毕业设计楼道触摸延时开关设计.doc

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1、毕业设计报告楼道触摸延时开关学生姓名XX所 在 系班 级专 业指导教师XXX2008年12月1日摘要摘 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。可广范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，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。需要开灯时，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。设计表明这种开关制作简单，安全节能。关键词：单稳态电路,继电器,NE555定时器,触摸延时开关.目录目 录第1章绪 论1第2章单元电路设计22.1楼道触摸

2、延时开关工作原理22.2电源电路设计22.2.1稳压电路设计32.2.2 桥式整流电路42.2.3滤波电路62.3触摸延时电路72.3.1延时电路设计82.4控制电路92.4.1继电器介绍92.4.2控制电路设计102.5电路仿真11第3章实物制作与调试143.1原件安装143.2硬件调试14第4章总结16致谢17参考文献18附录一：触摸延时开关元件清单列表19附录二 ：楼道触摸延时开关电路图20第1章 绪论第1章 绪 论市场经济的发展，人们对开关的要求越来越高，开关的种类也因此越来越齐全。声控开关、机械开关、光控开关等品种逐步进入生活中。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

3、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电子节能开关，可广范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。需要开灯时，手指轻轻触摸开关的感应区，电灯自动开启点亮，延时一分钟，电灯自动关闭熄灭。该操作简单，实用节能，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

4、点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。本设计为人体触摸感应开关，用手触开关的感应区，电灯即亮，约经1分钟时间自动关灯。本设计主要内容： 1.直流稳压电源经过整流、滤波、稳压为NE555提供工作电源。 2.完成由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时。 3.由继电器组成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制。1第2章 单元电路设计第2章 单元电路设计2.1 楼道触摸延时开关工作原理图2-1 触摸延时电路框图结构 从应用的安全因素考虑，用隔离变压器对220V交流电进行降压，得到一个13V的交流电压，经整流、滤波得到一个13V的直流电压，在经过L7805稳压得到稳定的5V直

5、流电压，为NE555提供工作电压。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，继电器KS吸合，220V交流电形成回路，电灯点亮。同时，电源通过定时电阻给定时电容充电，这就是定时的开始。延时一段时间后555的输出端由高电平变回到低电平，继电器释放，220V交流电形成的回路断开，电灯熄灭。2.2 电源电路设计 电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电源是由电网的交流电转换来的。常用小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成如图2-2所示。图2-2 小

6、功率直流稳压电源系统结构电源变压器：将电网交流电压（220V或380V）变换成符合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器。 整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有的脉动直流电压。 滤波电路：利用储能元件电容器两端的电压不能突变的性质，把电容与整流电路的负载并联（或串联），就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。 稳压电路：当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化。因此，稳压电路的作用

7、是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化。 图2-3 直流稳压电路2.2.1稳压电路设计 由于集成电路工艺迅速发展，集成稳压电路的制成，也具有集成电路的共同特点：体积小、外围元件少、性能可靠、使用调整方便和优廉等优点，因此广泛使用。 目前，集成稳压器的类型很多，按结构形式可分为串联型、并联型和开关型；按输出电压类型可分为固定式和可调式。作为小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器的应用最为普通。三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子。有固定式和可调式二种类型，此外又分为正或负电压输出类型。W7800系列为三端固定正电压输出集成稳压器；W7900系列为三端固定负电

8、压输出集成稳压器。型号中最后两位数表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。在本设计中采用的是L7805稳压，为NE555提供工作电源。 图2-4 三端式固定输出集成稳压器外型 使用时要求输入电压值至少大2V以上。即|-|2V，但不宜过大。另外还有接地端流过的静态电流=8A。1 确定稳压器型号、输入电压和输出电流 根据要求=+5V，故选用W7805型号；稳压器压差为|-|2V，现取3V。故输入电压=5+3=8V；直流稳压电源工作时最大电流=300mA,稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流=+=300+8=308A。 为确定整流二极管和滤波电容参数需要，先确

9、定电源变压器的副变电压有效值和整流滤波电路的等效负载。=V=6.7V （2-1）现取=7V=27.3 （2-2）2.2.2 桥式整流电路桥式整流电路是利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单向的脉动电压。如图2-5：图2-5 单相桥式整流电路1、桥式整流电路的工作原理 由图2-5可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压的正半周内，二极管、导通，、截止，在负载上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反

10、，、截止，、导通，流过负载的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。2、 整流二极管参数计算正向平均电流： （2-3）最大反向电压： （2-4） 3、电源变压器容量 副边电流有效值： （2-5）取为500mA。副边容量： （2-6）原边容量：因变压器效率，故 （2-7） 故平均容量为 （2-8）取P=5VA。2.2.3滤波电路滤波电路利用电阻抗元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器对直流开路，对交流阻抗小，所以应该并联在负载两端。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量

11、，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。图2-6 电容滤波电路1、电路工作原理滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 当为正半周并且数值大于电容两端电压时，二极管和管导通，和管截止，电流一路流经负载电阻，另一路对电容充电。当，导致和管反向偏置而截止，电容通过负载电阻放电，按指数规律缓慢下降。 当为负半周幅值变化到恰好大于时，和因加正向电压变为导通状态，再次对充电，上升到的峰值后又开始下降；下降到一定数值时和变为截止，对放电，按指数规律下降；放电到一定数值时和变为导通，重复上述

12、过程。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。2、电容参数计算 =0.0010.00183F =10001830F （2-9）取C=1000F电容耐压： （2-10）取V,故电容参数为C:1000F/25V2.3 触摸延时电路 555集成定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成器件，应用十分广泛，可做各种仪器、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2-7 NE555外型结构 1脚GND,接地脚 2脚TL,低电平触发端 3脚Q,电路的输出端 4脚/RD,复位端

13、，低电平有效 5脚V_C,电压控制端 6脚TH,阈值输入端 7脚DIS，放电端 8脚VCC,电源电压端，其电压范围为：318V2.3.1 延时电路设计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：触摸延时开关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，电容通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。 当需要开灯时，用手触碰一下触摸端，触发信号电压由加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部

14、截止，电源便通过给充电，这就是定时的开始。当电容上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚导通使放电，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、决定：=1.1 (2-11) 2、参数计算根据设计需要延时一分钟=60S，设=100F 由公式（2-11）可得=550K图2-8延时电路图2.4 控制电路2.4.1 继电器介绍 继电器是一种电子控制器件，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的种类较多，如电磁式继电器、舌簧式继电器、启动继电器、限时继电器、直流继电器

15、、交流继电器等。但应用于电子电路的，用得最广泛的就是电磁式继电器。通常，电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点弹簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”，处于接通状态的静触点

16、称为“常闭触点”。 电磁式继电器又可分为直流与交流两种.区分如下：凡是交流电磁继电器，其铁芯上都嵌有一个铜制的短路环，而直流继电器是没有的。图2-9 继电器接线图继电器工作原理：继电器的工作原理是，当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力，吸动衔铁带动簧片，使触点1、2断开，1、3接通。当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、2接通，1、3断开。我们只要把需要控制的电路接在触点1、2间（1、2称为常闭触点）或触点1、3间（称为常开触点），就可以利用继电器达到某种控制的目的。2.4.2 控制电路设计在楼道触摸延时开关设计中，控制电路主要由继电器与二极管组成，通过继电器的通断来控制灯泡的亮

17、与熄灭。电路中，继电器线圈两端反相并联了一只二极管，它是用于保护集成块的，切不可省去，否则在继电器由吸合状态转为释放时，由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势，极容易导致集成块击穿。并联了二极管后，在继电器由吸合变为释放的瞬间，线圈将通过二极管形成短时间的续流回路，使线圈中的电流不致突变，从而避免了线圈中反电动势的产生，确保了集成块的安全。图2-10 控制电路图工作原理：当NE555三脚输出高电平时，继电器的线圈中会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合，电灯亮。当NE555三脚输出低电平时，继电

18、器中线圈断电，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放，此时电灯熄灭。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。控制电路参数要求：继电器由NE555三脚输出电压决定，由于NE55的供电电源是5V，所以3脚输出电压略等与5V 。可以选用额定电压5V的继电器，二极管选用普通二极管。2.5 电路仿真图2-11 直流电源输出电压图图2-12 NE555三脚输出低电平波形图图2-13 NE555三脚输出高电平波形图图2-14 定时结束后的波形图13第3章 实物制作与调试第3章 实物制作与调试3.1 原件安装 元件安装时采用电烙铁手工

19、焊接方法将元件按电路图焊接，安装时应注意：本设计中的电源电路、触摸延时电路、继电器控制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。3.2 硬件调试万能线路板元件连线成功后，发现本电路出现以下故障：故障一：人体触摸后电路没有反映，电灯不亮。分析：用万用表测量各点电压，发现各点电压均正常，怀疑触发信号过小电路无法触发工作。解决方案：在555的2脚加入C1815的三极管（作用：放大人体触发电流）后电路触摸后能工作，电灯发亮。故障二：排除故障一后，发现人体触摸触发端，电路延时一

20、分钟左右后继电器有动作，但是电路仍然工作，电灯依然发亮。分析：继电器动作，但是电路仍然工作，说明继电器有工作，但断开后又继续闭合，怀疑继电器断开瞬间产生的很大电磁干扰，促使触摸端，接收到高频信号触发，555输出端继续输出高电平。解决方案：在触发端至地，接一个几十皮发的电容，触摸后，延时一分钟左右电路断开，电灯熄灭，电路正常工作。修改后的电路图如图3-1：图3-1 触摸延时开关电路图15 第4章 总结第4章 总结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，主要包括直流稳压电源经过整流、

21、滤波、稳压为NE555提供工作电压；完成由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时；由继电器组成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制。在本设计当中，我们的动手能力得到了提高，对做事情的耐心程度也得到了提高。再一点就是:我们在对电路进行调试时，检修能力也得到了提升。可以说本设计使我受益匪浅，为以后的工作打下了坚实的基础。致谢论文的完成标志着三年的大学时代即将结束，也意味着新的生活又将开始了。有许许多多的舍不得，也有许许多多的感谢要说。论文是在我的指导XXX的亲切关怀和悉心指导下完成的。他的睿智对知识孜孜不倦的追求，对教育科学研究的热爱，严谨的治学态度和治学精神，精益求精的

22、工作作风，深深地感染和激励着我。从论文的选题、资料查询及定稿过程中到论文的最终完成，XXX始终给予我无私的帮助和悉心的指导及不懈的支持。在此谨XXX致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本论文的基础。感谢我的同窗好友、朋友们！在我写论文最忙碌，最困难的时刻，是他们给我了无限的支持与莫大的鼓励。感谢我身在远方的父母！你们给我生活上的关怀和精神上的鼓励是我学习的动力。 17参考文献参考文献1 陈有卿编.555时基集成电路原理与应用 机械工业出版社 2006年2 王卫平,陈栗宋.电子产品制造工艺 高等教育出版社 2004年3 周良权、傅

23、恩锡、期世馨.模拟电子技术基础第二版 高等教育出版社 出版年 2000年4 朱定华、陈林、吴建新.电子电路测试与实验 清华大学出版社 2002年5日藤井信生.电子实用手册 科学出版社 2003年 6 黄仁欣编.电子技术实践与训练 清华大学出版社 2004.97 臧春华编.电子线路设计与应用 高等教育出版社 2004.78 肖景和编.数字集成电路应用精粹 北京人民邮电出版 社2002.49 廖先芸编.电子技术实践与训练 北京高等教育出版社 2005.710沈任元、吴勇编.常用电子元器件简明手册机械工业出版社20003.718附录附录一：触摸延时开关元件清单列表NE555470K R1200k R2100F C1104pF C222pF C3104pF C41000F C5330nF C6100F C7LM7805稳压器COIL-DC5V继电器12V变压器C1815三极管25W白炽灯附录二 ：楼道触摸延时开关电路图 20