触摸式延时小夜灯课程设计.docx
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触摸式延时小夜灯课程设计
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目触摸式延时小夜灯
学生姓名许航
专业班级14通信工程1班
学号201451021
所在系信息工程学院
指导教师邱丽莉
完成时间2015年12月30日
郑州科技学院
微机原理与接口技术课程设计任务书
专业14级通信工程班级1班学号201451021姓名许航
一、设计题目触摸式延时小夜灯
二、设计任务与要求
1.设计一款触摸式的延时小夜灯。
2.功能是用手触摸电路中的输入端金属片后小夜灯点亮，并延时30s后自动熄灭。
34.进行电路的安装并确保电路正常。
5.完成课程设计报告并上交作品。
三、参考文献
[1]张晓东.新颖有趣的延时小夜灯[J].广电电器网.2013.1.29:
1~3.
[2]余俊芳.触摸式延时小夜灯[J].XX文库.2011.12:
4~5.
[3]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京:
高等教育出版社.2012.33~35.
[4]王港元.电工电子实践指导（第二版）[M].江西科学技术出版社.2005.34~36.
[5]杨振江.新颖实用电子设计与制作[M].西安电子科大出版社.2000.23~25.
四、设计时间
2015年12月21日至2015年12月30日
指导教师签名：
年月日
摘要
触摸式延时小夜灯的产生可以极大地方便老人和小孩在晚上解便，用手触摸一下输入端金属片小灯泡自动点亮。
并持续一段时间后自动熄灭。
该触摸式延时小夜灯运用放大电路等一些电子元件达到理想的效果。
触摸延时小夜灯比较适合楼梯走廊和室内等处的灯光照明，触摸延时小夜灯只需轻触一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。
关键词：
触摸延时放大
目录
1课程设计的目的1
2课程设计的任务和要求2
3引言3
4设计方案与论证4
4.1方案设计4
4.2方案论证5
5电路原理介绍7
5.1单元电路设计8
5.2仿真9
6硬件安装与调试11
6.1元件的焊接与安装11
6.2硬件的调试11
总结12
参考文献13
附录一：
原理图14
附录二：
实物图15
附录三：
元器件清单表16
1课程设计的目的
模拟电子技术课程设计是继模拟电子技术理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。
它的目的在于提高学生理论联系实际的水平，把所学到的书本知识转化为实践能力,培养正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
培养综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。
通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、电路绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。
2课程设计的任务和要求
设计任务：
1.设计一款触摸式的延时小夜灯。
2.先进行仿真实验，用软件代替实际焊接，达到效果后再进行实际焊接。
3.进行电路的安装，并确保电路正常。
4.完成后递交课程设计报告并上交作品。
要求：
用手触摸电路中的输入端金属片后小夜灯点亮，并延时30s后自动熄灭。
3引言
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，照明智能化进程也从公共照明的节电控制开始。
用普通开关去控制楼道里的照明灯常常会出现“长明灯”现象，这样会造成资源的浪费。
适宜于门厅、楼梯和楼道中使用的触摸式延时小夜灯，大幅度节省照明用电，照明灯的实际使用寿命也明显延长。
用手一摸延时触摸灯的触摸片电灯亮一分钟左右自动熄灭，既节电又十分方便.使用这种开关可节电80％,延长灯泡寿命5倍以上,触摸开关本身使用寿命可达10万次以上。
这类设计是受到欢迎和推广的。
但自从几百年前爱迪生发明电灯以来，电灯就在不断的发展，在现代电子技术工作者，给电灯赋予了各种各样的功能，使其演变成了自动化和智能化，更好地方便人们的生活。
触摸式延时小夜灯被广泛应用到各个家居、楼道等场合。
本课题旨在方便大众，为家居设施的智能化和现代化的发展做出贡献。
对于当今社会各种智能化的建筑来说是非常不实用的。
随着人类社会的进步和电子科技的发展，人类发挥着自己的聪明才智制造出各种智能控制灯泡的东西。
触摸式延时小夜灯的产生可以极大地方便广大人群，用手触摸一下金属片小灯泡自动点亮。
并持续一段时间后自动熄灭。
4设计方案与论证
4.1方案设计
方案一：
图4-1触摸式延时小夜灯电路原理图
该触摸式延时小夜灯电路图见图4-1．其原理是：
当手指没有触摸到触摸片S时，反相器I的输入端（即六反相器CD4069
（1）脚）因R1供电而呈高电平，反相后其输出端为低电平：
二极管VD截止，反相器Ⅱ的输入端（即CD4069③脚）也为低电平，此时电容C1正、负极板充满了上正下负电荷，③脚低电平经反相器Ⅱ反相后输出端（即CD4069④脚）输出高电平．再经反相器Ⅲ再次反相后仍输出低电平，所以三极管VT截止．高亮度发光二极管LED不亮。
若用手指触摸电极S后，由于人体电阻远小于R1的阻值，故反相器I的输入端由开始的高电平变为低电平，反相后其输出端输出高电平，二极管VD导通．电容器C1开始放电．反相器Ⅱ输入端逐渐上升为高电平．于是反相器Ⅱ的输出端变为低电平，经反相器Ⅲ再次反相后．其反相器Ⅲ的输出端（即CD4069⑥脚）输出高电平，经电阻R3加至三极管VT的基极使其饱和导通，发光二极管LED发光。
当人手离开触摸板S后．虽反相器I的输入端变为高电平，输出端变为低电平．VD重新截止，但由于C1两端电压不能突变，即CD4069③脚与⑥脚仍维持高电平．即LED仍发光。
不过与此同时．电源已经通过R2对电容C1重新充电．因而CD4069③脚电位开始下降，当电平降至1／2VDD（电源电压）时，也就是发光二极管熄灭时．反相器Ⅱ、Ⅲ输入和输出电平均发生翻转，即CD4069⑥脚由开始高电平变为低电平，VT截止．发光二极管熄灭．因此发光二极管点亮时间就是该电路的延迟时间，主要由R2、C1的充电时间常数决定。
其触摸片取一块20mm×20mm的单面敷铜板，用小刀将铜箔刻成正、倒梳齿状态，正、倒齿上各焊一根引线作为两个电极．然后用502胶将触摸片粘在外壳上，为使手触摸时接触良好，最好在触摸片铜箔面上镀上一层锡，有条件镀一层银更好。
每次触摸后发光二极管的点亮时间根据各人具体要求不同．自行改变R2或C1的数值（电阻阻值、电容容量越大．小夜灯点亮时间越长）【1】。
方案二：
该方案由触摸电路、灯泡控制电路、延时电路和负载组成。
首先，电路接通后不会马上点亮，人体本身带有一定电荷，当人的手接触导体时，这些电荷就经人手转移到导体上，形成瞬间的微弱的电流，这一微弱的电流经过三极管放大后就可以控制较大的负载开关动作，从而达到触摸延时。
RC电路中电容在充放电过程中起到不同的作用进行延时，三极管直接耦合形成放大和开关电路和NPN管和PNP管互补连接放大信号。
图4-2触摸延时电路框架图
4.2方案论证
方案一：
本电路采用CD4069芯片，内部由六个COS/MOS反相器电路组成。
此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。
CD4069芯片反相器分为I部分、II部分和III部分。
逐级进行反相。
通过CD4069芯片各个管脚的高低电平的转换来导通电路中的三极管等元件，从而对电容进行充电和放电，进而达到延时的效果。
方案二：
该电路主要使用电阻电容和三极管构成。
利用人体感应电流将三极管进行导通，在导通瞬间即可对电容进行充电。
在手指松开后电容可以及时对负载进行充电，从而使LED灯正常工作。
相同点：
两个方案都能完成实验设计的基本要求。
不同点：
方案一使用的元件较多，且使用CD4069元件连接较为麻烦。
导通所需要的条件较多，导通过程较为复杂。
方案二元件较为简单，容易导通，电容能够快速的充放电。
且容易连接操作。
此次制作选择的方案是方案二，因为其制作简单，原理简单易懂，并且造价相对便宜。
5电路原理介绍
触摸延时小夜灯电路图5-1所示，电路由触摸电路、延时电路、控制电路和负载组成。
VT1和VT2组成直接耦合的两级放大电路，VT3构成开关电路。
金属片M和限流电阻R6接在VT1的基极，当其悬空时，由于基极开路，VT1、VT2处于截止状态，因此VT3也截止，LED中无电流流过而不发光。
当人手接触金属片M时，人体电荷经R6流入VT1基极，VT1迅速导通将此瞬间电流放大后驱动VT2饱和导通，使VT2的集电极电位降为低电平，并使VT3也随之导通，LED中有电流流过而发光。
图5-1触摸延时小夜灯原理图
在VT2瞬间饱和导通的同时，集电极电流对电容C快速充电至接近12V，但瞬间电流消失后，VT1、VT2截止，由于C分别与R3和VT3发射结，以及R2构成放电回路的时间常数较大，使电容C所储存的电荷放电比较慢，VT3在一段时间内仍保持导通，LED继续发光，直到VT3的集电极电流减小到不足以使LED发光。
5.1单元电路设计
1.触摸电路
利用人体的导电性质，通过金属片把人体感应电压输入电路中，再经过放大元件放大作用于电路。
图5-2触摸电路
触摸金属触片M，人体的50HZ感应电流经R6分压，把电压供给VT1的基极使三极管导通。
从而把电流供给给下一级电路。
2.延时电路
图5-3延时电路
延时电路其主要作用是实现灯泡的延时，它是利用电容的充放电来实现延时作用的，电容充放电时，电容极板上的电压在时刻变化着。
如图5-3，其原理：
在通电瞬间电路中有电流流通。
此时电容正在充电，其两端的电位差vcc逐渐增大。
一旦电容两端电压vcc增大至与电源电压V相等时，电容充电完毕，电路中再没有电流流动，而电容的充电过程完成，电容负极板电势逐渐下降，最后负极变为低电平；手指触摸M时，由触摸电路可知，负极变为高电平，此时电容开始放电；手指离开M后，由于电容两极板电压不能突变，所以负极不能立即变为低电平，这时电源对电容重新充电，负极电压降低，最后变为低电平。
所以该电路在原电路中的作用是负极的高电平延长一段时间再变为低电平。
电路的延时时间与电容、电阻R2和R3有关【2】。
电容电阻和延迟时间的关系如表5-1所示：
C1（μF）
R2（KΩ）
R3（KΩ）
延迟时间（S）
100
100
2
30s
100
100
5.5
60s
100
150
5.5
90s
100
22.
5.5
135s
表5-1电容、电阻和延迟时间的关系
5仿真
按照电路的原理图在仿真软件Multisim中将元件连接好。
如图5-4所示
（注：
仿真过程中9013用2N5551代替，9012用2N3905代替，用输出为50HZ的函数信号发生器代替手指触摸金属片的动作。
如图5-5所示：
图5-5触摸式延时小夜灯触摸电路
从仿真过程中可见，当手指触摸金属片后LED点亮，当手指松开后会继续点亮30秒左右自动熄灭。
经示波器输出检测，原来的输入信号的电压被放大了足以点亮灯泡。
示波器检测波形如图5-6所示：
图5-6触摸式延时小夜灯仿真波形图
6硬件安装与调试
6.1元件的焊接与安装
在组装过程中先把元件的一个管脚焊接到电路板上，然后再把元件紧贴电路板把另外的管脚焊接上，然后按照电路图用焊锡把元件连接起来。
安装时先进行触摸电路的安装，然后进行延时电路的安装，再进行灯泡控制电路的安装，最后进行负载安装和整个电路的检验。
6.2硬件的调试
连接好以后进行通电测试，接上12V的电源，用电压表测量VT2集电极电位在手触摸M前后的变化，看是不是从高电平跳变到低电平。
一开始是接通电源后就常亮，不用触摸就会亮不会延时，经过仔细检查线路发现其中电容处电路断路。
再次焊接好以后LED可以在手触摸输入端的金属片后实现延时效果。
总结
虽然这次课程设计是那么短暂的两周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次课程设计使我做事的耐心和仔细程度得以提高。
课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对本学期所学知识的复习和巩固。
通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。
通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。
同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。
因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。
此次设计让我明白了一个很深刻的道理：
团队精神固然很重要，但人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
在课程设计过程中。
我们要比较系统的了解模拟电子技术设计中的每一个环节，包括从总体设计原则到电路的设计、组装和调试，本次设计综合一学期所学的专业课程，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。
感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。
参考文献
[1]张晓东.新颖有趣的延时小夜灯[J].广电电器网.2013.1.29:
1~3.
[2]余俊芳.触摸式延时小夜灯[J].XX文库.2011.12:
4~5.
[3]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京:
高等教育出版社.2012.33~35.
[4]王港元.电工电子实践指导（第二版）[M].江西科学技术出版社.2005.34~36.
[5]杨振江.新颖实用电子设计与制作[M].西安电子科大出版社.2000.23~25.
附录一：
原理图
附录二：
实物图
附录三：
元器件清单表
序号
名称
数量
1
2N5551三极管
1
2
9012三极管
1
3
9013三极管
1
4
1MΩ电阻
1
5
1KΩ电阻
1
6
100KΩ电阻
1
7
2MΩ电阻
1
8
51KΩ电阻
1
9
300Ω电阻
1
10
LED发光二极管
1
11
导线
若干
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