楼道触摸延时开关的设计(完整版)实用资料.doc

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1、楼道触摸延时开关的设计（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）2021-2021 学年 第 二学期 数字电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 楼道触摸延时开关的设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 10电信（2）班 指导教师：电气工程系 2021年 5 月 20 日1、任务书 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

2、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 录第一章 设计原理 . 1 第二章 触摸延时电路的设计 . . 22.1 555计时器 . 2 2.2 设计原理 . . 2第三章 控制电路的设计 . 43.1继电器的基本理论 . 4第四章 总电路的设计 . 74.1楼道触摸延时开关总电路图 . 7 4.2工作原理 . . 7第五章 电路仿真 . 8 结论 . 12 附录一 555定时器 . 13 参考文献 . 16 答辩记录及评分表 . 错误！未定义书签。第一章 设计原理楼道触摸延时

3、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。触摸式延时控制开光具备以下功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。为完成设计要求，设计电路应由如下几个部分组成： 1. 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。 2.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。 设计原理图如下： 由设计原理图可知该电路应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因

4、此，在进行设计电路的时可将各个部分分别设计，独立选择器件，独立测试，最后将这几部分进行组装、调试，达到设计完整楼道触摸延时开关的目的。第二章 触摸延时电路的设计2.1 555计时器555计时器是美国Signetics 公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电 段时间后自动断开达到延时的目的。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1C 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2C 加至555的触发端，使555的输出由低变成

5、高电平，继电器KS 吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过1R 给1C 充电，这就是定时的开始。当电容1C 上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚导通使1C 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1R 、1C 决定：1T =1.111C R 根据设计需要延时一分钟1T =60s，设1C =100F ，则1R =111. 1C T =00001. 01. 160S 550K 图2-1触摸延时电路原理图第三章 控制电路的设计3.1继电器的基本理论继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的

6、互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“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。 具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。继电器按其工作原理不同又可分为电磁继电器，固态继电器，热敏干簧继电器，磁簧继电器，光继电器，时间继电器，高频继电器，极化继电器等。按其负载大小又可分为微功率继电器，弱功率继电器，中功率继电器，大功率继电器等。按其反应类型又可分为电流继电器，电压继电器，功率方向继电器，阻抗继电器，频率继电器，气体（瓦斯）继电器等按其在保护回路中的作用又可分为启动

7、继电器，度量继电器，时间继电器，中间计时器，信号继电器，出口继电器等。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1. 扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2. 放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功

8、率的电路。3. 综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4. 自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。3.2 电磁式继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。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，

9、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称为“常闭触点”。 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，吸动衔铁带动弹簧，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。3.2 控制电路的设计当继电器的输入信号x 从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx, 继电器的输出信号立

10、刻从y=0跳跃到y=m,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x 继续增大，输出信号y 将不再起变化。当输入量x 从某一大于xx 值下降到xf, 继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。 本设计中应用继电器的输入输出特性来控制负载，达到定时关灯的目的。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

11、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3-1 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：

12、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。第四章 总电路的设计4.1楼道触摸延时开关总电路图由设计原理可知，本次设计的楼道触摸延时开关是由基于555计时器的触摸延时电路和基于继电器的控制电路组合构成的，故将二者结合极为下图所示的总电路图。 图4-1 楼道触摸延时开关总电路原理图4.2工作原理经过直流稳压电源得到稳定的5V 直流电压，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的输出端由低变为高电平，继电器KS 吸合，220V 交流

13、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为低电平，继电器释放，220V 交流电形成的回路断开，电灯熄灭。第五章电路仿真 图5-1 实验总电路图 图5-2 555计时器输出端为低电平时的波形按设计方案连接仿真电路，当开关未闭合时，555继电器输出端为低电平，继电器保持断开状态，灯泡保持熄灭。 图5-2 开关闭合时灯泡点亮当开关闭合时，5V 电压加在555计时器的触发端，使输出端信号有低电平变为高电平，继电器衔铁闭合，照明电路接通，灯泡点亮。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。 图5-2开关按下后555

14、计时器输出端由低电平变为高电平 图5-3开关断开后灯泡继续保持点亮状态 图 5-4 开关断开后555计时器输出端保持高电平输出 图5-1继电器从高电平跳变到低电平时的波形变化延时一段时间后555的输出端由高电平变为低电平，继电器释放，120V 交流电形成的回路断开，电灯熄灭。达到预定设计目的，设计成功。结论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、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

15、成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制。附录一 555定时器 图 附1.1 555定时器的内部逻辑电路构造 图2 555定时器逻辑符号 图3 555定时器管脚图555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器

16、和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS 或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC ，双极型时基电路VCC 的范围是4.5 16V，CM

17、OS 型时基电路VCC 的范围为3 18V。一般用5V 。 .3脚：输出端V o 2脚：低触发端6脚：TH 高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR 、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F 电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1示。 参考文献1阎石. 数字电子技术基础（第五版

18、）R.高等教育出版社2梅开乡，梅军进, 电子电路设计与制作R.北京理工大学出版社 3闵锐，徐勇，孙峥. 电子线路基础R.西安电子科技大学出版社 4刘国林. 电工学R.人民邮电出版社5林育兹. 电工电子学R.电子工业出版社搭载了全行业最小级延时OFF 功能的远程复位船形开关搭载了即使进行开关ON 至OFF 操作,接点仍会保持ON ,通过外部信号使接点切换至OFF 的“延时OFF 功能”。利用基于外部信号的“复位功能”关闭电源开关,设备的待机功率为零。通过“延时OFF 功能”提供保护,防止电源强制切断时处理中的数据丢失及电路损坏等设备故障。通过“延时OFF 功能”,在手动OFF 动作后,延时关闭主

19、电源,提高设备安全性。确保接点间隙大于3mm 。取得UL 、cUL 标准认证,并符合EN 标准。种类用途示例A8GS-T延时OFF 船形开关符合RoHS (详情请参阅“请正确使用”。*A8GS 分为远程复位型与延时OFF 型2种。关于远程复位型,请参阅别纸。注1. 并非通常的3极规格开关,请加以注意。(1 信号接点端子仅用于操作部的ON 、OFF 状态检测。(2 电源接点端子是用于电路的ON 、OFF 切换的端子。操作部变为OFF 状态后,仅向开关内置线圈施加电压,电源接点即可变为 OFF 。切断设备待机电源(节能防止忘记切断设备主电源 (节电远程关闭设备同时关闭多台设备基于任意设定主电源延时

20、OFF 时间的安全设计保护因瞬断导致的回路、数据破损 A 8G S T 注1. 上述值为初始值。* 关于试验条件请另行查询。*从对复位线圈施加电压到接点断开的时间。A 8G S T 对线圈端子及信号接点端子配线时,请使用T yco Electronics AMP 公司生产的CT 连接器,或日本压接端子公司生产的XR 连接器。请勿使用除此之外的连接器进行配线。 *中填写代表外壳颜色的记号。A 8G S T动作说明延时OFF 功能通过人员操作,即使将操作部置于OFF 状态,电源接点仍保持ON ,若向开关内置线圈端子施加电压,电源接点变为OFF 。1. 操作部ON 时,电源接点、信号接点也为ON 。

21、2. 即使将操作部OFF ,电源接点仍保持ON ,仅信号接点OFF 。3. 若从外部向开关内置线圈施加电压,则电源接点OFF 。另外,作为远程复位功能,在操作部ON 时通过向开关内置线圈施加电压,可使信号、电源接点都OFF 。 动作状态和回路构成使用远程复位功能时使用延时OFF 功能时A 8G S T 安装板面板厚度:0.82.3mm为防止误插入,安装孔为非对称形状,请注意突起方向。面板的圆角R请加工在面板表面。请在面板的背面加工卡扣。注1. 推荐面板的标准材质为SPCC,若使用柔性材料、或面板背面无卡扣时,会导致面板的固定力不足。因此,请在确认实际使用条件后设定面板板厚、尺寸。1.9.14.

22、3.126.5 0.119.5.127.7 0.1ROFFON A8GST注1. 推荐面板的标准材质为SPCC，若使用柔性材料、或面板背面无卡扣时， 会导致面板的固定力不足。因此，请在确认实际使用条件后设定面板板厚、尺寸。 27.7 0.1 4.3 0.1 1.9 0.1 R OFF 26.5 0.1 19.5 0.1 ON A 8 G S T 5 A8GS-T 请正确使用 警 告 请勿在开关通电状态下进行配线作业。通电时请勿接触 端子。否则可能导致触电。 延时OFF 船形开关 关于使用 请勿对产品施加可能导致其变形或变质的外力。 请避免开关掉落、或施加异常冲击。 否则会导致动作不良。 请勿从

23、横向(斜向对操作部施加负载。 否则将导致开关损坏。 安全要点 请在电气额定值范围内使用。 若超出额定值使用，不仅会降低开关的耐久性，还会引发发热、烧 坏等危险。因此，使用时包括开、关时的瞬时电压、电流，都应该 在额定值范围内。 ( 使用注意事项 关于安装 单触即可安装。 开关装入面板时请勿用力过度。 请勿拆下面板上已安装的开关，重新安装在面板上使用。 在面板上安装开关时，请勿在按钮上施加外力，以保证负载施加在 外壳、法兰部。 关于贮存、使用环境 为防止本产品在贮存过程中发生端子变色等老化变质，请避免在下 述条件下进行长期贮存及使用。 1. 高温、潮湿环境 2. 有腐蚀性气体的环境 3. 阳光直

24、射的场所 4. 海风侵袭的场所 5. 温度急剧变化的环境 另外，本开关非密封型，请勿在会接触水、油及尘埃的场所进行安 装及使用。 请勿使开关结冰或凝露。 在有强烈外部磁场的场所使用将导致动作不当,请在实际使用状态下 确认。 关于微小负载领域的使用 对于微小负载时的使用，请参考最小适用负载的电流、电压值，按 照高于这些值的数值进行设定。 如果开关时产生浪涌电流等现象，会导致接点消耗过快而降低耐久 性，因此请根据需要插入接点保护线路。 最小适用负载以水准为参考值。 该值表示信赖性水平为60%(60的故障级别。 (JIS C5003 60 0.510-6/次为信赖性水平60%，表示预测 的故障。 1

25、 2,000,000 关于配线 A 8 G S T 使用接线片端子时，请使用#187接线片端子(t=0.8适用的插座。 请使用能满足负载电流的正确规格的电线。 配线后，请避免使端子部、连接器部始终承受外力。否则，可能导 致开关损坏及误动作。 (例：钢索缠绕过度导致的始终承受外力状态等 次以下 符合RoHS指令 记载有“符合RoHS”的产品不含有以下6种物质。 参考 6种物质的符合判断使用以下基准。 铅 ：1,000ppm以下 水银 ：1,000ppm以下 镉 ：100ppm以下 六价铬 ：1,000ppm以下 PBB ：1,000ppm以下 PBDE ：1,000ppm以下 配线后，开关端子与

26、其它金属部之间应保持适当的绝缘距离。 线圈有极性，请确认极性后，再正确配线。 在线圈中连续通电时，可能因线圈发热导致绝缘老化。因此，设计 电路时，请确保连续通电不超过10秒。 线圈动作后产生的反电动势，可能导致半导体元件破坏和装置误 动作。 由精密半导体元件等控制时，请设计附加浪涌吸收电路等电路。 手工焊接时，请使用电烙铁(烙铁头温度360 MAX4秒内完成焊 接，并且请勿对端子施加外力。 烙铁头接触端子根部，会导致开关外壳及基座变形。 6 课程设计任务书20212021学年第二学期专业:电子信息工程学号:130XXXX013 姓名:汪XX课程设计名称:电子技术课程设计设计题目:楼道触摸延时开

27、关设计完成期限:自2021 年 6 月15 日至2021 年 6 月28 日共 2 周设计依据、要求及主要内容(可另加附页:一、设计依据楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。可广范应用于住宅小区和办公楼室外的走廊、门厅、楼梯间、过道等公共场所,也可以在家庭安装。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,该操作简单,实用节能,又没有声控开关有声音就亮的弊端。本次设计利用已学的模拟电路与数字电路知识,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。要求学生对电路原理、器件选择、线路连接有较深入地分析探讨,并解决在设计过

28、程中出现的各种问题,最终正确无误的给出电路分析设计过程及仿真结果,并写出合格的课程设计报告。二、要求及主要内容1、要求制作的楼道触摸延时开关电路简单可靠、使用方便。2、设计直流稳压电源电路。3、设计延时电路。4、设计控制电路。5、正确无误地完成硬件电路设计,画出电路原理图,给出仿真结果。三、途径和方法应用模拟电子技术、数字电子技术实现楼道触摸延时开关电路设计,并用protel软件绘制电路原理图,并分析其工作原理,最后对电路进行仿真,并对仿真结果进行分析。如果有条件则可以完成实物制作或在实验室演示。四、时间安排课题讲解:2小时阅读资料:10小时撰写设计说明书:12小时修订设计说明书:6小时五、主

29、要参考资料1孙丽霞.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,2006:174-196.2杨素行.模拟电子技术基础简明教程M.北京:高等教育出版社,2007:40-92.3高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-基本技能训练与单元电路设计M.北京:电子工业出版社,2007:24-57.4黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京:电子工业出版社, 2005.1:43-66.5彭介华.电子技术课程设计指导M.北京:高等教育出版社,2002.12:37-228.6陈永甫.新编555集成电路应用800例M.北京:电子工业出版,2000:80-130.7高吉样.电子技术基础实验与课程设计. 北京:

30、电子工业出版社,2004.8王慧玲.电工电子实验与实训. 北京:机械工业出版杜,2003.指导教师(签字:教研室主任(签字:批准日期:年月日楼道触摸延时开关设计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

31、录1 绪论 (12 电路设计原理 (12.1 触摸式延时开关工作原理框图 (12.2 电源电路设计 (22.3 延时电路设计 (42.4 控制电路设计 (62.5 总电路设计 (63 电路仿真 (74 实物制作及调试 (10总结 (13致谢 (14参考文献 (15课程设计说明书 第 1 页 1 绪 论随着市场经济的发展,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

32、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

33、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、断来实现对楼道电灯的控制。 2 电路的设计2.1 触摸式延时开关工作原理框图 +U1-图1 触摸延时开关工作原理框图电源变压器 整流 电路 滤波电路 稳压电路 NE555单稳态电路 继电器控制电路 楼道电灯 22V 交流电压触发端为了人体安全,先用变压器将家用220V 交流电降压成12V 的交流电压,再经过整流和滤波电路得到一个12V 的直流电压,再经过L7805稳压得到恒定的5V 直流电压,为NE5

34、55提供工作电压。当需要开灯时,用手触碰一下感应区,经过三极管放大,触发信号电压加至NE555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 电源电路设计稳压电源先经过变压器降压,在经过整流、滤波和稳压电路输出稳定的5V 电压。下图2为电源设计框图,如图3为电源设计电路图。其输出电压如图4仿真电路电压表所示。 图2 电源设计框图 图3 电源设计电路图 图4 电压输出显示变压稳压整流

35、滤波负载a 电压比初、次级电压和线圈圈数具有以下关系,即:K NN UU =1212(1b 效率在额定功率时,变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率,即:%10012=PP (2变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗就越小,率率也就越高;反之,功率越小,效率也就越低。c 额定电压指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压,正常工作时,变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。d 额定功率额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作,而不超过规定温升时次级输出的功率。e 调整率桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管,将正负交替的正弦交流电压整流成为单向

36、脉动电压。但是,这种单向电压往往包含着很大的脉动成分,距离理想的直流电压还差得很远。所有需要经过电容滤波其中C1=1000 F ; C2=0.1uf 。 图5 整流、滤波电路稳压电路介绍7805是三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能,这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流。器件具有良好的温度系数,因此产品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响,解决了与单点调节相关的分散问题,输出电压误差精度分为3%和5%。图6为稳压电路,其中C8=10uf,C3=100uf,他们的作用是为了让输出的电流更稳定,排除杂波的干扰。 图6 稳压电路2.3 延时电路设计触摸延时电

37、路是基于时基芯片NE555构成的电路,主要用于开关闭合后控制电路在一段时间后自动断开达到延时的目的。图7为555芯片内部结构图,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。321DCBA5K 5K5K+-TQ&Q+-AA SRV 1V 21DQV THTLV R CCV SS1284563712C D图7 555芯片内部结构图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

38、由于触摸端无感应电压,电容C4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C7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脚内部截止,电源便通过1R 给C4充电,这就是定时的开始。当电容1C 上电压上升至电源电压的2/3时,555第7脚导通使C4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1R 、1C 决定:1T =1.141C R根据设计需要延时一分钟1T =60s ,设C4=100F ,则1R =41.11C T =00001

39、.01.160 S 550K 如图8,为延时电路设计原理图: 图8 延时电路原理图2.4 控制电路设计控制电路主要有继电器构成,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。继电器由NE555三脚输出电压决定,由于NE555的供电电源是5V

40、 ,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1N4007即可。如图9,为继电器控制电路原理。当OUT 输出为高电平时继电器吸合导通,电路连通,灯泡发光。 图9 控制电路原理图2.5 总电路设计本电路有上述电源模块,延时模块,控制电路模块等组合而成,总电路图设计如图10。 图10 总电路原理图3 电路仿真根据设计的总电路图在仿真软件上搭建电路进行仿真,本人运用multisim 13软件仿真,下面是仿真电路结果显示。 图11 电路仿真原理图 图12 555计时器输出端为低电平时的波形按设计方案连接仿真电路,如图11,当开关未闭合时,555继电器输出端为低电平,如图1

41、2,继电器保持断开状态,灯泡保持熄灭。 图13 开关闭合时灯泡点亮当开关闭合时,如图13,将5V电压加在NE555芯片的触发端,使输出端信号有低电平变为高电平,如图14,继电器衔铁闭合,照明电路接通,灯泡点亮。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。 图14 开关按下后555计时器输出端由低电平变为高电平 图15 开关断开延时一段时间后输出的跳变为低电平当开关断开后555计时器输出端保持高电平输出延时一段时间后555的输出端由高电平变为低电平,如图15,继电器释放,120V交流电形成的回路断开,电灯熄灭。达到预定设计目的。下图16为NE555输出端延时一分钟高电平时的仿真图像:

42、 图16 NE555输出端高电平刚好一分钟4 制作实物及调试搭建电路确保电路无虚焊,短接,断路等问题,图17为本人搭建的电路安装完成后,加电调试,查看NE555输出的波形频率是否合理,若不合理进行修改延时电路中C4或R1的值。 图17 搭建电路电源模块调试:加入8V左右的交流电压,由于实验室没有交流电压源,所以用8V的直流稳压电源代替,测输出端电压如图18,测出输出电压为5.02V,达到预期效果,即电源部分没有问题。 图18 测试电源模块延时电路及控制电路调试:连接好电路,当NE555触发端没有电流通过时,其输出端输出为低电平,如图19 万用表显示。当触发端有瞬间电流通过时, NE555 输出端输出为高电平,如图20所示,继电器吸合LED灯发光。 图19 无触发电流时 图20 触发端加瞬间电流时调试结果经过一分钟后NE555 输出端电压自动跳变成低