触摸延时开关的工作原理及电路图
楼道触摸延时开关基于MULTISIM
电子综合开发实践报告设计课题：楼道触摸延时开关专业班级：电信10级（2）班学生学号：**********学生姓名：***设计时间：2013.1.16信息科学与技术学院2013年1月电子综合设计楼道触摸延时开关一、设计任务与要求1、设计一个楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭。
2、开关的延时时间约1分钟左右。
二、方案设计与论证楼道触摸延时开关的主要难点在于如何实现延时以及人用手触摸开关时候的安全性，延时可通过RC电路和继电器实现，延时时间可通过对RC电路的时间常数进行换算。
对此我想出了两种方案来设计。
原理框图如下所示：图2.1 楼道触摸延时开关原理框图方案一题目的要求是触摸延时，我首先想到的是用555定时器进行延时输出，通过把555定时器设定在手动单稳态触发，即把THR和TRI脚连接到RC串联回路之间再接开关实现，则当开关按下时，触发器由稳态进入暂态，输出为高电平，当开关断开时，由于RC回路的存在，C向R放电，经过时间T=1.1*RC后，才再由暂态变成稳态，若在555的输出端接一个常开继电器，则在有高电平输出时继电器闭合，则可导通楼道电灯开关，当延时一段时间后再打开，即电灯熄灭。
在实际设计时发现LM555定时器的VCC电压不能设置正常，即220V市电通过变压整流滤波稳压之后接在555上电路会出错，而单独使用5V电压源则电路运行正常，由于找不出原因而放弃这种连接方法。
方案二通过大量书籍的查阅，我了解到可以用三个三极管完成对延时电路的实现，即一个放大人手微弱漏电流的三极管T1，直接耦合一个若有第一级三极管放大后的电楼道触摸延时开关流就能工作在饱和状态的三极管T2（饱和状态可以通过设置静态工作点来实现），来使集电极处于低电平，再在下一级三极管T3之间加入RC回路，当T1和T2导通则T3工作，C通过T2的集电极充电，当T1和T2没有人手触摸断开时，T3由于C 的放电而继续工作，我们在T3的集电极接一个继电器，则基本实现了电路的功能。
节电型触摸延时开关Microsoft Word 文档
节电型触摸延时电子开关（一）技术经济性能参数一、电性能参数要求1、额定工作电压：AC220V±15%、50/60HZ；2、待机功耗：≤50mw(年待机电耗≤0.5度)；3、触摸响应时间：≤2S；4、触摸电阻：≥3MΩ；5、延时时间：45~90s；6、负载功率：白炽灯5W~100W；节能灯5w~60w；7、工作环境温度：-30℃~+45℃8、安装接线方式：符合CH0078510—2002标准，二项式；9、抗干扰能力强，工作稳定可靠；10、符合GB16915.1—2003、GB16915.2—2000、GB16915.4—2000强制性要求；二、外形尺寸开关整体外形及安装尺寸均应符合86式（或118式、120式）机械开关的要求；三、经济指标///批量生产单台器件及材料成本应≤4元。
（二）设计方案:市场现有的触摸延时电子开关，一般只能使用白炽灯作负载，而不能使用电子节能灯；有得虽然能使用电子节能灯，但安装接线需要采用三线式，使用不方便，不能与一般机械开关互换。
另外就是待机功耗大，约2~5W，年待机电耗要18~44度，不符合节能的要求，针对这两点，本设计拟采取以下措施解决：a.用低功耗的Cmos集成电路作为控制部件的主要元件，并优化电路组成，降低待机功耗；b.通过加大控制部分的电源内阻和对主回路元件的严格筛选，使开关实现白炽灯、电子节能灯通用，且能与普通机械开关互换。
（三）电原理图（按TC4011BP管脚排列）LN（四）电原理图及方框图R4（五）节电型触摸电子开关配套材料元件表（六）电路原理一、主要元件介绍TC4011BP 是4000B 系列CMOS 数字集成电路中的一个常用品种。
是一块四---二输入端与非门集成电路。
它的内部共有四个二输入端与非门，每个与非门都能独立工作， 其内部电路结构及引脚排列见图1。
二输入端与非门的电路符号是，长方形一边有二条横线的表示其两个输入端，另一边只有一条横线的一端为输出端。
PCR406触摸式延时节能开关
PCR406触摸式延时节能开关笔者从电工商店购置了一种触摸式延时节能开关产品，其售价７元／块，现将其剖析。
该节能开关外形如图１所示，是在标准电源（２２０Ｖ）盒的上盖上贴一触摸（金属）片，其尺寸如图１标示。
上盖的内侧，装有控制电路的印制板，其尺寸为２６ｍｍ×２６ｍｍ，并引出两根电源线。
使用安装时，只需再购置一个配套的电源盒，即可完成节能开关的安装和使用。
电路工作原理图２是节能开关的电路图，图中的虚线和白炽灯Ｌ，是外接的部分。
该电路由两部分组成：第一、主电路。
由白炽灯Ｌ、整流二极管Ｄ１～Ｄ４和单向可控硅ＰＣＲ４０６等组成（完成２２０Ｖ的电源回路工作）；第二、控制电路。
由金属触摸片、ＢＧ１、ＢＧ２和延时电容器Ｃ等组成，以完成对单向可控硅ＰＣＲ４０６定时导通的控制。
所以整个电路十分简单和可靠。
触摸片无人触摸时，ＢＧ１管因基极无信号而处于截止状态，其集电极处于高电平而使ＢＧ２管导通。
同时，电源从Ｅ点，通过Ｒ３对电容器Ｃ两端充电到０．７Ｖ左右（ＢＧ２管基极钳位作用）。
此时ＢＧ２管的集电极电位接近零电平，结果单向可控硅ＰＣＲ４０６截止，主回路无电流通过，Ｌ灯不亮。
当触摸片Ｄ被行人触摸时，人体的感应电压通过Ｒ１、Ｒ２的分压电路促使ＢＧ１管导通，电容器Ｃ静态时已充得的电压通过ＢＧ１管放电，只要Ｃ上电压下降到０．７Ｖ以下（图２中Ｆ点电位），则ＢＧ２管截止，此时，ＢＧ２管集电极处于高电平，使单向可控硅ＰＣＲ４０６导通，结果交流电从Ａ点→Ｌ→Ｄ１～Ｄ４～ＰＣＲ４０６→┷→Ｄ１～Ｄ４的一支整流二极管→Ｃ完成回路，Ｌ灯点亮。
只要Ｌ灯亮，Ｅ点电位下降到很低电位（１Ｖ以下）。
当触摸片无人触摸时，ＢＧ１管又截止，这时Ｅ点电压又通过Ｒ３向电容器充电，当Ｃ上电压（Ｆ点电位）上升到０．７Ｖ以上，ＢＧ２管又导通，导致单向可控硅过零（脉动信号零点）截止，Ｌ灯又熄灭。
由上述物理过程可知，触摸片被触摸一次后（即断开触摸），Ｅ点电源通过Ｒ３对电容器Ｃ的充电时间（Ｃ上电压约＞０．７Ｖ）即为灯点亮的延迟时间。
楼道触摸延时开关设计
电子技术设计报告楼道触摸延时开关学生姓名所在学院班级专业指导老师说明楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。
可广范应用于多层住宅和办公楼室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。
本次设计利用模拟电路与数字电路，以直流稳压电源电路、 NE555 单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。
需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时约一分钟，电灯自动熄灭。
设计表明这种开关制作简单，安全节能。
关键词：单稳态电路,继电器,NE555 定时器,触摸延时开关目录第一章绪论 ..................................................................................................................第二章单元电路设计.................................................................................................2.1 楼道触摸延时开关工作原理 ..............................................................................2 .2电源电路设计 ......................................................................................................2 2.2.1 稳压电路设计 ...............................................................................................2.2.2 桥式整流电路 .............................................................................................2.2.3 滤波电路 .....................................................................................................2.3 触摸延时电路 ....................................................................................................2.3.1 延时电路设计 ...........................................................................................2.4 控制电路 ..............................................................................................................2.4.1 继电器介绍 ..............................................................................................2.4.2 控制电路设计 .........................................................................................2.5 电路仿真 ............................................................................................................第 3 章实物制作与调试 (1)3.1 原件安装 ............................................................................................................3.2 硬件调试 ............................................................................................................第 4 章总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录一：触摸延时开关元件清单列表 (19)附录二：楼道触摸延时开关电路图第1章绪论市场经济的发展，人们对开关的要求越来越高，开关的种类也因此越来越齐全。
触摸延时开关
本项目制作的触摸延时开关的电路原理如图2-36所示。
与非门G1、G2，晶体三极管VT和继电器KA等器件组成。
图2-36 触摸式延时开关电路图图2-36 所示电路中，门G1的一个输入端和门G2的一个输入端接正电源，为高电平，门G1和门G2相当于反相器，所以门G1和门G2也可以直接用反相器。
当人手没有触碰触摸开关时，门G1的输入端为低电平，输出为高电平，VD1截止，门G2的输入端为高电平，电容C2两端有正向电压，门G2输出低电平，三极管VT截止，继电器KA不吸合。
当人手触摸触摸开关时时，VDD通过人体电阻给c1充电，门G1的输入端变为高电平，输出低电平，二极管VD1导通，C2通过VD1放电，门G2的输入端为低电平，门G2输出高电平，VT导通，继电器KA吸合，负载工作。
而当手离开触摸开关时，门G1的输入端又重为低电平，门G1输出高电平，二极管VD1截止，电容C2充电，经过大约20s时间（取决于充电常数C2与R2的乘积），C2电压升至一定值，门G2的输出又变为低电平，三极管VT截止，继电器KA释放，负载停止工作。
电路中，CD4011中四个与非门只使用了两个，剩余的两个门须将输入端接电源（VDD）或接地(VSS)，输出端可以悬空。
2.3 项目制作一、电路装配准备1. 装配工具及仪器仪表：电烙铁、焊锡丝、钳子、螺丝起、万用表等。
2. 元器件清单：二、重要元器件的检测为了确保电路在正确安装的情况下正常工作，减少不必要返工，在组装前应对所有的元器件进行检测。
1.CD4011的检测：2.继电器的检测：①测线圈电阻。
万用表的Rx1k档，检测继电器的线圈电阻，应无开路现象。
②测节点电阻。
继电器线圈没通额定电压时，用万用表的Rx1k档，先检测常闭引脚的电阻，阻值应为零；而常开引脚应为无穷大。
通电后，常开脚电阻应为零，常闭脚应为无穷大。
一、电路组装（1）本触摸开关延时电路可以按触摸开关控制电路→延时控制电路→继电器控制电路的顺序来组装元器件。
楼道触摸延时开关基于MULTISIM
电子综合开发实践报告设计课题：楼道触摸延时开关专业班级：电信10级（2）班学生学号：**********学生姓名：***设计时间：2013.1.16信息科学与技术学院2013年1月电子综合设计楼道触摸延时开关一、设计任务与要求1、设计一个楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭。
2、开关的延时时间约1分钟左右。
二、方案设计与论证楼道触摸延时开关的主要难点在于如何实现延时以及人用手触摸开关时候的安全性，延时可通过RC电路和继电器实现，延时时间可通过对RC电路的时间常数进行换算。
对此我想出了两种方案来设计。
原理框图如下所示：图2.1 楼道触摸延时开关原理框图方案一题目的要求是触摸延时，我首先想到的是用555定时器进行延时输出，通过把555定时器设定在手动单稳态触发，即把THR和TRI脚连接到RC串联回路之间再接开关实现，则当开关按下时，触发器由稳态进入暂态，输出为高电平，当开关断开时，由于RC回路的存在，C向R放电，经过时间T=1.1*RC后，才再由暂态变成稳态，若在555的输出端接一个常开继电器，则在有高电平输出时继电器闭合，则可导通楼道电灯开关，当延时一段时间后再打开，即电灯熄灭。
在实际设计时发现LM555定时器的VCC电压不能设置正常，即220V市电通过变压整流滤波稳压之后接在555上电路会出错，而单独使用5V电压源则电路运行正常，由于找不出原因而放弃这种连接方法。
方案二通过大量书籍的查阅，我了解到可以用三个三极管完成对延时电路的实现，即一个放大人手微弱漏电流的三极管T1，直接耦合一个若有第一级三极管放大后的电楼道触摸延时开关流就能工作在饱和状态的三极管T2（饱和状态可以通过设置静态工作点来实现），来使集电极处于低电平，再在下一级三极管T3之间加入RC回路，当T1和T2导通则T3工作，C通过T2的集电极充电，当T1和T2没有人手触摸断开时，T3由于C 的放电而继续工作，我们在T3的集电极接一个继电器，则基本实现了电路的功能。
PADS_Logic设计----第2章_触摸延时开关电路设计-精选文档
触摸延时开关电路设计
深圳高级技工学校电子通信系 盛春明
第2章触摸延时开关电路设计
第1章 触摸延时开关电路设计
1.1 项目介绍
1.2 开关电路原理图绘制
1.3 触摸延时控制电路原理图绘制
1.4 触摸延时开关电路的PCB设计
第2章触摸延时开关电路设计
第1讲 项目介绍
项目目的： 通过 NE555 定时器来实现触摸延时开关电路，输出开关信号给继电 器。通过继电器的开关闭合来实现电源插座的通断。 此部分电路可应用于公用楼道、电梯和私人住宅等只需短暂开启应 用的照明灯使用。
第2章触摸延时开关电路设计
第2讲 开关电路原理图绘制
新的电源符号CAE封装的制作过程:
步骤1，打开元件编辑器:
TOOLS/Part Editor:
步骤2，打开电源符号编辑窗口:
Fபைடு நூலகம்le/Open 选择Power:
第2章触摸延时开关电路设计
第2讲 开关电路原理图绘制
步骤 3 ，点击“ Edit Electrical”然 后在该编辑窗口选择“Add”，输入要 步骤 4 ，点击“ Edit Graphics”然后 在该选择窗口中选择刚增加的新的电
第2章触摸延时开关电路设计
第1讲 项目介绍
原理说明： 当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使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R1、C1决定：T1=1.1R1*C1。按图中所标数值，定时时 间约为4分钟。
第2章触摸延时开关电路设计
第2章触摸延时开关电路设计
第2讲 开关电路原理图绘制
1、特殊符号CAE封装的制作:
触摸延时开关的工作原理及电路图
触摸延时开关的工作原理及电路图一、工作原理触摸式延时开关有一个金属感应片在外面，人一触摸就产生一个信号触发三极管导通，对一个电容充电，电容形成一个电压维持一个场效应管管导通灯泡发光。
当把手拿开后，停止对电容充电，过一段时间电容放电完了，场效应管的栅极就成了低电势，进入截止状态，灯泡熄灭。
触摸式延时开关电路虚线右面是普通照明线路，左部是电子开关部分。
VD1～VD4、VS组成开关的主回路，IC组成开关控制回路。
平时，VS处于关断状态，灯不亮。
VD1～VD4输出220V脉动直流电经R5限流，VD5稳压，C2滤波输出约12V左右的直流电供IC使用。
此时LED 发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。
IC为双D触发器，只用其中一个D触发器将其接成单稳态电路，稳态时1脚输出低电平，VS关断。
当人手触摸一下电极M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。
这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭。
二、按钮触摸开关按动按钮开灯后，电路能自动延时关灯，电路如图二所示。
D1为开关所在的安装位置做指示，D2～D5组成桥式整流，将50Hz的的交流电整流为100Hz的脉动直流电压，按下K1，电流经过R3限流后通过D6为C1充电，同时V1的控制极得到触发电压，V1导通，灯泡点亮。
松手后K1自动复位断开，C1开始放电，为V1的控制极继续提供触发电压，V1继续导通，灯泡继续亮，当C1两端电压低于0.7V时， V1控制极失去有效的触发电压，此时V1阳极的脉动电流到0点时，与阴极电压相等而关断，灯泡熄灭，这就是单向可控硅的“过0关断”。
调整R2的阻值，使C1有效放电时间达到40～60秒钟最好。
图三电路多了一只用三极管组成的反相器，利用C1充电时间做灯泡点亮的延时时间。
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触摸延时开关的工作原理及电路图
一、工作原理
触摸式延时开关有一个金属感应片在外面，人一触摸就产生一个信号触发三极管导通，对一个电容充电，电容形成一个电压维持一个场效应管管导通灯泡发光。
当把手拿开后，停止对电容充电，过一段时间电容放电完了，场效应管的栅极就成了低电势，进入截止状态，灯泡熄灭。
触摸式延时开关电路虚线右面是普通照明线路，左部是电子开关部分。
VD1～VD4、VS 组成开关的主回路，IC组成开关控制回路。
平时，VS处于关断状态，灯不亮。
VD1～VD4输出220V脉动直流电经R5限流，VD5稳压，C2滤波输出约12V左右的直流电供IC使用。
此时LED发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。
IC为双D触发器，只用其中一个D触发器将其接成单稳态电路，稳态时1脚输出低电平，VS关断。
当人手触摸一下电极M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。
这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭。
二、按钮触摸开关
按动按钮开灯后，电路能自动延时关灯，电路如图二所示。
D1为开关所在的安装位置做指示，D2～D5组成桥式整流，将50Hz的的交流电整流为100Hz的脉动直流电压，按下K1，电流经过R3限流后通过D6为C1充电，同时V1的控制极得到触发电压，V1导通，灯泡点亮。
松手后K1自动复位断开，C1开始放电，为V1的控制极继续提供触发电压，V1继续导通，灯泡继续亮，当C1两端电压低于0.7V时，V1控制极失去有效的触发电压，此时V1阳极的脉动电流到0点时，与阴极电压相等而关断，灯泡熄灭，这就是单向可控硅的“过0关断”。
调整R2的阻值，使C1有效放电时间达到40～60秒钟最好。
图三电路多了一只用三极管组成的反相器，利用C1充电时间做灯泡点亮的延时时间。
平时，Q1由R2提供偏压而饱和导通，使V1控制极失去有效触发电压，灯泡熄灭。
按下按钮接通K1后，Q1基极为0V，Q1截止，V1控制极得到触发电压而导通，灯泡点亮，接通K1的同时，也为C1提供了放电的闭合回路，C1放电很快完成。
松手后，K1复位自动断开，C1在R2限流下开始缓慢充电，此时Q1基极电压小于0.7V而继续截止。
当C1两端电压≥0.7V时，Q1开始导通，使V1失去触发电压而过0关断，灯泡熄灭。
R2的阻值和C1的容量，决定延时的时间长短。
（一）元器件选择
IC应采用CMOS数字集成电路CD4013，它为双D触发器，本电路里只使用它的一半，另一个D触发器悬空。
VS用2N6565、MCR100-8等小型塑封单向晶闸管，可控制100W以下任何照明电路。
VD1～VD4为1N4004～1N4007型整流二极管。
LED可用普通红色发光二极管，电阻均为RTX型1/8W碳膜电阻器。
C1、C2用CD11-16V型电解电容器，C3为瓷片电容器。
（二）制作与使用
这里介绍一个简单实用的触摸延时开关电路，它具有简单、廉价、性能好等特点，很适合爱好者自行制作。
电路原理：
延迟开关电路见图D1-D4，SCR组成开关的主回路，BG1，BG2等组成开关的控制回路。
平时，BG1，BG2均处于截止状态，SCR阻断，电灯H不亮。
此时220V交流电经D1--D4整流、R3和DW使LED发光，用作夜间指示开关位置。
这时流过H的电流仅2mA 左右，不足使电灯H发光。
需要开灯时，只有用手指摸一下电极片M，因人体泄露电流经R5，R6注入BG2的基极，BG2迅速导通。
BG2集电极为低电平，BG1也随之导通，因此有触发电流经BG1注入SCR的控制极使SCR开通，电灯H就通电发光。
在BG2导通瞬间，C1通过BG2的c-e极间被并联在DW的两端，因此被迅速充上约12V左右的电压。
电灯点亮后，人手离开M，虽然BG2恢复截止状态但由于C1所存储的电荷通过R1向BG1发射结放电，使BG1依然保持导通状态，所以电灯继续发亮。
当C1电荷基本放完后，BG1恢复截止态，SCR失去触发电流，当交流电过零时，SCR关断，电灯熄灭。
延时开关的印刷电路板图
开关延迟时间主要由电阻R1，R2和电容C1的数值决定，下面提供一组实验数据供大家参考。
如要进一步增大延时时间，可加大C1容量。
除上述主要因素外，BG1的放大倍数以及SCR 的触发灵敏度对延时时间也有影响。
触摸片采用马口铁制作，并焊接一只2MΩ1/8W电阻，再引线到电路。
开关的延时时间主要由R3、C1数值决定，图示数据约1分钟左右。
若增大或缩短延时时间，可以增大或减小R3及C1数值。
注意：本电路与市电直接相接，在调试过程中要十分注意，以免触电。
有条件的朋友，可以先用隔离变压器把市电隔离，再进行调试。
电阻R6的引线要短，一头直接焊在电极片M的背面，另一头焊上一跟软线，再接到印板上的R5。
采用两个高阻值电阻的目的是为了确保使用者的绝对安全。
说明：印制电路板的制作方法很多，业余条件下可采用油漆描板、刀刻、不干胶粘贴、热转印制板等方法，下面以不干胶制板为例进行说明。
1、将敷铜板裁成电路图所需尺寸（47mm×32mm）并进行清洁处理。
2、将图5-1-2的印板图绘于不干胶纸上（可以进行复印或扫描后打印）。
3、将绘好图案的不干胶紧贴到敷铜板上，充分压实。
4、用刻刀刻透贴面层，形成所需电路，揭去非电路部分，清理掉留下的残胶。
5、用三氯化铁腐蚀电路板，腐蚀温度可在60℃左右进行，腐蚀速度较快，温度低，则腐蚀时间较长。
6、腐蚀好的电路板用清水冲洗干净，按图案上的钻孔位置打好孔，揭去电路板上的不干胶。
7、用细砂纸将电路板打磨光亮后涂上松香酒精溶液以备使用。
（三）适用范围
触摸延时开关广泛用于适用于楼梯间、卫生间、走廊、仓库、地下通道、车库等场所的自控照明，尤其适合常忘记关灯，关排气扇场所，避免长明灯浪费现象，节约用电。
功能特点：
1、使用时只需触摸开关的金属片即导通工作，延长一段时间后开关自动关闭。
2、应用控制，开关自动检测对地绝缘电阻，控制更可靠无误动作。
3、无触点电子开关，延长负载使用寿命。
4、触摸金属片地极零线电压小于36V的人体安全电压，使用对人体无害。
5、独特的两制设计，直接代替开关使用，可带动各类负载（日光灯、节能灯、白炽灯、风扇等）。