触摸式延迟照明灯 电工课程综合设计.docx
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触摸式延迟照明灯电工课程综合设计
题目触摸式延迟照明灯
班级应用物理
学号200910250101
姓名
指导
时间
电工电子技术课程设计任务书
班级：
09应用物理姓名：
孙家驹指导教师：
万军2011-6-13
设计题目：
触摸式延迟照明灯
设计任务
本课程设计一种在楼梯过道用的由手控制的节能照明电路。
具体要求如下：
1.使用时只要用手指轻轻摸一下触摸电极片，电灯即被点亮。
2.延迟数十秒后自动熄灭。
3.画出系统框图，写出详细的过程。
4.用AlbumDesigner软件画出完整的设计电路图，并列出元件清单。
设计步骤
1、调研，查找并收集资料开始撰写设计说明书；
2、总体方案设计并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考资料
【1】秦曾煌；电工学简明教程；高等教育出版社；2007.6
【2】李银华；电子线路设计指导；北京航空航天大学出版社；2005.6
【3】康光华；电子技术基础（第五版）；北京：
高等教育出版社；2006
【4】陈辉；555定时器在定时控制电路中的应用研究；西北师范大学物理与电子工程学院甘肃兰州730070
【5】杨宇赵玉霞徐刚；555定时器功能及应用的探讨；陆军航空兵学院信息技术教研室，北京101123；2007.5
目录
1、总体方案与原理说明...............................................4
2、触摸控制电路.........................................................5
3、时间延迟电路.........................................................6
4、照明电路................................................................7
5、整流电路...................................................................8
6、总体电路原理相关说明....................................9
7、总体电路原理图...........................................10
8、元件清单................................................11
9、参考文献................................................12
10、设计心得体会........................................13
1、总体方案与原理说明
本文作品设计是在教室或家庭楼道由人体触摸控制开启的照明电灯电路，它由触摸控制电路，延时电路，照明电路和电源电路四部分组成,触摸电路的输入端与一个触摸片相接，其输出端与电子开关电路的控制端相接；电子开关电路中的开关元件通过整流稳压元件接在整流电路的直流端。
各电路功能如下，触摸控制电路是通过人体接触后产生电流泄漏而工作的，控制电路的开启，时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对电灯开启时间的控制，照明电路能保持电灯正常工作，电源电路的功能是为上述所有电路提高直流电源。
设计图如下：
图1系统框图
2、触摸控制电路
图2触摸控制电路
需要开灯时，只要用手指摸一下触摸电极片M，因人体泄漏电流经R5与R4分压后注入三极管VT3的基极，使VT3迅速导通。
8V直流电就经过VT3的c—e极向电容C2充电，并经R2使VT2导通，VT1也随之迅速导通，VS因门极获得正向触发电流而开通，灯H即被点亮。
人手离开电极片M后，因C2储存的电荷通过R2向VT2的发射结放电，所以仍能维持VT2、VT1及VS的导通，电灯H依然点亮。
电灯H依然点亮。
直至C2电荷基本放完，VT2由导通转为截止，VT1也随之截止，改变R2、R3及C2的数值能调节电灯每次被点亮的时间长短。
采用图示数据，每触摸一次电极片M，电灯H约能点亮60秒。
R4的作用是使三极管VT3平时处于反偏状态，以减小VT3的漏电流，确保在无触摸信号时VT2始终处于截止状态。
若取消R4，往往因VT3管子质量不佳，其漏电流可使电容C2两端电压不断上升，最终会导致VT2误导通使电灯H点亮。
VT1用9012型等硅PNP三极管，β≥100；VT2用9011、9013型等硅NPN三极管，β≥100；VT3用9014型等硅NPN三极管，β≥200。
3、时间延迟电路
图3时间延迟电路
延迟电路的实现，主要运用电容的充放电原理。
在人触发电极片后，人体的杂波信号电压使得VT3输入变成高电平，从而输出低电平，在VT3得到触发信号导通后，8V直流电就经过VT3的c—e极向电容C2充电，并经R2使VT2导通，VT1也随之迅速导通，并储存一定量的电荷。
当人手离开电极片后，触发信号消失后，因C2储存的电荷通过R2向VT2的发射结放电，电容放电使VT2保持一定时间内处于导通状态下，实现灯泡延时1min左右后熄灭。
延长时间长短主要由R2、C2充电时间常数决定，若要延长或缩短时间，可适当增大或减小R2的数值。
4、照明电路
图4照明电路
照明电路采用220V的交流输出，将功率小于100W的灯泡与整流电路部分串联连接
5、整流电路
图5整流电路
整流电路中采用四个IN4007二极管，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U的正半周内，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止。
在负载灯泡上得到上正下负的输出电压;在负半周内，正好相反，VD1、VD3截止，VD2、VD4导通，流过负载灯泡的电流方向与正半周一致。
因此，利用四个二极管，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。
6、总体电路原理相关说明
这里介绍一种触摸式延迟照明灯，使用时只要用手指轻轻摸一下触摸电极片，电灯即被点亮，延迟数十秒后灯自动熄灭。
它适合楼梯过道照明用。
本照明开关的另一个特点是它采用单线进出，对外仅两个引出端子，因此它不需要更改室内原有照明线路，就可直接取代普通开关，方便接线。
触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上，很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现，经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R4电阻两端。
电源电路由整流二极管VD1-VD4，电阻器R3,发光二极管VL,稳压二极管VS等组成;控制电路由触摸电极M，电阻器R4,R5,晶体管V1,V2和项晶闸管VT等组成。
接通电源后，交流220V电压经过VD1-VD4整流，R3限流及VS稳压后产生12V电压，供给控制电路。
此时，晶体管V1,V2及晶闸管VT均处于截止状态，流过照明灯EL中的电流仅有2mA左右，不足以使EL点亮。
当用手触摸金属片M时，人体感应信号经电阻器R4,R5加至V3的基极，使V3导通.V3导通后，其集电极电压降低，使V2也导通。
V2导通后，其集电极输出出发高电平，使晶闸管VT受触发而导通，照明灯EL点亮。
在V3导通瞬间,电容器C1通过V3集电极与发射极并接在+12V两端,使C1上迅速充满约12V左右的电压。
照明灯EL点亮，人手离开金属片M后，V3虽然截至，但C1上所充电压通过电阻器R2向V2的发射结放电，使V2仍维持导通，所以照明灯EL仍能持续发光。
当电容器C1放电结束后，V2截止，使晶闸管VT也截止，照明灯EL熄灭。
发光二极管串联在+12V电源电路中，可以作为夜间指示灯，指示接近金属片的位置。
R2和C1的数值决定着照明灯的延迟时间，可通过改变R2的阻值来改变延迟时间：
若R2为100千欧，则延迟时间为60S；若R2为150千欧,则延迟时间为90S；若R2为220千欧，则延迟时间为135S。
7、总体电路原理图
图6总体电路原理图
8、元件清单
序号
元件类型
元件规格
数量
1
C1、C2电解电容器
耐压值16V
2
2
R1~R5金属膜片电阻器
1/4W
5
3
VS晶闸管
MCR265-4
1
4
NPN型晶体管
2N5232
1
5
PNP型晶体管
2N5227
1
6
稳压二极管
1W,12V
1
7
VL高亮度发光二极管
3mm或5mm
1
8
VD1～VD4整流二极管
1N4007
4
参考文献
【1】秦曾煌.电工学简明教程.北京：
高等教育出版社，2007.
【2】李银华.电子线路设计指导.北京：
北京航空航天大学出版社,2005.
【3】康光华.电子技术基础5版.北京：
高等教育出版社,2006
【4】陈辉.555定时器在定时控制电路中的应用研究；西北师范大学物理与电子工程学院甘肃兰州730070
【5】杨宇赵玉霞徐刚.555定时器功能及应用的探讨；陆军航空兵学院信息技术教研室，北京101123；2007.5
【6】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社,2002.
【7】付家才.电子工程实践技术.北京：
化学工业出版社，2003.
【8】孟贵华.电子元器件选用入门.北京：
机械工业出版社，2004.
【9】谢自美.电子线路设计实验测试.武汉：
华中科技大学出版社，2000.
设计心得体会
做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际相结合，进一步巩固已学基本理论及运用知识。
一个星期很快就过去了，虽然只有短短的一周，但我知道了原来看来很复杂的东西其实很简单，只要自己肯多想一想，就没什么难的。
在本次的“触摸延时照明灯设计”中，充分运用所学的模拟电子技术基础知识、以及搜集的大量资料，明白了楼道触摸延时开关的基本原理。
通过这次设计实践，培养了自己独立思考和自学的能力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的巩固了之前学到的模拟电子相关知识。
重新学习了整流电路的相关内容，对全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，此电路用到了晶闸管的门极触发原理，在之前对晶闸管方面的学习是知之甚少，楼道触摸开关电路的设计之中又用到了晶闸管的控制机理。
经过查阅大量的资料，现在掌握了晶闸管的基本结构、工作原理，对以后的电路设计有很大的帮助。
本次试验还有一个最大的收获，那就是体会到团队合作的力量。
我们小组的每个成员都能发挥自己的聪明才智，为实验的成功奉献力量，所以才有我们现在的成果！
作为组长我真的很感谢指导和帮助的老师，谢谢你们让我们再次成长，学到了更多有用的知识！
同时也提升了我们对于专业课学习的信心。
我觉得做一次课题设计从每一个细节都在锻炼着我们。
我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。
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