直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案范文

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篇1

關(guān)鍵詞：項目教學(xué)法；中職教育；直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0121-02

1 項目教學(xué)法簡介

1.1 實施項目教學(xué)法的指導(dǎo)思想

著名的教育學(xué)家弗雷德?海因里希教授曾以這樣的例子來介紹項目教學(xué)。首先由學(xué)生或教師在現(xiàn)實中選取一個“造一座橋”的項目，學(xué)生分組對項目進(jìn)行討論，并寫出各自的計劃書；接著正式實施項目，利用模型拼裝橋梁；然后演示項目結(jié)果，由學(xué)生闡述構(gòu)造的機(jī)理；最后由教師對學(xué)生的作品進(jìn)行評估。通過這樣的教學(xué)步驟，充分發(fā)掘?qū)W了生的創(chuàng)造潛能，并促使其在提高動手能力和推銷自己等方面努力實踐。

所以，項目教學(xué)法”就是通過實施一個完整的項目而進(jìn)行的教學(xué)活動，其目的是在課堂教學(xué)中把理論與實踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力。它傳統(tǒng)的教學(xué)法相比，有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在改變了傳統(tǒng)的三個中心，由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，由以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊椖俊睘橹行?，由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫嶋H經(jīng)驗為中心。

1.2 項目教學(xué)法的實施步驟

在運用項目教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的時候，必須明確學(xué)生是認(rèn)知的主體、是知識意義的主動建構(gòu)者。所以根據(jù)項目教學(xué)的教法思路和教學(xué)設(shè)計原則，項目教學(xué)具體見以下五個步驟：

1）確定項目的目標(biāo)和任務(wù)：通常先由教師提出一個或幾個項目任務(wù)，然后同學(xué)們一起討論，最終確定項目的目標(biāo)和任務(wù)。

2）計劃：由同學(xué)們共同制定出項目的工作計劃，確定工作步驟和程序。

3）項目實施：同學(xué)們根據(jù)各自的分工和合作的形式，按照已明確的工作步驟開展工作。

4）項目的檢查評估：先由同學(xué)們自評，再由教師根據(jù)項目的工作成績進(jìn)行檢查評分。最終師生共同討論、提出工作中問題，討論解決方法并進(jìn)行總結(jié)記錄。

5）歸檔或應(yīng)用。

2 中職學(xué)校電子技術(shù)教學(xué)的現(xiàn)狀

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是中等職業(yè)學(xué)校一門專業(yè)基礎(chǔ)性質(zhì)的課程，它是理論性、實踐性都很強(qiáng)的課程。 在傳統(tǒng)實踐教學(xué)中，由于實驗設(shè)備有限，只能進(jìn)行一些驗證性的實驗，且傳統(tǒng)實踐教學(xué)多采用講解式，其教學(xué)內(nèi)容的選擇、實驗步驟的設(shè)定和實驗器材的組織等均由老師組織，缺乏對學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使得學(xué)生的綜合素質(zhì)未得到鍛煉和提高。如何讓學(xué)生能完全接受這門課的知識，為以后的專業(yè)知識打下良好基礎(chǔ)，是中等職業(yè)學(xué)校需要解決的課題。

3 項目式教學(xué)法在設(shè)計直流穩(wěn)壓電源教學(xué)中的具體實施和反饋

直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用廣泛，也是中職學(xué)校電子技術(shù)學(xué)科的重要知識點。它包含了電路的集中重要基本元器件，電阻器、二極管和晶體三極管等，以及由這些基本元器件所構(gòu)成基本電路，所以利用項目教學(xué)法設(shè)計直流穩(wěn)壓電源的教學(xué)具有十分重的要意義。

下面我以設(shè)計直流穩(wěn)壓電源的教學(xué)為例。

3.1 確定項目任務(wù)

首先，向?qū)W生下達(dá)項目任務(wù)：設(shè)計直流穩(wěn)壓電源電路。并提出要求如下：

設(shè)計要求：① 分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)。 集思廣益，提出多種設(shè)計方案，并構(gòu)建出設(shè)計框架。② 確定合理的總體方案。③ 將總體方案化整為零，分解出各個單元電路，逐個設(shè)計。④ 組成總的系統(tǒng)，形成合理的布局，并按照設(shè)計要求進(jìn)行總體論證，給出必要的說明。

3.2 制定工作計劃

任務(wù)下達(dá)后，學(xué)生開始前期的準(zhǔn)備工作，通過查找相關(guān)資料、討論等制定工作計劃，也就是接下來的工作步驟。具體如下：① 確定直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計方案；② 設(shè)計各分電路確定元器件的采用表；③ 形成直流穩(wěn)壓電源總體電路；④ 利用軟件進(jìn)行仿真驗證。

3.3 項目的實施

為了更好地調(diào)動學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，我們可以把課堂搬到一體化教室，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，動手操作起來，手腦并用。這樣可以使得學(xué)生學(xué)到知識更加直觀，便于理解和記憶。

實施步驟一：確定設(shè)計方案。

在具體的實施過程中我將班級的學(xué)生分成4-5人一組，要求每組明確每個成員的具體分工和合作形式，并按照已確定的步驟開始工作。同學(xué)們可以根據(jù)我們之前所學(xué)習(xí)的，在這里可以采用分工合作，集體討論，教師指導(dǎo)，確定直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計方案。

實施步驟二：確定子電路圖。

我們已經(jīng)學(xué)過直流穩(wěn)壓電源由四個主要部分組成，包含整流變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。接下來開始讓同學(xué)們自己利用所學(xué)的知識設(shè)計直流穩(wěn)壓電路的各個部分。為了提高效率，這里可采取分工合作的形式，由組員各自去收集材料，收集的過程不僅復(fù)習(xí)和鞏固了所學(xué)知識的，還鍛煉了大家分工協(xié)作的能力以及團(tuán)隊合作的精神。教師在旁邊觀察各組學(xué)生的討論過程并適時給予指導(dǎo)，并要求各組上交工作報告，由各組表表闡述各電路的工作原理，給予點評和鼓勵，以便于接下來的集體討論形成整體電路。

實施步驟三 ：形成直流穩(wěn)壓電路總體整體電路，進(jìn)行參數(shù)的論證。

在教師指導(dǎo)下形成最終的整體電路，并在Multisim軟件上進(jìn)行繪制。闡述工作原理并進(jìn)行電路參數(shù)的論證。

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[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 直流穩(wěn)壓源 智能化電源 閉環(huán)控制

[中圖分類號]TM[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2010)03-0034-02

直流穩(wěn)壓電源作為電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)的主要電源系統(tǒng),在實際生活中被廣泛的應(yīng)用于電力電子教學(xué)、電氣設(shè)備開發(fā)研究等工程領(lǐng)域。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源由于受技術(shù)條件的影響,普遍存在功能簡單、調(diào)節(jié)誤差大、干擾大、接線復(fù)雜、體積大等問題。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源對輸出電壓通常采用粗調(diào)的方式來完成,調(diào)節(jié)精度不高,當(dāng)需要輸出電壓在一個很小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時,傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源就難以辦到,嚴(yán)重影響了穩(wěn)壓電源的使用范圍。基于單片機(jī)的智能高精度直流穩(wěn)壓電源,結(jié)合了最先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)采用高性能基準(zhǔn)穩(wěn)壓電力電子元件,穩(wěn)壓調(diào)壓精度高而且抗干擾能力強(qiáng),克服了傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓源的缺點。同時整個控制系統(tǒng)具有完善的保護(hù)電路,大大提高了設(shè)備的使用壽命。隨著電力電子技術(shù)的成熟,單片機(jī)價格越來越經(jīng)濟(jì),且集成度相當(dāng)高,大大減少了直流電源系統(tǒng)開發(fā)成本,具有明顯的工程實際應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源以AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的核心控制單元,經(jīng)過調(diào)節(jié)AD7543的輸入電壓數(shù)字量來控制系統(tǒng)的輸出電壓,本系統(tǒng)具有可預(yù)置電壓和步進(jìn)調(diào)節(jié)電壓的特性,而且整個電壓調(diào)節(jié)步進(jìn)值達(dá)到0.1V的小范圍。此系統(tǒng)具有自我檢測功能、短路保護(hù)等故障處理技術(shù)。整個系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出,整個系統(tǒng)包含變壓整流單元、鍵盤預(yù)設(shè)電壓單元、濾波電路單元、電流檢測短路保護(hù)單元、電壓反饋單元等多個部分組成。為了使系統(tǒng)能夠具備自動采樣檢測實際輸出電壓值的大小,可以通過電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)回路,實時對電壓進(jìn)行采樣,并經(jīng)過相應(yīng)的比較放大電路直接控制單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)程序進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié),保障輸出直流電壓的穩(wěn)定,然后經(jīng)過八段式數(shù)碼顯示管進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示相應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓值。單片機(jī)在得到電壓取樣數(shù)據(jù)后,通過數(shù)字信號處理中心,獲得相應(yīng)的控制策略,可以通過兩個驅(qū)動電路,對不同的輸出電壓值采取不同的控制策略。當(dāng)電流檢測回路發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中電流過大時,就直接將信息反饋給驅(qū)動電路和單片機(jī)系統(tǒng),控制電路調(diào)整進(jìn)行自動短路保護(hù)。利用單片機(jī)為核心處理控制器的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)整體設(shè)計方案比較靈活,合理利用軟件編程控制方法來解決電壓值的預(yù)置以及輸出電壓的步進(jìn)控制,比傳統(tǒng)滑檔控制更加精確可靠。由于單片機(jī)是一種電子產(chǎn)品的集成系統(tǒng),可以大大地減少直流電壓源系統(tǒng)內(nèi)部的硬件回路,且采用較為先進(jìn)的電子器件,系統(tǒng)的相應(yīng)時間和誤差都在有效的控制范圍,大大擴(kuò)大了穩(wěn)壓電壓源的使用范圍,在穩(wěn)壓源系統(tǒng)中得到了廣泛的推廣。

1.2 數(shù)控部分

單片機(jī)AT89S52作為整個穩(wěn)壓系統(tǒng)的控制核心主要完成電壓輸出值的采樣判斷、鍵盤電壓預(yù)設(shè)控制、控制驅(qū)動電路進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓值數(shù)字顯示、系統(tǒng)短路自動檢測保護(hù)及其他輔助功能。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對話功能,本系統(tǒng)采用10個數(shù)字電壓預(yù)設(shè)按鍵和兩個步進(jìn)(“+”,“-”)按鍵,為了避免有些其他未考慮功能按鍵的使用,最終選用具有16按鍵的輸入鍵盤實現(xiàn)整個系統(tǒng)的人機(jī)交互控制電路。輸出電壓值顯示部分采用8位8段式LED數(shù)碼管,數(shù)顯LED管現(xiàn)在已經(jīng)很成熟,易于同其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以直接與單片機(jī)輸出相連。但是本系統(tǒng)單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心,數(shù)顯單元只是單片機(jī)控制的一個點,且單片機(jī)I/O端口總數(shù)目有限,必須采用擴(kuò)展電路來控制數(shù)顯部分,因此為了優(yōu)化系統(tǒng),采用一片8155作為單片機(jī)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展接口電路,實現(xiàn)16個鍵盤的通信接口與LED數(shù)顯的通信接口。鍵盤及數(shù)顯接口單片機(jī)擴(kuò)展電路如圖2所示。

1.3 電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)

為了提高輸出電壓的精度,保證電源穩(wěn)定運行,利用電壓取樣單元對電源輸出電壓進(jìn)行檢測,得到一個電壓信號的反饋電壓。為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的整體精度和靈敏度,將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過比較放大電路,利用一級運算放大器將采樣電壓進(jìn)行放大,再送給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

1.4 電源方案

采用78系列三端穩(wěn)壓器件作為控制核心單片機(jī)及系統(tǒng)各功能芯片的動力源,通過輸入電源的全波整流,獲得可靠的穩(wěn)壓供電電源。

1.5 過流報警功能

為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的安全可靠性,提高單片機(jī)數(shù)控直流電壓源的人性化服務(wù)。利用電流檢測回路檢測系統(tǒng)中的電流值,當(dāng)電流大于系統(tǒng)設(shè)定值時,通過單片機(jī)系統(tǒng)自動保護(hù)跳閘,實現(xiàn)保護(hù)貴重電氣設(shè)備的功能,并可以通過相應(yīng)的蜂鳴器報警,提醒工作人員對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行檢查看修。

2 軟件設(shè)計

在實際硬件電路搭配完成后,為了有效地減小紋波電壓,保證供電可靠性,本系統(tǒng)采用軟件編程方法實現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波,以減小外界環(huán)境干擾對輸出電壓的影響,數(shù)據(jù)取樣分析判斷是整個濾波系統(tǒng)的中心部分,取樣的準(zhǔn)確性與否直接影響系統(tǒng)的整體控制。為了保證取樣的可靠性,在整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計中設(shè)置了電壓采樣主程序和鍵盤輸入中斷子程序,相應(yīng)的流程圖見圖3和圖4所示:

程序運行后,單片機(jī)系統(tǒng)就自動開始檢測是否有鍵按下,若有鍵盤觸發(fā)脈沖,則進(jìn)入電壓預(yù)設(shè)按鍵功能程序。LED數(shù)碼管顯示部分就開始自動動態(tài)定時掃描數(shù)據(jù),達(dá)到系統(tǒng)CPU資源得到充分利用。單片機(jī)系統(tǒng)不斷通過取樣電路采集系統(tǒng)輸出電壓數(shù)據(jù),經(jīng)過比較放大和相關(guān)分析判斷,然后通過單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出增減命令對實際輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的校正,控制輸出電壓源保持電壓恒定。

3 數(shù)據(jù)分析

把系統(tǒng)相關(guān)的硬件和軟件設(shè)定完成后,對裝置進(jìn)行相應(yīng)的檢測,其檢測結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示:

從表1中可以看出,基于單片機(jī)的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)可以有效的保障輸出電壓的穩(wěn)定,系統(tǒng)整體誤差在10-2量綱級內(nèi),誤差相當(dāng)小,完全滿足穩(wěn)壓電源的要求。

4 結(jié)語

以AT89S52單片機(jī)為核心設(shè)計的一種智能穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng),有效保證電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)輸出電壓采用數(shù)顯和鍵盤輸入控制,提高了電源的人性化服務(wù)?；贏T89S52單片機(jī)的一種穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng)系統(tǒng)集成度高、可靠性強(qiáng)、具有自我故障檢測保護(hù)功能,具有良好的實用價值。

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篇3

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)行業(yè) 虛擬仿真技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術(shù)行業(yè)的各類設(shè)備產(chǎn)品必須具備良好的設(shè)計方案才能夠保障其工作狀態(tài)的理想。電子行業(yè)具有產(chǎn)品更新快研發(fā)周期短的特點。為了滿足不斷發(fā)展的市場需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。本文即以直流穩(wěn)壓電源以及數(shù)控機(jī)床為切入點，對虛擬仿真技術(shù)在上述兩個領(lǐng)域中的應(yīng)用要點及價值進(jìn)行分析與探討。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，也可稱之為模擬技術(shù)，技術(shù)核心是用一個完全虛擬的系統(tǒng)對另一個真實存在的系統(tǒng)進(jìn)行模擬。此項技術(shù)涉及到多個學(xué)科，是計算機(jī)圖形、人機(jī)交互、傳感技術(shù)、以及人工智能等多個學(xué)科的交叉綜合領(lǐng)域。虛擬仿真技術(shù)主要包括三個方面的含義：第一是借助于計算機(jī)所生成環(huán)境具有虛擬性的特點；第二是人對這種虛擬環(huán)境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統(tǒng)實現(xiàn)交互，系統(tǒng)可響應(yīng)人的動作并作出合理的反應(yīng)。

當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學(xué)、電子技術(shù)、以及水利電力等在內(nèi)的多個行業(yè)中，體現(xiàn)出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個方面的特點。對于電子技術(shù)行業(yè)而言，虛擬仿真技術(shù)的最主要優(yōu)勢是可對產(chǎn)品設(shè)計或優(yōu)化方案在實踐前通過高度仿真的模擬環(huán)境進(jìn)行分析，以驗證方案的可靠性以及有效性，兼顧實現(xiàn)了提高效率，縮短周期，以及控制費用等方面的性能優(yōu)勢，有推廣價值。

2 虛擬仿真技術(shù)在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用

直流穩(wěn)壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩(wěn)壓電路四個部分。電網(wǎng)供給的交流電壓在經(jīng)過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對應(yīng)的交流電壓，然后經(jīng)由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時間變化而變化的單線脈動電壓，并經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾過（濾過交流分量），通過此環(huán)節(jié)處理后得到相對平滑的脈動電壓。最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路處理，以確保電網(wǎng)電壓以及負(fù)載水平在發(fā)生改變時電壓維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。為更加清晰的了解整個電路的工作原理與運行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環(huán)境下通過設(shè)置開關(guān)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)的方式觀察示波器所呈現(xiàn)出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創(chuàng)建電路，具有界面直觀、操作簡便、調(diào)用方便等優(yōu)勢。本軟件提供有包括交流、直流等在內(nèi)的17種分析方法，虛擬仿真能力強(qiáng)大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結(jié)合圖1：4個二極管所構(gòu)成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變?yōu)槊}動電壓。通過設(shè)置開關(guān)J1為開啟狀態(tài)的方式，對整流器在二極管損壞狀態(tài)下所產(chǎn)生的開路情況進(jìn)行模擬。則全波整流轉(zhuǎn)換為半波整流，半波整流下所對應(yīng)輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中J2開關(guān)進(jìn)行接通或斷開的方式能夠?qū)Ρ炔ㄐ斡^察得到：在電容接入電路內(nèi)后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據(jù)是：在電容接入電路內(nèi)后，電容可有效存儲電荷，同時對高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態(tài)下，可通過調(diào)整負(fù)載電阻運行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結(jié)果如下圖2所示。結(jié)合圖2來看，電容放電時間常數(shù)為RC。在C為恒定狀態(tài)下時，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更??；在R為定值狀態(tài)下時，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對應(yīng)輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對虛擬仿真軟件的合理應(yīng)用，還能夠?qū)χ绷鞣€(wěn)壓電路的改進(jìn)設(shè)計效果進(jìn)行仿真驗證，以確保改進(jìn)方案的實施效果理想。以某直流穩(wěn)壓電路對集成電路以及自保電路的改進(jìn)方案而言，為驗證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進(jìn)行實驗。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進(jìn)方案構(gòu)建直流穩(wěn)壓電壓仿真點圖，以供電電壓220V（±10%）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對各點波形進(jìn)行觀察并讀值，虛擬仿真實驗結(jié)果如下圖3所示。結(jié)合圖2可見：經(jīng)過改進(jìn)后，直流穩(wěn)壓電路波形脈動被控制在較小范圍內(nèi)，電壓輸出穩(wěn)定程度高，可保持在12.036V左右，經(jīng)計算穩(wěn)壓系數(shù)為0.015（符合

3 虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控加工是現(xiàn)代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內(nèi)容之一。以五軸數(shù)控加工技術(shù)為例，所對應(yīng)的模具工件性狀復(fù)雜，對表面質(zhì)量要求高，因此對銑削加工提出了非常嚴(yán)格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個面加工工件，其優(yōu)勢在于節(jié)約了大量的裝夾時間以及輔助測量裝置，且加工位置精度更高。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計及性能驗證中通過對虛擬仿真技術(shù)的合理應(yīng)用，一方面能夠使數(shù)控機(jī)床充分且合理的應(yīng)用于對模具以及機(jī)械產(chǎn)品的加工中，另一方面能夠為正確且充分的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，完成更多模具以及機(jī)械產(chǎn)品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數(shù)控加工實例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯(lián)動編程開發(fā)技術(shù)，同時對后置技術(shù)進(jìn)行了編程制定。為進(jìn)一步驗證數(shù)控機(jī)床五軸五聯(lián)動方案的編程程序正確性以及后置處理結(jié)果的可靠性，借助于虛擬仿真技術(shù)，在仿真軟件所提供虛擬環(huán)境下參照數(shù)控機(jī)床實際配置構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?。虛擬仿真結(jié)果顯示：所模擬機(jī)床在對零件進(jìn)行加工的全過程中刀具路徑未發(fā)生偏差，加工零件性狀基本與設(shè)計要求相符合。

4 結(jié)語

本研究中針對虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析及探究，通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)：在電子技術(shù)行業(yè)中積極應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠有效解決以往設(shè)計方案直接應(yīng)用于實踐中存在的浪費或失誤問題，避免了不必要的事故產(chǎn)生，可以有效提高電子技術(shù)產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的使用壽命與性能，對促進(jìn)電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也有重要價值。

參考文獻(xiàn)

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篇4

【關(guān)鍵詞】電源系統(tǒng)；改造；項目；可靠性

前言

克孜爾電廠原48V直流裝置是阿城繼電器廠生產(chǎn)，配備兩套，互為備用，由于阿城繼電器廠生產(chǎn)的48V直流裝置可靠性較差，經(jīng)常出現(xiàn)故障，而且維修調(diào)試復(fù)雜工作量大。后又委托新疆水電設(shè)計院王淑華高級工程師設(shè)計一套簡易48V裝置，仍然保證不了48V直流系統(tǒng)安全運行，每年檢修人員要花費大量時間維修、維護(hù)，但仍然效果不大。從1991年――1998年10月，先后因48V故障引起保護(hù)誤動、拒動多次，給發(fā)供電造成很大損失，針對這一情況，電廠技術(shù)人員利用一些閑置設(shè)備，設(shè)計一套48V直流裝置，有效地保障了全廠控制、保護(hù)自動化設(shè)備電源的供應(yīng)。

一、改造原因

電廠原有兩套48V裝置在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，造成繼電保護(hù)、計算機(jī)控制設(shè)備、自動控制回路不能正常工作，信號指示消失，而且檢修調(diào)試復(fù)雜、運行檢修人員勞動強(qiáng)度大，已經(jīng)不能適應(yīng)電廠生產(chǎn)的需要，為此必須進(jìn)行技術(shù)改造。

二、改造方案

經(jīng)過對原有的設(shè)備詳細(xì)調(diào)查、技術(shù)分析、可行性論證后，設(shè)計和提出技術(shù)改造方案如下：

1、用途：

以免維護(hù)電池、可控硅整流設(shè)備、測量保護(hù)回路、自動控制、電壓調(diào)整、信號回路組成新的一套直流電源，作為電廠繼電保護(hù)計算機(jī)集中控制和其它自動控制設(shè)備的可靠直流穩(wěn)壓電源。

2、直流電源裝置正常工作環(huán)境條件：

（1）環(huán)境溫度：―10～+400C。

（2）相對溫度不大于85%。

3、工作原理：

本直流電源采用單相50Hz220V交流電壓經(jīng)單相橋式半控整流、自動調(diào)節(jié)控制電路，并通過電抗器濾波、電壓調(diào)整回路輸出直流，一方面向負(fù)載供電，同時也對蓄電池進(jìn)行均充或浮充電。

直流系統(tǒng)原理框圖：

三、設(shè)備材料

采用的是原縱橫制電話交換機(jī)用的整流設(shè)備、220V直流裝置的一些部分設(shè)備。

四、安裝使用

根據(jù)設(shè)計方案，認(rèn)真細(xì)致的安裝調(diào)試，完成了技改項目，投入運行后經(jīng)檢測能滿足運行要求，達(dá)到了技改的各項技術(shù)要求。

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關(guān)鍵詞：雙向Dc/Dc變換電路；TPS4530；測控電路；步進(jìn)控制

雙向DC-DC變換器是實現(xiàn)直流變換器兩象限運行的電路，用于實現(xiàn)直流電能的雙向傳輸，實質(zhì)上是兩個單向直流變換器。對于它的研究，國內(nèi)外有眾多文章介紹它的設(shè)計與開發(fā)方法。本文則從減少設(shè)備體積與重量的角度，兼顧效率的前提下進(jìn)行設(shè)計和研究，有一定的參考價值。

1.設(shè)計方案的論證與選擇

方案一：采用LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器組成DC/DC變換電路，它能夠輸出3A的驅(qū)動電流，可調(diào)電壓輸出范圍在12-37v之間，具有過流保護(hù)和限流保護(hù)功能，效率達(dá)到80%，但是不能將效率提高到90%至以上。

方案二：采用雙向DC/Dc變換電路模塊，找不到完全符合設(shè)計要求的模塊。

方案三：采用TPS5430組成電路，該芯片同樣具有高電流輸出，達(dá)到3A，寬電壓輸入范圍在5.5～36v之間，高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了95%，有過流保護(hù)及熱關(guān)斷功能，與其他同類型直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片相比更符合題目要求。

綜合以上3種方案，選擇方案三。

2.輔助電源的論證與選擇

方案一：工頻電源（220v）為其供電。

方案二：使用直流穩(wěn)壓電源（U處）與L7805芯片電路為其供電。

綜合考慮采用方案二。

3.系統(tǒng)理論分析與計算

3.1雙向DC/DC變換電路的分析

直流換電路主要工作方式是脈寬調(diào)制（Pulse WidthModulation，PWM）工作方式，基本原理是通過開關(guān)管把直流電斬成方波（脈沖波），通過調(diào)節(jié)方波的占空比（脈沖寬度與脈沖周期之比）來改變電壓。

圖1左上部是一個斬波基本電路，UD是輸入的直流電壓，堤開關(guān)管，UR是負(fù)載R上的電壓，開關(guān)管V把輸入的UD斬成方波輸出到R上，右上部線為斬波后的輸出波形，方波的周期為T，在V導(dǎo)通時輸出電壓等于ud導(dǎo)通時間為ton在V關(guān)斷時輸出電壓等于0，關(guān)斷時間為toff占空比D=ton/T，方波電壓的平均值與占空比成正比。改變脈沖寬度即可改變輸出電壓，在時間t1前脈沖較寬、間隔窄，平均電壓（URT）較高；在時間t1后脈沖變窄，平均電壓（UR2）降低。固定方波周期’r不變，改變占空比調(diào)節(jié)輸出電壓就是PWM法，也稱為定頻調(diào)寬法。

3.2芯片公式與元器件選擇

該款TPs5430在PH和GND之間接外部鉗位二極管。選定的二極管必須滿足大于該系統(tǒng)的絕對最大額定值：反向電壓必須比最高PH電壓還高，這是vINMAX+0.5，峰值電流必須大于IOUTMAx再加上峰值電感電流一半。重要的是要注意該二極管傳導(dǎo)時間通常長于高側(cè)FET，因此重視對二極管參數(shù)配置可以使整體效率顯著提高。對于這個二極管，反向電壓40v，正向電流3A，正向壓降為0.5V。

C1=10uF，C2=0.01uf，C3=220uF

L1=22uH

Rl=10kQ，R2=510Ω

3.3輔助電源的分析

輔助電源使用L7805芯片模塊為其供電，C1，G3為小電容，過濾低頻信號；C2，C4為大電容，過濾高頻信號。取C1=G=0.1uF，G2=4700uF，C4=1000uF。

4.電路與程序設(shè)計

4.1主電路的設(shè)計

系統(tǒng)電路的總體框架如圖2所示。

4.2輔助電源設(shè)計

輔助電源需自制或自備，可由7805芯片模塊為其供電。輔助電源電路子系統(tǒng)電路如圖3所示。

篇6

一、系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)的總體設(shè)計方案框圖，主要由燈控箱系統(tǒng)電路和上位PC機(jī)兩部分組成。兩部分之間通過RS-232串行通信總線連接，完成對各樓叢電燈亮滅的在線控制及監(jiān)控、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸和集中顯示管理等。

1.遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)中單片機(jī)的選擇

單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是系統(tǒng)中最重要和應(yīng)用最多的智能器件。單片機(jī)以其集成度和性價比高、體積小等優(yōu)點，在工業(yè)自動化、過程控制、數(shù)字儀器儀表、通信系統(tǒng)以及家用電器產(chǎn)品中有著不可替代的作用。

目前常用的單片機(jī)有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有優(yōu)缺點，而比較主流的單片機(jī)是51系列和AVR系列兩種。而51系列和AVR系列最大的一個區(qū)別就是AVR系列單片機(jī)采用全新配置的精簡指令集RISC（Reduced Instruction Set CPU），而51系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集CISC（Complex Instruction Set CPU），所以與AVR單片機(jī)相比，51單片機(jī)在效率、速度及指令格式上就顯得比較復(fù)雜，更不適用于在嵌入式系統(tǒng)中使用。

其次，因為是應(yīng)用在日常生活及工業(yè)中，所以就必須是低功耗的。而51系列單片機(jī)正常情況下消耗的電流為24mA，在掉電狀態(tài)下，其耗電電流仍為 3mA ；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50uA的電流。而AVR單片機(jī)在低功耗方面的優(yōu)越之處，是51系列單片機(jī)不可比擬的。

綜上所述，無論從功能上還是經(jīng)濟(jì)上考慮，AVR系列單片機(jī)無疑是最好的選擇。

2.遠(yuǎn)程通信實現(xiàn)方式

隨著科技的日新月異不斷發(fā)展，實現(xiàn)通信的方法也多種多樣，可以通過GPRS技術(shù)進(jìn)行通信，可以通過紅外傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可以通過有線傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)傳輸方法如利用電話線、電力載波等都存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護(hù)量大，電力載波上噪聲污染導(dǎo)致通信不可靠等。最后基于自己所學(xué)專業(yè)知識專業(yè)技能，結(jié)合實現(xiàn)的簡易成度及性價比方面，決定使用以ATMEG 16單片機(jī)為中心，通過RS-232總線與PC機(jī)進(jìn)行通信，PC機(jī)可將命令通過RS-232總線傳送給單片機(jī)對照明設(shè)備進(jìn)行控制，單片機(jī)也可將數(shù)據(jù)通過RS-232數(shù)據(jù)線反饋給PC照明設(shè)備的狀態(tài)，以便進(jìn)行監(jiān)控。

二、系統(tǒng)概述

1.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)硬件由PC上位機(jī)、MAX232、ATmega16、燈箱單片機(jī)組成。

2.系統(tǒng)工作原理

PC機(jī)作為主控制系統(tǒng)，單片機(jī)作為控制器，控制系統(tǒng)和控制器之間通過RS-232接口通信?？刂茣r，數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱；發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。

三、系統(tǒng)硬件

1.ATmega16單片機(jī)模塊

本模塊是整個系統(tǒng)的的核心，所有的命令都由此模塊控制。本次單片機(jī)采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有電路簡單、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高級語言編程等優(yōu)勢。并且廣泛應(yīng)用于計算機(jī)設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。

2.串口通信協(xié)議

目前的PC機(jī)都有至少一個串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實現(xiàn)兩臺計算機(jī)之間進(jìn)行通訊，RS-232的邏輯電平用正負(fù)電壓表示，且信號使用負(fù)邏輯，邏輯0的電壓范圍是+5V～+15V，而邏輯1的電壓范圍是―15V～―5V。在Atmega16單片機(jī)的內(nèi)部有一個全雙工的異步串行I/O 口，它的輸人和輸出使用+5V的TTL邏輯電平，因此要進(jìn)行邏輯電平的轉(zhuǎn)換。通常選用MAX232專用芯片來完成。Atmega16有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和PC之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，采用的串口是RS-232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。

3.直流穩(wěn)壓電源

電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業(yè)環(huán)境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實用性，在電源這一部分，提供了整流穩(wěn)壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個電路板提供電源。

3.1電源模塊原理圖

當(dāng)開關(guān)按下時，電路接通，先通過一個整流電路，使交流電壓變成直流電壓。為了保證其輸出的電壓是5V，在后面接一個穩(wěn)壓電路，由一個7805穩(wěn)壓器和一個發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管作為電源導(dǎo)通的指示燈。當(dāng)電源導(dǎo)通時二極管發(fā)光。其中電容C1起濾波作用，電容C2是抑制高平信號。電容C3， C4直接接地，起到抗干擾的作用，能使電壓穩(wěn)定在5V。

四、軟件設(shè)計

1.系統(tǒng)軟件框圖

數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱；發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。

2.VB編程流程圖

五、系統(tǒng)調(diào)試操作

1.在電路焊接完成后檢查線路是否有虛焊、短接等硬件焊接錯誤。檢查無誤后進(jìn)行通電調(diào)試。

2.首先使用RS-232連接燈控箱與PC上位機(jī)，使用變壓器變壓后接入電路電源模塊接口。在PC上位機(jī)“我的電腦”管理中確定串口號，接入不同的USB口，操作界面中串口號都不同。若串口號判斷選擇錯誤，則系統(tǒng)不能判別識辯。

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[關(guān)鍵詞] 項目教學(xué)；模擬電子技術(shù)；應(yīng)用

[中圖分類號] G424.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號]

模擬電子技術(shù)是電類專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師先進(jìn)行理論講解，然后安排學(xué)生做一些簡單的驗證性實驗。教學(xué)中，一般要求理論和實踐內(nèi)容各占一半，大量簡單而重復(fù)的驗證性實驗容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，非但不能提高學(xué)生的技能水平，反而令學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，究其原因在于傳統(tǒng)的教學(xué)方式是學(xué)生被動地讓老師推著學(xué)。

項目教學(xué)法把學(xué)生由被動接受知識的客體轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c教育過程的主體，教師是起咨詢和引導(dǎo)的作用，項目的內(nèi)容和任務(wù)由學(xué)生和教師共同討論確定，因而受到了大部分學(xué)生的喜愛，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、項目教學(xué)法在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

1.1項目的準(zhǔn)備

項目教學(xué)是師生通過共同實施一個完整的項目來組織教學(xué)活動，其指導(dǎo)思想是將一個相對獨立的任務(wù)項目交給學(xué)生獨立完成，從信息的收集到方案的設(shè)計與實施，都由學(xué)生具體負(fù)責(zé)，教師在教學(xué)過程中起到咨詢和指導(dǎo)作用。項目教學(xué)可以分為三個階段：項目的準(zhǔn)備、實施與評價。在項目的準(zhǔn)備階段，由師生共同準(zhǔn)備項目的內(nèi)容、目標(biāo)和任務(wù)，再由學(xué)生制定項目工作計劃，經(jīng)教師同意，項目的實施按照工作計劃進(jìn)行，學(xué)生具體負(fù)責(zé)項目的實施，教師及時給予指導(dǎo)。本文把模電課程劃分為三個小項目：收音機(jī)項目、功率放大器項目和穩(wěn)壓電源項目。項目任務(wù)由指導(dǎo)教師提出，和學(xué)生一起討論，最終確定項目教學(xué)的目標(biāo)和任務(wù)。

1.2 項目的實施

1.2.1收音機(jī)項目

收音機(jī)的原理是把接收到的電臺高頻信號用一個變頻級電路轉(zhuǎn)化為頻率固定的中頻信號，然后對這個中頻信號進(jìn)行多級放大、檢波和低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、接收的電波較多，所以音頻信號就會互相干擾，導(dǎo)致音響效果不好，因此要選擇所需的電臺并把不要的信號“濾掉”，以免產(chǎn)生干擾，所以我們在收聽廣播時，使用選臺按鈕。

在收音機(jī)的組裝與調(diào)試中應(yīng)用項目教學(xué)法，可以把它分解為五個子任務(wù)：電子元器件的識別，電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程與質(zhì)量控制，工具的使用，元器件的排布與安裝，收音機(jī)的調(diào)試。在電子元器件的識別中，讓同學(xué)查閱并收集電子元器件的資料，利用萬用表測量元器件的參數(shù)，在這個過程中教師應(yīng)該講解如何使用萬用表。在電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程與質(zhì)量控制中，讓學(xué)生按照實際生產(chǎn)流水線上的要求制定工藝卡和隨機(jī)卡，設(shè)計好收音機(jī)的組裝與調(diào)試的方案，在這個過程中教師給學(xué)生提供一段現(xiàn)代電子生產(chǎn)線的視頻，幫助學(xué)生了解現(xiàn)代電子整機(jī)產(chǎn)品的裝配工藝流程，建立質(zhì)量管理意識。在工具的使用中訓(xùn)練學(xué)生使用電烙鐵和吸錫器進(jìn)行元件的焊接和拆卸，以及熟練操作示波器。教師對學(xué)生的焊接結(jié)果進(jìn)行點評。

1.2.2功率放大器項目

集成電路是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)最偉大的成果。集成電路的出現(xiàn)打破了器件、電路與系統(tǒng)的傳統(tǒng)界限。集成運算放大器是一個高輸入電阻、低輸出電阻、高放大倍數(shù)的直接耦合的多級放大器，它是模擬集成電路中的典型電路，功率放大器就是在集成運算放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

功率放大器的制作與設(shè)計項目可以分解為如下相應(yīng)的任務(wù)：電路的設(shè)計，購買和測試元器件，電源電路部分的焊接與調(diào)試，放大電路的焊接與調(diào)試，整機(jī)調(diào)試。在電路的設(shè)計中，教師先對電源和功率放大器的原理分別進(jìn)行講解，讓學(xué)生自己比較和選擇使用單電源還是雙電源，使用分立元件還是集成芯片來制作功放。學(xué)生需自己設(shè)計方案，通過仿真確定元器件的參數(shù)，列出元器件的清單，和老師討論后，自己購買元器件。元器件購買回來后，讓學(xué)生測試元器件的好壞，在萬用板上設(shè)計好電路走線和元器件的排布，然后焊接電源電路部分并進(jìn)行調(diào)試，學(xué)生在焊接過程中遇到的困難，教師應(yīng)及時給予指導(dǎo)。

1.2.3穩(wěn)壓電源項目

本項目主要進(jìn)行的是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的實驗，它主要由降壓電路、整流電路、濾波電路和調(diào)壓穩(wěn)壓電路四大部分組成。在此次項目教學(xué)中，教師需要向?qū)W生們講解電阻、電容、變壓器、二極管、三極管、電位器、電感等常用電子元件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，特別是如何用色環(huán)標(biāo)記法計算電阻值和如何用萬用表檢測二極管的正向?qū)ㄐ院腿龢O管是NPN型還是PNP型，以及各管腳所代表的極性的判別。教師講解之后，在實踐中需要學(xué)生們自己動手計算和判別。在安裝與調(diào)試的過程中，學(xué)生們需自己按照圖紙焊接元件，組裝并調(diào)試一臺直流穩(wěn)壓電源，在此過程中，教師適當(dāng)給予指導(dǎo)。本項目教學(xué)的一個難點就是學(xué)生要自學(xué)Protel軟件，查閱相關(guān)書籍，熟悉印制電路板的步驟和方法、熟悉手工制作印制電板的工藝流程，能夠根據(jù)電路原理圖、元器件實物來設(shè)計和印制電路板，教師需在學(xué)生遇到困難和疑問時給予指導(dǎo)。在焊接元器件的環(huán)節(jié)中，教師可以放有關(guān)焊接技術(shù)的視頻錄像，讓學(xué)生掌握正確安全的焊接方法。最后，教師要對學(xué)生的作品進(jìn)行驗收。

1.3項目的評價

在項目的評價階段，先由學(xué)生根據(jù)自己對工作計劃的執(zhí)行情況和自己積極參與的行為表現(xiàn)進(jìn)行自我評價，再由教師根據(jù)項目的創(chuàng)新性，項目的效果，學(xué)生獨立解決問題的能力和小組合作精神等方面進(jìn)行檢查評分。在項目總結(jié)課上，先由學(xué)生總結(jié)自己的體驗和收獲，再由教師總結(jié)本次項目的成果和不足并對項目內(nèi)容進(jìn)行拓展和延伸。

二、實施項目教學(xué)的成效以及出現(xiàn)的問題

在模電課程中展開項目教學(xué)是一次全新的嘗試，本次項目教學(xué)取得了一定效果：首先，由于選取了學(xué)生們普遍喜歡和感興趣的項目，項目難度適中，大部分學(xué)生都能完成，從而使他們獲得了完成任務(wù)的成就感，建立了信心。其次，在項目教學(xué)的課堂上，師生雙向互動，共同討論，把教師逼著學(xué)生學(xué)變成了教師帶著學(xué)生學(xué)，學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性提高了；再次，學(xué)生的動手能力普遍得到提高，積累了實用的設(shè)計制作經(jīng)驗為以后的職業(yè)生涯做好了準(zhǔn)備。

但是，在項目教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)了一些問題：第一，學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)知識解決實際問題的能力有待提高。第二，學(xué)生的創(chuàng)新能力不強(qiáng)，只有小部分同學(xué)能夠在設(shè)計中加入創(chuàng)新的元素。第三，學(xué)生不夠重視項目總結(jié)課，鮮有學(xué)生能夠提出自己究竟從項目中獲得了哪些技能。

三、結(jié)語

以行動為導(dǎo)向的項目教學(xué)，是高等教育課程改革的方向，也是培養(yǎng)合格工程人員的要求。教學(xué)重點倡導(dǎo)學(xué)生的主動參與，勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜索和處理信息的能力、獲取新知識的能力以及交流合作的能力。根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和實際安排教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)中，一次課堂教學(xué)信息量和難度不宜過大，要邊做邊學(xué)，學(xué)生把看到的、聽到的、手上做到的結(jié)合起來思考，就會發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而解決問題。所以說，實施項目教學(xué)，教師不是學(xué)生具體學(xué)習(xí)過程的主導(dǎo)者，不起直接的主導(dǎo)作用，而是指導(dǎo)者，是項目內(nèi)容的設(shè)計者，項目計劃的制定者，是動態(tài)教學(xué)的調(diào)控管理者。實施項目教學(xué)，學(xué)生的自主性強(qiáng)，自由度大，教師備課量增加，動態(tài)管理事務(wù)多，要求也高。

項目教學(xué)作為一種新型的教學(xué)方式，對學(xué)生和教師都具有一定的挑戰(zhàn)性，有待于我們在不斷的探索和實踐中逐漸完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜大源.職業(yè)教育的教學(xué)方法論[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2007,25.

[2]張沛云.項目教學(xué)的實施及特點[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009,12（3）：22-23.

篇8

關(guān)鍵詞 電子技術(shù)綜合設(shè)計；實踐能力；創(chuàng)新思維

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）02-0113-02

Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu

Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.

Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking

1 引言

隨著石河子大學(xué)人才培養(yǎng)模式的不斷改革，以及社會對高等教育培養(yǎng)具備實踐能力、創(chuàng)新思維人才目標(biāo)要求的提出，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的重要組成部分[1]，成為當(dāng)下大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。電子技術(shù)綜合設(shè)計是一門實踐性非常強(qiáng)的實訓(xùn)類課程，是電子技術(shù)人才培養(yǎng)成長的必由之路。由學(xué)生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試電子電路，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握綜合模擬、數(shù)字、高頻電路知識，解決電子信息方面常見實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生電子電路設(shè)計與EDA（Electronic Design Automation）調(diào)試工具的使用方法，以及開展項目管理的基本方法。

2 現(xiàn)狀

以往的教學(xué)安排中主要側(cè)重電子電路的設(shè)計和仿真，留給學(xué)生自己用于思考和設(shè)計的時間有限，設(shè)計基本停留在紙上和計算機(jī)上。因此，教學(xué)效果很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。雖然W生在參加接下來的相關(guān)課程的課程設(shè)計、大學(xué)生訓(xùn)練計劃、全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、畢業(yè)設(shè)計時理論分析能力得到提高，但實際設(shè)計和調(diào)試時卻出現(xiàn)大量問題很難得到快速解決的現(xiàn)象。所以，這種教學(xué)模式不再適應(yīng)目前新的人才培養(yǎng)方案對于電子信息工程專業(yè)提出的要求以及創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3 課程改革探索與實踐

電子技術(shù)綜合設(shè)計課程的改革與探索主要從課程教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)實施、教學(xué)方法、考核方法和教學(xué)效果等幾個方面進(jìn)行。

課程目標(biāo) 電子技術(shù)綜合設(shè)計將學(xué)生已學(xué)過的電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路以及高頻電路等課程的知識綜合運用在該課程中[2]，從而培養(yǎng)學(xué)生具備電子元器件的識別和選擇，電子電路仿真和電路設(shè)計軟件的使用，電子電路的分析和設(shè)計以及實際應(yīng)用電路項目的開發(fā)、管理等綜合能力，使學(xué)生切實經(jīng)歷從原來課本上的電路到EDA軟件的仿真電路再到實際看得到、摸得著的電路的實現(xiàn)過程。該課程是對現(xiàn)有課程體系的完善和補(bǔ)充[3]，幫助學(xué)生拓展視野，提升學(xué)生參加課外科技活動、校級SRP（Student Research Project）活動、國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃以及全國電子設(shè)計競賽等專業(yè)競賽的興趣和畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量與水平。

教學(xué)內(nèi)容 課程的主要內(nèi)容按照基本知識驗證、專業(yè)知識綜合、創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的原則進(jìn)行安排，主要包括：常用電子元器件基礎(chǔ)知識；常用電子測量儀表的使用；電路仿真軟件的使用；印刷電路板的設(shè)計與實現(xiàn)；電子電路系統(tǒng)設(shè)計方案提出、論證、設(shè)計、元件焊接、系統(tǒng)調(diào)試；撰寫總結(jié)報告、答辯等。

1）常用電子元器件基礎(chǔ)知識：主要講解電阻、電容、電感、電位器、變壓器等常用元件的區(qū)分，還包括一些電子常用術(shù)語，比如單面板、雙面板、焊盤、焊接面、虛焊、橋接等。

2）常用電子測量儀表的使用：包括萬用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源的基本使用方法。

3）電路仿真軟件的使用：主要講解電路仿真軟件Multisim的使用。

4）印刷電路板的設(shè)計與實現(xiàn)：Altium Designer軟件中電路原理圖的繪制和PCB圖的繪制方法。

5）電子電路系統(tǒng)設(shè)計方案提出、論證、設(shè)計、元件焊接、系統(tǒng)調(diào)試：對全班學(xué)生進(jìn)行分組，四個人一組，每組一個設(shè)計題目，每組經(jīng)過方案的提出、討論、修改、教師審核、論證后設(shè)計出電路仿真圖，仿真沒有問題后設(shè)計PCB圖，然后制成單面板進(jìn)行元件焊接、調(diào)試。

6）撰寫總結(jié)報告、答辯：系統(tǒng)設(shè)計完成后，每組撰寫總結(jié)報告，提出系統(tǒng)的優(yōu)點和設(shè)計不足，以及設(shè)計過程中自己的心得體會，最后制作幻燈片進(jìn)行課程匯報答辯。

教學(xué)實施 在完成各個教學(xué)內(nèi)容時，課程采用項目驅(qū)動的方式使學(xué)生在掌握理論知識的同時，實踐能力也得到不同程度的提高。整個教學(xué)過程分為4個項目進(jìn)行，通過項目的完成，學(xué)生逐步完成課程的學(xué)習(xí)，綜合能力也在不知不覺中得到鍛煉。

1）基本元件及電路測試項目。教學(xué)內(nèi)容的前兩部分講解完成后，要求每個學(xué)生進(jìn)行基本元件參數(shù)的測試、電路虛焊、雙面板線路測試等。通過該項目，學(xué)生掌握電子元件與電路測試的基本方法和常用測量儀器的使用方法。

2）電子電路設(shè)計和仿真項目。在該項目中，教師首先講解電路仿真軟件Multisim的使用方法，然后以實例設(shè)計一個兩級晶體管放大電路。在此過程中，教師從元件參數(shù)的選取、放大倍數(shù)的計算、系統(tǒng)測試和修改等方面給學(xué)生進(jìn)行講解。講解完成后，學(xué)生參考實例設(shè)計一個放大倍數(shù)不同的晶體管放大電路作為練習(xí)。練習(xí)完成后，全體學(xué)生設(shè)計一個波形發(fā)生電路用來產(chǎn)生方波、三角波信號。學(xué)生設(shè)計過程中可相互交流，碰到問題可詢問教師，最終完成項目預(yù)期目標(biāo)。該項目完成后，學(xué)生可以掌握電路仿真軟件的使用方法和電路設(shè)計的基本原則。

3）電子電路制板與焊接調(diào)試項目。前兩階段的項目完成后，教師講解電路制板軟件Altium Designer的使用方法和手工腐蝕法制作單面電路的流程，講解和制作過程以上一個項目中的兩級晶體管放大電路為例，講解的過程中學(xué)生如果有問題可隨時提出，教師進(jìn)行解答。最終要求學(xué)生自己實現(xiàn)一個兩級晶體管放大電路的印刷電路板的繪制，以及電路的腐蝕、焊接、通電調(diào)試。通過該項目，學(xué)生掌握了電子電路從書本的理論知識到實物實現(xiàn)的過程。

4）C合設(shè)計與總結(jié)項目。學(xué)生按學(xué)號進(jìn)行隨機(jī)選題，題目內(nèi)容涵蓋模擬電路（如連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源）、數(shù)字電路（如循環(huán)彩燈控制器）、高頻電路（如小信號阻容耦合放大電路設(shè)計）。題目選定后，題目相同的學(xué)生分成一組，組建項目小組。項目組成員提出設(shè)計方案，經(jīng)過理論論證，設(shè)計完成仿真電路和PCB電路，然后采用手工腐蝕法實現(xiàn)電路系統(tǒng)的板面布線，最后進(jìn)行元件焊接和調(diào)試。系統(tǒng)完成后，整個課程基本接近尾聲，每組學(xué)生要對自己的設(shè)計方案進(jìn)行匯報答辯。通過該項目，學(xué)生掌握了復(fù)雜電路的設(shè)計與實現(xiàn)，以及團(tuán)隊合作完成項目設(shè)計、管理、總結(jié)的過程。

教學(xué)方法 課程的教學(xué)方法，打破傳統(tǒng)理論課程完全靠教師講授以及實驗課程以學(xué)生動手為主的模式，采用教師講授、項目訓(xùn)練、學(xué)生參與設(shè)計和討論、分析講解和答辯的形式。學(xué)生有機(jī)會表達(dá)自己的觀點和設(shè)計思路，充分調(diào)動積極參與的興趣。

考核方法 課程的總評成績由5個部分組成：考勤10%+課程表現(xiàn)10%+項目完成情況30%+課程答辯情況20%+課程報告30%。新的考核標(biāo)準(zhǔn)打破原來課程總評成績主要由平時成績、設(shè)計成績兩部分組成的模式，主要以學(xué)生在教學(xué)實踐活動中的參與度和完成度作為考量，注重學(xué)生實踐能力和綜合能力的培養(yǎng)。

教學(xué)效果 經(jīng)過兩周的項目驅(qū)動訓(xùn)練和實踐環(huán)節(jié)的總結(jié)，學(xué)生對于測量儀器的使用更加熟練，對常用電子元器件的選用和封裝了解得更為清楚，對電子電路的設(shè)計和實現(xiàn)更加有信心，分析問題、解決問題的能力得到了很大的提高。

4 結(jié)論

課程改革和實踐在石河子大學(xué)電子信息工程2012級、2013級和2014級為期兩周的電子技術(shù)綜合設(shè)計課程中進(jìn)行，學(xué)生對于課程內(nèi)容安排和各個環(huán)節(jié)的設(shè)計比較歡迎，加大了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程實施的整個過程側(cè)重基礎(chǔ)能力培養(yǎng)，將項目管理理念貫穿整個課程的始終，加大創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生在后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計和課外科技活動中凸顯了較強(qiáng)的實踐和創(chuàng)新能力。■

參考文獻(xiàn)

[1]吳大鵬，黃沛昱.“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計”課程建設(shè)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2014，36（6）：41-43.

篇9

關(guān)鍵詞：CAN總線；RS232；復(fù)用轉(zhuǎn)換接口；通信協(xié)議；可編程直流電源

中圖分類號：TP336

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）23-0041-03

在各種電子設(shè)備的開發(fā)、使用中，直流電源是一種必不可少的儀器，目前國內(nèi)所使用的電源大多只有固定電壓輸出（例如常用的有±5V、±12V或±15V）或通過電位器進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，輸出精度和穩(wěn)定性也不高，容易產(chǎn)生漂移，無法進(jìn)行設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制。本文應(yīng)用CAN總線和RS232通信技術(shù)，研究一種復(fù)用串口，解決主機(jī)與電源設(shè)備從機(jī)之間實時通信問題，進(jìn)而對高精度可編程電源進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與運行控制，設(shè)計出硬件電路，提出一種通信軟件解決方案。

1　高精度直流電源的整體結(jié)構(gòu)及主要通信功能分析

本文研究的高精度可編程電源以單片機(jī)控制模塊為核心，由主電源模塊、串并聯(lián)控制模塊、電流電壓反饋控制與保護(hù)模塊、按鍵設(shè)置、液晶顯示、接口等模塊組成。在電源中，應(yīng)用PID以及現(xiàn)代控制理論，通過12位A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對輸出電壓/電流的控制，得到較高分辨率及精確度，并要求可對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與控制。電源的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，可配合上位機(jī)及其界面對設(shè)備進(jìn)行單臺或多臺的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)化控制中，很多測試設(shè)備都以單片機(jī)、ARM等處理器為核心進(jìn)行控制，內(nèi)部可提供串口通信信號，用于對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與運行控制等。如提供USB或RS232等接口，但它們只能是短距離傳輸，多臺設(shè)備協(xié)同使用時，組網(wǎng)監(jiān)測與控制不便，性能也不穩(wěn)定，尤其在較大的干擾環(huán)境下，不能有效工作，而控制器局域網(wǎng)CAN已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，在各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。因此，本文設(shè)計一種通過CAN總線或RS232接口與計算機(jī)（PC）聯(lián)機(jī)組網(wǎng)的接口電路用于聯(lián)接主機(jī)，實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與

控制。

圖1　電源節(jié)點電路原理方框圖

根據(jù)電源的功能分析得知，需要進(jìn)行在線調(diào)整與控制的功能可分為兩類，在查詢與讀出方向主要有：各組運行的串并聯(lián)狀態(tài)查詢、各組輸出電流、電壓實時顯示；在設(shè)置與控制方向主要有：起?？刂?、串并聯(lián)控制、各組運行參數(shù)設(shè)置、各種保護(hù)功能設(shè)置等。電源的這些功能必須通過接口電路與主機(jī)進(jìn)行信息交換才能實現(xiàn)，可簡化為58條

指令。

2　方案設(shè)計

在設(shè)備的整體設(shè)計中，考慮其功能的復(fù)雜性，將硬件電路功能劃分成不同的模塊進(jìn)行設(shè)計，并通過各自的接口進(jìn)行模塊之間的聯(lián)接，同樣，復(fù)用通信接口也設(shè)計成一個獨立的模塊，使其一端與主控制器的通信接口聯(lián)接，另一端與電腦聯(lián)接。本文接口電路采用兩套信號采集與轉(zhuǎn)換方案。

方案1的CAN總線和RS232復(fù)用轉(zhuǎn)換接口由RS232通信接口并聯(lián)CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口組成。RS232通信接口包括設(shè)備串行輸出端、MAX232轉(zhuǎn)換模塊和陰頭9針復(fù)用接口等部分，設(shè)備通過其串行輸出端、MAX232轉(zhuǎn)換模塊和陰頭9針復(fù)用接口的2、3、5腳與電腦主機(jī)之間進(jìn)行RS232通信；CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口包括設(shè)備串行輸出端、接口處理器、CAN總線控制器、光電耦合器、CAN總線收發(fā)器、總線端電源和陰頭9針復(fù)用接口等部分，接口處理器與設(shè)備串行輸出端連接完成設(shè)備與串口之間的串行信息交換，再由接口處理器通過CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器、光電耦合器、總線端電源和陰頭9針復(fù)用接口與帶有接口卡的電腦主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)或單機(jī)通信，實現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信功能。

方案2中接口單片機(jī)須使用兩個串口，其第二串口與電源設(shè)備進(jìn)行串行通信，通用串口通過MAX232與PC聯(lián)接，實現(xiàn)與主機(jī)的RS232通信功能；CAN與主機(jī)的通信和方案1相同。因此，所有信號均需通過接口單片機(jī)進(jìn)行中間處理或轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)主機(jī)與設(shè)備之間的通信。

圖2　方案1接口電路原理框圖

圖3　方案2接口電路原理框圖

由此可見，方案1使用232通信時為主機(jī)直接與電源控制器進(jìn)行通信與控制，接口單片機(jī)只負(fù)責(zé)CAN與主機(jī)通信，編程簡單；方案2中主機(jī)的所有信息需經(jīng)接口單片機(jī)轉(zhuǎn)接，有利于信息的歸一化處理，也有利于提高指令的安全性，但所使用的單片機(jī)需具有兩個串口，編程也較為復(fù)雜。因此，本文采用方案1的設(shè)計思路。

3　電源接口硬件電路設(shè)計

在CAN接口中的控制器選用SJA1000。選用PCA82C250作為CAN總線的收發(fā)器，它也是CAN協(xié)議控制器和物理層之間的接口，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁干擾性能，內(nèi)部的限流電路具有電路短路時對傳送輸出級進(jìn)行保護(hù)的功能。同時加入光耦電路，即SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連。6N137為高速光隔器件，作為外線路與系統(tǒng)之間的隔離，這樣可有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力和內(nèi)部系統(tǒng)的安全性，并采用兩個完全隔離電源VCC和VDD對光耦部分電路供電，從而達(dá)到光隔目的。主機(jī)節(jié)點由PC機(jī)或接口卡電源供電，所有從機(jī)節(jié)點之間使用同一電源供電，即采用5線制通訊方式。在網(wǎng)絡(luò)終端的兩端各增加一個120Ω的線路匹配電阻，在CANH和CANL引腳后各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過流的沖擊。INT接W77E58的INT0。這樣，可通過中斷方式訪問SJA1000，也可采用查詢方式訪問SJA1000。

本文設(shè)計的CAN總線和RS232復(fù)用接口中，陰頭9針復(fù)用接口J8用做RS232接口時，采用標(biāo)準(zhǔn)的三線法，即腳2、3、5分別接TXD、RXD、GND。用做CAN接口時，腳4、6接總線端電源，總線端電源通過跳線與腳9相接，為其他節(jié)點的總線側(cè)供電，或取消本節(jié)點總線端電源，使用其他節(jié)點為本節(jié)點供電。當(dāng)不需要該節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)提供電源，也不需要網(wǎng)絡(luò)為本節(jié)點供電時，不需要跳線連接9腳。CANH、CANL分別與腳7、8相接，當(dāng)本節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中是最后一個節(jié)點，則需在CANH、CANL之間接入電阻值為120Ω。如圖4所示：

圖4　復(fù)用接口接線圖

4　串口電路工作過程

該接口電路主要有兩種工作模式：其一為RS232通信，通過開關(guān)S1給MAX232等部分供電，斷開VDD。此時，電源的CPU通過MAX232直接與主機(jī)聯(lián)接，從而實現(xiàn)點對點主從通信。其二即為CAN總線通信，接通VDD，斷開開關(guān)S1，將MAX232電源切斷，此時，CAN總線電路供電，設(shè)備通過接口控制器、CAN總線及其接口卡與主機(jī)進(jìn)行通信，即以接口控制器及其電路作為橋梁進(jìn)行設(shè)備與主機(jī)之間的通信。

5　結(jié)語

本文研究了高精度可編程電源工作原理，設(shè)計了一種集RS232和CAN總線集成的接口電路，可方便地與計算機(jī)聯(lián)機(jī)組網(wǎng)，實現(xiàn)多點或點對點通信，有利于進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整與維護(hù)。在CAN組網(wǎng)中，采用了光電隔離等措施，通過濾波和錯誤處理機(jī)制，保證主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，提高設(shè)備的可靠性和安全性。可實現(xiàn)節(jié)點之間較長距離的數(shù)據(jù)通信，有效提高傳輸過程中系統(tǒng)的抗干擾能力，可通過主機(jī)節(jié)點對多個從節(jié)點同時進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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[2]　Philips Semiconductors data sheet PCA82C250 CAN controller interface. 2000，1．

[3]　唐義鋒．維修電工與實訓(xùn)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2010．

[4]　唐義鋒，陳新華，等．CAN總線在干燥設(shè)備水分在線測定中的應(yīng)用[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2008，（12）．

[5]　唐義鋒，李志坤．基于CAN總線的電工實驗指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計[J]?．電子工程師，?2007，（8）．

篇10

關(guān)鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業(yè)當(dāng)中，有很多生產(chǎn)過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進(jìn)行混合攪拌，然后出料。為了高效準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對攪拌生產(chǎn)工藝過程當(dāng)中的液體重量、溫度、加工效率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。其中最重要的環(huán)節(jié)就是靈活應(yīng)對液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應(yīng)釜內(nèi)的重量數(shù)據(jù)、送入EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入PLC，利用PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動、自動、配方管理等控制畫面，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，靈活應(yīng)對液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產(chǎn)流程

1.1 液料攪拌生產(chǎn)流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產(chǎn)流程分析

根據(jù)液體混合攪拌裝置的實際生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，和反應(yīng)釜毛重比較，如果有液體未排除，產(chǎn)生聲效、燈光報警。每種液體的重量由生產(chǎn)工藝決定，利用觸摸屏進(jìn)行配方管理，實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的生產(chǎn)。在流程圖中只寫出A料、B料，在實際生產(chǎn)中可以根據(jù)工藝實現(xiàn)多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時間T可以通過觸摸屏根據(jù)加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統(tǒng)設(shè)計

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在軟件的協(xié)調(diào)下實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測與控制。本系統(tǒng)的硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數(shù)據(jù)采集，EM235把采集來的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，PLC負(fù)責(zé)對采集來的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行處理產(chǎn)生控制輸出，觸摸屏完成自動、手動、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行攪拌。當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發(fā)送攪拌信號，控制攪拌電機(jī)工作。變頻器要設(shè)置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

如硬件框圖所示，本方案當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集采用KM02A重量變送器采集重量數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換的模擬量送入EM235模塊，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，然后送入PLC進(jìn)行程序處理。KM02A重量變送器以工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，提供了使傳感器與控制接口實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應(yīng)釜內(nèi)液體的重量轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷?～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據(jù)EM235模塊上的6個DIP開關(guān)的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時只能選擇一個電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當(dāng)變送器距離PLC較遠(yuǎn)時，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以電壓信號適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質(zhì)，內(nèi)阻很大，當(dāng)PLC的模擬輸入模塊輸入電流時，輸入阻抗很低一般會≤250 Ω。線路上的干擾信號在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)環(huán)境溫度超過60℃時要確保電源電壓不能超過24 V。實際應(yīng)用時要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進(jìn)入重量變送器內(nèi)部。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PLC程序

PLC程序要協(xié)調(diào)硬件完成預(yù)定的功能。根據(jù)上述，本系統(tǒng)中PLC程序主要完成自動控制程序、手動控制程序、模擬量數(shù)據(jù)的處理程序。

自動控制程序可以調(diào)用配方自動完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動控制程序可以完成手動的啟動、停止、手動的正反向攪拌控制。

模擬量數(shù)據(jù)的處理程序是程序運行的核心，負(fù)責(zé)把測得重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強(qiáng)的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實現(xiàn)整數(shù)和實數(shù)之間的數(shù)據(jù)處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設(shè)定好數(shù)值的輸入輸出存儲器，轉(zhuǎn)化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉(zhuǎn)換。濾波、數(shù)值類型轉(zhuǎn)化、求標(biāo)度值等都無需手動編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會涉及到反應(yīng)釜本身毛重的問題，有三個辦法可以解決：1）稱好反應(yīng)釜重量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應(yīng)釜毛重。2）在變送器側(cè)調(diào)零，在反應(yīng)釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側(cè)設(shè)置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準(zhǔn)時稱得反應(yīng)釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測得的重量。為了方便校準(zhǔn)，本設(shè)計方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動、自動程序中采用軟硬觸點相結(jié)合的方式完成。M點作為和觸摸交換的數(shù)據(jù)的軟觸點，為了實現(xiàn)外部的非觸摸屏控制同時并接I點。I點只需完成外部硬觸點的啟動、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據(jù)選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節(jié)省成本我們可以選用PPI或MPI協(xié)議進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)互換。

為了靈活、快速、直觀的反應(yīng)控制過程，在本系統(tǒng)中利用觸摸屏實現(xiàn)手動操作畫面、自動操作畫面、配方設(shè)置畫面，參數(shù)設(shè)置畫面。各個畫面需滿足監(jiān)控當(dāng)前工作狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)。能完成當(dāng)前工作模式的急停、啟動、停止功能。

手動操作畫面需設(shè)置手動的啟動、停止、手動的正反向攪拌按鈕，電機(jī)速度的設(shè)定，電機(jī)當(dāng)前速度的監(jiān)控、物料重量的監(jiān)控及去毛重按鈕。

自動操作畫面需要設(shè)置每種液料得監(jiān)控，電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流的監(jiān)控，自動啟動停止按鈕。

配方管理畫面需要設(shè)置各種參數(shù)的設(shè)定項，包括電機(jī)正反向轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反向旋轉(zhuǎn)時間設(shè)定、每種物料的重量設(shè)定。在配方管理畫面可以將配方記錄數(shù)據(jù)讀取到觸摸屏，可以把當(dāng)前配方數(shù)據(jù)的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示，能完成把配方數(shù)據(jù)下載到PLC。

4 結(jié)束語

西門子系列PLC在自動控制領(lǐng)域有著其獨特的優(yōu)勢和特點。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統(tǒng)采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動化控制。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子200系列編程手冊[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊[M].KM02A 重量變送器使用手冊[M].