1、課程設計(論文)題 目 名 稱 單鍵觸摸開關 課 程 名 稱 電子技術課程設計 學 生 姓 名 學 號 系 、專 業 指 導 教 師 2011年12月18日邵陽學院課程設計（論文）評閱表學生姓名 學 號 系 電氣工程系 專業班級 電氣工程及 題目名稱 單鍵觸摸開關的設計 課程名稱 電子技術課程設計 一、學生自我總結通過此次的課程設計，我學會了很多，特別是獨立思考能力和動手實踐能力。這次的課程設計對之前所學習的數字電子、模擬電子技術知識都能起到一定的鞏固作用，同時也讓我學會了用protues繪畫硬件圖，并進行仿真和調試。但是同時在此次的課程設計中也發現了自己很多的不足，特別是硬件設計方面，不知道

2、如何去設計硬件以及外部接線圖。不過我會在以后的學習中好好努力，把自己沒學好的方面學好，彌補之前的不足之處。 學生簽名： 年 月 日二、指導教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權 重304030單項成績指導教師評語： 指導教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學生課程設計（論文）成績評定的依據，裝訂在設計說明書（或論文）的“任務書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權重”根據各系的考核細則和評分標準確定。 摘 要隨著時代的進步，社會的發展，人們對開關的需求越來越高，各種可供人們選擇的開關的種類也越來越多。機械開關、聲控開關、光控開關等產品逐步進入生活中。但由于機械開關屬于有觸點開關元件，它

3、有接觸不良、故障率高、使用不便等缺點，且摩擦較大容易損壞；聲控開關嚴重浪費了電力資源，干擾了環境安寧；光控開關是采用光線的強弱來實現對用電器電源自動控制的電子開關，它對光線強弱的要求苛刻。針對以上開關的各種缺點，促使我們尋求更為理想的開關電器設備替代元件，使得人們的生活越來越方便。觸摸開關是一種新型的電子節能開關，可廣泛應用于多層住宅和辦公室外的走廊、門廳、樓梯間、電梯間、過道等公共場所，也可以在家庭安裝。本次設計利用模擬電路和數字電路，以直流穩壓電源電路、NE555單穩態電路、和繼電器控制電路為核心設計延時觸摸開關。需要開燈時，手指觸摸開關感應區，電燈自動點亮，延時約一分鐘，電燈自動熄滅。該

4、操作簡單，使用節能，又沒有聲控開關有聲音就亮的弊端。主要由NE555定時器，直流穩壓電路和繼電器控制電路組成。具備以下功能特點：節約電能，無觸點，無污染，安全可靠。關鍵詞：模擬電路；第一章 設計思路與方案設計單鍵觸摸開關，在供選擇的課程設計的主題中，我發現了單間觸摸開關的，并將之作為課程設計的課題。單鍵觸摸開關由觸摸信號輸入電路，IC CD4017信號處理電路，電子開關驅動電路及電源組成。首先由觸摸片把人體的觸摸信號轉化成市電同頻的標準的MOS電平，然后輸入ICCD4017的十進制的計數器進行信號處理,最后由ICCD4017處理后的結果決定是否驅動電子開關導通燈泡或其他使用設備工作。1.2 方

5、案設計 按照設計思想，設計出如下的結構方案的框圖，根據思路和方案圖，開始了觸摸開關的設計。方案框圖電子開關驅動電路觸摸信號輸入電路IC CD4017信號處理電路電子開關電路 電源 圖1-1方案圖第二章 系統工作原理2.1 系統總原理圖圖2-1總原理圖2.2 系統的工作原理用CD4017組成的單鍵觸摸開關，該開關為單觸摸電極控制方式，每觸摸一次電極，開關即動作（開或關）一次，與普通機械相比，使用更方便。電路原理圖中HD為管式氖泡，它與光敏電阻RG組成“自制光電耦合器”，并與觸摸電極M、R1形成觸摸信號輸入通路。CD4017的Q1、Q3、Q5、Q7、Q9等奇數輸出端分別接二極管V2V6，當其中之一

6、輸出高電平時，V8導通并觸發雙向可控硅VT導通，接入插座的負載得電工作，此時Q2、Q4偶數輸出端懸空；反之，當偶數輸出端其中之一為高電平時，V8、VT均截止，插座負載斷電，該觸摸開關剛通電時，因C1、R4微分作用，CD4017自動復位清零，插座為斷電狀態。首次觸摸M后，HD啟輝發光，RG阻值減小，CD4017的CL端變為高電平，Q1輸出高電平；而再觸摸一次M后，CD4017計數一次，Q1變為低電平，Q2輸出高電平，依次類推，從而實現觸摸開關功能，市電兩輸入線分別通過R7、R8接至觸摸通路，因此無需分相線、零線，均可保證電路正常工作。采用分立元器件制作的觸摸式電子開關，它具有簡單易制、使用安全可

7、靠等特點，可用于控制照明燈、排風扇等家用電器。電路工作原理：該觸摸式電子開關電路由電源電路、觸發控制電路和控制執行電路 (開關電路)組成，如圖2-2所示圖2-2電源電路由電源變壓器T、整流橋堆UR和濾波電容器C組成。觸發控制電路由觸摸電極片Al、A2、晶體管Vl-V4和電阻器Rl-R4組成，其中V3、V4和Rl-R4組成雙穩態觸發器。控制執行電路由晶體管V5、電阻器R5、二極管VD、繼電器K和發光二極管VL組成。交流220V電壓經T降壓、UR整流及C濾波后，為觸發控制電路和控制執行電路提供9V直流電壓。在接通電源瞬間，V4截止，V3導通，V5截止，K處于釋放狀態，負載不工作。當用手觸摸飽極片A

8、l時，人體感應信號經Vl放大后使V4受觸發而導通，V3截止，V5導通，K吸合，其常開觸頭將負載的工作電源接通。再用手觸摸一下電極片A2時，人體的感應信號經V2放大后，使V3導通，V4和V5截止，K釋放，將負載的工作切斷。VL在K吸合、負載通電工作時點亮，在K釋放時熄滅。元器件選擇：Rl-R5選用1/4W的碳膜電阻器或金屬膜電阻器。C選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。VD選用IN4001型硅整流二極管或2CPlO型硅普通二極管。UR選用lA、5OV的整流橋堆，也可用4只1N4001或2CPlO橋接后代替。VL選用5mm發光二極管。Vl-V4均選用Sg013或3DG6型硅NPN晶體管;V5選用3D

9、Gl2或S805O型NPN晶體管。T選用1-3W、二次電壓為gV的電源變壓器。K選用JRX-13F型9V直流繼電器。若控制較大的功率負載，則可用K的常開觸頭通過控制交流接觸器來控制負載。單穩態電路圖2-3圖2-3是典型的單穩態電路。與雙穩態電路相比，電路中的一個耦合電阻Rb1換成了耦合電容C1。所以，開機后VT1截止，VT2飽和導通。給它一個觸發信號后，電路翻轉，變為VT1導通，VT2截止。暫穩態是不會長時間穩定存在的，經過一定時間T后，電路會自動返回原來的狀態穩態（VT1截止，VT2導通），也就是電路有一個穩態和一個暫穩態。暫穩態維持時間的長短取決于C1和Rb1：T = 0.7RC。對稱雙穩

10、態電路圖2-4圖2-4是典型的雙穩態觸發電路。注意圖中的LED1、LED2和Rc12、Rc22只是為了方便觀察VT1和VT2兩管導通、截止狀態的附加加電路，它并非雙穩電路必須的部分。本圖雙穩電路的觸發方式為計數觸發。如果我們按一下SA電路就會從一種穩態翻轉為另一種穩態，設電源接通后VT1飽和導通（LED1亮），VT2截止。按下SA后，就變成VT1截止，VT2飽和（LED2亮）。如果再按一次，電路又變為VT1飽和，VT2截止。總之，每按一下觸發電路，或者說每收到一個觸發脈沖，電路的狀態就翻轉一次。這種觸發方式我們稱之為計數觸發。無穩態電路無穩態電路也是由兩管交叉耦合而成，不過，兩只耦合電阻都換成

11、了耦合電容。它沒有穩態，只有兩個暫穩態，所以兩管輪流導通截止。我們常用它來產生方波或脈沖信號源，所以也可以稱這種電路為多諧振蕩電路，其振蕩周期：T = 0.7Rb1C1+0.7R.b2C2兩管元件數據對稱時，公式可簡化為：T = 1.4RbC或者說振蕩頻率：f = 1/（21.4RbC）這里，我們為了便于觀察發光二極管的閃光，所以R、C都用得較大。如果振蕩頻率太高，那么看起來兩只發光管都是亮著的，就看不出翻轉的過程了。 圖2-5無穩態電路電路圖第三章 單元模塊電路設計3.1 整流電路 電路中采用四個IN4007二極管，互相接成橋式結構。利用二極管的電流導向作用，在交流輸入電壓U的正半周內，二極

12、管VD1、VD3導通，VD2、VD4截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內，正好相反，VD1、VD3截止，VD2、VD4導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用四個二極管，使得在交流電源的正、負半周內，整流電路的負載上都有方向不變的脈動直流電壓和電流。橋式整流電路：單相橋式整流電路的組成單相橋式整流電路由四只二極管組成，其構成原則就是保證在變壓器副邊電壓u2正、負半周內正確引導流向負載的電流，使其方向不變。設變壓器副邊兩段分別為a和b，則a為“”、b為“”時應有電流留出a點，a為“-”、b為“”時應有電流流入a點；相反，a為“”、為“”時應有電流流入點，為“”、為“”

13、時應有電流流出點；因而和點均應分別接兩只二極管，以引導電流；如圖3-1所示。圖3-1 橋式整流原理3.2 指示燈3.3 觸發電路觸摸燈的觸摸開關是通過人體接觸后產生的電流泄露而工作的。當用手觸摸一下觸摸開關的電極片M時，人體泄漏電流使VT3導通。此時，電容C2開始充電，VT2、VT1隨即導通，晶閘管門極得到正向觸發電流導通。（其中泄露的電流十分微小，只有多少微伏。而人體本身帶的靜電都有幾千幾萬伏。所以觸摸開關對人體的影響是微乎其微的幾乎沒有）。3.4觸摸信號輸入電路HD為管式氖泡，它與光敏電阻RG組成“自制光電耦合器”，并與觸摸電極M、R1形成觸摸信號輸入通路, 人體帶電與市電同頻，當人體接觸

14、觸摸片時，經輸入電阻和HD管式氖泡及光敏電阻RG后成為標準的MOS電平。觸摸持續時間大于32毫秒、小于332毫秒時，控制邏輯部分控制電路呈開關工作狀態。當觸摸持續時間大于332毫秒時，控制邏輯部分控制電路呈調光工作狀態，輸出觸發脈沖相位角在41159之間連續周期變化，并根據人眼的感受力，分為快、慢和暫歇三個過程。當觸摸結束時，亮度記憶對該時相位角進行記憶，若再施與大于32毫秒、小于332毫秒的觸摸，電路呈關狀態時，相位角仍由該部分記憶，保證電路在下一次開狀態時，保持原選定相位角，光源保持原亮度。觸發脈沖與市電的同步，由鎖相環保證電路的工作時鐘，也均由其產生。電路圖如下： 圖3-2觸摸信號輸入電

15、路圖4.1原件安裝與硬件調試原件安裝 元器件安裝時采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接，安裝時應注意：本設計中的照明電路，整流電路，指示燈，延時電路以及觸發電路中的元件都應合理布局。避免焊接時交叉短路以及確保電路板美觀程度。焊接時不要直接焊接芯片，注意錫的用量、確保焊點光滑整潔，節約資源以及焊接時間不要太長，以免燒壞元器件。硬件調試萬能線路板元件連接成功后，發現本電路出現以下故障： 故障一：人體觸摸后電路沒有反應，電燈不亮。分析：用萬用表測量各點電壓，發現各點電壓均正常，懷疑觸發信號過小電路無法觸發工作。 解決方案：在555的2腳加入C1815的三極管（放大人體觸發電流）后電路觸發能工作，

16、電燈發亮。故障二：排除故障一后，發現人體觸摸觸發端，電路延時一分鐘左右后繼電器有動作，但是電路仍然工作，電燈依然發亮。 分析：繼電器動作，但是電路仍然工作，說明繼電器有動作，但斷開后有繼續閉合，懷疑繼電器斷開瞬間產生的很大電磁干擾，促使觸發端，接收到高頻信號觸發，555輸出端繼續輸出高電平。 解決方案：在觸發端至地，接一個幾十皮發的電容，觸摸后，延時一分鐘左右電路斷開，電燈熄滅，電路正常工作。總 結對于模擬電子和數字電子的學習，那是去年的學習內容了，但是那時候只是簡單地學習書本上的知識，對于自己親手實踐甚至于設計一款由模擬電子和數字電子組合而成的產品，更是那時候想都沒想到的事情。其實觸摸開關早

17、就在市場上流通了，只是之前對于其工作原理等相關知識了解甚少，通過本次課程設計，在網上查找資料、圖書館翻閱書籍，掌握了部分關于觸摸開關的資料。感知到模擬電子、數字電子的應用范圍原來如此廣闊，身邊的用到的很多東西原來都與所學的這些知識息息相關。在對觸摸延時開關分析、制作的過程中，很好的鞏固了之前學到的模擬電子相關知識。重新學習了整流電路的相關內容，對全波整流電路、濾波電路、穩壓電路有了更深刻的認識，不僅會熟練的運用計算公式，而且通過軟件仿真技術觀察各階段電路的變化，對各階段電路的波形有更形象的體會和掌握。與此同時，此電路用到了晶閘管的門極觸發原理，在之前對晶閘管方面的學習只是皮毛，樓道觸摸開關電路

18、的設計之中又用到了晶閘管的控制機理。經過查閱大量的資料，現在掌握了晶閘管的基本結構、工作原理、以及管腳判別方法，對以后的電路設計等有關知識的學習中有很大的幫助。為了使觸摸開關電路的設計更為直觀，在設計過程中用到了很多次計算機仿真技術。從對系統整體電路的仿真，到各單元電路的仿真，都做了詳細的數據、波形、效果記錄。經過計算機仿真對電路功能的實現，做出了觸摸開關的實際產品，對動手實踐方面有了很大的提高。但是基于所學知識、能力和水平所限，在本次觸摸開關的設計過程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯誤之處，希望通過以后更深一步的學習能夠糾正這些不妥之處。總的來說，這次的課程設計的研究還是算比較成功的，在這次的設

19、計中，我們都學到了很多在書本上學不到的東西，對于動手實踐能力方面，也得到了一定程度的練習，希望在以后的學習中能一步步的得到提升。致 謝通過維持兩周的努力，這次課程設計終于得以順利完成。說真的，此次課程設計中遇到了很多的困難，對于知識的了解程度不夠、不熟練，動手實踐能力差等等。這份來之不易的成果，離不開是指導老師劉祥明老師的幫助、指導和不斷的鼓勵，同時也離不開同學們辛苦努力的合作。首先，我要特別感謝我的指導老師們，給我提供了極大的幫助和指導。從開始選題到中期的研究設計糾正，再到最終論文的完成，老師給我提供了許多寶貴建議。老師淵博的專業知識，嚴謹的治學態度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，

20、樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物和為人處世的道理。其次，感謝我的合作伙伴，因為有你們的幫助，我們的課程設計整個過程才得以順利完成。同學們互相交流學習經驗，拓寬了大家的知識層面，彌補了之前的學習中的不足之處。其實，一個人的力量是薄弱的，團體的力量才是巨大的。 平常只學書本知識，抽象且枯燥，并不動腦去完成，這次讓我明白了有時想是沒用的，還必須去考察，去學習，去實踐，另外心態問題也是很重要的，有好的心態就會努力，做事效果也是事半功倍。還要扎實的理論知識，在操作時知道自己的目的，使學到的理論知識得到驗證。只有這樣才能

21、有實質的進步，還要和同學們共同討論，解決各種困難，在困難中能了解更多的非課本的知識，還能在找到錯誤的同時鍛煉你的觀察力，所以我知道了很多小元件的作用，并了解到什么樣的現象是哪塊的電路出了錯誤，小小的成功給了我很大的動力，也感受到探索的樂趣，最后由衷感謝劉祥明老師給我們鍛煉的機會以及提供給了我們很大的幫助，我們受益匪淺。參考文獻1 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎(第四版).北京:高等教育出版社.2009.2 彭介華.電子技術課程設計指導.北京:高等教育出版社.2001.3 劉守義，鐘蘇.數字電子技術(第二版).西安:西安電子科技大學.2003.4 江學文等.光電技術.科學出版社. 2009.1

22、5 張克農主編.數字電子技術基礎.西安交通大學電子學教研組.2003. 6 黃賢武、曲波、劉文杰.傳感器實際應用電路設計.電子科技大學出版社，1997.7 高文煥,劉潤生編.電子線路基礎M.北京:北京高等教育出版社,1997.8 王世昌編.電子線路輔導和題選M.上海:上海科學技術文獻出版社,1999.9 王遠編.模擬電子技術基礎學習指導書北M.北京:清華大學出版社,1998.10 邱關源主編.電路（上下冊）M.第四版.北京:高等教育出版社,1999.附 錄整流二極管的參數05Z6.2Y 硅穩壓二極管 Vz=66.35V,Pzm=500mW,05Z7.5Y 硅穩壓二極管 Vz=7.347.70V,Pzm=500mW,05Z13X硅穩壓二極管 Vz=12.413.1V,Pzm=500mW,05Z15Y硅穩壓二極管 Vz=14.415.15V,Pzm=500mW,05Z18Y硅穩壓二極管 Vz=17.5518.45V,Pzm=500mW,1N4001硅整流二極管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V