机器狗电子实用工艺实习.docx
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机器狗电子实用工艺实习.docx
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机器狗电子实用工艺实习
北京邮电大学实习报告
实习名称
电子工艺实习
学院
信息与通信工程学院
学生姓名
班级
学号
实习时间
实习地点
实
习
内
容
一、掌握电烙铁的正确使用方法、基本的焊接技术和万用表等常用电子仪表的使用方法;了解常用电子元器件的性能特点、命名、识别及其安装方法。
了解和掌握表面贴装工艺(SMT)的基本知识、工艺流程以及各种常用的EDA工具。
二、掌握机器狗的工作原理,学会识别电路原理图与印刷图;学会半导体二极管、电解电容等有极性元件正负极性的区分,色环(四色或五色)电阻、电感标称数值的读取等,并进一步熟练焊接技术。
三、了解并初步掌握一般电子产品的生产制作、调试与装配的基本技能与方法。
四、整机调试与验收,写实习总结报告。
学生
实习
总结
(附页,不少于2000字)
见附页
实
习
成
绩
评
定
遵照实习大纲并根据以下三方面按百分制综合评定成绩:
1、思想品德、实习态度、实习纪律等
2、技术业务考核、笔试、口试、实际操作等
3、实习报告、分析问题、解决问题的能力
实习评语:
实习成绩:
指导教师签名:
实习单位公章
年月日
1.焊接工艺
1.1焊接工艺的基本知识
焊接是使金属连接的一种方法。
它利用加热手段,在两种金属的接触面,通过焊接材料的原子或分子的相互扩散作用,使两种金属间形成一种永久的牢固结合。
利用焊接的方法进行连接而形成的接点叫焊点。
我们实验中主要是PCB板的焊接。
PCB板焊接工艺从大类上可以分为机器焊接和手工焊接。
1.2焊接工具、焊料、焊剂的类别与作用
1.2.1焊接工具:
(1)手工焊接的最主要工具电烙铁,它是根据电流通过加热器件产生热量的原理而制成。
电烙铁的种类很多,按加热方式可以分为:
直热式、恒温式、吸焊式、感应式、超声波、气体燃烧式等;我们学习的是最简单也是最常用的直热式电烙铁,它还可以根据其加热方式分为:
内热式,外热式和恒温式三种。
电烙铁的作用是:
焊接电子元器件、五金线材及其他一些金属物体。
(2)螺丝刀:
拆装机器狗。
(3)焊盘:
放置烙铁和焊锡
(4)镊子:
焊接时夹持焊锡或元件。
(5)钳子:
剪裁导线、元件管脚和焊锡等
1.2.2焊料:
焊料是指在钎焊中起连接作用的金属材料,它的熔点比被焊物的熔点低,而且易与被焊物连为一体,焊料按组成成分划分,有锡钎焊料,银焊料,铜焊料;按使用的环境分,有高温焊料和低温焊料。
熔点在450°以上的成为硬焊料,熔点在450°以下的成为软焊料。
本次实验中我们使用的焊料是焊锡,焊锡在180C时便可熔化,它具有一定的机械强度,导电性能,抗腐蚀性能,对元器件引线和其他导线的附着力强,不易脱落。
常用的焊锡丝,在其内部夹有助焊剂松香。
焊料的作用是:
在焊料熔化时,在被焊金属不熔化的条件下能浸润被焊金属的表面,并在接触面处形成合金层而与被焊金属连接到一起。
即固定焊脚,电路板和器件电气连接。
1.2.3焊剂:
焊剂是焊接时,能够熔化形成熔渣和气体,对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种物质,包括熔盐、有机物、活性气体、金属蒸汽等。
本实验中,焊剂主要是助焊剂(松香)和阻焊剂(光固树脂)。
助焊剂的作用是:
1、去金属表面的油污和灰尘及氧化膜;2、防止再氧化,因为金属在高温下会加快和空气中的氧气发生氧化的速度,而助焊剂可以将金属结合部覆盖,阻挡空气,防止氧化发生;3、助焊剂还可以降低焊锡的表面张力,促进金属之间的融合。
阻焊剂是板上和板层间的绝缘材料。
1.3焊接方法
(1)实验主要是手工焊接,有六项基本操作:
清除元件表面氧化层→调整管脚形状→插放元件→加热焊接→检查焊接效果(→拆焊)。
(2)其中元件的插放主要有卧式和立式两种方式,如图所示。
(3)加热焊接推荐的是五步焊接法,如图所示,实际熟练之后可不必完全遵循。
焊接具体操作的五步法:
准备、加热、送锡、撤锡、撤离电烙铁。
对于小热容量焊件而言,整个焊接过程不超过2-4秒。
准备:
焊接前的准备工作是检查电烙铁,电烙铁要良好接地,而且导线无破损,连接牢固。
烙铁头要保持清洁,能够挂锡并使电烙铁通电加热。
加热:
加热是指加热被焊件引线及焊盘。
加热时要保证元器件引线及焊盘同时加热,同时达到焊接温度。
电烙铁头加热要沿45度方向紧贴元件引线并与焊盘紧密接触。
送锡:
送焊锡丝是控制焊点大小的关键一步,送锡过程要观察焊点的形成过程,控制送锡量。
撤锡:
当焊盘上形成适中的焊点后,要将焊锡丝及时撤离,且撤离时速度要快。
撤离电烙铁:
撤离电烙铁要先慢后快,否则焊点收缩不到位容易形成拉尖,撤离方向也要与焊盘成45度夹角。
(4)可以按照如图所示的焊接错误示意图检查焊点缺陷。
(5)当焊接出现错误时,就需要用到拆焊技术,拆焊的主要:
烙铁加热焊点→吸锡器吸焊点焊锡→移去烙铁和吸锡器→用镊子拆去元器件。
(6)焊接注意事项:
焊接顺序:
按照先难后易,先低后高,先贴片后插装的顺序进行焊接。
板面布局:
焊接时尽量使元件贴合板子表面,同类元件高度尽量一致,使之美观。
烙铁使用:
烙铁使用前应上锡;焊接时间不宜过长,否则容易烫坏元件,必要时可用镊子夹住管脚帮助散热;焊接完成后,可用酒精清洗残余助焊剂。
注意电烙铁的正确使用,尤其避免烫坏导线发生触电事故。
焊接时间不可太长,不可用力使覆铜拱起。
注意区分有极性元器件的极性。
尽量避免重复焊接。
2.原理图设计与仿真
2.1Multisim仿真电路
2.2电路仿真波形
3.印制板设计
3.1电路原理图
3.2机器狗的印制板图
4.机器狗的焊接、安装及调试
4.1机器狗的基本工作原理
机器狗是声控、光控、磁控机电一体化电动玩具。
主要工作原理:
利用555构成的单稳态触发器,在三种不同的控制方法下,均给以低电平触发,促使电机转动,从而达到了机器猫停走的目的。
即:
拍手即走、光照即走、磁铁靠近即走,但都只是持续一段时间后就会停下,再满足其中一条件时将继续行走。
机器狗工作原理框图:
(1)555构成的单稳态触发电路的工作原理:
555触发器的功能主要由两个比较器C1和C2决定,比较器的参考电压由分压器提供,在电源和地之间加Vcc电压,并让Vm悬空时,上比较器C1的参考电压为2/3Vcc,下比较器C2为1/3Vcc。
下图为555定时器结构框图:
单稳态触发器电路平时,即触发信号未到来时,总处于一种稳定状态。
在外来触发信号的作用下,它能翻转成新的状态。
但这种状态是不稳定的,只能维持一定时间,因而称之为暂稳态(简称稳态)。
暂态时间结束,电路能自动回到原来状态,从而输出一个矩形脉冲,由于这种电路只有一种稳定状态,因而称之为“单稳态触发器”,简称“单稳电路”或“单稳”。
单稳电路的暂态时间的长短tw,与外界触发脉冲无关,仅由电路本身的耦合元件RC决定,因此称RC为单稳电路的定时元件。
tw=RCln3≈1.1RC。
下图为单稳态触发电路及其工作波形。
(2)声控工作原理:
平时,声敏元件麦克风V1没有声音激发时,其导电率很低,且呈高阻抗,使得Q1反偏截止,电源通过R10加在Q2的基极上Q2截至,IC1的2脚输入高电平,处于复位状态,3脚输出低电平,M1关断,则电机没有工作,机器狗保持静止状态。
当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时,其内部会产生一系列电子密度的变化,因而麦克风V1电阻变得很小。
这时,声波检测信号通过C1直接耦合到Q1的基极上而导通,并且反向,再通过C3直接耦合到Q2的基极,与通过R10的电压叠加变成高电平,Q2导通,使得ICI等元件组成的单稳态电路2脚输入从高电平跳变为低电平,IC1被触发翻转,3脚输出高电平,M1开通,电动机开始工作,机器狗便开始行走了,同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。
当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时,D2被导通,将直接加到Q3的基极上,Q3被导通,进而Q2被截止,IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。
IC1处于复位状态。
由于声波的延续,使得声敏元件麦克风V1连续不断地受到声波的作用,则IC1的2脚会不断得到触发,3脚持续输出高电平,这时该电路将一直驱动电机M1工作,机器狗会持续行走,直到声波消失。
(3)光控、磁控工作原理:
当光敏三极管或干簧管被激发时,他们可以直接将光信号、磁信号转变为电信号,使得IC1等元件组成的单稳态电路2脚由高电平跳变为低电平,从而IC1被触发翻转,3脚输出高电平,M1开通,电动机开始工作,机器狗便开始行走了,同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。
当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时,D2被导通,将直接加到Q3的基极上,Q3被导通,进而Q2被截止,IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。
IC1处于复位状态。
由于光信号、磁信号的延续,使得光敏接收管和干簧管连续不断地受到光信号、磁信号的作用,则IC1的2脚会不断得到触发,且3脚持续输出高电平,这时该电路将一直驱动电机M1工作,机器狗会持续行走,直到光信号或磁信号消失为止。
4.2元器件的识别与测试
4.2.1元件的识别
电阻:
五环色环电阻,根据棕1,红2,橙3,黄4,绿5,蓝6,紫7,灰8,白9,黑0。
前3环代表的是具体阻值,第4环是倍率,第5环是精度。
电解电容:
有极性,正负极可由引脚长度判定:
长为正,短为负;如果长度一致,还可以从电容外包装颜色判定,一般较多颜色的那边为正,较少颜色那边为负。
电容容值和单位一般直接标注在电容的外包装上。
瓷片电容:
无极性,一般用3位数字标注容值,前两位为具体值,第3位为倍率,默认单位为pF(皮法)。
三极管:
外包装基本一致,在管身平面会有具体型号标识。
4.2.1元件的测试
元器件名称
测试内容及要求
电阻
阻值是否合适
二极管
正向导通,反向截止。
极性标志是否正确(注:
有色环的一边为负极性)
三极管
判断极性及类型:
8050、9014(D)为NPN型β值大于200。
电解电容
是否漏电
极性是否正确
光敏三极管
(红外线接收管)
由两个PN结组成,它的发射极具有光敏特性。
它的集电极则与普通晶体管一样,可以获得电流增益,但基极一般没有引线。
光敏三极管有放大作用,如图。
当遇到光照时,C、E两极导通。
测量时红表笔接C。
干簧管
(舌簧开关)
由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成,密封于玻璃管中,舌簧端面互叠留有一条细间隙,触电镀有一层贵金属,使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。
当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时,开关两个舌簧磁化,若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力,舌簧被吸引力作用接触导通,即电路闭合。
一旦磁场力消除,舌簧因弹力作用又重新分开,即电路断开。
我们所用的干簧管属常开型。
麦克风
(声敏传感器)
是把外界声场中的声信号转换为电信号的传感器。
用万用表电阻档黑表笔接麦克风正极(芯线),红表笔接麦克风负极,吹一吹麦克风,电阻应有明显的变化,反接则电阻变化很小。
连接驻极体话筒可以使用双股电线,但使用屏蔽线能有效地减少噪音。
4.3机器狗的焊接
(1)打开机器狗壳,电动机已固定在机壳底部,把电动机已连接电池负极断开(焊下电动机端)接电路板V-端,自断开的电动机端引一根J1线至电路板M-,自电动机另一端引一根J2线至电路板M+,使其完成经过电路板控制的闭合回路。
音乐芯片连接在电池负极的那一端改接至电动机的负极,使其在狗行走的时候才发出叫声。
(2)板上M+与V+相连,顾不再单独连线。
(3)磁控:
由印制板上的“磁控+、-”(R+、R-)引两根线J3、J4,分别搭焊在干簧管(磁敏传感器)两腿,放在猫后部,应贴紧机壳,便于控制。
干簧管没有极性。
(4)红外接收管(白色):
由印制板上的“光控+、-”(I+、I-)引两根线J5、J6搭焊到红外接收管的两个管腿上,其中一条管腿套上热缩管,以免短路,导致打开开关后狗一直走个不停。
应注意的是:
红外接收管的长腿应接在“I-”上。
在狗机壳前面的小挡板上打个孔,将红外接收管固定住。
(5)声控部分:
屏蔽线两头脱线,一端分正负(中间为正,外围为负)焊到印制板上的S+、S-;另一端分别贴焊在麦克风(声敏传感器)的两个焊点上,但要注意极性,且麦克极易损坏,焊接时间不要过长。
焊接完后麦克安在狗前胸。
(6)通电前检查元器件焊接及连线是否有误,以免造成短路,烧毁电机发生危险。
尤其注意在装入电池前测量“电源-”(V-)、“电源+”间是否短路,并注意电池极性。
4.4机器狗的组装
电路板与机器狗机械电气连接完毕后,装电池先进行初步测试,测试成功后再装外壳。
(1)将电路板放入猫的电动机的上方,小心线的情况,避免短路。
(2)将干簧管放在猫的后部,紧贴机壳。
(3)将麦克风放在猫的前胸。
(4)将红外接收管固定在猫的机壳前面的小挡板的小孔上。
(5)简单测试完后再组装机壳,注意螺丝不宜拧的太紧,以免塑料外壳损坏。
装好后,分别进行声控,光控,磁控测试,均有“走——停”过程即算合格。
4.5机器狗的调试
检查电路焊接连线都无误后,装好螺丝,装好电池,猫会走几步就停下,待猫停住后依次测试三种情况:
声,光,磁;猫是否继续走。
如有故障,重新检查电路的焊接和连线情况。
5.实习的总结与心得体会
这次小学期的电子工艺实习,我学到了很多东西,学会了利用电烙铁来焊接电路,软件protel99SE的使用,画出PCB板,学会了用软件Multisim10绘制原理图,进行设计和仿真。
最主要的是第一次接触了电子产品从图纸号实物操作的整个过程,加深了对模拟电路和数字电路在课堂上学到的知识的理解。
当然,这次试验中我还遇到了各种问题,首先是电烙铁的使用要注意安全,以免烫伤自己或者损坏器具;其次,Multisim10设计仿真时由于没有看清元件清单选择元件时发生错误,开关选择错误导致波形错误;使用protel99SE设计时,电路原理图缺少接点、三极管Q3发射极和集电极连接反了,这导致以后PCB的印制发生错误。
机器狗的焊接组装过程仔细认真,注意极性元件正负极不要接反。
这次实习锻炼了我的动手能力和工程实践能力。
虽然刚开始焊接时比较紧张,手有些抖,焊接的不是很美观,但通过练习版三百多个空的焊接练习,焊接技术有了很大的提高,初步掌握了焊接的技巧,在接下来的机器狗焊接中熟练了很多。
这次实习锻炼了我的细心、耐心、恒心,我收获很大。
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