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1、课程设计(论文)题 目 名 称 单键触摸开关 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系、自动化 指 导 教 师 2011年 12 月 23 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09自动化学生姓名学 号题目名称 单键触摸开关设计设计时间2011年12月19日2011年12月23日课程名称电子技术课程设计课程编号121200105设计地点数字控制与PLC实验室创新实验室（214）（305）一、 课程设计（论文）目的 电子课程设计不同于平时的习题练习，也不同于一般的电子实验。习题与做实验的内容较少，每次涉及的范围较窄，一般学生在短时间内较容易完成。而课程
2、则不同，它要综合全部的电子知识，包括“模拟电子技术”，数字电子技术“的大部分内容。由老师给出一些课题，然后由学生根据课题要求，自己进行搜集有关资料，根据课题设计完善可靠的电路再进行整理。得到课程设计的论文。必要时再由此进行实际的电路接线，以实践证实课程理论设计的可行性。经过这样的课程设计，培养了学生的思维能力，解决电子电路问题的能力，也培养了学生动手能力。为毕业阶段的毕业设计打了良好的基础，这就是课程设计的目的。二、 已知技术参数和条件1、ICCD4017计数器，光敏电阻RG，LED；2、KEIL 软件；Wave软件；Proteus仿真软件；3、THKSCM-1型单片机实验系统。三、 任务和要
3、求 设计要求掌握单键触摸开关的基本原理；掌握单键触摸开关硬件电路的设计；1、 要求设计出基本原理框图；2、 要求设计出原理图；注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、模拟电子技术基础，高等教育出版社，胡宴如等2004年7月2、数字电子技术基础，高等教育出版社，张克农等2003年4月3、THKSCM-1型单片机实验系统实验指导书、KEIL 软件，WAVE 软件4、数字控制与PLC实验室”THKSCM-1型单片机实验系统”。五、进度安排2011年12月19日-：收
4、集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2011年12月20日：总体方案设计2011年12月21日-22日：整理书写设计说明书2011年12月23日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 自动化 题目名称 单键触摸开关 课程名称 电子技术课程设计 一、学生自我总结一周的课程设计结束了，在这次课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。在设计过程
5、中，与同学分工设计，和同学们互相探讨，互相学习，互相督促。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到了这句千古名言的真正含义，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下基础。 学生签名： 谌超 2011年 12 月 23 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、 表中的“评分项目”及“权
6、重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要随着电子技术的高速发展，电子技术领域里的新概念、新器件和新方法不断涌现，大众对电子产品的需求量和要求的质量和品牌的不断更新，促使了电子技术的快速发展。为了方便快捷广大居民，我选择了单键触摸开关为我的研究课题。 触摸开关，是科技发展进步的一种新兴产品。他一般是指应用触摸感应芯片原理设计的一种墙壁开关，是传统机械按键式墙壁开关的换代产品。能实现更智能化、操作更方便的触摸开关有传统开关不可比拟的优势，是目前家居产品的非常流行的一种装饰性开关。触摸开关是一种智能控制的墙壁开关，本身需要消耗一定的电能，在待机时，单火智能开关待机取电是通过流过电子镇流器的电流给智
7、能墙壁开关控制电路供电；在工作时，单火智能开关工作时取电是通过开关断开时的两端压差来取电。触摸开关没有金属触点，不放电不打火，大量的节约铜合金材料，同时对于机械结构的要求大大减少。它直接取代传统开关，操作舒适、手感极佳、控制精准且没有机械磨损。同时，触摸开关更有人性化的关怀。本次设计利用模拟电路和数字电路，主要由直流稳压电源电路、触发控制电路和控制执行电路（开关电路）组成。关键词：触摸；延时；感应目 录摘要I1 绪论11.1 课程设计的目的和要求11.2 单键触摸开关的特点11.3 方案设计22 单元电路设计22.1 触摸信号输入电路说明22.2 ICCD4017信号处理电路32.3 电子开关
8、驱动电路43 系统组成与工作原理53.1 系统组成的总原理图53.2 系统的工作原理53.3 三种节能触摸开关63.3.1无静态功耗电子触摸开关83.3.2微静态功耗触摸延熄开关83.3.3无静态功耗触摸延熄开关94 稳压电源10总结11参考文献121 绪论 触摸开关按开关原理分类有电阻式触摸开关和电容式触摸开关，按接线方式分为单火线触摸开关和双线制触摸开关（火线和零线）。从全球范围内来看，绝大多数国家都是采用单火线制布线规则，因此，单火线触摸开关是目前市场主流产品。双线制触摸开关因在安装时需要重新布线，甚至穿墙凿洞，市场应用很少，将逐步被市场所淘汰。1.1 课程设计的目的和要求(1)目的学习
9、与掌握模拟电子技术和数字电子技术的应用，能综合运用所学知识，并在实践的基本技能方面进行统一训练。了解各简单电路的功能，并初步掌握系统设计的基本方法。培养了我的思维能力，解决电子电路问题的能力，也培养了动手能力(2)要求 设计要求掌握单键触摸开关的基本原理；掌握单键触摸开关硬件电路的设计；、要求设计出基本原理框图；、要求设计出原理图；1.2 单间触摸开关的特点触摸开关，是科技发展进步的一种新兴产品。他一般是指应用触摸感应芯片原理设计的一种墙壁开关，是传统机械按键式墙壁开关的换代产品。能实现更智能化、操作更方便的触摸开关有传统开关不可比拟的优势，是目前家居产品的非常流行的一种装饰性开关。在目前市场
10、上，触摸开关按开关原理分类有电阻式触摸开关和电容式触摸开关，按接线方式分为单火线触摸开关和双线制触摸开关（火线和零线）。从全球范围内来看，绝大多数国家都是采用单火线制布线规则，因此，单火线触摸开关是目前市场主流产品。双线制触摸开关因在安装时需要重新布线，甚至穿墙凿洞，市场应用很少，将逐步被市场所淘汰。单键触摸开关采用LED背光触摸式设计，LED背光触摸式按键实现开关控制，标准图案清晰易懂，灯位指示让用户可在任何光线下进行操控，符合国际潮流，方便夜间辨识。工作时为蓝光背景，不工作状态为柔桔淡光背景。EEPROM永久保存参数设计。在特殊情况下产品掉电时，EEPROM可以永久保存设定的参数。 并且开
11、关控制安全，电子控制，采用进口智能IC电子控制，尖端科技工艺技术，无电弧，可湿手操作；面板坚固耐用，高强度钢化玻璃玻璃面板防水、防刮、防老化；零火供电方式 ，零火供电，使用稳定可靠，适合控制所以照明灯类型，如白炽灯、LED灯，节能灯等。 触摸开关变压器降压方式，与现有的触摸开关采用阻容式降压不同，触摸控制开关均采用变压器和开关电源降压方式，安全、稳定、可靠、耐用。1.3 方案设计电子开关驱动电路触摸信号输入电路IC CD4017电子开关电路 电源 图1-1 方案图2 单元电路设计单键触摸开关由触摸信号输入电路，ICCD4017信号处理电路，电子开关驱动电路及电源组成。首先由触摸片把人体的触摸信
12、号转化成市电同频的标准的MOS电平，然后输入ICCD4017的十进制的计数器进行信号处理ICCD4017处理后的结果决定是否驱动电子开关导通灯泡或其他使用设备工作。2.1 触摸信号输入电路说明HD为管式氖泡，它与光敏电阻RG组成“自制光电耦合器”，并与触摸电极M、R1形成触摸信号输入通路, 人体带电与市电同频，当人体接触触摸片时，经输入电阻和HD管式氖泡及光敏电阻RG后成为标准的MOS电平。触摸持续时间大于32毫秒、小于332毫秒时，控制逻辑部分控制电路呈开关工作状态。当触摸持续时间大于332毫秒时，控制逻辑部分控制电路呈调光工作状态，输出触发脉冲相位角在41159之间连续周期变化，并根据人眼
13、的感受力，分为快、慢和暂歇三个过程。当触摸结束时，亮度记忆对该时相位角进行记忆，若再施与大于32毫秒、小于332毫秒的触摸，电路呈关状态时，相位角仍由该部分记忆，保证电路在下一次开状态时，保持原选定相位角，光源保持原亮度。触发脉冲与市电的同步，由锁相环保证电路的工作时钟，也均由其产生。触摸灯的触摸开关是通过人体接触后产生的电流泄露而工作的。当用手触摸一下触摸开关的电极片M时，人体泄漏电流使VT3导通。此时，电容C2开始充电，VT2、VT1随即导通，晶闸管门极得到正向触发电流导通。（其中泄露的电流十分微小，只有多少微伏。而人体本身带的静电都有几千几万伏。所以触摸开关对人体的影响是微乎其微的几乎没
14、有。）触摸电路如图2-1所示。图- 触摸信号输入电路图2.2 ICCD4017信号处理电路cd4017工作原理及应用电路图如下:图-十进制计数/分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（O0O9）和个进位输出端O5-9。每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输入（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O
15、9）均为低电平。CP0和CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。2.3 电子开关驱动电路图2-3电子开关驱动电路图该电路为触摸开关的驱动电路由5个二极管R5、R6及一个三极官和一个可控硅管组成。当IC CD4017输出高电平能驱动二极管后则在二极管和R5、R6的限压和限流的作用下给三极管基极电流和电压及可控硅管以驱动三极管和可控硅管导通这样就可以使灯泡或其他电器设备
16、正常工作了。3 系统组成与工作原理3.1 系统组成的总原理图 图3-1总原理图3.2 系统的工作原理用CD4017组成的单键触摸开关，该开关为单触摸电极控制方式，每触摸一次电极，开关即动作（开或关）一次，与普通机械开关功能相同，使用非常方便。电路原理图中HD为管式氖泡，它与光敏电阻RG组成“自制光电耦合器”，并与触摸电极M、R1形成触摸信号输入通路。CD4017的Q1、Q3、Q5、Q7、Q9等奇数输出端分别接二极管V2V6，当其中之一输出高电平时，V8导通并触发双向可控硅VT导通，接入插座的负载得电工作，此时Q2、Q4偶数输出端悬空；反之，当偶数输出端其中之一为高电平时，V8、VT均截止，插座
17、负载断电，该触摸开关刚通电时，因C1、R4微分作用，CD4017自动复位清零，插座为断电状态。首次触摸M后，HD启辉发光，RG阻值减小，CD4017的CL端变为高电平，Q1输出高电平；而再触摸一次M后，CD4017计数一次，Q1变为低电平，Q2输出高电平，依次类推，从而实现触摸开关功能，市电两输入线分别通过R7、R8接至触摸通路，因此无需分相线、零线，均可保证电路正常工作。采用分立元器件制作的触摸式电子开关，它具有简单易制、使用安全可靠等特点，可用于控制照明灯、排风扇等家用电器。电路工作原理：该触摸式电子开关电路由电源电路、触发控制电路和控制执行电路 (开关电路)组成，如图3-2所示图3-2电
18、源电路由电源变压器T、整流桥堆UR和滤波电容器C组成。触发控制电路由触摸电极片Al、A2、晶体管Vl-V4和电阻器Rl-R4组成，其中V3、V4和Rl-R4组成双稳态触发器。控制执行电路由晶体管V5、电阻器R5、二极管VD、继电器K和发光二极管VL组成。交流220V电压经T降压、UR整流及C滤波后，为触发控制电路和控制执行电路提供9V直流电压。在接通电源瞬间，V4截止，V3导通，V5截止，K处于释放状态，负载不工作。当用手触摸饱极片Al时，人体感应信号经Vl放大后使V4受触发而导通，V3截止，V5导通，K吸合，其常开触头将负载的工作电源接通。再用手触摸一下电极片A2时，人体的感应信号经V2放大
19、后，使V3导通，V4和V5截止，K释放，将负载的工作切断。VL在K吸合、负载通电工作时点亮，在K释放时熄灭。元器件选择：Rl-R5选用1/4W的碳膜电阻器或金属膜电阻器。C选用耐压值为16V的铝电解电容器。VD选用IN4001型硅整流二极管或2CPlO型硅普通二极管。UR选用lA、5OV的整流桥堆，也可用4只1N4001或2CPlO桥接后代替。VL选用5mm发光二极管。Vl-V4均选用Sg013或3DG6型硅NPN晶体管;V5选用3DGl2或S805O型NPN晶体管。T选用1-3W、二次电压为gV的电源变压器。K选用JRX-13F型9V直流继电器。若控制较大的功率负载，则可用K的常开触头通过控
20、制交流接触器来控制负载。3.3三种节能触摸开关经过对市场上出现的多种电子开关(包括延熄开关)进行分析测试，笔者发现这些开关都有六七百毫瓦以上的静态功耗，一年下来每个电子开关静态耗电就在5、6度以上。每个厂家每年都生产出大量这种开关供人们使用，可想而知有多大的浪费。为此，笔者利用一种很普通的小电流触发晶闸管(具有控制极触发电流很小的特点，触发电流多小于200A，目前额定电流为1A的这种晶闸管的售价只有四、五毛钱)，设计制作了三种实用的电子触摸开关，这几种开关具有电路简单、成本低廉、元件易购、工作可靠、使用方便等特点，更主要的是没有任何静态功耗或只有极微功耗。使用时无需区分两根引出线，可随便与电器
21、或电灯串联，只是注意整个开关必须接在交流电火线上。3.3.1无静态功耗电子触摸开关目前，大多数电子触摸开关都需要在开关内部设计一个直流低压工作电源，这样不仅电路复杂，而且存在静态功耗。本电子触摸开关采用的技术方案是：由桥式整流二极管、单向晶闸管、三极管、电阻、电容和触摸金属片组成电子触摸开关，触摸开的控制是通过一个小电流触发晶闸管实现的。首先整流二极管把交流市电变成单向脉动电，然后经一个单向晶闸管进行电源通断控制，触摸开控制的小电流触发晶闸管接在起电源通断控制作用的晶闸管的阳极和控制极之间。触摸开金属片通过限流电阻接在小电流触发晶闸管的控制极上。 本开关可以在无任何静态功耗的情况下，对家用电器
22、特别是照明灯具进行交流电源触摸通断的控制。 小电流触发晶闸管VS2实现触摸开控制，三极管VT实现触摸关控制。电容C2通过电阻R2接在VS1的控制极和阴极之间，可使晶闸管VS1一旦被触发导通后能一直维持导通。平时晶闸管VS1和VS2均处于关断状态，整个电路没有任何功耗。当人体(如手指)触摸一下金属片M时，人体的感应信号使VS2导通，结果VSl得到触发电流也导通，电器得电工作。VS1导通后，VS2随即没有工作电压，此时对应电容C2两端电压约为08V。需要关掉电器电源时，触摸一下金属片M，对应三极管VT导通，C2上的电荷被释放，VS2在交流市电过零时关断。图中电容C1和C3起抗干扰作用。由于采用桥式
23、整流，通过晶闸管控制，可确保流过电器电流是正弦波，因此适用于各种电器的电源控制。3.3.2微静态功耗触摸延熄开关此触摸延熄开关具有静态功耗极微的特点。静态电流约55A，静态功耗约12mW，一年下来静态耗电仅约0.1度，比现有触摸延熄开关降耗98以上。电路如图5所示，VS1、VS2为单向晶闸管。其中VS2为小电流触发晶闸管。交流电经二极管VD1VD4桥式整流后变成脉动直流电，一路直接加到VS1的阳、阴极之间，另一路通过电阻R1加到VS2的阳极。由于无触发信号，VS1和VS2均处于关断状态。当人体(如手指)触摸一下金属片M时，人体的感应信号使VS2导通，结果VS1也导通，对应电灯得电发光。由于C2
24、的作用，VS1将一直保持导通状态，这是本开关的一个独特之处。二极管VD5起提升电容C2上电压的作用。VS1导通后，对应C2两端电压实测约为16V。此电压经电阻R3向电容C4充电。一定时间后，对应三 极管VT1导通，结果C2上的电荷被释放，VS1关断，电灯熄灭。三极管VT2为电容C4提供放电回路，当延熄结束后，VS1截止，220V的直流脉动电压通过电阻R1、R7加到VT2基极，VT2饱和导通，C4上电荷被快速释放，为再次的延熄做好准备。此触摸延熄开关所带负荷的大小由VS1和VD1VD4二极管决定。VS1采用1A600V，VD1VD5采用1N4007，对应灯泡功率在100w以内。VS2采用小型的M
25、CR00-6。R1R8电阻阻值分别为100k、2.2k、220k、1.5M、1.5M、2.2k、3.9k、39k，功率均为1/16W。C1、C3为瓷片电容，容量分别为0.1和0.01。C2、C4为电解电容，分别为47/25V和470/16V。3.3.3无静态功耗触摸延熄开关此触摸延熄开关没有任何静态功耗。电路中的R8处串联了一个耐压400V以上的小容量电容C5，平时没有任何静态电流。每次延熄过程中，此小容量电容通过R8、R9放电；延熄结束后，200多伏脉动直流电向此小容量电容快速充电。由于VT1、VT2导通后，C4上电压会快速降到06V左右，要把C5上不多的电荷放掉，对于所串联的此小容量电容只
26、要几千皮法即可，C5为3900pF/500V。三极管VT1、VT2构成模拟单向晶闸管，一旦导通，就快速进入饱和状态，对应C2上的电荷快速被释放，结果VS1快速关断。由于采用了模拟单向晶闸管，触发电流极小，不到1A，因此R3阻值可以取得很大，对应C4容量可以很小，让C4电荷放掉的R8支路电流也可相应降低。如果三极管VT3电流放大倍数大于50，C5容量还可减小。经实验，C5取2200pF，R8取33M，也能正常工作。R3取15M，C4取100F，延熄时间为68秒。稳压电源电源是整机能源的提供者，稳定的电源是提高系统性能指标的前提条件，为了保证电源部分不对性能指标造成影响。首先，是采用性能优良的集成
27、稳压电路；其次，是采用大小功率电路分开供电。从实质上把两者的相互牵制或不良耦合减小到最低程度。电路还具有电压短路保护功能和工作状态指示。具体电路如图4-1所示：图稳压电路图总结作为一名自动化专业的大三学生，我觉得进行课程设计是十分有意义的，而且是十分有必要的。在已度过的大学时间里，我们一直在进行理论学习，学习了数字电子技术基础和模拟电子技术基础，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。纸上谈兵并没有用，通过这次单键触摸开关的课程设计，理论与实践相结合，不仅培养了我们的动手能力更是加深了对已学知识的理解。经过一个星期的努力，我们基本上按要求完成了这次课程设计。在本次课程设计中，我们运
28、用到了以前学习的知识。例如：数字电子技术基础、模拟电子技术基础和电路等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一大收获。在课程设计过程中遇到问题是很正常的，我们要学会发现问题，思考问题，解决问题，以免以后遇到同样的问题。在此次的设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。虽然这只是一次简单的课程设计，但是锻炼了自己独立思考问题的能力，有助于养成通过查看相关资料来解决问题的习惯。设计本身并不重要，重要的是对待问题的态度和解决问题的能力。要将所学的基础专业知识与实践紧紧的结合在一起，要将各个元器件通过一定的手
29、段联系在一起，巩固了专业知识，加强了我的动手能力，加强了我的团队合作能力。参考文献1 张克农数字电子技术基础高等教育出版社20032 胡宴如，耿苏燕模拟电子技术基础高等教育出版社.20043 陈有卿.新颖实用分立组件电子制作138例. 人民邮电出版社.2001.4 章卫国,杨向忠.模糊控制理论与应用 . 西北工业大学出版社.2000.5 童诗白，华成英.模拟电子技术基础(第四版).北京:高等教育出版社.2009.6 彭介华.电子技术课程设计指导.北京:高等教育出版社.2001.7 李明生.电子测量仪器与应用.北京:电子工业出版社. 2005.8 刘守义，钟苏.数字电子技术(第二版).西安:西安
30、电子科技大学.2003.9 廖芳.电子产品制作工艺与实训(第三版).北京:电子工业出版社.2010.10江学文等.光电技术.科学出版社. 2009.111 黄贤武、曲波、刘文杰.传感器实际应用电路设计.电子科技大学出版社，1997.12 杨文龙编.单片机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2005.13 杨将新，李华军编.单片机程序设计及应用M.北京:电子工业出版社,2006.14 高文焕,刘润生编.电子线路基础M.北京:北京高等教育出版社,1997.15 王世昌编.电子线路辅导和题选M.上海:上海科学技术文献出版社,1999.16 王远编.模拟电子技术基础学习指导书北M.北京:清华大学出版社,1998.17 邱关源主编.电路（上下册）M.第四版.北京:高等教育出版社,1999.
