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：
学生姓名:
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范程度
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。
目录
设计要求1
1、方案论证与对比1
1.1方案一1
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．致谢…………………………………………………………………………………………
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
稳压电路
滤波电路
整流电路
电源电压
CD4013
单稳态电路
开关电路
电灯泡
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
滤波电路
电源电压
开关电路
稳压电路
整流电路
三极管延时
灯泡
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、负半周内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的整个周期内都有电流通过，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，内部有两个独立的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
参数范围有些许的偏差，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的时间不够。
在制作过程中，由于缺少元器件和在焊接过程中，由于焊接不熟练，所以，元器件的接触有些不良。
3.2实验总结
为期三个星期的课程设计已经结束，在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过对楼道延时触摸开关的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等等。
通过对楼道触摸延时开关的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。
也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。
在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。
而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！
其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。
在实验过程中，我们遇到了不少的问题。
比如：
元器件的缺少，焊接的问题。
在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，电钻，腐蚀机时，一定要特别注意，不让危险事故发生。
还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，制板几次都没成功，浪费了很多材料，锡焊还不是很会用，焊接的很粗糙。
最后用一句话来结束吧：
“实践是检验真理的唯一标准”。
4.仪器仪表清单
设计所用仪器及器件如表一所示：
表一仪器清单表
类型
规格
数量
备注
电阻
5.1M/55v
1
20K
1
82K
1
2M
1
发光二极管
1
芯片
CD4013BP_5V
1
电容
10uF
1
0.01uF
1
极性电容
22uF
1
二极管
IN4007
1
可控硅
1
开关
触摸开关
1
5.参考文献
①康华光．模拟电子技术基础．北京：
高等教育出版社，2006
②康华光．数字电子技术．北京：
高等教育出版社，2006
③陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：
机械工业出版社，2005
④毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：
机械工业出版社，2005
⑤潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：
西安电子科技大学出版社，2002
⑥张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：
航空工业出版社，2004
6.致谢
首先衷心感谢我们的指导老师侯老师，本次课程设计是在侯老师的悉心指导下完成的。
老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活跃的思想、以及平易近人的师长风范，也使我们受益匪浅。
值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。
同样感谢我的同学们和其他的老师们，感谢你们的无私帮助，成功不是属于一个人的，而是属于大家的
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