楼道触摸延时开关电路设计(DOC 18页)

触摸延时开关设计1、设计目的（1）掌握电路工作原理。（2）熟悉继电器的选择和使用。（3）熟悉Protel软件的使用。2、设计任务（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，并持续一段时间后自动熄灭。（2）开关的延时时间约1分钟左右。3、设计要求（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图（运用PROTEL电路设计软件）；（2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）； (3) 进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEL等电路设计软件）；（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。4、参考资料（1）毕满清主编. 电子技术实验与课程设计. 北京：机械工业出版社，2005（2）胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2007（3）苏文平，等编著. 电子技术实践与制作教程. 北京：国防工业出版社，2007（4）康华光主编.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,1988楼道触摸延时开关电路设计目录一、设计任务及要求.（1）1.1设计任务.（1）1.2设计要求.（1）二、 设计作用、目的.（1）三、设计的具体实现.（1）3.1桥式整流电路原理.（1）3.2 555定时的工作原理和应用.（3）3.3继电器的工作原理和特性.（4）3.4稳压管的作用.（5）3.5三极管的作用.（6）3.6整体系统概述.（6）3.7 PCB制作过程概述.（10）四、心得体会及建议 . （10）五、附录.（12）六、参考文献.（14）一、设计任务及要求1.1设计任务（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，并持续一段时间后自动熄灭。（2）开关的延时时间约1分钟左右。1.2设计要求（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图（运用PROTEL电路设计软件）；（2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）； （3）进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEL等电路设计软件）；二、设计作用、目的延时开关设计可以很方便的解决多点控制走廊触摸延时开关电路的设计。实验的目的是了解到电路从设计到焊接调试等过程，加强对电路的了解，熟悉各个元件的操作及其的资料，并学会应用。三 设计的具体实现1、桥式整流电路原理(1) .单相桥式整流电路的组成图3-1单相桥式整流电路(2) 工作原理设变压器副边电压，U2为其有效值。由图3-1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 U 2 的正半周内，二极管 D1 、 D 3 导通， D 2 、 D 4 截 止，在负载 RL 上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反， D1 、 D 3 截止，D 2 、 D 4 导通，流过负载 RL 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。如图3-2所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。 图3-2桥式整流电路电流、电压波形2、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5k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。图3-3 555定时器1脚GND,接地脚，2脚TL,低电平触发端，3脚Q,电路的输出端，4脚/RD,复位端，低电平有效，5脚V_C,电压控制端，6脚TH,阈值输入端，7脚DIS，放电端，8脚VCC,电源电压端，其电压范围为：318V。图3-4 555定时器电路555定时器的电路如图所示。它由三个阻值为5k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。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u112/3Vcc，u121/3Vcc 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u111/3Vcc 时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。3、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。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”。4、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范围内变化时，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，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利用这一特性，因此稳压管在电路中起到了稳压的作用。图3-5 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范围，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。6、 系统概述（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。（2）系统框图图3-6系统框图电源变压：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的正半周内，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；在负半周内，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。图3-7整流电路电路图滤波电路：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图3-8滤波电路电路图稳压电路：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。图3-9稳压电路电路图延时电路：555计时器与电阻R1及电容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。图3-10延时电路电路图7、PCB板电路制作1、利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。2、手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致。3、将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB库专用设计文件。4、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，板层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。5、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。6、打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改零件封装7、用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。8、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定，完成PCB制板。四、 心得体会及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，以及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，以及对各个部分进行分析的过程中，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，熟练的运用计算公式，计算限流电阻的范围，以及对稳压管的选取范围。此电路用到了555定时器的工作原理，自己虽然没学这部分内容，但通过收集资料，自学理解了555定时器怎样工作，以及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应用软件，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。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，在本次的设计及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、 附录表5-1序号名称参考标识封装型号与规格数量1变压器T1DIP4NLTVIRTUAL12二极管D2-D5DIODE0.41N400743电解电容C3RB.3/.6200uF14电阻R315稳压管D6TO220H1N5922B16电阻R4 17单掷开关J1XTAL1SPST18电阻R2AXIAL0.319电阻R1AXIAL0.3110三极管Q1TO-92A2N2218A111电解电容C3RB.3/.650uF112电容C2RAD0.310nF113555计时器U1DIP8LM555CM114二极管D1DIODE0.41N4001115继电器K1DIP4EMR121A03116白炽灯X1XTAL1100W，220V1图4-1总原理图六、参考文献（1） 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.（2）胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2007（3）苏文平，等编著. 电子技术实践与制作教程. 北京：国防工业出版社，2007（4）康华光主编.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,198814