楼道触摸延时开关设计报告.docx
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楼道触摸延时开关设计报告
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】彭介华.电子技术课程设计指导【M】.北京：
高等教育出版社
【2】孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计【M】.北京：
高等教育出版社
【3】谢自美.电子线路设计•实验•测试（第二版）【M】.武汉：
华中科技大学出版社
【4】康华光.电子技术基础：
模拟部分.北京：
高等教育出版社，1988。
第一章方案选择和设计原理……………………………………3
第二章单元电路的设计…………………………………………4
2.1楼道触摸延时开关工作原理…………………………………4
2.2直流稳压电源设计……………………………………………4
2.2.1桥式整流电路…………………………………………5
2.2.2滤波电路………………………………………………5
2.2.3稳压电路………………………………………………7
2.3触摸延时电路…………………………………………………9
2.3.1延时电路的设计………………………………………9
2.4控制电路………………………………………………………12
2.4.1继电器原理……………………………………………12
2.4.2控制电路的设计………………………………………14
第三章电路的仿真………………………………………………16
3.1Multisim应用介绍………………………………………16
3.2直流稳压电源的仿真……………………………………16
3.3由555定时器构成的单稳态延时电路的仿真…………17
第四章总结………………………………………………………19
参考资料…………………………………………………19
附录一555定时器………………………………………………20
附录二触摸延时开关各元器件清单……………………………22
附录三触摸延时开关电路图……………………………………23
第一章方案选择和设计原理
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。
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。
第二章单元电路的设计
2.1楼道触摸延时开关工作原理
从应用的安全因素考虑，用隔离变压器对交流电进行降压，得到一个12V的交流电，进整流，滤波得到一个12V的直流电源，在经过L7805稳压得到一个稳定的5V电压，为NE555提供工作电压。
当需要开灯时，用手触碰一下开关，触发信号电压加到555的触发端，使555的输出由低电平变为高电平，继电器吸合，220V交流电形成回路，点灯点亮。
同时，电源通过电阻给电容充电，开始定时。
大约一分钟左右，555的输出端由高电平变为低电平，继电器释放，220V交流电形成的回路断开，点灯熄灭。
2.2直流稳压电源设计
2.2.1桥式整流电路
桥式整流电路是利用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。
RL
1.桥式整流电路工作原理
电路中采用四个二极管，互接成桥式结构，利用二极管单向导电性，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1，D3导通，D2，D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周，与此相反。
2.整流二极管参数计算
正向平均电流：
IF≥ID=1/2I′O=1/2（308mA）=154Ma
最大反向电压：
URM≥UR（max）=√2U2=√2*8.3V=11.7V
3.电源变压器容量
副边电流有效值：
I2≈（1.5--2）I′O
取I2=500mA
副边容量：
P2=U2I2=8.3*0.5VA=4.15W
原边容量：
因为变压器效率η=0.6
所以P1=P2/η=6.9W
故平均容量为：
P=（P1+P2）=1/2（4.15+6.9）W=5.5W
2.2.2滤波电路
滤波电路利用电阻抗原件对交直流阻抗的不同，实现滤波。
电容C对直流开路，对交流阻抗很小，所以C并联在负载两端，经过滤波电路后，既可以保留直流分量，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，改善了直流电压质量。
1．电路工作原理
电容滤波电路利用电容的充放电，使输出电压趋于平缓。
当U2为正半周且数值大于电容两端电压UC时，二极管D1，D3导通，D2，D4截止，电流一路流经负载，另一路对C充电。
当UC≥U2，导致D1和D3反偏截止，电容通过负载放电，UC按指数规律下降。
当U2为负半周幅值变化到恰好大于UC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对C充电，UC上升到U2的峰值后又开始下降，下降到一定数值时D2和D4截止，C对负载放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时D1，D3导通，重复以上过程。
电容C越大，负载电阻越大，滤波后输出电压越平缓，并且其平均值越大。
2.各种滤波电路的比较
类型性能
电容滤波
电感滤波
LC滤波
RC或LC
Π型滤波
Uo（AV）/U2
1.2
0.9
0.9
1.2
θ
小
大
大
小
适用场合
小电流负载
大电流负载
适应性较强
小电流负载
构成滤波电路的电容应足够大，θ为二极管的导通角，凡θ角小的，整流管的冲击电流大；凡θ角大的，整流管的冲击电流小。
综合考虑选取电容滤波较为合适。
滤波电容容量大，因此一般采用电解电容。
电解电容的特点：
单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
额定的容量可以做到非常大，可以做到几万f
价格比其他种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。
制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。
2.电容参数计算
C≥[（3--5）T/2]/R′L=[（3--5）*0.01]/27F
=（0.001—0.00185）F
C取1800uf
电容耐压：
UCM≥√2U2=12.9V
取UCM≥25V所以电容参数为C:
1800uf/25V
2.2.3稳压电路
由于集成电路的迅速发展，集成稳压电路的制成，也具有集成电路的共同特点：
体积小，外围元件少，性能可靠，使用调整方便和优廉等优点，因此广泛使用。
目前，集成稳压器类型很多，按结构形式分为串联型，并联型和开关型；按输出电压类型可分为固定式和可调式。
作为小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器的应用最为普遍。
三端式是指稳压电路仅有输入，输出，接地三个接线端子。
有固定式和可调式两种类型，此外又分为正或负输出类型。
W7800系列为三端固定正电压输出集成稳压器；W7900系列为三端固定负电压输出集成稳压器。
型号中最后两位数表示输出电压稳定值，有5V,6V,9V,12V,15V,18V,24V。
本设计选用的是L7805稳压，为555提供工作电流。
使用时，根据经验，输入电压U1一般选取
U1=（2--3）Uo
另外接地端流过的静态电流Iq=8mA
1.确定稳压器型号，输入电压和输出电流
根据要求Uo=+5V,所以选用L7805型号；又因为
U1=（2--3）Uo，所以U1=10—15V，现取U1=10v;
直流稳压电源工作的最大电流Io（max）=300mA，稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流I′o=Io（max）+Iq=0.308A
为确定整流二极管和滤波电容的参数，先确定电源变压器副边电压有效值U2和整流滤波电路的等效负载R′L
U2=U1/1.2=10/1.2=8.3V
所以R′L=U1/I′o=8.3/0.308=27Ω
图中的C2用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小，一般小于1uf。
电容C3用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于1uf的电容，以便输出较大的脉冲电流。
2.3触摸延时电路
2.3.1延时电路设计
555定时器是一种数字模拟混合型集成器件，应用十分广泛可做各种仪表，仪器，自动化装置，各种定时器，时间延时器等时间功能电路，也可构成自激多谐振荡器，脉冲调制电路，脉冲相位调谐电路及单稳态，双稳态等各种电路。
4013是集成触发器芯片，内部有两个独立的D触发器。
每个触发器有一个置位端（SET），复位端（RESET），时钟端（CLOCK），数据输入端（DATA），两个输出端Q和Q/端。
功能描述：
当R为1，S为0时，无论D和CL为什么状态，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。
当S为1，R为0时，输出Q一定为1，S称为置数端。
当R,S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，Q=D。
1.芯片的选择
由于555和4013都可构成单稳态触发电路，从应用实际的广泛程度和自己最初的想法，本设计选用555来构建延时电路。
2.电路原理
触摸延时开关由NE555构成单稳态电路。
平时由于触摸开关没有闭合，电容C5通过555的7管脚放电，使3管脚输出为低电平，继电器释放，电灯不亮。
当需要开灯时，用手触碰开关，触发信号电压由C4加到555的触发端，使555输出端由低电平变为高电平，继电器吸合，点灯点亮。
同时，555第7管脚内部截止，电源通过R1给C4充电，开始定时。
当电容C4上电压上升至电源电压的2/3时，555的7管脚导通时C4放电，使3管脚输出由高电平变为低电平，继电器释放，点灯熄灭。
延时时间由R1，C4决定：
T=1.1R1*C4
3.参数计算:
根据需要延时一分钟T=60S，设C4=200uF
所以R1=T/1.1C4=273K
R2的计算：
I′o=0.308mA，I1=VCC/R1=0.018mA,所以I2=0.29mA
所以R2=VCC/I2=17.2KΩ
2.4控制电路
2.4.1继电器原理
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。
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