樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

1、湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān) 系 別：通信與控制工程系 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 起止日期: 20136.82013.6.28 指導(dǎo)教師: 教研室主任： 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng) 目權(quán)重成績(jī) 1、設(shè)計(jì)過(guò)程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計(jì)報(bào)告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績(jī) 教研室審核意見(jiàn)：教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)系審核意見(jiàn)： 主任簽字： 年 月 日 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)。可廣泛應(yīng)用于多層住宅和辦公樓室外的走廊、門廳、樓

2、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)字電路的相關(guān)知識(shí)，以直流穩(wěn)壓電源電路、555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)一段時(shí)間（tw=RC1n31.1RC），電燈自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)表明這種開(kāi)關(guān)制作簡(jiǎn)單，安全可靠。 關(guān)鍵字：觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)、單穩(wěn)態(tài)電路、555定時(shí)器 目錄1、 引言.1 1.1 設(shè)計(jì)目的.1 1.2 設(shè)計(jì)要求.12、 總體設(shè)計(jì)案.2 2.1 電源設(shè)計(jì)方案.2 2.2 觸摸延時(shí)方案.2 2.3 電路系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).43、 單元電路設(shè)計(jì).7 2.1 濾波電路.7 2.2 555定時(shí)器.72.3延

3、時(shí)電路.104、 實(shí)物制作與調(diào)試.124.1 PCB制板流程.124.2 硬件調(diào)試 .134.2.1 調(diào)試中的故障.134.2.2 調(diào)試結(jié)果 .135、 總結(jié) .146、 致謝.14 參考文獻(xiàn).15 附錄一：樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路原理圖 附錄二：樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路PCR圖 附錄三：樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)實(shí)物圖 附錄四：元件清單 引言 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)開(kāi)關(guān)的需求也越來(lái)越高，開(kāi)關(guān)的種類也因此越來(lái)越齊全。聲控開(kāi)關(guān)、機(jī)械開(kāi)關(guān)、光控開(kāi)關(guān)等產(chǎn)品逐步進(jìn)入生活中。但由于機(jī)械開(kāi)關(guān)屬于有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，它有接觸不良、故障率高、使用不便等缺點(diǎn)，且摩擦較大容易損壞；聲控開(kāi)關(guān)嚴(yán)重浪費(fèi)了電力資源，干擾了環(huán)境安寧；光控開(kāi)

4、關(guān)是采用光線的強(qiáng)弱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器電源自動(dòng)控制的電子開(kāi)關(guān)，它對(duì)光線強(qiáng)弱的要求苛刻。針對(duì)以上開(kāi)關(guān)的各種缺點(diǎn)，促使我們尋求更為理想的開(kāi)關(guān)電器設(shè)備替代元件，方便人們生活。樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)是一種新型的電子節(jié)能開(kāi)關(guān)，可廣泛應(yīng)用于多層住宅和辦公室外的走廊、門廳、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)利用模擬電路和數(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)延時(shí)觸摸開(kāi)關(guān)。需要開(kāi)關(guān)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。該操作簡(jiǎn)單，使用節(jié)能，又沒(méi)有聲控開(kāi)關(guān)有聲音就亮的弊端。主要由NE555定時(shí)器，直流穩(wěn)壓電路和繼電器控制電路組成。

5、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。1.1 設(shè)計(jì)目的 利用模擬電路與數(shù)字電路的相關(guān)知識(shí)，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)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)了解并掌握NE555定時(shí)器，以及由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)以及由繼電器組成的控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制等。1.2 設(shè)計(jì)要求 使觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)具有以下功能： a.當(dāng)人用手觸摸開(kāi)關(guān)時(shí)，照明燈亮，并延續(xù)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。b.開(kāi)關(guān)的延時(shí)一段時(shí)間（定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)）。 二、總體設(shè)計(jì)方案2.1電源設(shè)計(jì)方案方案一： 穩(wěn)壓電路濾波電路 電源變壓器整流電路NE555單穩(wěn)態(tài)電路

6、 照明燈繼電器控制電路觸發(fā)端 圖2.1.1 直流穩(wěn)壓電源框圖輸入電壓經(jīng)過(guò)電源變壓器交流電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，但這樣的電壓會(huì)隨溫度、負(fù)載等其他因素的變化而變化。因而在整流濾波電路之后，穩(wěn)壓電路的作用是維持輸出直流電壓穩(wěn)定。得到穩(wěn)定的直流電后，再經(jīng)過(guò)NE555單穩(wěn)態(tài)電路、繼電器控制電路，最后到照明燈。限流電阻無(wú)極性電容 指示燈方案二： 5V電源 限流電阻555組成的單穩(wěn)態(tài)電路 RC電路燈泡觸摸端直接接一個(gè)5V的電源，由于要保證直流電壓的大小和質(zhì)量，故采用電阻限流、

7、電容濾波，以達(dá)到要求電壓，在經(jīng)過(guò)C的充放電來(lái)控制燈泡的亮和滅，RC來(lái)控制延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短（tw=RC1n31.1RC），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的輸出由低變成高電平，電燈點(diǎn)亮。而最后一個(gè)限流電阻是為了保障燈泡不被燒壞，而正常發(fā)光。延時(shí) tw時(shí)間后555的輸出端由高電平變回到低電平，電燈熄滅。相比之下，電源電壓方面，我們采用第二個(gè)方案，可以接3節(jié)1.5V的電池，或者用手機(jī)電池板做電源，提供電壓，操作既簡(jiǎn)單，又節(jié)約成本。2.2觸摸延時(shí)方案 圖2.2.1 觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手接觸觸摸開(kāi)關(guān)，電源接通，555輸出端輸出高電平

8、，燈泡發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間（tw）結(jié)束時(shí)，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開(kāi)關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。2.3電路系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)綜上所述,樓道觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路原理如圖2.2.2555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用一個(gè)5V電源為NE555提供工作電壓，因?yàn)椴荒鼙ＷCVcc是直流電源，所以加一個(gè)濾波電容來(lái)提高直流質(zhì)量。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的輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),電燈點(diǎn)亮。該觸摸開(kāi)關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。 tw=RC1n31.1RC 圖2.2.2 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 三、單

9、元電路設(shè)計(jì)3.1濾波電路 濾波電路利用電抗元件對(duì)交、直流阻抗的不同來(lái)對(duì)整流輸出電壓中的紋波實(shí)現(xiàn)濾波。由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降壓時(shí)，就把電場(chǎng)能量釋放出來(lái)，時(shí)負(fù)載電壓比較平滑，即電抗元件具有平波的作用。常用結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 3.1.1 濾波電路的基本形式 （a）C形濾波電路 （b）倒L形濾波電路 （c）形濾波電路 本設(shè)計(jì)采用的是電容濾波電路。電容C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以用C濾波，因?yàn)椴荒鼙ＷC輸入為直流的質(zhì)量，所以經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可以保留直流分量，又可以濾除一部分交流分量，改善了交直流成分是比例，減少電路的脈

10、動(dòng)系數(shù)，改善直流電壓的質(zhì)量。 3.2 555定時(shí)器 555定時(shí)器集模擬、數(shù)字與一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛，不僅可作各種儀器、儀表、自動(dòng)化裝置、各種民用電器的定時(shí)器、時(shí)間延時(shí)器等時(shí)間功能電路，也可構(gòu)成自激多諧振蕩器，脈沖調(diào)制電路，脈沖相位調(diào)諧電路及單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)等各種電路。 圖 3.2.1 555定時(shí)器外形結(jié)構(gòu)1電路結(jié)構(gòu) 555定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C和C、簡(jiǎn)單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.5.2所示。三個(gè)5K的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器C、C提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時(shí)（可對(duì)地接上0.01uF左右的濾波電容），比較器C和C的基

11、準(zhǔn)電壓分別為2/3V和V/3。 v是比較器C的信號(hào)輸入端，稱為閾值輸入端；v是比較器C的信號(hào)輸入端，稱為觸發(fā)輸入端。如果控制電壓端（5）外接電壓v,則比較器C、C的基準(zhǔn)電壓就變?yōu)関和v/2。比較器C和C的輸出控制SR鎖存器和放電的T的狀態(tài)。 3.2.2圖 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu) 沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)(Vi VCC)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0 放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時(shí)器時(shí)，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。為直接復(fù)位輸入端，當(dāng)為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端v即為低電平。2

12、.電路功能當(dāng)v>2/3V， v> V/3時(shí)，比較器C輸出低電平，比較器C輸出高電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端v為低電平。當(dāng)v<2/3V， v<V/3時(shí)，比較器C輸出高電平，比較器C輸出低電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置1，放電三極管T截止，輸出端v為高電平。當(dāng)v<2/3V，v> V/3時(shí)，簡(jiǎn)單SR鎖存器R=1， S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。電路具體功能如表1所示：表1 555定時(shí)器功能表輸 入 輸 出閾值輸入（v）觸發(fā)輸入（v）復(fù)位（）輸出（v）放電管T*< 2/3V> 2/3V< 2/3V*< V/

13、3> V/3> V/30111011不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通不變3.3 延時(shí)電路1. 設(shè)計(jì)原理 觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)，使用時(shí)只要用手摸一下開(kāi)關(guān)上的觸摸電極片，電燈就會(huì)點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后，電燈自動(dòng)熄滅。電路原理：觸摸延時(shí)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C通過(guò)555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，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C加至555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，電燈點(diǎn)亮。同時(shí)，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過(guò)R給C充電，這就是定時(shí)的開(kāi)始。當(dāng)電容C上電壓上升至電源電壓的2時(shí)，555第7腳導(dǎo)通

14、使C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R、C決定：T=1.1R·C 2、參數(shù)計(jì)算 設(shè)R=100K ,C=10uF由 tw=RC1n31.1RC 求得延遲時(shí)間 注：改變電阻阻值和電容容量都會(huì)改變延時(shí)時(shí)間。 圖 3.3.1 延時(shí)電路圖四、 實(shí)物制作與調(diào)試4.1 PCB板制板過(guò)程 1、打印電路板。將繪制好的電路板用絲印紙打印出來(lái)，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。 2、裁剪覆銅板,用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，

15、不要過(guò)大，以節(jié)約材料。 3、預(yù)處理覆銅板。用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時(shí)，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮，沒(méi)有明顯污漬。 4、轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，放入時(shí)一定要保證絲印紙沒(méi)有錯(cuò)位。一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過(guò)2-3次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在160-200攝氏度，由于溫度很高，操作時(shí)注意安全！ 5、腐蝕線路板,回流焊機(jī)。先檢查一下電路板是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒(méi)有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補(bǔ)。然后就可以腐蝕了，等線路板上暴

16、露的銅膜完全被腐蝕掉時(shí)，將線路板從腐蝕液中取出清洗干凈，這樣一塊線路板就腐蝕好了。由于要使用強(qiáng)腐蝕性溶液，操作時(shí)一定注意安全！ 6、線路板鉆孔。線路板上是要插入電子元件的，所以就要對(duì)線路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細(xì)選擇不同的鉆針，在使用鉆機(jī)鉆孔時(shí)，線路板一定要按穩(wěn)，鉆機(jī)速度不能開(kāi)的過(guò)慢，務(wù)必仔細(xì)。 7、線路板預(yù)處理。鉆孔完后，用細(xì)砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。 8、焊接電子元件。焊接完板上的電子元件，通電。 注意：元件安裝時(shí)采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接，本設(shè)計(jì)中的電源電路、觸摸延時(shí)電路中的元器件都應(yīng)合理布局。避免焊接時(shí)交叉短路及確保電路板美觀程度。焊接

17、時(shí)不要直接焊芯片，注意錫的用量、確保焊點(diǎn)光華整潔，節(jié)約資源以及焊接的時(shí)間不要太長(zhǎng)，以免燒壞元器件。4.2 硬件調(diào)試4.1.1調(diào)試中的障礙在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了以下故障： 故障1：燈泡沒(méi)有全部亮，在并且實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)紅色燈泡全不亮；原因:燈泡的長(zhǎng)短引腳接反了。解決方法：檢查芯片引腳接線，查閱資料，正確接線。故障3：實(shí)物不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。原因：焊點(diǎn)沒(méi)焊好，導(dǎo)致短路。解決方法：修改焊點(diǎn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。4.1.2調(diào)試結(jié)果 在調(diào)試中，遇到了一些問(wèn)題，本組成員在老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)多方面耐心的調(diào)試，不斷地更改，一步步解決了遇到的問(wèn)題；最終實(shí)現(xiàn)了部分功能，還有一些方面有待提高。 五、總結(jié) 本組成員在接到課題后，

18、經(jīng)過(guò)認(rèn)真的探討，開(kāi)始確定了基本思路，然后通過(guò)查閱大量的資料，確定了主要元件。用protel2004sp2畫出電路原理圖，得到PCB圖。由PCB制板，最后根據(jù)電路圖，把各個(gè)元件焊接起來(lái)，得到了實(shí)物圖。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)，熟悉 555 定時(shí)器，完成由 555 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)，以及對(duì)事件的控制等等。這在平時(shí)上課以及課后是不會(huì)去了解這么多的；之前對(duì)電路純粹是停留在理論階段的認(rèn)識(shí)和理解，現(xiàn)在知道了怎么去分析一個(gè)電路、怎么去解決電路在實(shí)際操作過(guò)程中遇到的諸多問(wèn)題，真正的做到了學(xué)以致用；之前看到一塊電路板擺在眼前會(huì)感覺(jué)到相當(dāng)?shù)牧瞬黄?，現(xiàn)在自己已經(jīng)學(xué)會(huì)了怎么去做、怎么布局元器件、怎么走線，知道了焊接細(xì)節(jié)工藝的重要性；同時(shí)，我們的動(dòng)手能力得到了提高，做事的耐心程度也得到了提高，檢修能力也得到了提升，尤其重要的是，在這次比賽中學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)的真正內(nèi)涵，理解了自學(xué)能力的重要性！本次課程設(shè)計(jì)，無(wú)論是對(duì)我們?nèi)蘸蟮墓ぷ鬟€是學(xué)習(xí)都將扮演這相當(dāng)重要的