樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計

1、2011-2012 學年第 二學期數(shù)字電子技術(shù)課 程 設(shè) 計 報 告題目：樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計專業(yè)：電子信息工程班級：10電信（ 2）班指導教師：電氣工程系2012 年 5 月 20 日11、任務書課題名稱樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計指導教師（職稱）執(zhí)行時間20112012學年第二學期第 14 周學生姓名學號承擔任務1. 掌握脈沖觸發(fā)電路的設(shè)計。2. 了解觸摸開關(guān)。設(shè)計目的1. 設(shè)計一樓道觸摸延時開關(guān)，其功能是當人用手觸摸開關(guān)時，照明燈點亮，并持續(xù)一段時間后自動熄滅2. 開關(guān)的延時時間約 1 分鐘左右。設(shè)計要求3.畫出電路原理圖。4. 進行電路的仿真和調(diào)試。1摘要樓道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、

2、新型的電子節(jié)能開關(guān)?？蓮V范應用于多層住宅和辦公樓室外的走廊、門廳、樓梯間、電梯間、過道等公共場所，也可以在家庭安裝。本次設(shè)計利用模擬電路與數(shù)字電路，以直流穩(wěn)壓電源電路、 NE555 單穩(wěn)態(tài)電路、和繼電器控制電路為核心設(shè)計觸摸延時開關(guān)。需要開燈時，手指觸摸開關(guān)感應區(qū)，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅。設(shè)計表明這種開關(guān)制作簡單，安全節(jié)能。關(guān)鍵詞：單穩(wěn)態(tài)電路 , 繼電器 ,NE555 定時器 , 觸摸延時開關(guān)2目錄第一章 設(shè)計原理 .1第二章 觸摸延時電路的設(shè)計 .22.1 555 計時器 .22.2設(shè)計原理 .2第三章控制電路的設(shè)計 .43.1繼電器的基本理論 .43.1.1繼電器的定義

3、.43.1.2繼電器的分類 .43.1.3繼電器的作用 .43.2電磁式繼電器 .53.2.1電磁式繼電器結(jié)構(gòu) .53.2.2電磁式繼電器工作原理 .53.2控制電路的設(shè)計 .5第四章總電路的設(shè)計 .74.1樓道觸摸延時開關(guān)總電路圖 .74.2工作原理 .7第五章 電路仿真 .8結(jié)論 .12附錄一555 定時器 .13參考文獻 .16答辯記錄及評分表 .錯誤！未定義書簽。1第一章設(shè)計原理樓道觸摸延時開關(guān)是一種新型電子節(jié)能開關(guān)，可廣范應用于多層住宅和辦公樓室外的走廊，門廳，樓梯間，電梯間，過道等公共場所，也可以在家庭安裝。需要開燈時，手指輕輕觸摸開關(guān)的感應區(qū)，電燈自動開啟點亮，延時一分鐘，電燈自

4、動關(guān)閉熄滅。該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。觸摸式延時控制開光具備以下功能特點：節(jié)約電能，無觸點，無污染，安全可靠。為完成設(shè)計要求，設(shè)計電路應由如下幾個部分組成：1. 完成由 NE555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的延時。2. 由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實現(xiàn)對白熾燈的控制。設(shè)計原理圖如下：電源觸發(fā)電路計時電路負載由設(shè)計原理圖可知該電路應由幾部分組成，而且各個部分相對獨立，因此，在進行設(shè)計電路的時可將各個部分分別設(shè)計， 獨立選擇器件， 獨立測試，最后將這幾部分進行組裝、調(diào)試，達到設(shè)計完整樓道觸摸延時開關(guān)的目的。1第二章 觸摸延時電路的設(shè)計2.1 55

5、5 計時器555 計時器是美國 Signetics公司 1972 年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風靡世界。目前，流行的產(chǎn)品4123主要有 4 個： BJT 兩個： 555， 556（含有兩個 555）；CMOS 兩個： 7555，7556（含有兩個7555）。VCC8R D4D55K&Q1VC+A 1RTHV 1Q-365KTL+&Q2V2- A 2SC5KD7T1 VSSB555 定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器C1 和 C2 各有一個輸入端連接到三個電阻R 組成的分壓器上，比較器的輸出接到 RS 觸發(fā)器上

6、。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達200mA。比較器 C1 和 C2 的參考電壓分別為 UA 和 UB ，根據(jù) C1 和 C2 的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出 RS 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時， RS 觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。2.2 設(shè)計原理觸摸延時電路是基于時基芯片NE555構(gòu)成的電路，主要用于開關(guān)閉合后控制電路在一A2段時間后自動斷開達到延時的目的。電路原理：觸摸延時開關(guān)電路主要由時基芯片NE555組成的定時電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時由于觸摸端無感應電壓，電容C1 通過 555第7腳放電完畢，第 3腳輸出為低電平，繼電器

7、KS釋放，電燈不亮。當需要開燈時，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號電壓由C2 加至 555的觸發(fā)端，使 555的輸出由低變成高電平，繼電器KS吸合，電燈點亮。同時，555第 7腳內(nèi)部截止，電源便通過 R1 給 C1 充電，這就是定時的開始。當電容 C1 上電壓上升至電源電壓的2/3 時， 555第7腳導通使 C1 放電，使第 3腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時結(jié)束。定時長短由R1 、 C1 決定：T=1.1 RC111根據(jù)設(shè)計需要延時一分鐘T 1 =60s，設(shè) C1 =100 F ，則R1 =T 160S 550K=1.10.000011.1C1圖 2-1 觸摸延時電路原理圖

8、3第三章控制電路的設(shè)計3.1 繼電器的基本理論3.1.1 繼電器的定義繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。3.1.2 繼電器的分類繼電器按其工作原理不同又可分為電磁繼電器，固態(tài)繼電器，熱敏干簧繼電器，磁簧繼電器，光繼電器，時間繼電器，高頻繼電器，極化繼電器等。按其負載大小又可分為微功率繼電器，

9、弱功率繼電器，中功率繼電器，大功率繼電器等。按其反應類型又可分為電流繼電器，電壓繼電器，功率方向繼電器，阻抗繼電器，頻率繼電器，氣體（瓦斯）繼電器等按其在保護回路中的作用又可分為啟動繼電器，度量繼電器，時間繼電器，中間計時器，信號繼電器，出口繼電器等。3.1.3 繼電器的作用繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構(gòu)（輸入部分） ；有能對被控電路實現(xiàn) “通”、“斷 ”控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分

10、和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動部分） 。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1.擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2.放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。43.綜合信號：例如，當多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較綜合，達到預定的控制效果。4.自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。3.2 電磁式繼電器3.2.1 電磁式繼電器結(jié)構(gòu)

11、電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的 “常開、常閉 ”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為 “常開觸點 ”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為 “常閉觸點 ”。圖 3.7.1繼電器接線圖3.2.2 電磁式

12、繼電器工作原理繼電器的工作原理是，當繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強大的電磁力，吸動銜鐵帶動彈簧，使觸點 1、 2 斷開， 1、 3 接通，當線圈斷電后，彈簧使簧片復位，使觸點1、2 接通， 1、3 斷開，我們只要把需要控制的電路接在觸點 1、2 間（1、2 稱為常閉觸點）或觸點 1、3 間（稱為常開觸點），就可以利用繼電器達到某種控制的目的。3.2 控制電路的設(shè)計當繼電器的輸入信號x 從零連續(xù)增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx, 繼電器的輸出信號立刻從 y=0 跳躍到 y=m,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x 繼續(xù)增大，輸出信號 y 將不再起變化。 當輸入量 x 從某一大于 x

13、x 值下降到 xf, 繼電器開始釋放， 常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入 - 輸出特性。 本設(shè)計中應用繼電器的輸入輸出特性來控制負載，達到定時關(guān)燈的目的。在樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計中，控制電路主要由繼電器與二極管組成，通過繼電器的通5斷來控制燈泡的亮與熄滅。 電路中，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)了一只二極管，它是用于保護集成塊的，切不可省去，否則在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放時，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動勢，極容易導致集成塊擊穿。并聯(lián)了二極管后，在繼電器由吸合變?yōu)獒尫诺乃查g，線圈將通過二極管形成短時間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，從而避免了線圈中反電動勢的

14、產(chǎn)生，確保了集成塊的安全。圖3-1 控制電路圖工作原理：當 NE555三腳輸出高電平時，繼電器的線圈中會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合，電燈亮。當NE555三腳輸出低電平時，繼電器中線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放，此時電燈熄滅。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。控制電路參數(shù)要求：繼電器由NE555三腳輸出電壓決定，由于NE55的供電電源是 5V，所以 3腳輸出電壓略等與 5V ?？梢赃x用額定電

15、壓 5V的繼電器，二極管選用普通二極管。6第四章總電路的設(shè)計4.1 樓道觸摸延時開關(guān)總電路圖由設(shè)計原理可知，本次設(shè)計的樓道觸摸延時開關(guān)是由基于 555 計時器的觸摸延時電路和基于繼電器的控制電路組合構(gòu)成的，故將二者結(jié)合極為下圖所示的總電路圖。圖 4-1 樓道觸摸延時開關(guān)總電路原理圖4.2 工作原理經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源得到穩(wěn)定的 5V 直流電壓，為 NE555提供工作電壓，當需要開燈時，用手觸碰一下感應區(qū)， 觸發(fā)信號電壓加至 555 的觸發(fā)端，使 555 的輸出端由低變?yōu)楦唠娖?，繼電器 KS吸合， 220V 交流電形成回路，電燈點亮。同時，電源通過定時電阻給定時電容充電，這就是定時的開始。延時一段時

16、間后 555 的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，繼電器釋放， 220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。7第五章電路仿真圖 5-1 實驗總電路圖圖 5-2 555 計時器輸出端為低電平時的波形按設(shè)計方案連接仿真電路，當開關(guān)未閉合時， 555 繼電器輸出端為低電平，繼電器保8持斷開狀態(tài)，燈泡保持熄滅。圖 5-2 開關(guān)閉合時燈泡點亮當開關(guān)閉合時，5V 電壓加在 555 計時器的觸發(fā)端，使輸出端信號有低電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器銜鐵閉合，照明電路接通，燈泡點亮。同時，電源通過定時電阻給定時電容充電，這就是定時的開始。圖 5-2 開關(guān)按下后 555 計時器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?圖 5-3 開關(guān)斷開后燈泡繼續(xù)保

17、持點亮狀態(tài)圖 5-4 開關(guān)斷開后 555 計時器輸出端保持高電平輸出10圖 5-1 繼電器從高電平跳變到低電平時的波形變化延時一段時間后 555 的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑?繼電器釋放， 120V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。達到預定設(shè)計目的，設(shè)計成功。11結(jié)論通過本次對樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，使我從中學習到了許多的新知識，對觸摸延時開關(guān)的認識又提升到了一個新的階段，對于樓道觸摸延時開關(guān)的設(shè)計，我們應該抓住其本質(zhì)，主要包括直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓為 NE555 提供工作電壓；完成由 NE555 定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)對觸摸開關(guān)的延時；由繼電器組成的控制電路通過繼電器的通、斷來實

18、現(xiàn)對白熾燈的控制。12附錄一555 定時器圖 附 1.1555 定時器的內(nèi)部邏輯電路構(gòu)造13圖 2 555 定時器邏輯符號圖 3 555 定時器管腳圖555 定時器成本低， 性能可靠， 只需要外接幾個電阻、 電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管T 及功率輸出級。 它提供兩個基準電壓VCC /3 和2VCC /3 。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5 腳懸空時，則電壓比較器C1 的同相輸入端的電壓為2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3 。若觸發(fā)輸入端TR 的電壓小于 VCC /3 ，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3 ，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為