楼道触摸延时开关设计报告书改(13页).doc

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1、-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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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=

7、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

8、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

9、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、V

10、3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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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，

19、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