机器狗-电子工艺实习

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北京邮电大学电子工艺实习报告附页11.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）。北京邮电大学电子工艺实习报告附页2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。北京邮电大学电子工艺实习报告附页3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。北京邮电大学电子工艺实习报告附页42.原理图设计与仿真2.1Multisim仿真电路2.2电路仿真波形北京邮电大学电子工艺实习报告附页53.印制板设计3.1电路原理图3.2机器狗的印制板图北京邮电大学电子工艺实习报告附页64.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：声敏传感器麦克光敏传感器光敏三极管磁敏传感器干簧管信号放大单稳态触发器复合管电机北京邮电大学电子工艺实习报告附页7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反偏截北京邮电大学电子工艺实习报告附页8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。北京邮电大学电子工艺实习报告附页9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。干簧管传感器北京邮电大学电子工艺实习报告附页104.3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