樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

1、2011-2012 學(xué)年 第 二學(xué)期 數(shù)字電子技術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目： 樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 10電信（2）班 指導(dǎo)教師：電氣工程系 2012年 5 月 20 日1、任務(wù)書(shū) 摘 要樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)是一種簡(jiǎn)單、安全、新型的電子節(jié)能開(kāi)關(guān)?？蓮V范應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室外的走廊、門(mén)廳、樓梯間、電梯間、過(guò)道等公共場(chǎng)所，也可以在家庭安裝。本次設(shè)計(jì)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(jì)觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)。需要開(kāi)燈時(shí)，手指觸摸開(kāi)關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)約一分鐘，電燈自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)表明這種開(kāi)關(guān)制作簡(jiǎn)單，安全節(jié)能

2、。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路, 繼電器,NE555定時(shí)器, 觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)目 錄第一章 設(shè)計(jì)原理 . 1 第二章 觸摸延時(shí)電路的設(shè)計(jì) . . 22.1 555計(jì)時(shí)器 . 2 2.2 設(shè)計(jì)原理 . . 2第三章 控制電路的設(shè)計(jì) . 43.1繼電器的基本理論 . 4第四章 總電路的設(shè)計(jì) . 74.1樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)總電路圖 . 7 4.2工作原理 . . 7第五章 電路仿真 . 8 結(jié)論 . 12 附錄一 555定時(shí)器 . 13 參考文獻(xiàn) . 16 答辯記錄及評(píng)分表 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第一章 設(shè)計(jì)原理樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)是一種新型電子節(jié)能開(kāi)關(guān)，可廣范應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室外的走廊，門(mén)廳，樓梯間，電梯間，

3、過(guò)道等公共場(chǎng)所，也可以在家庭安裝。需要開(kāi)燈時(shí)，手指輕輕觸摸開(kāi)關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)開(kāi)啟點(diǎn)亮，延時(shí)一分鐘，電燈自動(dòng)關(guān)閉熄滅。該操作簡(jiǎn)單，實(shí)用節(jié)能，又沒(méi)有聲控開(kāi)關(guān)有聲音就亮的弊端。觸摸式延時(shí)控制開(kāi)光具備以下功能特點(diǎn)：節(jié)約電能，無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)污染，安全可靠。為完成設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)電路應(yīng)由如下幾個(gè)部分組成： 1. 完成由NE555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸開(kāi)關(guān)的延時(shí)。 2.由繼電器組成的控制電路通過(guò)繼電器的通、斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制。 設(shè)計(jì)原理圖如下： 由設(shè)計(jì)原理圖可知該電路應(yīng)由幾部分組成，而且各個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的時(shí)可將各個(gè)部分分別設(shè)計(jì)，獨(dú)立選擇器件，獨(dú)立測(cè)試，最后將這幾部分進(jìn)行組裝

4、、調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)完整樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的目的。第二章 觸摸延時(shí)電路的設(shè)計(jì)2.1 555計(jì)時(shí)器555計(jì)時(shí)器是美國(guó)Signetics 公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電 段時(shí)間后自動(dòng)斷開(kāi)達(dá)到延時(shí)的目的。電路原理：觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路主要由時(shí)基芯片NE555組成的定時(shí)電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時(shí)由于觸摸端無(wú)感應(yīng)電壓，電容1C 通過(guò)555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，繼電器KS 釋放，電燈不亮。當(dāng)需要開(kāi)燈時(shí)，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號(hào)電壓由2C 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(diǎn)亮。同時(shí)，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過(guò)1R 給1C 充

5、電，這就是定時(shí)的開(kāi)始。當(dāng)電容1C 上電壓上升至電源電壓的2/3時(shí)，555第7腳導(dǎo)通使1C 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(shí)結(jié)束。定時(shí)長(zhǎng)短由1R 、1C 決定：1T =1.111C R 根據(jù)設(shè)計(jì)需要延時(shí)一分鐘1T =60s，設(shè)1C =100F ，則1R =111. 1C T =00001. 01. 160S 550K 圖2-1觸摸延時(shí)電路原理圖第三章 控制電路的設(shè)計(jì)3.1繼電器的基本理論繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)

6、”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。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(shí)間繼電器，高頻繼電器，極化繼電器等。按其負(fù)載大小又可分為微功率繼電器，弱功率繼電器，中功率繼電器，大功率繼電器等。按其反應(yīng)類(lèi)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(hù)回路中的作用又可分為啟動(dòng)繼電器，度量繼電器，時(shí)間繼電器，中間計(jì)時(shí)器，信號(hào)繼電器，出口繼電器等。繼電器一般都有能反映

7、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(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。作為控制元件，概括起來(lái)，繼電器有如下幾種作用：1. 擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)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(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3. 綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合

8、，達(dá)到預(yù)定的控制效果。4. 自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)：例如，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。3.2 電磁式繼電器電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)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(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電

9、器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。 繼電器的工作原理是，當(dāng)繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵帶動(dòng)彈簧，使觸點(diǎn)1、2斷開(kāi)，1、3接通，當(dāng)線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點(diǎn)1、2接通，1、3斷開(kāi)，我們只要把需要控制的電路接在觸點(diǎn)1、2間（1、2稱(chēng)為常閉觸點(diǎn)）或觸點(diǎn)1、3間（稱(chēng)為常開(kāi)觸點(diǎn)），就可以利用繼電器達(dá)到某種控制的目的。3.2 控制電路的設(shè)計(jì)當(dāng)繼電器的輸入信號(hào)x 從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開(kāi)始吸合時(shí)的動(dòng)作值xx, 繼電器的輸出信號(hào)立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=m,即常開(kāi)觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x 繼續(xù)增大，輸出信號(hào)y

10、將不再起變化。當(dāng)輸入量x 從某一大于xx 值下降到xf, 繼電器開(kāi)始釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。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(jì)中應(yīng)用繼電器的輸入輸出特性來(lái)控制負(fù)載，達(dá)到定時(shí)關(guān)燈的目的。在樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中，控制電路主要由繼電器與二極管組成，通過(guò)繼電器的通斷來(lái)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(hù)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(shí)，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動(dòng)勢(shì)，極容易導(dǎo)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(guò)二極管形成短時(shí)間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，

11、從而避免了線圈中反電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，確保了集成塊的安全。 圖3-1 控制電路圖工作原理：當(dāng)NE555三腳輸出高電平時(shí)，繼電器的線圈中會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合，電燈亮。當(dāng)NE555三腳輸出低電平時(shí)，繼電器中線圈斷電，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放，此時(shí)電燈熄滅。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的?？刂齐娐穮?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

12、5V ?？梢赃x用額定電壓5V 的繼電器，二極管選用普通二極管。第四章 總電路的設(shè)計(jì)4.1樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)總電路圖由設(shè)計(jì)原理可知，本次設(shè)計(jì)的樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)是由基于555計(jì)時(shí)器的觸摸延時(shí)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(shí)開(kāi)關(guān)總電路原理圖4.2工作原理經(jīng)過(guò)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(dāng)需要開(kāi)燈時(shí)，用手觸碰一下感應(yīng)區(qū)，觸發(fā)信號(hào)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(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過(guò)定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開(kāi)始。延時(shí)一段時(shí)間

13、后555的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑^電器釋放，220V 交流電形成的回路斷開(kāi)，電燈熄滅。第五章電路仿真 圖5-1 實(shí)驗(yàn)總電路圖 圖5-2 555計(jì)時(shí)器輸出端為低電平時(shí)的波形按設(shè)計(jì)方案連接仿真電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)未閉合時(shí)，555繼電器輸出端為低電平，繼電器保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，燈泡保持熄滅。 圖5-2 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)燈泡點(diǎn)亮當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，5V 電壓加在555計(jì)時(shí)器的觸發(fā)端，使輸出端信號(hào)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(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過(guò)定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開(kāi)始。 圖5-2開(kāi)關(guān)按下后555計(jì)時(shí)器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?圖5-3開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后燈泡繼續(xù)保持點(diǎn)亮狀態(tài) 圖 5-4 開(kāi)關(guān)斷

14、開(kāi)后555計(jì)時(shí)器輸出端保持高電平輸出 圖5-1繼電器從高電平跳變到低電平時(shí)的波形變化延時(shí)一段時(shí)間后555的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，繼電器釋放，120V 交流電形成的回路斷開(kāi)，電燈熄滅。達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)成功。結(jié)論通過(guò)本次對(duì)樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，使我從中學(xué)習(xí)到了許多的新知識(shí)，對(duì)觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的認(rèn)識(shí)又提升到了一個(gè)新的階段，對(duì)于樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該抓住其本質(zhì)，主要包括直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓為NE555提供工作電壓；完成由NE555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸開(kāi)關(guān)的延時(shí)；由繼電器組成的控制電路通過(guò)繼電器的通、斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制。附錄一 555定時(shí)器 圖 附1.1 5

15、55定時(shí)器的內(nèi)部邏輯電路構(gòu)造 圖2 555定時(shí)器邏輯符號(hào) 圖3 555定時(shí)器管腳圖555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端

16、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(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS 或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC ，雙極型時(shí)基電路VCC 的范圍是4.5 16V，CMOS 型時(shí)基電路VCC 的范圍為3 18V。一般用5V 。 .3腳：輸出端V o 2腳：低觸發(fā)端6腳：TH 高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR 、TH 處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC 為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)?/p>