自适应烘干系统竞赛套件(学生)参考答案

2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）12009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛考题（学生组）考题名称：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：2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）2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、缓慢保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、可控硅触发延时电路、可控硅触发时间选择电路、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，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，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，输出电压再次降低，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，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）。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）312345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA3Date:23-Mar-2009SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\第二届电子竞赛\电路文件\竞题.DdbDrawnBy:C13IN1OUT2U4ACD4066BC5IN4OUT3U4BCD4066BC6IN8OUT9U4CCD4066B453122U2ALM339673121U2BLM3398931214U2CLM339D41N4148D51N4148D61N4148R2010kΩQ5100R-8R31100kΩR1710kΩ1234D32W10L1AC12V/5WR1510kΩQ41815R1410kΩR324.7kΩR2847kΩR2133kΩR30100kΩR112.2kΩ34U5BCD40106BC。RT1MF58567U1BLM35832184U1ALM358RESET12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q111Q122Q133ΦI11ΦO10ΦO9U3CD4060BC10.1uFC20.1uFR102.2kΩR73kΩR11kΩR92kΩQ21815RP15kΩQ11815D12VR21kΩC11220uF/25VC10220uF/16VLED1G+12v+5vR1810kΩR41kΩR61kΩR1310kΩR1610kΩR1910kΩ+5v+5v+5v+5v+5v+5vAC12VLAC12VNC70.1uFC60.1uFR29100kΩC90.1uFLED2RLED3RLED4GR51kΩR31kΩR334.7kΩQ318150.97ms3.9ms7.81msY132.768kHZC1230PC1330Px1x2x1x27.81ms3.9ms0.97ms1234D22W10F12AL1AC12VNL1AC12VN+5VR1210M+5VU7PC817U6PC817R251MΩR271MΩR261MΩ12U5ACD40106BC80.1uFC50.1uFC40.1uFC30.1uF+5V12J1电源端口12J2白炽灯端口AC12VLAC12VNL1L2L1L2AC12VNAC12VL绿红红绿RP210kΩRP310kΩRP410kΩTP-A测试点图12009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）4二、电路所需器件介绍1、运算放大器LM358LM358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22、电压比较器LM339LM339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32009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）53、四重双向开关CD4066BCD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关，内部组成结构见图4。每个开关有一个输入端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端CONTROL（控制端），当选通端为高电平时，开关导通，选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。图44、14级二进制计数振荡器CD4060CD4060由一振荡器和14位二进制计数器位组成，组成接通图如图5，引脚图如图6。振荡器的结构可以是RC或晶振电路。CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器。在输入脉冲φ1和φ0的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。图5图62009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）65、6反相带施密特触发器CD40106CD40106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。图7表16、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)027.622510504.16751.933522.3308.152553.552801.6631018.19356.951603.048851.4381514.81405.843652.614901.2492012.25454.916702.227951.064表2InputsOutputHLLH2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）7三、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、可控硅触发延时电路、可控硅触发时间选择电路、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，可调电阻RP2、RP3、RP4分别作为3个比较电路的基准参考电压，当TP-A点的电压低于某个比较器的参考电压时，此比较器输出低电压，从而点亮发光二极管，关闭电子开关。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，输出高电平，使由U3等元件组成的计时器复位；当过零完成后，Q4集电极输出低电平，此时计时器开始计时。可控硅触发延时电路：电路主要由CD4060二进制计数振荡器和晶体振荡器组成，当U3第12脚RESET为高电平时，计时器停止工作，输出全部为低电平，当12脚出现下降沿时，由Y1和U3组成的振荡器开始工作，振荡频率为32.768kHZ，此信号经过U3分频后，分别输出脉宽为：0.97ms、3.9ms和7.81ms的脉冲，供可控硅触发时间选择电路选择。可控硅触发时间选择电路：电路由CD4066电子开关组成，电子开关的控制端C为高电平时，电子开关接通，控制端C为低电平时，电子开关断开，电子开关的控制端与温度比较电路的输出端相接。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、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。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）8（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；调节PR2使U2的4脚电压为1.98V（对应温度为30℃），调节RP3使U2的6脚电压为1.73V（对应温度为35℃），调节RP4使U2第8脚电压为1.5V（对应温度为40℃）；假如：当TP-A点的电压低于1.98V时，U2A输出低电平，LED2点亮，U4A电子开关断开。（4）可控硅的触发信号来自电子开关，电子开关由电压比较电路控制，电子开关输入为经过延时的脉冲信号。比如：比较器U2A输出为低电平，此时U4A电子开关断开，经过0.97ms延时的脉冲信号，无法通过电子开关触发可控硅，此时如果比较器U2B输出为高电平，U4B电子开关接通，经过3.9ms延时的信号到了时，可控硅电路被触发。4、调试完成接通电源后，使用灯泡或电烙铁对热敏电阻加热，当热敏电阻上的温度低于30℃时，灯泡亮度最高，LED指示灯全部熄灭，温度每升高5℃灯泡亮度降低一个等级，LED指示灯多点亮1只，当温度高于40℃时灯泡熄灭，LED指示灯全部点亮。2009年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛（学生组）9一、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