重庆市中等职业学校电子技能竞赛电子产品装配与调试考概要.docx
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重庆市中等职业学校电子技能竞赛电子产品装配与调试考概要
2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛考题（教师组）
考题名称：
自适应式烘干系统完成时间：
4小时一、功能简介电路说明部分二、电路所需器件介绍
三、装配及调试说明一、元件筛选与测试（10分）
考题目录考题答卷部分二、电路焊接与组装（35分）
三、电路调试（40分）
电路设计软件PROTEL应用部分（15分）
学校：
姓名：
考号：
工位号：
1
电路相关说明部分
一、功能简介
1、功能说明
自适应式烘干系统，改变了传统的烘干方式，采用可控硅作为功率驱动器件。
该系统通过测量环境温度可以在快速加热、普通加热、恒温加热和停止加热状态下自动切换（这里使用灯泡代替加热器），它的组成原理图如图1所示。
2、电路功能简介
烘干系统在我们的生活中应用非常广泛，传统的烘干系统，一般是采用接触器或继电器作为功率驱动器件控制加热器，它们只能在启动加热或停止加热之间切换，由于在加热过程中会有热惯性等因素，所以在高精度的烘干系统中使用传统的方式显然无法满足需求了。
为了解决以上问题，这里为大家展现一种简单的自适应式烘干系统，自适应式烘干系统的主要特点是，当测量环境温度过低时输出的电压有效值高，加热器迅速加热，当温度靠近预期设定值时，输出电压有效值降低，从而放慢加热速度，对被测环境温度进行微调。
这里我们通过延时触发可控硅来调整输出电压的有效值，从而调整加热器的发热量。
烘干系统主要由：
温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制电路、LED数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。
在该电路中我们希望得到一个设定温度为40℃的烘干系统，所以我们设定了以下参数：
当热敏电阻测量温度低于30℃时，系统处于快速加热模式，此时输出电压最高，加热速度最快（灯泡亮度最大）。
当热敏电阻测量温度在30℃~35℃之间时，系统处于普通加热模式，输出电压降低，加热速度放慢使其慢慢地靠近希望值（灯泡亮度降低）。
当热敏电阻测量温度在35℃~40℃之间时，系统处于恒温加热模式，输出电压再次将低，加热速度减慢或为系统保温（灯泡亮度降低）。
当温度高于40℃时，系统处于停止加热模式，输出电压为零，灯泡不亮。
在对电路功能进行测试过程中，使用灯泡、电烙铁或热风枪对热敏电阻RT1进行加热，可以方便地模拟出温度变化，使其输出电压发生变化（灯泡亮度变化）。
电路中S1为停止按键，S2为启动按键，系统上电时处于停止状态，STOP指示灯点亮，LED
数码显示不显示，按下S2键，RUN指示灯点亮。
系统处于快速加热模式时LED显示器显示“01”，处于普通加热模式时，LED显示器显示“02”，处于恒温加热模式时，LED显示器显示“03”，处于停止加热模式时，LED显示器显示“--”。
2
二、电路所需器件介绍
1、运算放大器LM358
LM358是二运放集成电路，它采用8脚双列直插塑料封装，其内部包含二组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，二组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图2所示，LM358具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中。
图2
2、电压比较器LM339
LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，它采用14脚双列直插封装，内部包含四组形式完全相同的电压比较器，内部组成图如图3，该电压比较器的具有，失调电压小，典型值为2mV，电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V，对比较信号源的内阻限制较宽，因此应用相当广泛。
图3
4
AT89S52
引脚图如图4；
引脚功能说明：
39~32脚，P0.0~P0.7双向I/O口。
1~8脚，P1.0~P1.7双向I/O口。
21~28脚，P2.0~P2.7双向I/O口。
10~17脚，P3.0~P3.7双向I/O口。
PSEN（29脚：
外部程序存储器读选通信号。
ALE/PROG（30脚：
地址锁存允许/编程信号。
EA/VPP（31脚）：
外部程序存储器地址允许/编程电压输入端。
RST/VPD（9脚：
RST是复位信号输入端。
VCCVSS（40、20脚）电源输入端。
XTAL1、XTAL2（18、19脚时钟引脚。
图4
5
3、
5、6反相带施密特触发器CD40106
CD40106由6个结构相同的输入级具有施密特触发功能的反相器组成，内部结构图管脚图见图7，输入输出真值表见表1。
施密特触发器在输入波形的上升段和下降段，它的阀值电压不同。
图7表1
6、MF58热敏电阻
MF58为负温度系数（NTC）热敏电阻，其特点是温度越高其电阻值越小。
MF58外形图如图8，电路符号如图9，温度-电阻对应值，见表2。
图8图9
表2
三、装配及调试说明
注意：
电路焊接完成后，仔细检查无误后，才可通电调试。
1、外部接线
通过J1接入AC12V电源，为系统提供工作电源；灯泡经过导线连接到J2。
2、电路工作原理
烘干系统的电路主要由：
温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制电路、LED数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。
其工作原理如下：
温度检测电路：
温度检测电路主要由RT1（NTC负温度系数）热敏电阻、U1A组成的同相放大器和U1B组成的缓冲器所组成。
当RT1测量环境温度越高，热敏电阻的电阻值越低，温度输出电压TP-A点的电压值越低。
温度电压比较电路：
由电压比较器LM339和外围电阻构成的电压比较电路，电阻R15、R32、R31、R19串联分压为3个比较电路提供基准参考电压，当TP-A点的电压低于某个比较器的参考电压时，此比较器输出低电平。
交流过零检测电路，当交流电过零时，光耦初级输入电压为零，次级截止，Q4集电极输出高电平，该信号通过具备反相功能的施密特触发器对其整形，输出低电平。
单片机控制电路：
当单片机检测到过零脉冲后，根据电压比较电路的输入信号确定延时多少ms触发可控硅，并且驱动LED显示器显示出状态值，详见单片机控制要求。
可控硅触发电路：
由电子开关输出的信号通过Q3放大后驱动光耦U7，U7次级导通后，电流经过R17和U7触发可控硅导通。
电源电路：
电源电路主要由D2、C11组成的整流滤波电路和串联式稳压电源组成。
3、单片机控制要求
S1键为停止键，按下“S1”键，系统停止工作。
S2键为启动键，按下“S2”键，系统开始工作。
系统处于停止状态时，STOP（停止指示灯点亮，系统处于启动状态时，RUN（运行指示灯点亮。
当系统启动时，单片机根据由比较电路输入的参数，分为4种不同的工作模式：
快速加热模式、普通加热模式、恒温加热模式和停止加热模式。
快速加热：
当温度低于30℃时，系统处于快速加热模式，此时LED显示器显示“01”，单片机检测到过零脉冲后延时1ms触发可控硅。
普通加热模式：
当温度在30℃~35℃之间时，系统处于普通加热模式，此时LED显示器显示“02”，单片机检测到过零脉冲后延时4ms触发可控硅。
恒温加热模式：
当温度在35℃~40℃之间时，系统处于恒温加热模式，此时LED显示器显示“03”，单片机检测到过零脉冲后延时8ms触发可控硅。
停止加热模式：
当温度高于40℃，系统处于停止加热模式，此时LED显示器显示“--”，单片机不触发可控硅。
4、调试方法
在调试电路时应首先使电源电路正常工作，即使+5V正常；
（1）电源电路调试：
接通AC12V交流电源，调节RP1使C10两端的电压为5V。
（2）温度检测放大电路调试：
RT1和R21组成串联分压电路，当环境温度改变时RT1两端的
电压改变，此信号经过由U1A组成的放大电路放大，再经过由U1B缓冲输出；不同的温度U1B输出不同的电压，当温度为30℃时TP-A点的电压约为1.98V，温度为35℃时TP-A点电压约为1.73V，温度为40℃时TP-A点电压约为1.5V。
（3）电压比较电路：
该电路由3个结构相同的电压比较器组成，不同的是参考电压不同，当比
较器的同相端电压大于反相端时比较器输出高电平，反之输出低电平；假如：
当TP-A点的电压低于1.98V时，U2A输出低电平。
5、调试完成
通电后按下“S2”键控制系统启动，使用灯泡或电烙铁对热敏电阻加热，当热敏电阻测量
温度低于30℃时，灯泡亮度最高，LED显示器显示“01”，温度每升高5℃灯泡亮度降低一个等级，LED显示器显示数字加1，当温度高于40℃时灯泡熄灭，LED显示器显示“--”。
一、元件筛选与测试（10分
准确清点和检查全套装配材料数量和质量，进行元器件的识别和检测，筛选确定元器件，检测过程中填写下表。
（注：
质量判定填写“可用”、“断路”、“短路”、“漏电”）
所使用的万用表型号为:
____________________________
二、焊接与组装电路（35分）
工艺要求：
元件安装整齐、焊点美观（30分）
三、电路调试（40分）
电路的调试方法，详见第7页和第8页的装配调试说明。
1、本电路功能完成（20分）2、完成检测报告（13分）
（1、电路正常工作时，测量U4第2脚的频率是__________赫兹。
（1分）
（2、若要使稳压电路的输出电压降低，应该________________（增大/减小）Q1基极与地之间的电阻。
（1分）
（3、D1若是被击穿，稳压电路输出电压_____________________（升高/降低。
（1分）
（4、在温度检测放大电路中，由U1A、R1、R2和R4组成的同相比例运算放大器电压放大倍数为多少______________________（1分）
（5、当RT1阻值不变的情况下，增大R21电阻的阻值，请问U1B第7脚的电压___________（升高/降低）。
（1分）
（6、当RT1的温度为50℃时，RT1的端电压为________________V。
（1分（7、当稳压电路输出电压为5V时，测量Q1和Q2各引脚的电压（V）。
（3分）
（8、电路正常工作时,且测量温度低于30℃时，测量可控硅A与K之间的波形：
（4
3、电路原理和故障分析（7分）
（1）、电路中RZ1排阻失效（排阻1~9脚全部开路），电路会出现什么故障？
（3分
（2）、分析计算U2第8脚的电压为多少伏特，若将R18由1MΩ更换为100kΩ，请问比较器U2C输出由低向高翻转时，TP-A点电压应为多少伏特？
（4分）
四、电路设计软件PROTELDXP2004应用
――八路断线数显报警器（15分）
考生须知：
考生在D盘根目录下建立一个文件夹，文件夹命名为“T+工位号”，考生所有文件均需保存在该文件夹内。
各文件的文件名如下：
工程文件：
工位号原理图文件：
sch××
原理图元件库文件：
slib××PCB文件：
PCB××
PCB元件封装库文件：
plib××
其中××为考生工位号，如sch24.sch。
注：
如果保存文件的路径不对，则无成绩。
1、制作电路图元件符号，新建原理图元件库文件，在库中绘制图10上的U2（1分）2、绘制原理图
（1）建立原理图文件，并设置原理图图纸尺寸为A4。
（0.5分）
（2）根据图10原理图，必须将自制的元件符号用于原理图中；绘制清单详见表2（4.5分）3、制作封装（共2分）
建立PCB元件封装库文件，并在库中绘制元件DS1和SPST-1的封装。
（1）元件DS1的封装外形尺寸如图11所示，它的焊盘直径为75mil，焊盘孔径为35mil，焊盘间距为100mil。
（1分）
（2）元件SPST-1的封装外形尺寸如图12所示，它的焊盘直径为80mil，焊盘孔径为40mil，焊盘横向间距为180mil，焊盘纵向间距为260mil。
（1分）4、创建网络表文件（1分）
根据原理图创建网络表文件。
5、PCB设计（6）
在绘制PCB时，须使用以上自制的元件封装，其他元件封装详见表2，绘制要求如下：
（1）电路板外形尺寸不大于：
3200mil（宽）×2400mil（高）；
（2）元件布局合理，所有元件均放置在TopLayer；（3）信号线宽15mil，+5V线宽40mil，地线线宽50mil；
（4）对晶振电路部分进行铺铜操作，填充格式为90Degree，与GND网络相连，放置层为
TopLayer；
图11图12
2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（教师组）
表3
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