毕业设计（论文）-波纹管机电控设计.doc

毕 业 设 计波纹管机电控设计学 生 姓 名：学 号：系 部：机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化指导教师:二零一四年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名 日期: 年 月 日全套图纸加扣 3012250582 毕业设计任务书设计题目： 波纹管机电控设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 1设计的主要任务及目标 （1）了解波纹管机的工作原理。 （2）了解波纹管机电控方面的各种相关知识。 （3）了解强电以及弱电，为绘制电路图做准备。 （4）掌握波纹管控制原理及编程设计。 （5）了解其控制面板。2设计的基本要求和内容（1）要求了解波纹管机的工作原理。（2）要求基本掌握波纹管机电控的编程设计，并能出plc程序。（3）要求出波纹管机控制电路图。（4）了解控制面板及操作台。3主要参考文献1 胡斌编著电子线路快速识图福建科学技术出版社，20052 胡斌编著图表细说元器件及实用电路电子工业出版社，20053 魏群等编著怎样选用无线电电子元器件人民邮电出版社，20024进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1确定设计思路，进行开题检查2013.122014.03.142拟订并论证总体方案2014.03.142014.04.143编程,并进行中期检查2014.04.142014.04.254画电路图及操作台2014.04.252014.06.015设计及及图纸整理，准备答辩2014.06.012014.06.10波纹管机电控设计摘要：波纹管机电控设计就是以PLC可编程控制器及多种电器元件组成的电气系统，从而控制机械部分的运转，达到各个功能。这种电器组成的控制系统相对稳定，对环境的要求不会太高。 该系统是由控制面板上的按钮或是触摸屏给出的一定电流信号，再经PLC处理信息，根据PLC里存储的程序给予相应的动作控制各部分的控制元件实行动作，再有各个部分的控制元件动作命令相应的功能部件执行功能。电气控制系统采用可编程控制器PLC作为整台机器的控制器，并对PLC的工作过程进行了介绍，对PLC相关原件进行了选型，同时绘制了PLC控制系统的输入、输出接线图，即控制系统电气原理图，并采用了梯形图编程，实现了整机的自动化。关键词：波纹管；控制面板； PLC Corrugated Pipe Panel DesignAbstract ：Corrugated pipe bender electrical control is designed with PLC programmable controller and a variety of electrical components of the electrical system, to control the operation of the mechanical part, to achieve the various functions. The electric control system composed of relatively stable, not to the requirement of environment was too high.The system is given by button or touch screen on the control panel of certain current signal, and then by the PLC to process information, according to the application of PLC in storage give corresponding action control each part of the control components execute action, have all parts of control element action command corresponding functional unit to perform function. The controlling system adopts the PLC as the controller of the entire machine. It introduce the working process of PLC, chose the model of the PLC and related elements. At the same time, the author drew the input and output circuit of the controlling system, namely the electric principle plot. The machine realized the automation of producing process by making use of the trapezium shape to programme. Key Words: Slewing telescopic gangway；hydraulic system; PLC目 录1 绪论11.1研究设计的目的及其意义11.2 国内外研究现状12 PLC可编程控制器的分类32.1PLC的结构形式32.2按功能分类32.3按I/O点数分类42.4PLC可编程控制器的特点43 PLC可编程控制器的结构和工作原理53.1PLC的基本结构53.2 PLC的工作原理84 PLC控制系统的设计104.1 设计内容104.2 控制电路元气件的选用104.3 PLC的编程115 单元电路设计135.1电源电路设计135.1.1整流滤波电路135.1.2放大电路的设计165.2比较器电路设计186整机电路及工作原理216.1电路的制作与调试216.2集成运放的基础知识277控制面板及操作台31总结33参考文献34致谢35附录36I太原工业学院毕业设计1 绪论1.1研究设计的目的及其意义 金属波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工是在国内时兴的一项新技术，金属波纹管涵，是指铺埋在公路，铁路下面的涵洞用螺纹波纹管，它是由波形金属板卷制成或用半圆波形钢片拼制成的圆形波纹管，广泛应用于公路，铁路，小桥，通道，挡土墙以及各种矿场，巷道挡墙支护等工程中的涵洞（管）。 波纹管涵是与钢筋混凝土管涵相比，具有管节薄，重量轻，便于运输存放，施工工艺简单，组装快速，工期短等优点。建筑波纹管时，可根据需要随意组装成任何长度，必要时，管节还可拆除，迁往别处修建，在缺乏砂石材料地区或基地承载较低的地区，波纹管涵的优越性更为显著。钢制波纹管涵的特征：强度高，由于其独特的波纹结构使其比同口径的水泥管耐压强度大15倍以上。运输方便，波纹管涵的重量只有同口径水泥管的1/10到1/5，即使在窄的场所没有运输设备，人工也可运输。使用寿命长，钢制波纹管涵是采用钢管热浸镀锌，所以使用寿命长，寿命为80-100年，在腐蚀性特别大的环境下使用时，采用内外表面沥清附层的钢制波纹管，可在原使用寿命基础上提高约20年以上。施工方便：波纹管涵是采用套筒或法兰方式连接，而且可以根据需要定制长度，即使是非熟练工也可以操作，施工以少量的手工操作，可在短时间内完成，既快捷又方便。优良的经济性：连接方式简便，可缩短工期1.2 国内外研究现状在公路施工中，应用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工的历史已经有100多年了。1896年，美国率先进行波纹管涵通道、涵管的可行性研究。其后，在美国、加拿大、澳大利亚等国的公路建设中，均采用了钢波纹管涵进行涵洞的施工。1990年，日本高速公路设计，规范制定了波纹管涵设计技术规范。随着波纹管涵在世界各地的安装使用，证明了此种结构在各种使用情况下的通用性。在我国改革开放后，深圳及大同煤矿开始从国外进口成品波纹管涵进行涵洞施工。之后，上海市公路管理处、上海市政工程设计研究院、上海同济大学对金属波纹管涵进行了动、静载试验，结果表明能满足设计使用要求，填补了国内的空白，且迅速得到推广应用。百顺牌钢波纹管涵投入到了青海公路施工当中，三年的实践证明，钢波纹管涵在北方寒冷地区完全符合公路建设当中的涵洞施工要求。实践证明，用钢制波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工，无论从施工周期、施工造价、环保意义等方面都有其不可比拟的优越性，且用钢波纹管涵进行涵洞施工，可大大提高道路行车的舒适度与安全性，避免道路中涵洞的“错台跳车”现形，有利于解决西北地区寒冷霜冻对砼管涵结构的破坏问题。目前我国已有专门生产波纹管涵的工厂，鉴于这种管涵的许多优点，我国钢材产量已跨居世界前列，在我国推广应用波纹管涵的前景是非常广阔的。2 PLC可编程控制器的分类2.1 PLC的结构形式。 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，* |; ! N/ f9 A具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 (2)模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。5 f$ o/ y I u U# l( 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。.2.2按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。8 _4 L& _0 V) |* g# q9 x（1）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。8 p G+ W ) , h F3 z （2）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。%2.3按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。 C. L# z1 7 D/ E; B, L- B% J- E1 d , U; e% w2 X4 M/ C0 E6 (1).小型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K. S 4 L8 w& Q$ k / q d$ D8 5 O% w/ R N1 w8 w2.4 PLC可编程控制器的特点PLC实质上是一种面向用户的工业控制专用计算机，他与通用计算你相比有其自身的特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）编程软件简单易学。（3）适应性好，具有柔性。（4）功能完善，接口多样。（5）易于操作，维护方便。（6）体积小，重量轻，功耗低。3. PLC可编程控制器的结构和工作原理3.1 PLC的基本结构可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示： 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：（1）. 接收并存储从用户程序和数据；（2）.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象寄存区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入I/O映象寄存区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象寄存区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 PLC常用的存储器类型 ：（1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 PLC存储空间的分配 ： 虽然各种 PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域： （1）系统程序存储区 （2）系统RAM存储区（包括I/O映象寄存区和系统软设备等）。 （3）用户程序存储区 系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在 EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。 系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象寄存区以及各类软元件，如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等存储器。 （1）I/O映象寄存区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象寄存区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位，一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字。因此整个I/O映象寄存区可看作两个部分组成：开关量I/O映象寄存区；模拟量I/O映象寄存区。 （2）系统软元件存储区 ：除了I/O映象寄存区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软元件（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和失电不保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者当PLC断电时，数据被清零。 （3）用户程序存储区 ： 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的 PLC，其存储容量各不相同。 3输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实习室涉及到的信号当中，开关量最普遍，也是实验条件所限，在次我们主要介绍开关量接口电路。可编程序控制器优点之一是抗干扰能力强。这也是其I/O设计的优点之处，经过了电气隔离后，信号才送入CPU执行的,防止现场的强电干扰进入。如下图就是采用光电耦合器(一般采用反光二极管和光电三极管组成)的开关量输入接口电路：输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出图3-1 输入接口电路图4 (1)输出接口电路的隔离方式 输出接口电路的主要技术参数图3-2 输出电路图(2) 1）.响应时间 响应时间是指PLC从ON状态转变成OFF状态或从OFF状态转变成ON状态所需要的时间。继电器输出型响应时间平均约为10ms；晶闸管输出型响应时间为1ms以下；晶体管输出型在0.2ms以下为最快;2）.输出电流 继电器输出型具有较大的输出电流，AC250V以下的电路电压可驱动纯电阻负载2A/1点、感性负载80VA以下（AC100V或AC200V）及灯负载100W以下（AC100V 或200V）的负载；Y0、Y1以外每输出1点的输出电流是0.5A，但是由于温度上升的原因，每输出4合计为0.8A的电流，输出晶体管的ON电压约为1.5V，因此驱动半导体元件时，请注意元件的输入电压特性。Y0、Y1每输出1点的输出电流是0.3A，但是对Y0、Y1使用定位指令时需要高速响应，因此使用10100mA的输出电流；晶闸管输出电流也比较小，FX1S无晶闸管输出型;3）.开路漏电流 开路漏电流是指输出处于OFF状态时，输出回路中的电流。继电器输出型输出接点OFF是无漏电流；晶体管输出型漏电流在0.1mA以下；晶闸管较大漏电流，主要由内部RC电路引起，需在设计系统时注意。(3) 输出公共端（COM） 公共端与输出各组之间形成回路，从而驱动负载。FX1S有1点或4点一个公共端输出型，因此各公共端单元可以驱动不同电源电压系统的负载。图3-3 整体结构框图3.2 PLC的工作原理由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。 1输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 2程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 3输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。4 PLC控制系统的设计4.1 设计内容对于我所做的设计来讲，我所设计的装置所能完成的动作是主回转、伸缩运动和变幅运动，设计过程中，我使用的是三菱公司的PLC产品：基本单元：FX0N-60MR，这种型号的基本单元有输入、输出引脚各32个。扩展单元：FX1N-8EX，有输入引脚8个。在已经掌握和认识的语言中，PLC的语言是逻辑性非常严密的，一旦出错便发生一连串的误动作。PLC设计的工作过程为：液压马达控制转轴转速，油缸控制上压辊进行压制波纹工作，也就是控制波纹的波深，丝杠控制钢管前进的距离，也就是控制波距，气缸控制支撑架在导轨底架上的移动，当压制钢管较长时，使用气缸推动支架向后移以支撑钢管。该波纹管机是压制成型一个完整波纹然后向前推进一个波距继续压制波纹，然后重复该过程。4.2 控制电路元气件的选用利用PLC编程和电气连线的结合大大提高了生产效率，并节省了劳动力，实现了用弱电控制强电这一难题。根据使用要求和设计计算，我们可以确定出电动机的功率，电气控制电路的主电路的保险丝盒熔断器的选择则是根据电路允许的最大电流来确定的。控制整台机器运动的电气控制电路里许多的继电器的选择也是根据电流大小来确定的。当液压实验台工作时，被测试的油缸开始运动，它们的控制是通过继电器的通断电来实现的，而继电器则控制电磁铁的得失电来控制液压执行元件的各种动作。这时控制电路中的总电流大小就是这些继电器并联之后所得的电流总和，如果这时继电器还可以承受的话，那么继电器正常。4.3 PLC的编程PLC编程软件界面图部分程序如下，具体程序见附图：5 单元电路设计5.1电源电路设计直流电源（DC power）有正、负两个电极，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。在设计采用的是5V的芯片，所以电路设计为5V的电源。5.1.1整流滤波电路1整流电路晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的pn结构成的，如图5-1（a）所示，pn结具有单向导电的特性，常用符号表示如图5-1（b）。 图5-1 二极管的pn结构及符号 图5-2 二极管的特性曲线当pn 结加上正向电压（p区接正、n区接负）时，外电场使pn结的阻挡层变薄，形成比较大的电流，二极管的正向电阻很小；当pn结加上反向电压时，外电场使pn结的阻挡层变厚，形成极小的反向电流，表现为反向电阻非常大。晶体二极管的正反向特性曲线如图所示，即二极管具有单向导电性。利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉冲直流电，其过程称为整流。如图是桥式整流滤波电路，其整流过程如下：当交流电为正半周时，M点电压高于N点电压， D2、D4截止，而D2、D5导通，电流将从交流电源依次通过D2、RL、D5回到电源；当交流电为负半周时，N点电压高于M点电压，D2、D5截止，而D3、D4导通，电流将从交流电源依次通过D3、RL、D4回到电源。这样通过RL的电流方向是固定的，UA始终大于UB，且UAB随交流电的起伏而波动。如果将RL两端接入示波器会观察到如图的整流波形。整流电路是把交流电变成直流电的电路，电路是二极管的单向导电性由四个二极管构成桥式整流电路，如图5-3所示。图5-3 桥式整流图5-4 交流、整流及滤波波形2滤波电路电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板，也是电容器的俗称。在负载RL两端并接上电容值较大的电解电容，如图5-4示，可将脉冲直流电过滤成较平稳的直流电，称为滤波。波形将会变得较为平滑或成一条直线。滤波的基本原理：电容C两端的初始电压为0。接入交流电源U后，当U为正半周时，D2、D5导通，U通过D2、D5对电容充电；当U为负半周时，D3、D4导通，U通过D3、D4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的最大值Umax。此时二极管的电压始终小于或等于0，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压恒为Umax。综上所述，交流电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理。 2、稳压电路LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5-32V电流1.5A不过在用的时候要注意功耗问题注意散热问题。LM317有三个引脚，一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地。输入和输出引脚对地要接滤波电容。图5-5 稳压电路图典型线性调整率0.01%，典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三端晶体管封装。稳压电路的原理图如图5-5所示。当外部电容应用于任何集成电路稳压时，有时必须加保护二极管以防止电容在低电流点向稳压器放电，LM317的引脚如图5-6所示。图5-6 LM317引脚如图5-4所示1脚为调节脚、2脚为输出脚、3脚为输入脚，其中2脚与散热片的表面是连接的。电源指示电路是由一个发光二极管构成，利用发光二极管的发光作用，指示电路的工作情况，当发光时说明电路正常工作，不发光时说明电路不工作，如果电路电流过大会把发光二极管烧毁这是就可以检查电源电路是否用开路或者短路的情况。5.1.2放大电路的设计 1、反相交流放大器此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等,电路无需调试。图5-7 反相交流放大器放大器采用单电源供电,由R1、R2组成U+偏置,C1是消振电容。如图5-7所示：放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定:。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值,Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。2、同相交流放大器同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成U+分压电路,通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定:,电路输入电阻为R3、R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，如图5-8示。图5-8 同相交流放大器5.2比较器电路设计单限比较器只能检测一个电平，若要检测Ui是否处于U1和U2两个电平之间，则需采用双限电压比较器（又称窗口比较器）。双限电压比较器常用于工业系统控制中，当被监测的对象（如温度、液位）超出要求时的范围时，便可以发出指示信号。当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。当uiU2U1时，A2输出+Uo(sat),A1输出为- Uo(sat)，故二极管VD2导通，VD1截止，uo则近似等于+ Uo(sat)；当uiU1U2时，A2输出为- Uo(sat)，A1输出为+ Uo(sat)，二极管VD2截止，VD1导通，uo也近似等于+ Uo(sat)；只有当U1uiU1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。通过以上对电路的分析与设计，最终完成了5V电源的设计，也了解了LM317芯片的功能与作用和桥式整流二极管的工作原理与整流过程。通过对LM324集成运算放大器性能和特点的分析，从各个方面了解了LM324集成运算放大器以及LM324构成的同相放器、反相放大器和电压双限比较器的原理并且以此运用在整机电路的设计中以发挥出良好的效果。控制电路图如下：图5-11 控制电路图图5-12 主电路图6. 整机电路及工作原理6.1电路的制作与调试 1、元件介绍 1. BISS0001红外传感信号处理器 特点 CMOS数模混合专用集成电路。 具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。 双向鉴幅器，可有效抑制干扰。 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调节范围宽。 内置参考电压。 工作电压范围+3V+5V。 采用16脚DIP封装或SOP封装。图6-1 外引线连接图图6-2 原理图我们先以图6-3所示的不可重复触发工作方式下的各点波形，来说明BISS0001的工作过程。 图6-3 不可重复触发工作方式下各点的波形 图6-4 可重复触发工作方式下各点的波形 首先，由使用者根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2 ，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（0.5 VDD ）后，送到有比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs 。由于VH 0.7 VDD 、VL 0.3 VDD ，所以，当VDD=5V时，可有效地抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。输入电压VcVR（0.2 VDD ）时，COP3输出为低电平封住了与门U2 ，禁止触发信号Vs 向下级传递；而当VC VR 时，COP3输出为高电平，打开与门U2 ，此时若有触发信号Vs的上跳边沿来到，则可启动延时时间定时器，同时Vo端输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2 的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复 出发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何V2 的变化都不能使Vo为有效状态。这一功能的设置，可有效抑制负载切 换过程中产生的各种干扰。 下面再以图6-4所示可重复触发工作方式下各点的波形，来说明BISS0001在此状态下的工作过程。 在Vc=“0”、A=“0”期间，Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要有Vs得上跳变,则Vo将从Vs上跳变时刻算起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效 状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且在封时间Ti 时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。 通过以上分析，我们已对BISS0001的电路结构和工作过程有了全面的了解，可以看出该器件的结构设计新颖，功能强，可在广阔的领域得到应用。 极限参数（Vss=0V） 电源电压：-0.5V 6V 输入电压范围：-0.5V +6V （VDD=6V ） 各引出端最大电流：10mA （VDD=5V ） 工作温度：-10+70 存放温度：-65+150 图6-5 所示为BISS0001应用于热释电红外开关的电路原理图 热释电红外开关是BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。特别适用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 热释电红外传感器是一种新型敏感元件、它是由高热电系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹配用场效应管组成。它能以非接触方式检测出来自人体发出的红外辐射，将其转化成电信号输出，并可有效抑制人体辐射波长以外的外干扰辐射，如阳光、灯光、及其反射光。 此例中BISS0001的运算放大器OP1作为热释电红外传感器的前置放大。由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器。输出信号经晶体管T1、驱动继电器去接通负载。R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚输入为低电平而封锁触发信号，节省照明用电。若应用于其他方面，则可用遮光物将其罩住而不受环境影响。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，红外开关处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，红外开关则处于不可重复触发工作方式。 图6-6 外形尺寸图图6-7 外形尺寸图6.2集成运放的基础知识 集成电路是采用一定的工艺，把电路中所需要的管子、电阻、电容等元件器件及电路的连线都集成制作在一块半导体基片上，再封装在一个管壳内，成为具有所需功能的模块。自20世纪60年代以来，集成电路得到了迅速发展，被广泛的应用在各种电子线路中。集成电路按性能和用途的不同。可以分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。集成运算放大器就属于模拟集成电路的一种。LM324集成电路电路结构集成运算放大器（简称集成运放）是用集成电路工艺制成的，具有很高电压增益的直接耦合多级放大器，它的基本结构是由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成。如图6-8其构成方框图。输入级中间级输出级偏置电路图6-8 集成运放组成框图3、集成电路的检测集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。集成电路常用的检测方法有在线测量法、非在线测量法和代换法：1. 非在线测量：非在线测量潮在集成电路未焊入电路时，通过测量其各引脚之间的直流电阻值与已知正常同型号集成电路各引脚之间的直流电阻值进行对比，以确定其是否正常。2. 在线测量：在线测量法是利用电压测量法、电阻测量法及电流测量法等，通过在电路上测量集成电路的各引脚电压值、电阻值和电流值是否正常，来判断该集成电路是否损坏。3. 代换法：代换法是用已知完好的同型号、同规格集成电路来代换被测集成电路，可以判断出该集成电路是否损坏。运算放大器集成电路的检测：用万用表直流电压档，测量运算放大器输出端与负电源端之间的电压值（在静态时电压值较高）。用手持金属镊子依次点触运算放大器的两个输入端（加入干扰信号），若万用表表针有较大幅度的摆动，则说明该运算放大器完好；若万用表表针不动，则说明运算放大器已损坏。外观质量检测：电子元器件应完整无损。各种型号、规格、标志应清晰、牢固。标志符号不能模糊不清或脱落。4、元器件的测试与筛选1. 用万用表分别检测电阻、二极管、电容和集成电路。2. 元器件的引线成型及插装。3. 按技术要求和焊盘间距对元器件的引脚成形。4. 在印制电路板上插装元器件。插装时应注意一下事项。5. 电阻和涤纶电容无极性之分，但插装时一定要注意电阻值和电容值，不能插装错。6. 电解电容和发光二极管有正负极之分，插装是要看清楚极性。7. 插装集成电路和传感器时要注意管脚。5、元器件的焊接要点 用电烙铁焊接元件是基本的装配工艺，它对保证电子产品的质量起着关键的作用。下面介绍一些元器件的焊接要点。 1. 焊接最好是松香、松香油或无酸性焊剂。不能用酸性焊剂，否则会把焊接的地方腐蚀掉。2. 焊接前，把需要焊接的地方先用小刀刮净，使它显出金属光泽，涂上焊剂，再涂上一层焊锡。3. 焊接时电烙铁应有足够的热量，才能保证焊接质量，防止虚焊和日久脱焊。4. 在焊接晶体管等怕高温器件时，最好用小平嘴钳或镊子夹住晶体管的引出脚，焊接时还要掌握时间。5. 烙铁在焊接处停留的时间不宜过长,元器件的焊接时最好控制在23秒。6. 烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固而使零件容易脱焊。7. 半导体元件的焊接最好采用较细的低温焊丝，焊接时间要短。8. 对接的元件接线最好先绞和后再上锡。9. 焊接完成后，剪掉多余的引脚。6、烙铁使用的注意事项1. 新买的烙铁在使用之前必须先给它蘸上一层锡（给烙铁通电，然后在烙铁加热到一定的时候就用锡条靠近烙铁头），使用久了的烙铁将烙铁头部锉亮，然后通电加热升温，并将烙铁头蘸上一点松香，待松香冒烟时在上锡，使在烙铁头表面先镀上一层锡。2. 电烙铁使用一段时间后，可能在烙铁头部留有锡垢，在烙铁加热的条件下，我们可以用湿布轻檫。如有出现凹坑或氧化块，应用细纹锉刀修复或者直接更换烙铁头。3. 电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，防止高温“烧死”烙铁头（被氧化）。要防止电烙铁烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。4. 不要把电烙铁猛力敲打，以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。7、电路测试通电前，先仔细检查已焊接好的电路板，确保焊接无误。然后，用万用表的电阻挡测量正负极之间有无短路和开路现象，若不正常，应排除故障后再通电。在电路无可调试元器件，只要元器件无损，连接无误，一般都能正常工作。在实验室测试时，可以不必加菲涅透镜，直接用KP506B检测人体的运动。将传感器背对人体，用手臂在传感器前移动（注意传感器的预热时间），观察发光二极管的亮暗情况，即可以知道电路的工作情况。如电路不工作，在供电电压正常的前提下，可由前级至后逐级测量各级输出端有无变化的电压信号。以判断电路各级工作状态。在传感器无信号输出时，A1的静态输出电压为0.41V之间，A2的静态输出电压为2.5V，A3、A4静态输出均为低电平。若那一级有问题，排除该级的故障。7控制面板及操作台控制原理：整台设备全部操作指令在触摸屏上完成，如模具型高速波纹管成型机主电机的启动、停止；主机的频率指定、调整、频率显示、主机电流值的显示、线速显示、模具的温度显示；升降电机的上升、下降；水泵的启整台设备全部操作指令在触摸屏上完成，如模具型高速波纹管成型机主电机的启动、停止；主机的频率指定、调整、频率显示、主机电流值的显示、模具的温度显示；升降电机的上升、下降；水泵的启动、停止。润滑泵的运行与停止等动、停止。润滑泵的运行与停止等。自动控制系统相对仪表型控制的优点：采用自动控制系统的操作台外观看起来更加简洁、明了、大大提高了设备的档次和价位。减少了复杂的仪表盘：温度控制器、电流表、线速表、电压表、频率表和大量的按钮。操作更加系统化，各部分配合更精确，操作简单。模块或链条轨道上装上接近开