简易电话照明灯的设计

第0页共15页摘要夜间接听固定电话或使用固定电话拨打电话时，往往需要先打开照明灯，这对于熟睡初醒的人来说非常不便。本设计所实现的电话灯能给夜间使用电话的人带来不少方便，它能在电话铃声响起或主人摘机拨号时，自动点亮照明小灯，挂机后延迟1分钟左右，灯又能自行熄灭。该过程主要是通过使单稳态触发器工作在稳态和暂稳态来控制定时的。此外，还可以通过按键开关，在需要照明时打开照明小灯，照明1分钟后又自动熄灭。关键词电话照明灯；555定时器；负脉冲产生器目录摘要.1第1章绪论.2第2章方案设计.3第3章硬件设计.43.1铃流检测模块.53.2负脉冲产生电路.63.3单稳态触发器.63.4开关驱动电路.73.512V直流电源模块.73.6按键控制电路.8第4章系统仿真测试.9结论.10致谢.11参考文献.12附录1总电路原理图.13附录2PCB板底图.14第1页共14页第1章绪论在信息技术高度发达的今天，通信是我们必不可少的交流工具。现在几乎家家户户都有固定电话，但是固定电话在夜间使用时非常不方便，特别是对于熟睡初醒的人来说，往往需要先打开照明灯，才能接听或拨打电话。本设计介绍的电话照明灯就解决了以上的问题。它能在电话铃声响起或主人摘机拨号时，自动点亮照明小灯，挂机后延迟1分钟左右，灯又能自动熄灭。此外，还可以通过按键开关，在需要照明时打开照明小灯，照明1分钟后自动熄灭。整个课题主要由以下六部分组成：铃流检测模块，负脉冲产生电路，单稳态触发器，开关驱动电路，电源模块，按键定时驱动电路构成。本课题的内容主要包含模拟电子技术，数字电子技术等。俗话说“温故而知新”，通过对本课题的设计，使得我们对以前所学的知识有一个很好的回顾，能够更好的掌握所学的知识，达到了学以致用的目的。第2页共14页第2章方案设计本设计主要由铃流检测模块、负脉冲产生器、单稳态触发器、开关驱动电路、按键控制电路及12V直流电源电路等几部分组成。系统结构框图如图2-1所示。12V直流电源模块负脉冲产生电路按键控制开关驱动电路单稳态触发器220VAC铃流检测模块灯图2-1实用电话照明灯系统结构框图各模块的功能如下：铃流检测模块：其功能是检测电路中有无电话打进，当有电话打进时，输出一个高电平；没有电话打进则输出为低电平。负脉冲产生电路：其功能是当电路中有电流流过时，可产生一个负脉冲，促使单稳态触发器工作。单稳态触发器：其作用是当输入端输入一个低电平时，触发器通过自身的充放电过程来定时一分钟，使输出端输出高电平驱动灯亮。开关驱动电路：其功能是单稳态触发器输出一个高电平时，可控硅开关因获得触发电流而导通，则驱动灯亮。按键控制电路：其功能是当电路中无电流通过时，只要通过按键就可人为的给单稳态触发器输入端输入一个低电平，迫使触发器翻转进入暂态，故能使灯点亮。12V直流电源模块：其功能是将220V的交流电转换成12V的直流电，该模块通过电容降压半波整流稳压电路，为整机提供12V的直流工作电压。第3页共14页第3章硬件设计实用电话照明灯电路图如图3-1所示。该电路主要由铃流检测模块，反相放大电路，单稳态触发器，开关驱动电路，电源模块，按键控制电路构成。AR41KR51MR12.7MR31MR23KC30.01UC20.01UC50.68URP470KVT9013A1TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1NE555C4470UC147USB220交交交X1X2RGVD6VD5VSH图3-1实用电话照明灯电路原理图电路的基本工作原理如下：接线柱X1、X2串联在电话线路之中，平时电话线路无电流通过，光电耦合器A1的内藏发光二极管不发光，对应的光敏管截止，即A1的4脚输出低电平。负脉冲产生管VT处于截止状态，其集电极为高电平，单稳态触发器A2处于稳定态，输出端3脚输出低电平，可控硅VS关断，照明灯H不亮。当外线有电话打进或主人摘机拨号，电话线路有电流通过，A1的内藏发光管点亮发光，对应光敏管导通，即A1的4脚输出高电平，VT因获得基流而导通，其集电极输出低电平，即向单稳态触发器A2的2脚输入一负脉冲，A2被触发翻转置位进入暂态，输出端3脚即输出高电平，VS因门极获得触发电流而开通，灯H即被点亮。如电话铃响毕无人摘机或打完电话后挂机，A1的1、2脚因失去话音电流，内藏发光管熄灭，对应光敏管恢复截止态，VT也随之截止，此时正电流就可通过R3向C1充电，经约1分钟后，使A2的6脚电平上升到2/3VDD，暂态结束触发器翻回稳定态，3脚输出低电平，VS失去触发电流当交流电过零时即断开，灯H熄灭。SB为开灯按钮，平时需要开灯照明时，只要按一下SB，人为给A2的2脚输入一低电平，迫使A2翻转进入暂态，故能使灯H点亮1分钟。第4页共14页RG与RP构成光控电路，白天因RG受室内自然光线照射而呈低电阻，所以在白天即使有电话打进，虽然A1的内藏光敏管导通，因RP阻值远大于RG，故A1的4脚仍能保持低电平，VT维持截止态不变，所以电路不会被触发工作。只有在夜幕降临时，且室内又没有开电灯的条件下，因RG无光照射而呈高电阻，且阻值远大于RP，当有电话打进时，A1内藏光敏管导通时就能使A1的4脚输出高电平，促使电路翻转工作。但手控按键开关SB不受光线控制，在任何情况下，只要按SB都能点亮电灯。二极管VD1VD4接成桥式电路，其目的是使接线柱X1、X2与电话线连接时不必区分正负极方便接线。VD5、VD6，C4与C5组成简单的电容降压半波整流稳压线路，为整机提供12V直流工作电压。3.1铃流检测模块铃流检测模块电路如图3-2所示。X1、X2为串接在电路中的两个接线柱。VD1VD4是由四个1N4001型硅整流二极管构成的桥式整流电路，其目的是接线柱X1、X2与电话线连接时不必区分正负极方便接线。A1为4N25型光电耦合器。RG和RP构成光控电路。RG为MG45型光敏电阻。RP为WSW型有机实芯微调可变电阻器，阻值为470K。AA1X1X2RG交交交交交交交交交交交交交交交交图3-2铃流检测模块电路原理图该模块主要是检测有无电话打进。当有电话打进时，光电耦合器输出一个正脉冲；当没有电话打进时，则输出一负脉冲。同时，RG为一光敏电阻，所以在白天即使有电话打进，光电耦合器输出也为负脉冲。只有在夜幕降临时，且室内又没有开第5页共14页电灯的条件下，当有电话打进时，光电耦合器输出才为正脉冲。3.2负脉冲产生电路负脉冲产生电路如图3-3所示。R1、R2为RTX-1/8W型碳膜电阻器，R1阻值为2.7M，R2阻值为3K。VT为9013型晶体管。当铃流检测端输出为一正脉冲，通过该电路可将正脉冲反相放大成负脉冲至单稳态触发器；当铃流检测端输出为一负脉冲，可将负脉冲反相放大成正脉冲。R12.7MR23KVT9013交交交交交交交交12V交交交交交交交交交交交图3-3负脉冲产生电路原理图3.3单稳态触发器单稳态触发器电路图如图3-4所示。当前端负脉冲产生管VT处于截止状态，集电极输出为高电平时，A2的2脚输入一个高电平，单稳态触发器A2处于稳定态。当前端负脉冲产生管VT导通时，其集电极输出低电平，即向单稳态触发器A2的2脚输入一负脉冲，A2被触发翻转置位进入暂态，输出端3脚即输出高电平，此时正电源就通过R3向C1充电，灯自动照明1分钟后，由NE555定时器定时1分钟，A2的6脚电平上升到2/3VDD，暂态结束触发器翻回稳定态，3脚输出低电平。由于要定时1分钟，由公式T=1.1R3C1=1分钟，可得R3=1M，C1=47uF。R3、R4为RTX-1/8W型碳膜电阻器，R3阻值为1M，R4阻值为1K。A2为NE555单稳态触发器。C1为CD11-25型电解电容器电容值为47uF。C2、C3为CT1型瓷介电容器，C2电容值为0.01uF，C3电容值为0.01uF。SB为开灯按钮，平时需要开灯照明时，只要按一下SB，人为给A2的2脚输入一低电平，迫使A2翻转进入暂态，故能使灯H点亮1分钟。第6页共14页R41KR31MC30.01UC20.01UTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1NE555C147USB交交交交交交交12V交交交交交交交交交交交图3-4单稳态触发器电路原理图3.4开关驱动电路当触发器输出端3脚输出低电平时，可控硅VS关断，照明灯H不亮。当触发器输出端3脚即输出高电平时，VS因门极获得触发电流而开通，灯H即被点亮。VS为MCR100-8型1A/600V小型塑封单向可控硅。H为25W小型磨砂白炽灯泡。3.512V直流电源模块电源模块电路如图3-5所示。该模块主要是将220V的交流电通过阻容降压作用转换成12V的直流电，在通过整流，通过电容C4滤波，滤除多余的交流信号，最后通过稳压，使其为整机提供12V的直流工作电压。R51MC50.68UC4470U220交交交VD6VD512V交交交交图3-512V直流电源电路原理图C4为CD11-25V型电解电容，电容值为470uF。C5为CBB-400V型聚丙烯电容器，第7页共14页电容值为0.68U。R5为RTX-1/8W型碳膜电阻器，阻值为1M。VD5为1N4001型硅整流二极管。VD6为2CW60型12V，1/2W稳压二极管。3.6按键控制电路当电路中无电流通过时，只要通过按键就可人为的给单稳态触发器输入端输入一个低电平，迫使触发器翻转进入暂态，故能使灯点亮。第8页共14页第4章系统仿真测试该仿真结果是单稳态触发器输出端的波形。理想情况下仿真波形应该是一个方波，但由于下降脉冲太快，导致仿真结果和理想的结果有一定的差异。仿真电路图如图4-1所示；单稳态触发器输出的仿真波形图如图4-2所示。图4-1简易电话照明灯仿真电路图图4-2单稳态触发器输出波形第9页共14页结论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的简易电话照明灯的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。在这次设计过程中，我遇到了很多的困难，特别是电路参数计算和系统仿真，但这些都在老师和同学的帮助下一一被解决了。我觉得此次的毕业设计主要体现出了同学们的自学和钻研的精神。本设计的主要目的是解决夜间需要照明所用，这对于夜间熟睡的人初醒时十分方便。本设计主要是由铃流检测模块；反相放大器；单稳态触发器；半波整流稳压电路构成。它的成本不高，非常适合广大人民使用。通过本次设计，使我对以前所学的知识有了更深的掌握，同时也达到了学以致用的目的。第10页共14页致谢感谢我的导师曾老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，加上你耐心的教导的帮助，使我能够很快的完成了本次的毕业设计，在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！第11页共14页参考文献1杨振江，雷光纯新颖实用电子设计与制