触摸延时开关设计报告

....20/20触摸延时开关设计报告一设计要求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、目的掌握桥式整流电路原理.单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2正、负半周正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，则a为“＋”、b为“－”时应有电流留出a点，a为“-”、b为“＋”时应有电流流入a点；相反，a为“＋”、ｂ为“－”时应有电流流入ｂ点，ａ为“－”、ｂ为“＋”时应有电流流出ｂ点；因而ａ和ｂ点均应分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。工作原理设变压器副边电压，U2为其有效值。当ｕ2为正半周时，电流由a点流出，经过V1、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即，V2和V4管承受的反响电压为－u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经V2、RL、V4流入a点，负载电阻RL上的电压等于－u2，即，V1、V3承受的反向电压为u2。这样，由于V1、V3和V2、V4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期都有电流通过，而且方向不变，输出电压。如图2-4所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。图2-4桥式整流电路电流、电压波形.输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)根据图2-4中所示uo的波形可知，输出电压的平均值解得由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值一样的情况下，输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）在变压器副边电压一样、且负载也一样的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍。根据谐波分析，桥式整流电路的基波UOIM的角频率是u2的2倍，即100HZ，。故脉动系数与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。掌握555定时器的工作原理和应用（1）555定时器的工作原理555定时器的电路如图所示。它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。555定时器的电路如图所示。它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端。是复位输入端。当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，=1。u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>，u12>时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u11<2/3Vcc，u12<1/3Vcc时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11<2/3Vcc，u12>1/3Vcc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。（2）555定时器的应用单稳态电路前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。而单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。3掌握继电器的工作原理和特性继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。（1）电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要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。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。掌握稳压管的作用稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡。稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定围变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然增大，稳压管从而反向击穿，电流虽然在很大围变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利用这一特性，因此稳压管在电路到起到了稳压的作用。图2-5稳压管特性曲线稳压管与其普通二极管不同之处在于反向击穿是可逆性的。当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。5掌握三极管的作用三极管工作在饱和导通状态(发射结和集电结都是正偏置)时，其c-e极间电压很小，比PN结的导通电压还要低(硅管在0.5V以下)，c-e极间相当于“短路”，即呈“开”的状态。三极管在截止状态(发射结、集电结都是反偏置)时，其c-e极间的电流极小(硅管基本上量不到)，相当于“断开(‘关’)”的状态。三极管开关电路的特点是开关速度极快，远远比机械开关快，没有机械接点，不产生电火花。开关的控制灵敏，对控制信号的要求低，导通时开关的电压降比机械开关大，关断时开关的漏电流比机械开关大。不宜直接用于高电压、强电流的控制。六限流电阻的计算限流电阻和稳压管串联起到限流和分压的作用。稳压管正常工作时，当外加在稳压管和限流电阻上的电压发生变化时，稳压管上电压不变，变化的电压全部加到限流电阻上去了，同时限流电阻限制电流过大防止稳压管烧坏。如果没有限流电阻，稳压电路正常不能工作。因为外加电压变化时还是加在稳压管上。两个极端情况：VS=VS(Min)，IL=IL(Max)当VS=VS(Max)，IL=IL(Min)时，RS=RS(最小值)，IZ(Max)=最大工作电流三设计的具体实现楼道触摸延时开关工作原理（1）系统原理综述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，得一个较小的交流电压，经整流，滤波得到一个直流电压，在经过稳压电路得到一个稳定的直流电压为555定时器提供工作电压。当需要开灯时，用手触摸一下开关，触发信号电压加到555的触发端，使555的输出由低电平变成高电平，继电器KS吸合，220V交流电形成回路，点灯点亮。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的触发端由高电平回到低电平，继电器释放，220V交流电形成的回路断开，电灯熄灭。这就是触摸延时开关的原理。单元电路设计照明灯电路：照明电路采用220V交流输出，将功率小于100W的灯泡与通过整流，变压，滤波，稳压电路部分得直流电压，再与之串联。电源变压：将交流电压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。因为大多数电子电路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器。整流电路：电路中采用四个IN4007二极管，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U的正半周，二极管VD2、VD5导通，VD3、VD4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周，正好相反，VD2、VD5截止，VD3、VD4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用四个二极管，使得在交流电源的正、负半周，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。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R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变化。因此，稳压电路的作用是将使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压或负载的变化而变化。延时电路：555计时器与电阻R1与电容C1组成单稳态延时电路。当触摸开关无人按压式，555计时器处于复位状态，即输出端3管脚为低电平，使继电器吸引开关，电灯不亮。当按压开关时，晶体管Q1导通，使的555计时器的2管脚处于低电平，管脚3输出高电平，继电器不工作，开关复位，电灯点亮。3．仿真测试(1).系统电路仿真触摸延时开关电路的仿真测试，是基于Multisim环境下进行仿真（元件选取如附录所示），对系统做软件仿真可以进一步加深对系统功能的认识。以下主要对系统电路，以与输入信号、变压、整流、滤波、稳压电路仿真。(2).各功能电路仿真测试图3-2.1为输入信号仿真波形，输入信号为完整的正弦波。经过变压、整流、滤波、稳压后，波形依次如图3-2.1、3-2.2、3-2.3、3-2.4、3-2.5所示图3-2.1输入电压仿真波形图3-2.2变压电路仿真波形图3-2.3整流电路仿真波形图3-2.4滤波电路仿真波形图3-2.5稳压电路仿真波形PCB版电路制作在已经完成的原理图里，进行ERC电器规则检查，然后从PCB封装库里找出所用原件的封装名称，填写在每个元件属性的Footprint选项里，如果没有具体封装，可以自己新建一个PCB元件进行编辑。新建PCB原理图后，在Design里，导入Netlist网络表，在保证所有封装正确的情况下，生成如图PCB初始图。第二步是对元件的布局进行调整，可以利用软件本身自带的自动布局进行排布，也可以手动进行排版。这一步完成后便得到如图所示元件布局。第三步是布局完成后，接下来是对元件的连线，连线前可对PCB板层进行设置，在界面中右击“规则”选项，单击RoutingLayers项，选择单层布线、双层布线或者更多，Protel中最多可设置为32层布线，在这个设计中，禁止了顶层布线，只留出了底层供布线使用。最后利用软件本身的自动布线对已布局好的元件进行PCB布线，得到如图单层布线结果。PCB初始图PCB布局PCB单层布线四.心得体会与建议触摸延时开关已经在早些年就服务于大众了，如楼道触摸延时开关，但是自己对于相关知识了解不多，只知道开关断开时，灯泡停了一会才灭，但却不懂其中的工作原理。在本次的“触摸延时开关设计”中，充分运用所学的模拟电子技术基础知识、数字电路的相关的知识，以与查找了大量相关资料。明白了楼道触摸延时开关的基本原理，并且用所学知识和指导老师的指导下对一些电路图进行了改进，使得延时开关正常工作。在对触摸延时开关分析、画原理图，以与对各个部分进行仿真的过程中，自己有对学到的模拟电子相关知识进行了深入的理解。重新学习了整流电路的相关容，对全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，熟练的运用计算公式，计算限流电阻的围，以与对稳压管的选取围。而且通过软件仿真技术观察各阶段电路的变化，对各阶段电路的波形有更形象的体会。此电路用到了555定时器的工作原理，自己虽然没学这部分容，但通过收集资料，自学理解了555定时器怎样工作，以与它的基本结构还有各个管脚所接电路哪些部分。提高了自己的自学能力。做这个设计还让我学到了两个应用软件，一个是Multisim，一个是Protel，虽然在学习中有些困难，但学会之后感觉这些天的工夫没白费，很是充实。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。虽然在仿真过程中遇到些困难，但在指导老师的指导下，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。经过计算机仿真对电路功能的实现，做出了触摸开关的实际产品，对动手实践方面有了很大的提高。通过这次课程设计让我们更加了解到专业知识的实际价值，对于课本之外的理论知识和动手能力都有一定的提高，可以为以后的数字技术打下一个良好的基础，便于我们对于本专业的知识更容易理解，激发每个人的不同潜能，做出更好的电路和设计。通过这次课程设计让我们觉得自己所学知识还很少，能力和水平很有限。了解到自己眼高手低的缺点，在本次的设计与仿真过程中可能存在很多疏漏、欠妥和错误之处，希望能够多加指正，以便以后做的更好。五附录序号名称参考标识封装型号与规格数量1变压器T1DIP4NLT＿VIRTUAL12二极管D2-D5DIODE0.41N400743电解电容C3RB.3/.6200uF14电阻R315稳压管D6TO220H1N5922B16电阻R417单掷开关J1XTAL1SPST18电阻R2AXIAL0.319电阻R1AXIAL0.3110三极管Q1TO-92A2N2218A111电解电容C3RB.3