楼道触摸延时开关毕业设计

毕业设计报告题目：楼道触摸延时开关
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尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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涉密论文按学校规定处理。

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8）致谢
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2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
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图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
教研室（或答辩小组）及教学系意见
目录
第一章绪论 (2)
第二章单元电路设计 (3)
2.1楼道触摸延时开关工作原理 (3)
2.25V直流稳压电源电路设计 (3)
2.2.1 直流稳压电路 (4)
2.2.2 整流电路 (5)
2.2.3 滤波电路 (6)
2.3 触摸延时电路 (8)
2.3.1 NE555定时器的基本结构 (8)
2.3.2 延时电路设计 (10)
2.4 控制电路 (11)
2.4.1 继电器介绍 (11)
2.4.2 控制电路设计 (12)
2.5 电路仿真 (13)
第三章实物制作与调试 (16)
3.1元件安装 (16)
3.2硬件调试 (16)
第四章总结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
附录 (20)
第一章绪论
随着电子工艺的发展，开关的种类也越来越多。

声控开关、光控开关、机械开关等逐步走进人们的生活中。

为了满足人们对开关越来越高的要求，促使我们寻求更为理想的开关电器设备替代元件，方便人们生活。

楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型电子节能开关，可广泛应用于多层住宅和办公楼的走廊、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以用于家庭的安装。

本次设计利用模拟电路和数字电路，以直流稳压电源电路、NE555单稳态电路和继电器控制电路组成触摸延时开关。

触摸延时开关为人体触摸感应开关，需要开灯时，手指轻轻触摸开关的感应区，电灯自动点亮，延时一分钟，电灯自动熄灭。

触摸延时开关具备的功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠
第二章单元电路设计
2.1 楼道触摸延时开关工作原理
灯泡继电器控制电路NE555单稳态电路
220V交流电源变压器整流电路稳压电路
图2-1 触摸延时开关电路结构框图
220V的交流经过变压器降压得到一个12V的交流电压，再经过整流和滤波得到一个12V的直流电，最后经过三端稳压器L7805稳压得到一个稳定的5V直流电压，它为NE555定时器提供工作电压。

开灯的时候，由手指轻触一下感应区，触发信号电压加至NE555的触发端，此时NE555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，电灯泡点亮。

同时，电源通过定时电阻给定时电容充电，定时开始，延时60S后NE555的输出端由高电平变回低电平，继电器释放，220V交流电形成的回路断开，此时，灯泡熄灭。

2.2 5V直流稳压电源电路设计
直流稳压电源是一种将交流电压变成直流电输出的电路。

它的功能就是将输入的交流电变成需要的、稳定的直流电压输出。

直流稳压电路由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成，电路组成框图如图2-2所示。

泸州职业技术学院第二章单元电路设计
图2-2 直流稳压电路的组成
图2-3 直流稳压电路图
变压器的作用是将220V的交流电压变成需要大小的交流电压；整流电路的作用是将交流变成脉动直流；滤波电路的作用是将脉动直流滤成平滑直流；稳压电路则是完成输出稳定的电压，供给负载电路。

2.2.1 稳压电路
集成稳压电路具有体积小、重量轻、可靠性高、使用方便等一系列优点，因而得到广泛应用，它已逐渐取代由分立元件组成的稳压电路。

集成稳压器有输出正电压的7800系列和输出负电压的7900系列。

输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等档次。

本设计需要5V的直流电压为NE555提供工作电压，故选用L7805稳压。

① ② ③ ① ② ③
78** ：①—输入、②—地、 ③—输出
79** ：①—地、②—输入、 ③—输出
根据要求U 0=5V ，故选用L7805。

稳压器压差为︱U 1︱﹣︱
U 0︱≥2V ，现取3V 。

那么U 1=5+3=8V 。

直流稳压电源工作时的最大电
流I omx =300mA,稳压器的输入电流即为I ′O =I omx =300mA 。

电源变压器二次侧电压有效值为
U 2≥
1.2U1=V 2
.18≈6.67V （2-1） 取U 2=7V
整流电路的等效负载：
R ′L =
o I'U22.1=30072.1⨯=28Ω （2-2） 2.2.2 整流电路
整流原理：利用二极管的单向导电性，将大小和方向随时间变化
的交变电流变成只有大小变化而无方向变化的脉动直流。

如图1-4所
示。

图2-4 单相桥式整流电路
在图2-4中，VD1~~VD4，为整流二极管，变压器和四只二极管接成电桥式电路结构。

R L为负载电阻。

负载和整流二极管参数计算：
在桥式整流电路中，四个二极管分二次轮流导通，流经每个二极管的电流，为负载电流的一半。

选择二极管时I F≥I D，即
I F≥I D=1/2I L（AV）=0.45U2/R L=0.45⨯7/28=112.5mA （2-3）
二极管截止时的最大反向电压U DM等于U2的最大值，即
U RM≥U DM=2U2≈10V （2-4）负载电流：
I L=U0/R L=5V/28Ω≈0.18A （2-5）
变压器二次变压有效值：
I2=I L/0.9≈0.18A/0.9≈0.2A （2-6）电源变压器伏安容量：
U2I2=7V⨯0.2A=1.4VA （2-7）取变压器变压效率η=0.6,则
U2I2=1.4VA/0.6≈2.33VA （2-8）2.2.3 滤波电路
常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复合滤波电路，本次设计采用电容滤波。

电容滤波就是将电容器与负载电阻R L并联，利用电容器两端电压不能突变的原理滤除脉动直流中的交流成分。

电路如图
泸州职业技术学院第二章单元电路设计2-5所示。

图2-5 电容滤波电路
工作原理：电容滤波就是利用电容器存储电能的作用。

当U2使二极管导通时，给电容C充电，电容上的电压升高。

当电容器上的电压高于U2，电容停止充电，电容这时向负载RL放电，电容的电压下降。

电容上电压就是滤波电路的输出电压。

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。

电容C越大，负载R L越大，滤波后输出电压越平滑，且其平均值越大。

电容参数计算：
R L C≥（3～5）T/2 （2-9）式中T是交流电的周期（T=1/频率）
C≥()
L
R'
2
5
~
3
T
=
()
28
10
20
2
1
5
~
33-
⨯
⨯
≈0.00107～
0.00179F
泸州职业技术学院第二章单元电路设计
≈1070～1790uF （2-10）取C=1000uF
电容耐压值
U RM≥U DM=2U2≈10V （2-11）取U RM≥25V，所以应选1000uF/25V的电容。

2.3 触摸延时电路
555定时器时一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

由于它具有应用灵活，性能优越且价格低廉等优点，在电子产品的制作中被人们广泛使用。

在实际应用中只要适当改变其外接电路，增加少量的外接器件就能得到多种多样的应用电路。

2.3.1 555定时器的基本结构
图2-6是555集成定时器的电路结构及符号。

555集成定时器由五部分组成：分压器、比较器、基本RS触发器、晶体管开关和输出缓冲器。

泸州职业技术学院第二章单元电路设计
图2-6 555集成定时器的内部结构
1：GND接地
触发输入
2：
TR
3：OUT输出
复位
4：
R
5：CO控制电压
6：TH阈值输入
7：DIS放电端
泸州职业技术学院第二章单元电路设计
8：VCC电源
2.3.2 延时电路设计
触摸延时开关，使用时只要用手摸一下开关上的触摸电极片，电灯就会点亮，延时一段时间后，电灯自动熄灭。

图2-7 延时电路图
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C1通过555第七脚放电完毕，第三脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。

当需要开灯时，用手触摸一下触摸端，触发信号电压由C2加至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，电灯点亮。

同时，555第七脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，
泸州职业技术学院 第二章 单元电路设计
这就是定时的开始。

当电容C 1上电压上升至电源电压的2/3时，555第七脚导通使
C 1放电，使第三脚输出由高电平变回低电平，继电器释放，电灯熄灭，
定时结束。

定时长短由R 1、C 1决定：
T 1=1.1R 1⨯C 1 （2-12）
参数计算：
根据设计需要延时60S ：T 1=60S ，设C 1=100uF
由公式（2-12）可得：
R 1=11.1T1C =00001
.01.160⨯S ≈550K Ω 2.4 控制电路
2.4.1 继电器介绍及应用
继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就
是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。

继电器的开关特性在很
多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。

时间继电器是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通
常它可在交流50Hz 、60Hz 、电压至380V 、直流至220V 的控制电路
中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。

可广泛应用于电力拖
动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中
起时间控制作用。

继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根
据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制
的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，
能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。

继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。

可编程控制器简称作PLC。

它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。

它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点。

2.4.2 控制电路
在楼道触摸延时开关设计中，控制电路主要是通过继电器的通断来实现电灯泡的亮与灭。

电路中，NE555的输出端与继电器线圈两端反相并联了一个二极管，它的作用是避免在继电器由吸合状态转为释放状态时，线圈上的反动电势击穿NE555。

在并联了二极管后，在继电器由吸合状态转为释放状态的瞬间，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，从而避免产生反动电势，确保了NE555的安全。

图2-8 控制电路
工作原理：当NE555输出为高电平时，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，电灯亮。

当NE555输出为低电平时，继电器线圈断电后，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）释放，电灯灭。

2.5 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，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，以及输入信号、整流、滤波、稳压电路仿真。

泸州职业技术学院第二章单元电路设计
图2-9 直流电源输出电压仿真图
各功能电路仿真测试：
图2-10为输入信号仿真波形，输入信号为完整的正弦波。

经过整流、滤波、稳压后，波形依次如图1-11、1-12、1-13所示。

图2-10 输入电压仿真波形
图2-11 整流电路仿真波形
图2-12 滤波电路仿真波形
图2-13 稳压电路仿真波形
第三章实物制作与调试
3.1 实物制作
本设计中焊接时注意电解电容的极性，NE555集成电路的方向，焊接要注意不要短路。

把握好时间，对于温度比较敏感的，焊接的时间不要太长，一免烧坏原件。

3.2 调试
第四章总结
经过对触摸延时开关电路的软件仿真，以及结合所学理论知识分析，达到了最初的设计要求。

能够成功的按要求控制照明灯电路，实现用手触摸电极片灯泡点亮，并在延时60S左右后自动熄灭，从而验证了电路的可行性，说明系统设计所需元件参数选取符合要求。

楼道触摸延时开关已经在早些年就服务于大众了，但是对于相关知识了解甚少。

在本次的“楼道触摸延时开关设计”中，充分运用所学的模拟电子技术基础知识、以及搜集的大量资料。

明白了楼道触摸延时开关的基本原理，并且用所学知识对一些电路图改进，使其性能更加优良。

在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的巩固了之前学到的模拟电子相关知识。

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，不仅会熟练的运用计算公式，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。

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。

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。

因为所学知识、能力和水平所限，在本次设计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，以便以后不断改进。

泸州职业技术学院
致谢
这次的毕业论文设计总结是在我的指导老师XX老师亲切关怀和悉心指导下完成的。

从毕业设计选题到设计完成，X老师给予了我耐心指导与细心关怀，有了X老师耐心指导与细心关怀我才不会在设计的过程中迷失方向，失去前进动力。

X老师有严肃的科学态度，严谨的治学精神和精益求精的工作作风，这些都是我所需要学习的，感谢X老师给予了我这样一个学习机会，谢谢！
参考文献
【1】模拟电子技术基础/刘慰平主编.—北京：北京理工大学出版社，2008.2
【2】模拟电子技术基础/陈梓城主编.—北京：高等教育出版社，2003.12
【3】数字电子技术/刘守义主编.—2版.—西安：西安电子科技大学出版社，2003.6
附录：楼道触摸延时开关电路图
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本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。

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□公开□保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)
作者签名：_______ 导师签名：_______
_______年_____月_____日_______年_____月_____日
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二〇一〇年九月二十日
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（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
致谢
时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。

首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。

本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。

本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。

经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。

这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。

没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。

首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。

郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。

从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。

再次对周巍老师表示衷心的感谢。

其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。

另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。

最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。

四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。

从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。

感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

学友情深，情同兄妹。

四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。

最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。

是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。

老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。

他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。

在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。