自動水滿報警器設計相關資料(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設計流程26 PCB板的3D顯示47安裝與調(diào)試47.1 理論分析47.2 實際調(diào)試過程68 結(jié)論6參考文獻6致 謝9自動水滿報警器摘 要自動水滿報警器是當今運用十分廣泛的報警器產(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。該電路設計方法頗多，但其功能都是唯一的，實現(xiàn)水滿后自動報警，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。本文從自動水滿報警功能出發(fā)設計了一個功能較為完善的電路，并對電路工作原理和元件參數(shù)選擇處理進行了系統(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)，進而更準確地制作完成電路功能。關鍵詞：報警器 ； 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，其應用太陽能，清潔無污染，實用價廉，深受喜歡。但市場上出售的大多太陽能熱水器水滿報警裝置太簡陋，只設了一條回水管，水從回水管流出來很容易被忽視，易造成水的浪費，而現(xiàn)在卻出現(xiàn)了水滿報警裝置采用了水滿自動報警。這種“水滿信號”容易被發(fā)現(xiàn)，如文中圖1報警電路所示，它代替回水管的使用，當太陽能水滿時，報警器發(fā)出柔和的報警音以提醒水滿，關閉閥門后，報警音自動停止。它克服了傳統(tǒng)回水管易老化，易斷，易堵，易凍，費水和水滿無聲容易遺忘而漫水的缺點等等。因效果好能發(fā)聲報警并且在市場上價格也較低，所以自動水滿報警器廣泛應用于太陽能熱水器、水箱及儲水池等。結(jié)合以上所述，太陽能熱水器以節(jié)能、無污染等優(yōu)點，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不易觀測，有時突然出現(xiàn)中途斷水情況，會給使用者帶來諸多不便。為此我設計了太陽能熱水器水位自動水滿報警器，它能在水箱里儲水不多，或加入冷水過多時，自動發(fā)出約30秒鐘的音樂報警，同時配以下燈光指示。2電路原理圖圖1 自動水滿報警電路原理圖3工作原理該報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端為音樂信號輸出端。BG4和BG5將輸出信號進行功率放大，以推動揚聲器發(fā)出報警聲。水位信號由電極1、2、3測得，電極3為公共信號電極。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飽和導通。這時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，整個報警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。熱水器使用時，水箱內(nèi)的水位將逐漸下，當水位低于電極2時，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)成偏置電路而導通。由C3和R4構(gòu)成的微分電路在BG2基極電位突變的同時在C2、C3結(jié)點處得到一正向脈沖，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)脈沖而自行停止報警。同理，當水箱中加冷水超過電極1時，BG1導通，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C2和R4構(gòu)成的微分電路使C2、C3結(jié)點得到一正向脈沖，該脈沖觸發(fā)IC工作，報警器發(fā)出報警信號，音樂塊內(nèi)存樂曲放完一次后報警自動結(jié)束3。4 元件參數(shù)選擇該報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。揚聲器用8/1W的。音樂塊可根據(jù)自己愛好選定。電極3應低于電極1和2，電極間應互相絕緣，電極其1和2的位置決定高、低水位報警范圍，可根據(jù)實際情況調(diào)整確定。以下為Protel 99 SE軟件對電路元件做的一個清單。圖2 網(wǎng)絡報表5 PCB設計流程PCB（印制線路板）設計與電路原理圖稍有不同，印制線路板屬于比較實體化的東西，而電路原理圖屬于比較抽象化的東西。在設計電路原理圖時，比較著重于電路的電氣性質(zhì)。而在設計印制線路板時，比較著重于電路的實際尺寸與空間配置。具體操作流程如圖布線規(guī)則設置定義元件封裝設計原理圖自動布線/手動布線生成報表文件PCB圖紙基本設置文件打印輸出生成并加載網(wǎng)表文件設計完成更新PCB 板元件布局圖3 PCB設計流程圖（1） PCB圖紙基本設置。進入PCB設計的第一步是，根據(jù)所設計的項目確定將要設計的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，以達到系統(tǒng)最佳工作性能為目的。（2） 加載網(wǎng)絡列表信息。通過加載在電路原理圖中生成的網(wǎng)絡列表文件，將電路理圖中的信息傳輸?shù)絇CB設計中，如果加載有錯誤發(fā)生，需要修改電路原理圖中的元件符號與元件封裝間的對應關系，直到成功導入為止。（3） PCB元件布局。所有的元件PCB封裝被正確導入到PCB文件后，接下來需要做的工作是對所有的元件PCB封裝按照一定的規(guī)則和要求進行布局，布局有自動布局和手動布局兩種方式，如果元件PCB封裝符號較多，一般先選自動布局，然后進行手工調(diào)整布局；反之，最好使用手動布局。（4）布線規(guī)則設置。根據(jù)系統(tǒng)的要求進行布線前的布線規(guī)則約束設定，使自動布線器能夠按照預定的布線規(guī)則要求進行自動相結(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)，以實時提示走線方式的正確性。（5）布線。布線分為手動布線和自動布線，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布線相結(jié)合方式。布線的時候為了方便布線和設計使用，可根據(jù)需要再次調(diào)整元件PCB封裝符號的布局和元件PCB封裝類型，利用Protel的同步器設計工具可以很好地配合這樣的修改工作。（6）設計規(guī)則檢查。布線完成后，和電路原理圖設計一樣，需要對所完成的PCB設計進行設計規(guī)則檢查，以確定設計能完全符合布線布局要求。正確無誤后，就可對所設計的PCB板添加標注和注釋等信息。（7）設計文件輸出。包括設計中的詳細材料如報表文件、光繪（Gerber）文件等的輸出8 。通過以上的步驟，我們可以設計出上述水滿報警電路原理圖的PCB電路板為如圖3所示：圖4 自動水滿報警電路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PCB板在電腦上用Protel做好之后，將其用激光打印機打印在熱轉(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行腐蝕，將其不需要的部分去除。這樣實際的電路板就做好了；接下來的工作就是對電路板鉆孔和元件的焊接安裝。安裝過程中應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。并注意有些元件應防止靜電對它的損害，所以在焊接時應將電烙鐵接地；對于那些對靜電特別靈敏的元件我們應把溫度適宜電烙鐵的電源斷開之后再進行焊接。元件安裝完成后進入調(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的負極電壓為3.6V，說明電路工圖5 自動水滿報警電路印制電路板圖6 自動水滿報警電路三維效果顯示作正常。 當把電極按要求放入水中相應的位置后，我們再來觀測電路工作的情況。當水位低于電極1時高于電極2末端時，BG1的基極相當于被懸空， LED1（高水位指示）也就不會發(fā)亮；電極2、3極都浸于水中，相當于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結(jié)、R7和電極2、3構(gòu)成偏置電路，使BG3飽和導通，低水位指示燈LED3也不發(fā)光，整個報警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。當水位低于電極2末端時，電極2、3被斷開，與此同時揚聲器響起音樂，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)脈沖而自行停止報警。當水位超過電極1時，高水位指示燈LED2發(fā)光。同時報警器發(fā)出報警信號，音樂芯片內(nèi)存樂曲放完一次后報警自動結(jié)束。值得注意的一點：在調(diào)試時電路也很有可能不能正常工作，表現(xiàn)為水位的高低對電路沒有任何反應。這主要是由于水的阻值太大，不能讓電路中的三極管導通。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電路工作正常（即電路中的各點電位正常）。7.2 實際調(diào)試過程1、現(xiàn)象一：報警聲不停止。故障原因：R4=430，取值過大，導致時間常數(shù)=RC也過大。這對C充放電的時間就長。所以就一直報警。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)動電流小，電壓低。措施：因為音樂集成IC即作為負載電阻這是無法確定的，其屬于動態(tài)（包括熱態(tài)和冷態(tài)）元件。所以對于R8的取值要逐漸降低，直到BG6達到穩(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，才不會出現(xiàn)發(fā)燙的現(xiàn)象8 結(jié)論自動水滿報警器的設計制作中，對元件參數(shù)的選擇必須詳細地從各個方面（模擬電子技術(shù)中可以清楚）進行理論上的分析。保證其參數(shù)的準確性，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。在電路板上進行調(diào)試工作也是一關鍵步驟。通過調(diào)試，可能出現(xiàn)一些理論上無法判斷的故障，采用假設故障法，逐漸找出故障原因。確保電路的準確度。在尋找故障時也要對存在的故障進行分析。從本文中對自動水滿報警電路的一系列過程中，我們可以看出：在電路的實現(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，逐級找出故障，并進行分析故障原因。參考文獻1方大千 方亞敏.家庭電子小制作M.北京:新時代出版社,2004.7,P188_1892錢好竹 張學尤 焦克延.實用自控報警電子裝置制作365例M.人民郵電出版社,1985,P2823曹小鋒.簡單實用的水箱水位控制器J.電子制作,1996年第3期:P87 4清源計算機工作室.Protel 99 SE 原理圖與PCB及仿真M.北京：機械工業(yè)出版社,2004.15徐曉冰 江 萍.電工與電子技術(shù)實驗M.北京: 機械工業(yè)出版社,2003.10,P130_1506羅會昌 武 天.電工電子技術(shù)實驗與課程設計M.合肥:中國科學技術(shù)大學出版社,19967孫梅生 李美鶯 徐振英.電子技術(shù)基礎課程設計M.北京:向等教育出版社,19898張海兵 李 敏.Protel電路設計實例與分析M.北京：人民郵電出版社,2005.109童詩白 華成英.模擬電子技術(shù)基礎（第三版）M. 北京:高等教育出版社,200110葉挺秀 張伯堯.電工電子學M.