自動(dòng)水滿報(bào)警器設(shè)計(jì)相關(guān)資料(doc 15頁).doc

目錄摘 要IAbstract1 引言12電路原理圖13工作原理14 元件參數(shù)選擇25 PCB設(shè)計(jì)流程26 PCB板的3D顯示47安裝與調(diào)試47.1 理論分析47.2 實(shí)際調(diào)試過程68 結(jié)論6參考文獻(xiàn)6致 謝9自動(dòng)水滿報(bào)警器摘 要自動(dòng)水滿報(bào)警器是當(dāng)今運(yùn)用十分廣泛的報(bào)警器產(chǎn)品，在消防部門，公司安全和人們的日常生活都發(fā)揮著重要的作用。該電路設(shè)計(jì)方法頗多，但其功能都是唯一的，實(shí)現(xiàn)水滿后自動(dòng)報(bào)警，而工作原理，分析方法，電路調(diào)試等都根據(jù)具體電路而定，所以對(duì)電路工作原理分析和電路安裝與調(diào)試處理技術(shù)猶為重要。本文從自動(dòng)水滿報(bào)警功能出發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)功能較為完善的電路，并對(duì)電路工作原理和元件參數(shù)選擇處理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，根據(jù)工作原理和調(diào)試的結(jié)果，從所存在的一些問題著手解決，改變電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，進(jìn)而更準(zhǔn)確地制作完成電路功能。關(guān)鍵詞：報(bào)警器 ； 工作原理 ；PCB制作流程 ； 安裝與調(diào)試AbstractNowadays, automatic water annunciator is used extensively.It plays very important role in fire engine department, company security, and our daily life. There are many ways to design its electric circuit, but it has only one function that it alerts when water is full. Work principle, analysis, depend on the concrete electric circuit, such as adjustment of electric circuit, which is very important to analyze the electric circuit work principle, install, adjust and processing electric circuit. We have designed a more perfect electric circuits based on function of automatic water annunciator and analyze systemically the work principle of electric circuit and selection of component parameter. According to work principle and results of adjustment, there are still some problems. We have solved the problems, and changed the component parameter,and made its electric cirtuit accurately.Keywords：Annunciator ; Work principle ; PCB produce flow ; Installment and adjustment1 引言現(xiàn)在生活好了，很多家庭都用上了太陽能熱水器，其應(yīng)用太陽能，清潔無污染，實(shí)用價(jià)廉，深受喜歡。但市場上出售的大多太陽能熱水器水滿報(bào)警裝置太簡陋，只設(shè)了一條回水管，水從回水管流出來很容易被忽視，易造成水的浪費(fèi)，而現(xiàn)在卻出現(xiàn)了水滿報(bào)警裝置采用了水滿自動(dòng)報(bào)警。這種“水滿信號(hào)”容易被發(fā)現(xiàn)，如文中圖1報(bào)警電路所示，它代替回水管的使用，當(dāng)太陽能水滿時(shí)，報(bào)警器發(fā)出柔和的報(bào)警音以提醒水滿，關(guān)閉閥門后，報(bào)警音自動(dòng)停止。它克服了傳統(tǒng)回水管易老化，易斷，易堵，易凍，費(fèi)水和水滿無聲容易遺忘而漫水的缺點(diǎn)等等。因效果好能發(fā)聲報(bào)警并且在市場上價(jià)格也較低，所以自動(dòng)水滿報(bào)警器廣泛應(yīng)用于太陽能熱水器、水箱及儲(chǔ)水池等。結(jié)合以上所述，太陽能熱水器以節(jié)能、無污染等優(yōu)點(diǎn)，逐漸為企事業(yè)單位和家庭廣泛使用，但熱水器水箱水位在使用時(shí)不易觀測，有時(shí)突然出現(xiàn)中途斷水情況，會(huì)給使用者帶來諸多不便。為此我設(shè)計(jì)了太陽能熱水器水位自動(dòng)水滿報(bào)警器，它能在水箱里儲(chǔ)水不多，或加入冷水過多時(shí)，自動(dòng)發(fā)出約30秒鐘的音樂報(bào)警，同時(shí)配以下燈光指示。2電路原理圖圖1 自動(dòng)水滿報(bào)警電路原理圖3工作原理該報(bào)警器電路原理如圖所示。圖中D1D4為全波整流器，為電路提供12V直流工作電壓，LED1為電源指示燈，R8、BG6和C4為音樂塊IC（BXW9300）提供3.6V的工作電壓。IC的1端接正電源，4端接地，2端接觸發(fā)輸入端，3端為音樂信號(hào)輸出端。BG4和BG5將輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。水位信號(hào)由電極1、2、3測得，電極3為公共信號(hào)電極。正常情況下，水位低于電極1高于電極2（末端），BG1基極相當(dāng)于懸空，BG1截止，高水位指示燈LED2不發(fā)光。電極2、3都浸在水中，相當(dāng)于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結(jié)、R7和電極2、3構(gòu)成偏置電路，使BG3飽和導(dǎo)通。這時(shí)ec間電壓約0.3V，使D6和BG2的eb結(jié)上電壓箝位于0.3V，BG2因得不到足夠的偏壓而截止，BG2基極電壓為零，低水位指示燈LED3不發(fā)光，整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。熱水器使用時(shí)，水箱內(nèi)的水位將逐漸下，當(dāng)水位低于電極2時(shí)，電極2、3斷開，BG3因其偏置電路不通而截止。BG2因其eb結(jié)和R6構(gòu)成偏置電路而導(dǎo)通。由C3和R4構(gòu)成的微分電路在BG2基極電位突變的同時(shí)在C2、C3結(jié)點(diǎn)處得到一正向脈沖，該脈沖輸入到音樂塊IC的2端，觸發(fā)IC工作，IC內(nèi)存樂曲放完一次（約30秒鐘）后，因IC 2端無觸發(fā)脈沖而自行停止報(bào)警。同理，當(dāng)水箱中加冷水超過電極1時(shí)，BG1導(dǎo)通，BG1集電極由零電位升到高電位，高水位指示燈LED2發(fā)光。同時(shí)C2和R4構(gòu)成的微分電路使C2、C3結(jié)點(diǎn)得到一正向脈沖，該脈沖觸發(fā)IC工作，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，音樂塊內(nèi)存樂曲放完一次后報(bào)警自動(dòng)結(jié)束3。4 元件參數(shù)選擇該報(bào)警器所用元件無特殊要求。D1D4選用反向耐壓較高的1N4007。電阻R9選用1/2W碳臘電阻外，其余均用1/8W碳臘電阻。BG6為3.6V穩(wěn)壓管。揚(yáng)聲器用8/1W的。音樂塊可根據(jù)自己愛好選定。電極3應(yīng)低于電極1和2，電極間應(yīng)互相絕緣，電極其1和2的位置決定高、低水位報(bào)警范圍，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整確定。以下為Protel 99 SE軟件對(duì)電路元件做的一個(gè)清單。圖2 網(wǎng)絡(luò)報(bào)表5 PCB設(shè)計(jì)流程PCB（印制線路板）設(shè)計(jì)與電路原理圖稍有不同，印制線路板屬于比較實(shí)體化的東西，而電路原理圖屬于比較抽象化的東西。在設(shè)計(jì)電路原理圖時(shí)，比較著重于電路的電氣性質(zhì)。而在設(shè)計(jì)印制線路板時(shí)，比較著重于電路的實(shí)際尺寸與空間配置。具體操作流程如圖布線規(guī)則設(shè)置定義元件封裝設(shè)計(jì)原理圖自動(dòng)布線/手動(dòng)布線生成報(bào)表文件PCB圖紙基本設(shè)置文件打印輸出生成并加載網(wǎng)表文件設(shè)計(jì)完成更新PCB 板元件布局圖3 PCB設(shè)計(jì)流程圖（1） PCB圖紙基本設(shè)置。進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)的第一步是，根據(jù)所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目確定將要設(shè)計(jì)的PCB板的尺寸、形狀、安裝方式及PCB板的工作層數(shù)量。這一步需要綜全考慮到各方面因素，以達(dá)到系統(tǒng)最佳工作性能為目的。（2） 加載網(wǎng)絡(luò)列表信息。通過加載在電路原理圖中生成的網(wǎng)絡(luò)列表文件，將電路理圖中的信息傳輸?shù)絇CB設(shè)計(jì)中，如果加載有錯(cuò)誤發(fā)生，需要修改電路原理圖中的元件符號(hào)與元件封裝間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，直到成功導(dǎo)入為止。（3） PCB元件布局。所有的元件PCB封裝被正確導(dǎo)入到PCB文件后，接下來需要做的工作是對(duì)所有的元件PCB封裝按照一定的規(guī)則和要求進(jìn)行布局，布局有自動(dòng)布局和手動(dòng)布局兩種方式，如果元件PCB封裝符號(hào)較多，一般先選自動(dòng)布局，然后進(jìn)行手工調(diào)整布局；反之，最好使用手動(dòng)布局。（4）布線規(guī)則設(shè)置。根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行布線前的布線規(guī)則約束設(shè)定，使自動(dòng)布線器能夠按照預(yù)定的布線規(guī)則要求進(jìn)行自動(dòng)相結(jié)合方式。以及為手工布線過程中的在線規(guī)則檢查提供依據(jù)，以實(shí)時(shí)提示走線方式的正確性。（5）布線。布線分為手動(dòng)布線和自動(dòng)布線，一般如果PCB板不是很大，最好使用純手式布線或者利用手式布線和自動(dòng)布線相結(jié)合方式。布線的時(shí)候?yàn)榱朔奖悴季€和設(shè)計(jì)使用，可根據(jù)需要再次調(diào)整元件PCB封裝符號(hào)的布局和元件PCB封裝類型，利用Protel的同步器設(shè)計(jì)工具可以很好地配合這樣的修改工作。（6）設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。布線完成后，和電路原理圖設(shè)計(jì)一樣，需要對(duì)所完成的PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，以確定設(shè)計(jì)能完全符合布線布局要求。正確無誤后，就可對(duì)所設(shè)計(jì)的PCB板添加標(biāo)注和注釋等信息。（7）設(shè)計(jì)文件輸出。包括設(shè)計(jì)中的詳細(xì)材料如報(bào)表文件、光繪（Gerber）文件等的輸出8 。通過以上的步驟，我們可以設(shè)計(jì)出上述水滿報(bào)警電路原理圖的PCB電路板為如圖3所示：圖4 自動(dòng)水滿報(bào)警電路PCB板6 PCB板的3D顯示Protel 99 SE增加了3D顯示。使用該功能可以顯示清晰的PCB板的三維立體效果，不用附加高度信息，元件、絲網(wǎng)、銅箔均可以被隱藏。并且用戶可以隨意旋轉(zhuǎn)、縮放、改變背景顏色等。圖5即為PCB板的三維效果圖4。7安裝與調(diào)試7.1 理論分析當(dāng)PCB板在電腦上用Protel做好之后，將其用激光打印機(jī)打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，并把它轉(zhuǎn)印于敷銅板上，然后再將印好電路圖形的敷銅板投入于用水稀釋的三氯化鐵藥水中進(jìn)行腐蝕，將其不需要的部分去除。這樣實(shí)際的電路板就做好了；接下來的工作就是對(duì)電路板鉆孔和元件的焊接安裝。安裝過程中應(yīng)先安電阻和電容等小元件，然后再焊接二極管和三極管，其次就是體積較大的器件，最后焊接集成電路。并注意有些元件應(yīng)防止靜電對(duì)它的損害，所以在焊接時(shí)應(yīng)將電烙鐵接地；對(duì)于那些對(duì)靜電特別靈敏的元件我們應(yīng)把溫度適宜電烙鐵的電源斷開之后再進(jìn)行焊接。元件安裝完成后進(jìn)入調(diào)試階段，接上變壓器輸出的9V交流電源（測電極暫且不放入水中），經(jīng)二極管D1-D4整流之后，測得整流之后的電壓為10.8V的直流電，同時(shí)LED1發(fā)亮，這表明整流濾波工作正常。測得BG1、BG2的集電極電壓均為0V ，LED2、LED3均不發(fā)光；再測得BG6的負(fù)極電壓為3.6V，說明電路工圖5 自動(dòng)水滿報(bào)警電路印制電路板圖6 自動(dòng)水滿報(bào)警電路三維效果顯示作正常。 當(dāng)把電極按要求放入水中相應(yīng)的位置后，我們再來觀測電路工作的情況。當(dāng)水位低于電極1時(shí)高于電極2末端時(shí)，BG1的基極相當(dāng)于被懸空， LED1（高水位指示）也就不會(huì)發(fā)亮；電極2、3極都浸于水中，相當(dāng)于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結(jié)、R7和電極2、3構(gòu)成偏置電路，使BG3飽和導(dǎo)通，低水位指示燈LED3也不發(fā)光，整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。當(dāng)水位低于電極2末端時(shí)，電極2、3被斷開，與此同時(shí)揚(yáng)聲器響起音樂，即音樂芯片IC被觸發(fā)，IC內(nèi)存的樂曲放完一次（約30秒鐘）后就停止了音樂響聲。這是正是由于IC的2端無觸發(fā)脈沖而自行停止報(bào)警。當(dāng)水位超過電極1時(shí)，高水位指示燈LED2發(fā)光。同時(shí)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，音樂芯片內(nèi)存樂曲放完一次后報(bào)警自動(dòng)結(jié)束。值得注意的一點(diǎn)：在調(diào)試時(shí)電路也很有可能不能正常工作，表現(xiàn)為水位的高低對(duì)電路沒有任何反應(yīng)。這主要是由于水的阻值太大，不能讓電路中的三極管導(dǎo)通。解決的辦法是將電路中的電阻R2和R7的阻值減小就行了。但前提是必須確定電路電極在沒有放入水中時(shí)電路工作正常（即電路中的各點(diǎn)電位正常）。7.2 實(shí)際調(diào)試過程1、現(xiàn)象一：報(bào)警聲不停止。故障原因：R4=430，取值過大，導(dǎo)致時(shí)間常數(shù)=RC也過大。這對(duì)C充放電的時(shí)間就長。所以就一直報(bào)警。措施：將R4的取值改為180。2、現(xiàn)象二：穩(wěn)壓管BG6不能正常工作。故障原因：限流電阻R8=10k過大，BG6驅(qū)動(dòng)電流小，電壓低。措施：因?yàn)橐魳芳蒊C即作為負(fù)載電阻這是無法確定的，其屬于動(dòng)態(tài)（包括熱態(tài)和冷態(tài)）元件。所以對(duì)于R8的取值要逐漸降低，直到BG6達(dá)到穩(wěn)壓作用，且穩(wěn)定的是電壓是4V。3、現(xiàn)象三：BG5 發(fā)燙。故障原因：BG5采用9013系列，功率過小。措施：采用3DD系列，大功率三極管，才不會(huì)出現(xiàn)發(fā)燙的現(xiàn)象8 結(jié)論自動(dòng)水滿報(bào)警器的設(shè)計(jì)制作中，對(duì)元件參數(shù)的選擇必須詳細(xì)地從各個(gè)方面（模擬電子技術(shù)中可以清楚）進(jìn)行理論上的分析。保證其參數(shù)的準(zhǔn)確性，電路的可操作性。電路經(jīng)過理論分析，即可制作印制電路板。在電路板上進(jìn)行調(diào)試工作也是一關(guān)鍵步驟。通過調(diào)試，可能出現(xiàn)一些理論上無法判斷的故障，采用假設(shè)故障法，逐漸找出故障原因。確保電路的準(zhǔn)確度。在尋找故障時(shí)也要對(duì)存在的故障進(jìn)行分析。從本文中對(duì)自動(dòng)水滿報(bào)警電路的一系列過程中，我們可以看出：在電路的實(shí)現(xiàn)上可能性要高，首先，要分析出各元件的參數(shù)；其次，采用PCB印制電路板，焊接元件。最后，調(diào)試電路，逐級(jí)找出故障，并進(jìn)行分析故障原因。參考文獻(xiàn)1方大千 方亞敏.家庭電子小制作M.北京:新時(shí)代出版社,2004.7,P188_1892錢好竹 張學(xué)尤 焦克延.實(shí)用自控報(bào)警電子裝置制作365例M.人民郵電出版社,1985,P2823曹小鋒.簡單實(shí)用的水箱水位控制器J.電子制作,1996年第3期:P87 4清源計(jì)算機(jī)工作室.Protel 99 SE 原理圖與PCB及仿真M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.15徐曉冰 江 萍.電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10,P130_1506羅會(huì)昌 武 天.電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,19967孫梅生 李美鶯 徐振英.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M.北京:向等教育出版社,19898張海兵 李 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