1、湖南人文科技學院課程設計報告 課程名稱： 電子技術課程設計設計題目：樓道觸摸延時開關 系 別：通信與控制工程系 專 業： 班 級： 姓 名： 學 號： 起止日期: 20136.82013.6.28 指導教師: 教研室主任： 指導教師評語： 指導教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權重成績 1、設計過程中出勤、學習態度等方面0.22、課程設計質量與答辯0.53、設計報告書寫及圖紙規范程度0.3總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘要 樓道觸摸延時開關是一種簡單、安全、新型的電子節能開關?？蓮V泛應用于多層住宅和辦公樓室外的走廊、門廳、樓

2、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與數字電路的相關知識，以直流穩壓電源電路、555單穩態電路、和繼電器控制電路為核心設計觸摸延時開關。需要開燈時，手指觸摸開關感應區，電燈自動點亮，延時一段時間（tw=RC1n31.1RC），電燈自動熄滅。設計表明這種開關制作簡單，安全可靠。 關鍵字：觸摸延時開關、單穩態電路、555定時器 目錄1、 引言.1 1.1 設計目的.1 1.2 設計要求.12、 總體設計案.2 2.1 電源設計方案.2 2.2 觸摸延時方案.2 2.3 電路系統總體設計.43、 單元電路設計.7 2.1 濾波電路.7 2.2 555定時器.72.3延

3、時電路.104、 實物制作與調試.124.1 PCB制板流程.124.2 硬件調試 .134.2.1 調試中的故障.134.2.2 調試結果 .135、 總結 .146、 致謝.14 參考文獻.15 附錄一：樓道觸摸延時開關電路原理圖 附錄二：樓道觸摸延時開關電路PCR圖 附錄三：樓道觸摸延時開關實物圖 附錄四：元件清單 引言 隨著市場經濟的發展，人們對開關的需求也越來越高，開關的種類也因此越來越齊全。聲控開關、機械開關、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

4、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，方便人們生活。樓道觸摸延時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。需要開關燈時，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。

5、具備以下功能特點：節約電能，無觸點，無污染，安全可靠。1.1 設計目的 利用模擬電路與數字電路的相關知識，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觸摸延時開關。通過本次設計了解并掌握NE555定時器，以及由NE555定時器組成的單穩態電路實現對觸摸開關的延時以及由繼電器組成的控制電路來實現對白熾燈的控制等。1.2 設計要求 使觸摸延時開關具有以下功能： a.當人用手觸摸開關時，照明燈亮，并延續一段時間后自動熄滅。b.開關的延時一段時間（定時時間可由RC參數調節）。 二、總體設計方案2.1電源設計方案方案一： 穩壓電路濾波電路 電源變壓器整流電路NE555單穩態電路

6、 照明燈繼電器控制電路觸發端 圖2.1.1 直流穩壓電源框圖輸入電壓經過電源變壓器交流電壓變為所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓，由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，但這樣的電壓會隨溫度、負載等其他因素的變化而變化。因而在整流濾波電路之后，穩壓電路的作用是維持輸出直流電壓穩定。得到穩定的直流電后，再經過NE555單穩態電路、繼電器控制電路，最后到照明燈。限流電阻無極性電容 指示燈方案二： 5V電源 限流電阻555組成的單穩態電路 RC電路燈泡觸摸端直接接一個5V的電源，由于要保證直流電壓的大小和質量，故采用電阻限流、

7、電容濾波，以達到要求電壓，在經過C的充放電來控制燈泡的亮和滅，RC來控制延時的時間長短（tw=RC1n31.1RC），當需要開燈時，用手觸碰一下感應區，觸發信號電壓 加至555的觸發端，使555的輸出由低變成高電平，電燈點亮。而最后一個限流電阻是為了保障燈泡不被燒壞，而正常發光。延時 tw時間后555的輸出端由高電平變回到低電平，電燈熄滅。相比之下，電源電壓方面，我們采用第二個方案，可以接3節1.5V的電池，或者用手機電池板做電源，提供電壓，操作既簡單，又節約成本。2.2觸摸延時方案 圖2.2.1 觸摸延時開關555定時器構成單穩態觸發器。只要用手接觸觸摸開關，電源接通，555輸出端輸出高電平

8、，燈泡發光，當暫穩態時間（tw）結束時，555輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數調節。2.3電路系統總體設計綜上所述,樓道觸摸延時開關電路原理如圖2.2.2555定時器構成單穩態觸發器。用一個5V電源為NE555提供工作電壓，因為不能保證Vcc是直流電源，所以加一個濾波電容來提高直流質量。當需要開燈時，用手觸碰一下感應區，觸發信號電壓加至555的觸發端，使555的輸出端由低電平變為高電平，電路進入暫穩態,電燈點亮。該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數調節。 tw=RC1n31.1RC 圖2.2.2 555定時器組成的單穩態觸發器 三、單

9、元電路設計3.1濾波電路 濾波電路利用電抗元件對交、直流阻抗的不同來對整流輸出電壓中的紋波實現濾波。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降壓時，就把電場能量釋放出來，時負載電壓比較平滑，即電抗元件具有平波的作用。常用結構如圖所示：圖 3.1.1 濾波電路的基本形式 （a）C形濾波電路 （b）倒L形濾波電路 （c）形濾波電路 本設計采用的是電容濾波電路。電容C對直流開路，對交流阻抗小，所以用C濾波，因為不能保證輸入為直流的質量，所以經過濾波電路后，既可以保留直流分量，又可以濾除一部分交流分量，改善了交直流成分是比例，減少電路的脈

10、動系數，改善直流電壓的質量。 3.2 555定時器 555定時器集模擬、數字與一體的中規模集成電路，其應用十分廣泛，不僅可作各種儀器、儀表、自動化裝置、各種民用電器的定時器、時間延時器等時間功能電路，也可構成自激多諧振蕩器，脈沖調制電路，脈沖相位調諧電路及單穩態、雙穩態等各種電路。 圖 3.2.1 555定時器外形結構1電路結構 555定時器的內部電路由分壓器、電壓比較器C和C、簡單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內部結構圖如圖3.5.2所示。三個5K的電阻串聯組成分壓器，為比較器C、C提供參考電壓。當控制電壓端（5）懸空時（可對地接上0.01uF左右的濾波電容），比較器C和C的基

11、準電壓分別為2/3V和V/3。 v是比較器C的信號輸入端，稱為閾值輸入端；v是比較器C的信號輸入端，稱為觸發輸入端。如果控制電壓端（5）外接電壓v,則比較器C、C的基準電壓就變為v和v/2。比較器C和C的輸出控制SR鎖存器和放電的T的狀態。 3.2.2圖 555定時器的電路結構 沒有觸發信號時(Vi VCC)電路處于穩態，輸出為0外加觸發信號，電路轉換到暫態，輸出為1觸發信號消除后，電容充電電路自動轉換到穩態輸出為0 放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時器時，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。為直接復位輸入端，當為低電平時，不管其他輸入端的狀態如何，輸出端v即為低電平。2

12、.電路功能當v>2/3V， v> V/3時，比較器C輸出低電平，比較器C輸出高電平，簡單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導通，輸出端v為低電平。當v<2/3V， v<V/3時，比較器C輸出高電平，比較器C輸出低電平，簡單SR鎖存器Q端置1，放電三極管T截止，輸出端v為高電平。當v<2/3V，v> V/3時，簡單SR鎖存器R=1， S=1，鎖存器狀態不變，電路保持原狀態不變。電路具體功能如表1所示：表1 555定時器功能表輸 入 輸 出閾值輸入（v）觸發輸入（v）復位（）輸出（v）放電管T*< 2/3V> 2/3V< 2/3V*< V/

13、3> V/3> V/30111011不變導通截止導通不變3.3 延時電路1. 設計原理 觸摸延時開關，使用時只要用手摸一下開關上的觸摸電極片，電燈就會點亮，延時一段時間后，電燈自動熄滅。電路原理：觸摸延時電路主要由時基芯片NE555組成的定時電路，在這里接成單穩態電路，平時由于觸摸端無感應電壓，電容C通過555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，電燈不亮。當需要開燈時，用手觸碰一下觸摸端，觸發信號電壓由C加至555的觸發端，使555的輸出由低變成高電平，電燈點亮。同時，555第7腳內部截止，電源便通過R給C充電，這就是定時的開始。當電容C上電壓上升至電源電壓的2時，555第7腳導通

14、使C放電，使第3腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時結束，定時長短由R、C決定：T=1.1R·C 2、參數計算 設R=100K ,C=10uF由 tw=RC1n31.1RC 求得延遲時間 注：改變電阻阻值和電容容量都會改變延時時間。 圖 3.3.1 延時電路圖四、 實物制作與調試4.1 PCB板制板過程 1、打印電路板。將繪制好的電路板用絲印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。 2、裁剪覆銅板,用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，

15、不要過大，以節約材料。 3、預處理覆銅板。用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉印電路板時，熱轉印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標準是板面光亮，沒有明顯污漬。 4、轉印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對齊好后把覆銅板放入熱轉印機，放入時一定要保證絲印紙沒有錯位。一般來說經過2-3次轉印，電路板就能很牢固的轉印在覆銅板上。熱轉印機事先就已經預熱，溫度設定在160-200攝氏度，由于溫度很高，操作時注意安全！ 5、腐蝕線路板,回流焊機。先檢查一下電路板是否轉印完整，若有少數沒有轉印好的地方可以用黑色油性筆修補。然后就可以腐蝕了，等線路板上暴

16、露的銅膜完全被腐蝕掉時，將線路板從腐蝕液中取出清洗干凈，這樣一塊線路板就腐蝕好了。由于要使用強腐蝕性溶液，操作時一定注意安全！ 6、線路板鉆孔。線路板上是要插入電子元件的，所以就要對線路板鉆孔了。依據電子元件管腳的粗細選擇不同的鉆針，在使用鉆機鉆孔時，線路板一定要按穩，鉆機速度不能開的過慢，務必仔細。 7、線路板預處理。鉆孔完后，用細砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。 8、焊接電子元件。焊接完板上的電子元件，通電。 注意：元件安裝時采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接，本設計中的電源電路、觸摸延時電路中的元器件都應合理布局。避免焊接時交叉短路及確保電路板美觀程度。焊接

17、時不要直接焊芯片，注意錫的用量、確保焊點光華整潔，節約資源以及焊接的時間不要太長，以免燒壞元器件。4.2 硬件調試4.1.1調試中的障礙在實驗過程中，我們發現了以下故障： 故障1：燈泡沒有全部亮，在并且實驗中我們發現紅色燈泡全不亮；原因:燈泡的長短引腳接反了。解決方法：檢查芯片引腳接線，查閱資料，正確接線。故障3：實物不能實現預期結果。原因：焊點沒焊好，導致短路。解決方法：修改焊點，達到標準。4.1.2調試結果 在調試中，遇到了一些問題，本組成員在老師的指導下，經過多方面耐心的調試，不斷地更改，一步步解決了遇到的問題；最終實現了部分功能，還有一些方面有待提高。 五、總結 本組成員在接到課題后，

18、經過認真的探討，開始確定了基本思路，然后通過查閱大量的資料，確定了主要元件。用protel2004sp2畫出電路原理圖，得到PCB圖。由PCB制板，最后根據電路圖，把各個元件焊接起來，得到了實物圖。通過本次對樓道觸摸延時開關的設計，使我從中學習到了許多的新知識，對觸摸延時開關的認識又提升到了一個新的階段，對于樓道觸摸延時開關的設計，我們應該抓住其本質，熟悉 555 定時器，完成由 555 定時器組成的單穩態電路實現對觸摸開關的延時，以及對事件的控制等等。這在平時上課以及課后是不會去了解這么多的；之前對電路純粹是停留在理論階段的認識和理解，現在知道了怎么去分析一個電路、怎么去解決電路在實際操作過程中遇到的諸多問題，真正的做到了學以致用；之前看到一塊電路板擺在眼前會感覺到相當的了不起，現在自己已經學會了怎么去做、怎么布局元器件、怎么走線，知道了焊接細節工藝的重要性；同時，我們的動手能力得到了提高，做事的耐心程度也得到了提高，檢修能力也得到了提升，尤其重要的是，在這次比賽中學會了團隊的真正內涵，理解了自學能力的重要性！本次課程設計，無論是對我們日后的工作還是學習都將扮演這相當重要的