楼道触摸延时开关设计报告书改.docx

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楼道触摸延时开关设计报告书改

课程设计报告

课程名称：

电子技术课程设计

设计题目：

楼道触摸延时开关

系别：

通信与控制工程系

专业：

班级：

学生:

学号:

起止日期:

指导教师:

教研室主任：

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

成绩评定

项目

权重

成绩

1、设计过程中出勤、学习态度等方面

0.2

2、课程设计质量与答辩

0.5

3、设计报告书写及图纸规程度

0.3

总成绩

教研室审核意见：

教研室主任签字：

年月日

教学系审核意见：

主任签字：

年月日

摘要

该次设计是设计楼道触摸延时开关，通过本次设计巩固和加深对电子线路的基本知识的理解，培养了我们动手实践的能力。

设计过程中运用了CMOS数字集成块CD4013BP组成单稳态电路实现延时的工作原理，并用桥式整流和可控硅组成开关电路模块，而且利用一个极性电容和发光二极管方便人在夜间找到开关的位置。

经过设计，制板，调试，该系统实现了灯泡延时1分钟照明。

1.2方案二………………………………………………………………………………

1.3方案的对比与选择…………………………………………………………………

2．元器件的选择与工作原理………………………………………………………………

2.1工作原理……………………………………………………………………………

2.2元器件的选择………………………………………………………………………

3．设计总结…………………………………………………………………………………13

4．仪器仪表清单……………………………………………………………………………14

5．参考文献……………………………………………………………………………………

6．致…………………………………………………………………………………………

楼道触摸延时开关设计

设计要求

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，延时时间约1分钟左右。

1、方案论证与对比

1.1方案一原理方框图

触发器

平时，VS处于关断状态，灯不亮。

VD1～VD4输出220V脉动直流电经R5限流，VD5稳压，C2滤波输出约12V左右的直流电供IC使用。

此时LED发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。

当人手触摸一下电极M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。

这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭

1.2方案二原理方框图

开关电路

灯泡

三极管延时

1.3方案的选择与对比

方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低，而且方案一的元器件少，能够减少在焊接过程中出现的失误。

单稳态电路，方案一中用的是双D触发器CD4013BP_5V，相对方案二两个三极管更加简便，更能实现功能。

综上所述，我们选择方案一。

2.元器件选择与工作原理

2.1工作原理

图2-1楼道延时触摸开关PCB原理图

图2-2楼道延时触摸开关PCB布线图

总电路图工作原理：

由CD4013BP_5V组成一个单稳态电路，平时VS断开，CD40131角输出低电平，电灯泡不亮，C2发出12V的电压，使LED发光，方便夜间找到开关的位置，当人触摸M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。

这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭。

2.2元器件的选择

IC应采用CMOS集成电路CD4013，它为双D触发器，本电路里只使用它的一半，另一个D触发器悬空。

VS晶闸管用2N6565、MCR100-8等小型塑封单向晶闸管，可控制100W以下任何照明电路。

VD1～VD4为1N4004～1N4007型整流二极管。

LED可用普通红色发光二极管，电阻均为RTX型1/8W碳膜电阻器。

C1、C2用CD11-16V型电解电容，C3为瓷片电容器。

晶闸管

晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。

图2-3器件符号

当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。

每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。

因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。

设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia和Ik，电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik，设流过J2结的反相漏电流为ICO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：

（1）

若门极电流为Ig，则晶闸管阴极电流为：

得出晶闸管阳极电流为：

（2）

硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数α1和α2随其发射极电流的改变而急剧变化。

当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式

（2）中Ig=0，（α1+α2）很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈ICO，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流Ig，由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高放大系数α2，产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数α1，产生更大的集电极电流IC1流经NPN管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。

当α1和α2随发射极电流增加而使得（α1+α2）≈1时，式

（2）中的分母1-（α1+α2）≈0，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia。

这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。

晶闸管导通后，式

（2）中1-（α1+α2）≈0，即使此时门极电流Ig=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通，门极已失去作用。

在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于α1和α2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。

桥式整流电路

单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2正、负半周正确引导流向负载的电流，使其方向不变。

设变压器副边两段分别为a和b，则a为“＋”、b为“－”时应有电流留出a点，a为“-”、b为“＋”时应有电流流入a点；相反，a为“＋”、ｂ为“－”时应有电流流入ｂ点，ａ为“－”、ｂ为“＋”时应有电流流出ｂ点；因而ａ和ｂ点均应分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。

图2-4桥式整流原理

设变压器副边电压，U2为其有效值。

当ｕ2为正半周时，电流由a点流出，经过V1、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即，V2和V4管承受的反响电压为－u2。

当u2为负半周时，电流由b点流出，经V2、RL、V4流入a点，负载电阻RL上的电压等于－u2，即，V1、V3承受的反向电压为u2。

这样，由于V1、V3和V2、V4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期都有电流通过，而且方向不变，输出电压。

如图2-4所示为单相桥式整流电路各部分的电的波形。

图2-5桥式整流电路电流、电压波形

输出电压平均值UO（AV）和输出电流平均值IO（AV）

根据图2-4中所示uo的波形可知，输出电压的平均值

解得

由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）

在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍。

根据谐波分析，桥式整流电路的基波UOIM的角频率是u2的2倍，即100HZ，。

故脉动系数

与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。

4013双D触发器结构功能原理应用电路

4013是集成触发器芯片，部有两个独立的D触发器。

每个触发器都有一个置位端（SET）,复位端（RESET）,时钟端（CLOCK）,数据输入端（DATA）,两个输出端Q和Q/端。

当R为1、S为0时，无论D和CL（时钟）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称为置位端。

  当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。

图2-6RS双稳态触发器

按下S1，R=1,电路复位，Q端输出0，按下S2，S=1，电路置位,Q端输出1.为1时三极管导通，继电器得电动作。

按下S2后，继电器始终保持吸和状态，只有按下S1继电器触点才释放。

此电路为基本的RS触发器。

图2-7单稳态触发器

当S1未被按下时，复位端R=O，否则如果R=l，电路将强行复位Q=0,所充电荷通过R2向Q端放电，最终使R=0，这是电路的稳态。

当按一下S1，CP端电位由“O到1，其上升沿触发电路传输D端的数据，因D=1，所以Q=1，此为暂稳态。

Q端的高电位通过R2向C充电．当c两端电压达到复位电平时．则R=1，电路复位，Q端变为低电平⋯0’．暂稳态结束，电路回复到稳态。

上图作为楼道灯延时关灯线路，稳态时，Q端为低电平，三极管截止，继电器不工作，灯泡不亮当按一下S1，电路进人暂稳态．Q=1，三极管饱和导通，继电器得电，其常开触点吸合接通梯道灯，灯点亮．暂稳态过后，灯自动熄灭。

暂稳态时间即为灯泡点亮的时间，由R2和C的参数决定。

图2-8无稳态-多谐振荡器

 设在电源接通后的瞬阀Q端精出为高电平，该高电平通过RP2向C2充电，当C2端电压上升到复位电平时．Q端为变为低电平，C2通过VD2

向Q端放电当Q端为低电平时，因Q/为Q的倒相输出端，所以Q\为高电平，该高电平通过RP1向C1充电．当c1端电压上升到置位电平时，电路置数，Q变为高电平，Q变为低电平,Q端的高电平向c2充电，Q端的低电平使c1向它放电，如此循环在Q和Q端交替出现高低电平，形成振荡。

因电路的输出端Q和Q没有一个稳定的状态所以该电路叫无稳态振荡器：

Q端的振荡信号加到三极管的基极放大，推动扬声器发出响亮的音频叫声：

振荡频率由RP1．RP2．C1，C2决定因此也称为音频信号发生器。

图2-9双稳态触发器

图2-104013路灯控制电路图

交流220V电压经VD1~VD4整流、R1限流、C1滤波及VS稳压后，为触摸电路和执行电路提供+12V工作电压。

白天，RG1和RG2受光照射而呈低阻状态，IC的S1端为低电平，R1端为高电平，1端输出低电平，VT处于截止状态，K处于释放状态，照明灯EL不亮。

夜晚，RG1和RG2因无光照射或，使IC的S1端变为高电平，R1端变为低电平，Q1端输出高电平，VT饱和导通，K通电吸和，其常开触头接通，EL点亮。

天亮后，RG1和RG2阻值下降，IC的Q1端又输出低电平，VT截止，K释放，EL熄灭。

3.设计总结

3.1实验结果分析

参数围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。

延迟时间是由于延迟电路中充放电