【導(dǎo)讀】業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制電壓。電壓報警器的設(shè)計(jì)與制作，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的具體過程及方法。電壓報警器結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時，交流電網(wǎng)電壓的正常波動范圍。為190V～250V，在此范圍內(nèi)，報警器不發(fā)聲。當(dāng)電壓超過250V時，報警器發(fā)出兩種頻率交替的“嘀-嘟”聲；防止因欠壓和過壓而帶來的不必要的損失。閃變，嚴(yán)重影響視覺，使人無法正常生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)。本文介紹的是采用555芯片及。陶瓷蜂鳴器構(gòu)成報警器；自動測量當(dāng)前電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)電壓采樣通過電阻的分壓獲得，并采用多片LM324運(yùn)放芯片為核心及相關(guān)元器件構(gòu)成比較電路。

　　

【正文】 (2)按照 “先大后小，先難后易 ”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件等應(yīng)優(yōu)先布局。布局中應(yīng)參考原理圖的設(shè)計(jì)原理，根據(jù)信號的流向等規(guī)律安排主要元器件 。 (3)按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局，相同結(jié)構(gòu)的電路部分要盡xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 可能采用 “對稱式 ”標(biāo)準(zhǔn)布局 。 (4)元件布局時，應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來的電源分割。完成同一功能的電路，應(yīng)盡量靠近放置，并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔。同時，調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡短 。 (5)對于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度，除 溫度檢測元件以外的溫度敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件放置，必要時還應(yīng)考慮熱對流措施。高電壓、大電流信號與小電流、低電壓的弱信號要分開，模擬信號與數(shù)字信號要分開，高頻信號與低頻信號要分開，高頻元器件的間隔要充分 。 (6)同類型插裝元器件在 X 或 Y 方向上應(yīng)朝一個方向放置，同一種類型的有極性分立元件也要力爭在 X 或 Y 方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn) 。 (7)每個集成電路 IC 最好加一個去耦電容， IC 去耦電容的布局要盡量靠近 IC 的電源管腳，并使之與電源和地形成的回路最短 。 (8)布局完成后應(yīng)檢查器件封裝的正確性，并且確認(rèn)單板、背板 和接插件的信號對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)確認(rèn)無誤后方可開始布線。 布線 一個好的布局是重要的，但是一個好的布局只是為 PCB 板圖的設(shè)計(jì)打下了一個好的基礎(chǔ)，布線是整個 PCB 設(shè)計(jì)中最重要的工序。這將直接影響著 PCB 板的性能好壞。在 PCB 的設(shè)計(jì)過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時 PCB 設(shè)計(jì)時的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，認(rèn)真調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著 是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實(shí)現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進(jìn)行： (1)一般情況下，首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬。還有就是遵守 “20H規(guī)則 ”，由于電源層和地 層的電場是變化的，在板的邊緣會向外輻射電磁干擾，稱為邊緣效益。這樣我們通過將電源層內(nèi)縮，使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)，以一個 H(電源和地之間的介質(zhì)厚度 )為單位，若內(nèi)縮 20H 則可以把 70%的電場限制在接地層邊沿內(nèi)。 (2) PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角，盡可能采用 45176。的折線布線，不可使用 90176。折線，以減小高頻信號的輻射，要求高的線還要用雙弧線。 (3)器件去耦規(guī)則：在 PCB 板上增加必要的去耦電容，濾波電源上的干擾信號，使電源穩(wěn)定。在多層板中，對去耦電容的位置一般要求不太高。但對雙層板，去耦電容的布局及 電源布線方式等直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 再供器件使用，同時還要充分考慮到期間產(chǎn)生的電源噪聲對下游的器件的影響，一般來誰，采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電源模式 。 (4)為防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，一般盡量縮短高頻部分的布線長度，同時對模擬與數(shù)字電路應(yīng)分別布置在 PCB 板的兩面，分別使用不同的層布線，中間用地層隔離的方式。 (5)振蕩器外殼接地，時鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零 。 (6)預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線 (如高頻線 )進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，以避免平行走線容易產(chǎn)生寄生耦合和層間的竄擾。 (7)設(shè)計(jì)布線時應(yīng)讓布線長度盡量短，以減少由于走線過長帶來的干擾為問題，特別是一些重要信號線，如時鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。一般不要出現(xiàn)一端浮空的布線，以避免出現(xiàn) “天線效應(yīng) ”，減少不必要的干擾輻射和接受，否則帶來不可預(yù)知的結(jié)果 。 (8)任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量小，這樣對外的輻射 越少，接收外界的干擾也越小。信號線的過孔要盡量少，關(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地來盡量減小信號的回路面積。 最后要進(jìn)行布線優(yōu)化和絲印，俗話說 “沒有最好的，只有更好的 ”，不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì)，等你畫完之后，再去看一看，還是會覺得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是：優(yōu)化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了 (Placepolygon Plane)。鋪銅一般鋪地線 (注意模擬地和數(shù)字地的分離 )，多層板時還可能需要鋪電源。對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔 和焊盤去掉。同時，設(shè)計(jì)時正視元件面，底層的字應(yīng)做鏡像處理，以免混淆層面。 設(shè)計(jì)評審 PCB 板圖設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)相應(yīng)的質(zhì)量評審要求，對設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)評審。評審的內(nèi)容大體分為下面幾個方面： (1)檢查定位孔、定位件等機(jī)械尺寸是否與結(jié)構(gòu)圖一致。 (2)檢查高頻、高速、時鐘等易受干擾的信號線，是否回路面積最小、是否遠(yuǎn)離干擾源，是否有多余的過孔和繞線、是否跨地層分割區(qū)。 (3)檢查晶體、變壓器、光耦、電源模塊下面是否有信號線穿過，應(yīng)盡量避免在其下面穿線，特別是晶體下面應(yīng)盡量鋪設(shè)接地的銅皮。 (4)檢查器件的序號是否有序排列，絲印標(biāo)示等是否覆蓋焊盤、過孔等。 (5)檢查布線完成情況是否百分之百，是否有線頭，是否有孤立的銅皮。 PCB 圖 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 電網(wǎng)電壓報警 PCB底層鋪銅 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 電網(wǎng)電壓報警 PCB頂層鋪銅 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 5 章 電網(wǎng)電壓異常報警器仿真調(diào)試 電源電路連接與調(diào)試 由于本設(shè)計(jì)使用了集成穩(wěn)壓芯片，其穩(wěn)壓性能比較理想，所以調(diào)試較為簡單。 首先將輸入電壓設(shè)為交流 220V，然后測量整流濾波后的電壓是否為直流 18，測量并調(diào)整采樣點(diǎn)電壓為 3V。 測量 7805 輸出是否為穩(wěn)定的 5V輸出。 將輸入電壓分別設(shè)為交流 190V和 250V，測量整流濾波后電壓，與理論值比較大致相當(dāng)。測量采樣點(diǎn)電壓并與理論值比較，應(yīng)與理論值相符。測量 7805 輸出電壓，大致為 5V，有細(xì)小的偏差，穩(wěn)壓效果較好。 比較電路連接與調(diào)試 使用電壓表工具測量兩個基準(zhǔn)電壓點(diǎn)的電壓，調(diào)節(jié)可變電阻，使上下限電壓分別為 。 用穩(wěn)壓電壓源提供電源和模擬的放大信號，然后調(diào)節(jié)電阻可以改變上下限，發(fā)現(xiàn)總是差一定的誤差，經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)是由于電壓表的未調(diào)零和電阻的回程誤差引起的，經(jīng)過改正后，電壓誤差已符合任務(wù)書要求。經(jīng)過實(shí)際測量得到以下參數(shù)： U下限 =； U上限 = 調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)采樣電壓為 時下限臨界報警；當(dāng)采樣電壓為 時上限臨界報警。 采樣電壓 ∞ —— —— —— +∞ 單頻報警信號 高電平 低電平 低電平 雙頻報警信號 低電平 低電平 高電平 報警發(fā)聲電路連接與調(diào)試 將報警發(fā)聲電路連接好，電路連接好后首先給“嘀嘟??”聲控制輸入端加一個高電位的信號，輸出端使用示波器運(yùn)行電路，觀察示波器顯示波形 ，為高低兩種頻率相間的方波（方波形狀有些失真）。運(yùn)行一段時間后（看工作區(qū)下面的運(yùn)行時間， 1秒左右即可），停止運(yùn)行，調(diào)整兩組 555 的振蕩頻率，重復(fù)上面的工作，直到聽到的聲音與要求大致相符。 將“嘀 —— 嘀??”聲控制輸入端選通，使用上面的方法調(diào)試“嘀 —— 嘀??”聲。 整機(jī)調(diào)試 將以上各部分連接起來，確保無誤后調(diào)整輸入端電壓使其高于上限或處于上下限電壓之間或低于下限，電路發(fā)出相應(yīng)的報警聲或不報警。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 至此，方案調(diào)試完畢。 試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 理論值 測量值 7812 12V 7805 5V 整流橋輸出 不帶負(fù)載的變壓器輸出 16V 負(fù)載的變壓器輸出 16V xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 結(jié) 論 2020 年 3 月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3 月初，在與導(dǎo)師 的交流討論中我的題目定了下來，是：電網(wǎng)電壓報警器制作。當(dāng)選題報告，開題報告定下來的時候，我當(dāng)時便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 在搜集資料的過程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個筆記本。我在學(xué)校圖書館，工大圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝通 。 4 月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 4 月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。 5 月開始進(jìn)行相關(guān)圖形的繪制工作和電路的設(shè)計(jì)工作。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了 dxp 及 multism的繪圖技術(shù)，以及 pcb 技術(shù)。在設(shè)計(jì)電路初期，由于沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺得無從下手，空有很多設(shè)計(jì)思想，卻不知道應(yīng)該選哪個，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸 確立系統(tǒng)方案。方案中 采樣 電路的設(shè)計(jì)是個比較頭疼的問題，在反復(fù)推敲，對比的過程中，最終定下了采用兩片 LM324 運(yùn)算放大器芯片， 我組成員終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整組成員都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我們心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我們的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料 時的激動和興奮；親手設(shè)計(jì)電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實(shí)現(xiàn)時那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多運(yùn)算放大器、 555 電路 的知識，讓我對我所學(xué)過的知識有所鞏固和提高，并且讓我對當(dāng)今 555芯片、 運(yùn)算放大器 最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個過程中，我學(xué)到了新知識，增長了見xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度 ，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此更要感謝我的導(dǎo)師，是你的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受 啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但該設(shè)計(jì)存在一定的局限性，使用該設(shè)計(jì)容易受到外界干擾，雖然電網(wǎng)電壓在正常范圍內(nèi)，報警器可能報警造成誤動作，由于沒有人機(jī)界面，如果有人機(jī)界面的話，更加人性化，現(xiàn)在市場上工控用得最多的是使用 arm9，由于 arm9 能驅(qū)動顯示屏，這樣更加人性化?？上覜]有這個能力去使用 arm9 設(shè)計(jì)，但這些不足值得我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問 題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）