熱釋電傳感器在智能控制設(shè)備中的應(yīng)用

1、2021年重慶市第二屆中等職業(yè)學(xué)校電子技能競賽考題學(xué)生組考題名稱：自適應(yīng)式烘干系統(tǒng) 完成時(shí)間：4小時(shí)C 一、功能簡介廠電路說明局部s二、電路所需器件介紹I三、裝配及調(diào)試說明一、元件篩選與測試10分考題目錄二、電路焊接與組裝35分三、電路調(diào)試40分電路設(shè)計(jì)軟件PROTE應(yīng)用局部15分學(xué)校:姓名:考號:工位號:電路相關(guān)說明局部一、功能簡介1功能說明自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的烘干方式，采用可控硅作為功率驅(qū)動器件。該系統(tǒng)通過測量 環(huán)境溫度可以在快速加熱、普通加熱、緩慢保溫加熱和停止加熱狀態(tài)下自動切換這里使用燈泡代 替加熱器，它的組成原理圖如圖 1所示。2、電路功能簡介烘干系統(tǒng)在我們的生活中應(yīng)用非常

2、廣泛，傳統(tǒng)的烘干系統(tǒng)，一般是采用接觸器或繼電器作為功 率驅(qū)動器件控制加熱器，它們只能在啟動加熱或停止加熱之間切換，由于在加熱過程中會有熱慣性 等因素，所以在高精度的烘干系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)的方式顯然無法滿足需求了。為了解決以上問題，這 里為大家展現(xiàn)一種簡單的自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)，自適應(yīng)式烘干系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，當(dāng)測量環(huán)境溫度過 低時(shí)輸出的電壓有效值高，加熱器迅速加熱，當(dāng)溫度靠近預(yù)期設(shè)定值時(shí)，輸出電壓有效值降低，從 而放慢加熱速度，對被測環(huán)境溫度進(jìn)行微調(diào)。這里我們通過延時(shí)觸發(fā)可控硅來調(diào)整輸出電壓的有效 值，從而調(diào)整加熱器的發(fā)熱量。烘干系統(tǒng)主要由：溫度檢測放大電路、溫度比擬電路、交流過零檢測電路、可控硅觸發(fā)延

3、時(shí)電 路、可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路、可控硅觸發(fā)電路、電源電路和加熱器用燈泡模擬加熱器所組成。 在該電路中我們希望得到一個(gè)設(shè)溫度為 40C的烘干系統(tǒng)，所以我們設(shè)定了以下參數(shù)：當(dāng)熱敏電阻測量溫度低于 30C時(shí)，此時(shí)輸出電壓最高，加熱速度最快燈泡亮度最大。當(dāng)熱敏電阻測量溫度在 30C35C之間時(shí)，輸出電壓降低，加熱速度放慢使其慢慢地靠近希望 值燈泡亮度降低。當(dāng)熱敏電阻測量溫度在 35C40C之間時(shí)，輸出電壓再次降低，加熱速度減慢或?yàn)橄到y(tǒng)保溫 燈 泡亮度降低。當(dāng)溫度高于40C時(shí)，輸出電壓為零，燈泡不亮。在對電路功能進(jìn)行測試過程中，可以使用燈泡、電烙鐵或熱風(fēng)槍對熱敏電阻RT1進(jìn)行加熱，可以方便地模擬出溫度

4、變化，使其輸出電壓變化燈泡亮度變化。9D.題競件文路電賽競子：二第烹 cotnu卩 md As onlte sdoouxne mu & D :c fo t<ehs 9CD2 5M32npslveR、電路所需器件介紹1、運(yùn)算放大器LM358LM358是二運(yùn)放集成電路， 它采用8腳雙列直插塑料封裝， 其內(nèi)部包含二組形式完全相同的運(yùn) 算放大器，除電源共用外，二組運(yùn)算放大器相互獨(dú)立，引腳及內(nèi)部方框圖如圖2所示，LM358具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電路中。CO)7+VV- 1CM(Hi寸2、電壓比擬器LM339LM339集成塊內(nèi)部裝有

5、四個(gè)獨(dú)立的電壓比擬器，它采用14腳雙列直插封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的電壓比擬器，內(nèi)部組成圖如圖3;該電壓比擬器的具有，失調(diào)電壓小，典型值為2mV ；電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為土 1V- ± 18V ;比照擬信號源的內(nèi)阻限制較寬；因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛。Output 2 刃 Output 3Output 1 叵13)Output 4vcc El可Gndjj| + Input 4ic| - Input 4Input 2 T7 + Input 3叮-Input 3+ (nput 2+ input 1 EJnpuH |_4_圖33、四重雙向開關(guān) CD4066BCD406

6、6是一種雙向模擬開關(guān)，在集成電路內(nèi)有4個(gè)獨(dú)立的能控制數(shù)字及模擬信號傳送的模擬開關(guān)，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)見圖4。每個(gè)開關(guān)有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，它們可以互換使用，還有一個(gè)選通端CONTROL 控制端，中選通端為高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，選通端為低電平時(shí)，開關(guān)截止。使 用時(shí)選通端是不允許懸空的。圖44、14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)振蕩器 CD4060CD4060由一振蕩器和14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器位組成，組成接通圖如圖5,引腳圖如圖6。振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效，所有的計(jì)數(shù)器位均 為主從觸發(fā)器。在輸入脈沖0 1和0 0的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，在時(shí)鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)

7、器對時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。R0114 STAGERIPPLECOUNTERANDOSCILLATOR©©©©0©®5XJQ9RESETa05、6反相帶施密特觸發(fā)器 CD40106CD40106由6個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輸入級具有施密特觸發(fā)功能的反相器組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖管腳圖見圖7輸入輸出真值表見表1。施密特觸發(fā)器在輸入波形的上升段和下降段，它的閥值電壓不同。vnnvsIn putsOutputHLLH6、MF58熱敏電阻MF58為負(fù)溫度系數(shù)(NTC )熱敏電阻，其特點(diǎn)是溫度越高其電阻值越小。MF58外形圖如圖8,電路符號如圖9,溫度-電阻對應(yīng)

8、值，見表 2。MF58圖8圖9溫度(C )電阻(k Q)溫度(C)電阻(kQ)溫度(C)電阻(k Q)溫度(C )電阻(k Q)027.622510504.16751.933522.3308.152553.552801.6631018.19356.951603.048851.4381514.81405.843652.614901.2492012.25454.916702.227951.064三、裝配及調(diào)試說明注意：電路焊接完成后，仔細(xì)檢查無誤后，才可通電調(diào)試。1、外部接線通過J1接入AC12V電源，為系統(tǒng)提供工作電源；燈泡經(jīng)過導(dǎo)線連接到J2。2、電路工作原理烘干系統(tǒng)的電路主要由：溫度檢測放大電

9、路、溫度比擬電路、交流過零檢測電路、可控硅觸發(fā)延時(shí)電路、可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路、可控硅觸發(fā)電路、電源電路和加熱器用燈泡模擬加熱器所組成。其工作原理如下：溫度檢測電路：溫度檢測電路主要由RT1NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、 U1A組成的同相放大器和U1B組成的緩沖器所組成。當(dāng) RT1測量環(huán)境溫度越高，熱敏電阻的電阻值越低，溫度輸出電 壓TP-A點(diǎn)的電壓值越低。溫度電壓比擬電路：由電壓比擬器LM339和外圍電阻構(gòu)成的電壓比擬電路，可調(diào)電阻RP2、RP3、RP4分別作為3個(gè)比擬電路的基準(zhǔn)參考電壓，當(dāng)TP-A點(diǎn)的電壓低于某個(gè)比擬器的參考電壓時(shí)，此比擬器輸出低電壓，從而點(diǎn)亮發(fā)光二極管，關(guān)閉電子開關(guān)。交流過零

10、檢測電路， 當(dāng)交流電過零時(shí)，光耦初級輸入電壓為零， 次級截止，Q4集電極輸出高電 平，該信號通過具備反相功能的施密特觸發(fā)器對其整形，輸出高電平，使由U3等元件組成的計(jì)時(shí)器復(fù)位；當(dāng)過零完成后， Q4集電極輸出低電平，此時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)?？煽毓栌|發(fā)延時(shí)電路：電路主要由 CD4060二進(jìn)制計(jì)數(shù)振蕩器和晶體振蕩器組成，當(dāng) U3第12 腳RESET為高電平時(shí)，計(jì)時(shí)器停止工作，輸出全部為低電平，當(dāng)12腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，由 Y1和U3組成的振蕩器開始工作， 振蕩頻率為32.768kHZ，此信號經(jīng)過U3分頻后，分別輸出脈寬為：0.97ms、 3.9ms和7.81ms的脈沖，供可控硅觸發(fā)時(shí)間選擇電路選擇。可控硅觸

11、發(fā)時(shí)間選擇電路：電路由CD4066電子開關(guān)組成，電子開關(guān)的控制端C為高電平時(shí)，電子開關(guān)接通，控制端 C為低電平時(shí)，電子開關(guān)斷開，電子開關(guān)的控制端與溫度比擬電路的輸出端 相接?？煽毓栌|發(fā)電路：由電子開關(guān)輸出的信號通過Q3放大后驅(qū)動光耦 U7, U7次級導(dǎo)通后，電流經(jīng)過R17和U7觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。電源電路：電源電路主要由D2、C11組成的整流濾波電路和串聯(lián)式穩(wěn)壓電源組成。3、調(diào)試方法在調(diào)試電路時(shí)應(yīng)首先使電源電路正常工作，即使+5V正常；1電源電路調(diào)試：接通 AC12V交流電源，調(diào)節(jié) RP1使C10兩端的電壓為5V。2 溫度檢測放大電路調(diào)試：RT1和R21組成串聯(lián)分壓電路，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)RT1兩端

12、的電壓改變，此信號經(jīng)過由 U1A組成的放大電路放大，再經(jīng)過由U1B緩沖輸出；不同的溫度U1B輸出不同的電壓，當(dāng)溫度為30C時(shí)TP-A點(diǎn)的電壓約為1.98V，溫度為35C時(shí)TP-A 點(diǎn)電壓約為1.73V，溫度為40C時(shí)TP-A點(diǎn)電壓約為1.5V。3電壓比擬電路：該電路由 3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電壓比擬器組成，不同的是參考電壓不同，當(dāng)比較器的同相端電壓大于反相端時(shí)比擬器輸出高電平，反之輸出低電平；調(diào)節(jié)PR2使U2的4腳電壓為1.98V 對應(yīng)溫度為30 C，調(diào)節(jié)RP3使U2的6腳電壓為1.73V 對應(yīng)溫度為 35C,調(diào)節(jié)RP4使U2第8腳電壓為1.5V 對應(yīng)溫度為40C;假設(shè)：當(dāng)TP-A點(diǎn)的電壓 低于1.9

13、8V時(shí)，U2A輸出低電平，LED2點(diǎn)亮，U4A電子開關(guān)斷開。4 可控硅的觸發(fā)信號來自電子開關(guān)，電子開關(guān)由電壓比擬電路控制，電子開關(guān)輸入為經(jīng)過延時(shí)的脈沖信號。比方：比擬器U2A輸出為低電平，此時(shí) U4A電子開關(guān)斷開，經(jīng)過 0.97ms延時(shí)的脈沖信號，無法通過電子開關(guān)觸發(fā)可控硅，此時(shí)如果比擬器U2B輸出為高電平，U4B電子開關(guān)接通，經(jīng)過 3.9ms延時(shí)的信號到了時(shí)，可控硅電路被觸發(fā)。4、調(diào)試完成接通電源后，使用燈泡或電烙鐵對熱敏電阻加熱，當(dāng)熱敏電阻上的溫度低于30 C時(shí)，燈泡亮度最高，LED指示燈全部熄滅，溫度每升高 5C燈泡亮度降低一個(gè)等級， LED指示燈多點(diǎn)亮1 只，當(dāng)溫度高于40C時(shí)燈泡熄滅

14、，LED指示燈全部點(diǎn)亮。一、元件篩選與測試10分準(zhǔn)確清點(diǎn)和檢查全套裝配材料數(shù)量和質(zhì)量，進(jìn)行元器件的識別和檢測，篩選確定元器件，檢測 過程中填寫下表。 注：質(zhì)量判定填寫“可用、“斷路、“短路、“漏電所使用的萬用表型號為：元器件識別及檢測內(nèi)容配分評分標(biāo)準(zhǔn)得分電阻器色環(huán)標(biāo)稱值含誤差每支1分共計(jì)2分識別錯(cuò)誤錯(cuò)不得分。棕黑黑紅棕紅紫綠橙金電容器數(shù)碼標(biāo)志容量值uF每支1分識別錯(cuò)誤錯(cuò)不得分。104穩(wěn)壓二極管正向電阻反向電阻測量檔位質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該二極管不得 分。D1三極管畫外形示意圖標(biāo)岀管腳名稱電路符號質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該三極管不得 分。Q1晶體振蕩器測量阻值使用檔位每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該晶體振

15、蕩器 不得分。Y1光耦畫外形示意圖標(biāo)岀管腳名稱電路符號質(zhì)量判定每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該光耦不得 分。U6可控硅畫外形示意圖標(biāo)岀管腳名稱電路符號質(zhì)量判斷每支1分錯(cuò)1項(xiàng)，該繼電器不得 分。K1橋堆畫外形示意圖標(biāo)岀管腳名稱正負(fù)輸出端電阻， 正向?qū)ㄇ闆r下使用檔位每支2分錯(cuò)1項(xiàng)，該橋堆不得 分。D2二、焊接與組裝電路35分工藝要求：元件安裝整齊、焊點(diǎn)美觀30分內(nèi)容技術(shù)要求配分評分標(biāo)準(zhǔn)得分元器件引腳1、引腳加工尺寸及成形應(yīng)符合裝配工藝要求61、檢查成 品，不符合 要求的，每 處每件扣0.5分/件。2、根據(jù)監(jiān)考 記錄，工具 的不正確操 作，每次扣0.5 分。元器件安裝2、兀件高度及字符方向應(yīng)符合工藝要求3、元件

16、安裝橫平豎直4、電路板底層安裝貼片元件5、 燈泡通過導(dǎo)線連接到J2,連接到J2端的導(dǎo)線 壓接端頭8焊點(diǎn)6、焊點(diǎn)大小適中，無漏、假、虛、連焊，焊 點(diǎn)光滑、圓潤、干凈，無毛刺7、焊盤不應(yīng)脫落8、修腳長度適當(dāng)，一致，美觀10安裝質(zhì)量9、集成電路、二三極管等及導(dǎo)線安裝均應(yīng)符 合工藝要求10、元器件安裝牢固，排列整齊11、無燙傷和劃傷，整機(jī)清潔無污物6常用工具的使用和維護(hù)12、電烙鐵的正確使用13、鉗口工具的正確使用和維護(hù)14、萬用表正常使用和維護(hù)15、毫伏表正常使用和維護(hù)16、示波器正常使用和維護(hù)5三、電路調(diào)試40分電路的調(diào)試方法，詳見第7頁和第8頁的裝配調(diào)試說明1、本電路功能完成20分鑒定內(nèi)容技術(shù)要

17、求配分評分標(biāo)準(zhǔn)得分實(shí)現(xiàn)功能測量溫度越高輸出電壓越 低，即燈泡的亮度越低；當(dāng)溫度 低于30 C時(shí)，過零后約延時(shí) 0.97ms觸發(fā)可控硅，溫度低于 35C時(shí)，過零后約延時(shí)3.9ms觸發(fā) 可控硅，溫度低于40 C時(shí)，過零 后約延時(shí)7.81ms接通可控硅，溫 度高于40 C停止輸出。20分電源局部正常工作4分溫度檢測放大電路正常工作4分溫度比擬以及指示電路正常工作6分 過零檢測電路正常工作3分電子開關(guān)及可控硅觸發(fā)電路正常工作3分2、完成檢測報(bào)告13分1、電路正常工作時(shí)，測量 U3第7腳的頻率 赫茲。1分2、假設(shè)要使穩(wěn)壓電路的輸出電壓降低，請問應(yīng)該 增大/減小Q1基極與地之間的電阻。1分3、在溫度檢測放

18、大電路中，U1A LM358 作為 反相放大器侗相放大器/差分放大器/比擬器1分4、當(dāng)RT1阻值不變的情況下，增大R21電阻的阻值，請問 U1B第7腳的電壓 升高/降低。1分5、當(dāng)RT1的溫度為45C時(shí)，RT1的端電壓為 V。 1分6、當(dāng)U5第3腳為高電平時(shí)，U5第2腳的電壓為 高電平/低電平。1分7、當(dāng)穩(wěn)壓電路輸出電壓為 5V時(shí)，測量Q1和Q2各引腳的電壓V 。 3分三極管Q1Q2引腳CBECBE電位8、電路正常工作時(shí)，且測量溫度低于30C時(shí)，測量可控硅 A與K之間的波形：4記錄波形1分，其他0.5分示波器頻率器毫伏表得分時(shí)間檔位：頻率：測量交流電壓：幅度檔位：周期：1峰峰值：3、電路原理和

19、故障分析7分1 、當(dāng)RT1測量溫度為50 C時(shí)，請問U1第7腳的電源為多少？ 3分2、假設(shè)將晶振 Y1由32.768kHZ更換為455kHZ，請問U5第5腳的輸出周期是的多少？ 4分四、電路設(shè)計(jì)軟件 PROTEL DXP 2004應(yīng)用八路斷線數(shù)顯報(bào)警器15分考生須知：考生在D盤根目錄下建立一個(gè)文件夾，文件夾命名為“T+工位號，考生所有文件均需保存在該文件夾內(nèi)。各文件的文件名如下：工程文件：工位號原理圖文件：sch xx原理圖元件庫文件：slib xxPCB 文件：PCB xxPCB元件圭寸裝庫文件：plib xx其中xx為考生工位號，如sch24.sch。注：如果保存文件的路徑不對，那么無成績

20、。1、制作電路圖元件符號，新建原理圖元件庫文件，在庫中繪制圖10上的U2 1分2、繪制原理圖1 建立原理圖文件，并設(shè)置原理圖圖紙尺寸為A4。 0.5分2 根據(jù)圖10原理圖，必須將自制的元件符號用于原理圖中；繪制清單詳見表2 4.5分3、制作封裝共2分建立PCB元件封裝庫文件，并在庫中繪制元件DS1和SPST-1的封裝。1 元件DS1的封裝外形尺寸如圖 11所示，它的焊盤直徑為75mil，焊盤孔徑為35mil，焊盤 間距為100mil o 1分2 元件SPST-1的封裝外形尺寸如圖 12所示，它的焊盤直徑為 80mil，焊盤孔徑為40mil，焊 盤橫向間距為180mil，焊盤縱向間距為 260m

21、il。 1分4、創(chuàng)立網(wǎng)絡(luò)表文件1分根據(jù)原理圖創(chuàng)立網(wǎng)絡(luò)表文件。5、PCB 設(shè)計(jì)6在繪制PCB時(shí)，須使用以上自制的元件封裝，其他元件封裝詳見表2，繪制要求如下：1電路板外形尺寸不大于：3200mil 寬x 2400mil 高；2 元件布局合理，所有元件均放置在TopLayer;3 信號線寬15mil , +5V線寬40mil，地線線寬 50mil ;4 對晶振電路局部進(jìn)行鋪銅操作，填充格式為90Degree,與GND網(wǎng)絡(luò)相連，放置層為TopLayer;U1LM 780 5+9V9r31 kQC3IL_JI0u FR21 0k Q+5VU231220uFVouDVinDS1MY5 011 AHp 8

22、R18470 Qg470 Q厶 LO-XSRCVP3.0P1.0P3.0P1.0P3.2P1.0P3.3P1.0P3.4P1.0P3.5P1.0P3.7P1.0GND“P1.010R20470 QiR19470 Q9AT8 9C20 51L A丄C4J- C5r 30PTitleSizeNumber圖102A4Date:File:J112F 345678L 9CONERev isio n2 3-Mar-200 9C:Documen ts and Setting s'AdministratoSheet of桌面2W柏年2:月 市教委 競題.Ddb(UE) MEJ500 (mil)圖112

23、60 (mil)圖12LibrefPart TypeDesig natorFootpri ntLibraryCAP0.1uFC1RAD0.2Miscella neous Devices.LibIN41481N4148D11812Miscella neous Devices.Lib1N41481N4148D21812Miscella neous Devices.LibRES21k QR3AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR7AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR8AXIAL0.3Miscella n

24、eous Devices.LibRES21k QR4AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR5AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR6AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR9AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR11AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES21k QR10AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES25.1k QR13AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES25.1k QR12AXIAL0.3Miscella neous Devices.LibRES26MHZY1XTAL1Miscella neous Devices.LibRES210k QR2AXIAL0.3Miscella neous