機(jī)器狗-電子工藝設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)

郵電大學(xué)實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)習(xí)名稱電子工藝實(shí)習(xí)學(xué)院信息與通信工程學(xué)院學(xué)生班級(jí)學(xué)號(hào)實(shí)習(xí)時(shí)間實(shí)習(xí)地點(diǎn)實(shí)習(xí)容掌握電烙鐵的正確使用方法、根本的焊接技術(shù)和萬(wàn)用表等常用電子儀表的使用方法；了解常用電子元器件的性能特點(diǎn)、命名、識(shí)別及其安裝方法。了解和掌握外表貼裝工藝〔SMT〕的根本知識(shí)、工藝流程以及各種常用的EDA工具。掌握機(jī)器狗的工作原理，學(xué)會(huì)識(shí)別電路原理圖與印刷圖；學(xué)會(huì)半導(dǎo)體二極管、電解電容等有極性元件正負(fù)極性的區(qū)分，色環(huán)〔四色或五色〕電阻、電感標(biāo)稱數(shù)值的讀取等，并進(jìn)一步熟練焊接技術(shù)。了解并初步掌握一般電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制作、調(diào)試與裝配的根本技能與方法。整機(jī)調(diào)試與驗(yàn)收，寫實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告。學(xué)生實(shí)習(xí)總結(jié)見附頁(yè)實(shí)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定遵照實(shí)習(xí)大綱并根據(jù)以下三方面按百分制綜合評(píng)定成績(jī)：1、思想品德、實(shí)習(xí)態(tài)度、實(shí)習(xí)紀(jì)律等2、技術(shù)業(yè)務(wù)考核、筆試、口試、實(shí)際操作等3、實(shí)習(xí)報(bào)告、分析問題、解決問題的能力實(shí)習(xí)評(píng)語(yǔ):實(shí)習(xí)成績(jī):指導(dǎo)教師簽名：實(shí)習(xí)單位公章年月日焊接工藝1.1焊接工藝的根本知識(shí)焊接是使金屬連接的一種方法。它利用加熱手段，在兩種金屬的接觸面，通過焊接材料的原子或分子的相互擴(kuò)散作用，使兩種金屬間形成一種永久的結(jié)實(shí)結(jié)合。利用焊接的方法進(jìn)展連接而形成的接點(diǎn)叫焊點(diǎn)。我們實(shí)驗(yàn)中主要是PCB板的焊接。PCB板焊接工藝從大類上可以分為機(jī)器焊接和手工焊接。1.2焊接工具、焊料、焊劑的類別與作用1.2.1焊接工具：〔1〕手工焊接的最主要工具電烙鐵，它是根據(jù)電流通過加熱器件產(chǎn)生熱量的原理而制成。電烙鐵的種類很多，按加熱方式可以分為：直熱式、恒溫式、吸焊式、感應(yīng)式、超聲波、氣體燃燒式等；我們學(xué)習(xí)的是最簡(jiǎn)單也是最常用的直熱式電烙鐵，它還可以根據(jù)其加熱方式分為：熱式，外熱式和恒溫式三種。電烙鐵的作用是：焊接電子元器件、五金線材及其他一些金屬物體?！?〕螺絲刀：拆裝機(jī)器狗。〔3〕焊盤：放置烙鐵和焊錫〔4〕鑷子：焊接時(shí)夾持焊錫或元件?！?〕鉗子：剪裁導(dǎo)線、元件管腳和焊錫等1.2.2焊料：焊料是指在釬焊中起連接作用的金屬材料，它的熔點(diǎn)比被焊物的熔點(diǎn)低，而且易與被焊物連為一體，焊料按組成成分劃分，有錫釬焊料，銀焊料，銅焊料；按使用的環(huán)境分，有高溫焊料和低溫焊料。熔點(diǎn)在450°以上的成為硬焊料，熔點(diǎn)在450°以下的成為軟焊料。本次實(shí)驗(yàn)中我們使用的焊料是焊錫，焊錫在180C時(shí)便可熔化，它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)電性能，抗腐蝕性能，對(duì)元器件引線和其他導(dǎo)線的附著力強(qiáng)，不易脫落。常用的焊錫絲，在其部夾有助焊劑松香。焊料的作用是：在焊料熔化時(shí)，在被焊金屬不熔化的條件下能浸潤(rùn)被焊金屬的外表，并在接觸面處形成合金層而與被焊金屬連接到一起。即固定焊腳，電路板和器件電氣連接。1.2.3焊劑：焊劑是焊接時(shí)，能夠熔化形成熔渣和氣體，對(duì)熔化金屬起保護(hù)和冶金處理作用的一種物質(zhì)，包括熔鹽、有機(jī)物、活性氣體、金屬蒸汽等。本實(shí)驗(yàn)中，焊劑主要是助焊劑〔松香〕和阻焊劑〔光固樹脂〕。助焊劑的作用是：1、去金屬外表的油污和灰塵及氧化膜；2、防止再氧化，因?yàn)榻饘僭诟邷叵聲?huì)加快和空氣中的氧氣發(fā)生氧化的速度，而助焊劑可以將金屬結(jié)合部覆蓋，阻擋空氣，防止氧化發(fā)生；3、助焊劑還可以降低焊錫的外表力，促進(jìn)金屬之間的融合。阻焊劑是板上和板層間的絕緣材料。焊接方法〔1〕實(shí)驗(yàn)主要是手工焊接，有六項(xiàng)根本操作：去除元件外表氧化層→調(diào)整管腳形狀→插放元件→加熱焊接→檢查焊接效果〔→拆焊〕?！?〕其中元件的插放主要有臥式和立式兩種方式，如下圖?！?〕加熱焊接推薦的是五步焊接法，如下圖，實(shí)際熟練之后可不必完全遵循。焊接具體操作的五步法：準(zhǔn)備、加熱、送錫、撤錫、撤離電烙鐵。對(duì)于小熱容量焊件而言，整個(gè)焊接過程不超過2-4秒。準(zhǔn)備：焊接前的準(zhǔn)備工作是檢查電烙鐵，電烙鐵要良好接地，而且導(dǎo)線無破損，連接結(jié)實(shí)。烙鐵頭要保持清潔，能夠掛錫并使電烙鐵通電加熱。加熱：加熱是指加熱被焊件引線及焊盤。加熱時(shí)要保證元器件引線及焊盤同時(shí)加熱，同時(shí)到達(dá)焊接溫度。電烙鐵頭加熱要沿45度方向緊貼元件引線并與焊盤嚴(yán)密接觸。送錫：送焊錫絲是控制焊點(diǎn)大小的關(guān)鍵一步，送錫過程要觀察焊點(diǎn)的形成過程，控制送錫量。撤錫：當(dāng)焊盤上形成適中的焊點(diǎn)后，要將焊錫絲及時(shí)撤離，且撤離時(shí)速度要快。撤離電烙鐵：撤離電烙鐵要先慢后快，否則焊點(diǎn)收縮不到位容易形成拉尖，撤離方向也要與焊盤成45度夾角。〔4〕可以按照如下圖的焊接錯(cuò)誤示意圖檢查焊點(diǎn)缺陷?！?〕當(dāng)焊接出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，就需要用到拆焊技術(shù)，拆焊的主要：烙鐵加熱焊點(diǎn)→吸錫器吸焊點(diǎn)焊錫→移去烙鐵和吸錫器→用鑷子拆去元器件。〔6〕焊接考前須知：焊接順序：按照先難后易，先低后高，先貼片后插裝的順序進(jìn)展焊接。板面布局：焊接時(shí)盡量使元件貼合板子外表，同類元件高度盡量一致，使之美觀。烙鐵使用：烙鐵使用前應(yīng)上錫；焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則容易燙壞元件，必要時(shí)可用鑷子夾住管腳幫助散熱；焊接完成后，可用酒精清洗剩余助焊劑。注意電烙鐵的正確使用，尤其防止?fàn)C壞導(dǎo)線發(fā)生觸電事故。焊接時(shí)間不可太長(zhǎng)，不可用力使覆銅拱起。注意區(qū)分有極性元器件的極性。盡量防止重復(fù)焊接。原理圖設(shè)計(jì)與仿真2.1Multisim仿真電路2.2電路仿真波形印制板設(shè)計(jì)3.1電路原理圖3.2機(jī)器狗的印制板圖機(jī)器狗的焊接、安裝及調(diào)試4.1機(jī)器狗的根本工作原理機(jī)器狗是聲控、光控、磁控機(jī)電一體化電動(dòng)玩具。主要工作原理：利用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在三種不同的控制方法下，均給以低電平觸發(fā)，促使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而到達(dá)了機(jī)器貓停走的目的。即：拍手即走、光照即走、磁鐵靠近即走，但都只是持續(xù)一段時(shí)間后就會(huì)停下，再滿足其中一條件時(shí)將繼續(xù)行走。機(jī)器狗工作原理框圖：聲敏傳感器聲敏傳感器麥克光敏傳感器光敏三極管磁敏傳感器干簧管信號(hào)放大單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)合管電機(jī)〔1〕555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作原理：555觸發(fā)器的功能主要由兩個(gè)比擬器C1和C2決定，比擬器的參考電壓由分壓器提供，在電源和地之間加Vcc電壓，并讓Vm懸空時(shí)，上比擬器C1的參考電壓為2/3Vcc，下比擬器C2為1/3Vcc。下列圖為555定時(shí)器構(gòu)造框圖：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路平時(shí)，即觸發(fā)信號(hào)未到來時(shí)，總處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。在外來觸發(fā)信號(hào)的作用下，它能翻轉(zhuǎn)成新的狀態(tài)。但這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，只能維持一定時(shí)間，因而稱之為暫穩(wěn)態(tài)〔簡(jiǎn)稱穩(wěn)態(tài)〕。暫態(tài)時(shí)間完畢，電路能自動(dòng)回到原來狀態(tài)，從而輸出一個(gè)矩形脈沖，由于這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，因而稱之為“單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器〞，簡(jiǎn)稱“單穩(wěn)電路〞或“單穩(wěn)〞。單穩(wěn)電路的暫態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短tw，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅由電路本身的耦合元件RC決定，因此稱RC為單穩(wěn)電路的定時(shí)元件。tw=RCln3≈1.1RC。下列圖為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及其工作波形。〔2〕聲控工作原理：平時(shí)，聲敏元件麥克風(fēng)V1沒有聲音激發(fā)時(shí)，其導(dǎo)電率很低，且呈高阻抗，使得Q1反偏截止，電源通過R10加在Q2的基極上Q2截至，IC1的2腳輸入高電平，處于復(fù)位狀態(tài)，3腳輸出低電平，M1關(guān)斷，則電機(jī)沒有工作，機(jī)器狗保持靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)聲敏元件麥克風(fēng)V1處在一定的聲波之中時(shí)，其部會(huì)產(chǎn)生一系列電子密度的變化，因而麥克風(fēng)V1電阻變得很小。這時(shí)，聲波檢測(cè)信號(hào)通過C1直接耦合到Q1的基極上而導(dǎo)通，并且反向，再通過C3直接耦合到Q2的基極，與通過R10的電壓疊加變成高電平，Q2導(dǎo)通，使得ICI等元件組成的單穩(wěn)態(tài)電路2腳輸入從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，IC1被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平，M1開通，電動(dòng)機(jī)開場(chǎng)工作，機(jī)器狗便開場(chǎng)行走了，同時(shí)行走的時(shí)間將延長(zhǎng)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)時(shí)間。當(dāng)IC1的3腳輸出高電平可以帶動(dòng)電機(jī)工作的同時(shí)，D2被導(dǎo)通，將直接加到Q3的基極上，Q3被導(dǎo)通，進(jìn)而Q2被截止，IC1的2腳輸入由低電平跳為高電平。IC1處于復(fù)位狀態(tài)。由于聲波的延續(xù)，使得聲敏元件麥克風(fēng)V1連續(xù)不斷地受到聲波的作用，則IC1的2腳會(huì)不斷得到觸發(fā)，3腳持續(xù)輸出高電平，這時(shí)該電路將一直驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1工作，機(jī)器狗會(huì)持續(xù)行走，直到聲波消失?！?〕光控、磁控工作原理：當(dāng)光敏三極管或干簧管被激發(fā)時(shí)，他們可以直接將光信號(hào)、磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得IC1等元件組成的單穩(wěn)態(tài)電路2腳由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，從而IC1被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平，M1開通，電動(dòng)機(jī)開場(chǎng)工作，機(jī)器狗便開場(chǎng)行走了，同時(shí)行走的時(shí)間將延長(zhǎng)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)時(shí)間。當(dāng)IC1的3腳輸出高電平可以帶動(dòng)電機(jī)工作的同時(shí)，D2被導(dǎo)通，將直接加到Q3的基極上，Q3被導(dǎo)通，進(jìn)而Q2被截止，IC1的2腳輸入由低電平跳為高電平。IC1處于復(fù)位狀態(tài)。由于光信號(hào)、磁信號(hào)的延續(xù)，使得光敏接收管和干簧管連續(xù)不斷地受到光信號(hào)、磁信號(hào)的作用，則IC1的2腳會(huì)不斷得到觸發(fā)，且3腳持續(xù)輸出高電平，這時(shí)該電路將一直驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1工作，機(jī)器狗會(huì)持續(xù)行走，直到光信號(hào)或磁信號(hào)消失為止。4.2元器件的識(shí)別與測(cè)試4.2.1元件的識(shí)別電阻：五環(huán)色環(huán)電阻，根據(jù)棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍(lán)6，紫7，灰8，白9，黑0。前3環(huán)代表的是具體阻值，第4環(huán)是倍率，第5環(huán)是精度。電解電容：有極性，正負(fù)極可由引腳長(zhǎng)度判定：長(zhǎng)為正，短為負(fù)；如果長(zhǎng)度一致，還可以從電容外包裝顏色判定，一般較多顏色的那邊為正，較少顏色那邊為負(fù)。電容容值和單位一般直接標(biāo)注在電容的外包裝上。瓷片電容：無極性，一般用3位數(shù)字標(biāo)注容值，前兩位為具體值，第3位為倍率，默認(rèn)單位為pF〔皮法〕。三極管：外包裝根本一致，在管身平面會(huì)有具體型號(hào)標(biāo)識(shí)。4.2.1元件的測(cè)試元器件名稱測(cè)試容及要求電阻阻值是否適宜二極管正向?qū)?，反向截止。極性標(biāo)志是否正確〔注：有色環(huán)的一邊為負(fù)極性〕三極管判斷極性及類型：8050、9014〔D〕為NPN型β值大于200。電解電容是否漏電極性是否正確光敏三極管〔紅外線接收管〕由兩個(gè)PN結(jié)組成，它的發(fā)射極具有光敏特性。它的集電極則與普通晶體管一樣，可以獲得電流增益，但基極一般沒有引線。光敏三極管有放大作用，如圖。當(dāng)遇到光照時(shí)，C、E兩極導(dǎo)通。測(cè)量時(shí)紅表筆接C。干簧管〔舌簧開關(guān)〕干簧管傳感器由一對(duì)磁性材料制造的彈性舌簧組成，密封于玻璃管中，舌簧端面互疊留有一條細(xì)間隙，觸電鍍有一層貴金屬，使開關(guān)具有穩(wěn)定的特性和延長(zhǎng)使用壽命。當(dāng)恒磁鐵或線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加于開關(guān)上時(shí)，開關(guān)兩個(gè)舌簧磁化，假設(shè)生成的磁場(chǎng)吸引力克制了舌簧的彈性產(chǎn)生的阻力，舌簧被吸引力作用接觸導(dǎo)通，即電路閉合。一旦磁場(chǎng)力消除，舌簧因彈力作用又重新分開，即電路斷開。我們所用的干簧管屬常開型。干簧管傳感器麥克風(fēng)〔聲敏傳感器〕是把外界聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。用萬(wàn)用表電阻檔黑表筆接麥克風(fēng)正極〔芯線〕，紅表筆接麥克風(fēng)負(fù)極，吹一吹麥克風(fēng)，電阻應(yīng)有明顯的變化，反接則電阻變化很小。連接駐極體話筒可以使用雙股電線，但使用屏蔽線能有效地減少噪音。4.3機(jī)器狗的焊接〔1〕翻開機(jī)器狗殼，電動(dòng)機(jī)已固定在機(jī)殼底部，把電動(dòng)機(jī)已連接電池負(fù)極斷開〔焊下電動(dòng)機(jī)端〕接電路板V-端，自斷開的電動(dòng)機(jī)端引一根J1線至電路板M-，自電動(dòng)機(jī)另一端引一根J2線至電路板M+，使其完成經(jīng)過電路板控制的閉合回路。音樂芯片連接在電池負(fù)極的那一端改接至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極，使其在狗行走的時(shí)候才發(fā)出叫聲?！?〕板上M+與V+相連，顧不再單獨(dú)連線?！?〕磁控：由印制板上的“磁控+、-〞〔R+、R-〕引兩根線J3、J4，分別搭焊在干簧管〔磁敏傳感器〕兩腿，放在貓后部，應(yīng)貼緊機(jī)殼，便于控制。干簧管沒有極性。〔4〕紅外接收管〔白色〕：由印制板上的“光控+、-〞〔I+、I-〕引兩根線J5、J6搭焊到紅外接收管的兩個(gè)管腿上，其中一條管腿套上熱縮管，以免短路，導(dǎo)致翻開開關(guān)后狗一直走個(gè)不停。應(yīng)注意的是：紅外接收管的長(zhǎng)腿應(yīng)接在“I-〞上。在狗機(jī)殼前面的小擋板上打個(gè)孔，將紅外接收管固定住?！?〕聲控局部：屏蔽線兩頭脫線，一端分正負(fù)〔中間為正，外圍為負(fù)〕焊到印制板上的S+、S-；另一端分別貼焊在麥克風(fēng)〔聲敏傳感器〕的兩個(gè)焊點(diǎn)上，但要注意極性，且麥克極易損壞，焊接時(shí)間不要過長(zhǎng)。焊接完后麥克安在狗前胸?！?〕通電前檢查元器件焊接及連線是否有誤，以免造成短路，燒毀電機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)。尤其注意在裝入電池前測(cè)量“電源-〞〔V-〕、“電源+〞間是否短路，并注意電池極性。4.4機(jī)器狗的組裝電路板與機(jī)器狗機(jī)械電氣連接完畢后，裝電池先進(jìn)展初步測(cè)試，測(cè)試成功后再裝外殼。〔1〕將電路板放入貓的電動(dòng)機(jī)的上方，小心線的情況，防止短路?！?〕將干簧管放在貓的后部，緊貼機(jī)殼?！?〕將麥克風(fēng)放在貓的前胸?！?〕將紅外接收管固定在貓的機(jī)殼前面的小擋板的小孔上?！?〕簡(jiǎn)單測(cè)試完后再組裝機(jī)殼，注意螺絲不宜擰的太緊，以免塑料外殼損壞。裝好后，分別進(jìn)展聲控，光控，磁控測(cè)試，均有“走——停〞過程即算合格。4.5機(jī)器狗的調(diào)試檢查電路焊接連線都無誤后，裝好螺絲，裝好電池，貓會(huì)走幾步就停下，待貓停住后依次測(cè)試三種情況：聲，光，磁；貓是否繼續(xù)走。如有故障，重新檢查電路的焊接和連線情況。實(shí)習(xí)的總結(jié)與心得體會(huì)這次小學(xué)期的電子工藝實(shí)習(xí)，我學(xué)到了很多東西，學(xué)會(huì)了利用電烙鐵來焊接電路，軟件protel99SE的使用，畫出PCB板，學(xué)會(huì)了用軟件Multisim10繪制原理圖，進(jìn)展設(shè)計(jì)和仿真。最主要的是第一次接觸了電子產(chǎn)品從圖紙?zhí)枌?shí)物操作的整個(gè)過程，加深了對(duì)模擬電路和數(shù)字電路在課堂上學(xué)到的知識(shí)的理解。當(dāng)然，這次試驗(yàn)中我還遇到了各種問題，首先是電烙鐵的使用