电子电路设计温度报警器资料.doc

成 绩批阅教师日 期实训报告 课 程 电子电路设计实训 姓 名 杨幼周 学 号 2013118504111 班 级 电信1311 日 期 2015年12月11日 1. 概述 本次实训共计四周，概述内容就按周来书写。第一周：我通过网络，教材了解了电子电路设计的行业设计规范，从最基本的纸张的尺寸，到各种元器件的画法、代号，以及页面布局的合理性。这周所了解的内容比较宽泛和杂乱，但是通过这些细节，更能反映出电子电路设计的规范性和标准性，让我更深入的了解了其中需要掌握的知识。图纸需要在右下角画上标题栏，其中要填写编辑者信息，图纸信息，单位名称等，图纸内容要居中紧凑，但又不能拥挤重叠。每张图纸都要有对应的图号，甚至连图号的命名都有很多的含义。老师列举了我国民用运输机C919的代号的由来，civil是民用的英文单词，所以用C开头代表飞机用途为民用，并且法国空客公司是AIR，波音公司是BOEING，所以我国用C开头，全称COMAC，中国商用飞机有限公司的缩写。通过这个事例老师想启发我，任何一个看似不起眼不重要的细节，其实当中都是有很多内涵的，对于自己的设计，也是要每一步都深思熟虑，不断改进才能完成。所以这次设计的图号我使用了“温度控制电路”的拼音首字母来命名。第二周：第一天老师对上一周我们自己查询的资料进行了细致的考核。考核内容包括了很多方面，通过问答和实际绘制的形式来完成。老师询问了我第一周对各种设计规范的掌握情况，主要内容就是对图纸的设计要求和规范是否了解，对电子电路设计的流程是否清楚，对元件的画法是否明确。这当中我又发现了没有及时掌握的内容，对于进一步加强我的设计规范有了帮助。完成了考核之后，就开始实际设计本次实训要求的电路。本次实训我的设计内容在电子电路设计的教材上有可取的地方，这对于基础很差的我有莫大的帮助。教材上的温度报警电路中，通过热敏电阻来检测温度，电路可以发出报警声和闪烁光。我的电路设计并不需要发声和闪光，但是温度检测的部分是相通的，都是通过电压比较器比较电压，然后输出高低电平，控制电路的通断。所以经过老师对教材上温度报警电路的细致讲解，我更加明确了设计的思路。紧接着就开始设计系统框图。由于有了教材的参考，系统框图很快便设计完成了。提交给老师检查之后，才发现，之前对于图纸设计的要求还只是局限于理论，并没有实际设计过，等到实际设计的时候，还是有很多问题需要改进。比如系统框图中的箭头，夹角是30°，大小不宜过大，并且不要填充颜色，关系连接线要保持是直线，不能弯曲，标题栏部分也要布局合理。一开始我绘制了机械制图标准的标题栏，但是机械制图的标题栏中包含了比例，材料等电子电路设计不需要的内容。我又按照实际需求和老师的指导改进了标题栏部分，删去了一些无用的内容，保留了我们需要的部分。老师说电子电路设计的标题栏可分为三大部分，第一部分就是设计人员部分，第二部分是图纸信息部分，第三部分是图纸单位部分。经过三四次的反复修改，终于确定了适合自己图纸和设计要求的标题栏。本周的要阶段求是提交系统框图，在老师多次指导下，完成了电路系统框图的设计。第三周：我按照之前画好的系统框图开始设计电路。一开始我参考教材上的电路设计出了总体的电路，提交给老师检查。但是老师的要求是先按照电路系统框图的每个部分分块设计单元电路，通过单元电路来检查是否能够实现每个模块的功能，待每个单元电路设计成功后，再来组装成总体电路图。于是我按照系统框图中的五个模块，拆分了总的电路图，然后按照实际功能重新设计了五个单元电路，包括温度检测，温度设定，温度比较，加热和降温模块。在老师指导下又完善了每个电路中的输入端、输出端、电源端、接地端，确保了每一个单元电路的完整性。在确保每个单元电路是完整的条件下，老师又指出了我单元电路设计中的错误和不足。首先，单元电路设计的输入端，输出端要和系统框图中的关系线对应。如果系统框图中是一条总线出来，分为两条支线的，就说明有总线出来的模块只对应一个输出端，如果该模块需要两个输出端，那么就应该是两条支线直接从该模块引出，而不能在系统框图中画作一条总线。其次，按照实训题目的要求，我的设计是需要温度设定部分在一定范围内可调节，并且上限值始终大于下限值，也就是说，按照要求，我的温度比较部分要有两个电压比较器，才能达到设计要求的双限温度比较。而之前参考教材上的温度报警电路，电路中只有一个电压比较器，属于单限温度比较，并不符合题目的要求。后来我修改了电压比较器的连接方式，增加到了两个电压比较器，然后通过两个电压比较器，分别比较温度设定的上限值和下限值，达到了题目要求的双限比较。一开始并不清楚双限电压比较器的接线方式，通过老师的耐心指导，我一步一步的修改，终于明白了双限电压比较器对于温度设定部分电阻和热敏电阻的接线方法，完成了单元电路设计中比较关键的一部分。最后，到了工作部分的单元电路，老师又发现了问题。一开始我自己设计的驱动电路，是直接把电机和电炉连接到三极管的集电极上。老师指出如果直接连接用电器到集电极，三极管集电极提供的电压很低，根本不足以驱动用电器工作。因为用电器的工作电压是220V，而三极管提供的电压微不足道，经过老师的指导，把集电极连接到电磁继电器上，通过电磁继电器连接用电器，用电器通过强电电压来驱动进行正常工作。这样，这五个单元电路设计就算基本完成了。接下来就是组装成总体的电路。总体电路按照单元电路来组装，确实很容易。完成组装后，再次提交给老师检查。这里老师指出了电路图设计过程中的最后一个问题。按照单元电路组装成整体电路后，电压比较器的两个输出端直接连通到两个三极管的基极，这样没有任何限流措施，容易损坏三极管，所以在电压比较器输出端和三极管之间，还要连接一个限流电阻，达到保护电路的作用。至此本周要求的实训内容：单元电路和整体电路设计完成。第四周：这周进一步完善了电路中还欠缺的部分，进行了软件仿真和实物仿真。一开始设计的时候没有明确电压比较器的型号参数，所以在软件仿真的时候查询了相关资料。电压比较器有很多型号类别，比如LM293是低偏置双电压运放/比较器，LM393是低功耗双电压运放/比较器，CD4575是双可编程运放/比较器，OP07是低噪音双极性运放/比较器，LM741是低输入的一款双电压运放/比较器等。用软件ISIS 7 Professional进行仿真的时候，使用的是LM393电压比较器，由于可能是仿真软件的问题，按照之前的整体电路图进行排布仿真的时候，电路并不能正常工作，但是在电压比较器输出端与三极管之间加上一组上拉电阻，电路才能按照之前的要求正常工作。然后又使用另一个仿真软件进行仿真，使用WEWB 32仿真的时候，我更换了电压比较器的型号，使用的是LM741通用电压比较器来仿真。使用LM741电压比较器来仿真，就不存在需要接上拉电阻的问题，按照之前设计好的总体电路图，就能够正常工作了。按照老师的要求，用两个软件使用OP07电压比较器的仿真，不论是按照设计好的电路图进行接线，还是加上上拉电阻，OP07电压比较器在两个软件当中都不能达到预期效果。所以后面将进行实际焊接后的实物验证。实物的焊接用了一上午的时间，焊接完成之后，遗憾的是电路只有高于温度上限的LED灯发光，而不论怎么调节热敏电阻的温度，另一个控制低于温度下限的LED灯都不发光。然后我按照电路图，重新检查了接线接线情况，并没有发现有连接错误的地方。分析可能的错误原因，我将设计图中的两个滑动变阻器更换成了固定电阻进行焊接，所以可能是固定电阻的阻值影响电路工作。我重新焊接上了两个滑动变阻器替换了之前的固定电阻，调节滑动变阻器阻值到合适的位置，电路工作状态还是和之前的一样。接着我又在输出端与三极管之间焊接了一组上拉电阻，电路依然不能够正常工作。提交给老师检查之后，老师分析可能是由于我的运放芯片有损坏，所以导致另一个LED调节后不发光，但是我的运放芯片又是直接焊接在电路板上的，没有使用芯片底座，所以更换芯片很麻烦。调节滑动变阻器的阻值，阻值高于热敏电阻阻值的时候，电路中表示降温的LED灯会发光，热敏电阻阻值低于和在上下限之间的时候，两个LED灯均不发光。实训又到了尾声，所以这次实物焊接验证并没有继续往后，没有取得预期的理想效果。2. 设计题目的名称及功能要求设计题目：设计一个简易温度控制电路。功能要求：当温度高于上限后，启动风扇进行风扇降温；当温度低于下限后，启动加热器进行加温。要求上下限在一定范围内可调节并且上限值始终大于下限值。其中感温元件用负温度系数的热敏电阻，使用2个LED灯分别代替风扇和加热器。3. 总体方案设计参考教材上的温度报警电路，设计出了实训要求的温度控制电路。设计思路：首先，本设计选用电压比较器，可以很方便的判断出两个输入端口的电压高或低，然后输出对应的高电平或低电平，来控制后面的电路。设计采用双限电压比较，就能达到实训题目要求的设置上限值和下限值，从而控制用电器的工作状态。然后，通过调节连接双限电压比较器的两个输入端的电阻值大小，来改变成不同的电压值，从而达到设置上限值和下限值的目的，再把热敏电阻接入双限电压比较器的另外两个输入端，就能通过比较器比较出热敏电阻这条支路的电压和另外两条上下限支路电压的大小，从而控制两个电压比较器的输出端，达到驱动或停止用电器工作的目的。最后，通过连接三极管集电极的电磁继电器来控制外电路中用电器的工作，当电压比较器输出高电平后三极管导通，电磁继电器触点吸合，强电电路中的用电器工作，反之则不工作。由于采用双限电压比较器，所以要保证上限设置的电路电阻值始终大于下限设置电路的电阻值，这样才能保证不会让两个工作电路同时工作。而当温度检测电路的电阻值介于上下限电阻之间的时候，两个工作电路都不会工作。系统框图：下面叙述每个系统框图中每个模块对应的作用和相互关系。温度设定模块：通过调节可变电阻的大小来改变支路中的电压大小，达到设定输入值的作用，给温度比较模块提供输入信号。温度检测模块：通过热敏电阻感受温度高低。温度升高，热敏电阻阻值减小，该条支路分得的电压减小；温度降低，热敏电阻阻值升高，该条支路分得电压增大。支路电压作为输入信号进入温度比较模块。温度比较模块：温度比较模块使用两个电压比较器，两个电压比较器的一端分别接入两个支路中，为电压比较器提供可作为比较的电压信号，两个电压比较器的另外一端，则接入热敏电阻的支路，对这条支路的电压作比较，达到双限电压比较的效果。风扇降温模块：其中一个电压比较器的输出端连接一个三极管，三极管的集电极上连接继电器，若电压比较器输出高电平，三极管导通，继电器就正常工作，继电器中开关闭合，控制电机转动降温。反之若电压比较器输出低电平，则电机不转动。电炉加热模块：另一个电压比较器的输出端连接另一个三极管，三极管的集电极上连接继电器，若电压比较器输出高电平，三极管导通，继电器就正常工作，继电器中开关闭合，控制电机转动降温。反之若电压比较器输出低电平，则电机不转动。4. 单元电路设计温度检测模块中，电阻R5起到分压作用，热敏电阻Rt起到温度检测作用，由于R5为定值电阻，Rt为可变电阻，所以电路中电压会有变化，根据电压变化，分别将电压信号输入两个比较器。（1） 电路的结构设计 温度设定模块中，电阻R1，R3起到分压作用，滑动变阻器R2，R4起到温度改变的作用，由于R1，R3为定值电阻，R2，R4为可变电阻，所以改变R2，R4的阻值，两条支路中电压会有变化，根据电压变化，分别将电压信号输入两个比较器。R1，R3电压值相同且不变，所以电阻R4的最小阻值要大于电阻R2的最大阻值，才能保证电路中的上限值始终大于下限值。温度比较模块中，根据各条支路输入的电压信号作比较，若IN2-端输入的电压低于下限值，则OUT2端输出高电平；若IN1+端输入的电压值高于上限值，则OUT1输出高电平；若IN1+，IN2-端输入的电压值介于上下限之间，则OUT1与OUT2输出低电平。加热模块中，当OUT1输出高电平，则三极管导通，KA1导通。降温模块中，当OUT2输出高电平，则三极管导通，KA2导通。 强电电路模块中，若KA1导通，电炉开始加热；若KA2导通，则电机开始工作；若KA1，KA2均不导通，则强电电路不工作。 （2） 元器件参数设计元器件的参数确定分为三个步骤，第一步是首先确定两条起到设定输入电压作用支路上的电阻参数。要保持进入U1:A电压比较器的电压值始终高于进入U1:B电压比较器的电压值，就要保持连接U1:A支路的电阻始终大于连接U1:B支路的电阻。第二步就是选择热敏电阻，热敏电阻的阻值要能够小于连接U1:B支路的电阻，又要能够大于连接U1:A支路的电阻，才能使得在不同温度环境下，两个电压比较器能输出高电平驱动用电器工作。第三步，完善限流电阻的参数。由于并不能确定仿真所确定阻值的电阻是否能够找到，所以在实际焊接的时候，按照上述思路选择元器件，其参数待实际情况而定。5. 整体电路分析总体电路中，电阻R1，R3，R5起到分压作用，电阻R2，R4可以调节，通过改变R2，R4阻值来改变该条支路中的电压，给电压比较器输入信号，起到设定比较上限和比较下限的作用。电阻Rt阻值随温度改变，若温度升高，电阻减小，该条支路分得的电压减小，减小的电压信号输入电压比较器后，输出端口输出高电平，驱动电机转动降温；若温度降低，电阻增大，该条支路分得的电压增大，增大的电压信号输入电压比较器后，另一输出端口输出高电平，驱动电炉加热升温。在电路中，电阻R1，R3，R5阻值都相同，且固定不变，所以可以通过调节可变电阻R2，R4来改变上下限电压值，可变电阻R4作为设定上限值的电阻，阻值的最小值要始终大于设定下限值电阻R2的阻值。当OUT1输出高电平时，说明温度高于上限值，三极管导通，电磁继电器吸合，电路中电机开始转动降温，当OUT2输出高电平时，说明温度低于下限值，三极管导通，电磁继电器吸合，电炉开始加热升温。当电路开始工作以后，OUT1与OUT2均没有输出高电平，则表明环境温度在上限值与下限值之间，电机电炉均不工作。6. 元器件明细电阻：4.7k×3470×46.2k×13.2k×1热敏电阻×1电压比较器：OP07运放/比较器×2三极管：NPN三极管×2二极管：发光二极管×27. 设计结果验证设计结果验证分为两个部分，第一部分是现在电脑上使用仿真软件进行大致的仿真验证。电脑仿真采用ISIS 7 Professional和WEWB 32两个软件进行仿真，大致仿真结果如下，能够实现功能。第二部分是实物焊接验证，这一部分的验证并没有成功。仿真验证部分，ISIS 7 Professional软件仿真结果如下。仿真验证部分，WEWB 32软件仿真结果如下。实物验证部分，焊接完成后的电路如下。8. 心得体会本次实训历时一个月，在这期间，经过自己和老师的共同努力，我完成了一整套电路设计流程的实训。从一开始的电路方案确定，到绘制流程图，电路单元电路图，总体电路图，以及后面的电路参数完善，电路设计结果的验证。这一整套的实训内容，更加贴近了将来的工作，和实际紧密联系，一切标准按照工业设计生产要求来完成。实训一开始，大家都以为只是一个普通的电路设计，但是老师反复强调，这次实训电路设计只是其中的一个方面，另一个重要的方面，是要掌握电路设计的行业规范，从图纸的尺寸大小，标题栏的布局内容，到系统框图的线条箭头，以及系统框图和电路图的对应规则，元器件的符号画法，参数规格，都要按照电子电路设计的正规标准来完成。在我初步完成系统框图的提交给老师检查后，才发现这次实训的要求严格程度很高，只是系统框图中的一个箭头，都有标准的规范画法。按照设计要求来画出系统框图，将近耗费了一周的时间。从这件事可以看出，一个是自己对于电子电路设计的要求很模糊，以前的设计都是类似草稿，并不是真正的电路设计图，另一个是充分的说明，电子电路设计中，系统框图的重要性。按照设计要求绘制出完整精准的系统框图，不仅能直观明了的反映电路的工作过程和原理，更能正确的指导电路图的设计。接下来的就是按照系统框图的每一个模块来设计单元电路。每一个模块都要按照系统框图中的作用来一一对应，这对于我来说以前并没有过尝试。因为以前的电路设计并不是先设计单元电路，而是直接设计整体电路，然后出了问题，再去整体电路中寻找错点。原来的方式虽然看起来不是很麻烦，对于简单的电路可能还奏效，但是对于复杂的电路，可能只是很小的一个错误，就需要在很大很完整的电路中寻找一个难以发现的错误，耗时耗力。而设计每个部分的单元电路，不仅能直观的反映出每个部分的电路，还能及时查错，养成先设计单元电路，后组装总体电路的习惯，对于以后设计功能复杂的电路有很大的好处。所以这次实训不仅是增加了自己的知识，提升了自己的设计能力，规范了自己的设计标准，还纠正了自己以前电子电路设计中的错误，养成了良好的习惯。总体电路的设计中，依然有很多考虑不周的地方被老师指出。例如一开始的工作电路中，我直接把电动机和电炉串接到三极管的集电极，而没有考虑到电路中的电压问题。整个电路都是弱电电路，电源也只是提供了5V的工作电压，而电动机和电炉需要的额定电压都是220V，通过弱电电路根本无法驱动其工作。所以老师提出使用电磁继电器，而我对于电磁继电器的工作原理不是很清楚，又返回书本中去重新学习电磁继电器的工作原理和使用方法。又例如整体电路组装完成后，电压比较器的输出端直接连接了三极管，并没有考虑到电压比较器如果输出电压过高会损坏三极管，所以老师又在电路中间串接了一个限流电阻保护电路。在设计中，其实还是有很多需要自己重新完善的知识和需要注意的细节，自己以后应该多多考虑。在仿真验证的过程中，感觉自己对于仿真软件的应用还算是比较熟练，但是对于实物的焊接，自己多少还是感觉经验不足，焊接过程有些吃力。首先是对于元器件的排布不是很合理，容易造成背面的线路出现短接现象，其次是对于电烙铁的使用不熟练，造成有的地方焊锡使用过多，不但造成浪费，还影响美观。所以自己以后应该多加强这方面的动手能力，争取做到快速准确合理的焊接一块电路板。另外由于实物焊接验证的失败，可能是因为之间对于元器件的参数配合不够清楚，或是由于自己焊接技术匮乏，不能够准确的焊接连接关系。所以将来在其他实训中还要继续训练。每学期的实训，都能增加自己的动手操作能力和对于将来工作的适应能力。实训的意义并不是要做出一个什么东西，而是要在制作这些东西的过程中不断发现自己没有掌握的内容，改正自己的不良习惯，提高自己的实践能力，只有自己一步一步的去做，不急于求成，不敷衍了事，才能体会到实训真正的意义，才能对自己有真正的帮助。每一次老师对于问题的解答，都是解决自己在书本上学不到的难题，实训是一个逐步学习的过程，在这个过程中遇到问题是不可避免的，只有自己不断充实，老师不断帮助，才能进一步提升自己，为了将来适应工作适应社会打下基础。 此次实训已经顺利完成，在此期间我也收获了很多。通过这次实训，从中我学会了如何分析，论证问题，如何理性地看待问题和解决问题，如何抓住问题的本质，这对我以后的工作起到了很大作用。俗话说，实践出真知，确实是这样的。以前我针对我们专业的好多理论方面的知识不了解，即使了解一些理论知识，但不知道如何把它们用在客观实际中，这无疑于纸上谈兵。但通过这次实训，我不仅了解了它们，还学会了如何去应用它们。而这段时间所学到的知识将会为我以后的工作打下坚实的基础。 通过这次设计，我学会了独立思考和独立解决问题。以前学校针对我们专业安排的好多实训，我都是在浑浑噩噩中度过的，几乎没有真正做过一次完整的实训。因为好多工作都是依赖班里面几个学习好的同学，而我们只是照葫芦画瓢，实行拿来主义，不言而喻，这样做的结果是我对实训中该学到的东西完全没有学到。等到老师检查实训成果时，就随便做一点工作敷衍了事，专业知识根本没有得到锻炼。但这次实训就不同了，因为每个人都需要独立完成，没有学习好的同学可以依靠，再也不会有人会不顾自己来帮助你接线。这所有的一切全靠自己，所以实训的过程就是将以前没学会的知识重新拾起来学习的过程。对于那些本来就把专业知识学的很好的同学来说实习的过程就是温故而知新的过程，而对于我这个专业知识学得不太好的学生来说，实训的过程就是学习新知识，掌握新技术，重新武装自己的过程。等到以后工作，我想在同一工作部门，每一个人的工作性质也是不同的，工作中遇到的问题不可能一样，所以一切还需要靠自己去解决 。所以在实训的阶段，这种独立解决问题的能力我提高了很多，它将为我以后的工作起到铺垫性的作用。