【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)采集而設(shè)計(jì)制作的電路PCB。同時(shí)，也是為了響應(yīng)國(guó)家提出的數(shù)字水利這。樣一個(gè)大背景下，把水利信息化盡快的實(shí)現(xiàn)、完善、壯大起來(lái)。需求分析介紹了針對(duì)水。氣件功能和各種連線要完成的功能，以及整個(gè)要完成的功能。詳細(xì)的展現(xiàn)了系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊、原理圖繪制、PCB的完成所需的準(zhǔn)備步驟。在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，給出了一個(gè)滿足系統(tǒng)功能的完整PCB。通過(guò)反復(fù)的測(cè)試，我

　　

【正文】 果產(chǎn)生雷擊或感應(yīng)時(shí)，繼電路后面的電路可以受到保護(hù)。當(dāng)我們需要數(shù)據(jù)時(shí)，讓 C51 芯片產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，可讓繼電器把電路連接，這樣就可以收集數(shù)據(jù)了。這時(shí)雖然理論上電路損壞的機(jī)率還存在，但機(jī)率已經(jīng)大大降低。 選用的繼電 器可以是小型直流繼電器也可以是一種小型號(hào)的脈沖繼電器，額第 17 頁(yè) 共 23 頁(yè) 定電壓值在 5V 左右，吸收電壓在 左右，釋放電壓在 左右，這樣即能滿足電路要求也可以最大限度的降低功耗。 還有一種可編程的繼電器，通過(guò)軟件編程烤入器件對(duì)電路進(jìn)行控制，可以不用 C51 芯片，但增加了電路復(fù)雜度，和軟件編程。對(duì)簡(jiǎn)單的電路來(lái)說(shuō)有殺雞用牛刀的意味。 (三 )光電耦合隔離 對(duì)于外部工作電路，難免要受到電氣，磁，熱等的一系列干擾，如何降低干擾，使電路處于一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)， 必須采取一定的隔離措施。光耦器件，是當(dāng)前較為流行的一種器件，它較之電 磁等其它的隔離器件有著抗擾性強(qiáng)，不易受外界影響等優(yōu)點(diǎn)，所以它有一種替代其它同類(lèi)產(chǎn)品成為主流的趨勢(shì)。 我們要用的光耦如圖所示： 圖 4－ 13 光藕隔離電路圖 主要元?dú)饧庋b形式 表 4－ 1 主要元器件封裝表 元?dú)饧? 個(gè)數(shù) 封裝內(nèi)型 電容 C 12 電容 CE 11 電阻 R 16 第 18 頁(yè) 共 23 頁(yè) 電阻 R R8 2 10K 電阻 R R5 2 20K 電阻 R3 1 100 MAX813L 1 DIP8 二極管 7 J1 1 AD7705BN 1 DIP16 89C51 1 DIP40 SN75LBC184 1 DIP8 L7805C 1 TO220A MAX1659 2 SO8 HE77KM24 1 HE77KM 12 HEADER 1 SIP12 SN74ALS573CDW (20) 1 S02OW SWDIP8 1 DIP16 MC1403 1 DIP8 HCNR201 1 DIP8 元件布局 通過(guò)了前期 大量的準(zhǔn)備工作，現(xiàn)在我們終于可以開(kāi)始進(jìn)行 PCB 的相關(guān)工作了，首先我們 進(jìn)入 Protel99 的 PCB 版面，我們首先應(yīng)該確定我們制作的板子的物理大小，知道了物理大小后，我們可以在 Mechanical 層先固定板子實(shí)際大小，然后我們?cè)诠潭姎鈱哟笮?，電氣層大小，就是我們把所有元?dú)饧旁谝?guī)定的大小內(nèi)。現(xiàn)在我們就可以把元?dú)饧砑舆M(jìn)來(lái)了， Protel99 有元件自動(dòng)布局功能，但是自動(dòng)布局的效果不是很好，所以我們最好還是手動(dòng)布局。手動(dòng)布局我們應(yīng)該注意以下問(wèn)題： 元?dú)饧捻樞驊?yīng)該盡量按照流程圖，按流程來(lái)排版； 元?dú)饧g的距離，應(yīng)盡量分布均勻； 不要把散熱大的 元?dú)饧旁谝黄穑? 上下、左右之間的距離應(yīng)該適中； 把連線較多，距離短的元?dú)饧旁谝黄穑? 雙面板應(yīng)盡量把元?dú)饧旁谝幻嫔希? 以上布局注意事項(xiàng)綜合考慮，是一個(gè)很難解決好的問(wèn)題，要布局很好的效果圖來(lái)，是非常不容易的，但是只要我們肯花精力、時(shí)間、慢慢的、不焦不躁的認(rèn)真去完成，相信我們必定會(huì)畫(huà)出一個(gè)比較滿意的布局出來(lái)。 第 19 頁(yè) 共 23 頁(yè) 元件布線 當(dāng)我們把所有的元?dú)饧季植己靡院螅?我們就可以開(kāi)始我們的布線工作了，如果你想你制作的 PCB 板子能夠最穩(wěn)定、最快速、最好的服務(wù)，那么你 的布線工作就尤其重要了。當(dāng)然我們可以利用 Protel99 的自動(dòng)布線功能，但是自動(dòng)布線的結(jié)果差強(qiáng)人意。所以，我們只能手動(dòng)布線，以求達(dá)到最好的效果。 手動(dòng)布線我們可以先布電源線，因?yàn)殡娫词俏覀冋麄€(gè) PCB 板子工作的核心，所以我們可以從電源先布線，為了達(dá)到好的效果，電源線和地線都應(yīng)該比其他元?dú)饧木€更粗，各元?dú)饧g布線的距離盡可能的大，這要看我們板子的大小和元?dú)饧亩嗌?，總之要盡可能的大，且布線均勻，還有就是布線我們不應(yīng)該用九十度的折線，我們要用四十五度的折線，避免噪音。 所有元?dú)饧季€工作完成后 ，我們可以進(jìn)行規(guī)則檢查，看看是不是所有元?dú)饧鱾€(gè)引腳都已連上，根據(jù)需要我們可以對(duì)板子 覆銅 ， 覆銅 的大小，應(yīng)該根據(jù)需要而定，不是一味的、憑想象的，電源發(fā)熱量大的地方可以不覆。到這里，我們的整個(gè)工作就基本上完成了，下面應(yīng)該對(duì)板子的功能、性能、穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試了。 生成的 PCB 圖 圖 4－ 14 生成的 PCB圖 通過(guò)以上步驟，我們最終看到了一個(gè)成品。 第 20 頁(yè) 共 23 頁(yè) 5 系統(tǒng) 測(cè)試 測(cè)試環(huán)境 有了 PCB 圖，我們就可以把板子制作出來(lái)了，制作好了以后，我們就開(kāi)始對(duì)板 子進(jìn)行測(cè)試。我們現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室 測(cè)試，如果在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試功能良 好，那么我們?cè)俚阶匀画h(huán)境中去測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)室里，我們通過(guò)模擬軟件對(duì)其進(jìn)行測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)能很好地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)我們通過(guò)瞬間變壓，如果從數(shù)據(jù)采集板子變壓，我們的三級(jí)保護(hù)電路能夠非常迅速的降壓，可以很好地保護(hù)我們電路板一些重要的元器件。同時(shí)， 我們 又模擬了一個(gè)真實(shí)的環(huán)境，我們 需要一個(gè)大水缸，一個(gè)漏斗 ，一臺(tái)微機(jī)（裝有我們所需軟件和良好的硬件環(huán)境）， 一個(gè)符合要求的變壓器，我們通過(guò)漏斗改變水位數(shù)據(jù)變化，經(jīng)過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò) 485 總線輸出，通過(guò)我們的軟件自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選比較，根據(jù)自動(dòng)計(jì)算得出數(shù)據(jù)，得出了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。說(shuō)明我 們的系統(tǒng)能正常的工作且能準(zhǔn)確地完成功能，然后我們?cè)賹?duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，通過(guò)產(chǎn)生幾萬(wàn)伏的高壓且瞬間變化，我們的三級(jí)保護(hù)電路起到了很好的變壓作用 。在實(shí)驗(yàn)室，我們的系統(tǒng)是成功的。 所有好的設(shè)計(jì)產(chǎn)品都會(huì)投入市場(chǎng)，自然環(huán)境下才能最終考驗(yàn)出我們的性能。我們找了一個(gè)自然環(huán)境比較惡劣的水電站，采用我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而且我們也在雷雨多的季節(jié)下，通過(guò)三個(gè)月的實(shí)踐考驗(yàn)，我們的系統(tǒng) 不僅能準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，還能在自然環(huán)境這么惡劣的條件下，長(zhǎng)時(shí)間、正常的工作，說(shuō)明我么的系統(tǒng)是成功的。 通過(guò)我們 的測(cè)試，得出結(jié) 果，此板子滿足了我們所有的需求分析，達(dá)到了預(yù)期的效果，在 反復(fù)測(cè)量中，性能穩(wěn)定，可以應(yīng)用推廣。 小結(jié)：到此我們所研究的課題全部結(jié)束，在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)中， 從最開(kāi)始的分析設(shè)計(jì) ,從電子電路的設(shè)計(jì) ,電子元?dú)饧倪x擇 ,原理圖的繪制 ,封裝形式的整理 ,元件布局 ,到最后的元件布線 ,最后完成了 PCB 的制作。 結(jié) 論 在 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過(guò)程中，我們深刻感覺(jué)到 前期工作的重要性?，F(xiàn)在所有的設(shè)計(jì)人員都十分重視自己前期設(shè)計(jì)工作的素養(yǎng)，把整個(gè)前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都納入嚴(yán)格的管理之中。設(shè)計(jì)工作 的一個(gè)重要方面就是使用新技術(shù) ，應(yīng)用更佳的解決反 方案。在整個(gè)開(kāi)發(fā)中我們感覺(jué)到如果能夠?qū)υO(shè)計(jì)過(guò)程的質(zhì)量加以控制，則可以大幅度的提高系統(tǒng)質(zhì)量。只有在開(kāi)發(fā)工程中嚴(yán)格貫徹質(zhì)量管理，設(shè)計(jì)的 產(chǎn)品的質(zhì)量 才有保證。否則開(kāi)發(fā)工作一旦進(jìn)行到后期，無(wú)論怎樣通過(guò)測(cè)試和補(bǔ)漏洞， 都會(huì)無(wú)濟(jì)于事。 第 21 頁(yè) 共 23 頁(yè) 在作畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我深切體會(huì)到應(yīng)用最佳元?dú)饧谋匾院椭匾悦恳粋€(gè)元?dú)饧荚谙到y(tǒng)中起著舉足輕重的作用，不容忽視 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所有細(xì)小的問(wèn)題我們都應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待，并加以解決，這樣我們才能保證整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，養(yǎng)成開(kāi)發(fā)工作者良好的習(xí)慣。 參考文獻(xiàn) [1] 李飛編 . 單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .成都 :四川大學(xué)出版社 ,2021。 [2] 孫育才編． MCS－ 51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社 ,1998。 [3] 王秀珍編．微型計(jì)算機(jī) A／ D、 D／ A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．北京：清華大學(xué)出版社 ,1984。 [4] 陸坤 .奚大順等《電子設(shè)計(jì)技術(shù)》 .電子科技大學(xué)出版社 ,。 [5] 劉守義編 . 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) .西安電子科技大學(xué)出版社 ,2021。 [6] 曾峰等編著 . PowerPCB 高速電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .電子工業(yè)出版社 ,2021。 [7] 曾峰等編著 . 印刷電路板（ PCB）設(shè)計(jì)與制作（第 2版）》 . 電子工業(yè)出版社 ,。 [8] 谷樹(shù)忠 編著 . Protel 2021 實(shí)用教程 —— 原理圖與 PCB 設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出版社 . 第 22 頁(yè) 共 23 頁(yè) 致 謝 本文是在李中志老師的熱情關(guān)心和指導(dǎo)下完成的，他淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)使我受益匪淺，對(duì)順利完成本課題起到了極大的作用。在此向他表示我最衷心的感謝！ 在論文完成過(guò)程中，本人還得到了李飛老師和何亞青等同學(xué)的熱心幫助，本人向他們表示深深的謝意！ 最后向在百忙之中評(píng)審本文的各位專(zhuān)家、老師表示衷心的感謝！ 作者簡(jiǎn)介： 姓 名：張 茂 性 別： 男 出生年月： 1982 年 1 月 1 日 民 族： 漢 Email: 第 23 頁(yè) 共 23 頁(yè) 聲 明 本論文的工作是 2021 年 2 月至 2021 年 6 月在成都信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系完成的。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。除非另有說(shuō)明，本 文的工作是原始性工作。 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括： （ 1）學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門(mén)遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。 （ 2）學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。 （ 3）學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈(zèng)送和交換學(xué)位論文。 （ 4）學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱。 （ 5）學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）。 除非另有科研合同和其他法律文書(shū)的制約，本論文的科研成果屬于成都信息工程學(xué)院。 特此 聲明！ 作者簽名 : 2021 年 月 日