1、 毕业设计报告 楼道触摸延时开关 学生姓名 XX 所 在 系 班 级 专 业 指导教师 XXX 2008年 12月 1 日 摘要 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 . 目录
2、 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 第 2 章 单元电路设计 . 2 2.1 楼道触摸延时开关工作原理 . 2 2.2 电源电路设计 . 2 2.2.1 稳压电路设计 . 3 2.2.2 桥式整流电路 . 4 2.2.3 滤波电路 . 6 2.3 触摸延时电路 . 7 2.3.1 延时电路设计 . 8 2.4 控制电路 . 9 2.4.1 继电器介绍 . 9 2.4.2 控制电路设计 . 10 2.5 电路仿真 . 11 第 3 章 实物制作与调试 . 14 3.1 原件安装 . 14 3.2 硬件调试 . 14 第 4 章 总结 . 16 致谢 . 17 参考文献 . 18 附录一：触摸延
3、时开关元件清单列表 . 19 附录二 ：楼道触摸延时开关电路图 . 20 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪 论 市场经济的发展，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。声控开关、机械开关、光控开关等品种逐步进入生活中。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
4、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。 需要开灯时， 手指轻轻触摸开关的感应区，电灯自动开启点亮，延时一分钟，电灯自动关闭熄灭。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。 本设计主要内容： 1.直流稳压电源经过整流、滤波、稳压为 NE555 提供工作电源。 2.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。 3.由继电
5、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。 第 2 章 单 元电路设计 2 第 2章 单元电路设计 2.1 楼道触摸延时开关工作原理 图 2-1 触摸延时电路框图结构 从应用的安全因素考虑，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，电灯点亮。 同时，电源通过 定时电阻 给 定时 电容充电，这就是
6、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。 2.2 电源电路设计 电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的 直流电源是 由电网的交流电转换 来的。 常用小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成 如图 2-2所示。 第 2 章 单 元电路设计 3 图 2-2 小功率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）变换成符合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电
7、路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器。 整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，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 LR 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 上不随交流电网电压和负载的变化而变化。 图 2-3 直流稳压电路 2.2.1 稳压电路设计 由于集成电路工艺
8、迅速发展，集成稳压电路的制成，也具有集成电路的共同特点：体积小 、外围元件少、性能可靠、使用调整方便和优廉等优点，因此广泛使用。 目前，集成稳压器的类型很多，按结构形式可分为串联型、并联型和开关型；按输第 2 章 单 元电路设计 4 出电压类型可分为固定式和可调式。作为小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器的应用最为普通。三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子。有固定式和可调式二种类型，此外又分为正或负电压输出类 型。 W7800 系列为三端固定正电压输出集成稳压器； W7900 系列为三端固定负电压输出集成稳压器。型号中最后两位数表示输出电压的稳定值，有 5V、 6V、 9V、 1
9、2V、 15V、 18V 和 24V。在本设计中采用的是 L7805 稳压，为 NE555 提供工作电源。 图 2-4 三端式固定输出集成稳压器外型 使用时要求输入电压值至少大 2V以上。即 | 1U |-| 0U | 2V，但不宜过大。另外还有接地端流过的静态电流 QI =8A。 1 确定稳压器型号、输入电压和输出电流 根据要求 0U =+5V，故选用 W7805 型号；稳压器压差为 | 1U |-| 0U | 2V，现取3V。故输入电压 1U =5+3=8V；直流稳压电源工作时最大电流 (max)OI =300mA,稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流 OI = (max)OI +Q
10、I =300+8=308A。 为确定整流二极管和滤波电容参数需要，先确定电源变压器的副变电压有效值2U 和整流滤波电路的等效负载 LR 。 2U = 2.11U = 2.18 V=6.7V （ 2-1） 现取 2U =7V LR =OIU2.1 2 = 30872.1 =27.3 （ 2-2） 2.2.2 桥式整流电路 桥式整流电路 是 利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压第 2 章 单 元电路设计 5 器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单向的脉动电压。 如 图2-5： 图 2-5
11、 单相桥式整流电路 1、桥式整流电路的工作原理 由图 2-5可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压 2U 的正半周内，二极管 1D 、 3D 导通， 2D 、 4D 截止，在负载 LR 上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反， 1D 、 3D 截止，2D 、 4D 导通，流过负载 LR 的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。 2、 整流二极管参数计算 正向平均电流： mAmAODF III 1543082121 （ 2-3） 最
12、大反向电压： VVRRM UUU 107222( m a x ) （ 2-4） 3、电源变压器容量 副边电流有效值： mAmAOII 241812)25.1()25.1(2 （ 2-5） 取 2I 为 500mA。 副 边容量： VAVAIUP 5.35.07222 （ 2-6） 第 2 章 单 元电路设计 6 原边容量： 因变压器效率 6.0T ，故 VAVAPPT 8.56.0 5.321 （ 2-7） 故平均容量为 VAVAPPP 8.5)8.55.3(21)(21 21 （ 2-8） 取 P=5VA。 2.2.3滤波电路 滤波电路利用电阻抗元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器 C
13、 对直流开路，对交流阻抗小，所以 C 应该并 联在负载两端。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 图 2-6 电容滤波电路 1、电路工作原理 滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 当 2U 为正半周并且数值大于电容两端电压 CU 时，二极管 1D 和 3D 管导通， 2D 和4D 管截止，电流一路流经负载电阻 LR ，另一路对电容 C 充电。当 CU 2U ，导致 1D和 3D 管反向偏置而截止，电容通过负载电阻
14、LR 放电， CU 按指数规律缓慢下降 。 当 2U 为负半周幅值变化到恰好大于 CU 时， 2D 和 4D 因加正向电压变为导通状第 2 章 单 元电路设计 7 态， 2U 再次对 C 充电， CU 上升到 2U 的峰值后又开始下降；下降到一定数值时 2D 和4D 变为截止， C 对 LR 放电， CU 按指数规律下降；放电到一定数值时 1D 和 3D 变为导通，重复上述过程。 电容 C 愈大，负载电阻 LR 愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大 。 2、电容参数计算 FRTCL 3.27102021)53( 2)53( 3 =0.0010.00183F =10001830 F （ 2-9） 取 C=1000 F 电容耐压： VCM UU 1022 （ 2-10） 取 25CMU V,故电容参数为 C:1000 F/25V 2.3 触摸延时电路 555集成定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成器件，应用十分广泛，可做各种仪器、仪表、自动化装置、各种民用电器的定时器、时间延时器等时间功能电路，也可构成自激多谐振荡器、脉冲调制电路、脉冲相位调谐电路及单稳态、双稳态等各种电路。
