電子技術綜合設計樓道觸摸延時開關姓名院系信息與電氣工程學院專業(yè)電子類年級1501學號指導教師2017年月日

樓道觸摸延時開關一． 設計目的1. 進一步熟悉和掌握數(shù)字電子電路的設計方法和步驟2. 進一步將理論和實踐相結(jié)合3. 熟悉和掌握仿真軟件的應用二．設計任務（內(nèi)容）（1） 設計一樓道觸摸延時開關，其功能時當人用手觸摸開關時，照明燈點亮，并持續(xù)一段時間后自動熄滅。（2） 開關的延時時間約1分鐘左右。二． 設計要求1. 完成全電路的理論設計2. 參數(shù)的計算和有關器件的選擇3. 對電路進行仿真4. 撰寫設計報告書一份；A3圖紙至少一張。報告書要求寫明以下主要內(nèi)容（1） 總體方案的選擇和設計（2） 各個單元電路的選擇和設計（3） PCB的制作及仿真過程的實現(xiàn)參考資料[1]閻石.數(shù)字電子技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社，2006[2]王兆安.電力電子技術（第四版）北京：機械工業(yè)出版社，2000[3]楊志忠.集成電路及元器件使用手冊北京：機械工業(yè)出版社2010[4]朱定華.電子電路實驗與課程設計北京：清華大學出版社，2009

樓道觸摸延時開關課程設計目錄第一章設計原理 第一章設計原理樓道觸摸延時開關是一種新型電子節(jié)能開關，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，手指輕輕觸摸開關的感應區(qū)，電燈自動開啟點亮，延時一分鐘，電燈自動關閉熄滅。該操作簡單，實用節(jié)能，又沒有聲控開關有聲音就亮的弊端。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。為完成設計要求，設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)對觸摸開關的延時。2.由單項橋式整流電路，聞言管等構(gòu)成5V的直流電源。設計原理圖如下：直流電源觸發(fā)端直流電源觸發(fā)端執(zhí)行電路控制電路燈由設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，在進行設計電路的時可將各個部分分別設計，獨立選擇器件，獨立測試，最后將這幾部分進行組裝、調(diào)試，達到設計完整樓道觸摸延時開關的目的。

第二章電路的設計2.1觸摸延時電路的設計2.1.1555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，因輸入端設計有三個5kΩ的電阻而得名。此電路后來竟風靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時器的電路如圖所示。它由三個阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。

2.1.2延時電路設計原理觸摸延時電路是基于時基芯片NE555構(gòu)成的電路，主要用于開關閉合后控制電路在一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，電容通過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。當需要開燈時，用手觸碰一下觸摸端，觸發(fā)信號電壓由加至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，電源便通過給充電，這就是定時的開始。當電容上電壓上升至電源電壓的2/3時，555第7腳導通使放電，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、決定： =1.1根據(jù)設計需要延時一分鐘=60s，設=100μF，則==≈550KΩ圖2-1圖2-1觸摸延時電路原理圖VCCOUTU2555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIR1550kΩR2200kΩC4100uFC5104uF開關VCC5V2.2橋式整流電路原理整流電路是利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單向的脈動電壓。2.2.1單項橋式整流電路組成2-2單項橋式整流電路2-2單項橋式整流電路V1220Vrms50Hz0°T1D11243RL2.2.2單項橋式整流電路工作原理設變壓器副邊電壓，U2為其有效值由圖2.2可看出，電路中采用四個二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導通，D2、D4截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內(nèi)，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個副邊繞組和四個二極管，使得在交流電源的正、負半周內(nèi)，整流電路的負載上都有方向不變的脈動直流電壓和電流。如圖2-3所示為單相橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。圖2-3橋式整流電路電流、電壓波形2.3濾波電路和穩(wěn)壓電路2.3.1濾波電路濾波電路利用電阻抗元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯(lián)在負載兩端。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。+Vi+Vi-V1220Vrms50HzT1D11243RLCU1U2電路工作原理濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。當U2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓UC時，二極管D1和D3管導通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負載電阻RL，另一路對電容C充電。當UC≥U2，導致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負載電阻RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當U2為負半周幅值變化到恰好大于UC時，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?.3.2穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓二極管是一個特殊的面接觸型的半導體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當電陰配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。當反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然增大，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當小，利用這一特性，因此穩(wěn)壓管在電路中起到了穩(wěn)壓的作用。圖2-4穩(wěn)壓管特性曲線穩(wěn)壓管與其普通二極管不同之處在于反向擊穿是可逆性的。當去掉反向電壓穩(wěn)壓管又恢復正常，但如果反向電流超過允許范圍，二極管將會發(fā)熱擊穿，所以，與其配合的電阻往往起到限流的作用。2穩(wěn)壓電路圖圖2—5穩(wěn)壓電路當電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將變化。因此，穩(wěn)壓電路的作用是將使整流濾波后的直流電壓基本上不隨交流電網(wǎng)電壓或負載的變化而變化。2.5整體系統(tǒng)的概述從應用的安全因素考慮，用隔離變壓器對220V交流電進行降壓，得一個較小的交流電壓，經(jīng)整流，濾波得到一個直流電壓，在經(jīng)過穩(wěn)壓電路得到一個穩(wěn)定的直流電壓為555定時器提供工作電壓。當需要開燈時，用手觸摸一下開關，觸發(fā)信號電壓加到555的觸發(fā)端，使555的輸出由低電平變成高電平，繼電器KS吸合，220V交流電形成回路，點燈點亮。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，延時一段時間后555的觸發(fā)端由高電平回到低電平，繼電器釋放，220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。這就是觸摸延時開關的原理。圖2-8樓道延時開關原理圖第三章電路的仿真3.1MultisimMultisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。NIMultisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NIMultisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NILabⅥEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。NIMultisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設計工具，NIMultisim是一個完整的集成化設計環(huán)境。NIMultisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學員可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實地再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NIMultisim軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具。3.2仿真1直流穩(wěn)壓電源仿真圖3-1直流穩(wěn)壓電路圖3-2直流穩(wěn)壓仿真值2延時電路的仿真圖3-2延時電路圖3-2延時電路保持高電平輸出波形3樓道延時開關電路仿真圖3-3樓道觸摸延時開關電路原理圖1）開關斷開狀態(tài)圖3-4計時器輸出端為低電平時的波形SEQ圖5-2_555計時器輸出端為低電平時的波形\*ARABIC1按設計方案連接仿真電路，當開關未閉合時，555繼電器輸出端為低電平，繼電器保持斷開狀態(tài)，燈泡保持熄滅。2）開關閉合狀態(tài)圖3-5開關按下后555計時器輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖疆旈_關閉合時，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。3）保持高電平輸出狀態(tài)圖3-6開關斷開后555計時器輸出端保持高電平輸出4）繼電器從高電平跳變到低電圖3-7繼電器從高電平跳變到低電平時的波形變化SEQ圖5-1繼電器從高電平跳變到低電平時的波形變化\*ARABIC1延時一段時間后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。達到預定設計目的，設計成功電路板圖片第四章心的與體會通過本次對樓道觸摸延時開關的設計，使我從中學習到了許多的新知識，對觸摸延時開關的認識又提升到了一個新的階段，對于樓道觸摸延時開關的設計，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)對觸摸開關的延時；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。附錄一555定時器圖附1.1555定時器的內(nèi)部邏輯電路構(gòu)造圖附1.2555定時器邏輯符號圖附1.3555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1，可將RS觸發(fā)器置