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离子交换技术在重金属工业废水中的运用.docx

1、B上头没有零件,也常被称为“印刷线路板Printed Wiring Board(PWB)”。2.3 PCB的制造原理挠性银浆印制线路板使用丝网漏印方法得到图形。刚性板所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层),预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成,我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形称单面印制线路板,双面有印制线路图形,再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板,称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四

2、层、六层印制电路板了,也称为多层印制线路板。2.4 PCB的生产过程PCB的生产过程较为复杂,它涉及的工艺范围较广,从简单的机械加工到复杂的机械加工,有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺,计算机辅助设计CAM等多方面的知识。由于其生产过程是一种非连续的流水线形式,任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果,印刷线路板如果报废是无法回收再利用的。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了这些线路被称作导线(conductor pattern

3、)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接为了将零件固定在PCB上面,我们将它们的接脚直接焊在布线上在最基本的PCB(单面板)上,零件都集中在其中一面,导线则都集中在另一面,PCB的正反面分别被称为零件面(Component Side)与焊接面(Solder Side)。 如果PCB上头有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或装回去,那么该零件安装时会用到插座(Socket)由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆装。如果要将两块PCB相互连结,一般我们都会用到俗称金手指的边接头(edge connector),金手指上包含了许多裸露的铜垫,这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接

4、时,我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上。PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的颜色,这层是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置丝网印刷面也被称作图标面(legend)。印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线,经过细致整齐的规划后,蚀刻在一块板子上,提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体,是所有电子产品不可或缺的基础零件。印刷电路板以不导电材料所制成的平板,在此平板上通常都有设计预钻孔以

5、安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来,将电子组件的接脚穿过PCB后,再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。本次实训我们就亲自实践了整个PCB板的制作过程,掌握了生产实际中PCB板的制作技术,很有成就感,对锻炼我们的动手能力有极大的帮助,而且在学校中就学到了对我们很实用的技能,增强了我们的信心,很有意义!第三章 AT89S51单片机介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS 8位微处理

6、器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器6。其主要特性如下:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 AT89S51是市场上开发工程师应用的比较多的一种单片机,市场份

7、额很大,价位在6元左右,比较便宜,我们的课程中也是讲得它,本次实训中我们就选用了AT89S51。第四章 温度传感器41模拟量温度传感器热电偶的应用原理温度传感器热电偶3是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是:测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50+1600均可边续测量,某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269(如金铁镍铬),最高可达+2800(如钨-铼)。构造简单,使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。42 模拟量温度传感器热电阻的应用原理温

8、度传感器热电阻4是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。4.3 TMP122温度传感器TMP12211是一款数字输出温度传感器,其内部的集成电路,带有与SPI接口并采用微型SOT23封装技术。适用于诸如计算机外设热保护、笔记本电脑、手机、恒温控制器、电池管理与环境监控等对空间

9、要求极严格的低功耗系统。其工作温度范围介于 -55C至+150C 之间,其在温度范围为 -25C 至 +85C 时,测量所得温度的精确度在0.5摄氏度以内(最大为1.5C)。该器件具有50uA的极低电流、仅为 0.1uA的关断电流,以及2.7V至5.5V的电源范围等卓越特性,因而是低功耗应用的最佳选择。此外,TMP122 还可为报警引脚提供9至12位的可编程精度以及可编程设置点。TMP122是TI日益壮大的温度传感器产品系列的最新成员,是高精度、多功能及低功耗为一体的完美集成。由于 TMP122 具有可编程功能、纤小的封装以及极大的温度范围,因而可广泛应用于各种各样的应用之中。与模拟量输出的温

10、度传感器相比,数字输出温度传感器可以节约前端调理电路,使电路尺寸减小,稳定度提高,因此,本次实训我们就选用了这种传感器。第五章 数码管简介51数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。数码管由8个发光二极管(以下简称字段)构成,通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外形结构如图5-1所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。图5-1 数码管引脚图

11、52 数码管的工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极(二极管正端)连接在一起。通常,公共阳极接高电平(一般接电源),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时,则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时,要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极(二极管负端)连接在一起。通常,公共阴极接低电平(一般接地),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时,则该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时,要求

12、段驱动电路能提供额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。这次实训设计中我们采用了八段共阴数码管。第六章 项目制作6.1方案认证与电路设计经过同组同学们查阅资料,大家在一起讨论,在分析了几个方案的基础上确定了以下方案。本设计是制作一个电子测温仪,其整体结构如图6-1所示,下面就框图的每一部分作出分析。图6-1:结构框图6.1.1 供电系统因为本系统是采用+5供电,所以从各方面考虑,决定使用性价比较高的三端稳压器7805作为稳压芯片,相关电路如图6-2所示:U2U1图6-2:直流稳压电源原理图查电子手册得知,7805的输入电压是730V,本电路采用12V电压输入。即

13、,交流电经变压、整流、滤波(滤波电容C5=470F)变成12V电压,则有(U2/2)x0.9=12V,即U2=12V/0.9=13.3V。于是U1:U2=220:13.3=16:1(变压比);本电路二极管所承受的最大反向电压为Urm=U2/1.414=19V,即可选用反向击穿电压为Ubr38V的二极管1N4007。图6-2中:C6主要是输入电压的纹波; C8用来消除电路中可能存在的高频噪声,即改善负载的瞬时响应。6.1.2 基于TMP122的测温单元 该单元其实就是一片TMP122数字化温度传感器芯片, 它是以SPI总线方式与控制单元通信。 TMP122适合于恶劣环境的现场温度测量,测量温度范

14、围为 40 +125,在25 +85内测量所得温度的精确度在0.5C以内(最大为1.5C)。该器件具有50uA的极低电流、0.1uA的关断电流,以及2.7V至5.5V的电源范围。下面就TMP122读写命令及寄存器配置做简单说明11。对于TMP122的使用,必须要了解它的相关读、写命令,下面给出了有关的寄存器配置及命令时序图。复合命令时序如图6-3,TMP122对于温度的转换是连续的,当CS 为低电平后,先得到的16位数据就是温度值,先是一个符号位,然后是最高位,格式见表6-1,前13个数据是符号位加12个位的温度值,D2是1, D1、D0是高阻态.。表6-3是几个温度数据格式的具体例子。在温度

15、转换完成后,我们可以将CS变为高电平,表示转换完成,此时不再是复合命令时序,只是一个单一的读温度数据,命令时序见图6-4。若我们让CS 依然为低电平,表6-2为读命令。图6-3:复合命令时序表6-1:温度寄存器数据格式表6-2:读命令表6-3:温度数据格式图6-4:读温度数据6.1.3 控制单元根据AT89S51单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好等优点,本设计即以AT89S51作为控制核心,组成本电路的控制单元模块。图6-5为AT89S51单片机最小系统。P1.5,P1.6,P1.7作为ISP下载口,P1.0,P1.1,P1.2作为SPI总线连接口

16、。P0,P2作为显示信号输入输出端口。图6-5:最小系统6.1.4 显示单元设计运用四个八段共阴数码管作显示,但为了增加I/O的驱动能力使用两片74lS06、达林顿管UNL2003,所以在编程序时,我们基本可以把该数码管当作是共阳数码管来给其显示代码,同时八只330电阻作上拉也是增加I/O口的驱动能力。具体电路如图6-6所示:图6-6:显示电路原理图6.2 PCB设计这次实训我们自己动手设计,制作了PCB板。在设计的过程中我们遇到了一些问题,像SCH库中并不是每一个电子元器件都有的,所以在画原理图时,我们首先要用编辑元器件,然后再画原理图,有些地方我们使用了总线画图,但没有把对应连接引脚间用网

17、络标号标注,所以在ERC检查时怎么也过不去,每每都是一推错误和警告。再设计PCB时,PCB元器件封装库中有许多封装都没有,我们一边看书一边动手操作,还使用了游标卡尺等测量元件的引脚间距。在这次实训中还遇到的问题是元器件原理图的引脚标号与封装引脚标号不一致,在加载网络表时出错,我们用更改其中一个与另一个相同的方法来解决。这其中较为典型的就是二极管了,在原理图中它的两个引脚标号是1和2,而在封装库中标号是S和K。尽管遇到很多困难,但是还是作出了如图6-7所示的PCB版图。图6-7:PCB版图6.3 程序调试6.3.1 主程序及显示中断子程序流程图 图6-8是主程序流程图,对于TMP122的温度读取

18、,直接进入温度的读状态,为了不影响温度转换的时序,在TMP122的温度的过程中一定要关断中断,转换完成后再打开。图6-9是显示中断子程序流程图,我们利用定时/计数器T0的定时功能,每2ms 进一次中断,然后进行显示。TMP122温度转换,开中断从RAM中读前两字节数据,得到温度数据处理,得到实际温度值初始化,T0中断定时赋值2ms,关中断图6-8:主程序流程图初始化,T0中断定时赋值2ms数据送显示缓冲区,依次显示百位(负数显示 )、十位、个位、小数点位图6-9:中断显示子程序流程图6.3.2 部分程序清单/*程序开始部分#includereg51.h#includeintrins.h#inc

19、ludemath.hsbit cs=P10; /定义数据端口sbit sio=P11;sbit sck=P12;code unsigned char disdata=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;int templ=0,temph=0; /定义整型全局变量,分别存放从TMP122读出数据的高字节位和低字节位lint temperature=0x8f,T;long float TN;bit flag; /定义标志位unsigned char m=0;/*下面是定时器0的中断服务程序*/ void display(void) i

20、nterrupt 1 using 0 TH0=0xf8; TL0=0x30; switch(m) case 0:if(flag=1) P0=0xbf; /显示“” flag=0; /标志位值0 else P0=disdataT/10000; P2=0x08; /点亮第一个数码管 break; case 1:P0=disdataT%10000/1000; P2=0x04;break; case 2:P0=disdataT%1000/100&0x7fff; /显示带小数点的个位 P2=0x02;break; case 3:P0=disdataT%100/10; P2=0x01;break; def

21、ault: m=0;break; /m3时,m值0 m+;/*主函数*/void main(void) TMOD=0x01; /将定时器0设置为模式1定时方式 TH0=0xf8; /定时2ms的初值 TL0=0x30; EA=1; /开中断 ET0=1; /允许定时器0产生中断 TR0= 1; /开始计数 while(1) readtmp122(); /读温度 zh(); /转换温度 6.4 系统调试与分析调试工具:稳压源,温度器,加热器,PC机,AT89S51下载线,keil C,Atmel下载软件。调试步骤:1.把编译好的程序下载到单片机中;2.拔下数据线,测温并记录数据(数据如表4所示)

22、;3.用加热器加热,再测温记录数据。测试环境:一杯95的开水,在室温为29室内自然冷却,用分辨率为1温度计和被测得温度器同时测量得水得温度,每隔10分钟读一次温度值,数据如下表所示:表6-7:温度对比表 123456789温度计测试值957357494239373534作品实测值9572.557.54842.53936.53534101112131415161718温度计测试值333130302929292929作品实测值33.531.530.53029.529.5292929经过三个小时的测试,由上表数据可知,温度下降幅度基本符合温度曲线,与温度计所测值比较,我们的作品能够完成精确测温。结

23、论五周时间很快就过去了,关于TMP122温度计设计制作的综合实训已经结束了,在此次实训中我们完成了从资料收集、确定方案、计划制定、电路图设计、焊接到程序的调试、检查和评估等一系列任务,实现了具有ISP在线可编程的电子测温仪的设计和制作,收获很大,圆满地完成了实训任务。致 谢本综合实训项目是在老师的悉心指导下完成的,他对本次实训工作倾注了大量的心血。五周来,老师深厚的专业背景、严谨的治学态度、平易宽厚的人格作风使我受益匪浅。感谢您81a0e40f814d8dcac9278071e7a2416朶L881accb19849632bc0df4dd308718b31L881a33c3e90ca437e4

24、b283a3ba81eedd然L881ad5a7cde75730cb6553e41a6bf516L881ac4ccc30652afa25b795db848f3c3L881a149e979da6234f97ac4f7d1a8a44父L881a61005052ab766733f073d9be158e猶L881a9ced65db9de57cfdb80db9240301L881a6a1e83f7c4e7613a867e20dbdbcdL881acc317a1af12157069e2fe49a341d堶L881a1ca18d6c90655fda8a1f74754df0L881a5e21f683331ae

25、f282f3aaa37aa3a佮L881ab4e5db21555fe25b76af3fb05e71化L881ab1200943d1961b2628ec617de641砶吂L881ac6c8eb41e75978e993c25e016028囻L881a11849dfc9c0294906ba268a36bdcL881a97bf5a9b55b944f92207558e2795丶L881ad279ab622ea6e2093bce6b659c8fL881a208b8da91005f9155c19e759d4b8鐶L881b6360ef9844d33944c96d84eb8642L881a294468bb4088c1f637775dd7005eL881b705aea8b64bf88998997394055caL881b0557111d9ed

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