1、课程设计(论文)题 目 名 称 单键触摸开关 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、 专 业 指 导 教 师 2011 年 12 月 18 日邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 电气工程及 题目名称 单键触摸开关的设计 课程名称 电子技术课程设计 一、学生自我总结通过此次的课程设计，我学会了很多，特别是独立思考能力和动手实践能力。这次的课程设计对之前所学习的数字电子、模拟电子技术知识都能起到一定的巩固作用，同时也让我学会了用protues 绘画硬件图，并进行仿真和调试。但是同时在此次的课程设计中也发现了自己很多的不足，特别是硬件设
2、计方面，不知道如何去设计硬件以及外部接线图。不过我会在以后的学习中好好努力，把自己没学好的方面学好，弥补之前的不足之处。学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目 平时成绩 论文 答辩 综合成绩权 重 30 40 30单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。 摘 要随着时代的进步，社会的发展，人们对开关的需求越来越高，各种可供人们选择的开关的种类也越来越多。机械开关、声控开关、光控开关等产品逐步进入生活中。但由于机械开
3、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，使得人们的生活越来越方便。触摸开关是一种新型的电子节能开关，可广泛应用于多层住宅和办公室外的走廊、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和数字电路，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延时触摸开关。需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时
4、约一分钟，电灯自动熄灭。该操作简单，使用节能，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。关键词：触摸开关；模拟电路；延时；感应；节能目 录第一章 设计思路与方案设计 .11.1 设计思路 .11.2 方案设计 .1第二章 系统工作原理 .22.1 系统总原理图 .22.2 系统的工作原理 .22.1.1 单稳态电路 .42.2.2 对称双稳态电路 .42.2.3 无稳态电路 .5第三章 单元模块电路设计 .73.1 整流电路 .73.2 指示灯 .73.3 触发电路 .73.4 触摸信号输
5、入电路 .7第四章 安装与调试 .94.1 原件安装与硬件调试 .9总 结 .10致 谢 .11参考文献 .12附 录 .13江西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）0第一章 设计思路与方案设计1.1 设计思路随着科技的发展、社会的进步，人类生活水平的不断提高，人们对各种开关的要求也日益提高，为了设计一款方便使用，简单可靠的的单键触摸开关，在供选择的课程设计的主题中，我发现了单间触摸开关的，并将之作为课程设计的课题。单键触摸开关由触摸信号输入电路，IC CD4017 信号处理电路，电子开关驱动电路及电源组成。首先由触摸片把人体的触摸信号转化成市电同频的标准的 MOS 电平，然后输入 I
6、CCD4017 的十进制的计数器进行信号处理,最后由ICCD4017 处理后的结果决定是否驱动电子开关导通灯泡或其他使用设备工作。1.2 方案设计按照设计思想，设计出如下的结构方案的框图，根据思路和方案图，开始了触摸开关的设计。方案框图图 1-1 方案图触摸信号输入电路电子开关电路电子开关驱动电路电源IC CD4017信号处理电路江西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）1第二章 系统工作原理2.1 系统总原理图R4100KR7 1MR11M R2270KR3100KM座座座RGRCLENQ1 Q9VDD VSSIC CD4017V1V2 V3 V4 V5 V6V1-V6IN4007*6
7、HDC122UFV79V C3100UFC20.68UFR8 1MV69013R530KR61K座座VT220V图 2-1 总原理图2.2 系统的工作原理用 CD4017 组成的单键触摸开关，该开关为单触摸电极控制方式，每触摸一次电极，开关即动作（开或关）一次，与普通机械相比，使用更方便。电路原理图中 HD 为管式氖泡，它与光敏电阻 RG 组成“自制光电耦合器” ，并与触摸电极 M、R1 形成触摸信号输入通路。CD4017 的 Q1、Q3、Q5、Q7、Q9 等奇数输出端分别接二极管 V2V6，当其中之一输出高电平时，V8 导通并触发双向可控硅VT 导通，接入插座的负载得电工作，此时 Q2、Q4
8、偶数输出端悬空；反之，当偶数输出端其中之一为高电平时，V8、VT 均截止，插座负载断电，该触摸开关刚通电时，因 C1、R4 微分作用，CD4017 自动复位清零，插座为断电状态。首次触摸 M 后，HD 启辉发光，RG 阻值减小，CD4017 的 CL 端变为高电平，Q1 输出高电平；而再触摸一次 M 后，CD4017 计数一次，Q1 变为低电平，Q2 输出高电平，依次类推，从而实现触摸开关功能，市电两输入线分别通过 R7、R8 接至触摸通路，因此无需分相线、零线，均可保证电路正常工作。采用分立元器件制作的触摸式电子开关，它具有简单易制、使用安全可靠等特点，可用于控制照明灯、排风扇等家用电器。江
9、西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）2电路工作原理：该触摸式电子开关电路由电源电路、触发控制电路和控制执行电路 (开关电路)组成，如图 2-2 所示图 2-2电源电路由电源变压器 T、整流桥堆 UR 和滤波电容器 C 组成。触发控制电路由触摸电极片 Al、A2、晶体管 Vl-V4 和电阻器 Rl-R4 组成，其中 V3、V4 和Rl-R4 组成双稳态触发器。控制执行电路由晶体管 V5、电阻器 R5、二极管 VD、继电器 K 和发光二极管 VL 组成。交流 220V 电压经 T 降压、UR 整流及 C 滤波后，为触发控制电路和控制执行电路提供 9V 直流电压。在接通电源瞬间，V4 截止
10、，V3 导通，V5 截止，K 处于释放状态，负载不工作。当用手触摸饱极片 Al 时，人体感应信号经 Vl 放大后使 V4 受触发而导通，V3 截止，V5 导通，K 吸合，其常开触头将负载的工作电源接通。再用手触摸一下电极片 A2 时，人体的感应信号经 V2 放大后，使 V3 导通，V4 和 V5 截止，K释放，将负载的工作切断。VL 在 K 吸合、负载通电工作时点亮，在 K 释放时熄灭。元器件选择：Rl-R5 选用 1/4W 的碳膜电阻器或金属膜电阻器。C 选用耐压值为 16V 的铝电解电容器。VD 选用 IN4001 型硅整流二极管或 2CPlO 型硅普通二极管。UR 选用 lA、5OV 的
11、整流桥堆，也可用 4 只 1N4001 或 2CPlO 桥接后代替。VL 选用 5mm 发光二极管。江西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）3Vl-V4 均选用 Sg013 或 3DG6 型硅 NPN 晶体管;V5 选用 3DGl2 或 S805O 型 NPN晶体管。T 选用 1-3W、二次电压为 gV 的电源变压器。K 选用 JRX-13F 型 9V 直流继电器。若控制较大的功率负载，则可用 K 的常开触头通过控制交流接触器来控制负载。2.2.1 单稳态电路图 2-3图 2-3 是典型的单稳态电路。与双稳态电路相比，电路中的一个耦合电阻Rb1 换成了耦合电容 C1。所以，开机后 VT
12、1 截止，VT2 饱和导通。给它一个触发信号后，电路翻转，变为 VT1 导通，VT2 截止。暂稳态是不会长时间稳定存在的，经过一定时间 T 后，电路会自动返回原来的状态 稳态（VT1 截止，VT2 导通） ，也就是电路有一个稳态和一个暂稳态。暂稳态维持时间的长短取决于 C1 和 Rb1：T = 0.7RC。2.2.2 对称双稳态电路江西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）4图 2-4图 2-4 是典型的双稳态触发电路。注意图中的 LED1、LED2 和 Rc12、Rc22只是为了方便观察 VT1 和 VT2 两管导通、截止状态的附加加电路，它并非双稳电路必须的部分。本图双稳电路的触发方
13、式为计数触发。如果我们按一下 SA 电路就会从一种稳态翻转为另一种稳态，设电源接通后 VT1 饱和导通（LED1 亮） ，VT2 截止。按下 SA 后，就变成 VT1 截止，VT2 饱和（LED2 亮） 。如果再按一次，电路又变为 VT1 饱和，VT2 截止。总之，每按一下触发电路，或者说每收到一个触发脉冲，电路的状态就翻转一次。这种触发方式我们称之为计数触发。2.2.3 无稳态电路无稳态电路也是由两管交叉耦合而成，不过，两只耦合电阻都换成了耦合电容。它没有稳态，只有两个暂稳态，所以两管轮流导通截止。我们常用它来产生方波或脉冲信号源，所以也可以称这种电路为多谐振荡电路，其振荡周期：T = 0.7Rb1C1+0.7R.b2C2 两管元件数据对称时，公式可简化为：T = 1.4RbC或者说振荡频率：f = 1/（21.4RbC）这里，我们为了便于观察发光二极管的闪光，所以 R、C 都用得较大。如果振荡频率太高，那么看起来两只发光管都是亮着的，就看不出翻转的过程了。江西理工大学 2011 届本科生毕业设计（论文）5图 2-5 无稳态电路电路图
