楼道触摸延时开关课程设计

楼道触摸延时开关一．设计目的1. 进一步熟悉和掌握数字电子电路的设计方法和步骤2. 进一步将理论和实践相结合3. 熟悉和掌握仿真软件的应用二．设计任务（内容）（1）设计一楼道触摸延时开关，其功能时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。

二．设计要求1. 完成全电路的理论设计2. 参数的计算和有关器件的选择3. 对电路进行仿真4. 撰写设计报告书一份；A3图纸至少一张。

报告书要求写明以下主要内容（1）总体方案的选择和设计（2）各个单元电路的选择和设计（3）PCB的制作及仿真过程的实现参考资料[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006[2]王兆安.电力电子技术（第四版）北京：机械工业出版社，2000[3]杨志忠.集成电路及元器件使用手册北京：机械工业出版社2010[4]朱定华. 电子电路实验与课程设计北京：清华大学出版社，2009楼道触摸延时开关课程设计目录第一章设计原理 (3)第二章电路的设计 (4)2.1触摸延时电路的设计 (4)2.1.1 555计时器 (4)2.1.2 延时电路设计原理 (5)2.2桥式整流电路原理 (6)2.2.1单项桥式整流电路组成 (6)2.2.2单项桥式整流电路工作原理 (6)2.3滤波电路和稳压电路 (7)2.3.1滤波电路 (7)2.3.2稳压电路 (8)2.4控制电路的设计 (10)2.4.1继电器的基本原理 (10)2.4.2电磁式继电器 (11)2.4.3控制电路的设计 (12)2.5整体系统的概述 (13)第三章电路的仿真 (14)3.1 Multisim (14)3.2仿真 (15)第四章心的与体会 (19)附录 (20)附录一 (20)附录二 (23)第一章设计原理楼道触摸延时开关是一种新型电子节能开关，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。

需要开灯时，手指轻轻触摸开关的感应区，电灯自动开启点亮，延时一分钟，电灯自动关闭熄灭。

该操作简单，实用节能，又没有声控开关有声音就亮的弊端。

触摸式延时控制开光具备以下功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。

为完成设计要求，设计电路应由如下几个部分组成：1.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。

2.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。

3.由单项桥式整流电路，闻言管等构成5V的直流电源。

设计原理图如下：由设计原理图可知该电路应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路的时可将各个部分分别设计，独立选择器件，独立测试，最后将这几部分进行组装、调试，达到设计完整楼道触摸延时开关的目的。

第二章电路的设计2.1触摸延时电路的设计2.1.1 555计时器555计时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。

此电路后来竟风靡世界。

目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。

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。

2.1.2延时电路设计原理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。

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2C 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1R 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1R 、1C 决定：1T =1.111C R ⨯ 根据设计需要延时一分钟1T =60s ，设1C =100μF ，则1R =111.1C T =00001.01.160⨯S≈550K Ω2.2桥式整流电路原理整流电路是利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连， 负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单向的脉动电压。

2.2.1单项桥式整流电路组成2.2.2单项桥式整流电路工作原理U2图2-1触摸延时电路原理图2-2单项桥式整流电路设变压器副边电压t U u ωsin 222=，U 2为其有效值由图2.2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2-3所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。

图2-3桥式整流电路电流、电压波形2.3滤波电路和稳压电路2.3.1滤波电路滤波电路利用电阻抗元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容器 C 对直流开路，对交流阻抗小，所以 C 应该并联在负载两端。

经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

电路工作原理滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。

电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

当 U 2 为正半周并且数值大于电容两端电压 UC 时，二极管 D1 和 D 3 管导通，D 2 和D 4 管截止，电流一路流经负载电阻 RL ，另一路对电容 C 充电。

当 UC ≥ U 2 ，导致 D1 和 D 3 管反向偏置而截止，电容通过负载电阻 RL 放电， UC 按指数规律缓慢下降。

当 U 2 为负半周幅值变化到恰好大于 UC 时， D 2 和 D 4 因加正向电压变为导通状2.3.2稳压电路1.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2-4 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。

2稳压电路U1图2—5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。

2.4控制电路的设计2.4.1继电器的基本原理1 继电器的定义继电器是一种电控制器件。

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）之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“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。

具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

2 继电器的分类继电器按其工作原理不同又可分为电磁继电器，固态继电器，热敏干簧继电器，磁簧继电器，光继电器，时间继电器，高频继电器，极化继电器等。

按其负载大小又可分为微功率继电器，弱功率继电器，中功率继电器，大功率继电器等。

按其反应类型又可分为电流继电器，电压继电器，功率方向继电器，阻抗继电器，频率继电器，气体（瓦斯）继电器等按其在保护回路中的作用又可分为启动继电器，度量继电器，时间继电器，中间计时器，信号继电器，出口继电器等。

3 继电器的作用继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）.扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。

2）.放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。

3）.综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。

4）.自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

2.4.2电磁式继电器1电磁式继电器结构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”。

图2—6 继电器接线图2电磁式继电器工作原理继电器的工作原理是，当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力，吸动衔铁带动弹簧，使触点1、2断开，1、3接通，当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、2接通，1、3断开，我们只要把需要控制的电路接在触点1、2间（1、2称为常闭触点）或触点1、3间（称为常开触点），就可以利用继电器达到某种控制的目的。