自动温控热疗仪硬件电路设计毕业论文.doc

河南科技大学毕业设计（论文）自动温控热疗仪硬件电路设计毕业论文目 录前 言5第1章概述71.1 硬件电路原理71.2 系统涉及的重要电路及元件81.3 系统框图8第2章 稳压电源电路92.1 三端稳压集成电路780592.2 稳压电源电路9第3章 过零检测电路和温度控制回路113.1过零检测电路113.2 温度控制回路13第4章 人机界面164.1 显示屏LCD1602管脚定义和接线图164.2键盘17第5章 红外温度传感器MLX90614185.1 MLX90614简介185.2 MLX90614的结构19第6章 单片机的选择22第7章 红外灯237.1 红外线疗理简介237.2 红外线光源23第8章 电路板设计258.1 电路板设计步骤概述258.2 电路板设计具体流程26第9章 电路调试289.1 调试的注意事项及原则289.2 具体调试过程28第10章 系统软件简介30第11章 系统机械设计简介31结 论34参考文献36致 谢38附录39附录一：主板原理图39附录二：电源和控制板原理图40附录三：主板制板图41前 言热疗仪是通过加热人体组织来实现临床疗效的仪器，主要有微波治疗仪、红外线治疗仪、短波治疗仪和 超短波治疗仪等常见设备。这些设备主要机理是利用能产生热效应的电磁波，使人体组织温度上升来扩张血管，改善血液循环，促进炎症吸收和改善细胞的营养关系和新陈代谢。相比较而言，红外线的穿透力最弱，治疗时需要裸露人体组织。短波、超短波的穿透力最强，但是脂肪对此类电磁波的吸能太强，功率过高容易导致脂肪液化。其中微波治疗仪的热效应最为显著，因此疗效也得到各医疗机构的公认。国外的热疗仪技术先进，主要特点包括：1.精确可靠的控温方案 ET-SPACE超高精度、高稳定性、回应快的测温传感器，其分辨力为0.01，精确度为0.03。监测体内温度，并根据检测资料实时调节控温。2.先进高效的加热方式 采用波长为7001400纳米的A波段近红外线以弧形面状均匀加热，合理的风道调节机制使人体各部位温度均匀上升，没有明显的热聚集，从而避免了局部皮肤温度过高造成烫伤的危险。 系统选用世界上最先进的智能温控仪表，它的控温精度可达到0.05，从而使系统对人体的绝对控温精度达到0.1。ET-SPACE 的控温性能达到了世界领先水平。3.全数字化智能控制系统 热疗过程中对测温、控温、记录、控制操作，实现全数字化管理，进一步提高了系统的准确性和可靠性。而国内以往治疗仪的结构不合理，治疗效果不显著，不能得到广泛应用。这次设计的红外热疗仪在结构和功能上的改进包括：一组位于软件骨架上的定位指示灯，三灯光线交于一点，患者会对此更加敏感；合理的温度控制，通过温度传感器，实现温度控制精度在0.5。系统的设计主要包括三个方面，分别是：硬件电路的设计，系统软件的设计和机械结构的设计。而本论文则侧重介绍硬件电路的设计和调试。第1章 概述1.1 硬件电路原理自动温控热疗仪总体上包括三个方面的组成：硬件电路，软件和机械结构。而本论文则侧重介绍硬件电路的设计和调试。在硬件电路设计方面，该系统以单片机为核心，选取90614红外温度传感器作为系统的输入，实现它与单片机的连接，通过特定的通信协议实现两者的通信。在输出端，单片机直接通过传感器的输入温度与设定温度的判断结果，通过发送控制信号实现对双向可控硅的控制，进而调节红外灯的通断时间，实现其功率的调节。例如，热疗仪的一般最佳疗效所对应的人体最佳体温是38，如果将系统的温度设置为38，而此时传感器检测到的体表温度只有36，那么系统就延长双向可控硅的导通时间，从而延长红外灯的导通时间，进而增大红外灯的输出功率，实现体表温度的进一步升高，达到预期的38，实现热疗仪的最佳疗效。具体如何实现双向可控硅的通断时间的控制呢？首先，必须得找到一段周期，在这段周期中，再控制双向可控硅导通的时间和关断的时间。本设计采用的是50Hz市电 直接接一个电桥，那么从电桥出来后，就是100Hz的周期信号，其周期为10ms，这个周期也就是控制双向可控硅的周期。其次，还需要找到这个周期的起始位置，也就是说，得确定下来这个周期。本设计在这里采用了过零检测电路，也就是检测出一个周期的开始和结束零点。这样，在这两个检测点之间就是一个周期了。当然，零点检测还有一个重要作用，就是给单片机输入中断信号。最后，单片机如何判断这个周期的起始位置，也就是说，单片机执行双向可控硅通断时间控制的基准在哪里。本设计的过零检测电路出来的是一个下降沿脉冲，把它直接接到单片机的外部中断就行了。例如，单片机在接收到外部中断后，在接下来的10ms这个周期中，如果单片机立即发出双向可控硅的导通脉冲，那么红外灯就一直亮，此时的功率就达到100%，而如果单片机在接到中断后，延迟5ms后，再发送双向可控硅的导通脉冲，那么这个周期中，红外灯只导通半个周期，也就是，其功率只有50%。这就实现了红外灯的功率调节，进而实现了温度的控制。1.2 系统涉及的重要电路及元件设计中涉及到的重要电路主要包括：单片机及其基本电路，如复位和晶振电路；5V稳压电源电路；过零检测电路；双向可控硅的控制电路；人机界面，主要是键盘和显示器；传感器接入电路等。所要用到的主要电子组件包括电桥，5V稳压器，光耦，双向可控硅，显示器等。1.3 系统框图自动温控烤电治疗仪硬件电路设计总体设计方框图如下图所示。控制器采用单片机AT89C51，温度测量部分采用非接触式温度传感器MLX90614，用荧光显示器完成显示功能。 单 片 机 主 控 制 器测温模块显示模块键盘模块控制模块功率调节图1.1 热疗仪硬件框图第2章 稳压电源电路2.1 三端稳压集成电路7805电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子像是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。如下图所示为其TO-220封装形式。图2.1 三端稳压集成电路TO-220封装 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围组件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 2.2 稳压电源电路 设计中采用了7805典型应用电路图。如下所示： 图2.2 7805典型应用电路这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。市电220V接到9V的变压器（实际调试过程中，由于9V变压器输出功率达不到后续电路的要求，故改为15V）上，经四个二极管组成的电桥（电桥还有集成芯片式，但这里不推荐），经输入端滤波电容滤波后，输入稳压集成器7805，这样，再由输出滤波电容滤波，一般能得到稳定的+5V恒压源。在这个电路中，由于5V恒压源为整个系统的电源之一，并且是最重要的电源，所以在设计时，要尤其注意保持其稳定性，同时要确保其输出功率达到要求。另外，尽管本设计中，输出的电流不是很大，但考虑到该系统一般要长时间处于工作状态，还是应给7805配上散热板。第3章 过零检测电路和温度控制回路3.1过零检测电路过零检测电路在整个系统中的作用主要包括两个方面，一是确定双向可控硅导通角的基准，也即是双向可控硅何时导通的参照点。由于双向可控硅的控制只需要单片机给其控制极发射一个导通信号就行了，那么这个导通信号何时发送就成了问题的关键。而通过过零检测电路，就不仅可以确定下来单片机可以发射信号的周期，而且可以判断出每个周期的起始位置，如此，单片机就可以按照需要，通过一定的延时，在这个周期中给出预期的控制信号，以达到控制的目的。单片机是如何识别周期的起始位置呢？这就是过零检测的第二个作用了。在设计过程中，很直接得就会考虑到单稳态触发电路，通过一个下降沿来给单片机输入外部中断。但由于单稳态触发电路相对复杂，如下电路相对简单，只需要用一个光耦和一个三级管，且也可以完成相同的功能，所以就选择它。图3.1 过零检测电路其工作原理是：市电220V直接接一个电桥（电桥可以是四个二极管连接而成，也可以是桥路芯片，但这里推荐使用桥路芯片）后，其频率就变成原来的两倍，也就是100Hz，并且其幅值都在零点以上。这样，当其后接一个光耦时，只要幅值大于发光二级管的导通电压，光耦就会工作，右侧就会导通，这样，Q3基极就为低电平，从而不导通，这样ZD0就处于高电平状态。而一旦光耦输入信号的幅值小于发光二极管的导通电压，光耦就不工作，这样Q3的基极就处于高电平，从而导通，这样ZD0就为低电平。而在整个周期中，光耦的导通时间大于其断开时间，如下图所示。这样，每相邻两个下降沿之间就是一个周期，在这里边的任何时间点，单片机都可以根据需要，应用一定的延时程序，实现控制双向可控硅控制信号的输出，进而调整红外灯的相对输出功率。同时，利用每一个周期中唯一的下降沿，可以给出单片机的中断信号。这样就解决了单片机发送双向可控硅控制信号的周期和具体时间问题。图3.2 过零检测电路输出结果效果图3.2 温度控制回路3.2.1 三端双向可控硅（TRIAC）简介 双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。普通可控硅(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只可控硅反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向可控硅属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2 极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。对标准的双向可控硅，电流能沿任一方向在主端子T1 和T2 间流动，用T1 和栅极G端子间的微小信号电流触发。其结构和符号如下图所示：图3.3 双向可控硅结构和符号图尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热板。典型产品有BCMlAM(1A600V)、 BCM3AM(3A600V)、2N6075(4A600V)，MAC218-10(8A800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。3.2.2 双向可控硅典型驱动电路双向可控硅（3个极）第一阳极（T1）与第二阳极（T2）无论加正向电压还是反向电压,只要控制极（G）与第一阳极有正负极性不同的触发电流,就可以触发导通呈低阻状态（最常用负向电流触发）.一旦导通,即使失去触发电流也能继续保持导通状态.只有当第一第二阳极间电流小于维持电流或电压极性改变且没有触发电流时,双向可控硅才截止.可控硅驱动方式主要有两种：电平驱动、脉冲驱动。驱电路有两种：隔离式和非隔离式。通常非隔离式分三种：I/O口直接驱动、三极管驱动、专用驱动芯片驱动。虽然这三种方案易于实现，成本较低，但抗干扰能力较差，冰箱、空调产品中常采用光耦隔离并加大了抗干扰措施。设计中运用的是双向光耦驱动，是一种很典型的驱动方式。可控硅主控回路一般在强电回路中，电压较高，电流较大，不易与单片机直接相连，可应用光耦将控制信号与可控硅触发电路进行隔离。光耦分普通光耦和双向光耦两种,下图中使用的即为双向光耦，它的输出级电流为双向.当I/O口输出低电平光耦导通触发双向可控硅导通.为了降低双向光电耦合器的误触发率，通常在光耦合器的输出端加阻容吸收电路(R2、R3、C2)；由于感性负载电流和电压不同相，所以其电压的变化率就升高，也容易引起误触发，常在电路中加RC阻容吸收环节（R1、C1）减小电压的变化率。如果双向可控硅所控制的是电阻性负载，可以不用RC阻容吸收电路。R4需根据光耦触发电流选择（R4=（5-发光管的管压降）/光耦的触发电流）。图3.4 双向可控硅的双向光耦驱动第4章 人机界面4.1 显示屏LCD1602管脚定义和接线图 LCD1602显示屏很普遍，它能显示两行，每行16位，共32位数字或字符。由于本身带有字符库，使用起来很方便，这里简要介绍一下它的管脚定义及其接线图。显示屏LCD1602采用标准的16管脚接口，其各个接口的定义如下表所示：表4.1 LCD1602管脚定义分析以上管脚定义，3脚是调整整个显示屏的对比度的，该脚上的电压对显示屏的显示效果有一定的影响，但不是决定性的，可以通过串联一个电位器来对其进行调整。4脚是指令或数据输入的选择端口，只需接到单片机一个I/O口就行。5脚是显示屏写入或读出控制脚，由于不从显示屏读内容，因此该脚直接接地，即只对显示屏写操作。6脚是使能端，对应接到单片机的一个I/O口上。7到14脚为数据总线，只需接到单片机一组I/O口就行。显示屏的接线图如下图所示：图4.1 LCD1602与单片机接线图 其中，RS和LCDEN分别与单片机的两个I/O口相连，而D0到D8为单片机一组I/O口。4.2键盘键盘在设计中采用四个独立式键，分别接到单片机的四个I/O口上。各键的功能如下：启停键：控制系统的开启和关闭。设置键：根据按下的次数，分别决定设置的对象，分别有设置温度，设置时间的小时和分钟。“+”键：按下设置键后，按下它，实现设置对象的增加。“-”键：按下设置键后，按下它，实现设置对象的减少。第5章 红外温度传感器MLX906145.1 MLX90614简介温度测量仪的核心是温度传感器，红外温度传感器是通过热辐射原理来测量温度的,是一种非接触式温度测量方式。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。与接触式温度测量相比，不会干扰测量对象的温度场、响应速度快、精度高、测量范围广、使用安全及使用寿命长等优点。近年来在航空、军事、医疗等方面的应用越来越广泛。本设计是利用Melexis公司生产的MLX90614红外温度传感器,直接输出完全线性化的并已对环境温度进行补偿的数字温度。再利用单片机的实时控制和数据处理功能，由显示器实时显示温度数据。该器件具有2种温度输出方式：数字PWM输出及SMBus接口输出,采用罐(TO-39)封装，体积小巧、使用方便。MLX90614的温度测量范围为-40+125，温度分辨率为0.02。在温度范围为+32+42时，测量的绝对精度为0.2，因此非常适用于该硬件设计的温度检测模块。MLX90614 是一款由Melexis 研发并生产的非接触式红外线温度感应测温器，它包括：红外热电堆感应器MLX81101和专为适用于这款感应器输出而设计的信号处理芯片MLX90302。这款产品应用了工业标准的TO-39 封装。MLX90302在信号调节芯片中使用了先进的低噪音放大器，一枚17-bit ADC以及功能强大的DSP元件，从而实现高精确度温度测量。MLX90614 应用了 SMBus 和 PWM 两种数字输出方式，出厂设定为 SMBus。在无特殊设定情况下,10bit PWM 输出可测量 -20120 C 温度范围，解析度为 0.14 C。计算并储存于RAM中的环境温度以及物体温度可实现0.01C的解析度的数据, 并它可通过双线标准SMBus输出获得(0.02C解析度) 或者通过 10-bit PWM 输出获得。MLX90614 在 -40125 C环境温度及-70382.2 C物体温度范围内进行出厂校准。芯片计算出的温度是感应器视角范围内所有物体的平均温度。MLX90614 在室温范围内提供的标准精度为0.5C。并且为了适应医疗应用的要求, MLX90614 还可提供在人体温度范围内的高精确度0.1C。作为出厂标准，MLX90614 被测物体的放射性系数 (emissivity) 设置为，用户可在芯片内对此系数在0110范围内自行设置，从而避免对被测物体进行黑体校准。5.2 MLX90614的结构MLX90614由红外温度传感器、低噪声放大器、A/D转换器、DSP单元、脉宽调制电路及逻辑控制电路构成，其内部框图如下图所示。热电耦输出的温度信号经过内部高性能、低噪声的运算放大器放大后送给模/数转换器(ADC)，ADC输出的17位数字量经过可编程FIR和IIR低通滤波器(即框图中的DSP)处理后输出,该输出作为测量结果保存在MLX90614内部RAM存储单元中,可以通过SMBus读取，同时测量结果送到后级数字式脉冲宽度调制电路，将测量结果以PWM的方式输出。图5.1 MLX90614结构框图MLX90614的实物图如下图：图5.2 MLX90614 外观实物图该非接触式温度传感器共有四个引脚，引脚分布图如下图所示。图5.3 MLX90614引脚分布顶视图各个引脚定义及功能描述见下表 ：引脚名称引脚功能VSS接地端，同时连接金属封装；SCL/VzSMBus串行时钟输入端。当MLX90614用于外部电压 8 16V 时，此引脚上的5.7V 稳压管输出还可用于外部双极性晶体管的输入端；PWM/SDA数字输入/输出端。在正常模式下，此引脚也是测量温度输出脉宽调制（PWM）的输出端。在 SMBus 模式下，此引脚自动设置为集电极开路模式(open drain NMOS)；VDD电源输入端；表5.1 MLX90614引脚描述 分析上表可知，MLX90614的外形结构很简单，在电路图中的连接也很简单，只需将SCL和SDA分别接到单片机的两个I/O口上，能实现它与单片机的通讯即可。但是硬件上的简单势必会给软件上提出更高的要求。第6章 单片机的选择单片机选择的主要依据是单片机要满足系统对其资源的要求，而系统需要用到的单片机资源有： 过零检测电路电路：1个I/O口； 温度控制回路：1个I/O口； 键盘：4个I/O口； MLX90614:2个I/O口； 显示屏：一组I/O口另加两个控制I/O口； 报警电路：1个I/O口； 两个定时器：一个用于定时倒计时，一个用于温度控制时，相对于过零脉冲后的延时。这样，单片机要有19个I/O口和两个定时器/计数器，选择AT89C51就行。另一方面，对于晶振的选择，由于涉及到单片机与90614的通信，保证波特率为整数就能有效避免信息的传送错误，故而选择其频率为11.0592MHz。第7章 红外灯7.1 红外线疗理简介红外线正成为物理疗法中新兴的治疗方法，被越业越多人们认识和重视，并通过临床的应用研究，不断的深入和普及，取得明显的成效。据国外学者认为对红光区最大吸收是细胞线粒体，红光照射后，可使细胞线粒体中的过氧化氢酶，超氧化物歧化酶(SOD)等多种酶的活性得到激活，局部组织所含五羚色胺浓度降低，自由基清除加快，糖元含量和蛋白质及纤维细胞胶元合成增加，三磷酸腺苷分解加快，提高组织新陈代谢。理论认为：光波透入人体组织的能力与光的波长，光功率剂量及人体组织的构成有密切关系。波长600nm700nm红光与人体组织吸收光谱产生共振而吸收导人人体，产生光化效应，其直接作用深度和效果比其他可见光都深。除局部生物效应外并可通过神经一体液通路，以生物体运端产生作用。由于红光直接作用可使深部毛细血管扩张，血流加快，物质代谢旺盛，血液流体动力效应得到改善，可加快炎性介质的廓清和组织水肿的吸收，促进肉芽组织和毛发的生长，加速伤口，溃疡和骨折的愈合，促进受损神经再生及细胞修复过程。并可降低血液黏度，调节血脂，增强白血球的吞噬作用，调整人体免疫机能。红光照射通过干扰和掩盖效应可阻止疼痛信号的传递过程，并可通过中枢系统的负诱导效应，起到镇痛效果，同时促使体液中的镇痛介质脑腓肽，内腓肽释放和增加，具有消炎消肿，阵痛解痉、改善局部组织血液循环及营养代谢，降低血脂，调节神经机能等治疗作用，广泛用于内、外、妇、儿科等急性慢性炎症等多种疾病的治疗。并可生发亮肤，用于日常皮肤的护养美容。可广泛应用于家庭及美容健康院。7.2 红外线光源红外线光源主要有以下几类：1、红外线辐射器 将电阻丝缠在瓷棒上，通电后电阻丝产热，使罩在电阻丝外的碳棒温度升高（一般不超过500），发射长波红外线为主。红外线辐射器有立地式和手提式两种。2、白炽灯 在医疗中广泛应用各种不同功率的白炽灯泡做为红外线光源。灯泡内的钨丝通电后温度可达20002500。用于光疗时有以下形式： 立地式白炽灯：用功率为2501000W的白炽灯泡，在反射罩间装一金属网，以为防护。立地式白炽灯，通常称为太阳灯。 手提式白炽灯：用较小功率（多为200W以下）的白炽灯泡，安在一个小的反射罩内，反射罩固定在小的支架上。3.光浴装置 可分局部或全身照射用二种。 本设计中采用的是白炽灯红外线光源，产品名称为红外理疗灯，规格为RAP38 E27 150W。如下图片所示。图7.1 红外理疗灯 RAP38第8章 电路板设计8.1 电路板设计步骤概述一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三个步骤：一、 电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用Protel99 SE所提供的原理图设计系统(AdvancedSche-matic)来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用Protel99 SE所提供的各种原理图绘图工具，各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。二、 产生网络表网络表是电路原理图设计(Sch)与印制电路板设计(PCB)之间的一座桥梁，它是电路板自动布线的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取。三、 印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对Protel99 SE的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，可以借助Protel99 SE提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的布线工作。而这一步又可细分为以下几个步骤：1.准备原理图和网络表2.电路板规划3.参数设置4.导入网标5.布局6.布线7.规则检查与手工调整8.输出文件概括地说，整个电路板的设计过程首先是编辑电路原理图，然后由电路原理图文件产生网络表，最后再根据网络表进行线路板的布线工作。编辑原理图的工具很多，这些原理图编辑软件除了能够编辑电路原理图以外，还可由电路原理图文件产生网络表，有了网络表就可以进行印制电路板的设计了，也就是说，用户可依据由原理图生成的网络表自动布线，布线完成后，可以通过打印机或绘图仪输出打印。8.2 电路板设计具体流程一.新建一个设计文件：设计数据文件名字和文件存在的位置。二.原理图设计:（一）启动原理图编辑器：（二）设置原理图相关信息：.设计图纸参数：.设计原理图编辑器环境：.图形编辑环境设置：（三）装载元器件库：载入所需要的原理图元器件库。主要用到的元件器库有Intel Databooks、Miscellaneous Devices、Motorola Databooks、Protel Dos Schematic、Dallas Microprocessor.ddb 。（四）放置和调整元器件：（五）原理图布线：常用的布线方式是直接电气连接和网络标号。（六）电气法检测：（七）原理图设计输出：（八）网络表的生成：三、PCB图设计（一）PCB元器件的制作： (二)新建PCB：（三）加载PCB封装库：（四）设置PCB环境参数设置和PCB的结构设计：（五）导入网络表文件：导入网络表常见错误有以下几点：1、提示“Footprint XX not found in library”即在库中找不到元器件封装，造成错误的可能原因：元器件的封装名称输入错误、包含这项封装的封装库没有加载到PCB编辑器中。2、提示“node not found”即在库中找不到元器件引脚，造成错误的可能原因：元器件在原理图中的引脚名称与在PCB封装库中的引脚名称不同、原理图中元器件引脚数和给其设置的PCB封装的引脚数不相等。3、某一引脚所在的网络总是在变化，即不同时候载入网络表内容不同，其原因：某一元器件的有同名的引脚名称。4、原理图和PCB的引脚顺序不一致。（六）PCB布局也称零件布局：一般采用先自动布局，再手动调整的方法。（七）布线：1、布线规则中布线宽度设置：2、对布线进行手工初步调整：需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，绕的太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔。 (八) DRC检查： 本设计的电路原理图和制版图见附录。第9章 电路调试9.1 调试的注意事项及原则一、由于该电路涉及到市电，故调试时要注意安全，最好在线路中串上保险丝，谨防放电。二、调试前要仔细检查电路板，搞清每一步的理论原理和走线，防止短路。三、调试时，一般先把整个电路分成几个部分，一个部分一个部分地调；而对于每个部分，可以先尝试直接测得结果，如果符合预期，则转移到下个部分，而如果结果不理想，则应该把这个部分再细分，一个节点一个节点地调。四、要有系统性，随时关注各部分之间的联系，可能后一个部分会对前一个部分产生影响，这就要保证各部分的稳定性了。9.2 具体调试过程一、5V稳压电源：预期结果：输出端应为+5V恒压源，从示波器上看应为+5V高电平。220V市电接到15V变压器后，还为正弦波，幅值减小，接近15V。这一步要考虑变压器的输出功率，其功率要满足后续电路功率的和，否则系统不会正常工作。变压器输出接到电桥上，从电桥出来的信号相对于变压器的输出，幅值有所减小，而频率加倍。电桥可以是四个二极管连接而成，也可以是集成的电桥芯片，在这里，推荐使用四个二极管连接。电桥出来的信号负端直接接地，正端作为7805的输入端，这样，一般就能从7805的输出端检测到5V恒压源了。二、过零检测电路：预期结果如图3.2所示。220V市电接到桥路后，桥路输出和5V电源中的桥路输出形式相同，但由于没有经过变压器，两端的压差很大。在这里，同样涉及到电桥，推荐使用集成电桥芯片。电桥输出作为光耦的输入端，而光耦的两个输入管脚接触很近，千万不可在这两管脚处测此信号，否则极易造成放电。在光耦的输出端，检测到的信号应正好与预期信号相反。三、显示屏的调试：显示屏的调试是在单片机烧过程序之后，由于显示屏的功率相对较大，所以要保证变压器的输出功率够大。四、温度控制回路：由于电路为220V市电将双向可控硅和红外灯串起来，还是特别要注意用电安全。第10章 系统软件简介如果说硬件是一个系统的躯体，那么软件就是这个系统的大脑。该系统的软件程序主要包括显示程序，温度读取与显示程序，键盘识别程序及温度控制程序。读者可以大致了解一下。图10.1 系统软件程序流程图第11章 系统机械设计简介和系统软件相似，对于系统机械设计，这里也不作详细介绍，仅就几个核心的或有创意的地方给读者以简要的介绍。一、 机械设计的建模思想：机械设计中采用了自顶向下、由内及外的设计方法，其设计过程是先确定机箱内部电路板，显示屏等个各组件的尺寸，再将其与机箱组装成装配体，然后根据该装配体建立一个骨架模型，通过该骨架模型设计示意图传递给机箱的各个零件，再对零件进行细节设计。所谓的骨架模型是根据装配体内各元件之间的关系而创建的一种特殊的零件模型。机械设计的建模流程如下：图11.1 机械设计的建模流程二、灯头模型的构建灯头模型的构建是为了满足仪器中最关键的作用，即能够实现对病人伤口的准确定位并且能够快速测量出病人伤口的温度，为灯头温度控制系统提供数据。所以在灯头上需要安装一个非接触式温度传感器和三个激光定位指示灯。定位指示灯的作用是准确定位伤口温度，三个激光定位指示灯均布在灯头的外围部分，所以在灯壳的边缘部分开出三个通孔，以适应接线的要求。传感器同样需要安装在灯壳的边缘部分，这样可以在最大程度上避免灯泡温度对于传感器的影响，同样又可以测量伤口温度。在灯头的外部安装有一个塑料壳，可以完整的包括灯头的整个结构。灯头与灯架的连接部分使用动连接的方式，通过摩擦力转动，成本较低，且比较方便转动。灯头部分的效果如图11.2所示。图11.2 灯头部分效果图（此处仅仅提供设计参照，并没有装配上的特殊含义）三、机械设计总体效果图如图11.3所示。图11.3 机械设计总体效果图结 论本次系统设计的目的是实现热疗仪在结构上和功能上的进一步完善和提高，以期更好的疗效和使用时更加安全。就整个系统而言，这次设计的红外热疗仪在结构和功能上的改进主要包括：一组位于软件骨架上的激光定位指示灯，三灯光线交于一点，患者会对此更加敏感；合理的温度控制，通过温度传感器，实现温度控制精度在0.5。整个系统又可细化为三个基本的部分，分别是系统硬件电路，系统软件和系统机械设计。而该论文侧重在系统硬件电路的设计。具体到系统硬件电路，此次设计的任务则是设计自动温控热疗仪硬件电路，检测患者患处温度，并控制热疗仪输出功率，实现患者患处在热疗过程中的温度控制。设计自动温控热疗仪硬件电路并调试通过。在系统硬件的设计原理方面，把整个硬件电路拆分为电源电路，过零检测电路，传感器输入电路，温度控制输出电路，人机界面电路，单片机及其基本电路等几个基本组成。在此设计的基础上，运用Protel 99SE电路绘图软件，综合完成了整个电路的原理图和制版图的设计。然后，完成了电路板的焊接，并分部完成整个电路的调试，获得预期效果。本次电路设计中的一个亮点在过零检测电路。过零检测电路在整个系统中的作用主要包括两个方面，一是确定双向可控硅导通角的基准，也即是双向可控硅何时导通的参照点。另一方面，则是为单片机提供了中断信号。这样就解决了单片机发送双向可控硅控制信号的周期和具体时间问题。可以说，该电路在整个温度控制中，起了关键的作用。当然，整个系统中还有一些需要进一步研究和改进的问题。在传感器的选择方面，MLX90614的价格要比它的同类产品MLX90615高的多，这就增加了系统的成本，而它们的本质区别就在于测量角度和测量范围的不同，这样，是否能通过考虑用菲涅尔透镜实现对MLX90615的聚焦，来达到其测量范围的要求。如果能实现，系统的造价就会有所降低。另外，在温度控制方面，系统软件还仅仅是判断了温度是高于还是低于设置温度，而并没有给出高多少还是低多少的定量判断，这样输出功率就仅仅是在两种情况，而没有做出更精确的判断。如果可能，采用一些模糊或其他智能的控制算法，建立更精确的控制模型，这样，效果可能会更好一些。当然，由于热疗仪本身的特点，整个系统温度变化的范围有限，仅靠判断温度是低于还是高于设置温度，然后再输出控制信号，还是能满足系统的要