国家开放大学《机电接口技术课程设计》任务书参考答案

国家开放大学《机电接口技术课程设计》任务书参考答案同学们请注意以下四题，任选一题即可。课题1水温控制系统设计设计目的1.了解温度传感器件的功能，学会在实际电路中应用。2.进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性应用。二、设计任务和要求要求设计一个温度控制器，其主要性能指标如下：（1）测温和控温范围：室温～80℃（实时控制）（2）控温精度：1℃（3）控温通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换节点为市电220V，10A。温度控制器原理参考图：三、设计报告要求（1）根据技术要求及设计室条件自选设计出原理电路图，分析工作原理。（2）列出元器件清单。（3）整理设计数据。（4）在测试发现什么故障？应如何排除？（5）写出设计的心得体会。参考答案：水温控制系统设计书一、设计目的1.了解温度传感器‌：熟悉温度传感器的功能及其在实际电路中的应用。2.集成运算放大器应用‌：深化对集成运算放大器的线性和非线性应用的理解。二、设计任务与要求1.测温和控温范围‌：室温至80℃（实时控制）。2.控温精度‌：1℃3.控温通道输出‌：采用双向晶闸管或继电器，转换节点为市电220V，10A。三、设计方案1.原理电路图‌：（1）温度传感器（如AD）将温度转换为电流信号。（2）电流信号通过运算放大器转换为电压信号。（3）比较器将实际温度与设定温度进行比较，控制双向晶闸管或继电器的开关状态。2.工作原理‌：（1）温度传感器感知水温，转换为电信号。（2）电信号经过放大和比较，控制输出电路实现加热或冷却。四、元器件清单温度传感器（AD）集成运算放大器（如LM）比较器（如LM9）双向晶闸管或继电器电阻、电容等辅助元件五、设计数据整理温度传感器输出特性曲线运算放大器放大倍数计算比较器阈值设定六、故障排查‌故障现象‌：温度无法控制。‌可能原因‌：传感器故障、运算放大器损坏、比较器设置错误。‌解决方法‌：检查传感器输出、更换损坏元件、重新设定比较器阈值。七、心得体会通过本次设计，加深了对温度传感器和集成运算放大器的理解，提高了电路设计和调试能力。课题2多路数据巡回检测与显示电路设计一、设计目的1.了解系统的组成和工作原理。2.掌握各单元电路的设计和调整方法。3.提高综合运用电路的能力。二、设计任务和要求设计并调试多路数据巡回检测、显示与报警电路，其原理框图如下图所示。图中，3路模拟信号分别为温度（t）、直流电压（）与交流正弦电压（）。各路模拟参数的控制要求如下：1.正常工作温度：t＝27℃3℃，当t>30℃时，报警（发光显示）；当t<24℃时，报警（发光显示）；2.正常直流电压：＝（1.5～3.5）V，当<1.5V时，报警（发光显示）。3.交流正弦电压：＝（1～2）Vf=1kHz，观察D/A转换后的电压波形。4.采样数据的巡回显示。三、自学要求与思考题1.学习比较器与A/D、D/A转换的工作原理。2.查阅资料，了解并熟悉设计所需各集成芯片的管脚功能及使用要求。3.根据设计任务要求，设计上图所示总体原理电路。四、设计报告要求1.原理电路的设计，内容包括：温度电压的变换，放大与比较电路；直流电压的欠压比较电路；控制电路。A/D、D/A转换电路等。2.总体原理电路图。3.整理设计数据和记录观察到的波形，分析转换误差。4.设计与调试过程中遇到的问题及解决方法。五．建议使用的主要元器件LM339(或LM324)、LF398、CC4051（或CC4052）各1片AD590、ADC0804、DAC0808、74LS138、74LS74各1片电阻、电容、发光二极管若干。参考答案：多路数据巡回检测与显示电路设计书一、设计目的‌1.了解系统组成‌：熟悉多路数据巡回检测与显示系统的组成和工作原理。‌2.掌握设计方法‌：掌握各单元电路的设计和调整方法。‌3.提高综合能力‌：提高综合运用电路的能力。二、设计任务与要求‌1.检测参数‌：温度、直流电压、交流正弦电压。‌2.报警条件‌：温度超出24℃至30℃范围、直流电压低于1.5V。3.显示要求‌：巡回显示采样数据。三、设计方案‌1.原理电路图‌：（1）温度传感器（如AD）将温度转换为电流信号，再转换为电压信号。（2）直流电压直接输入比较器。（3）交流正弦电压经过整流和滤波后输入A/D转换器。（4）巡回检测由多路选择器（如CC1）实现。（5）显示由D/A转换器和发光二极管组成。‌2.工作原理‌：（1）各路模拟信号经过处理后输入比较器和A/D转换器。（2）比较器输出报警信号。（3）A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，由微控制器巡回读取并控制显示。四、元器件清单温度传感器（AD）比较器（LM）A/D转换器（ADC4）D/A转换器（DAC8）多路选择器（CC）发光二极管电阻、电容等辅助元件五、设计数据与波形分析（1）温度、电压转换特性曲线。（2）A/D、D/A转换误差分析。（3）观察到的波形记录。六、问题与解决方法‌问题‌：A/D转换精度不高。‌解决方法‌：优化电路布局、选择合适的元器件、校准A/D转换器。七、心得体会通过本次设计，掌握了多路数据巡回检测与显示系统的设计和调试方法，提高了电路设计和综合运用的能力。课题3多路防盗报警器设计一、设计任务设计制作一台防盗报警器，适用于仓库、住宅、机关办公楼等地的防盗报警。二、设计要求（1）防盗数可根据需要任意扩展；（2）值班室可监视多处安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示报警地点，并发出音响；设置不间断电源，当电网停电时，备用直流电源自动转换供电。三、设计要点（1）报警控制电路可采用三极管、运算放大电路、双稳态触发器或者逻辑门等元件；（2）报警器的原理可参考图下所示的方框图；（3）指示灯可采用发光二极管LED显示，按设置地点进行编号；报警音响可采用NE555组成振荡电路来实现。四、设计内容（1）写设计实践总结报告，实践总结报告要求有电路图、原理说明、电路所需元件清单、电路参数计算、元件选择、测试结果分析等。参考答案：多路防盗报警器设计书一、设计任务设计制作一台适用于仓库、住宅、机关办公楼等地的防盗报警器。二、设计要求‌1.防盗数可扩展‌：根据实际需要增加防盗点。‌2.监视与报警‌：值班室可监视多处安全情况，出现偷盗时指示灯显示报警地点并发出音响。‌3.不间断电源‌：电网停电时，备用直流电源自动转换供电。三、设计方案‌1.原理方框图‌：（1）传感器网络：多个传感器分布在需要监控的区域。（2）控制电路：接收传感器信号，控制指示灯和音响报警。（3）电源模块：提供稳定电源，包括主电源和备用直流电源。‌2.工作原理‌：（1）传感器检测到异常情况时，发送信号至控制电路。（2）控制电路根据信号判断报警地点，并控制指示灯和音响报警。（3）电源模块确保系统在任何情况下都能正常工作。四、电路图与元件清单‌电路图‌：包括传感器电路、控制电路、电源模块等。‌元件清单‌：三极管、运算放大器、双稳态触发器、逻辑门、发光二极管、NE振荡器等。五、测试与分析‌测试结果‌：记录各传感器的响应时间、报警准确性等。‌问题分析‌：对测试中出现的问题进行分析，并提出改进措施。六、心得体会通过本次设计，掌握了多路防盗报警器的设计和调试方法，提高了电路设计和综合运用的能力。同时，也深刻体会到了系统设计的重要性和复杂性。课题4直流稳压电源设计一、设计任务设计一直流稳压电源二、指标要求1.输出电压V0=9～15V（有载）2.负载电流I0=500mA3.输出电阻R0<0.54.纹波电压三、给定条件1.电压，次级有中心抽头变压器一个，次级两绕组的交流电压2×15V。2.三端稳压器用LM317，电位器用1K。四、设计提示1.方框图及电路选择

2.电路图可参考《机电接口技术》3.单元电路元件计算包括以下内容：（1）变压器选用及变压器次级电压的选择（2）整流电路计算及二极管的选用（3）滤波电路计算LM317辅助元件计算五、设计内容（1）写设计实践总结报告，实践总结报告要求有电路图、原理说明、电路所需元件清单、电路参数计算、元件选择、测试结果分析等。参考答案：直流稳压电源设计书一、设计任务设计一直流稳压电源，满足输出电压V=9～15V，负载电流I0=500mA，输出电阻R0<0.5Ω，纹波电压符合要求。二、指标要求‌1.输出电压‌：9～15V（有载）。‌2.负载电流‌：I0=500mA。‌3.输出电阻‌：R0<0.5Ω。‌4.纹波电压‌：符合要求。三、设计方案‌1.方框图与电路选择‌：（1）输入变压器：次级有中心抽头，提供交流电压。（2）整流电路：采用桥式整流。（3）滤波电路：采用大电容滤波。（4）稳压电路：采用LM7三端稳压器。‌2.工作原理‌：（1）输入变压器将交流电压转换为所需电压。（2）整流电路将交流电压转换为直流电压。（3）滤波电路平滑直流电压。（4）稳压电路提供稳定的输出电压。四、电路图与元件计算‌电路图‌：包括变压器、整流电路、滤波电路