多点控制走廊触摸延时开关电路设计.doc

毕 业 设 计 论 文 设计 论文 题目 多点控制走廊触摸延时 开关电路设计 学 院 名 称 电子与信息工程学院 专 业 电子信息工程技术 班 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 职 称 定稿日期 2010 年 月 多点控制走廊触摸延时开关电路设计 摘要 当今社会人们更加注重节能环保 照明这一领域也发生了很大的 变化 从传统的白炽灯具向 LED 照明灯发展 照明开关电子化进程 也从公共照明的节电控制开始 适宜于门厅 楼梯和楼道中使用的 触摸式 感应式 红外线式和声光控式延时自熄开关 使公共照明 基本实现了 人来灯亮 人离灯熄 的自动控制 明显改善了楼房 的公共照明效果 还能大幅度节省公共照明用电 照明灯的实际使 用寿命也明显延长 这类开关是受到欢迎和推广的 与公共照明开 关相比 室内用电子式开关的技术难度较大 研制确有实用价值的 电子式室内照明开关市场潜力可能更大 基于 555 定时器的延时开 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 关键词 触摸式电路 555 定时器 晶体管 Multipoint control delay switch circuit design corridor touch ABSTRACT Nowadays people pay more attention to energy conservation and environmental protection lighting in this field is changing from the traditional incandescent lamps and lanterns LED lighting lighting to the development process of electronic switch from public lighting saving control Suitable for the hallway stair and haunting feeling use inductive infrared type harmonic electric type delay from extinguish switch make public illume basically achieved people who came from the light the light of the automatic control can significantly improve the building of public lighting effect still can greatly saves the electricity floodlight lighting in public life also significantly prolongs the actual use The switch is welcomed and promotion Compared with the public lighting switch indoor use electronic switch technology Development is the practical value of the electronic indoor lighting switch may be greater market potential Based on the design of the delay switch 555 timing can be easily solve multipoint control delay switch circuit touch corridor design Key Words Feeling circuit 555 timer transistor 目录 摘要 2 ABSTRACT 3 目录 4 第一章 绪论 5 1 1 延时开关 5 1 1 1 延时开关的发展概述 5 1 1 2 延时开关的应用领域 6 1 1 3 延时开关的发展趋势 7 1 2 555 定时器的应用 7 第二章 硬件电路设计 9 2 1 元器件 9 2 2 控制电路 9 2 3 电路原理 11 3 1 结论 12 参考文献 13 致谢 14 第一章 绪论 照明开关电子化进程是从公共照明的节电控制开始 适宜于门厅 楼梯和 楼道中使用的触摸式 感应式 红外线式和声光控式延时自熄开关 使公共照 明基本实现了 人来灯亮 人离灯熄 的自动控制 明显改善了楼房的公共照 明效果 还能大幅度节省公共照明用电 照明灯的实际使用寿命也明显延长 这类开关是受到欢迎和推广的 与公共照明开关相比 室内用电子式开关的技 术难度较大 研制确有实用价值的电子式室内照明开关市场潜力可能更大 1 1 延时开关 1 1 1 延时开关的发展概述 触摸延时开关是一种节能的开关控制器 就开关种类来说主要有以下几种 轻触延时开关 使用时只需轻触一下按钮 开关即导通工作 然后延时一 段时间后自动关闭 高亮发光指示 便于夜间使用 无触点电子开关 接通负载 的瞬间无冲击电压 延长负载使用寿命 声光控延时开关 使用时只需发出声响 开关即导通工作 延时一分钟后 自动关闭 自动测光 光线强时不感应 也可调节 无触点电子开关 接通负载 的瞬间无冲击电压 延长负载使用寿命 红外线感应开关 全自动感应 人到灯亮 人离灯熄 无触点电子开关 接通负载的瞬间无冲击电压 延长负载使用寿命 自动测光 应用光敏控制 光线强时不感应 也可调节 随机延时 开关接通后 人不离开感应范围且在活 动 负载能持续工作 基于红外线技术的自动控制产品 当有人进入开关感应范 围时 专用传感器探测到人体红外光谱的变化 开关自动接通负载 人不离开且在 活动 开关持续导通 人离开后 开关延时自动关闭负载 人到灯亮 人离灯熄 亲 切方便 安全节能 按钮开关 按钮开关是现在使用最多 最普遍的开关 有各种类型 适 应于各种场所 产品特点 具有便宜 耐用 寿命长 稳定性好 抗干扰能力 强等特点 轻触延时开关和声光控制延时开关比较适合楼梯走廊和室内等处的灯光照明控 制开关 轻触延时开关只需轻触以下开关就可控制灯的关和开 还具有延时功 能 在一段时间内无人触摸的情况下灯会自动熄灭 这样可以起到节能的作用 所以在楼梯和走廊处用的比较多 声光延时开关现在也比较普遍 而且使灯光 的控制更加方便 不用动手就可以控制灯光的照明 它通过采集一定分贝的声 音或一定亮度的光照信号 再转变成电信号来达到控制的目的 1 1 2 延时开关的应用领域 随着科学技术的发展 公共场所照明控制手段也将逐步更新 除现在已有 的声光控开关外 还有微波感应开关和热释远红外感应开关 目前 微波感应 开关的抗干扰性能尚不理想 红外感应开关在性能上较为理想 但安装复杂 比较娇气 价格也偏高 比较适合在一些管理完善的场所如宾馆 大饭店楼道 及居家庭走廊应用 在普通住宅楼 办公楼道等场所的照明控制考虑到价格 管理及安装方便等因素 根据我国国情 可以预计在相当一段时期内 声光控 延时开关将是首选的主流产品 但在家庭走廊 宾馆等场所 声光控延时开关 并不是很适用 延时开关设计最主要的是延时元件 如 CMOS 与非门组成的触摸 式延时开关电路非常简单 只需要通过几个简单的 CMOS 延时分立元器件就可组 成触摸式延时开关电路 还有一种用利用电容充放电的延时来实现触摸式延时 开关电路的设计 这样就不需要其他集成芯片 一种新型的延时开关电路主要 由轻触开关 桥式整流电路 双向可控硅 复合管及电容和可变电阻等组成 通过 轻触开关的闭合给电容充电 断开后电容放电 经复合管放大后触发可控硅导通 达到延时之目的 可变电阻用于调整延时时间 目前基本上是用集成芯片来设计 延时开关电路 CD4017 是 5 位 Johnson 计数器 具有 10 个译码输出端 CP CR INH 输入端 时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能 对输入 时钟脉冲上升和下降时间无限制 CD4069 六反相器 NSC HIT TI CD4011 四 2 输入端与非门 HIT TI 等 CD40 系列的芯片加上芯片外围的与非门电路可以用来 设计延时开关电路 最常用的是用 555 定时器芯片来设计延时开关 555 定时 器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路 该电路使用灵活 方 便 只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等 因而 广泛用于信号的产生 变换 控制与检测 555 定时器产品有 TTL 型和 CMOS 型 两类 TTL 型产品型号的最后三位都是 555 CMOS 型产品的最后四位都是 7555 它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同 触摸式照明灯延迟开关电路 由 555 时基电路 电源电路 晶闸管开关电路及触摸电路等几部分组成 1 1 3 延时开关的发展趋势 延时开关的发展方向主要是向智能延时开关方向发展 现在的延时开关大多 数是不能控制开关延时时间的长短 没有自动识别功能 智能化的延时开关应 向以下几个方面发展 触摸屏控制方式 双亮度指示灯 在夜晚关灯后可知开关位置 电子启动 无触点火花 更安全耐用 精心呵护灯具 自动识别功能 停电再来电自动关灯 避免浪费电能 单火设计 新装和换装一样方便 多款外观风格和面板颜色 给用户更人性化的选择 适用所有主流灯具的控制 无需添加外围线路 延时功能设计 再也不怕关灯摸黑 设有多档位延时功能 更显人性化生活 1 2 555 定时器的应用 555 集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集 成器件 外加电阻 电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器 单稳电路 施密特触发器等 应用十分广泛 它是由上 下两个电压比较器 三个 5k 电阻 一个 RS 触发器 一个放 电三极管 T 以及功率输出级组成 比较器 C1 的反相输入端 5 接到由三个 5 k 电阻组成的分压网络的 2 3Vcc 处 5 也称控制电压端 同相输入端 6 为阀 值电压输入端 比较器 C2 的同相输入端接到分压电阻网络的 1 3Vcc 处 反相 输入端 2 为触发电压输入端 用来启动电路 两个比较器的输出端控制 RS 触发 器 RS 触发器设置有复位端 4 当复位端处干低电平时 输出 3 为低电平 控 制电压端 5 是比较器 C1 的基准电压端 通过外接元件或电压源可改变控制端的 电压值 即可改变比较器 C1 C2 的参考电压 不用时可将它与地之间接一个 O 01 F 的电容 以防止干扰电压引入 555 的电源电压范围是 4 5 18V 输出电流可达 100 200mA 能直接驱动小型电机 继电器和低阻抗扬声器 1 2 1 单稳态电路 单稳态电路的组成和波形下图所示 当电源接通后 Vcc 通过电阻 R 向电 容 C 充电 待电容上电压 Vc 上升到 2 3Vcc 时 RS 触发器置 0 即输出 Vo 为低 电平 同时电容 C 通过三极管 T 放电 当触发端 2 的外接输入信号电压 Vi 1 3Vcc 时 RS 触发器置 1 即输出 Vo 为高电平 同时 三极管 T 截止 电 源 Vcc 再次通过 R 向 C 充电 输出电压维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间 当 t tW 时 电容上的充电电压为 所以输出电压的脉宽 tW RCln3 1 1RC 一般 R 取 1k 10M C 1000pF 值得注意的是 t 的重复周期必须大于 tW 才能保证放一个正倒置脉冲起 作用 由上式可知 单稳态电路的暂态时间与 VCC 无关 因此用 555 定时器组 成的单稳电路可以作为精密定时器 1 2 2 多谐振荡器 多谐振荡器的电路图和波形图如下图所示 电源接通后 Vcc 通过电阻 R1 R2 向电容 C 充电 当电容上电 vC 2 3Vcc 时 阀值输入端 6 受到触发 比 较器 C1 翻转 输出电压 Vo 0 同时放电管 T 导通 电容 C 通过 R2 放电 当电 容上电压 Vc 1 3Vcc 比较器 C2 工作 输出电压 Vo 变为高电平 C 放电终止 又重新开始充电 周而复始 形成振荡 其振荡周期与充放电的时间有关 由仿真结果我们知道 电路的振荡周期 T 占空系数 D 仅与外接元件 R1 R2 和 C 有关 不受电源电压变化的影响 改变 R1 R2 即可改变占空系数 其值 可在较大范围内调节 改变 C 的值 可单独改变周期而不影响占空系数 另外 复位端 4 也可输入 1 个控制信号 1 2 3 施密特触发器 其回差电压为 1 3Vcc 若在电压控制端 5 外接可调电压 Vco 1 5 5V 可以改变回差电压 VT 施密特触发器可方便的地把三角波转换成方波 第二章 硬件电路设计 2 1 元器件 2 1 1 所用元器件 VTH 应采用触发电流较小的 1A 400 600V 小型塑封双向晶闸管 如 MAC94A4 MAC97A6 型等 VT 选用 9013 型等硅 NPN 小功率晶体管 要求 150 VD 选用 IN4001 IN4007 型等硅整流二极管 VD2 选用 IN4148 型硅开关二 极管 VS 最好选用 12V 1W 稳压二极管 如 UZP 12B IN4742 型等 R1 R4 均可用普通 1 8W 碳膜电阻器 R5 为触摸时安全隔离电阻 最好采 用 1 4W 金属膜高阻值电阻器 以确保使用者的安全 C1 用耐压 400 600V 的聚丙烯电容器 如 CBB 400V CBB 600V 型等 C2 C3 用耐压 16V 的铝电解电容器 C4 为普通瓷介电容器 M 可用面积为 15mm 15mm 左右的镀锡铁皮 用环氧树脂胶将其粘贴在 86 系列开关盒的塑料盖板上 在背面引出导线接电阻 R EL 为普通白织灯泡 功率以不超过 100W 为宜 2 2 控制电路 2 1 2 控制电路组成部分 555 时基电路 电源电路 晶闸管开关电路 触摸电路 2 2 3 各电路说明 555 时基电路 555 时基电路 A 也接成单稳态工作模式 平时 555 处于 稳定态 其 3 脚输出低电平 VTH 截止 灯 EL 不亮 电路如图 1 所示 图 1 555 时基电路 电源电路 直接 220V 电压接入 晶闸管开关电路 当有人触摸电极片 M 时 经人体泄漏的 50Hz 工频信号由高 阻电阻器 R5 注入晶体管 VT 的基极 经 VT 放大 信号的负半周足以使 VT 导通 555 时 基电路 2 脚即获得低电平触发信号 电路翻转进入暂态 3 脚输出高电平 经 R2 加到 VTH 的控制极 使 VTH 开通 EL 点亮发光 约经 t 1R3C3 暂态结束 555 时基电路翻 回稳态 3 脚恢复低电平 VTH 因失去触发电流当交流电过零时即关断 照明灯 EL 熄灭 晶闸管开关电路如图 2 所示 图 2 晶闸管开关电路 触摸电路 触摸电路如图 3 所示 图 3 触摸电路 2 3 电路原理 2 3 1 电路原理说明 延时开关可以单独由分立元件实现 在本设计中我选择 555 定时器来制作 多点控制触摸延时开关电路 由 555 时基电路 电源电路 晶闸管开关电路及 触摸电路等几部分组成 本开关触摸电路由晶体管 VT 放大电路完成 用它来取 代触摸式照明灯延迟开关 1 中的二极管 VT2 电路的其他部分均一样 555 时基电路 A 也接成单稳态工作模式 平时 555 处于稳定态 其 3 脚输出低电平 VTH 截止 灯 EL 不亮 当有人触摸电极片 M 时 经人体泄漏的 50Hz 工频信号 由高阻电阻器 R5 注入晶体管 VT 的基极 经 VT 放大 信号的负半周足以使 VT 导通 555 时基电路 2 脚即获得低电平触发信号 电路翻转进入暂态 3 脚输出 高电平 经 R2 加到 VTH 的控制极 使 VTH 开通 EL 点亮发光 约经 t 1R3C3 暂态结束 555 时基电路翻回稳态 3 脚恢复低电平 VTH 因失去触 发电流当交流电过零时即关断 照明灯 EL 熄灭 2 3 2 电路原理图 多点控制走廊延时开关电路原理图如图 4 所示 图 4 多点控制走廊延时开关电路原理图 3 1 结论 这次通过走廊开关的制作 给我最大的体会是对一个程序整体的把握和控 制 只有将子程序有效的结合起来 才能完成设计的目的 另外 在程序的调 试过程中 我也遇到了很多意想不到的困难 在老师的帮助和自己的不懈努力 下 我对伟福这款仿真软件有了更深的认识 将困难一一克服 使程序编译成 功 仿真实现 参考文献 1 阎石等 数字电路技术基础 第五版 北京 高等教育出版社 2006 5 2 罗怀平 王可健 黄雯青 孔军 朱鸿斌 杨国贤 奚风俊 朱新杰 金峰 GB16915 1C 4 2003 家用和类似用途电子开关 遥控开关 延时开关 系列国家标准 Z 国家科技成果 3 曾仲庆 省电延时开关 J 电子制作 1996 05 4 丁红星 戴丽莉 触摸延时开关及其改进 J 连云港教育学院学报 2000 03 5 薛立峰 手触式延时开关 J 电子制作 1997 04 6 2007 03 10 致谢 这次毕业设计让我受益匪浅 增加了我们的兴趣和开拓了我们的思维 同 时还培养了我们刻苦耐劳的精神 虽然在设计过程中遇到了很多意想不到的困 难 但在老师和同学的帮助 还有自己的不懈努力下 最终将困难一一克服 圆满的完成了这次毕业设计 在此 特别感谢宋老师以及各位同学在我毕业设 计中所做出的指点和帮助