楼到触摸延时开关

1、课程设计说明书 第 I页 楼道触摸延时开关摘 要楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。可广范应用于多层住宅和办公楼室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。本次设计利用模拟电路与数字电路，以直流稳压电源电路、NE555 单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时约一分钟，电灯自动熄灭。设计表明这种开关制作简单，安全节能。 关键词：单稳态电路，继电器，NE555 定时器，触摸延时开关课程设计说明书 第 II页目录1绪论.11.1 课题描述.11.2 基本工作原理及框图 .12相关芯片及硬件电路设

2、计.22.1 555 计时器.22.1.2 555 单稳态电路设计及原理.23 单元电路路模块设计及原理.43.1 供电模块.43.2 控制电路.43.2.1 控制电路的设计.54制作实物并调试.6总 结 .8致 谢 .9参考文献 .10课程设计说明书 第 1页1绪论1.1 课题描述随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发，人们对开关的要求越来越高，开关的种类也因此越来越齐全。但由于机械开关属于有触点开关元件,它有接触不良、故障率高、使用不便等缺点，且摩擦较大容易损坏；声控开关严重浪费了电力资源，干扰了环境安宁；光控开关是采用光线的强弱来实现对用电器电源自动控制

3、的电子开关，它对光线强弱的要求苛刻。针对以上开关的各种缺点，促使我们寻求更为理想的开关电器设备替代元件，方便人们生活。楼道触摸延时开关是一种新型电子节能开关，可广范应用于多层住宅和办公楼室外的走廊，门厅，楼梯间，电梯间，过道等公共场所，也可以在家庭安装。该操作简单，实用节能，又没有声控开关有声音就亮的弊端。主要由 NE555 定时器，直流稳压电路和继电器控制电路组成。具备以下功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。本设计为人体触摸感应开关，用手触开关的感应区电灯即亮，约经 1 分钟时间自动关灯。1.2 基本工作原理及框图整流电路滤波电路稳压电路单稳态电路控制电路灯触摸端图 1 触摸延时电

4、路框图结构原理：用隔离变压器对 220V 交流电进行降压，得到一个 13V 的交流电压，经整流、滤波得到一个 13V 的直流电压，在经过 L7805 稳压得到稳定的 5V 直流电压，为NE555 提供工作电压。当需要开灯时，用手触碰一下感应区，触发信号电压加至 555的触发端，使 555 的输出由低变成高电平，继电器 KS 吸合，220V 交流电形成回路，课程设计说明书 第 2页电灯点亮。同时，电源通过定时电阻给定时电容充电，这就是定时的开始。延时一段时间后 555 的输出端由高电平变回到低电平，继电器释放，220V 交流电形成的回路断开，电灯熄灭。2相关芯片及硬件电路设计2.1 555 计时

5、器555 计时器是美国 Signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个 5k 的电阻而得名。流行的产品主要有 4 个：BJT 两个：555，556（含有两个 555） ；CMOS 两个：7555，7556（含有两个 7555） 。图 2 555 内部图解555 定时器是模拟电路与数字电路结合的典范2，比较器 C1 和 C2 各有一个输入端连接到三个电阻 R 组成的分压器上，比较器的输出接到 RS 触发器上。此外还有输出级和放电管。 比较器 C1 和 C2 的参考电压分别为 UA 和 UB，根据 C1 和 C2 的另一个输入端触发输入和阈值输

6、入，可判断出 RS 触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。2.1.2 555 单稳态电路设计及原理触摸延时电路是基于时基芯片 NE555构成的电路1，主要用于开关闭合后控制电课程设计说明书 第 3页路在一段时间后自动断开达到延时的目的。电路原理：触摸延时开关电路主要由时基芯片NE555组成的定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸端无感应电压，电容C5通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮3。开灯时，用手触碰触摸端，触发信号电压由C5加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯

7、点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过给C51R充电，定时的开始。当电容C5上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚导通使C5放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束4。定时长短由、C5决1R定根据设计需要延时一分钟=60s，设C5=100F ，则1T=1.11T51CR=550K1R611.1CT00001. 01 . 160SR1550kR2200kR3100C5100uFC60.1uFSW2SW-SPSTR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2555图 3 555单稳态电路图 课程设计说明书 第 4页图 4 单稳态电路 PROTEUS

8、仿真3 单元电路路模块设计及原理 3.1 供电模块电路需要设计小功率直流稳压电源系统，该系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成如图所示。图 5 直流稳压电源系统结构电源变压器：将电网交流电压（220V 或 380V）变换成需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件5，把方向和大小都变化的 50Hz 交流电变换为方向不变但大小仍有的脉动直流电压。滤波电路：利用储能元件电容器 C 两端的电压不能突变的性质，把电容 C 与整流电路的负载 RL 并联（或串联），就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较

9、平滑的直流电。稳压电路：当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化。因此，稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电课程设计说明书 第 5页网电压和负载的变化而变化，电路图设计如图 6 所示。R3100R4100C10.33uFC21200uFC310uFC4100uFVI1VO3GND2U17805BR12W08GTR1TRSAT2P2S 图 6 电源图3.2 控制电路继电器是小电流电路控制大电流必要元器件，电磁式继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的6。在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的

10、作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。图 7 继电器简图工作原理：当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力，吸动衔铁带动弹簧，使触点 1、2 断开，1、3 接通，当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、2 接通，1、3 断开，我们只要把需要控制的电路接在触点 1、2 间（1、2 称为常闭触点）或触点 1、3 间（称为常开触点） ，就可以利用继电器达到某种控制的目的。3.2.1

11、控制电路的设计在楼道触摸延时开关设计中，控制电路主要由继电器与二极管组成，通过继电器的通断来控制灯泡的亮与熄灭。电路中，继电器线圈两端反相并联了一只二极管，它是用于保护集成块的，并联了二极管后，在继电器由吸合变为释放的瞬间，线圈将通过二极管形成短时间的续流回路，使线圈中的电流不致突变，从而避免了线圈中反电课程设计说明书 第 6页动势的产生，确保了集成块的安全。RL1G5CLE-14-DC5D11N4007图8 控制电路图工作原理：当NE555三脚输出高电平时，继电器的线圈中会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（

12、常开触点）吸合，电灯亮。当NE555三脚输出低电平时，继电器中线圈断电，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放，此时电灯熄灭7。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。控制电路参数要求：继电器由NE555三脚输出电压决定，由于NE555的供电电源是5V，所以3脚输出电压略等与5V 。可以选用额定电压5V的继电器，二极管选用普通二极管。4 制作实物并调试安装完成后，加电调试，查看 NE555 输出的波形频率是否合理，若不合理进行修改延时电路中 C5 或 R1 的值。课程设计说明书 第 7页图 9 仿真图 R1550kR2

13、200kR3100R4100C10.33uFC21200uFC310uFC4100uFC5100uFC60.1uFVI1VO3GND2U17805BR12W08GTR1TRSAT2P2SSW2SW-SPSTR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2555L1220VV1220v+88.8AC Volts图 10 总电路原理图 连接仿真电路，当开关未闭合时，555 继电器输出端为低电平，继电器保持断开状态，灯泡保持熄灭8。图 11 灯泡熄灭状态课程设计说明书 第 8页当开关闭合时，5V 电压加在 555 计时器的触发端，使输出端信号有低电平变为高电平，继电器衔铁闭合，照明电路接通，灯泡

14、点亮9。同时，电源通过定时电阻给定时电容充电，定时开始。图 12 灯泡点亮状态当开关断开后 555 计时器输出端保持高电平输出延时一段时间后 555 的输出端由高电平变为低电平，继电器释放，120V 交流电形成的回路断开，电灯熄灭10。达到预定设计目的，设计成功。总 结通过本次对楼道触摸延时开关的设计，使我从中学习到了许多知识。主要包括直流稳压电源经过整流、滤波、稳压为 NE555 提供工作电压；完成由 NE555 定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时；由继电器组成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制。在本设计当中，我们的动手能力得到了提高，对老师所传授的知识要点有更深层次的

15、了解，对做事情的耐心程度也得到了提高。我们在对电路进行调试时，检修能力也得到了提升。本设计使我受益匪浅，影响将波及将来。课程设计说明书 第 9页致 谢虽然在写作过程中遇到了无数的困难和障碍，却都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的指导老师蔡艳艳老师，对我的指导和帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢！ 本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇写作。感谢我的同学和朋友，在我写作的过程中给予我了很多有用素材，还有在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！课程设计说明书 第 10页参考文献1 陈有卿 . 555 时基集成电路原理与应用机械工业出版社 20062 贺素霞.模拟电子技术 北京：电子工业出版社 2014.73 王二萍.李道清. 电路分析 武汉：华中科技大学出版社 2013.114 朱定华，陈林，吴建新. 电