会随温度、负载等其他因素的变化而变化。因而在整流滤波电路之后，稳压电路的作用是维持输出直流电压稳定。得到稳定的直流电后，再经过NE555单稳态电路、继电器控制电路，最后到照明灯。限流电阻无极性电容 指示灯方案二： 5V电源限流电阻555组成的单稳态电路 RC电路灯泡触摸端直接接一个5V的电源，由于要保证直流电压的大小和质量，故采用电阻限流、电容滤波，以达到要求电压，在经过C的充放电来控制灯泡的亮和灭，RC来控制延时的时间长短（tw=RC1n3RC），当需要开灯时，用手触碰一下感应区，触发信号电压 加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，电灯点亮。而最后一个限流电阻是为了保障灯泡不被烧坏，而正常发光。延时 tw时间后555的输出端由高电平变回到低电平，电灯熄灭。相比之下，电源电压方面，我们采用第二个方案，可以接3节1.5V的电池，或者用手机电池板做电源，提供电压，操作既简单，又节约成本。图2.2.1 触摸延时开关555定时器构成单稳态触发器。只要用手接触触摸开关，电源接通，555输出端输出高电平，灯泡发光，当暂稳态时间（tw）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。电路系统总体设计综上所述,楼道触摸延时开关电路原理如图555定时器构成单稳态触发器。用一个5V电源为NE555提供工作电压，因为不能保证Vcc是直流电源，所以加一个滤波电容来提高直流质量。当需要开灯时，用手触碰一下感应区，触发信号电压加至555的触发端，使555的输出端由低电平变为高电平，电路进入暂稳态,电灯点亮。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。 tw=RC1n3RC 图2.2.2 555定时器组成的单稳态触发器 三、单元电路设计 滤波电路利用电抗元件对交、直流阻抗的不同来对整流输出电压中的纹波实现滤波。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降压时，就把电场能量释放出来，时负载电压比较平滑，即电抗元件具有平波的作用。常用结构如图所示：图 3.1.1 滤波电路的基本形式 （a）C形滤波电路 （b）倒L形滤波电路 （c）形滤波电路 本设计采用的是电容滤波电路。电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以用C滤波，因为不能保证输入为直流的质量，所以经过滤波电路后，既可以保留直流分量，又可以滤除一部分交流分量，改善了交直流成分是比例，减少电路的脉动系数，改善直流电压的质量。 3.2 555定时器 555定时器集模拟、数字与一体的中规模集成电路，其应用十分广泛，不仅可作各种仪器、仪表、自动化装置、各种民用电器的定时器、时间延时器等时间功能电路，也可构成自激多谐振荡器，脉冲调制电路，脉冲相位调谐电路及单稳态、双稳态等各种电路。 图 3.2.1 555定时器外形结构1电路结构 555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C和C、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图如图3.5.2所示。三个5K的电阻串联组成分压器，为比较器C、C提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时（可对地接上0.01uF左右的滤波电容），比较器C和C的基准电压分别为2/3V和V/3。 v是比较器C的信号输入端，称为阈值输入端；v是比较器C的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电压端（5）外接电压v,则比较器C、C的基准电压就变为v和v/2。比较器C和C的输出控制SR锁存器和放电的T的状态。 3.2.2图 555定时器的电路结构 没有触发信号时(Vi VCC)电路处于稳态，输出为0外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0 放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。为直接复位输入端，当为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端v即为低电平。当v>2/3V， v> V/3时，比较器C输出低电平，比较器C输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端v为低电平。当v<2/3V， v<V/3时，比较器C输出高电平，比较器C输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放电三极管T截止，输出端v为高电平。当v<2/3V，v> V/3时，简单SR锁存器R=1， S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。电路具体功能如表1所示：表1 555定时器功能表输 入 输 出阈值输入（v）触发输入（v）复位（）输出（v）放电管T*< 2/3V> 2/3V< 2/3V*< V/3> V/3> V/30111011不变导通截止导通不变3.3 延时电路1. 设计原理 触摸延时开关，使用时只要用手摸一下开关上的触摸电极片，电灯就会点亮，延时一段时间后，电灯自动熄灭。电路原理：触摸延时电路主要由时基芯片NE555组成的定时电路，在这里接成单稳态电路，平时由于触摸端无感应电压，电容C通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，电灯不亮。当需要开灯时，用手触碰一下触摸端，触发信号电压由C加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R给C充电，这就是定时的开始。当电容C上电压上升至电源电压的2时，555第7脚导通使C放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束，定时长短由R、C决定：T·C 2、参数计算 设R=100K ,C=10uF由 tw=RC1n3RC 求得延迟时间 注：改变电阻阻值和电容容量都会改变延时时间。图 3.3.1 延时电路图四、 实物制作与调试4.1 PCB板制板过程 1、打印电路板。将绘制好的电路板用丝印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。 2、裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。 4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证丝印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！ 5、腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！ 6、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，务必仔细。 7、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。 8、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件，通电。 注意：元件安装时采用电烙铁手工焊接方法将元件按电路图焊接，本设计中的电源电路、触摸延时电路中的元器件都应合理布局。避免焊接时交叉短路及确保电路板美观程度。焊接时不要直接焊芯片，注意锡的用量、确保焊点光华整洁，节约资源以及焊接的时间不要太长，以免烧坏元器件。4.2 硬件调试在实验过程中，我们发现了以下故障： 故障1：灯泡没有全部亮，在并且实验中我们发现红色灯泡全不亮；原因:灯泡的长短引脚接反了。解决方法：检查芯片引脚接线，查阅资料，正确接线。故障3：实物不能实现预期结果。原因：焊点没焊好，导致短路。解决方法：修改焊点，达到标准。4 在调试中，遇到了一些问题，本组成员在老师的指导下，经过多方面耐心的调试，不断地更改，一步步解决了遇到的问题；最终实现了部分功能，还有一些方面有待提高。 五、总结本组成员在接到课题后，经过认真的探讨，开始确定了基本思路，然后通过查阅大量的资料，确定了主要元件。用protel2004sp2画出电路原理图，得到PCB图。由PCB制板，最后根据电路图，把各个元件焊接起来，得到了实物图。通过本次对楼道触摸延时开关的设计，使我从中学习到了许多的新知识，对触摸延时开关的认识又提升到了一个新的阶段，对于楼道触摸延时开关的设计，我们应该抓住其本质，熟悉 555 定时器，完成由 555 定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时，以及对事件的控制等等。这在平时上课以及课后是不会去了解这么多的；之前对电路纯粹是停留在理论阶段的认识和理解，现在知道了怎么去分析一个电路、怎么去解决电路在实际操作过程中遇到的诸多问题，真正的做到了学以致用；之前看到一块电路板摆在眼前会感觉到相当的了不起，现在自己已经学会了怎么去做、怎么布局元器件、怎么走线，知道了焊接细节工艺的重要性；同时，我们的动手能力得到了提高，做事的耐心程度也得到了提高，检修能力也得到了提升，尤其重要的是，在这次比赛中学会了团队的真正内涵，理解了自学能力的重要性！本次课程设计，无论是对我们日后的工作还是学习都将扮演这相当重要的角色！六、致谢此次的课程设计能够顺利完成，首先要感谢学院给予我们这个宝贵的平台，让我们有了锻炼自己、展示自己的机会。其次，感谢系领导的关心和指导老师的谆谆教导，是你们的关心让我们在遇到问题的时候能奋勇前进，是你们的教导让我们攻克了一个又一个技术难关。同时也感谢所有帮助过我们的学长与同学们，在此我们真诚的对你们说一句：谢谢！我们会把老师们的教导铭记在心，运用到今后的学习和工作中！参考文献1 康华光主编 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社2005年第5版2 康华光主编 电子技术基础数字部分 高等教育出版社2005年第5版3 闽锐，徐勇，孙峥，何敏 电子线路基础西安科技大学出版社2010年第2版4 李先允，姜宁秋 电力电子技术 中国电力出版社.2006年5 柯志敏，索娜 继电器保护基础北京交通大学出版社.20106 蔡杏山主编 Protel 99 SE 电路设计 7 陈勇甫主编 多功能集成电路555经典应用实例 8 汤琳宝主编 电子技术实验教程 清华大学出版社附录一：楼道触摸延时开关电路原理图附录二：楼道触摸延时开关电路PCB图附录三：楼道触摸延时开关实物图 实物图（一） 实物图（二）附录四：元件清单元件名称规格型号 数量（个） 定时器 NE5551电阻 51K1排针12C插座 8脚1有极性电容16V、100uF1无极性电容1发光二极管3导线若干电阻 1K2