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1.直流稳压电源经过整流、滤波、稳压为NE555提供工作电源
2.完成由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时
3.由继电器组成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制第2章单元电路设计
2.1楼道触摸延时开关工作原理2-1触摸延时电路框图结构从应用的安全因素考虑,用隔离变压器对220V交流电进行降压,得到一个13V的交流电压,经整流、滤波得到一个13V的直流电压,在经过L7805稳压得到稳定的5V直流电压,为NE555提供工作电压当需要开灯时,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,继电器KS吸合,220V交流电形成回路,电灯点亮同时,电源通过定时电阻给定时电容充电,这就是定时的开始延时一段时间后555的输出端由高电平变回到低电平,继电器释放,220V交流电形成的回路断开,电灯熄灭
2.2电源电路设计电子系统的正常运行离不开稳定的电源,除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外,多数电路的直流电源是由电网的交流电转换来的常用小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成如图2-2所示2-2小功率直流稳压电源系统结构电源变压器将电网交流电压(220V或380V)变换成符合需要的交流电压,此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压因为大多数电子电路使用的电压都不高,这个变压器是降压变压器整流电路利用具有单向导电性能的整流元件,把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有的脉动直流电压滤波电路利用储能元件电容器C两端的电压不能突变的性质,把电容C与整流电路的负载RL并联(或串联),就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电稳压电路当电网电压或负载电流发生变化时,滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化因此,稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化2-3直流稳压电路
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2.1稳压电路设计稳压电路设计由于集成电路工艺迅速发展,集成稳压电路的制成,也具有集成电路的共同特点体积小、外围元件少、性能可靠、使用调整方便和优廉等优点,因此广泛使用目前,集成稳压器的类型很多,按结构形式可分为串联型、并联型和开关型;按输出电压类型可分为固定式和可调式作为小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器的应用最为普通三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子有固定式和可调式二种类型,此外又分为正或负电压输出类型W7800系列为三端固定正电压输出集成稳压器;W7900系列为三端固定负电压输出集成稳压器型号中最后两位数表示输出电压的稳定值,有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V在本设计中采用的是L7805稳压,为NE555提供工作电源图2-4三端式固定输出集成稳压器外型使用时要求输入电压值至少大2V以上即|U1|-|U0|≥2V,但不宜过大另外还有接地端流过的静态电流IQ=8A1确定稳压器型号、输入电压和输出电流根据要求U0=+5V,故选用W7805型号;稳压器压差为|U1|-|U0|≥2V,现取3V故输入电压U1=5+3=8V;直流稳压电源工作时最大电流IOmax=300mA稳压器的输入电流即为整流滤波电路的负载电流IO=IOmax+IQ=300+8=308A为确定整流二极管和滤波电容参数需要,先确定电源变压器的副变电压有效值U2和整流滤波电路的等效负载RLU18U2==V=
6.7V
1.
21.2现取U2=7V
1.2U
21.2×7RL==Ω=
27.3ΩIO308(2-1)(2-2)
2.
2.2桥式整流电路整流电路是利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单向的脉动电压图2-5单相桥式整流电路桥式整流电路的工作原理由图2-5可看出,电路中采用四个二极管,互相接成桥式结构利用二极管的电流导向作用,在交流输入电压U2的正半周内,二极管D
1、D3导通,D
2、D4截止,在负载RL上得到上正下负的输出电压;在负半周内,正好相反,D
1、D3截止,D
2、D4导通,流过负载RL的电流方向与正半周一致因此,利用变压器的一个副边绕组和四个二极管,使得在交流电源的正、负半周内,整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流
2、整流二极管参数计算正向平均电流IF≥ID=1IO=2最大反向电压1308mA=154mA2(2-3)URM≥URmax=2U2=
3、电源变压器容量副边电流有效值2×7V≈10V(2-4)I2≈
1.52IO=
1.5212mA=1824mA取I2为500mA副边容量(2-5)P2=U2I2=7×
0.5VA=
3.5VA(2-6)5第2章单元电路设计原边容量因变压器效率ηT=
0.6,故PP1=ηT2=
3.5VA=
5.8VA
0.6(2-7)故平均容量为11P=P1+P2=
3.5+
5.8VA=
5.8VA22取P=5VA
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2.3滤波电路滤波电路利用电阻抗元件对交、直流阻抗的不同,实现滤波电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端经过滤波电路后,既可保留直流分量,又可滤掉一部分交流分量,改变了交直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量图2-6电容滤波电路
1、电路工作原理滤波电容容量大,因此一般采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑当U2为正半周并且数值大于电容两端电压UC时,二极管D1和D3管导通,D2和D4管截止,电流一路流经负载电阻RL,另一路对电容C充电当UC≥U2,导致D1和D3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻RL放电,UC按指数规律缓慢下降当U2为负半周幅值变化到恰好大于UC时,D2和D4因加正向电压变为导通状6第2章单元电路设计态,U2再次对C充电,UC上升到U2的峰值后又开始下降;下降到一定数值时D2和D4变为截止,C对RL放电,UC按指数规律下降;放电到一定数值时D1和D3变为导通,重复上述过程电容C愈大,负载电阻RL愈大,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈大
2、电容参数计算C≥3~51T3~5×20×10322=FRL
27.3=
0.001~
0.00183F=1000~1830μF(2-9)取C=1000μF电容耐压UCM取UCM≥25≥2U2=10V(2-10)V故电容参数为C:1000μF/25V
2.3触摸延时电路555集成定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成器件,应用十分广泛,可做各种仪器、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2-7NE555外型结构1脚—GND接地脚2脚—TL低电平触发端3脚—Q电路的输出端4脚—/RD复位端,低电平有效5脚—V_C电压控制端6脚—TH阈值输入端7脚—DIS,放电端8脚—VCC电源电压端,其电压范围为3~18V
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3.1延时电路设计
1、设计原理触摸延时开关,使用时只要用手摸一下开关上的触摸电极片,电灯就会点亮,延时一段时间后,电灯自动熄灭电路原理触摸延时开关电路主要由时基芯片NE555组成的定时电路,在这里接成单稳态电路平时由于触摸端无感应电压,电容C1通过555第7脚放电完毕,第3脚输出为低电平,继电器KS释放,电灯不亮当需要开灯时,用手触碰一下触摸端,触发信号电压由C2加至555的触发端,使555的输出由低变成高电平,继电器KS吸合,电灯点亮同时,555第7脚内部截止,电源便通过R1给C1充电,这就是定时的开始当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时,555第7脚导通使C1放电,使第3脚输出由高电平变回到低电平,继电器释放,电灯熄灭,定时结束定时长短由R
1、C1决定T1=
1.1R1×C12-
112、参数计算根据设计需要延时一分钟T1=60S,设C1=100μF由公式(2-11)可得R1=T160S=≈550KΩ
1.1C
11.1×
0.00001图2-8延时电路图
2.4控制电路
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4.1继电器介绍继电器是一种电子控制器件,通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用继电器的种类较多,如电磁式继电器、舌簧式继电器、启动继电器、限时继电器、直流继电器、交流继电器等但应用于电子电路的,用得最广泛的就是电磁式继电器通常,电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点弹簧片等组成的只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的
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4.2控制电路设计在楼道触摸延时开关设计中,控制电路主要由继电器与二极管组成,通过继电器的通断来控制灯泡的亮与熄灭电路中,继电器线圈两端反相并联了一只二极管,它是用于保护集成块的,切不可省去,否则在继电器由吸合状态转为释放时,由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势,极容易导致集成块击穿并联了二极管后,在继电器由吸合变为释放的瞬间,线圈将通过二极管形成短时间的续流回路,使线圈中的电流不致突变,从而避免了线圈中反电动势的产生,确保了集成块的安全10第2章单元电路设计图2-10控制电路图工作原理当NE555三脚输出高电平时,继电器的线圈中会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合,电灯亮当NE555三脚输出低电平时,继电器中线圈断电,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放,此时电灯熄灭这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的控制电路参数要求继电器由NE555三脚输出电压决定,由于NE55的供电电源是5V,所以3脚输出电压略等与5V可以选用额定电压5V的继电器,二极管选用普通二极管、第3章实物制作与调试
3.1原件安装元件安装时采用电烙铁手工焊接方法将元件按电路图焊接,安装时应注意本设计中的电源电路、触摸延时电路、继电器控制电路中的元器件都应合理布局避免焊接时交叉短路及确保电路板美观程度焊接时不要直接焊芯片,注意锡的用量、确保焊点光华整洁,节约资源以及焊接的时间不要太长,以免烧坏元器件
3.2硬件调试万能线路板元件连线成功后,发现本电路出现以下故障故障一人体触摸后电路没有反映,电灯不亮分析用万用表测量各点电压,发现各点电压均正常,怀疑触发信号过小电路无法触发工作解决方案在555的2脚加入C1815的三极管(作用放大人体触发电流)后电路触摸后能工作,电灯发亮故障二排除故障一后,发现人体触摸触发端,电路延时一分钟左右后继电器有动作,但是电路仍然工作,电灯依然发亮分析继电器动作,但是电路仍然工作,说明继电器有工作,但断开后又继续闭合,怀疑继电器断开瞬间产生的很大电磁干扰,促使触摸端,接收到高频信号触发,555输出端继续输出高电平解决方案在触发端至地,接一个几十皮发的电容,触摸后,延时一分钟左右电路断开,电灯熄灭,电路正常工作修改后的电路图如图4章总结通过本次对楼道触摸延时开关的设计,使我从中学习到了许多的新知识,对触摸延时开关的认识又提升到了一个新的阶段,对于楼道触摸延时开关的设计,我们应该抓住其本质,主要包括直流稳压电源经过整流、滤波、稳压为NE555提供工作电压;完成由NE555定时器组成的单稳态电路实现对触摸开关的延时;由继电器组成的控制电路通过继电器的通、断来实现对白炽灯的控制在本设计当中,我们的动手能力得到了提高,对做事情的耐心程度也得到了提高再一点就是:我们在对电路进行调试时,检修能力也得到了提升可以说本设计使我受益匪浅,为以后的工作打下了坚实的基础参考文献
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20003.718附录附录一触摸延时开关元件清单列表NE555470K200k100μF104pF22pF104pF1000μF330nF100μFLM7805稳压器COIL-DC5V继电器12V变压器C1815三极管25W白炽灯R1R2C1C2C3C4C5C6C719附录附录二楼道触摸延时开关电路图20。