數(shù)字電子技術課程設計總結

數(shù)字電子技術課程設計總結指導教師：王新旺課程設計地點：電子創(chuàng)新技術實驗室課程設計時間：8天課程設計班級：電子信息工程1001班課程設計時間安排：第一天:講解課程設計內容及需求，并說明設計要求。第二天：講解電路的繪制要點，并繪制電路圖，完成設計仿真。第三天：講解焊接工藝過程，并清點套件元件，開始根據(jù)電路圖進行焊接。第四天：學生練習，學習焊接操作。第五天：焊接、并調試。第六天：講解焊接時普遍的問題以及解決的辦法。第七天：學生練習第八天：測試，總結，登記課程設計的成績。設計題目：本次課程設計是針對“遠紅外報警器”的設計組裝與焊接的練習，要有嚴謹?shù)乃悸泛褪炀毜膭邮帜芰?，此次設計后，讓學生明白了總的設計方法及思路，增強學生對數(shù)字電路的知識認識，提高實際應用，解決問題的能力。

一、實習目標1、學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握數(shù)字電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調試能力。2、學會直流穩(wěn)壓電源、萬用表的使用。3、學習電子焊接技術。4、培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。二、總體設計思路1概述隨著時代的不斷進步,人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不時刻留意那些不速之客?現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng),因而大大提高了小區(qū)的安全程度,有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全?由于紅外線是不可見光,有很強的隱蔽性和保密性,因此在防盜?警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用?此外,在電子防盜?人體探測等領域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉?技術性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎?目前國內使用的各類防盜?保安報警器基本都是以超聲波?主動式紅外發(fā)射/接收以及微波等技術為基礎?而這里所設計的被動式紅外報警器則采用了美國的傳感元件——熱釋電紅外傳感器?這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?同時,它還能鑒別出運動的生物與其它非生物?熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置,也可以用于自動控制?接近開關?遙測等領域?用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比,具有如下特點:●不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源?●靈敏度高?控制范圍大?●隱蔽性好,可流動安裝?2熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器?不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶,其內部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰?硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成,其極化隨溫度的變化而變化?為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式,因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉換為電信號輸出?熱釋電紅外傳感器在結構上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換?由于熱電元輸出的是電荷信號,并不能直接使用因而需要用電阻將其轉換為電壓形式該電阻阻抗高達104MΩ,故引入的N溝道結型場效應管應接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換?熱釋電紅外傳感器由傳感探測元?干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成?設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片,并在它的兩面鍍上金屬電極,然后加電對其進行極化,這樣便制成了熱釋電探測元?由于加電極化的電壓是有極性的,因此極化后的探測元也是有正?負極性的?圖1是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖?使用時D端接電源正極,G端接電源負極,S端為信號輸出?該傳感器將兩個極性相反?特性一致的探測元串接在一起,目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾?它利用兩個極性相反?大小相等的干擾信號在內部相互抵消的原理來使傳感器得到補償?對于輻射至傳感器的紅外輻射,熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上,從而使傳感器輸出電壓信號?制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料,它的探測波長范圍為0.2~20μm?為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度,該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片?這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外,還能將燈光?陽光和其它紅外輻射拒之門外?3被動式紅外報警器的結構原理3.1結構被動式紅外報警器主要由光學系統(tǒng)?熱釋電紅外傳感器?信號濾波和放大?信號處理和報警電路等幾部分組成?其結構框圖如圖2所示?圖中,菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上,同時也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū),以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性;熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件,它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用;信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大?濾波?延遲?比較,為報警功能的實現(xiàn)打下基礎?圖3所示的是將待測目標?菲涅爾透鏡?熱釋電紅外傳感器相結合使用時的工作原理示意圖?3.2工作原理在該探測技術中,所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量,只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的?被動紅外報警器的特點是能夠響應入侵者在所防范區(qū)域內移動時所引起的紅外輻射變化,并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號,從而完成報警功能?圖4所示是該報警器的工作電路原理圖?當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時,電路中的傳感器將輸出電壓信號,然后使該信號先通過一個由C1?C2?R1?R2組成的帶通濾波器,該濾波器的上限截止頻率為16Hz,下限截止頻率為0.16Hz?由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱(通常僅有1mV左右),而且是一個變化的信號,同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定,通常為0.1~10Hz左右),所以應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大?本設計運用集成運算放大器LM324來進行兩級放大,以使其獲得足夠的增益?當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時,若信號幅度超過窗口比較器的上下限,系統(tǒng)將輸出高電平信號;無異常情況時則輸出低電平信號?在該比較器中,R9?R10?R11用做參考電壓,兩個運算放大器用做比較,兩個二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定?窗口比較器的上下限電壓即參考電壓分別為3.8V和1.2V?將這個高低電平變化的信號上升沿信號作為單穩(wěn)電路HEF4538B的觸發(fā)信號,并讓其輸出一個脈寬大約為10s的高電平信號?再用這一脈寬信號作為報警電路KD9561的輸入控制信號,來使電路產(chǎn)生10s的報警信號,最后用三極管VT1和VT2再一次對電信號進行放大,以便有足夠大的電流來驅動喇叭使其連續(xù)發(fā)出10s的報警聲?抗干擾性能①防小動物干擾：探測器安裝在推薦的使用高度，對探測范圍內地面上的小動物，一般不產(chǎn)生報警。②抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。③抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內，受3米外H4鹵素燈透過玻璃照射，不產(chǎn)生報警。紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應最不敏感,而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感.在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。三、具體焊接：1、分類：找出所有元件并識別。2、分型號：用萬用表測出各電阻的阻值，識別各瓷片電容、電解電容、二極管、三極管等元器件的型號。3、焊接要領（1）烙鐵頭應同時接觸要相互連接的2個被焊件（如焊腳與焊盤），烙鐵一般傾斜45度，應避免只與其中一個被焊件接觸。原則上是被焊件升溫達到焊料的熔化溫度是立即送上焊錫絲。焊接一個錫點4秒最為合適，最大不超過8秒。（2）焊接注意事項在焊接物品時,要看準焊接點，以免線路焊接不良引起的短路。標準錫點：錫點成內弧形，錫點要圓滿、光滑、無針孔、無松香漬。零件腳外形可見錫的流散性好。錫將整個上錫位及零件腳包圍4、焊接電路板（1）焊接電阻：將電阻裝入電路板的對應位置，盡量使各電阻的高低一致，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（2）焊接瓷片電容：將瓷片電容裝入電路板的對應位置，保證其引腳盡量短，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（3）焊接電解電容：將電解電容分清“+”與“-”裝入電路板的對應位置，保證電解電容上的型號標記易看可見，并緊貼PCB板，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（4）焊接二極管：將二極管分清“陽極”與“陰極”裝入電路板的對應位置，焊接時對最短引線的焊接時間不能超過2S，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（5）焊接三極管：將三極管分清“e引線”、“b引線”和“c引線”裝入電路板的對應位置，將三極管裝配時的高度適中即可，以避免三極管腿折斷，焊接時間盡可能短，焊完后將露表面多余的引腳剪去。（6）焊接熱敏電阻：將熱敏電阻裝入電路板的對應位置，由于熱敏電阻是易損元件，焊接時不允許將烙鐵頭直接接觸熱敏電阻器或靠的太近，以避免損壞熱敏電阻器，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（7）焊接集成塊：將集成塊小心裝入電路板的對應位置，焊接時控制好烙鐵，避免出現(xiàn)引線間連錫，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（8）焊接傳感器：將傳感器罩上塑料罩后裝入電路板的對應位置，焊接時管腳的彎曲或焊接部位應離開管腳基部4mm以上，焊完后將露在印制電路板表面多余的引腳齊根剪去。（9）焊接壓電蜂鳴器：將壓電蜂鳴器中心的壓電陶瓷片焊在正極，金屬基板焊在負極。（10）焊接其他：將2條跳線焊接到電路板對應位置，將2跟電源線的一側焊接到電路板對應位置，剩下的焊接到電源接口處。（11）組裝成品：將電路板裝入外殼，使用膠棒將壓電蜂鳴器焊粘到金屬基板上，裝入電池。四、課程設計總結兩個星期的電子實習已經(jīng)過去，但是使學生對電子設計有了更多了解，使我學了很多，具體如下：1.基本掌握手工電烙鐵的焊接技能夠獨立的完成簡單電子產(chǎn)品的安裝與焊接。熟悉電子產(chǎn)品裝工藝的生產(chǎn)流程，了解電子產(chǎn)品的焊接、調試與維修方法；2.熟悉了有關電子設計與仿真軟件的使用，能夠熟練使用普通萬用表；3.熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，能夠靈活的運用4.增強自己解決問題的能力，利用網(wǎng)上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息；5.明白了團隊合作的重要性，和搭檔相互討論，學會了怎么更好解決問題。課程設計誠然是一門專業(yè)集中實踐類課程，能夠給予學生很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，學生掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了紅外報警器構造及原理。

在這學期的實驗中，不僅培養(yǎng)了學生能夠獨立思考、動手操作的能力，在各種其它