楼道延时开关

1、 课程设计说明书 第 II 页楼道触摸延时开关设计摘 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 录一、设计要求.1二、 设计作用、目的.1三、设计的具体实现. 11系统概述. 12单元电路设计、仿真

2、与分析.63PCB版电路制作.11四、心得体会及建议.12五、附录.13参考文献.13 课程设计说明书 第 14 页一、 设计要求1.设计一楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并延续一段时间后自动熄灭。2.开关的延时时间约1分钟左右。二、设计的作用、目的1.掌握脉冲触发电的设计。2.掌握触摸开关。3.熟悉晶体管的工作原理以及结构。4.掌握桥式整流电路的原理。三、设计的具体实现1.系统概述（1）.触摸式延时开关工作原理框图稳压电路滤波电路电源变压器整流电路+U1-22V交流电压触发端楼道电灯继电器控制电路NE555单稳态电路 图1 触摸延时开关工作原理框图为了人体安全，先用

3、变压器将家用220V交流电降压成12V的交流电压，再经过整流和滤波电路得到一个12V的直流电压，再经过L7805稳压得到恒定的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，经过三极管放大，触发信号电压加至NE555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）.电源电路设计稳压电源先经过变压器降压，在经过整流、滤波和稳压电路输出稳定的5V电压。下图2为电源设计框

4、图，如图3为电源设计电路图。其输出电压如图4仿真电路电压表所示。负载稳压滤波整流变压图2 电源设计框图图3 电源设计电路图图4 电压输出显示（3）. 变压器部分参数介绍a）电压比 初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即: (1)b）效率 在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率，即: (2)变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，率率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。c）额定电压指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。 d）额定功率额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不

5、超过规定温升时次级输出的功率。e）调整率变压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。一般10W以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W。（4）.整流、滤波电路介绍桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。所有需要经过电容滤波其中C1=1000 µF； C2=0.1uf。图5 整流、滤波电路稳压电路介绍7805是三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护

6、、过热保护功能，这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流。器件具有良好的温度系数，因此产 品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题，输出电压误差精度分为±3%和±5%。图6为稳压电路，其中C8=10uf，C3=100uf，他们的作用是为了让输出的电流更稳定，排除杂波的干扰。图6 稳压电路（5）. 延时电路设计触摸延时电路是基于时基芯片NE555构成的电路，主要用于开关闭合后控制电路在一段时间后自动断开达到延时的目的。图7为555芯片内部结构图，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、

7、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。图7 555芯片内部结构图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C4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。当需要开灯时，用手触碰一下触摸端，触发信号电压由C7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，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过给C4充电，这就是定时的开始。当电容上电压上升至电源电压的2/3时，555

8、第7脚导通使C4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。定时长短由、决定：=1.1根据设计需要延时一分钟=60s，设C4=100F ，则=550K如图8，为延时电路设计原理图：图8 延时电路原理图2.单元电路设计、仿真分析（1）.控制电路设计控制电路主要有继电器构成，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（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

9、，使动触点与原来的静触点 常闭触点）释放，此时电灯熄灭。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。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1N4007即可。如图9，为继电器控制电路原理。当OUT输出为高电平时继电器吸合导通，电路连通，灯泡发光。图9 控制电路原理图（2）.总电路设计本电路有上述电源模块，延时模块，控制电路模块等组合而成，总电路图设计如图10。图10 总电路原理图（3）.电路仿真根据设计的总电路图在仿真软件上搭建电路进行仿真，本人运用multisim 13软件仿真，下面是仿

10、真电路结果显示。图11 电路仿真原理图图12 555计时器输出端为低电平时的波形按设计方案连接仿真电路，如图11，当开关未闭合时，555继电器输出端为低电平，如图12，继电器保持断开状态，灯泡保持熄灭。图13 开关闭合时灯泡点亮当开关闭合时，如图13，将5V电压加在NE555芯片的触发端，使输出端信号有低电平变为高电平，如图14，继电器衔铁闭合，照明电路接通，灯泡点亮。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。图14 开关按下后555计时器输出端由低电平变为高电平图15 开关断开延时一段时间后输出的跳变为低电平当开关断开后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

11、端由高电平变为低电平，如图15，继电器释放，120V交流电形成的回路断开，电灯熄灭。达到预定设计目的。下图16为NE555输出端延时一分钟高电平时的仿真图像：图16 NE555输出端高电平刚好一分钟4 制作实物及调试搭建电路确保电路无虚焊，短接，断路等问题，为本人搭建的电路安装完成后，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C4或R1的值。电源模块调试：加入8V左右的交流电压，由于实验室没有交流电压源，所以用8V的直流稳压电源代替，测输出端电压，测出输出电压为5.02V，达到预期效果，即电源部分没有问题。延时电路及控制电路调试：连接好电路，当NE555触发端没

12、有电流通过时，其输出端输出为低电平，万用表显示。当触发端有瞬间电流通过时，NE555 输出端输出为高电平，如图20所示，继电器吸合LED灯发光。经过一分钟后NE555 输出端电压自动跳变成低电平，继电器自动断开，LED灯熄灭（为了安全期间运用5V直流电压代替22V交流电压，用LED灯代替白炽灯）。即达到了预期设计效果。3.PCB版电路制作四、心得体会及建议在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的巩固了之前学到的模拟电子相关知识。重新学习了整流电路的相关内容，对全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，不仅会熟练的运用计算公式，而且通过软件仿真技术观察各阶段电路的变化，对各阶段电路的波

13、形有更形象的体会。此电路用到了晶闸管的门极触发原理，在之前对晶闸管方面的学习是知之甚少，楼道触摸开关电路的设计之中又用到了晶闸管的控制机理。经过查阅大量的资料，现在掌握了晶闸管的基本结构、工作原理、以及管脚判别方法，对以后的电路设计有很大的帮助。为了使触摸延时开关电路的设计更为直观，在设计过程中用到了很多次计算机仿真技术。从对系统整体电路的仿真，到各单元电路的仿真，都做了详细的数据、波形、效果记录。但是遗憾的是由于现实方面实验室无没有相关的元件，无法进行实物制作，对动手实践方面的提高不是很大。但是我们会在以后的实验课中充分利用所学，好好动手，提升动手能力。本次试验还有一个最大的收获，那就是体会

14、到团队合作的力量。我们小组的每个成员都能发挥自己的聪明才智，为实验的成功奉献力量，所以才有我们现在的成果！作为组长我真的很感谢指导和帮助的老师，谢谢你们让我们再次成长，学到了更多有用的知识！同时也提升了我们对于专业课学习的信心，别人都说我们的专业课很难学，可是通过这次实验我们知道了一切的难题只要用心努力去做，就一定可以解决！除此之外，这次试验课程设计让我真正体会到努力之后就一定会有收获，我们开动脑筋，冥思苦想，用了好多方法，试验了好多次，都还是没有达到预期的效果，可是也取得了很多进步，学到了很多以前在课本上所学不到的知识，并且启发了自己好多在试验方面的思路和创意！因为所学知识、能力和水平所限，在本次楼道触摸延时开关的设计过程中还存在很多疏漏、欠妥和错误之处，希望能够多加指正，以便以后不断改进。虽然我们的试验没有达到预期的目标，但是在以后的学习和工作中我们会更加努力，不断提高自己的思考和动手能力！ 五、附录元器件名称参考标识元器件规格数量交流电压源V1、V2220V_60Hz2变压器T130:11桥式电路D11B4B421电解电容C11mF1 电容C3、C4100uF各一个C5104uF1C810uF1C2、