电路CAD论文

多功能视力保护器作者:王子驰学号:10124021指导教师:沈明华摘要主要内容:近几年，学生中相当一部分人小小年纪便戴上眼镜，给今后升学、就业和生活带来诸多不便和痛苦，青少年近视问题引起了社会的普遍重视。而导致学生视力下降的主要原因，就是读书写字的学习姿势不正确。本装置正是为此而设计,具有下述三大功能:1.当脸部到写字台的距离小于35cm时,“距离灯”闪亮,同时发出急促的报警声,提醒使用者及时调整坐姿。2.当光线照度低于100LX时,“光线灯”闪亮,同时有报警声发出,提醒使用者打开台灯或暂停工作。3.学习时间达到45分钟时,“定时灯”闪亮,同时保护器发出报警声,提醒使用者休息片刻。该视力保护器全部采用CMOS电路设计,耗电极省,实测静态电流小于8mA,四节5号电池可使用一学期以上。关键字：视力青少年电路Abstract:inrecentyears,thestudentsinquiteonepartpersonisyoungputonglasses,tofutureeducation,employmentandthelifebringsalotofinconvenienceandpain,adolescentmyopiaproblemhasarousedwidespreadattention.Whilethestudentsledtothemainreasonfordecreasedvision,isreadingwritingpostureisnotcorrect.Thedeviceisdesignedforthispurpose,ithasthefollowingthreefeatures:1whenfacetothedeskofthedistanceislessthan35cm,lightshiningdistance,atthesametimetomakerapidalarm,toremindtheusertotimelyadjustthesittingposture.2whenthelightintensityislessthan100LX,lightshininglights,whilethealarmisissued,remindtheuserturnsonthelamporthesuspensionofwork.3learningtimereaches45minutes,timinglampshining,whileprotectingdevicesendsoutalarmsoundtoremindtheusertorestforawhile.ThevisionprotectorusedCMOScircuitdesign,powerconsumptionprovince,measuredstaticcurrentislessthan8mA,fourNo.5batteriescanbeusedforonesemesterormore.Keywords:visionyouthcircuit目录第一章引言·············1第二章概述·············1第三章设计原理···········2第四章设计过程详述·········3第五章总结与体会··········7第六章致谢·············8第七章参考文献···········91多功能视力保护器第一章引言2009年6月6日是全国爱眼日，现代教育报联合新浪教育频道在全国中小学生中进行了“你的眼睛近视吗”的抽样调查。此次调查共回收小学生书面问卷694份、初中生207份，新浪教育频道回收小学生、初中生、高中生的网络问卷共1066份，总计1967份。调查结果显示，小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%，分别比十年前提高25.7%和26.86%(1999年的一项统计显示，全国小学生近视率为13.35%，初中生近视率为37.44%)。十年间，中小学生的视力为何直线下滑？这究竟是谁惹的祸？书面问卷数据显示，小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%。在回收的网络问卷“你觉得造成你眼睛近视的原因是什么”选项中，选择“因看电视引起近视的”占46.7%，选择“因上网引起近视的”占44.8%，而选择“作业太多导致近视的”占43.8%。[1]目前,青少年近视达数千万,而且还以每年6%的速度递增。学生患了近视眼不仅学习、生活不便,影响终身,而且给家长们增添了几分优愁。一旦近视,无论花多少钱医治,眼睛都不可能恢复原来的视力。[4]因此，保护青少年视力已成为刻不容缓的问题。第二章概述目前国内已有相关产品上市，如浙江省玉环县宏鑫塑料电子厂科技人员经过多年研究开发出了小雨星牌系列防近视产品,它的最大特点就是从监控学生学习时姿态来达到保护眼睛。产品介绍:小雨星牌坐视宝,耳挂式设计小巧玲珑,仅重12克,戴用方便,灵敏度高,当学生读书、写字时,学习姿势不端正,眼睛距书本太近,就会发出微音提示,待坐姿端正后,自动报警停止,起到预防近视和防止脊椎弯曲作用。有效率达到97%以上。特点:1.产品轻巧灵便,使用简单,价格低廉,学生和家长很容易接受;2.产品采用CMOS集成芯片微功耗设计,电池正常使用半年以上;3.产品无红外线、超声波、电磁感应等任何发射源。学生可放心使用。[3]小雨星牌坐姿宝,设计新颖独特,能够在学生读书或写字姿势不正的情况下,及时敏感地做出反映,并马上通过语音或振动方式提醒学生矫正姿势。使学生的眼睛与读物保持最佳距离和良好视角,2自然而然地养成良好的读书习惯和写字姿势,从而达到预防近视和脊椎弯曲的理想效果。特点:1.工作电池为二节7号碱性电池,容易购买和更换;2.胸挂式设计,已戴上眼镜的学生也可使用;3.振动提醒功能适合学生在课堂使用,不影响他人学习;4.语音提醒功能适合课外自学使用,有利父母参与监督;5.配戴舒适对学生的身体发育与健康成长没有副作用。[2]但本课题所设计的视力保护器集多种功能于一体，考虑了各种因素，能更充分地起到视力保护作用。第三章设计原理多功能视力保护器由三种功能来达到保护视力的目的：一是纠正坐姿，当眼睛与书本之间的距离小于35cm时，保护器发出警示音，提醒学生纠正坐姿；二是测量学习环境的光线亮度，当环境亮度低于100lx时发出提示音；三是通过定时功能提醒学生在连续学习45min后适当休息。[5]图（1）3当人的眼睛与书本的距离过小时，头部反射到接收头的超声波反射信号较强，经电路放大，检测后使VT导通，与非门DAN1的一个输入端为高电平，另一个输入端输入时定时振荡器IC2输出的频率为3Hz的定时振荡脉冲。这个振荡脉冲使DAN1的输入端形成了间隔时间为（1/3）s的高电平，使与非门DAN1的输出状态间隔变化，DAN1断续输出高电平，LED1闪烁发光，提醒学生纠正坐姿。报警声振荡器是在出现坐姿不端、光照不足和达到定时时间时，发出提示音。报警声振荡器输出的提示音是一个受到3Hz脉冲调制的信号，伴随着LED的闪烁，蜂鸣器HTD发出提示音为“嘀、嘀、嘀……”。当光线正常时，光敏电阻RL的阻值较小，电源经R5与光敏电阻RL分压，使与非门DAN2的输入端电压较低，DAN2输出高电平。当光线暗到一定程度，RL的阻值变得足够大，DAN2输出低电平，光线指示LED2闪烁发光，同时通过VD4将报警振荡器触发，发出提示音。[5]第四章设计过程详述图（2）4第一周周三上课时老师介绍了电路CAD这门课的要求及相关事项后，我便着手开始这门课的学习。刚开始在网上找了一些电路，但觉得网上的电路都不尽如人意，于是我第一周周四下午去图书馆借了一本《Protel99SE入门与提高》和一本《实用声光及无线电遥控电路300例》，周六看了一天书，了解了Protel的界面，学会了如何用Protel连接电路图。周日确定了选题，即“多功能视力保护器”，并连接了一个电路原理图，如图(1)所示。期间遇到了一个问题：有些芯片库里并没有提供，需要自己画。而有的管脚是低电平有效，标号上方有一横以及代表低电平的一个小圈不知道如何去画。这个问题在第二周周三选题时问了老师才得到解决。由于图(1)所示的电路是直接用逻辑器件表示的(如非门、或非门、与非门)，这样的电路图无法画PCB图。因为实际中逻辑器件都是用具体的芯片，没有一块芯片就只有一个逻辑器件的，单独的逻辑器件找不到对应的封装。因此第二周周六我换用具体的芯片又画了一个电路原理图，如图(2)所示。其中非门用的是CD4069芯片，或非门用的是CD4001芯片，与非门用的是CD4011芯片。我原以为这个电路图连接会非常简单，但事实并非如此。换用具体的芯片后不仅管脚连接，就连电路图的布局都需要调整，而且稍不注意就会出错。连好电路图之后，画PCB图之前，是生成网络表。在原理图经过电气规则测试没有错误后便生成了网络表，生成网络表后，就可以将网络表导入PCB文件进行PCB图的绘制了。但我第一次导入网络表时出现了102个错误，然后发现绝大多数是由于找不到封装所致，改掉这些错误后，还剩16个错误，不知道是什么原因。第三周周三答疑时问了老师才知道是由于器件管脚的标号与封装不一致而导致封装无法识别，同时老师还指出了我一些器件的封装选择不正确。第三周周六导入网络表后画好了我的第一块PCB板，如图(3)所示。图（3）5第四周周三给老师看后，老师指出了我的PCB板元件太散、板子太大、布线太长，还告诉了我元件要在不影响功能的前提下尽可能密一点，这样才不会浪费板子。于是我做了我的第二块PCB板，如图(4)所示。图(4)第五周周三向老师请教时，老师说布线还是有问题，有些线绕得太远，完全没有必要。又指导我怎么布局才能使线最短。因此又有了我的第三块PCB板，如图(5)所示。第六周周三上传作业后，我又继续完善我的板子。图(5)第六周周三答疑时我知道了PCB板敷铜的好处及必要性，于是周末我又重新看了看《Protel99SE入门与提高》一书中有关PCB敷铜的部分，然后把我的PCB板的电源线和接地线加粗，然后又在底层信号层对地敷了一层铜。这样就增大了地线的面积，有利于降低地线阻6抗，使电源和信号传输稳定，增强了PCB的电磁兼容性，提高了板子的抗干扰能力。所以图(6)所示便是我敷铜后的PCB板。图(6)完成此步骤后我本以为工作已经全部完成，但第七周周三在教室上课，听老师讲解了作业情况后我才发现自己的PCB板还存在着很多问题。首先，PCB板中，每个器件都要一个序号和一个型号，可以只保留序号省略型号。而上图中我弄反了，我把型号保留而序号省略。其次，考虑到PCB板的安装问题，若能将PCB板结合系统功能与具体实物的尺寸相匹配自然是最好，如果不能也应该打几个孔，便于PCB板的安装，这一点我也没有考虑到。还有就是电源线和接地线要加粗，而如果敷了铜就不用加粗了，因为敷铜和加粗导线的目的都是为了增加面积从而增加电路的抗干扰性。而我把接地线既加粗又敷铜，简直是多次一举。我的布线也还是很凌乱，纵横不分明。十分感谢老师在课堂上耐心的讲解，使我发现了这么多问题。由于是第八周周三之前交最终作业，时间还来得及，所以为了改正以上错误，第七周我又重新做了一块PCB板，其中我又根据实际修改了一些器件的封装，如图(7)所示。虽然布线也还是不整齐，但我觉得自己已经尽力了。我在布局的时候就是先以CD4060芯片为核心，按照线尽量短的原则排列其它器件。但由于原理图的要求，连线实在太多，所以我只能做到这样,因为往往把一个器件的连线缩短之后另一个器件的连线又会变长，而由于电路功能的原因，有些器件只能这样放。比如B1和B2分别是超声波发射头和超声波接收头，它们必须放在一起，否则B1发射出去的超声波经反射后就不能被B2接收到了。再如RL是光敏电阻,用于探测周围环境的亮度，所以它不能和发光二极管(LED1、L7图(7)ED2、LED3)距离太近，否则会导致误判而影响整个系统工作。线布完后我又加了一个I/O口，用于接电源。制版完成后我将原理图的网络表与PCB图的网络表进行比较，看原理图与PCB图是否一致，发现有两个错误：PCB图