楼道触摸延时开关设计报告书改(13页).doc

-楼道触摸延时开关设计报告书改-第 7 页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： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 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 要该次设计是设计楼道触摸延时开关，通过本次设计巩固和加深对电子线路的基本知识的理解，培养了我们动手实践的能力。设计过程中运用了CMOS数字集成块CD4013BP组成单稳态电路实现延时的工作原理，并用桥式整流和可控硅组成开关电路模块，而且利用一个极性电容和发光二极管方便人在夜间找到开关的位置。经过设计，制板，调试，该系统实现了灯泡延时1分钟照明。目 录设计要求11、方案论证与对比11.1方案一1 1.2 方案二1.3 方案的对比与选择2 元器件的选择与工作原理2.1 工作原理2.2 元器件的选择3 设计总结134 仪器仪表清单145 参考文献6 致谢楼道触摸延时开关设计设计要求当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭，延时时间约1分钟左右。1、方案论证与对比1.1方案一原理方框图稳压电路滤波电路整流电路电源电压CD4013单稳态电路开关电路电灯泡 触发器 平时，VS处于关断状态，灯不亮。VD1VD4输出220V脉动直流电经R5限流，VD5稳压，C2滤波输出约12V左右的直流电供IC使用。此时LED发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。当人手触摸一下电极M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭1.2方案二原理方框图滤波电路电源电压开关电路稳压电路整流电路三极管延时灯泡1.3方案的选择与对比 方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低，而且方案一的元器件少，能够减少在焊接过程中出现的失误。单稳态电路，方案一中用的是双D触发器CD4013BP_5V，相对方案二两个三极管更加简便，更能实现功能。综上所述，我们选择方案一。2.元器件选择与工作原理2.1 工作原理 图2-1 楼道延时触摸开关PCB原理图 图2-2 楼道延时触摸开关PCB布线图总电路图工作原理：由CD4013BP_5V组成一个单稳态电路，平时VS断开，CD4013 1角输出低电平，电灯泡不亮，C2发出12V的电压，使LED发光，方便夜间找到开关的位置，当人触摸M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭。2.2元器件的选择IC应采用CMOS集成电路CD4013，它为双D触发器，本电路里只使用它的一半，另一个D触发器悬空。VS晶闸管用2N6565、MCR100-8等小型塑封单向晶闸管，可控制100W以下任何照明电路。VD1VD4为1N40041N4007型整流二极管。LED可用普通红色发光二极管，电阻均为RTX型1/8W碳膜电阻器。C1、C2用CD11-16V型电解电容，C3为瓷片电容器。晶闸管晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。图2-3 器件符号当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia和Ik，电流放大系数相应为1=IC1/Ia和2=IC2/Ik，设流过J2结的反相漏电流为ICO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和： (1)若门极电流为Ig，则晶闸管阴极电流为：得出晶闸管阳极电流为： (2)硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数1和2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式(2)中Ig=0，(1+2)很小，故晶闸管的阳极电流IaICO，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流Ig，由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高放大系数2，产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数1，产生更大的集电极电流IC1流经NPN管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。当1和2随发射极电流增加而使得(1+2)1时，式(2)中的分母1-(1+2)0，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia。这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(2)中1-(1+2)0，即使此时门极电流Ig=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于1和2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。桥式整流电路单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，则a为“”、b为“”时应有电流留出a点，a为“-”、b为“”时应有电流流入a点；相反，a为“”、为“”时应有电流流入点，为“”、为“”时应有电流流出点；因而和点均应分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。图2-4 桥式整流原理设变压器副边电压，U2为其有效值。当2为正半周时，电流由a点流出，经过V1、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即，V2和V4管承受的反响电压为u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经V2、RL、V4流入a点，负载电阻RL上的电压等于u2，即，V1、V3承受的反向电压为u2。这样，由于V1、V3和V2、V4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压。如图2-4所示为单相桥式整流电路各部分的电的波形。 图2-5 桥式整流电路电流、电压波形输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)根据图2-4中所示uo的波形可知，输出电压的平均值解得 由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍。根据谐波分析，桥式整流电路的基波UOIM的角频率是u2的2倍，即100HZ，。故脉动系数与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。 4013 双D触发器 结构功能原理应用电路4013 是集成触发器芯片，内部有两个独立的D触发器。每个触发器都有一个置位端（SET),复位端（RESET),时钟端（CLOCK),数据输入端（DATA),两个输出端Q和Q/端。当R为1、S为0时，无论D和CL（时钟）为什么状态，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。当S为1、R为0时，输出Q一定为1，s称为置位端。  当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。 图 2-6 RS双稳态触发器按下S1 ，R=1,电路复位，Q端输出0，按下S2，S=1，电路置位,Q端输出1.为1时三极管导通，继电器得电动作。按下S2后，继电器始终保持吸和状态，只有按下S1继电器触点才释放。此电路为 基本的RS触发器。 图2-7 单稳态触发器当S1未被按下时，复位端R=O，否则如果R=l，电路将强行复位 Q=0, 所充电荷通过R2向Q端放电，最终使R=0，这是电路的稳态。当按一下S1，CP端电位由“O 到1 ，其上升沿触发电路传输D端的数据，因D=1，所以Q=1，此为暂稳态。Q端的高电位通过R2向C充电当c两端电压达到复位电平时则R=1，电路复位，Q 端变为低电平0暂稳态结束，电路回复到稳态。上图作为楼道灯延时关灯线路，稳态时，Q 端为低电平，三极管 截止，继电器不工作，灯泡不亮 当按一下S1，电路进人暂稳态Q=1，三极管饱和导通，继电器得电，其常开触点吸合接通梯道灯，灯点亮暂稳态过后，灯自动熄灭。暂稳态时间即为灯泡点亮的时间，由R2和C的参数决定。 图2-8 无稳态-多谐振荡器  设在电源接通后的瞬阀Q 端精出为高电平，该高电平通过RP2向C2充电，当C2端电压上升到复位电平时Q 端为变为低电平，C2通过VD2向Q端放电 当Q 端为低电平时，因Q/ 为Q 的倒相输出端，所以Q 为高电平，该高电平通过RP1向C1充电当c1端电压上升到置位电平时，电路置数，Q 变为高电平，Q变为低电平,Q端的高电平向c2充电，Q端的低电平使c1向它放电，如此循环 在Q 和Q端交替出现高低电平，形成振荡。因电路的输出端Q和Q没有一个稳定的状态 所以该电路叫无稳态振荡器：Q端的振荡信号加到三极管的基极放大，推动扬声器发出响亮的音频叫声：振荡频率由RP1RP2C1，C2决定 因此也称为音频信号发生器。 图2-9双稳态触发器 图2-10 4013路灯控制电路图交流220V电压经VD1VD4整流、R1限流、C1滤波及VS稳压后，为触摸电路和执行电路提供+12V工作电压。 白天，RG1和RG2受光照射而呈低阻状态，IC的S1端为低电平，R1端为高电平，1端输出低电平，VT处于截止状态，K处于释放状态，照明灯EL不亮。 夜晚，RG1和RG2因无光照射或，使IC的S1端变为高电平，R1端变为低电平，Q1端输出高电平，VT饱和导通，K通电吸和，其常开触头接通，EL点亮。天亮后，RG1和RG2阻值下降，IC的Q1端又输出低电平，VT截止，K释放，EL熄灭。3.设计总结3.1实验结果分析 参数范围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。延迟时间是由于延迟电路中充放电的时间不够。在制作过程中，由于缺少元器件和在焊接过程中，由于焊接不熟练，所以，元器件的接触有些不良。3.2实验总结为期三个星期的课程设计已经结束，在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对楼道延时触摸开关的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对楼道触摸延时开关的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：元器件的缺少，焊接的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，电钻，腐蚀机时，一定要特别注意，不让危险事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，制板几次都没成功，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。4.仪器仪表清单设计所用仪器及器件如表一所示： 表一 仪器清单表类型规格数量备注电阻5.1MW/55v120KW182KW12MW1发光二极管1芯片CD4013BP_5V1电容10uF10.01uF1极性电容22uF1二极管IN40071可控硅1开关触摸开关15.参考文献 康华光模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2006 康华光数字电子技术北京：高等教育出版社，2006 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2005 潘永雄电子线路CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002 张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社，20046.致谢首先衷心感谢我们的指导老师侯老师，本次课程设计是在侯老师的悉心指导下完成的。老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活跃的思想、以及平易近人的师长风范，也使我们受益匪浅。值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。同样感谢我的同学们和其他的老师们，感谢你们的无私帮助，成功不是属于一个人的，而是属于大家的