触摸延时开关设计

触摸延时开关设计

2014年5月21日

一、设计介绍

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。

二、设计原理

设计电路如下：

三、单元电路设计及相关参数计算

1、照明灯电路：

照明电路采用100V 交流输出，将功率为100W 的灯泡之串联。

2、电源电路

电源电路如下：

电子系统的正常运行离不开稳定的电源，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上图所示整流电路。

本设计采用12V电压为电路供电，为得到12V直流电源，将220V频率为50Hz的交流电输入变压器（变比为11:1），经过整流桥整流得到直流电，通过电阻R1限流及稳压二极管将输出电压维持在12V，为其他电路提供稳定的工作电压。变压器副边输出电压脉冲系数大故应将直流电通过电容滤波。理想情况下交流分量可通过电容C3全部滤除，使输出电压仅为直流电压，一般取RC>(3-5)T/2 其中T为电源交流电压的周期。要得到稳定的直流电滤波后通过电阻R4限流再经稳压二极管1N963，使输出电压稳定为12V。稳压二极管参数如下表所示

参数计算：

取变压器变比为11：1进行计算

变压器副边电压

U2=220/11=22V

交流电通入整流电路，经过全波整流的电压平均值

020.919.8U U V ==

因稳压二极管最大工作电流为40mA,计算电阻4R ：

04/40I U R mA =<

得4R >495Ω，取4R =550Ω

3、延时电路

NE555外形如上图所示

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：3～18V

电路原理：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1C 通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器K1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1C 加至

555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器K1吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过2R 给1C 充电，这

就是定时的开始。

当电容1C 上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚导通使

1C 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21C R 和决定：

T=1.111RC

根据设计需要延时一分钟T=60S ，取1C =100μF 由上述可得

2605501.10.00001

R K =≈Ω⨯

4、控制电路

控制电路如下：

控制电路主要由继电器与二极管组成，通过继电器的通断来控制灯泡的亮与熄灭。电路中，继电器线圈两端反相并联了一只二极管，它是用于保护集成块的，不可省去，否则在继电器由吸合状态转为释放时，由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势，极容易导致集成块击穿。并联了二极管后，在继电器由吸合变为释放的瞬间，线圈将通过二极管形成短时间的续流回路，使线圈中的电流不致突变，从而避免了线圈中反电动势的产生，确保了集成块的安全。

工作原理：当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，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。

控制电路参数要求：继电器由NE555三脚输入电压决定，由于NE55的供电电源是12V，所以3脚输出电压略等于12V 。可以选

用额定电压12V的继电器，二极管选用普通二极管

四、电路仿真

直流电源输出如下：

当开关被触摸后，电路如下：

即灯泡变亮，经过计时，灯泡亮的时间约为1min，实现了电路要求。

五、总结

通过本次对楼道触摸延时开关的设计，使我学习到了许多的

新知识。对于楼道触摸延时开关的设计，主要部分包括直流稳压电

源经过整流、滤波、稳压为NE555提供工作电压；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；由继电器组成的控

制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制。

在此次设计中，我们通过网络和参考书籍得到了我们所需要的元件及其参数，并通过多次调试得出了较为成功的电路设计，最终圆满完成了此次设计任务。在本次设计中，我们小组成员齐心合作，既收获了新知识，也进一步提升了我们对电路知识的了解，更是对以前所学知识的一次升华。感谢老师给予我们的锻炼机会！