楼道触摸延时开关的设计

湖南人文科技学院 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： 姓 名： 学 号： 起止日期: 20136.8～2013.6.28 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 楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。可广泛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。本次设计利用模拟电路与数字电路的相关知识，以直流稳压电源电路、555单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时一段时间（tw=RC1n3≈1.1RC），电灯自动熄灭。设计表明这种开关制作简单，安全可靠。

关键字：触摸延时开关、单稳态电路、555定时器

目录 一、引言........................................................1 1.1 设计目的................................................1 1.2 设计要求................................................1 二、总体设计案.................................................2 2.1 电源设计方案............................................2 2.2 触摸延时方案............................................2 2.3 电路系统总体设计........................................4

三、单元电路设计................................................7 2.1 滤波电路...............................................7 2.2 555定时器..............................................7 2.3延时电路...............................................10 四、实物制作与调试.............................................12 4.1 PCB制板流程...........................................12 4.2 硬件调试 ..............................................13 4.2.1 调试中的故障.........................................13 4.2.2 调试结果 ...........................................13 五、总结 ......................................................14 六、致谢.......................................................14 参考文献.......................................................15 附录一：楼道触摸延时开关电路原理图 附录二：楼道触摸延时开关电路PCR图 附录三：楼道触摸延时开关实物图 附录四：元件清单

引言

随着市场经济的发展，人们对开关的需求也越来越高，开关的种类也因此越来越齐全。声控开关、机械开关、光控开关等产品逐步进入生活中。但由于机械开关属于有触点开关元件，它有接触不良、故障率高、使用不便等缺点，且摩擦较大容易损坏；声控开关严重浪费了电力资源，干扰了环境安宁；光控开关是采用光线的强弱来实现对用电器电源自动控制的电子开关，它对光线强弱的要求苛刻。针对以上开关的各种缺点，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新型的电子节能开关，可广泛应用于多层住宅和办公室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。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、和继电器控制电路为核心设计延时触摸开关。需要开关灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时约一分钟，电灯自动熄灭。该操作简单，使用节能，又没有声控开关有声音就亮的弊端。主要由NE555定时器，直流稳压电路和继电器控制电路组成。具备以下功能特点：节约电能，无触点，无污染，安全可靠。

1.1 设计目的 利用模拟电路与数字电路的相关知识，以直流稳压电源电路、NE555单稳态 电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。通过本次设计了解并掌握NE555定时器，以及由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时以及由继电器组成的控制电路来实现对白炽灯的控制等。

1.2 设计要求 使触摸延时开关具有以下功能： a.当人用手触摸开关时，照明灯亮，并延续一段时间后自动熄灭。 b.开关的延时一段时间（定时时间可由RC参数调节）。 二、总体设计方案

2.1电源设计方案 方案一：

触发端 图2.1.1 直流稳压电源框图 输入电压经过电源变压器交流电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压，但这样的电压会随温度、负载等其他因素的变化而变化。因而在整流滤波电路之后，稳压电路的作用是维持输出直流电压稳定。得到稳定的直流电后，再经过NE555单稳态电路、继电器控制电路，最后到照明灯。

方案二： 5V电源

电源变压器 整流电路 滤波电路

稳压电路

继电器控制电路 照明灯 NE555单

稳态电路

指示灯 限流电阻 RC电路 无极性电容 555组成的单稳态电路 限流电阻

灯泡 触摸端 直接接一个5V的电源，由于要保证直流电压的大小和质量，故采用电阻限流、电容滤波，以达到要求电压，在经过C的充放电来控制灯泡的亮和灭，RC来控制延时的时间长短（tw=RC1n3≈1.1RC），当需要开灯时，用手触碰一下感应区，触发信号电压 加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，电灯点亮。而最后一个限流电阻是为了保障灯泡不被烧坏，而正常发光。延时 tw时间后555的输出端由高电平变回到低电平，电灯熄灭。

相比之下，电源电压方面，我们采用第二个方案，可以接3节1.5V的电池，或者用手机电池板做电源，提供电压，操作既简单，又节约成本。 2.2触摸延时方案

图2.2.1 触摸延时开关

555定时器构成单稳态触发器。只要用手接触触摸开关，电源接通，555输出端输出高电平，灯泡发光，当暂稳态时间（tw）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。 2.3电路系统总体设计

综上所述,楼道触摸延时开关电路原理如图2.2.2 555定时器构成单稳态触发器。用一个5V电源为NE555提供工作电压，因 为不能保证Vcc是直流电源，所以加一个滤波电容来提高直流质量。当需要开灯时，用手触碰一下感应区，触发信号电压加至555的触发端，使555的输出端由低电平变为高电平，电路进入暂稳态,电灯点亮。

该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。 tw=RC1n3≈1.1RC

图2.2.2 555定时器组成的单稳态触发器

三、单元电路设计 3.1滤波电路

滤波电路利用电抗元件对交、直流阻抗的不同来对整流输出电压中的纹波

实现滤波。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降压时，就把电场能量释放出来，时负载电压比较平滑，即电抗元件具有平波的作用。常用结构如图所示： 图 3.1.1 滤波电路的基本形式 （a）C形滤波电路 （b）倒L形滤波电路 （c）Π形滤波电路 本设计采用的是电容滤波电路。电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以用C滤波，因为不能保证输入为直流的质量，所以经过滤波电路后，既可以保留直流分量，又可以滤除一部分交流分量，改善了交直流成分是比例，减少电路的脉动系数，改善直流电压的质量。

3.2 555定时器

555定时器集模拟、数字与一体的中规模集成电路，其应用十分广泛，不仅可作各种仪器、仪表、自动化装置、各种民用电器的定时器、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。

图 3.2.1 555定时器外形结构 1．电路结构

555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图如图3.5.2所示。三个5K的