概述
项目 | 摘要 (10分) | 目录 (5分) | 正文 (60分) | 总结 (10分) | 致谢 (5分) | 格式 (10分) | 总评 (100分) |
得分 |
《电子工艺实习》报告
项目名称:简易温度检测器
专 业:xxxxx
班 级:xxxxx
学 号:xxxxxxxxx
姓 名:xxx
指导老师:xxx
xxx学院
202x年xx月xx日
摘 要
温度测量的应用领域是宽广的,其在科研、工业、医学与日常生活中都具有广泛的用途,疫情期间用额温枪非接触测量体温就是其中的应用实例。本次课程设计主要运用基本的电路、模拟电子技术基础、数字电子技术基础的知识,从基本的元器件出发,实现了简易温度检测器电路的设计。设计的温度检测电路是由电源稳压模块、 电压比较及数码管显示模块、 555多谐振荡器及计数输出模块、蜂鸣器报警模块构成的,实现简易的三段温度测量以及高温报警功能。本电路主要由集成块LM393、NTC型热敏电阻、数码管等元器件组成,通过电压比较将热敏电阻对温度的变化转换为电压的高低电平输出,从而控制数码管显示,起到温度指示的作用;此外在高温情况下,控制555多谐振荡器模块工作,驱动蜂鸣器报警和指示灯闪烁,从而起到高温报警的作用。在实际应用中,利用数码管显示的数字来判断环境温度的变化,便于在工作中根据具体情况控制温度,以减少生活生产中不必要的损失。
关键词:温度测量;高温报警;电压比较;控制温度
Abstract
The application field of temperature measurement is broad, and it has a wide range of uses in scientific research, industry, medicine and daily life. The non-contact temperature measurement with the temperature gun during the epidemic period is one of the application examples. This course design mainly uses the basic circuit, the analog electronic technology foundation, the digital electronic technology foundation knowledge, starting from the basic components, has realized the simple temperature detector circuit design. The designed temperature detection circuit is composed of power regulator module, voltage comparison and digital tube display module, 555 multi-vibrator and counting output module, buzzer alarm module, which realizes simple three-stage temperature measurement and high temperature alarm function. This circuit is mainly composed of integrated block LM393, NTC thermistor, digital tube and other components. Through voltage comparison, thermistor's change in temperature is converted into high and low voltage output, so as to control the digital tube display and play the role of temperature indicator. In addition, in the case of high temperature, control the work of 555 multi-vibrator module, drive the buzzer alarm and indicator light flashing, so as to play the role of high temperature alarm. In practical application, the use of digital tube display numbers to judge the change of ambient temperature, easy to work according to the specific situation of the temperature control, in order to reduce the life and production of unnecessary losses.
Key words: Temperature measurement; High temperature alarm; Voltage comparison; Control the temperature
目 录
第一章 绪论 1
1.1简易温度检测电路概述 1
1.1.1 基本概述 1
1.1.2 设计的技术要求 1
1.2实习目的及意义 2
第二章 简易温度检测电路的总体设计方案 3
2.1电路基本组成与说明 3
2.1.1 电源稳压电路 3
2.1.2 电压比较及数码管显示电路 3
2.1.3 蜂鸣器报警电路 4
2.1.4 555多谐振荡器及计数器输出电路 4
2.1.5 整体电路仿真图 5
2.2设计能力要求 5
第三章 设计过程及其说明 6
3.1基本元器件 6
3.2重要元器件功能图 7
3.2.1 LM393原理图和仿真图 7
3.2.2 CD4511原理图和仿真图 8
3.2.3 CD4040原理图和仿真图 8
3.2.4 CD4001原理图和仿真图 9
3.2.5 CD4011原理图和仿真图 10
3.2.6 NE555原理图和仿真图 10
3.3电路仿真结果图 11
3.3.1 电源稳压模块仿真结果 11
3.3.2 555模块基波仿真结果 12
3.3.3 1 3 8显示仿真结果 12
3.3.4 蜂鸣器报警模块仿真结果 14
第四章 电路板的实践设计 15
4.1电烙铁的焊接方法和注意事项 15
4.1.1 电烙铁使用注意事项 15
4.1.2 焊接操作基础步骤 15
4.1.3 焊接操作注意事项 16
4.2实践面板总体设计 17
4.2.1 正面图 17
4.2.2 反面图 18
4.3焊接与调试 18
4.3.1 测试原理 18
4.3.2 测试步骤 18
4.3.3 测试结果及数据分析 19
总结 22
致谢 23
参考文献 24
- 第一章 绪论
1.1简易温度检测电路概述
1.1.1基本概述
温度测量是工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。它在工农业生产、现代科学研究及高新技术开发过程中也是一个极其普遍而重要的测量参数。可见,温度测量的应用领域是宽广的,即便是在日常生活中它都具有广泛的用途,疫情期间用额温枪非接触测量体温就是其中的应用实例。目前,国内外通用的温度测量仪器大致有五种,分别为热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、石英温度传感器测温仪。这些温度测量仪器的温度测量范围、最大分辩能力、测温响应时间等都不尽相同。同时随着生产的发展,新型的温度测量仪器还会不断出现。本次课程设计的温度检测电路就属于电阻温度计中的一种简单设计,通过这个实践过程理解温度测量的重要性并学会简易的设计电路。
1.1.2 设计的技术要求
①制作一个输出电压为直流7.5V,误差小于2%的稳压电源,由红色发光管指示,作品的其余部分用此电源供电。
②利用提供的负温度系数热敏电阻作为传感器件,设计并制作一个温度检测电路,要求实现以下功能:
- 在室温下,数码管稳定显示“1”;
- 在体温下,数码管稳定显示“3”;
- 在高温下,数码管显示“8”,并且数字不停闪烁,闪烁频率大约为 4~10Hz,同时扬声器发出报警声。
注: * 热敏电阻在摄氏25度时的标称电阻为10k,响应时间约10秒。
* 测量体温时,可对热敏电阻吹(呵)气,或用手指紧贴热敏电阻,注 意手指不要触及热敏电阻引脚。
* 测量高温可将电烙铁靠近热敏电阻,保持一定距离,注意不要烫坏热 敏电阻。
③报警器输出波形不限,要求基波频率为1024Hz,误差小于10%。
④在高温报警同时将报警信号降频处理,得到一个周期秒脉冲,以绿色发光管显示,即绿色发光管以1秒为周期闪烁。
注: *可采用降频后发光管闪烁判断报警器的音频频率。
⑤由于有低功耗要求,在高温报警状态下要求稳压电源输出电流小于50mA。
⑥在温度单调变化过程中,数码管显示数字不得反复跳变,不得显示非法字符,报警与降频电路仅在高温状态下启动。
1.2实习目的及意义
本次电子工艺实习是自动化专业学生的一次重要的实践教学环节,其题目选取为2020年江西省电子设计大赛的现场赛赛题。实习的目的及意义如下:
- 目的:巩固和加深学生对所学的专业课知识,主要是模拟电子技术和数字电子技术;促进学生将所学理论应用于实践中,提高学生的动手能力和自学能力;让学生熟练掌握Proteus软件的仿真设计,掌握常见元器件的使用方法以及集成芯片的引脚功能的应用;提高学生对电子设计的生产制作、调试、改良的能力,培养学生分析问题与解决问题的能力;让学生了解电子产品的设计、研发与生产,培养学生电子设计的模块化思想,同时提高学生本身的焊接工艺。
- 意义:通过实践教学能激发学生主动学习,并将所学理论应用于实践中;以2020年江西省电子设计大赛赛题为实习内容,不仅让学生巩固专业课知识、将理论和实践很好的结合在一起,还让学生在这个实践过程中熟悉电子设计大赛;培养了自动化专业学生在电子设计方面的模块化思想和工程性理念;让学生在这个过程中了解电子产品的设计、研发与生产,同时通过实践提高学生的焊接工艺水平;本次实践契合自动化培养工程性人才的总体目标,为今后自动化专业学生从事电子产品制作与创新设计工作奠定初步的实践基础。
第二章 简易温度检测电路的总体设计方案
2.1 电路基本组成与说明
2.1.1 电源稳压电路
模块说明:先通过电源适配器(变压器)将电压降幅,再经过整流桥的整流作用和电容的滤波作用得到直流电压;该电压再经过三端稳压电源芯片LM317进行稳压;由资料知LM317提供的基准电压为1.25V,据Uo=(1+R2/R1)U计算出R2=5×R1,这里取用R1=200Ω,R2=1k进行设计;再外加一个发光二极管作为电源正常输出的指示,同时串联电阻R3进行限流,以保护发光二极管。这样,理论上便实现了一个稳压7.5V输出的电源稳压模块。电路图如图2.1.1所示:
图2.1.1 -- 电源稳压模块
2.1.2 电压比较及数码管显示电路
模块说明:(1)电压比较模块:NTC型热敏电阻检测周围环境温度,环境温度变化表现为热敏电阻的电阻值变化,从而影响其与R10之间的电势,该电势作为LM393的两个运算放大器的正端输入。另一回路由三个电阻串联,给出两电势分别作为两个运算放大器的负端输入,设计电阻值以确定数码管显示跳变的临界温度。(2)数码管显示模块:根据数字电子技术的知识进行逻辑的设计,控制CD4511译码器的正确输入,实现要求的“1”、“3”、“8”显示以及消隐端的控制。同时注意数码管的正确接线。如图2.1.2为理论上实现的模块电路图:
图2.1.2 -- 电压比较模块和数码管显示模块
2.1.3 蜂鸣器报警电路
模块说明:简单得采用555模块的输出给一个具有一定频率的定时翻转的电平驱动蜂鸣器工作,如图2.1.3是理论上可行的蜂鸣器报警电路:
图2.1.3 --蜂鸣器报警模块
2.1.4 555多谐振荡器及计数输出电路
模块说明:(1)555多谐振荡器模块:该模块是一个由555构成的基本的多谐振荡器,由于设计要求,这里将该555设计为仅在数码管显示“8”时工作,从而实现对555的控制。根据f=1/T≈1.44(R4+2×R5)×C5对该模块进行设计,同时在已有的元器件中取用合适的参数设计一个基波频率为1024Hz,误差小于10%。(2)计数器输出模块:将555的3脚输出给到计数器CD4040,经过计数器的分频作用得到我们需要的频率。取用8Hz的输出频率反馈到CD4511的消隐端,控制数码管显示“8”时的数码管闪烁;取用1Hz的频率控制发光二极管闪烁,实现高温报警的指示作用。如图2.1.4是理论上实现的电路图:
图2.1.4 --555多谐振荡器模块
2.1.5 整体电路仿真图
图2.1.5 --仿真总电路图
2.2 设计能力要求
(1)对模拟电子技术和数字电子技术的知识有一定的掌握,且具备基本的电路知识和分析电路的能力;(2)设计与焊接电路板都应分模块进行,即模块化思想;(3)知道并掌握基本的电源稳压模块、整流滤波和稳压原理、555构成的多种基本电路及其设计方法、计数器分频作用、基本的蜂鸣器驱动、数码管类型和接法、运算放大器构成的电压比较器的使用、数电逻辑设计、译码器的使用及译码方式;(4)熟悉Proteus的基本操作,能够通过软件进行设计和调试。(5)具备一定基础的电子电路焊接水平,以及电路错误检查和错误分析的能力。
第三章 设计过程及其说明
3.1 基本元器件
序号 | 名称 | 规格型号 | 单位 | 数量 |
1 | 排针 | 普通 | 排 | 1 |
2 | 插针 | 圆孔 | 排 | 1 |
3 | 整流二极管 | 1N4007 | 支 | 4 |
4 | 发光二极管 | 红灯 | 支 | 1 |
5 | 发光二极管 | 绿灯 | 支 | 1 |
6 | 三极管 | 9018(NPN型) | 支 | 1 |
7 | 电容 | 470uF | 个 | 1 |
8 | 电容 | 10uF | 个 | 2 |
9 | 电容 | 100uF | 个 | 1 |
10 | 电容 | 0.1uF | 个 | 1 |
11 | 电容 | 0.01uF | 个 | 1 |
12 | 集成块 | LM317 | 个 | 1 |
13 | 集成块 | NE 555 | 个 | 1 |
14 | 集成块 | 4040 | 个 | 1 |
15 | 集成块 | LM393 | 个 | 1 |
16 | 集成块 | 4001 | 个 | 1 |
17 | 集成块 | 4011 | 个 | 1 |
18 | 集成块 | 4511 | 个 | 1 |
19 | IC座 | 8脚 | 个 | 2 |
20 | IC座 | 14脚 | 个 | 2 |
21 | IC座 | 16脚 | 个 | 2 |
22 | 电阻 | 200Ω | 个 | 2 |
23 | 电阻 | 1k | 个 | 2 |
24 | 电阻 | 10k | 个 | 4 |
25 | 电阻 | 65k | 个 | 1 |
26 | 电阻 | 7.5k | 个 | 1 |
27 | 电阻 | 5.1k | 个 | 2 |
28 | 电阻 | 470Ω | 个 | 7 |
29 | 热敏电阻 | NTC型 | 个 | 1 |
30 | 电位器 | 502 (5k可调) | 个 | 1 |
31 | 数码管 | 七段(共阴极) | 个 | 1 |
32 | 蜂鸣器 | 普通 | 个 | 1 |
33 | 开关 | 三脚 | 个 | 2 |
34 | 电池盒 | 普通 | 个 | 1 |
35 | 锂电池 | 9V | 块 | 1 |
36 | 万能板 | 玻纤/10cm*22cm | 块 | 1 |
37 | 标签贴纸 | 普通 | 张 | 2 |
38 | 锡丝 | 普通 | cm | 若干 |
39 | 跳线 | 红色 | cm | 若干 |
40 | 铁丝 | 普通 | cm | 若干 |
3.2 重要元器件功能图
3.2.1 LM393原理图和仿真图
LM393 是双电压比较器集成电路。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受 Vcc端电压值的限制。当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。
图3.2.1 -- LM393原理图(左)和仿真图(右)
引出端序号 | 功能 | 引出端序号 | 功能 |
1 | 输出端1 | 5 | 正向输入端2 |
2 | 反向输入端1 | 6 | 反向输入端2 |
3 | 正向输入端1 | 7 | 输出端2 |
4 | GND | 8 | VCC |
表3.2.1 -- LM393引脚功能表
3.2.2 CD4511原理图和仿真图
CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器,用于驱动共阴极 LED 数码管显示器的 BCD 码-七段码译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流,其可直接驱动共阴LED数码管。且CD4511的内部有上拉电阻,在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
图3.2.2 -- CD4511原理图(左)和仿真图(右)
CD4511各个引脚功能如下:
BI:4脚是消隐输入控制端,当BI=0 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
LT:3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0 时,译码输出全为1,不管输入 DCBA 状态如何,七段均发亮,显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。
LE:锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A0、A1、A2、A3为8421BCD码输入端。
Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg:为译码输出端,输出为高电平1有效。
8脚为VSS,接地;
16脚为VDD,接电源正极。
3.2.3 CD4040原理图和仿真图
CD4040是12位二进制串行计数器,所有计数器位为主从触发器。计数器在时钟下降沿进行计数,CR为高电平时,对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用斯密特触发器,对脉冲上升和下降时间无限制。所有输入和输出均经过缓冲。
图3.2.3 -- CD4040原理图(左)和仿真图(右)
CD4040各个引脚功能如下:
(1)10脚:时钟输入端;11脚:清除端;
(2)Q0~Q11:计数器脉冲输出端;
(3)VDD:接电源正极;Vss:接地。
3.2.4 CD4001原理图和仿真图
CD4001是2输入正向或非门。CD4001或非门为系统设计者提供了直接的或非功能。补充了已有COS/MOS门系列所有输人和输出经过缓冲。改善了输人/输出传输特性使得由于负载容量的增加而引起的传输时间的变化维持到最小。CD4001提供了14引线多层陶瓷双列直插D熔封陶瓷双列直插J塑料双列直插P和陶瓷片状载体C4种封装形式。
图3.2.4 -- CD4001原理图(左)和仿真图(右)
CD4001各个引脚功能如下:(1)“1、2、3”、“4、5、6”、“8、9、10”、“11、12、13”为四组或非门,3、4、10、11为四个或非门的输出端,其余为对应或非门的输入端;(2)7脚为VSS,接地;(3)14脚为VDD,接电源正极。
3.2.5 CD4011原理图和仿真图
四 2 输入与非门芯片 CD4011 内部由四 2 输入端与非门单元电路构成,采用 N 和 P 沟道增强型 MOS 晶体管提供的对称电路,具有很高的抗干扰度。 CD4011 属于数字电路,当将或非门的两个输入端相连时,就变成了一个非门。
图3.2.5 -- CD4011原理图(左)和仿真图(右)
CD4011各个引脚功能如下:(1)“1、2、3”、“4、5、6”、“8、9、10”、“11、12、13”为四组或非门,3、4、10、11为四个与非门的输出端,其余为对应与非门的输入端;(2)7脚为VSS,接地;(3)14脚为VDD,接电源正极。
3.2.6 NE555原理图和仿真图
555定时器(又称时基电路)是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路,它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起,具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器配以外部元件,可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。
图3.2.6 -- NE555原理图(左)和仿真图(右)
NE555各个引脚功能如下:
(1)1脚:外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
(2)8脚:外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。
(3)3脚:输出端Vo。
(4)2脚:低触发端。
(5)6脚:TH高触发端。
(6)4脚:是直接清零端。当端接低电平,则时基电路不工作,此时不论、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
(7)5脚:VC为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
(8)7脚:放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如表3.2.2所示。
表3.2.2 --NE555定时器功能表
3.3 电路仿真结果图
3.3.1 电源稳压模块仿真结果
图3.3.1 -- 电源模块稳压7.5V
注:如图3.3.1所示,发光二极管亮,且实际仿真稳压到7.56V,与设计要求的标准值7.5V存在0.8%的误差,误差未超过2%,可见,仿真符合设计要求。
3.3.2 555模块基波仿真结果
图3.3.2 -- 555多谐振荡器模块输出基波波形(黄色)
注:如图3.3.2所示,555多谐振荡器的输出波形(基波)为一正弦波,其一个周期大概5格,时间旋钮为0.2m/格,故基波频率大约为1kHz,不难看出基波频率与设计要求的标准值1024Hz的误差为2.34%,误差小于10%,又由于该温度检测器的设计不对基波波形做要求,因此该模块总体上是符合设计要求的。
3.3.3 1 3 8显示仿真结果
图3.3.3 -- 31℃下数码管显示“1”
注:如图3.3.3所示,31℃下数码管显示“1”。在31℃下,热敏电阻阻值较大,其与R10之间的电势高,大于设计的LM393模块的2脚和6脚的电势。经过逻辑运算控制4511输入端最低位为高电平,其余为低电平,从而控制数码管显示“1”。可见,仿真符合设计要求。
图3.3.4 -- 45℃下数码管显示“3”
注:如图3.3.4所示,45℃下数码管显示“3”。在45℃下,热敏电阻阻值变小,其与R10之间的电势仅大于设计的LM393模块的2脚的电势。经过逻辑运算控制4511输入端低两位为高电平,其余为低电平,从而控制数码管显示“3”。可见,仿真符合设计要求。
图3.3.5.a -- 74℃下数码管显示“8”(亮)
图3.3.5.b -- 74℃下数码管显示“8”(灭)
注:如图3.3.5.a和图3.3.5.b所示,74℃下数码管显示“8”。在74℃下,热敏电阻阻值较小,其与R10之间的电势低,小于设计的LM393模块的2脚和6脚的电势。经过逻辑运算控制4511输入端最高位为高电平,其余为低电平;且此时555工作,通过计数器CD4040提供一个8Hz的高低跳变电平控制与非门,进而控制4511消隐端BI。最终实现数码管显示“8”,且数字以频率为8Hz的速度不断闪烁。同时在仿真调试过程中,不难发现1/3/8数码显示的临界温度为33℃和73℃,即设计符合三段温度(室温、体温、高温)要求。可见,仿真符合设计要求。
3.3.4蜂鸣器报警模块仿真结果
图3.3.6 -- 高温报警时蜂鸣器工作
注:如图3.3.6所示,在仿真调试过程中,高温时蜂鸣器报警模块正常工作,发出报警声,蜂鸣器发出响声的频率由555多谐振荡器控制。由于设计要求中仅要求蜂鸣器发声,对频率等并未做要求。因此,仿真符合设计要求。
第四章 电路板的实践设计
4.1 电烙铁的焊接方法和注意事项
4.1.1 电烙铁使用注意事项
(1)焊接前,应将元件的引线截去多余部分后挂锡。若元件表面被氧化不易挂锡,可以使用细砂纸或小刀将引线表面清理干净,用烙铁头沾适量松香芯焊锡给引线挂锡。如果还不能挂上锡,可将元件引线放在松香块上,再用烙铁头轻轻接触引线,同时转动引线,使引线表面都可以均匀挂锡。
每根引线的挂锡时间不宜太长,一般以2~3秒为宜,以免烫坏元件内部,特别是给二极管、三极管引脚挂锡时,最好是使用圆孔插针作为底座进行挂锡。另外,各种元件的引脚不要截得太短,否则既不利于散热,又不便于焊接。
(2)焊接时,把挂好锡的元件引线置于待焊接位置,如印刷板的焊盘孔中或者各种接头、插座和开关的焊片小孔中,用沾有适量锡得烙铁头在焊接部位停留3秒钟左右,待电烙铁拿走后,焊接处形成一个光滑的焊点。
为了保证焊接的质量,最好在焊接元件引线的位置事先也挂上锡。焊接时要确保引线位置不变动,否则极易产生虚焊。烙铁头停留得时间不宜过长,过长会烫坏元件,过短会因焊接溶化不充分而造成假焊。
- 焊接结束后,仔细观察焊点形状和外表。焊点应呈半球状且高度略小于半径,不应该太鼓或太扁,外表应光滑均匀,无明显的气孔或凹陷,否则都易造成虚焊或假焊。还要注意在一个焊点同时焊接几个元件的引线时焊点的质量。
4.1.2 焊接操作基础步骤
图4.1.1 -- 焊接操作基础步骤示意图
步骤一(准备施焊):左手拿焊丝,右手握烙铁,进入备焊状态。要求烙铁头保持干净,无焊渣等氧化物,并在表面镀有一层焊锡。
步骤二(加热焊件):烙铁头靠在两焊件的连接处,加热整个焊件全体,时间大约为1~2秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说,要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。导线与接线柱、元器件引线与焊盘要同时均匀受热。
步骤三(送入焊丝):焊件的焊接面被加热到一定温度时,焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意不要把焊锡丝送到烙铁头上!
步骤四(移开焊丝):当焊丝熔化一定量后,立即向左上45°方向移开焊丝。
步骤五(移开烙铁焊):锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后,向右上45°方向移开烙铁,结束焊接。从第三步开始到第五步结束,时间大约也是1至2秒。注意焊接的时间不宜过长,特别是集成块芯片、三极管等不耐高温的器件,控制焊接时间以免损坏元器件。
4.1.3 焊接操作注意事项
(1)保持烙铁头的清洁。因为长时间的高温状态加之接触助焊剂等弱酸性的物质,很容易导致烙铁头氧化并附着一层黑色的杂质,这些杂质形成隔热层,影响了烙铁头与焊件之间的热传导。对于长寿命、高价值的烙铁头,要注意随时用蘸水树脂海绵清除杂质,千万不要用砂纸、锉刀打磨!对于廉价的烙铁头,在污染严重时,就可以用砂纸等进行打磨。在长时间未使用时应在烙铁头上加上锡,防止烙铁头氧化,造成无法粘锡。
(2)靠增加接触面积来加快传热。导热速度与接触面积成正比,因此应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热,而不是仅仅加热焊件的一部分,更不要采用烙铁对焊件增加压力的办法。
(3)加热要靠锡桥。所谓锡桥就就是在烙铁头上保留少量的焊锡,因为液态金属导热远远快于空气,但就是要注意,保留的焊锡不宜过多,以免造成焊点误连。
(4)烙铁撤离有讲究。烙铁的撤离要及时,避免接触太久导致高温损坏元器件,而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关。
(5)在焊锡凝固之前不能动。切勿使焊件移动或受到振动,否则极易造成焊点结构疏松或虚焊。
(6)焊锡用量要适中。一般我们焊接直插式元器件使用0.8毫米的焊锡丝就可以了,贴片元器件最好使用0.5毫米的。一般选择焊锡丝的标准就是焊锡丝的直径略小于焊盘直径。
(7)助焊剂用量要适中。适量的助焊剂有利于焊接。但是过量使用松香助焊剂,焊接以后势必需要擦除多余的焊剂,并且延长了加热时间,降低了工作效率;当加热时间不足时,又容易形成“夹渣”。
(8)不要将烙铁头作为运送焊锡的工具。有人习惯使用烙铁头(带锡焊)作为运送焊锡的工具进行焊接,结果造成焊锡的氧化。因为烙铁尖的温度一般都在300℃以上,焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效,焊锡也处于过热的低质量状态,从而难以焊出优质的焊点。
4.2 实践面板总体设计
4.2.1 正面图
图4.2.1 --脱机前的正面图
图4.2.2 --脱机后的正面图
注:如图4.2.2所示,以三脚开关控制该简易温度检测器的供电方式,选择适配器供电或者9V锂电池供电,以此实现该温度检测器脱机。(图4.2.2中电池盒未固定,之后使用速溶枪将其固定于电路板反面)
4.2.2 反面图
图4.2.3 --反面走线图
4.3 焊接与调试
4.3.1 测试原理
用万用表的直流电压档测量电源模块的稳压输出值;直接给555提供输入7.5V高电平,单独控制555工作,用示波器测量3输出口的输出基波波形;用手捂热以及用焊枪靠近温敏电阻,测试电压比较模块和数码管显示模块是否正常工作,即不同温度下数码管有正常的显示;且在高温下,观察有如下现象:数码管显示“8”并且数字不停闪烁,闪烁频率大约为8Hz,同时扬声器发出报警声。
4.3.2 测试步骤
a.电源模块的稳压输出值的测量:通过万用表的二极管档测定电源稳压模块是否存在短路;未短路的情况下,再将电源适配器正确接入电源稳压模块的输入端;旋转万用表至直流电压档20V,红表笔接电源模块的输出端,黑表笔接GND端,测量电源模块的稳压输出值,并记录测量结果。
b.555输出基波的波形与频率测定:将电源适配器与电源模块断开,设置直流电源正极输出为7.5V,负极输出为0;直流电源正极接555的555_Control端,负极接555的GND端,使555单独工作;通过示波器测定555的3输出口的输出基波波形及其波形频率。
c.电路板其他模块及整体效果测试:正确接入电源适配器,观察数码管是否正确地显示“1”;用焊枪靠近温敏电阻,观察数码管是否先后正确显示“3”和“8”;且最终正确地显示“8”时,观察是否伴随着数字“8”不停闪烁,闪烁频率是否大约为8Hz,同时扬声器是否发出报警声;将焊枪离开后,观察数码管是否先后正确显示“8”、“3”、“1”,当数码管显示“1”时表明检测到的温度已下降回室温,此时再用手捂热温敏电阻一定时间或者对热敏电阻呵气,观察数码管是否正确地显示“3”,若没有则可能是电阻选取不合理导致数码管数字跳变的温度偏高而无法在体温下正确得显示“3”。
4.3.3 测试结果及数据分析
(1)电源稳压模块输出7.5V测试
图4.3.1 -- 电源模块稳压测量
注:如图4.3.1所示,实际稳压到7.63V,与仿真的7.56V存在0.93%的误差,与设计要求的标准值7.5V存在1.73%的误差,与标准值误差控制在2%以内,可见,电源稳压模块的设计总体上是符合设计要求的。
(2)数码管138显示效果测试
图4.3.3 -- 室温下数码管显示“1”
图4.3.4 -- 体温下数码管显示“3”
图4.3.5 -- 高温下数码管显示“8”
注:
①如图4.3.5所示,闪烁频率较快,因拍摄设备缘故而无法清晰拍摄到闪烁现象,实际测量时观察到此时数码管显示“8”,且数字“8”不断闪烁,闪烁频率大约为8Hz;同时绿灯闪烁,蜂鸣器发出报警声。
②在显示“1”、“3”、“8”时,不难可以发现数码管显示有误,经过检查发现焊接没有错误,而是仿真与实物的差距导致的——即CD4511的2脚在仿真中悬空时默认为低电平,但是在实物中悬空时默认为高电平,且抗干扰差。因此,将其2脚接地之后,再进行测试,便可以正确稳定地显示“1”、“3”、“8”。
(3)555基波测试
图4.3.2 -- 555多谐振荡器模块输出基波波形测试
注:如图4.3.2所示,设计的多谐振荡器的输出波形(基波)为一正弦波,且基波频率为1.01kHz,但波形在拐点处有轻微失真。每个模块焊接到一起前,波形是完好的,不存在失真现象,但此时出现轻微失真,原因可能是仪器测试时测试的接线不稳定,也有可能是由于其他模块存在不确定的干扰因素等。不难看出基波频率与仿真的1kHz大约存在0.99%的误差,与设计要求的标准值1024Hz的误差为1.37%,误差小于10%,又由于该温度检测器的设计不对基波波形做要求,因此该模块总体上是符合设计要求的。
-总结-
按照课程设计的技术要求进行电路板测试,不难看出,该简易温度检测器各项指标均基本达到预期的效果,不管是仿真设计还是实物焊接,都是较为成功的。本次电子工艺实习作为自动化专业必不可少的实践环节,确实让我受益匪浅。通过比模电实验板更庞大的设计与焊接,熟悉了protues的基本仿真操作,提升了焊接工艺;同时,还将理论和实践第一次较好的结合起来,发现了理论在实践过程中遇到的问题,并提出了较为合理的解决方案;此外,在这个实践过程中我对元器件及其一些基本的应用更加熟悉,巩固了我所学的专业知识。
在仿真设计以及实际焊接中,电压比较模块是最为复杂的。经过这次实践我们不难发现,要完成一个大作品的设计与焊接,需要按照模块化进行设计与焊接,在实际焊接前一定要先规划好元器件放置的位置以及如何接线,我是以画草图的方式进行规划,这样可以避免仿真元器件与实际元器件的差异等原因导致的焊接错误,大大提高焊接的效率,并减少跳线以提高电路板的美观度。这便是这次实习任务完成得较为成功的技巧之一,除此之外还少不了指导老师的悉心指导、个人动手实践能力、与同学团结协作、会查阅资料、主动讨论问题、个人对知识的掌握、个人对基本知识的应用以及愿意对设计的东西进行不断调试等因素。
-致谢-
此次电子工艺实习已圆满结束,在这个为期不长的实践中,我学到了很多知识,培养了自学能力和动手能力。我要衷心感谢自动化专业能够给我这么一个宝贵的机会,让我能够在这次实践中得到训练,使我对所学的专业知识掌握地更透彻,并养成了工程性思维。同时,我很感谢xx老师对我的悉心指导,从她那里我学会了很多书本上学不到的东西,她教我们怎样把理论与实际操作更好的联系起来,为我们提一些改良设计的建议,还激励同学们尝试去实现更多的功能,这些已深深地留在了我的心里,在以后的工作、生活中都会对我起到很大的帮助。在最后的脱机改装过程中,xx老师仍给予我细心的指导和不懈的支持,在此我向xx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。此外,我还要感谢在一起共同完成实习的同学,在和他们的探讨中,不仅让我克服一个一个的困难和疑惑,还让我颇有收获。正是由于大家的帮助和支持,我才圆满得完成实习任务。在此,再次感谢所有帮助过我、给过我鼓励的同学和老师,谢谢你们!
参考文献
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- 李东生,张勇.编著电路设计教程.电子工业出版社,2002.6.
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[11]陈克安.集成电路速查大全[M].北京:西安电子科技大学出版社,1995.
最后
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