CN102332904A - 用cd4013数字集成电路制作的触摸开关 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种用CD4013数字集成电路制作的触摸开关。该触摸开关由12V直流电源、触摸电极M、单稳态电路及其复位电路、双稳态电路、电平驱动及控制电路组成。该电路使用一只双D正反器集成电路CD4013，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路作用是对触摸信号的脉冲宽度进行整形，保证每次触摸动作的可靠；双稳态电路用来驱动NPN硅晶体管VT1的导通或截止，由NPN硅晶体管VT1控制继电器J的吸合或释放。该触摸开关全部采用分立元器件制作，强、弱电可以通过继电器有效的隔离，因而负载的供电电源可以使用交流电，也可以是直流电，它可广泛家用电器和工业自动化等领域。本发明所述的触摸开关很好的克服了机械自锁式开关存在的各种缺陷。

Description

用CD4013数字集成电路制作的触摸开关

技术领域

本发明属于电子控制技术领域，是关于一种用CD4013数字集成电路制作的触摸开关。

背景技术

常用机械自锁式船形开关或拔动开关的缺点是：操作动作因人而异、且开关触点容易发生抖动。由于机械自锁式开关经过长期大电流的不断冲击，机械自锁式开关的触点很容易烧蚀、磨损。为了克服现有机械自锁式开关先天存在的各种缺陷，设计、制作一种具有自锁功能的触摸开关很有必要。

本发明仅使用少量普通元器件和一个触摸电极实现了具有自锁功能的控制开关，即：手指触摸一次触摸电极负载电路接通，再触摸一次触摸电极负载电路被切断。该触摸开关全部采用分立元器件制作，强、弱电控制部分及功率输出控制等部分可以有效的隔离，因而负载的供电电源可以使用交流电，也可以使用直流电，它在家用电器和工业自动化及光、机、电一体化领域有着一定的用途。本发明所述的触摸开关能很好的克服机械自锁式开关存在的各种缺陷。

以下详细说明本发明所述的用CD4013数字集成电路制作的触摸开关在制作过程中所涉及的相关技术内容。

发明内容

发明目的及有益效果：传统机械自锁式船形开关或拔动开关存在动作机械、操作动作因人而异、触点易发生抖动、触点易烧蚀磨损等缺陷。本发明仅使用少量普通元器件和一个触摸金属片实现了触摸开关，即：触摸一次触摸电极负载电源接通，再触摸一次触摸电极负载电源被切断。该触摸开关全部采用分立元器件制作，强、弱电可以通过继电器有效的隔离，因而负载的供电电源可以使用交流电，也可以使用直流电，它可广泛家用电器和工业自动化等领域。本发明所述的触摸开关能很好的克服机械自锁式开关存在的各种缺陷。

技术特征：用CD4013数字集成电路制作的触摸开关，由12V直流电源、触摸电极M、单稳态电路及其复位电路、双稳态电路、电平驱动及控制电路组成，其特征包括：

单稳态电路的连接特征是：双D正反器集成电路IC1的3脚接触摸电极M和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的4脚接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端接双D正反器集成电路IC1的1脚，电容C1的另一端接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的5脚和14脚接电路正极VCC；

双稳态电路的连接特征是：双D正反器集成电路IC1的1脚与11脚相连，双D正反器集成电路IC1的9脚与12脚相连，双D正反器集成电路IC1的8脚与10脚同接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的13脚接电阻R3的一端；

电平驱动及控制电路由NPN硅晶体管VT1、电阻R3、继电器J和硅整流二极管D1组成，其连接特征是：NPN硅晶体管VT1的基极接电阻R3的另一端，NPN硅晶体管VT1的集电极同接继电器J线圈的一端和硅整流二极管D1的正极，继电器J线圈的另一端和硅整流二极管D1的负极同接电路正极VCC，NPN硅晶体管VT1的发射极接电路地GND。

其他电路的组成及电路中元器件之间的连接关系

单稳态电路的复位电路由双D正反器集成电路IC1、电阻R2和电容C1组成，其特征是：双D正反器集成电路IC1的4脚接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端接双D正反器集成电路IC1的1脚，电容C1的另一端接电路地GND。

电路的工作原理：触摸开关的电路使用一只双D正反器数字集成电路CD4013，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路的作用是对触摸信号的脉冲宽度进行整形，保证每次触摸动作能可靠工作；双稳态电路用来驱动NPN硅晶体管VT1的导通或截止，由NPN硅晶体管VT1控制继电器J的吸合或释放。

手指触摸一下触摸电极M，使人体感应的交流电通过电阻R1进行压降，交流电的正半周信号进入双D正反器集成电路IC1的第3脚，即：单稳态电路的CP1端，当单稳态电路进入翻转的瞬间，其输出端1脚，即：Q1端由原来的低电平跳变为高电平，此高电平经电阻R2向电容C1充电，使IC1的4脚的电压缓慢上升，当上升到复位(Reset)电位时，单稳态电路自动复位，IC1的1脚恢复为低电平。所以手指每触摸一次触摸电极M，IC1的1脚，即：Q1端就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲直接加到IC1的11脚，即：双稳态电路的CP2端，使双稳态电路翻转一次，其输出端13脚，即：Q2端的电平就改变一次；当IC1的13脚翻转为高电平时，NPN硅晶体管VT1的基极通过电阻R3获得正向电流而导通，使继电器J动作。由此可见，每触摸一次触摸电极M，就能实现继电器J触点的“接通”或“断开”动作。

附图说明

附图1是本发明提供一个用CD4013数字集成电路制作的触摸开关的实施例电路工作原理图；实施例中继电器J开关触点没有画出，使用中根据需要选择继电器J中的常开触点或常闭触点；12V直流电源的负极接电路地GND。

具体实施方式

按照附图1所示用用CD4013数字集成电路制作的触摸开关的电路工作原理图和附图说明，并且按照发明内容所述的各部分电路中元器件之间的连接关系，以及实施方式中所述的元器件技术参数要求进行实施即可实现本发明。

元器件的选择及其技术参数

IC1为CD4013型双D正反器数字集成电路，采用14脚双列直插式DIP塑料封装，其内部有两个电路结构完全相同的正反器；

VT1为NPN硅晶体管，型号可采用2CS9013或2SC945等小功率晶体管；

电阻R1的阻值为2MΩ；电阻R2的阻值为4.3MΩ；电阻R3的阻值10KΩ；

J为继电器，其参数为直流12V，线圈绕组直流阻值要求≥850Ω，可选用JRX-13F或4098型的继电器；

C1为电容，容量为0.22μF/40V；D1为硅整流二极管，型号为1N4001；

触摸电极M可使用￠12mm或10mm×10mm铜质金属片制作，连接触摸电极M的引线不宜太长，否则引线容易感应交流信号而使触摸开关发生误动作。

电路的制作、调试与使用

因用CD4013数字集成电路制作的触摸开关的电路结构非常简单、制作过程比较容易，一般只要使用的元器件性能完好，元器件的物理连接正确无误，电路一般不需要进行任何调试就可以正常工作。

在电路调试时，电容C1的容量不能太小，否则有可能单稳态电路复位速度太快而影响双稳态电路的翻转。因此，电容C1的容量宜大不宜小，以保证电路不会误动作。要求电路中的继电器J释放后，建议稍等3秒钟以上再触摸触摸电极M，以保证双稳态电路中的继电器J可靠动作。

对地输入电阻R1的阻值为2MΩ，改变它可以改变触摸开关的灵敏度，减小电阻R1的阻值会降低触摸开关的灵敏度，但电阻R1最小值应＞1.3MΩ。

本发明电路的负载电流最大值为1A。如果选用技术参数合适的大功率继电器，即可控制大功率的交流或直流负载。

本发明的缺陷是动作的执行速度稍慢，动作速度与机械自锁式船形开关相当。

Claims (1)

1.一种用CD4013数字集成电路制作的触摸开关，由12V直流电源、触摸电极M、单稳态电路及其复位电路、双稳态电路、电平驱动及控制电路组成，其特征包括：

单稳态电路的连接特征是：双D正反器集成电路IC1的3脚接触摸电极M和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的4脚接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端接双D正反器集成电路IC1的1脚，电容C1的另一端接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的5脚和14脚接电路正极VCC；

双稳态电路的连接特征是：双D正反器集成电路IC1的1脚与11脚相连，双D正反器集成电路IC1的9脚与12脚相连，双D正反器集成电路IC1的8脚与10脚同接电路地GND，双D正反器集成电路IC1的13脚接电阻R3的一端；

电平驱动及控制电路由NPN硅晶体管VT1、电阻R3、继电器J和硅整流二极管D1组成，其连接特征是：NPN硅晶体管VT1的基极接电阻R3的另一端，NPN硅晶体管VT1的集电极同接继电器J线圈的一端和硅整流二极管D1的正极，继电器J线圈的另一端和硅整流二极管D1的负极同接电路正极VCC，NPN硅晶体管VT1的发射极接电路地GND。