11单片机控制自适应式烘干系统电子装配试题.docx
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11单片机控制自适应式烘干系统电子装配试题
2009年*****市第二届中等职业学校电子技能竞赛考题
考题名称：
单片机控制自适应式烘干系统
完成时间：
4小时
一、功能简介
电路说明部分二、电路所需器件介绍
三、装配及调试说明
一、元件筛选与测试（10分）
考题目录考题答卷部分二、电路焊接与组装（35分）
三、电路调试（40分）
电路设计软件PROTEL应用部分（15分）
学校：
姓名：
考号：
工位号：
电路相关说明部分
一、功能简介
1、功能说明
自适应式烘干系统，改变了传统的烘干方式，采用可控硅作为功率驱动器件。
该系统通过测量环境温度可以在快速加热、普通加热、恒温加热和停止加热状态下自动切换（这里使用灯泡代替加热器），它的组成原理图如图1所示。
2、电路功能简介
烘干系统在我们的生活中应用非常广泛，传统的烘干系统，一般是采用接触器或继电器作为功率驱动器件控制加热器，它们只能在启动加热或停止加热之间切换，由于在加热过程中会有热惯性等因素，所以在高精度的烘干系统中使用传统的方式显然无法满足需求了。
为了解决以上问题，这里为大家展现一种简单的自适应式烘干系统，自适应式烘干系统的主要特点是，当测量环境温度过低时输出的电压有效值高，加热器迅速加热，当温度靠近预期设定值时，输出电压有效值降低，从而放慢加热速度，对被测环境温度进行微调。
这里我们通过延时触发可控硅来调整输出电压的有效值，从而调整加热器的发热量。
烘干系统主要由：
温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制电路、LED数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。
在该电路中我们希望得到一个设定温度为40℃的烘干系统，所以我们设定了以下参数：
当热敏电阻测量温度低于30℃时，系统处于快速加热模式，此时输出电压最高，加热速度最快（灯泡亮度最大）。
当热敏电阻测量温度在30℃~35℃之间时，系统处于普通加热模式，输出电压降低，加热速度放慢使其慢慢地靠近希望值（灯泡亮度降低）。
当热敏电阻测量温度在35℃~40℃之间时，系统处于恒温加热模式，输出电压再次将低，加热速度减慢或为系统保温（灯泡亮度降低）。
当温度高于40℃时，系统处于停止加热模式，输出电压为零，灯泡不亮。
在对电路功能进行测试过程中，使用灯泡、电烙铁或热风枪对热敏电阻RT1进行加热，可以方便地模拟出温度变化，使其输出电压发生变化（灯泡亮度变化）。
电路中S1为停止按键，S2为启动按键，系统上电时处于停止状态，STOP指示灯点亮，LED数码显示不显示，按下S2键，RUN指示灯点亮。
系统处于快速加热模式时LED显示器显示“01”，处于普通加热模式时，LED显示器显示“02”，处于恒温加热模式时，LED显示器显示“03”，处于停止加热模式时，LED显示器显示“--”。
图1
二、电路所需器件介绍
1、运算放大器LM358
LM358是二运放集成电路，它采用8脚双列直插塑料封装，其内部包含二组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，二组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图2所示，LM358具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中。
图2
2、电压比较器LM339
LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，它采用14脚双列直插封装，内部包含四组形式完全相同的电压比较器，内部组成图如图3，该电压比较器的具有，失调电压小，典型值为2mV，电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V，对比较信号源的内阻限制较宽，因此应用相当广泛。
图3
3、AT89S52
引脚图如图4；
引脚功能说明：
39~32脚，P0.0~P0.7双向I/O口。
1~8脚，P1.0~P1.7双向I/O口。
21~28脚，P2.0~P2.7双向I/O口。
10~17脚，P3.0~P3.7双向I/O口。
PSEN（29脚）：
外部程序存储器读选通信号。
ALE/PROG（30脚）：
地址锁存允许/编程信号。
EA/VPP（31脚）：
外部程序存储器地址允许/编程电压输入端。
RST/VPD（9脚）：
RST是复位信号输入端。
VCCVSS（40、20脚）电源输入端。
XTAL1、XTAL2（18、19脚）时钟引脚。
图4
5、6反相带施密特触发器CD40106
CD40106由6个结构相同的输入级具有施密特触发功能的反相器组成，内部结构图管脚图见图7，输入输出真值表见表1。
施密特触发器在输入波形的上升段和下降段，它的阀值电压不同。
Inputs
Output
H
L
L
H
图7表1
6、MF58热敏电阻
MF58为负温度系数（NTC）热敏电阻，其特点是温度越高其电阻值越小。
MF58外形图如图8，电路符号如图9，温度-电阻对应值，见表2。
图8图9
温度（℃）
电阻（kΩ）
温度（℃）
电阻（kΩ）
温度（℃）
电阻（kΩ）
温度（℃）
电阻（kΩ）
0
27.62
25
10
50
4.16
75
1.933
5
22.3
30
8.152
55
3.552
80
1.663
10
18.19
35
6.951
60
3.048
85
1.438
15
14.81
40
5.843
65
2.614
90
1.249
20
12.25
45
4.916
70
2.227
95
1.064
表2
三、装配及调试说明
注意：
电路焊接完成后，仔细检查无误后，才可通电调试。
1、外部接线
通过J1接入AC12V电源，为系统提供工作电源；灯泡经过导线连接到J2。
2、电路工作原理
烘干系统的电路主要由：
温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制电路、LED数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。
其工作原理如下：
温度检测电路：
温度检测电路主要由RT1（NTC负温度系数）热敏电阻、U1A组成的同相放大器和U1B组成的缓冲器所组成。
当RT1测量环境温度越高，热敏电阻的电阻值越低，温度输出电压TP-A点的电压值越低。
温度电压比较电路：
由电压比较器LM339和外围电阻构成的电压比较电路，电阻R15、R32、R31、R19串联分压为3个比较电路提供基准参考电压，当TP-A点的电压低于某个比较器的参考电压时，此比较器输出低电平。
交流过零检测电路，当交流电过零时，光耦初级输入电压为零，次级截止，Q4集电极输出高电平，该信号通过具备反相功能的施密特触发器对其整形，输出低电平。
单片机控制电路：
当单片机检测到过零脉冲后，根据电压比较电路的输入信号确定延时多少ms触发可控硅，并且驱动LED显示器显示出状态值，详见单片机控制要求。
可控硅触发电路：
由电子开关输出的信号通过Q3放大后驱动光耦U7，U7次级导通后，电流经过R17和U7触发可控硅导通。
电源电路：
电源电路主要由D2、C11组成的整流滤波电路和串联式稳压电源组成。
3、单片机控制要求
S1键为停止键，按下“S1”键，系统停止工作。
S2键为启动键，按下“S2”键，系统开始工作。
系统处于停止状态时，STOP（停止）指示灯点亮，系统处于启动状态时，RUN（运行）指示灯点亮。
当系统启动时，单片机根据由比较电路输入的参数，分为4种不同的工作模式：
快速加热模式、普通加热模式、恒温加热模式和停止加热模式。
快速加热：
当温度低于30℃时，系统处于快速加热模式，此时LED显示器显示“01”，单片机检测到过零脉冲后延时1ms触发可控硅。
普通加热模式：
当温度在30℃~35℃之间时，系统处于普通加热模式，此时LED显示器显示“02”，单片机检测到过零脉冲后延时4ms触发可控硅。
恒温加热模式：
当温度在35℃~40℃之间时，系统处于恒温加热模式，此时LED显示器显示“03”，单片机检测到过零脉冲后延时8ms触发可控硅。
停止加热模式：
当温度高于40℃，系统处于停止加热模式，此时LED显示器显示“--”，单片机不触发可控硅。
4、调试方法
在调试电路时应首先使电源电路正常工作，即使+5V正常；
（1）电源电路调试：
接通AC12V交流电源，调节RP1使C10两端的电压为5V。
（2）温度检测放大电路调试：
RT1和R21组成串联分压电路，当环境温度改变时RT1两端的电压改变，此信号经过由U1A组成的放大电路放大，再经过由U1B缓冲输出；不同的温度U1B输出不同的电压，当温度为30℃时TP-A点的电压约为1.98V，温度为35℃时TP-A点电压约为1.73V，温度为40℃时TP-A点电压约为1.5V。
（3）电压比较电路：
该电路由3个结构相同的电压比较器组成，不同的是参考电压不同，当比较器的同相端电压大于反相端时比较器输出高电平，反之输出低电平；假如：
当TP-A点的电压低于1.98V时，U2A输出低电平。
5、调试完成
通电后按下“S2”键控制系统启动，使用灯泡或电烙铁对热敏电阻加热，当热敏电阻测量温度低于30℃时，灯泡亮度最高，LED显示器显示“01”，温度每升高5℃灯泡亮度降低一个等级，LED显示器显示数字加1，当温度高于40℃时灯泡熄灭，LED显示器显示“--”。
一、元件筛选与测试（10分）
准确清点和检查全套装配材料数量和质量，进行元器件的识别和检测，筛选确定元器件，检测过程中填写下表。
（注：
质量判定填写“可用”、“断路”、“短路”、“漏电”）
所使用的万用表型号为:
____________________________
元器件
识别及检测内容
配分
评分标准
得分
电阻器
色环
标称值（含误差）
每支1分
共计2分
识别错误错不得分。
棕黑黑红棕
红紫绿橙金
电容器
数码标志
容量值（uF）
每支1分
识别错误错不得分。
104
稳压
二极管
正向
电阻
反向
电阻
测量档位
质量判定
每支1分
错1项，该二极管不得分。
D1
三极管
画外形示意图
标出管脚名称
电路符号
质量判定
每支1分
错1项，该三极管不得分。
Q1
晶体
振荡器
测量阻值
使用档位
每支1分
错1项，该晶体振荡器不得分。
Y1
光耦
画外形示意图
标出管脚名称
电路符号
质量判定
每支1分
错1项，该光耦不得分。
U6
可控硅
画外形示意图
标出管脚名称
电路符号
质量判断
每支1分
错1项，该继电器不得分。
K1
桥堆
画外形示意图
标出管脚名称
正负输出端电阻，正向导通情况下
使用档位
每支2分
错1项，该桥堆不得分。
D2
二、焊接与组装电路（35分）
工艺要求：
元件安装整齐、焊点美观（30分）
内容
技术要求
配分
评分标准
得分
元器件引脚
1、引脚加工尺寸及成形应符合装配工艺要求
6
1、检查成品，不符合要求的，每处每件扣0.5分/件。
2、根据监考记录，工具的不正确操作，每次扣0.5分。
元器件安装
2、元件高度及字符方向应符合工艺要求
3、元件安装横平竖直
4、电路板底层安装贴片元件
5、灯泡通过导线连接到J2,连接到J2端的导线压接端头
8
焊点
6、焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺
7、焊盘不应脱落
8、修脚长度适当，一致，美观
10
安装质量
9、集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求
10、元器件安装牢固，排列整齐
11、无烫伤和划伤，整机清洁无污物
6
常用工具的
使用和维护
12、电烙铁的正确使用
13、钳口工具的正确使用和维护
14、万用表正常使用和维护
15、毫伏表正常使用和维护
16、示波器正常使用和维护
5
三、电路调试（40分）
电路的调试方法，详见第7页和第8页的装配调试说明。
1、本电路功能完成（20分）
鉴定内容
技术要求
配分
评分标准
得分
实现功能
测量温度越高输出电压越低，即灯泡的亮度越低；当温度低于30℃时，过零后延时1ms触发可控硅，温度低于35℃时，过零后延时4ms触发可控硅，温度低于40℃时，过零后延时8ms触发可控硅，温度高于40℃停止输出。
20分
电源部分正常工作（3分）
温度检测放大电路正常工作（2分）
单片机控制和显示电路正常（10分）
过零检测电路正常工作（2分）
可控硅触发电路正常工作（3分）
2、完成检测报告（13分）
（1、电路正常工作时，测量U4第2脚的频率是__________赫兹。
（1分）
（2、若要使稳压电路的输出电压降低，应该________________（增大/减小）Q1基极与地之间的电阻。
（1分）
（3、D1若是被击穿，稳压电路输出电压_____________________（升高/降低）。
（1分）
（4、在温度检测放大电路中，由U1A、R1、R2和R4组成的同相比例运算放大器电压放大倍数为多少______________________（1分）
（5、当RT1阻值不变的情况下，增大R21电阻的阻值，请问U1B第7脚的电压___________（升高/降低）。
（1分）
（6、当RT1的温度为50℃时，RT1的端电压为________________ V。
（1分）
（7、当稳压电路输出电压为5V时，测量Q1和Q2各引脚的电压（V）。
（3分）
三极管
Q1
Q2
引脚
C
B
E
C
B
E
电位
（8、电路正常工作时,且测量温度低于30℃时，测量可控硅A与K之间的波形：
（4）
记录波形（1分），其他（0.5分）
示波器
频率器
毫伏表
得分
时间档位：
幅度档位：
峰峰值：
频率：
周期：
测量交流电压：
3、电路原理和故障分析（7分）
（1）、电路中RZ1排阻失效（排阻1~9脚全部开路），电路会出现什么故障？
（3分）
（2）、分析计算U2第8脚的电压为多少伏特，若将R18由1MΩ更换为100kΩ，请问比较器U2C输出由低向高翻转时，TP-A点电压应为多少伏特？
（4分）
四、电路设计软件PROTELDXP2004应用
――八路断线数显报警器（15分）
考生须知：
考生在D盘根目录下建立一个文件夹，文件夹命名为“T+工位号”，考生所有文件均需保存在该文件夹内。
各文件的文件名如下：
工程文件：
工位号
原理图文件：
sch××
原理图元件库文件：
slib××
PCB文件：
PCB××
PCB元件封装库文件：
plib××
其中××为考生工位号，如sch24.sch。
注：
如果保存文件的路径不对，则无成绩。
1、制作电路图元件符号，新建原理图元件库文件，在库中绘制图10上的U2（1分）
2、绘制原理图
（1）建立原理图文件，并设置原理图图纸尺寸为A4。
（0.5分）
（2）根据图10原理图，必须将自制的元件符号用于原理图中；绘制清单详见表2（4.5分）
3、制作封装（共2分）
建立PCB元件封装库文件，并在库中绘制元件DS1和SPST-1的封装。
（1）元件DS1的封装外形尺寸如图11所示，它的焊盘直径为75mil，焊盘孔径为35mil，焊盘间距为100mil。
（1分）
（2）元件SPST-1的封装外形尺寸如图12所示，它的焊盘直径为80mil，焊盘孔径为40mil，焊盘横向间距为180mil，焊盘纵向间距为260mil。
（1分）
4、创建网络表文件（1分）
根据原理图创建网络表文件。
5、PCB设计（6）
在绘制PCB时，须使用以上自制的元件封装，其他元件封装详见表2，绘制要求如下：
（1）电路板外形尺寸不大于：
3200mil（宽）×2400mil（高）；
（2）元件布局合理，所有元件均放置在TopLayer；
（3）信号线宽15mil，+5V线宽40mil，地线线宽50mil；
（4）对晶振电路部分进行铺铜操作，填充格式为90Degree，与GND网络相连，放置层为TopLayer；
图10
图11图12
表3
Libref
PartType
Designator
Footprint
Library
CAP
0.1uF
C1
RAD0.2
MiscellaneousDevices.Lib
IN4148
1N4148
D1
1812
MiscellaneousDevices.Lib
1N4148
1N4148
D2
1812
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R3
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R7
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R8
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R4
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R5
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R6
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R9
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R11
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
1kΩ
R10
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
5.1kΩ
R13
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
5.1kΩ
R12
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
6MHZ
Y1
XTAL1
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
10kΩ
R2
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
10kΩ
R1
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
ELECTRO1
10uF
C3
RB.2/.4
MiscellaneousDevices.Lib
CAP
30P
C4
RAD0.1
MiscellaneousDevices.Lib
CAP
30P
C5
RAD0.1
MiscellaneousDevices.Lib
ELECTRO1
220uF
C2
RB.2/.4
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R19
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R16
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R20
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R18
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R17
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R15
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
RES2
470Ω
R14
AXIAL0.3
MiscellaneousDevices.Lib
PNP
1015
Q1
TO-92A
MiscellaneousDevices.Lib
自制
AT89C2051
U2
DIP20
CON9
CON9
J1
SIP9
MiscellaneousDevices.Lib
VOLTREG
LM7805
U1
TO-220
MiscellaneousDevices.Lib
AMBERCA
MY5011AH
DS1
自制
7segdisp.Lib
SW-PB
SW-PB
SPST-1
自制
MiscellaneousDevices.Lib
BUZZER
蜂鸣器
F1
SIP2
MiscellaneousDevices.Lib
升级会员 