應(yīng)用電子專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)--樓道觸摸延時開關(guān)

1、<p>　　題目：樓道觸摸延時開關(guān)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………….2</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計(jì) ……………………………………………...3</p><p>　　樓道觸摸延時開關(guān)工作原理 ……………

2、………………..3</p><p>　　5V直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) ……………………………....3</p><p>　　2.2.1 直流穩(wěn)壓電路 ……………………………………….4</p><p>　　2.2.2 整流電路 …………………………………………….5</p><p>　　2.2.3 濾波電路 …………………………………………

3、….6</p><p>　　2.3 觸摸延時電路 ……………………………………………..8</p><p>　　2.3.1 NE555定時器的基本結(jié)構(gòu) ……………………………8</p><p>　　2.3.2 延時電路設(shè)計(jì) ………………………………………..10</p><p>　　2.4 控制電路 ……………………………………………

4、…….11</p><p>　　2.4.1 繼電器介紹 …………………………………………..11</p><p>　　2.4.2 控制電路設(shè)計(jì) ………………………………………..12</p><p>　　2.5 電路仿真 ………………………………………………….13</p><p>　　第三章 實(shí)物制作與調(diào)試 ………………………………

5、…………..16</p><p>　　元件安裝 ………………………………………………….16</p><p>　　硬件調(diào)試 ………………………………………………….16</p><p>　　總結(jié) …………………………………………………….….17</p><p>　　致謝 ………………………………………………………………..…..18<

6、/p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………19</p><p>　　附錄 ……………………………………………………………………20</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　隨著電子工藝的發(fā)展，開關(guān)的種類也越來越多。聲控開關(guān)、光控開關(guān)、機(jī)械開關(guān)等逐步走進(jìn)人們

7、的生活中。</p><p>　　為了滿足人們對開關(guān)越來越高的要求，促使我們尋求更為理想的開關(guān)電器設(shè)備替代元件，方便人們生活。樓道觸摸延時開關(guān)是一種簡單、安全、新型電子節(jié)能開關(guān)，可廣泛應(yīng)用于多層住宅和辦公樓的走廊、樓梯間、電梯間、過道等公共場所，也可以用于家庭的安裝。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組成觸摸延時開關(guān)。觸摸延時開關(guān)為人體觸摸感應(yīng)開關(guān)，需要開燈時，

8、手指輕輕觸摸開關(guān)的感應(yīng)區(qū)，電燈自動點(diǎn)亮，延時一分鐘，電燈自動熄滅。</p><p>　　觸摸延時開關(guān)具備的功能特點(diǎn)：節(jié)約電能，無觸點(diǎn)，無污染，安全可靠</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 樓道觸摸延時開關(guān)工作原理 </p><p>　　燈泡 繼電器控制電路

9、 NE555單穩(wěn)態(tài)電路</p><p>　　220V交流電源 變壓器 整流電路 穩(wěn)壓電路 </p><p>　　圖 2-1 觸摸延時開關(guān)電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　220V的交流經(jīng)過變壓器降壓得到一個12V的交流電壓，再經(jīng)過整流和濾波得到一個12V的直流電，最后經(jīng)過三端穩(wěn)壓器L7805穩(wěn)壓得到一個穩(wěn)定的5

10、V直流電壓，它為NE555定時器提供工作電壓。開燈的時候，由手指輕觸一下感應(yīng)區(qū)，觸發(fā)信號電壓加至NE555的觸發(fā)端，此時NE555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，電燈泡點(diǎn)亮。同時，電源通過定時電阻給定時電容充電，定時開始，延時60S后NE555的輸出端由高電平變回低電平，繼電器釋放，220V交流電形成的回路斷開，此時，燈泡熄滅。</p><p>　　2.2 5V直流穩(wěn)壓電源電

11、路設(shè)計(jì)</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是一種將交流電壓變成直流電輸出的電路。它的功能就是將輸入的交流電變成需要的、穩(wěn)定的直流電壓輸出。直流穩(wěn)壓電路由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成，電路組成框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 直流穩(wěn)壓電路的組成</p><p>　　圖2-3 直流穩(wěn)壓電路圖</p><p>

12、　　變壓器的作用是將220V的交流電壓變成需要大小的交流電壓；整流電路的作用是將交流變成脈動直流；濾波電路的作用是將脈動直流濾成平滑直流；穩(wěn)壓電路則是完成輸出穩(wěn)定的電壓，供給負(fù)載電路。</p><p>　　2.2.1 穩(wěn)壓電路</p><p>　　集成穩(wěn)壓電路具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，它已逐漸取代由分立元件組成的穩(wěn)壓電路。</p>

13、<p>　　集成穩(wěn)壓器有輸出正電壓的7800系列和輸出負(fù)電壓的7900系列。輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次。本設(shè)計(jì)需要5V的直流電壓為NE555提供工作電壓，故選用L7805穩(wěn)壓。</p><p>　?、?② ③ ① ② ③</p><p>　　78** ：①—輸入、②—地、 ③—輸出 </p&

14、gt;<p>　　79** ：①—地、②—輸入、 ③—輸出 </p><p>　　根據(jù)要求U0=5V，故選用L7805。穩(wěn)壓器壓差為︱U1︱﹣︱U0︱≥2V，現(xiàn)取3V。那么U1=5+3=8V。直流穩(wěn)壓電源工作時的最大電流Iomx=300mA,穩(wěn)壓器的輸入電流即為I′O=Iomx=300mA。</p><p>　　電源變壓器二次側(cè)電壓有效值為</p><

15、;p>　　U2≥=≈6.67V （2-1）</p><p><b>　　取U2=7V</b></p><p>　　整流電路的等效負(fù)載：</p><p>　　R′L===28 （2-2）</p><p>　　2.2.2 整流電路</p><p>　　整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦?，將?/p>

16、小和方向隨時間變化的交變電流變成只有大小變化而無方向變化的脈動直流。如圖1-4所示。</p><p>　　圖2-4 單相橋式整流電路</p><p>　　在圖2-4中，VD1~~VD4，為整流二極管，變壓器和四只二極管接成電橋式電路結(jié)構(gòu)。RL為負(fù)載電阻。</p><p>　　負(fù)載和整流二極管參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　在橋式整流電路中，

17、四個二極管分二次輪流導(dǎo)通，流經(jīng)每個二極管的電流，為負(fù)載電流的一半。選擇二極管時IF≥ID，即</p><p>　　IF≥ID=1/2IL（AV）=0.45U2/RL=0.457/28=112.5mA （2-3）</p><p>　　二極管截止時的最大反向電壓UDM等于U2的最大值，即</p><p>　　URM≥UDM=U2≈10V （2-4）</p>

18、<p><b>　　負(fù)載電流：</b></p><p>　　IL=U0/RL=5V/28≈0.18A （2-5）</p><p>　　變壓器二次變壓有效值：</p><p>　　I2=IL/0.9≈0.18A/0.9≈0.2A （2-6）</p><p>　　電源變壓器伏安容量： </p>

19、<p>　　U2I2=7V0.2A=1.4VA （2-7）</p><p>　　取變壓器變壓效率=0.6,則</p><p>　　U2I2=1.4VA/0.6≈2.33VA （2-8）</p><p>　　2.2.3 濾波電路</p><p>　　常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)合濾波電路，本次設(shè)計(jì)采用電容濾波。電容濾波

20、就是將電容器與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，利用電容器兩端電壓不能突變的原理濾除脈動直流中的交流成分。電路如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 電容濾波電路</p><p>　　工作原理：電容濾波就是利用電容器存儲電能的作用。當(dāng)U2使二極管導(dǎo)通時，給電容C充電，電容上的電壓升高。當(dāng)電容器上的電壓高于U2，電容停止充電，電容這時向負(fù)載RL放電，電容的電壓下降。電容上電壓就是濾波電路的輸出電壓

21、。</p><p>　　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(fù)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。</p><p>　　電容C越大，負(fù)載RL越大，濾波后輸出電壓越平滑，且其平均值越大。</p><p><b>　　電容參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　RLC≥（

22、3～5）T/2 （2-9）</p><p>　　式中T是交流電的周期（T=1/頻率）</p><p><b>　　C≥= </b></p><p>　　≈0.00107～0.00179F</p><p>　　≈1070～1790uF （2-10）</p><p><b>

23、;　　取C=1000uF</b></p><p><b>　　電容耐壓值</b></p><p>　　URM≥UDM=U2≈10V （2-11）</p><p>　　取URM≥25V，所以應(yīng)選1000uF/25V的電容。</p><p>　　2.3 觸摸延時電路</p><p>

24、;　　555定時器時一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于它具有應(yīng)用靈活，性能優(yōu)越且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品的制作中被人們廣泛使用。在實(shí)際應(yīng)用中只要適當(dāng)改變其外接電路，增加少量的外接器件就能得到多種多樣的應(yīng)用電路。</p><p>　　2.3.1 555定時器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-6是555集成定時器的電路結(jié)

25、構(gòu)及符號。555集成定時器由五部分組成：分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管開關(guān)和輸出緩沖器。</p><p>　　圖2-6 555集成定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1：GND接地</b></p><p><b>　　2：觸發(fā)輸入</b></p><p><b>　　3

26、：OUT輸出</b></p><p><b>　　4：復(fù)位</b></p><p><b>　　5：CO控制電壓</b></p><p><b>　　6：TH閾值輸入</b></p><p><b>　　7：DIS放電端</b></p&g

27、t;<p><b>　　8：VCC電源</b></p><p>　　2.3.2 延時電路設(shè)計(jì)</p><p>　　觸摸延時開關(guān)，使用時只要用手摸一下開關(guān)上的觸摸電極片，電燈就會點(diǎn)亮，延時一段時間后，電燈自動熄滅。</p><p>　　圖2-7 延時電路圖</p><p>　　電路原理：觸摸延時開關(guān)電路主要

28、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(yīng)電壓，電容C1通過555第七腳放電完畢，第三腳輸出為低電平，繼電器KS釋放，電燈不亮。</p><p>　　當(dāng)需要開燈時，用手觸摸一下觸摸端，觸發(fā)信號電壓由C2加至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，電燈點(diǎn)亮。同時，555第七腳內(nèi)部截止，電源便通過R1給C1充電，這就是定時的開始。</p>&

29、lt;p>　　當(dāng)電容C1上電壓上升至電源電壓的2/3時，555第七腳導(dǎo)通使C1放電，使第三腳輸出由高電平變回低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時結(jié)束。定時長短由R1、C1決定：</p><p>　　T1=1.1R1C1 （2-12）</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需要延時60S：T1=60S

30、，設(shè)C1=100uF</p><p>　　由公式（2-12）可得：</p><p><b>　　R1==≈550K</b></p><p>　　2.4 控制電路</p><p>　　2.4.1 繼電器介紹及應(yīng)用</p><p>　　繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來說就是

31、開關(guān)，在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開啟。繼電器的開關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　時間繼電器是很常用的一種繼電器，它的作用是作延時元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380V、直流至220V的控制電路中作延時元件，按預(yù)定的時間接通或分?jǐn)嚯娐??？蓮V泛應(yīng)用于電力拖動系統(tǒng)，自動程序控制系統(tǒng)及在各種生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)中起時間控制作用。</p>

32、<p>　　繼電器的技術(shù)還應(yīng)用在其他的方面，比如說電機(jī)智能保護(hù)器是根據(jù)三相交流電動機(jī)的工作原理，分析導(dǎo)致電動機(jī)損壞的主要原因研制的，它是一種設(shè)計(jì)獨(dú)特，工作可靠的多功能保護(hù)器，在故障出現(xiàn)時，</p><p>　　能及時切斷電源，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的檢修與維護(hù)，該產(chǎn)品具有缺相保護(hù)，短路、過載保護(hù)功能，適用于各類交流電動機(jī)，開關(guān)柜，配電箱等電器設(shè)備的安全保護(hù)和限電控制，是各類電器設(shè)備設(shè)計(jì)安裝的優(yōu)選配套產(chǎn)品。<

33、;/p><p>　　繼電器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，產(chǎn)生了可編程控制器的技術(shù)。可編程控制器簡稱作PLC。它是將微電腦技術(shù)直接用于自動控制的先進(jìn)裝置。它具有可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，功能齊全，體積小，靈活可擴(kuò)，軟件直接、簡單，維護(hù)方便，外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.4.2 控制電路</p><p>　　在樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計(jì)中，控制電路主要是通過繼

34、電器的通斷來實(shí)現(xiàn)電燈泡的亮與滅。電路中，NE555的輸出端與繼電器線圈兩端反相并聯(lián)了一個二極管，它的作用是避免在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)時，線圈上的反動電勢擊穿NE555。在并聯(lián)了二極管后，在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)的瞬間，線圈將通過二極管形成短時間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，從而避免產(chǎn)生反動電勢，確保了NE555的安全。</p><p>　　圖2-8 控制電路</p><p

35、>　　工作原理：當(dāng)NE555輸出為高電平時，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合，電燈亮。</p><p>　　當(dāng)NE555輸出為低電平時，繼電器線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放，電燈滅。</p><p

36、>　　2.5 系統(tǒng)電路仿真</p><p>　　觸摸延時開關(guān)電路的仿真測試，是基于Multisim環(huán)境下進(jìn)行仿真，對系統(tǒng)做軟件仿真可以進(jìn)一步加深對系統(tǒng)功能的認(rèn)識。以下主要對系統(tǒng)電路，以及輸入信號、整流、濾波、穩(wěn)壓電路仿真。</p><p>　　圖2-9 直流電源輸出電壓仿真圖</p><p>　　各功能電路仿真測試：</p><p&g

37、t;　　圖2-10為輸入信號仿真波形，輸入信號為完整的正弦波。經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，波形依次如圖1-11、1-12、1-13所示。</p><p>　　圖2-10 輸入電壓仿真波形</p><p>　　圖2-11 整流電路仿真波形</p><p>　　圖2-12 濾波電路仿真波形</p><p>　　圖2-13 穩(wěn)壓電路仿真波形&l

38、t;/p><p><b>　　實(shí)物制作與調(diào)試</b></p><p>　　3.1 實(shí)物制作</p><p>　　本設(shè)計(jì)中焊接時注意電解電容的極性，NE555集成電路的方向，焊接要注意不要短路。把握好時間，對于溫度比較敏感的，焊接的時間不要太長，一免燒壞原件。</p><p><b>　　3.2 調(diào)試&l

39、t;/b></p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過對觸摸延時開關(guān)電路的軟件仿真，以及結(jié)合所學(xué)理論知識分析，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求。能夠成功的按要求控制照明燈電路，實(shí)現(xiàn)用手觸摸電極片燈泡點(diǎn)亮，并在延時60S左右后自動熄滅，從而驗(yàn)證了電路的可行性，說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需元件參數(shù)選取符合要求。</p><p>

40、　　樓道觸摸延時開關(guān)已經(jīng)在早些年就服務(wù)于大眾了，但是對于相關(guān)知識了解甚少。在本次的“樓道觸摸延時開關(guān)設(shè)計(jì)”中，充分運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)知識、以及搜集的大量資料。明白了樓道觸摸延時開關(guān)的基本原理，并且用所學(xué)知識對一些電路圖改進(jìn)，使其性能更加優(yōu)良。</p><p>　　在對觸摸延時開關(guān)分析、制作的過程中，很好的鞏固了之前學(xué)到的模擬電子相關(guān)知識。重新學(xué)習(xí)了整流電路的相關(guān)內(nèi)容，對全波整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路有了

41、更深刻的認(rèn)識，不僅會熟練的運(yùn)用計(jì)算公式，而且通過軟件仿真技術(shù)觀察各階段電路的變化，對各階段電路的波形有更形象的體會。</p><p>　　為了使觸摸延時開關(guān)電路的設(shè)計(jì)更為直觀，在設(shè)計(jì)過程中用到了很多次計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。從對系統(tǒng)整體電路的仿真，到各單元電路的仿真，都做了詳細(xì)的數(shù)據(jù)、波形、效果記錄。經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真對電路功能的實(shí)現(xiàn)，做出了觸摸開關(guān)的實(shí)際產(chǎn)品，對動手實(shí)踐方面有了很大的提高。</p><p

42、>　　因?yàn)樗鶎W(xué)知識、能力和水平所限，在本次設(shè)計(jì)過程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯誤之處，希望能夠多加指正，以便以后不斷改進(jìn)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)總結(jié)是在我的指導(dǎo)老師XX老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題到設(shè)計(jì)完成，X老師給予了我耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷，有了X老師耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷我才不會在設(shè)計(jì)的

43、過程中迷失方向，失去前進(jìn)動力。X老師有嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所需要學(xué)習(xí)的，感謝X老師給予了我這樣一個學(xué)習(xí)機(jī)會，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)/劉慰平主編.—北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.2</p><p>　　【2】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)/