畢業(yè)設(shè)計（論文）太陽光自動跟蹤控制器設(shè)計

太陽光自動跟蹤控制器目錄2006級電信6班摘要現(xiàn)在，我們居住的家園以太陽光最為普遍，它給我們帶來了光和熱，我們就要合理的利用光和熱，來為我們服務(wù)。我們就通過設(shè)計的“太陽光自動跟蹤控制器”來實現(xiàn)太陽光跟蹤。我們設(shè)計的是根據(jù)光轉(zhuǎn)換電來實現(xiàn)功能，首先，我們選光敏傳感器來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，其次，通過OPA2132PA來實現(xiàn)差分運算放大，再由繼電器實現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，去控制翻轉(zhuǎn)板的運動。從而實現(xiàn)太陽光自動跟蹤。光敏傳感器分別由兩只光敏電阻串聯(lián)交叉組合而成，每一組的兩只光敏電阻中的一只為比較器的上偏置電阻，另一只為下偏置電阻：一只檢測太陽光照，另一只檢測環(huán)境光照，送至比較器輸入端的比較電平始終為兩者光照之差。所以，本控制器能使太陽能接收裝置四季全天候跟蹤太陽光，調(diào)試簡單，成本不高，運行可靠。目錄摘要 I目錄 II引言 51畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù) 52已有的實驗基礎(chǔ)和預(yù)期結(jié)果 53畢業(yè)設(shè)計所完成的主要內(nèi)容 5第一章自動跟蹤控制器概論 61.1概述 61.2設(shè)計原則 61.2.1通用性 61.2.2實用性 61.3系統(tǒng)組成及功能 61.3.1太陽光自動跟蹤控制器的組成 61.3.2功能及工作原理介紹 7第二章設(shè)計方案與原理概述 102.1設(shè)計的要求 102.1.1光敏傳感器 102.1.2OPA2132PA運算放大器 102.1.3繼電器 102.2方案論證 112.2.1運算放大器的選擇 112.3工作原理分析 112.4設(shè)計中注意的問題 132.4.1集成電路的選擇和使用 13第三章設(shè)計實現(xiàn) 14PROTEL99SE概述 143.2電路原理圖設(shè)計 14Protel99SE電路原理圖常用工具欄 143.2.2電路原理圖的設(shè)計步驟 143.3印制電路板設(shè)計 153.3.1Protel印制電路板設(shè)計工具的應(yīng)用 153.3.2PCB布局布線規(guī)則 153.3.3印制電路板設(shè)計注意事項 163.4PROTEL99SE的一些小竅門 173.5PCB板的安裝焊接 17元器件的安裝 183.5.2PCB板的焊接 18第四章調(diào)試 214.1電路板元件的安裝和焊接 214.1.1元器件的安裝 214.1.2電路板元件的焊接 214.2電路板的調(diào)試 224.2.1裝配工藝檢查 224.2.2通電測試 22總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25致謝 26附錄 I附錄1：太陽光自動跟蹤控制器原理圖 I附錄2：太陽光自動跟蹤控制器PCB板 II附錄3：采用LM358作運放的原理圖 III附錄4：元器件清單 IV附錄5：太陽光自動跟蹤控制器實物圖 V太陽光自動跟蹤控制設(shè)計引言2006級電信6班湯盛明引言1畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù)本畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù)是學(xué)習(xí)掌握自動跟蹤控制器的基本原理和技術(shù)的實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上對該控制器進(jìn)行擴(kuò)展。在這個任務(wù)中還要求學(xué)生能獨立的設(shè)計各個模塊，最后還要能獨立的焊接和調(diào)試。整個過程要經(jīng)歷查閱整理資料、電原理圖設(shè)計、印制電路板設(shè)計、焊接安裝、調(diào)試、撰寫論文，初步掌握工程設(shè)計方法和實踐的基本技能，逐步熟悉電子產(chǎn)品開發(fā)的步驟和方法。通過完成畢業(yè)設(shè)計的過程，強(qiáng)化綜合運用理論知識解決實際問題的能力，在電子電路設(shè)計和應(yīng)用方面的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。本設(shè)計注重理論與工程實踐的結(jié)合，在焊接中許多元件都是精密的元件，對我們的焊接技術(shù)要求高，需要在工程實踐中去體會、總結(jié)經(jīng)驗。2已有的實驗基礎(chǔ)和預(yù)期結(jié)果該畢業(yè)設(shè)計任務(wù)規(guī)定了技術(shù)路徑為模擬電路實現(xiàn)。在專業(yè)基礎(chǔ)課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過該門課程，并完成了所有的規(guī)定實驗，對于放大電路和各類繼電器的原理和工作過程已有較清楚的認(rèn)識。預(yù)期的工作結(jié)果是實際制作出“試驗樣機(jī)”，能夠完成預(yù)計的基本功能：直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，太陽光自動跟蹤控制。3畢業(yè)設(shè)計所完成的主要內(nèi)容（1）收集資料學(xué)習(xí)并了解自動控制器的工作原理、各模塊要實現(xiàn)的功能和要求；（2）根據(jù)設(shè)計任務(wù)，確定功能需求，設(shè)計出方案；（3）按照功能模塊進(jìn)行具體電路設(shè)計，確定元器件型號和參數(shù)，完成整個電路原理圖，據(jù)此設(shè)計印制電路板；（4）安裝、焊接、調(diào)試；（5）撰寫論文。太陽光自動跟蹤控制器第一章自動跟蹤控制器概論2006級電信6班湯盛明第一章自動跟蹤控制器概論1.1概述現(xiàn)有的太陽光能自動跟蹤控制器主要有二類：一是使用一只光敏傳感器與施密特觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所構(gòu)成的光控施密特觸發(fā)器或光控單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來控制電機(jī)的停、轉(zhuǎn)；二是采用兩只光敏傳感器與兩只比較器分別構(gòu)成兩個光控比較器來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由于一年四季、早晚與中午環(huán)境光和陽光的強(qiáng)弱變化范圍都很大，所以上述兩類控制器很難使太陽能接收裝置四季全天候跟蹤太陽。下面電路框圖可有效解決上述難題。光敏傳感器光敏傳感器OPA2132運算放大器驅(qū)動電路電源光電池翻轉(zhuǎn)板執(zhí)行電路光線輸入端的光敏傳感器分別由兩只光敏電阻串聯(lián)交叉組合而成，每一組的兩只光敏電阻中的一只為比較器的上偏置電阻，另一只為下偏置電阻：一只檢測太陽光照，另一只檢測環(huán)境光照，送至比較器輸入端的比較電平始終為兩者光照之差。所以，本控制器能使太陽能接收裝置四季全天候跟蹤太陽光，調(diào)試簡單，成本不高，運行可靠。1.2設(shè)計原則通用性本設(shè)計為自動跟蹤控制器，就是為了能突出它的功能的強(qiáng)大，能適應(yīng)較為廣泛的應(yīng)用場合。可靠性高、控制功能強(qiáng)等特點。實用性太陽光自動跟蹤控制符合實際需求，不能華而不實。實用性是第一原則，同時具有可學(xué)性。1.3系統(tǒng)組成及功能太陽光自動跟蹤控制器的組成 太陽光自動跟蹤控制的主要是由以下幾個部分組成。主要是由光敏電阻，OPA2132PA（8）雙運算放大器，繼電器，繼電器驅(qū)動（放大）電路，直流電機(jī)，電源供電部分、光電池翻轉(zhuǎn)板等。功能及工作原理介紹現(xiàn)在就主要介紹太陽光自動跟蹤控制器的功能和原理：（1）光敏電阻功能：它的電阻值隨光照的變化而變化。圖1-1是它的外形和電路中的符號。圖1-2為光敏電阻的連接電路。接通開關(guān)，先觀察光敏電阻被光照射時發(fā)光二極管的發(fā)光情況，再觀察光敏電阻被不透明物體遮蓋時，發(fā)光二極管的發(fā)光情況。一般光敏電阻的電阻值，不受光照射時是受光照射時的100～1000倍.例如有一種型號的光敏電阻，光照時的阻值為2千歐，不受光照時的阻值為1000千歐。（2）如圖1-3所示為OPA2132PA（8）雙運放的引腳圖。其功能：它屬于高速FET輸入運放。雙電源供電。信號是從2、3和5、6腳輸入；1、7腳輸出。起到電壓/電流比較放大。（3）繼電器功能：如圖1-4所示為繼電器等效電路圖：1、2腳為線圈觸頭；3、4腳為常閉觸頭；3、5腳為常開觸頭。當(dāng)1、2腳接通電源時，3、4腳常閉觸頭斷開，3、5腳常開觸頭閉合。（4）驅(qū)動（放大）電路功能：三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓Ub有一個微小的變化時，基極電流Ib也會隨之有一小的變化，受基極電流Ib的控制，集電極電流Ic會有一個很大的變化，基極電流Ib越大，集電極電流Ic也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。Ic的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIc/ΔIb,Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號時，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。（5）直流電機(jī)功能：圖1-6是這種電機(jī)的符號和簡化等效電路。工作原理:此電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、換向器(又稱整流子)、電刷等組成,定子用作產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)于是在定子磁場作用下,得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來。換向器及時改變了電流方向,使轉(zhuǎn)子能連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。也就是說,直流電壓加在電刷上,經(jīng)換向器加到轉(zhuǎn)子線圈,流過電流而產(chǎn)生磁場,這磁場與定子的固定磁場作用,轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動起來。當(dāng)它轉(zhuǎn)動時,由于磁場的相互作用,也將產(chǎn)生反電動勢,它的大小正比于轉(zhuǎn)子的速度,方向和所加的直流電壓相反。圖1-6(B)給出了等效電路。Rw代表轉(zhuǎn)子繞組的總電阻,E代表與速度相關(guān)的反電動勢。我們在這次的設(shè)計中采用的是慢速直流電機(jī)（每分鐘15轉(zhuǎn)速的直流電機(jī)）。轉(zhuǎn)速也較慢，也比較適合我們這次的設(shè)計。（6）電源保護(hù)電路:如圖1-7所示電源保護(hù)電路由三只二極管組成電源保護(hù)電路。當(dāng)電源正負(fù)極接反時,二極管通過它的特性進(jìn)行電源及電路保護(hù)。由于本電路使用+12V、-12V兩種電源供電,兩種電源容易反串,導(dǎo)致輸出電壓為0,從而使電源燒毀。而加入這三只二極管組成的電路就能避免此種現(xiàn)象發(fā)生。太陽光自動跟蹤控制器第二章設(shè)計方案與原理概述2006級電信6班湯盛明第二章設(shè)計方案與原理概述2.1設(shè)計的要求對自動跟蹤控制器的設(shè)計，主要是要體現(xiàn)其適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。為此在設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)遵循這一基本目標(biāo)，為使我們在本設(shè)計中收獲到更多的知識，在本設(shè)計中使用了一些較新的器件，以及為和現(xiàn)在的需求和設(shè)計趨勢接軌，在設(shè)計中我們遵循小型化這一思路，所使用的原器件都以精密為主。為達(dá)到這樣的功能，在設(shè)計過程中提出的基本方案要求有：光敏傳感部分、運算放大部分、驅(qū)動部分、繼電器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。光敏傳感部分主要是根據(jù)光敏電阻的電阻值隨光照的變化而變化，以實現(xiàn)其功能。對于本設(shè)計主要是考慮對于光敏傳感器、OPA2132PA(8)運算放大器、繼電器的適應(yīng)能力和范圍，對各個部分的要求如下：光敏傳感器光照射在物體上可以看成是一連串的具有一定能量的光子轟擊這些物體的表面；光子與物體之間的聯(lián)接體是電子。所謂光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光敏傳感器的電阻值隨著陽光變化而變化。從而達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的作用。為了達(dá)到兩個部分的電平一致，以實現(xiàn)相互的連接，在這里，我們選擇了精密光敏電阻實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換以能準(zhǔn)確采集光源OPA2132PA運算放大器該OPA132系列場效應(yīng)管輸入運算放大器提供高速和卓越的DC性能。繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。我們這次采用的是電磁繼電器。其工作原理和特性是電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。2.2方案論證為達(dá)到設(shè)計目的，根據(jù)設(shè)計要求，我們設(shè)計了相應(yīng)的實現(xiàn)方案。運算放大器的選擇方案一：采用LM358作為運算放大器，LM358與兩個100K的電阻構(gòu)成電壓放大器。光敏電阻RT1、RT2與電位器RP1組成光敏傳感器一，光敏電阻RT3、RT4與電位器RP2組成光敏傳感器二，該電路特別之處在于能根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行自動補(bǔ)償。安裝時應(yīng)將RT1和RT3安裝在翻轉(zhuǎn)板的一側(cè)，RT2和RT4安裝在另一側(cè)。當(dāng)RT1、RT2、RT3和RT4同時受環(huán)境自然光線的作用時，RP1和RP2的中心點電壓不變。如果只有RT1、RT3受太陽光照射時，RT1的內(nèi)阻減小，LM358的3腳電位升高，LM358的1腳輸出高電平，三極管VT1（9013）飽和導(dǎo)通，繼電器K1導(dǎo)通，其轉(zhuǎn)換觸點3與1閉合，同時RT3受太陽光照射后內(nèi)阻也減小，LM358的5腳電位下降，LM358的7腳輸出低電平，K2不動作，其轉(zhuǎn)換觸點3與2仍然閉合，這時直流電機(jī)M正轉(zhuǎn)。四只光敏電阻這樣交叉安排的優(yōu)點是，當(dāng)LM358的3腳電位升高時，5腳電位降低，可使直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)工作既干脆又可靠。四只光敏電阻組成的光敏傳感控制器可安裝在太陽能接收器的邊緣，既能隨著太陽能接收器轉(zhuǎn)動又不受反射光的強(qiáng)烈照射干擾。不必?fù)?dān)心第二天早晨太陽能接收器能否自動返回，因為早晨太陽升起時，垂直遮陽板兩側(cè)的光照度不可能正好相等，這樣控制電路就會控制電機(jī)使驅(qū)動裝置自動向東旋轉(zhuǎn)，直至太陽能接收器對準(zhǔn)太陽時為止。注：此原理圖見附錄3。方案二：采用OPA2132PA(8)作運算放大器。OPA2132PA(8)與兩個100K電阻構(gòu)成電壓放大器。當(dāng)太陽光垂直照射時，設(shè)RT1、RT2、RT3、RT4同時受光，RP1和RP2中心點電位不變，OPA2132PA（8）雙運放不工作，使光電池板不轉(zhuǎn)動，即電機(jī)不工作。四只光敏電阻這樣交叉安排的優(yōu)點是，當(dāng)太陽光與電池板有一定偏轉(zhuǎn)時，設(shè)RT1和RT3同時受光照，RT1的內(nèi)阻減小，使OPA2132PA（8）的3腳電位下降，1腳電位上升，使VT1（9013）導(dǎo)通，繼電器K1得電工作，使K1的1、3腳連通，即繼電器的常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。此時電機(jī)上端接+12V。同時RT3受光照后內(nèi)阻減小，使OPA2132PA（8）的5腳電位下降，7腳電位也降低，VT2截止，繼電器K2不得電，此時電機(jī)另一端接地，使電機(jī)正轉(zhuǎn)。注：此原理圖請見附錄1。2.3工作原理分析見圖2－1所示，根據(jù)設(shè)計要求我們對系統(tǒng)進(jìn)行了合理、科學(xué)的設(shè)計，其各個部分的功能在前面已經(jīng)做過詳細(xì)的介紹。在此，我們將本系統(tǒng)的工作過程作個簡單的介紹，以達(dá)到對系統(tǒng)工作過程的概述。雙運放OPA2132PA與兩個100K電阻構(gòu)成兩個電壓比較器。光敏電阻RT1、RT2與電位器RP1組成光敏傳感器一，光敏電阻RT3、RT4與電位器RP2組成光敏傳感器二，該電路特別之處在于能根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行自動補(bǔ)償。安裝時應(yīng)將RT1和RT3安裝在垂直遮陽板的一側(cè)，RT2和RT4安裝在另一側(cè)。當(dāng)RT1、RT2、RT3和RT4同時受環(huán)境自然光線的作用時，RP1和RP2的中心點電壓不變。如果只有RT1、RT3受太陽光照射時，RT1的內(nèi)阻減小，OPA2132PA(8)的3腳電位升高，OPA2132PA(8)的1腳輸出高電平，三極管VT1（9013）飽和導(dǎo)通，繼電器K1導(dǎo)通，其轉(zhuǎn)換觸點3與1閉合，同時RT3受太陽光照射后內(nèi)阻也減小，OPA2132PA(8)的5腳電位下降，OPA2132PA(8)的7腳輸出低電平，K2不動作，其轉(zhuǎn)換觸點3與2仍然閉合，這時直流電機(jī)M正轉(zhuǎn)。同理，如果只有RT2、RT4受太陽光照射時，繼電器K2導(dǎo)通、K1不動作，直流電機(jī)M反轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)到垂直遮陽板兩側(cè)的光照度相同時，繼電器K1、K2都導(dǎo)通，直流電機(jī)失電停轉(zhuǎn)。在太陽不停地偏移過程中，垂直遮陽板兩側(cè)光照度的強(qiáng)弱不斷地交替變化，使直流電機(jī)不斷地重復(fù)轉(zhuǎn)→停、轉(zhuǎn)→停，保證了太陽能接收裝置始終面朝著太陽接收最強(qiáng)的光照能量。四只光敏電阻這樣交叉安排的優(yōu)點是，當(dāng)OPA2132PA(8)的3腳電位升高時，5腳電位降低，可使直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)工作既干脆又可靠。四只光敏電阻組成的光敏傳感控制器可安裝在太陽能接收器的邊緣，既能隨著太陽能接收器轉(zhuǎn)動又不受反射光的強(qiáng)烈照射干擾。不必?fù)?dān)心第二天早晨太陽能接收器能否自動返回，因為早晨太陽升起時，垂直遮陽板兩側(cè)的光照度不可能正好相等，這樣控制電路就會控制電機(jī)使驅(qū)動裝置自動向東旋轉(zhuǎn)，直至太陽能接收器對準(zhǔn)太陽時為止。2.4設(shè)計中注意的問題在一個產(chǎn)品的設(shè)計過程中，會遇到許多的有關(guān)設(shè)計或者是集成電路的選擇等等一系列的問題。對比各種方法選擇好的設(shè)計思路，結(jié)合產(chǎn)品的使用場合以最優(yōu)的設(shè)計選擇最合適的元器件，盡量節(jié)省設(shè)計成本。集成電路的選擇和使用集成電路的選擇和使用的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：實用、經(jīng)濟(jì)、符合時常對產(chǎn)品的要求以及設(shè)計者的設(shè)計習(xí)慣。在本次設(shè)計中，我們選擇的元器件多為精密元件。選擇OPA2132PA(8)作為本設(shè)計的運算放大器。這樣的器件選擇和設(shè)計使我們能夠和現(xiàn)在市場上集成電路設(shè)計的步調(diào)保持一致，增加我們的見識與設(shè)計經(jīng)驗，更多的了解到主流元件的用法和設(shè)計思想。太陽光自動跟蹤控制器第三章設(shè)計實現(xiàn)2006級電信6班湯盛明第三章設(shè)計實現(xiàn)使用計算機(jī)輔助設(shè)計工具進(jìn)行電子電路設(shè)計繪制電路原理圖與印制電路板圖是現(xiàn)代電子工程技術(shù)人員必備的技能。在我國最普及的輔助設(shè)計軟件是Protel，目前最流行的版本是ProtelDXP。但是基于設(shè)計的方便及熟練性（大多高校都采用Protel99se作為教材），本設(shè)計的電原理圖和印制電路板圖均使用Protel99se完成。3.1PROTEL99SE概述Protel設(shè)計系統(tǒng)是世界上第一套被引入Windows環(huán)境EDA開發(fā)工具，一向是以其高度的集成性及擴(kuò)展性著稱于世。它主要應(yīng)用于電子原理圖的設(shè)計、電路板的設(shè)計和繪制，以及電子邏輯分析和仿真等。它憑借其強(qiáng)大的功能，大大提高了電子線路的設(shè)計效率，現(xiàn)已成為電子線路設(shè)計工作者的計算機(jī)輔助電子線路設(shè)計軟件，特別適合初級電路設(shè)計者。我們需要了解電子線路設(shè)計的基本過程以及在設(shè)計中主要注意的細(xì)節(jié)，我們選用Protel99SE來設(shè)計電子線路。該軟件操作簡單，易掌握。同時，工作效率較高。3.2電路原理圖設(shè)計3.2.1Protel99SE電路原理圖常用工具欄我們所使用工具條主要有以下幾種：主工具條執(zhí)行設(shè)計管理器DesignExplorer下的View﹨ToolBars﹨MainTools。布線工具條執(zhí)行View﹨ToolBars﹨WiringTools。繪圖工具條執(zhí)行View﹨ToolBars﹨DrawingTools。電源及接地工具條執(zhí)行View﹨ToolBars﹨PowerObjects。模擬信號源工具條執(zhí)行View﹨ToolBars﹨SimulationSources。常用器件工具條執(zhí)行View﹨ToolBars﹨DigitalObjects。3.2.2電路原理圖的設(shè)計步驟（1）進(jìn)入protel99SE設(shè)計界面：點擊WINDOWS開始菜單上的protel99SE，進(jìn)入設(shè)計管理器。（2）新建一個原理圖文件：執(zhí)行FILE/NEW，彈出NEWDOCUMNT對話框，選取SCHEMATICDOCUMENT圖標(biāo)，然后單擊OK按鈕。（3）裝載元件庫：用鼠標(biāo)鍵點擊設(shè)計管理器中的BROWSESCH選項卡，然后單擊ADD/REMOBE按鈕，屏幕將出現(xiàn)一對話框，CHANGELIBRARYFILELIST改變元件庫文件一覽表，查找并選取你所要添加的庫。注：在設(shè)計繪制電路原理圖時，首先要在內(nèi)存中裝入所要設(shè)計繪制的電路原理圖元器件，以備調(diào)用，一般只載入常用的元件庫，特殊的元件庫則當(dāng)需要時臨時載入。這樣才不會因裝載過多的文件庫占用較多的資源，而降低應(yīng)用程序的執(zhí)行速度。（4）設(shè)置電路圖大?。河檬髽?biāo)點擊設(shè)計管理器DESIGNEXPLORE下菜單的DESIGN/OPTIONS，按圖紙要求選STANDARD項的A4，最后按OK鈕則設(shè)置完畢。（5）放置元器件：在Filte查找元器件窗口中輸入你要的元件名然后按回車鍵，在下面窗口中就出現(xiàn)了你所要的元件（注意，你必須知道所要的元件放在什么元件庫中，并且要選中此元件庫才會調(diào)出來），雙擊元件名或者點一下元件然后點Place都能調(diào)出元件符號,然后把元件放置在原理圖的適當(dāng)位置。（6）放置節(jié)點和連接線路：在有電氣連接的導(dǎo)線交叉點一定放置接點；在連線時注意不要將導(dǎo)線連入器件引腳端點以內(nèi)。（7）放置電路輸入輸出點：設(shè)計中若一張圖不能完成原理圖設(shè)計，則可采用多張圖通過輸入輸出口完成。如電路圖需要輸入輸出點可選WIRINGTOOLS工具條的即可。（8）檢查原理圖：使用Protel99SE的電氣規(guī)則檢查功能檢查原理圖的連接是否合理與正確，給出檢查報告。值得注意的是此功能只是檢測電氣連接性質(zhì)，如果繪制的原理圖連接錯了但沒有電氣連接性質(zhì)的錯誤，它是檢查不出來的，所以繪制時要特別仔細(xì)、小心。（9）保存與打印。另外，在畫原理圖時使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號進(jìn)行電氣連接也是常用的方法，這樣能讓原理圖變得簡單明了，這種方法常用于較復(fù)雜的設(shè)計中，本設(shè)計就采用此方法。注：按照上章敘述過程，完成了太陽光自動跟蹤控制器的原理圖設(shè)計。全電路圖見附錄1。清單請見附錄4。3.3印制電路板設(shè)計因為設(shè)計目標(biāo)為“試驗樣機(jī)”，同時實驗室的生產(chǎn)工藝受到一定限制，制作雙面印制板有一定難度，所以印制的設(shè)計要求為單面板，對于少量難以布通的導(dǎo)線采用“飛線”解決。實際上，在實際產(chǎn)品中，為了降低成本，也常常采用這種方式，最典型的例子就是電視機(jī)和收錄機(jī)在此談?wù)勛约翰季€布局時吸取的一些經(jīng)驗教訓(xùn)。3.3.1Protel印制電路板設(shè)計工具的應(yīng)用注：在此就不再啰嗦，多操作Protel99se軟件，自然對工具非常熟悉，且能靈活運用。3.3.2PCB布局布線規(guī)則.1PCB布局規(guī)則根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局時，要符合以下原則：（1）按照電路的流程安排各個功能電路單元位置使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致方向。（2）以每個功能電路的核心器件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局，元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB板上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)，一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列，這樣不僅美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。.2PCB布線規(guī)則雙面印制板中在同一層中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決，即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去，對于實在無法通過的引線采用過孔在另一層布線（注意：過孔應(yīng)越少越好），同一級的電路接點應(yīng)盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級接地點上。特別是本級晶體管基極、發(fā)射極的接點不能離得太遠(yuǎn)，否則因兩個接地點間的銅箔太長會引起干擾與自激，采用把接地點都連在一起接地，這樣工作才穩(wěn)定，不易自激?？傊?，印制板布局和布線應(yīng)在講究功能的同時與美觀程度相互達(dá)到最佳（也就是常說的“橫平豎直”）。3.3.3印制電路板設(shè)計注意事項（1）元件封裝純粹的元件封裝僅僅是空間的概念，因此不同的零件可以共用封裝，同時，同種元件也可以用不同的封裝。在實際的設(shè)計中，元件的封裝圖最好根據(jù)實際的元件自制，以避免出錯。（2）焊盤大小無論是在調(diào)用封裝還是在自制封裝的過程中，需要特別注意的是元件焊盤大小的設(shè)計。焊盤小了，在鉆孔的時候很容易損壞，即使沒有在鉆空時損壞，且安裝元件時不易插進(jìn)去，但它對焊接技術(shù)的要求是比較高的；焊盤太大，可能會造成“路徑堵塞”，給走線造成困難。焊盤孔太大，在焊接的時候，高溫的錫液就很容易通過通孔流向在面板另一面上的元件引腳，這樣就很容易使元件受高溫影響而壞掉。（3）工作層KeepOutLayer禁止布線層，它限制了走線的范圍，一般常用它作為印制板的輪廓界限，但是并不好。實際上，元件布局和走線都應(yīng)該與印制板邊沿保持大約1mm的間隙，所以應(yīng)該選取一個機(jī)械層繪制印制板輪廓，而適當(dāng)“縮小”，用禁止布線層繪制真實的布線限制范圍。另外，在布線時，注意層的正確選擇。（4）走線電源線和接地的走線應(yīng)比元件之間的走線要寬得多，本設(shè)計中的電源走線為1.27mm，其他走線總之，設(shè)計電路原理圖和PCB圖時，首先要保證圖紙的質(zhì)量。所有的元件標(biāo)示要清晰準(zhǔn)確，器件的型號也要清楚，然后要求美觀。在元件布局和布線時盡量優(yōu)化網(wǎng)格。除此之外，對于一個產(chǎn)品的開發(fā)而言還要考慮實際的成本。太陽光自動跟蹤控制器第三章設(shè)計實現(xiàn)2006級電信6班湯盛明*注意事項:（1）三氯化鐵溶液對人體皮膚不會有不良影響。但三氯化溶液濺到衣服上或地面上，那是難以洗掉的，所以使用時一定要特別小心。待腐蝕液出現(xiàn)沉渣變綠的時候就作為廢液，不要倒入下水道。（2）電氣通斷檢測。如果我們檢測到在印制板上導(dǎo)線有斷開處，我們可以在斷開處的兩端以導(dǎo)線或焊錫將它們相連接。如果我們在腐蝕板前，烘板后發(fā)現(xiàn)布線圖上有走線斷開處，我們可以在斷開處用防腐蝕油墨連接后再進(jìn)行腐板。（3）鉆孔時，手不要抖動，避免孔被鉆偏或者鉆掉焊盤。如果不細(xì)心的話，將會帶來很多的麻煩。3.4PROTEL99SE的一些小竅門（1）PCB板布局時先把布線區(qū)域縮小，按住右鍵，看看畫板能不能上下左右移動，如果不能，就向不能移動的反方向移直到合適位置，在定原點，這樣做，便于你畫板時能保證移動自如。（2）把Tools﹨Preferences﹨Display﹨TransparentLayer選中(透明顯示)這樣元件層和布線層都是半透明的，這樣可以看清元件下的布線情況。（3）盡量把Tools﹨Preferences﹨Options﹨Other﹨CursorType選為Large90這樣可以直觀的把光標(biāo)當(dāng)十字尺用。（4）大面積鋪地時盡量鋪成網(wǎng)格地，這樣可以防止連地點焊接不良和變型。（5）有時候要對板子局部修改，又沒有網(wǎng)絡(luò)表的情況下，可以通過PCB圖反向生成網(wǎng)絡(luò)表，生成后再調(diào)進(jìn)PCB，再自動布線，成功率幾乎100%。（6）如果怕你的板子做好后定位不準(zhǔn)，可以用打印機(jī)打出來再粘到硬紙板上，再用剪刀剪下來和安裝件比對比對，此法雖然笨，但管用。3.5PCB板的安裝焊接在電子線路裝配工作中，安裝和焊接技術(shù)是很重要的，它是電子線路從設(shè)計到制造的一個重要過程。安裝和焊接技術(shù)質(zhì)量的好壞，直接影響到儀器的性能（如準(zhǔn)確度，靈敏度，穩(wěn)定性，可靠性等），有時因為虛焊，焊點脫落等電路不通或接觸不良致使儀器電路不能正常工作。因此，我們有必要較為熟練地掌握電子線路的安裝和焊接技術(shù)。元器件的安裝元件的排列對儀器的性能影響很大，不同的電路元件在排列時，有不同的要求。因此，要先理解電路原理圖，根據(jù)要求，將元件合理地安放在印制板上（插裝），再焊接。元件排列時，一般就應(yīng)注意以下幾點：（1）電阻，二極管（發(fā)光二極管除外）均采用水平安裝，貼緊印刷板。電阻的色環(huán)方向應(yīng)該一致。（2）集成電路、開關(guān)、按鍵開關(guān)應(yīng)與印制板貼緊。（3）插件裝配美觀，均勻，端正，整齊，不能歪斜，高矮有序。3.5.2PCB板的焊接（1）電烙鐵電烙鐵是焊接的主要工具，它主要由烙鐵頭和烙鐵芯組成。常用的電烙鐵按功率分有：20w、25w、30w、35w、45w、75w等。根據(jù)焊接點處的面積大小及散熱快慢決定所選用電烙鐵的功率。焊接一般晶體管電路可先用25w、35w.焊接集成電路最好先用20w內(nèi)熱式電烙鐵，正確使用電烙鐵是做好焊接工作的必要條件，使用時應(yīng)注意：新烙鐵在使用前，先用細(xì)的金剛砂布輕輕將烙鐵頭表面的氧化物砂去，然后接通電源，當(dāng)烙鐵頭熱到開始變成紫色時，先涂上一層松香，再放到焊錫上輕擦，使烙鐵頭均勻地涂上一層薄薄的錫，這就算上好了錫。對于舊烙鐵，如果烙鐵頭表面上有一層黑色氧化物，或出凹孔，都須用銼刀銼除，然后按新烙鐵上錫的方法重新上錫。烙鐵經(jīng)過長時間通電使用以后，因為熱過度,烙鐵銅頭氧化，氧化部分不再傳熱，錫就沾不上去，要重新上錫處理后才能使用，這種情況就叫“燒死”為了保護(hù)烙鐵，在加熱一定時間后，需切斷電源冷卻一會，然后再加熱繼續(xù)使用。使用烙鐵時，不要猛力敲打，以免電阻絲或引線震斷。（2）焊料和焊劑焊接是依靠焊劑的化學(xué)作用通過烙鐵加熱將兩種或兩種以上的金屬良好地熔合起來。因此，焊料和焊劑是焊接中必不可少的材料。①焊料：焊接電子線路所用的焊料，一般要求是：熔點低，凝結(jié)快，附著力強(qiáng)，堅固，導(dǎo)電率高而且表面光潔。通常都是使用熔點在250℃②焊劑：焊接電子線路時，常用松香焊劑，因為當(dāng)松香受熱氣化時，能將金屬表面的氧化膜同時帶走，它還具有價廉，無腐蝕性，干后不易沾積灰塵等優(yōu)點。（3）焊接方法焊接技術(shù)是電子線路實踐中的基本技能。要保證焊接質(zhì)量應(yīng)注意以下幾點：①焊件和焊接點要刮干凈。焊接前焊件的清潔工作是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。一般金屬暴露在空氣里，時間久后會氧化，而氧化物對焊錫吸附力小，導(dǎo)電性能差。因此，焊接前一定要將焊件和焊接點的金屬表面用小刀或砂紙刮除其絕緣漆或氧化層，使其呈現(xiàn)金屬光澤，隨即進(jìn)行上錫。然后將焊件放在焊接點處焊接起來。這樣既保證質(zhì)量，又能提高速度和不至于燙壞元件。已經(jīng)上過錫的金屬，如果失去光澤，可再重新上錫。如果不重視這道工序，不僅焊不牢，還容易出現(xiàn)虛焊。②烙鐵頭溫度和焊接時間要適當(dāng)。焊接時，只有當(dāng)烙鐵頭的溫度高于焊錫的熔點，并掌握好焊接時間和烙鐵頭與焊件的接觸面，才能使焊錫牢固地附著在金屬物上。如果烙鐵頭的功率太小或焊接時間太短，焊接點處溫度底，焊出來的焊點錫面不光滑，結(jié)晶粗脆，像一團(tuán)膠合的砂粒。同時焊劑也未充分揮發(fā)，在焊錫和金屬面之間就會隔一層焊劑，形成“虛焊”。反之溫度過高，焊接時間過長，金屬面上的焊錫容易流散，則接頭處焊錫不夠，反而不牢固。同時也會使電子元件燙壞或變值，還會損失印刷電路板。③焊接時，點上的焊錫量要合適。焊接點處的焊錫量過少，會焊接不牢，但焊錫過多則內(nèi)部不一定焊透，有時反而不牢。同時還容易和附近的焊接點發(fā)生短路。因此焊錫只需將焊接點處的接線頭適當(dāng)包裹就行了。在焊錫還沒有凝固時，切勿移動被焊接的元件或接線，否則焊錫就會凝成砂狀，造成虛焊。④集成電路組件的焊接。集成電路組件的外形有直立式和扁平式兩種。直立式組件的焊接方法與焊接晶體管相同。扁平式組件由于引線與引線之間的地間隙很小，焊接不得法就會造成鄰近引線短路。因此在焊接前，先將集成電路組件的引線和印刷電路板上與集成電路相連接的接點處。分別上好錫。烙鐵頭不要沾太多錫，其前端與要上錫的那根引線接觸，注意不要和鄰近的引線同時接觸，然后將集成電路插件放在印刷電路板上，使其引線連接點的位置一一對應(yīng)進(jìn)行焊接，焊接時動作要快，最好一次成功。焊接完后應(yīng)仔細(xì)檢查，不是同一個網(wǎng)絡(luò)的兩個接點不能連接在一起。⑤本設(shè)計中所有元器件的封裝都選用引線式，插入焊盤孔的引腳都應(yīng)剪腳，留頭在焊接面上約，焊點要求圓滑、光亮，防止虛焊、搭焊和散錫。（4）對焊點的要求①焊點應(yīng)可靠地連接導(dǎo)線，即焊點應(yīng)有良好的導(dǎo)電性能。②焊點應(yīng)有良好的機(jī)械強(qiáng)度，即焊接部位比較牢固。③焊料適量，焊點上焊料過少，會影響機(jī)械強(qiáng)度和縮短焊點使用壽命；焊料過多，不僅浪費，影響美觀，還容易使不同焊點之間發(fā)生短路。④焊點不應(yīng)有毛刺、空隙和其他缺陷，在高頻高壓電路中，毛刺易造成尖端放電，一般電路中，嚴(yán)重的毛刺還會導(dǎo)致短路。⑤焊點表面必須清潔。焊接點表面的污垢，特別是有害物資，會腐蝕焊點、線路及元器件，焊接完成后應(yīng)及時清除。太陽光自動跟蹤控制器第四章調(diào)試2006級電信6班湯盛明第四章調(diào)試專業(yè)的制板工序較多，制板方法也是很多。平時我們在學(xué)校也做過一些板子，在此就只做個簡單說明。4.1電路板元件的安裝和焊接在電子線路裝配工作中，安裝和焊接技術(shù)是很重要的，它是電子線路從設(shè)計到制造的一個重要過程。安裝和焊接技術(shù)質(zhì)量的好壞，直接影響到儀器的性能（如準(zhǔn)確度，靈敏度，穩(wěn)定性，可靠性等），有時因為虛焊，焊點脫落等電路不通或接觸不良致使儀器電路不能正常工作。因此，我們有必要較為熟練掌握電子線路的安裝和焊接技術(shù)。4.1.1元器件的安裝元件的排列對儀器的性能影響很大，不同的電路元件在排列時，有不同的要求。因此，要先理解電路原理圖，根據(jù)原理圖，將元件合理地安放在印制板上（插裝），再焊接。元件排列時，一般就應(yīng)注意以下幾點：（1）先安裝焊接低矮的元件，如電阻、電容、電感、二極管（發(fā)光二極管除外）等均采用水平安裝，貼緊印刷板。（2）然后安裝插件，如電位器、接口。（3）插件裝配美觀均勻、端正整齊，不能歪斜，高矮有序。4.1.2電路板元件的焊接（1）焊料和焊劑焊接是依靠焊劑的化學(xué)作用通過烙鐵加熱將兩種或兩種以上的金屬良好地熔合起來。因此，焊料和焊劑是焊接中必不可少的材料。①焊料：由于貼片元件很小，用常用的松香焊錫不方便，且容易將整個貼片覆蓋，我們采用的是比松香焊錫小一號的易熔焊錫絲。②焊劑：焊接電子線路時，常用松香焊劑，因為當(dāng)松香受熱氣化時，能將金屬表面的氧化膜同時帶走，它還具有價廉，無腐蝕性，干后不易沾積灰塵等優(yōu)點。在焊貼片元件時若焊錫過多，可將吸焊絲頭緊貼貼片一端在電烙鐵配合下將多余的焊錫吸走，這樣不僅能達(dá)到美觀效果，還能避免因焊錫過多而帶來的短路等麻煩。（2）焊接方法焊接技術(shù)是電子線路實驗技能中的基本技能，要保證焊接質(zhì)量應(yīng)注意以下幾點：①焊件和焊接點要刮干凈。主要為了使元件與電路很好的焊接。②烙鐵頭溫度和焊接時間要適當(dāng)。焊接時，只有當(dāng)烙鐵頭的溫度高于焊錫的熔點，并掌握好焊接時間和烙鐵頭與焊件的接觸面，才能使焊錫牢固地附著在金屬物上。③焊接時，點上的焊錫量要合適。焊接點處的焊錫量過少，會焊接不牢。但焊錫過多則內(nèi)部不一定焊透，有時反而不牢，同時還容易和附近的焊接點發(fā)生短路。因此焊錫只需將焊接點處的接線頭適當(dāng)包裹就行了。在焊錫還沒有凝固時，切勿移動被焊接的元件或接線，否則焊錫就會凝成砂狀，造成虛焊。④元件的焊接。元件有SIP、DIP、PLCC、PGA、SOC、SM等封裝形式，在此只對表貼集成芯片的焊接說明，在焊接前首先固定元件對角的兩個腳，然后在放大鏡下觀察引腳與焊盤是否很好的一一對齊，這樣反復(fù)操作，直到完全對齊才對其他引腳進(jìn)行焊接；焊接時烙鐵頭與引腳接觸不能太久，不然會燒壞引腳；然后用吸焊絲將多于的焊錫吸走，盡量使整個PCB板看起來干凈整潔。⑤本設(shè)計中部分元器件的封裝選用引線式，插入焊盤孔的引腳都應(yīng)剪腳，留頭在焊接面上約2mm實際完成的印制電路板圖見附錄2。4.2電路板的調(diào)試裝配工藝檢查焊接完成后，用目測方式檢查整機(jī)的裝配和焊接情況，力爭在未通電時排除可能的故障，避免通電時造成損失。對照電原理圖和印制電路板設(shè)計圖，檢查元器件有無錯裝，有無漏焊、短路，跳線漏裝等情況。通電測試1、靜態(tài)檢測接通+12V電源。此時繼電器K1工作，我們會聽見“啪啪”的響聲，說明繼電器的常開觸頭打到常閉觸頭了。2、工作狀態(tài)調(diào)試對照前面敘述的工作過程，進(jìn)入工作狀態(tài)，逐步測試：（1）接通+