压力机压力测试仪毕业设计.doc

xxx大学毕业设计（论文）报告用纸 第 44 页 共 44 页摘 要此设计为一压力测控仪，应用纯硬件电路，通过当前压力值和设定压力值的比较来自动控制输出。控制部分应用组合逻辑电路，结构简单，性能稳定。传感部分应用经典传感器电路，偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳、价格低廉。输出部分采用光电耦合防止由于高压引起的干扰。采用数码管作为本系统的显示部分，其体积小，功耗底，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命长。该系统优点在于速度快，抗干扰能力强，可靠性高。此压力测控仪实用价值高，在控制中实现了一表多路显示，减少了机械表的使用量，不但降低了生产设备成本，同时确保了生产过程的一致性，使生产效率及产品质量得到了较大提高。关键字： 自动控制 逻辑电路 传感器 abstractthe design topic of this subject is a instrument of the pressure measures and control, applied pure hardware electric circuit, which compare the current pressure value with set up the pressure value to auto- control the exportation. the logical electric circuit of control is simple and stable. classic electric circuit of sensor has many excellences such as excursion electric current and maladjustment is less, magnified ability is higher, feedback is faster, more stable and cheaper than others. higher- voltage electric circuit, which adopts phototube, can prevent of the interferences. the led is used as the manifestation of this system, its volume is smaller, and the power is less, responding to the speed quicker, apt to match, the dependable is high with life span long. the advantages of this system are quick, the anti- interference ability is strong, and the dependable is high. this instruments the value of practice is very high, which realizes that single meter display many roads outputs, not only reduce the usage of the machine meter and equipments cost, but also insure the consistency of the production line at the same time, improve the efficiency and quantities.key words: auto-control logic circuit sensor目 录引言51、任务书62、设计思路63、主要电路设计原理与计算73.1、传感器的选择73.1.1、传感器的正确选用原则73.1.2、传感器信号处理及放大电路113.2、输出控制123.2.1、选择继电器143.3、通道选择163.4、显示部分253.5、电源部分253.6、变压器选择273.7、总装图简介284、电路板294.1、电路板设计的一般原则294.1.1、电路板的选用294.1.2、电路板的尺寸294.1.3、布局304.1.4、布线314.1.5、焊盘314.1.6、大面积填充324.2、接地324.2.1、地线的共阻抗干扰324.2.2、任何连接地线334.3、抗干扰设计334.3.1、为增加系统抗电磁干扰能力应该采取的措施334.3.2、降低噪声与电磁干扰的窍门344.4、电路板设计指导354.5、电路板制作工艺365、调试过程366、外壳设计376.1、面板386.2、上盖396.3、侧底板406.4、后盖407、 总结41谢 辞43参考文献44引言在我国，金刚石生产占有较大的分额，拥有较多的生产设备，并且每年有上千台对外销售，其中大部分用多个机械仪表、采用继电器、接触器控制，控制系统教为落后，严重制约了生产效率及产品质量的提高。现在利用金刚石压机压力测控仪取代目前普遍使用的机械式压力表，实现一表多路输出，减少机械表的使用量，不但降低了生产设备成本，同时确保了生产过程的一致性，使生产效率及产品质量得到了较大提高。目前该类控制仪一般有两种方式，一种是纯硬件控制，其有较高的抗干扰能力，可靠性高。一种是微机控制，其操作适用性较强，能适应不同的生产工艺要求。通过本次设计再次复习大学所学模拟电子电路、数字电子电路原理，传感器原理及应用等知识，并且综合运用于实践，在这个设计中涉及了以前没有接触过的电路板设计、制作及调试，通过此次设计可以拓宽知识面，训练动手能力，以及了解一件成品从设计到制作的全过程，为以后的工作打下基础。该课题来源于企业，服务于企业，目前市场价格每台售价达千元之多，而生产不足二百元，每台有400%的毛利润，经济效益可观，有较好的发展前景。1、任务书（一）毕业设计（论文）的内容认真学习模拟电子电路、数字电子电路原理，传感器原理及应用，了解金刚石压力机工作原理，运用所学知识设计一台测控仪，对金刚石压力机的压力进行检测和控制。（二）毕业设计（论文）的要求与数据1、电源电压 交流160260v，功耗 .塑料双列直插(p)和陶瓷)n状载体(c) 4种封装形式。推荐上作条件: 电源电压范围3v15v 输入电压范围0vvdd 上作温度范围 m类55c125c e类40c85c极限值电源电压 0.5v18v输入电压 0.5vvdd+0.5v输入电流 10ma储存稳定 65c150c引出端功能符号 进位输入端 ld 数据置入控制端/ 进位/错位输出端qoq3 计数器输出端cp 时钟输入端u/ 加/减计数控制端cr 清除端 vdd 正电源d0d3 并行数据输入 vss 地逻辑符号引出端排列(俯视)功能表逻辑图在此只用4510做循环累加计数，不需要预设初值，因此在电路接线中置数控制ld、并行数据d0d3和进位位都接地，保证可靠性，防止干扰。4510的清零是通过cc4011与非门来实现， cc4011为2输入正向逻辑与非门。 cc4011与非门为系统设计者提供了自接的与非功能，补充了己有cos/mos门系列，所有输入和输出经过缓冲，改善了输入/输出传输特性，使得山于负载容量的增加而引起的传输时间的变化维持到最小。cc4011提供了14引线多层陶瓷、x列直插(d)、熔封陶瓷、x列直插(w.塑料)x列直插p)和陶瓷）、一状载体(c) 4种封装形式。引出端符号1a4a, 1b4b 输入端1y4y 输出端vdd 正电源vss 地推荐上作条件电源电压范围 3v15v输入电压范围 0v vdd上作温度范围 m类 55c125ce类 40c85c极限值电源电压 0.5v18v输入电压 0.5vvdd+0.5v输入电流 10ma储存稳定 65c150c逻辑符号引出端排列(俯视)逻辑图逻辑表达式 y=在设计中要求要求10路输出和一路补压自动跟踪功能，在调试中我们还需一路显示调试路，所以在循环中需设计12路。因此4011的应在4510计数12次后清零。既q2、q3为高电平，q0、q1为低电平时，4011输出使4510复位。在此用2个与非门就可达到要求，表达式为：y=由于数码显示满量程电压为2v，因此在设定值电位器上所加电压需小于2v，而且电压要稳定，在电路中采用稳压电路可实现要求。dw取1.3v稳压管。电路如下：3.4、显示部分 显示是仪器的重要组成部分,只要显示各种参数值,以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。常用的显示有crt、led、lcd等。crt不仅可以进行字符显示，还可进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便的生产过程的管理和监视。但由于体积大、价格贵，所以只适用于大型系统。在小型生产过程中常选用led、lcd作为显示器件。他们都具有体积小，功耗底，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命长等优点。选择led和lcd的一般性原则是，lcd一般用于要显示的信息量比较大的场合，如果只显示少量的信息，并且为数字量信息时一般选led就可以了，由于本系统要显示的信息量比较小，并且又为阿拉伯数字，所以我们选择led作为本系统的显示部分。该显示器件已经有现成的设备，在此设计中可不用设计，采用采购现成的产品。3.5、电源部分在设计中不同电路需要不同的电压，7650需5v电压、继电器需12v电压、其它需5v电压，因此电源部分需要提供5、5、12不同电压以满足需要。5电压只为7650芯片提供电压，而7650芯片所需电流仅为10ma左右。所以我选择三端固定输出集成稳压器7905提供5电压。电路如下： 三端固定输出集成稳压器，是一种串联调整式稳压器。它将全部电路集成在单块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共三个引出端，使用非常方便。内部电路由恒流源、基准电压源、取样电阻、比较放大、调整管、保护电路、温度补偿电路等组成。输出电压值取决于内部取样电阻的数值。三端固定输出电压集成稳压器，因内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良，可靠性高。又因这种稳压器有体积小、使用方便、价格便宜等优点，所以得到了广泛的应用。h 78（79）系列为3端稳压电路，to-220封装，有不同的固定输出电压，应用范围广。h7805(7905)主要特点：输出电流可达：1a输出电压： +5v(-5v)过热保护：一般工作温度在 0+125c短路保护输出晶体管温度补偿。图中电桥为全桥整流电桥，稳压器输入的电压必须是经整流、滤波后的脉冲直流电源，而稳压电路输入输出电压差不能小于2v，所以经变压后的输入直流电压不小于7v，现在初定整流桥堆1a。5和12电压所供给的器件较多，如果用三端固定输出集成稳压器可能会由于电流太大，使器件发烫或烧坏，所以在此我选用低压差、负反馈稳压电路：该电路虽然复杂，但稳压效果好，q01采用大功率三极管tip42。可通过10a以下的大电流，功率较大，电路发热量小，安全可靠性高。稳压电路两端于7905一样需要有滤波电容。大家知道，交流电经过二极管整流后，为了获得较低的纹波电压，还需经电容器滤波后才能使用。一般用以下公式计算电容值：滤波电容：rc(3-5)t/2rc负载t频率经实验发现，当电容量达到一定值后，即使再加大电容量对提高滤波效果也无明显作用，应当根据负载电阻和输出电流的大小来选择最佳的电容量。另外，电容器的耐压值一般应取的为变压器次级交流电压。如果你想进一步减小滤波电容的体积，可选用日本三洋公司的有机半导体铝固体电解电容。由于它可以通过更大的纹波电流，所以选用容量较小的电容，就可以达到同样的滤波效果，体积也会小很多 附表：由于12v电压供给的继电器功率较大，线圈电流一般为20ma左右，因此需选择2000uf，耐压50v的滤波电容，高频滤波电容以经验值通常取0.1uf，在工业设计中，为了减少器件的种类和生产的方便，一般在不影响性能的基础上尽量取型号相同的器件。在此我取滤波电容都为2000uf，耐压50v。高频滤波电容取0.1uf。整流全桥桥堆都取电流为3a的kpb306。采用了低压差稳压电路就可以使输入电压减低，减少功耗。稳压电路两端压差一般只要大于1v就能满足要求。既12v稳压输入电压应大于13v，+5v稳压输入电压应大于6v。3.6、变压器选因为电源电压为交流160v260v之间，所以要在选择变压器时，必须保证最低电源电压时系统也能正常工作。对于5v直流电源，变压器输出不能小于7v，即电源电压为交流160v时，变压器输出交流7v。由此可计算出最高电源电压为交流260v时，变压器输出交流11.5v。以正常电压220v工作时，变压器输出交流10v。对于5v直流电源，变压器输出不能小于6v，即电源电压为交流160v时，变压器输出交流6v。由此可计算出最高电源电压为交流260v时，变压器输出交流10v。以正常电压220v工作时，变压器输出交流8.5v。由于该数值变压器是非标准值，为了选购方便，而且不影响性能，在此我选用和5v直流电源相同的变压器。对于12v直流电源，变压器输出不能小于13v，即电源电压为交流160v时，变压器输出交流13v。由此可计算出最高电源电压为交流260v时，变压器输出交流21.2v。以正常电压220v工作时，变压器输出交流17.8v，取18v。由于一个变压器可以有多端电压输出，所以在此可用一个变压器来提供3电压的输出，即2端10v输出和1端18v输出。此电路板各器件功率都很小，估算不超过4瓦，加之自身所耗，在此选择功率为8w小功率变压器。3.7、总装图简介工作原理简介：结合上述各部分电路可组合出该总体图。p2为通道选择指示接口，接发光二极管指示通路；p3为功能设定接口，接变位器，设定不同控制值；p4为显示器接口，接数码显示器；q2为传感器接口，接传感器信号线；q3为电源接口，接经变压之后的交流电源。电源端为所有系统提供所需不同电压，传感器信号经处理放大后分为11路，1路直接接到多路选通开关4067，当这一路选通后显示器显示传感器当前压力值起到补压自动跟踪功能，期于10路各自接到比较器，于功能设定值比较起到不同功能控制，当某路道通后继电器工作后置电路开始工作。4067和74154都为二进制输入，在此接同样的输入管角，所以输出控制的序号也相同，当74164选通指示二极管亮时，表示4067同序号的一路也选通，此时显示器就显示该路的功能设定值。开关k产生脉冲使4510计数产生二进制数，给后面电路提供数据。当4510计数到12时，与非门4011使系统复位，依次循环。4、电路板为了设计出实用的电路板，必须遵守电路板设计一般原则，如布局规则、布线规则等，同时还需考虑接地问题、杭干扰问题、高频问题等。电路板设计实际是将电路原理图变成一个具体产品的过程，产品设计的合理性与产品生产及产品质量密切相关。要想设计出实用的电路板还必须学习一般设计原则及抗干扰设计。4.1、电路板设计的一般原则4.1.l、电路板的选用电路板一般用覆铜层压板制成，板材选用时要综合考虑电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面。常用的覆铜层压板是覆铜酚醛纸质层压板、覆铜环氧纸质层压板、覆铜环氧玻璃布层压板、覆铜环氧酚醛玻璃布层压板、覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印制电路板用环氧玻璃布等。不同材料的层压板有不同特点。如环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔附着强度和工作温度较高，可以在260度熔锡中不起泡。环氧树脂浸过的玻璃布层压板受潮气影响较小。超高频电路板最好使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。在要求阻燃的电子设备上，需要使用浸入了阻燃树脂的层压板。电路板厚度应该根据电路板功能、所装元件重量、电路板插座规格、电路板外形尺寸和承受的机械负荷等来决定，关键应该保证足够刚度和强度。常见电路板厚度有0.5mm.、1 mm、1.5mm、2mm等。在此选择覆铜层压板，电路板厚度有1.5mm。4.1.2、电路板的尺寸从成本、铜膜线长度、抗噪声能力等方面综合考虑，电路板尺寸应越小越好，但如果板尺寸太小，则散热不好，且相邻的铜膜线之间易引起干扰。 在设计具有机壳的电路板时，可靠的电路板尺寸还受机箱外壳大小限制。一般电路板尺寸的确定是在禁止布线层中指定布线范围。电路板的最佳形状是矩形，长宽比为3:2或4:3，当电路板的尺寸大于200mm x 150mm时，应该考虑电路板的机械强度。由于此次是演示性板，按所需选择尺寸。4.1.3、布局 虽然protel 99 se能够对板上元件进行自动布局，但通常情况都是在自动布局完成之后进行手工调整。进行手工布局调整时，一般遵循如下原则:(1)特殊元器件的布局。高频元件:高频元件之间的连线越短越好，以尽量减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元器件不能即离太近。作为输入、输出的元件之间距离应尽可能大。 具有高电位差的元件:应尽量加大具有高电位差元器件和连线之间的距离，以免发生意外短路时损坏元器件。为避免发生爬电现象，一般要求2000v电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm;对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应尽量布置在调试手不易触及的位置。重量过重的元件:重量过重的元器件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元器件，则不宜安装在电路板上。发热与热敏元件:注意发热元器件应该远离热敏元器件。电解电容不可靠近发热元件，例如不能靠近大功率电阻、变压器、大功率三极管、三端稳压电源和散热器等，电解电容与这些元件的距离最小为l 0mm。 可调节元件:对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应按整机的结构要求设计，若是机内调节，则将元件放在电路板上容易调节的位置;若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。电路板安装孔和支架孔:因安装孔和支架孔附近不能布线，故应在电路板上预留出其位置。 (2)按照电路功能布局。如果没有特殊要求，应尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号由左端输入、右端输出，由上端输入、下端输出。按照电路流程安排各功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅，且保持方向一致。以每个功能电路为核心，围绕该核心电路进行布局，元件安排应均匀、整齐、紧凑，原则上应减少和缩短各个元器件之间的引线和连接。 数字部分应该与模拟部分分开布局。对于a/d器件，最好放置在模拟与数字电路两部分的分界处。(3)元器件离电路板边缘的距离。所有元器件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者距板边缘的距离至少等于板厚，因为电路板在大批量生产过程中需要使用导轨槽进行流水线插件和波峰焊，同时也可防止由于外形加工引起电路板边缘破损，铜膜线断裂导致废品。如果电路板元件过多，不得已要超出3mm范围时，可以在电路板边缘加上3mm辅边，在辅边上开v形槽，在生产时用手册开。(4)元器件放置的顺序。首先放置与结构紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关和连接件等。再放置特殊元器件和大元器件，如发热元件、变压器、集成电路等。最后放置小元器件，如电阻、电容、二极管等。(5)元件放置的方向。布局时，dip封装的集成电路摆放方向应该与过锡炉方向垂直，尽量不要平行。按照以上原则，在此设计中，由于存在