电磁阀驱动电路.doc

设计文件（项目任务书）一、 设计题目 电磁阀驱动电路系统设计全程解决方案二、 关键词和网络热点词1 关键词电磁阀 驱动 光电耦合2 网络热点词电动开关. 三、 设计任务设计一个简单的电池阀驱动电路，通过按钮开关控制市场上的12V常闭电池阀打开和闭合。基本要求：1）电路供电为24V；2）电磁阀工作电压为12V；3）带有光电耦合控制电路；4）用发光二极管来区别、显示电磁阀的开关开关状态 四、 设计方案1. 电路设计的总体思路电磁阀驱动电路是各种气阀、油阀、水阀工作的首要条件，其作用是通过适当的电路设计，使电池阀能够按时打开或半打开，有需要控制阀以几分之几的规律打开之类的要求，应设计较精密的的驱动电路。我做的只是一个简单的驱动常闭电池阀全打开的简单驱动电路。通过光电耦合器控制三极管的导通，进而控制电磁阀的打开与闭合。电磁阀导通的同时，与之并联的LED灯也随之亮。来指示电磁阀正在工作。我们选用大功率管TIP122来控制电路的导通、截止，而且这里必须用大功率管，因为电磁阀导通时电流特别大。考虑到电磁阀断开时会有大股电流回流，这时则需要设置回流回路，防止烧坏元器件，我们这里采用大功率二极管1N4007与电磁阀形成回流回路来消弱逆流电流的冲击。具体的电路图如下图1所示： 图12、系统组成：在设计整个电路前，我们应该先有个整体构思，建立一个整体框架，然后根据设计要求再逐步细化、设计每一个模块的具体电路，及工作原理。最后将各部分有机的连接到一起，形成一个完整的电路系统。完成项目任务。系统框图如下图2所示：图2 系统框图电磁阀驱动电路整个系统主要分两个部分：第一个部分：光电耦合器控制电路。我们都知道光电耦合器随着输入端电流的增加，其内部发光二极管的亮度也会增强，紧随着光电耦合器的输出电流就会跟着增大。光电耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接受、及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接受而产生光电流，再进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。而我们本电路只需要小电流，故我们加了两个10K限流电阻，产生足以驱动或打开后面的三极管的电流即可。具体电路见图3，其中J1接口外接24V正电源给系统供电。图3 开关电路原理图第二部分：电磁阀驱动部分。由前级电路控制三极管开关，当三极管导通后，发光二级管亮，电池阀开关打开。1K电位器的作用是调试电路。因具体的电池阀驱动电压有一定的浮动值，不同规格的电池阀精度不同，一旦调试好了，完全可以用定阻代替，这样便可以实现电池阀开关打开与LED灯亮同步进行，这里的二极管1N4007的作用是与电磁阀形成回流回路来消弱逆流电流的冲击具体电路图如下图4所示，其中J2接口接电磁阀。图4 驱动电路原理图 经过实物测试，本设计具有能够驱动电磁阀正常的关断功能，满足设计目的，符合设计要求。 五、 电路板布线图（PCB版图）、实物图、元器件清单1 .PCB绘制过程执行【文件】【新建】【Project】命令，将新工程项目命名为“电磁阀驱动电路”，并向其中添加原理图文件和PCB文件，如图5所示。在原理图编辑环境中，绘制如图1所示的整体电路。图5 项目工程绘制完成整体电路后，执行【工程】【Compile Document 电磁阀驱动电路.SchDoc】命令，查看“Messages”对话框，如图6所示，显示原理图编译无错误。图6 “Messages”对话框执行【设计】【Update PCB Document 电磁阀驱动电路.PcbDoc】命令，弹出“工作顺序更改”对话框，如图7所示。图7原理图编译后的“Messages”对话框单击【生效更改】按钮，完成状态检测，如图8所示。图8 完成状态检测全部通过检测后，单击【执行更改】按钮，即可完成更改，如图9所示，并在PCB编辑环境下，自动生成PCB图，如图10所示。图9 完成状态更改图10自动生成的PCB图将“Room”和所有元件移动到PCB板上，并调节“Room”尺寸，如图11所示。图11 调节“Room”尺寸后元件布局采用手动布局的方式，尽量将元件集中到一个区域，并采用【排列工具】命令，使元件对齐或等间距排列，排列好的元件如图12所示。图12 排列好的元件 再次调节“Room”尺寸，使“Room”区域覆盖所有元件即可，布局完毕后，执行【放置】【走线】命令，绘制出矩形框，选择绘制出的矩形框，然后执行【设计】【板子形状】【按照选择对象定义】命令，执行结果如图13所示。图13 定义板型后执行【设计】【板子形状】【根据板子外形生成线条】命令，使PCB板外轮廓生成边界线，如图14所示。图14 生成边界线后在PCB板上放置四个直径为2mm的通孔，作为固定孔。放置通孔后，如图15所示。图15 放置通孔后执行【自动布线】【全部】命令，弹出“Situs布线策略”对话框，单击“Situs布线策略”对话框中【编辑规则】按钮，弹出“PCB规则及约束编辑器”对话框，将“GND”网路中线宽设置为50mil，“VCC”网路中线宽设置为40mil，其他线宽设置为30mil，优先权依次减弱，如图16所示。,图16 “PCB规则及约束编辑器”对话框返回“Situs布线策略”对话框，单击【Route All】按钮，即可自动布线，完成自动布线后，如图17所示。图17 完成自动布线后完成自动布线后，仍需手动对某些线进行调节或者对某些元件的布局进行调整，再次调整布线，如图18所示。图18调整后的布线图完成布线后，切换到顶层，执行【放置】【多边形敷铜】命令或单击命令栏中的“敷铜”图标，为PCB敷铜，弹出“多边形敷铜”对话框，参数设置如图19所示。图19 “多边形敷铜”对话框设置好参数后，单击【确定】按钮，选择四点，使所画矩形覆盖整个PCB，右键单击退出，顶层敷铜之后如图20所示。图20 顶层敷铜后底层敷铜方法与底层敷铜方法一致，需要注意的是执行“敷铜”操作之前，应先切换到底层图层。底层敷铜之后，如图21所示。图21 底层敷铜后电磁阀驱动电路PCB实例进本绘制完毕，下面查看3D视图，执行【查看】【切换到3维显示】命令，执行结果如图22所示。图22 3维显示2、实物图见下图23 图23 硬件实物图3、元器件清单构成本电路的材料清单如表1所示。表1 元器件清单 序号名称元 件 规 格数量元 件 编 号1电阻1k2R3 R52电阻10K2R1 R53二极管1N40071D14电阻3K1R45连接端子SIP22J1 J26发光二极管LED1D27光电耦合器PC817C1U18自锁开关6脚1Sw9三极管TIP1221Q1六、 关于该电路的视频讲解视频讲解文件见本包附带的相应文件夹。七、 配套习题、注意事项习题（1） pc817是什么芯片？答：一种常用的光电耦合器（2） 电路仿真时没有电磁阀怎么办？ 答：可以用继电器代替，他们的原理差不多。（3） 图中1K电位器是否可以换成定值电阻？答：不可以，仿真时用的是继电器，与实际的电磁阀有一定的区别，加一个电位器方便电路调试。注意事项（1）当电路各部分设计完毕后，需对各部分进行适当