宁夏大学自然基金资助项目(编号:ndzr09-4)。
修改稿收到日期:2010-06-17。
第一作者杨国华,男,1972年生,1994年毕业于重庆大学电力系统及其自动化专业,获学士学位,副教授;主要从事电力检测与电力市场方面的研究。
电能质量参数采集单元硬件设计
Har dware Desi g n o f the Acquisiti o n Un it for Quality Pa r ameters o f El e ctri c Ener gy
杨国华 李建春 李先锋
(宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川 750021)
摘 要:虚拟仪器技术在检测系统中的使用日趋广泛,针对现有虚拟仪器采集卡价格昂贵、性能不高和不便推广的现状,设计了高性价比的虚拟仪器硬件采集单元。根据电能质量参数检测系统的需求特点,从误差控制的角度选用低价通用器件设计模块化的电能质量信号采集单元,并通过误差分析证明了该设计在保证性能的前提下降低了采集成本,为实时、准确检测和控制电能质量提供了基础条件。
关键词:电能质量参数 采集模块 误差分析 虚拟仪器 检测中图分类号:TP274+.2 文献标志码:A
Abstract :The technol ogy of v irt ual i nstru menthas been w i del y appli ed i n detecti on syste ms .A m i i ng at t he current status o f the acqui siti on unit i n virt ual i nstru men,t e .g .,expensive and poor perfor mance t hat bri ng s difficult y t o extend t he applicati ons ,the hi gh cost effecti veness hard ware o f acqui siti on unit has been desi gned .In accordance w it h the de mands on t he detecti on syste m for q uali ty para meters of electric energy ,and based on error contro,l the l o w cost co mm onl y used co mponents are selected t o desi gn m odular si gna l acq u i sition un i .t The h i ghly prec i se desi gn is verified by t he error ana l ysi s .The cost is reduced but still guarantees the perfor mance .Th i s offers f undamenta l conditions f o r real tm i e and precise detecti on&contro l o f t he qua lity o f el ectr i c energy .
K ey words :Q ualit y parameter o f e l ectric energy A cqui siti on unit Error anal ysis V i rtual i nstru ment De t ecti on
0 引言
随着社会的发展,电能质量问题越来越受到电力企业和用户的关注。电能质量的提高是指其能准确、完整地对电力参数进行检测和分析[1-3]
。表征稳态电
能质量的主要指标有:电压偏差、频率偏差、三相不平
衡、谐波、电压波动和闪变
[4]
。现行的电能质量参数虚
拟仪器监测系统硬件采集模块主要采用各大公司的采集卡,这些采集卡的性价比均不高,为此,有必要进一步研究设计电能质量参数采集单元。
在信号采集中,为精确测量高次谐波,必须选取较大的采样频率。本文设计的电能采集单元根据采样对象、采样频率、数据传送速率和使用环境进行设计,具体设计如下:采样频率为f s =6400H z ,即每个工频周期采样128个数据点,这样理论上可以测量64次谐波;电能质量参数中计算数据数量需求最多的为频率测量(需要3s 数据量);由于电网频率变化不大,设定45~55H z 范围的频率信号采集即可满足绝大部分电
力系统检测需求;系统使用工业CAN 总线进行通信和数据传送。
1 采集单元总体设计
1.1 硬件结构设计
采集器以单片机为核心,外设电流/电压输入电
路、信号滤波调理电路、数据片外存储电路、继电器输出电路、锁相倍频电路、看门狗电路和电源电路等。其中,电流电压电路完成三相电力信号的初步采集,看门狗电路完成电路的监控保护,继电器输出电路负责在一些紧急情况下对电路实现保护动作。采集模块结构框图如图1所示。
图1 采集模块结构图
F i g .1 Structure o f acquisiti on m odu l e
系统的主要工作原理是被测的三相交流电压和三相交流电流信号首先经过互感器隔离变换,再经信号
调理电路调整为A/D转换器可测信号,然后送入单片机转换为数字信号并进行相应的数据存储。A/D转换的控制信号由单片机根据锁相环脉冲给出,上下位机根据控制指令,通过CAN现场总线实现数据交换。
1.2主要器件设计
采集单元控制核心M CU选择C8051F060单片机。该芯片有59个I/O口,2个片内16位ADC,内部基准电压为2.4V。C8051F060片内ADC的孔径时间为1.5ns,转换速率为1M S/s。系统采样设计需求面对45~55H z的信号,每个周期采样128个点,最大即为128!55=7.04kS/s,而测量三相电流电压共为6通道,则7.04!6=42.24kS/s?1M S/s,可以满足系统设计需求。
由于C8051F060存储空间有限(64kB),采用CAN总线传送数据时,其传播速率随距离的增大而递减,当CAN通信距离达到最大10k m时,传送速率仅为5kbit/s[5];而采集频率为42.24kS/s,A/D采集位数为16位,则每秒单个采集器需要传送的数据为42.24! 16=675.84kbit/s#5kb it/s。若CAN总线所挂带的节点增多,则更显速率不足,所以需要扩展存储单元,进行临时的数据存储。
在计算频率时,将3s的波形数据平均分成7段,并分别对每段计算频率,然后把这7段波形频率的平均值作为当前波形的频率。为此,每个节点至少设计为保存3s左右的数据,则需要的扩展存储单元为: 128!6!2!55!3!8b it=247.5k!8bit,而C8051F060扩展地址空间为64kB,所以选用4片64kB!8bit的存储芯片即可满足需求。综合考虑性价比,选择通用的存储芯片M27512。该芯片为D I P封装,存储速度达到200ns,能够满足系统需求。
电压互感器采用SPT204A,其额定输入电流为2mA,额定输入电压为500V,额定输出电流为2mA。由于使用时需要将原边电压信号变换为电流信号,因此,需要在原边串联一个合适的电阻,以满足输入端电流为2mA的要求。
电流互感器采用SCT254F K。该互感器是通过感应原边的输入电流来进行转换的,其额定输入电流为5A,额定输出电流为2.5mA。
2采集单元电路设计
2.1互感器电路设计
在设计中,由于测量的是交流量,A/D转换的最大值对应被测信号的峰值,是其有效值的2倍,当波形不失真时,峰值为内部基准电压2.4V,对应的交流采样信号有效值为
2.4
2
=1.697V,因此,设过量程标志为有效值#1.7V。为留有余量,在量程适当时,交流采
样电压有效值应?1.5V。设计中选用电压互感器SPT204A,其额定输入交流电压有效值为500V,输出电压有效值为1.5V。
确定电路参数首先要确定限流电阻R
1
和反馈电
阻R
3
的值。选择初级额定电流为2mA,计算限流电
阻R
1
=500V?2mA=250k ,则选择R
1
为240k /2W时,实际初级额定电流约为:
I=500V/(240+0.11)k =2.082mA(1)式中:0.11k 为SPT204A的初级电阻。在此,初级额定电流要求不是很精确。
反馈电阻R
3
=1.5V?2.082mA=0.7205k ,则
R
3
可选0.7k 。另外,可串联一个可调电阻进行微调。电压互感器SPT204A电路如图2所示。
图2电压互感器电路图
F i g.2C ircu it o f vo ltage transf o r m er
图2中:电容C
1
和R
4
是用来补偿相移即相位差
的。C
1
应选用CBB电容;由于电容通常不能微调,所
以需要调节补偿电阻R
4
来达到所需的补偿精度。电
容C
3
是400~1000pF的小电容,作用是去耦合滤波。
R
1
和R
3
要求精度优于1%,温度系数优于50!10-6,R
1的功率要求有2倍的余量。
输入端的2个反向并联二极管用于限幅保护,使输入信号电压限制在二极管的正向压降以内,从而保护组件输入级的差分管发射结不被击穿,同时还可避免输入级因信号过大而出现%堵塞&现象。对于输入信号幅值允许较大的组件,可由2只反向串联的稳压管代替[6]。
系统采用SCT254FK设计了一个额定输入电流为2A、输出电压为1.5V的电流互感器电路。电路中互感器的输入端绕为2匝,从而使输入电流与输出电流之比为2.5A/2.5mA。设计方法与电压传感电路的
参数类似:首先确定反馈电阻R
6
的值,选为0.7k ;另
外,串联一个可调电阻R
5
(100 )进行微调。电流互感器电路如图3所示。
图3 电流互感器电路图F i g .3 C ircu it of current transfor m er
2.2 信号调理电路设计
在对电力信号进行分析和处理时,必须要解决频
谱混叠和频谱泄漏的问题。对于频谱混叠,可以设置合适的抗混叠滤波器。本测量系统中需要测量30次谐波,则采样频率必须大于3000H z ,考虑到一定余量,最终采样频率定为每周128点,即6400H z 。因此,将模拟低通滤波器的截止频率定为3.2k H z 。电路采用的二阶RC 滤波电路如图4所示
[7]
。
图4 二阶RC 滤波电路F ig .4 F ilter c i rcuit o f second order RC
6路信号通道均采用了相同的滤波电路。因此,可以忽略模拟低通滤波器所引起的电压电流通道间的相对相移对功率因数和有功功率精确性的影响。
对于频谱泄漏,只要保证窗口函数的宽度为基波周期的整数倍,就可以避免泄漏的产生。由于系统受设计的存储空间和单片机运算以及通道传输速率的限制,选择使用频率跟踪电路来解决问题。系统采用硬件同步法实现交流同步采样;采用锁相环实现频率跟踪电路的同步等间隔采样,其核心是锁相环(PLL )电路的设计。锁相环倍频电路如图5所示。
图5 锁相环倍频电路
F i g .5 C i rcuit o f phase l ocking frequency m ulti p lier 3 硬件通道误差分析
采集信号的误差由3部分构成:传感器模块、信号调理模块和A /D 转换模块。由于各路采集系统在A /D 转换模块具有同样的误差,因此,单独对A /D 转换模块进行计算。系统硬件误差主要由传感器、运算放大
电路、低通滤波电路和A /D 数据采集等环节造成,此外,还受温度漂移带来的误差和系统的零位误差等因素的影响。这些误差一部分可以在调试时通过调整环节减小,另一部分可以通过软件对系统进行智能化处理,如对数据进行非线性校正,从而减小或消除误差
[8]
。
3.1 A /D 转换部分误差
一般来说,由A /D 转换引入的系统误差主要包括偏移误差、增益误差、线性误差、非线性误差和微分线
性误差等
[9]
。ADC 分辨率的高低取决于位数的多少,
分辨率越高,精度也越高。但是影响转换器精度的因素很多,分辨率高的ADC,并不一定具有较高的精度。采集精度是量化误差 1、偏移误差 2、增益误差 3、微分线性误差 4、积分非线性误差 5和电源波动误差 6综合作用的结果。
系统选用C8051F060内部16位S m a Delta 模/数
转换器(ADC )。该模/数转换器具有在片校准功能,可以使用内部或系统校准方式对ADC 的增益和偏移进行在系统校准。在编程设计过程中,为保证校准精度,先进行偏移校准,再进行增益校准。C8051F060的A /D 转换参数如表1所示。
表1 C8051F060A /D 转换参数
Tab .1 C8051F060A /D conversion para m eters
条件
参数数值V DD =3.0V V +=3.0V V REF =2.40V T =-40~+85?
积分非线性(0.5LSB 微分非线性(0.5LSB 偏移误差1LSB 满度误差-5LSB 基准电压温漂(15!10-6/?偏移温度系数(3.6!10-6/?位数
16位
外供电源使用T I 公司的脉宽可调芯片TPS54310P WP 。该芯片输出电压精度高,误差在1%的范围内;噪声低,且抗干扰能力强。当在复杂电磁环境下进行测量且输出噪声电压低于50 V 时,A /D 转换的电压波动误差为(20.8!10-6
。因基准温度为25?,取
实际温度变化范围为[-30?,75?],温度变化绝对值取最大值55?,则可计算最大偏移温漂误差绝对
值为:
21=3.6!10-6
!55=198!10-6
(2)同理可得基准电压温漂误差绝对值为:
31=15!10
-6
!55=825!10
-6
(3)量化误差为:
1=
1(216
-1)
=15.3!10
-6
(4)
所以A /D 转换部分的综合误差为:
A =
1+ 2+ 21+
3+ 31+
5+
6
(5)
代入数据得:
A =(8!15
.3+825+198)!10-6
=
1145.4!10-6
(6)
即A /D 转换部分的综合误差为0.1145%。
3.2 电流电压硬件误差综合
三相电流、电压信号采集使用的前向通道器件误差信息如表2所示。
表2 前向通道器件误差信息
Tab .2 Error of the forward channel devices
器件名称 型号使用温度/?相对误差/%电流互感器SCT254F K -50~+65(0.01电压互感器SPT204A -50~+65(0.01精密电阻 RX70-40~+150(0.25运算放大器
OP07A
-55~+125
(0.0001
运算放大器OP07A 的温漂为0.6 V /?,取实际温度变化范围为[-30?,75?],温度变化绝对值取最大值55?,且电压转换跨度为2.4V,则可计算最大偏移温漂误差绝对值为:
OP )=0.6!55!10-6
V
2.4V
=13.75!10
-6
(7)
综合运算放大器OP07A 最大误差为: OP =(1+13
.75)!10-6
=14.75!10
-6
(8)
前向通道综合误差为: Q =
2
A + 2
OP + 2
R + 2
s ct =
(1145.42
+14.752
+25002
+1002
)!(10-6
)2
?
2751.7!10
-6
(9)
式中: Q 为电流电压前向通路综合误差; A 为A /D 转
换部分综合误差; OP 为OP07A 最大误差; R 为A /D 精密电阻误差; sct 为电流/电压互感器误差,都为(0.01%。
则计算得:
I =0.2751%
(10)
考虑到忽略因素,将误差扩展到原来的1.2倍,则
有:
th =0.2751%!1.2=0.3302%
(11)
4 结束语
通过对电能质量参数检测系统测量需求的分析,并根据系统通信、数据存储及精度等方面的具体需求,详细设计了采集单元电源选择、互感器电路、信号调理电路和CAN 总线接口电路,解决了采集成本高、实时性、持续性以及抗混叠滤波、频谱泄漏和数据空间冲突等问题;并通过综合误差分析,计算了采集单元的硬件误差水平,其中电流电压的扩展误差均达到了0.3302%,满足大多数电能质量检测系统的硬件需求。
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(上接第60页)
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超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的：了解超声波测距仪的原理，掌握焊接方法，掌握电路串接方法，熟悉电路元件。 实验设备及器材：电烙铁，锡线，电路元件 实验步骤：1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序： #include
unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }
A/O工艺设计参数 ①水力停留时间：硝化不小于5～6h；反硝化不大于2h，A段:O段=1:3 ②污泥回流比：50～100% ③混合液回流比：300～400% ④反硝化段碳/氮比：BOD 5 /TN>4，理论BOD消耗量为1.72gBOD/gNOx--N ⑤硝化段的TKN/MLSS负荷率（单位活性污泥浓度单位时间内所能硝化的凯氏氮）：<0.05KgTKN/KgMLSS·d ⑥硝化段污泥负荷率：BOD/MLSS<0.18KgBOD 5 /KgMLSS·d ⑦混合液浓度x=3000～4000mg/L（MLSS） ⑧溶解氧：A段DO<0.2～0.5mg/L O段DO>2～4mg/L ⑨pH值：A段pH =6.5～7.5 O段pH =7.0～8.0 ⑩水温：硝化20～30℃ 反硝化20～30℃ ⑾ 碱度：硝化反应氧化1gNH 4+-N需氧4.57g，消耗碱度7.1g（以CaCO 3 计）。 反硝化反应还原1gNO 3 --N将放出2.6g氧， 生成3.75g碱度（以CaCO 3 计） ⑿需氧量Ro——单位时间内曝气池活性污泥微生物代谢所需的氧量称为需氧量 (KgO 2 /h)。微生物分解有机物需消耗溶解氧，而微生物自身代谢也需消耗溶解氧，所以Ro应包括这三部分。 Ro=a’QSr+b’VX+4.6Nr a’─平均转化 1Kg的BOD的需氧量KgO 2 /KgBOD b’─微生物（以VSS 计）自身氧化（代谢）所需氧量KgO 2 /Kg VSS·d。
上式也可变换为： Ro/VX=a’·QSr/VX+b’ 或 Ro/QSr=a’+b’·VX/QSr Sr─所去除BOD的量（Kg） Ro/VX─氧的比耗速度，即每公斤活性污泥（VSS）平均每天的耗氧量KgO 2 /KgVSS·d Ro/QSr─比需氧量，即去除1KgBOD 的需氧量KgO 2 /KgBOD 由此可用以上两方程运用图解法求得a’ b’ Nr—被硝化的氨量kd/d 4.6—1kgNH 3－N转化成NO 3 -所需的氧 量（KgO 2 ） 几种类型污水的a’ b’值 ⒀供氧量─单位时间内供给曝气池的氧量，因为充氧与水温、气压、水深等因素有关，所以氧转移系数应作修正。 ⅰ.理论供氧量 1.温度的影响 KLa(θ)=K L(20)×1.024Q-20 θ─实际温度 2.分压力对Cs的影响（ρ压力修正系数） ρ=所在地区实际压力（Pa）/101325（Pa） =实际Cs值/标准大气压下Cs值
河北科技大学 学生个性化教育实训报告 题目：搬运单元模块设计 学生姓名： 指导教师： 日期：2016年1月15日
目录 1 第一章模块化生产系统的简介 (1) 1.1 第1节系统的特点和作用 (1) 1.2 第2节系统的组成 (2) 1.3 第3节MPS的发展 (6) 2 第二章物流过程 (7) 3 第三章MPS单元的结构与控制 (8) 3.1 第1节搬运单元简介 (8) 3.2 第2节搬运单元的机械结构 (9) 3.3 第3节搬运单元的气动控制 (10) 3.4 第4节制定I/O表 (11) 4 第四章材料的选型 (23) 4.1 第1节气缸的选择 (23) 4.2 第2节传感器的选择 (25) 4.3 第3节电磁阀的选用 (26) 5第5章参考文献 (27)
第一章模块化生产系统的简介 第1节系统的特点和作用 模块化生产培训系统：Modular Production Training System,简称MPS。模块化生产培训系统是应用于机电一体化、自动化等相关专业的专业技术职业培训和继续教育的模块化教学培训系统模块化生产培训系统可以从基础部分的简单功能及加工顺序，逐步扩展到复杂的集成控制系统。模块化生产培训系统是为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产的一套实用性实验设备。该装置由多套各自独立而又紧密相连的工作站组成。各个功能站分别为：上料站、检测站、上料检测站、搬运站、加工检测站安装站、操作手站、传送单元、搬运分拣站和分类存储站。 该实验装置的一大显著特点是：它具有综合性、模块化以及易扩充等特点。它针对学员不同的技术基础进行培训，具有良好的适用性。具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制将各个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站三站……直至八站连在一起学习复杂系统的控制编程装配和调试技术。由于该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）传感器等多种技术，给学员提供了一个典型的综合科技环境，使学生将学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识综合训练和相互提升。因此该套装置非常适合对在校学生和初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。系统的实体图如图1-1所示 图1-1
硬件单元模块设计 正负24V电源为电流变送器供电，正3..3V为MSP430单片机供电，5V为其他器件供电。 该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，部分功能如下： 桥式整流电路： 图3.1.1(a)整流电路 电容滤波电路的特点： （1）电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副边的有效值I2=1.11I L，而有电容滤波时I2=（1.5～2）I L。 （2）负载平均电压V L升高，纹波（交流成分）减小，且R L C越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取R L*C≥（3～5）T/2（式中T为电源交流电压的周期）。 （3）负载直流电压随负载电流增加而减小。V L随I L的变化关系称为输出特性或外特性。 电容滤波电路简单，负载直流电压V L较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。 一、方案比较、设计与论证 1.1正弦信号发生器的设计方案论证与选择
1.2二线式电流变送器的设计方案论证与选择： 方案一：采用专门集成电流变送器芯片XTR115如图（1）,它属于二线制电流变送器，内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源,它能将输入电压转换成4～20mA的电流信号,其输出电压精度为±0.05％,电压温度系数仅为20×10－6／℃，可给外部电路（例如前置放大器）单独供电，从而简化了外部电源的设计.精度高，非线性误差小。转换精度可达±0.05％，非线性误差仅为±0.003％。 图（1） 方案2 采用lm358搭建电流的发送和接收部分的电路，lm358静态偏置电流小，且为单电源供电，即使在没有负电源情况下， 输入端仍能够接受0V输入并能正常工作。相比方案一成本比上减少10倍以上.，更适合实际应用。同时题目明确要求不 能采用专用变送器或电流转换器芯片，所以我们选择方案二。 电流放送
献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要
信息与电气工程学院 课程设计说明书（2011/2012学年第一学期） 课程名称：可编程控制器应用 题目：机械手搬运单元控制 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计周数：两周 设计成绩： 2011 年12月23日
目录 一.前言 (2) 二.实验目的 (2) 三.系统设计 (2) 1.控制要求 (2) 2.硬件选择 (3) 3.输入输出点的地址分配 (4) 4.程序设计 (4) 4.1程序流程图 (4) 4.2内存变量分配表 (4) 4.3控制程序 (5) 5.与下位机的通讯连接 (7) 5.1监控组态界面 (7) 5.2监控组态程序清单 (7) 四.总结 (12) 五.参考文献 (13)
机电一体化技术是近十几年来国际上发展最快的高新技术，已渗透到国民经济的各个领域。采用机电一体化技术就是发挥以微机为核心的微电子技术优势：对于一般机械而言，可使机械结构简化且控制更为灵活、细致；对于采用气动元件作为执行机构的机械设备而言，较之采用继电器接触控制更为可靠、方便，增加了柔性。微型计算机及以微机为核心的专用控制机的推广应用，采用电子控制的便捷、灵活和可靠等优势与采用气压传动的简单、便捷和安全的优点相互结合，使得电子气动技术应运而生。电子气动控制技术是机电一体化技术的一个重要组成部分，由于它在工业机器人中的成功应用，使得这项技术的推广具有了良好而广阔的前景。 基于PLC控制气动移置机械手系统正是由此出发点而研制开发的，可以满足《工业机器人》、《气动技术》、《可编程序控制器技术》等课程的教学、实验，应用其具有可编程、二次设计、调试等功能特点，可提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力，满足培养综合性和创新型、高层次、复合型工程技术人员的要求。 二.实验目的 利用S7-200系列PLC的各种基本指令进行编写程序，并能熟练掌握PLC编程软件的编程方法和程序调试方法；学会并使用下位机编写程序实现机械手的自动和手动控制，并能利用上位机进行通讯连接实现实时监控。 三.系统设计 1.控制要求 当工件被送到机械手下方后，机械手将向下运动，然后锁紧夹爪；当工件被夹住后，机械手上升，到达上端后，手臂向右旋转180°。当到达右侧后夹爪向下并释放工件，然后上升，最后机械手臂向左摆动、复位，并发出信号，将控制权交给下一单元。 技术要求： 1. 机械夹爪上下运动 2. 机械夹爪锁紧后将有信号产生 3.机械手臂左右摆动（180°） 4. 只有当机械手臂下降到低端时才能作开合动作 5.完成动作后，发出信号给下一单元 2.硬件选择
上海XXXX电子电器有限公司 原理图设计及评审规范拟制: 审查: 核准:
一.原理图格式: 原理图设计格式基本要求 : 清晰,准确,规范,易读.具体要求如下: 1.1 各功能块布局要合理,整份原理图需布局均衡.避免有些地方很 挤,而有些地方又很松,同 PCB 设计同等道理 . 1.2 尽量将各功能部分模块化(如步进电机驱动、直流电机驱动，PG 电机驱动，开关电源等), 以便于同类机型资源共享 , 各功能模块界线需清晰 . 1.3 接插口(如电源输入，输出负载接口，采样接口等)尽量分布在图 纸的四周围 , 示意出实际接口外形及每一接脚的功能 . 1.4 可调元件(如电位器 ), 切换开关等对应的功能需标识清楚。1.5 每一部件(如 TUNER,IC 等)电源的去耦电阻 / 电容需置于对应 脚的就近处 . 1.6 滤波器件(如高 / 低频滤波电容 , 电感)需置于作用部位的就 近处 . 1.7 重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能 . 1.8 CPU 为整机的控制中心,接口线最多 . 故 CPU 周边需留多一些 空间进行布线及相关标注 , 而不致于显得过分拥挤 . 1.9 CPU 的设置二极管需于旁边做一表格进行对应设置的说明 . 1.10 重要器件(如接插座 ,IC, TUNER 等)外框用粗体线(统一 0.5mm). 1.11 用于标识的文字类型需统一 , 文字高度可分为几种(重要器件
如接插座、IC、TUNER 等可用大些的字 , 其它可统一用小些的 ). 1.12 元件标号照公司要求按功能块进行标识 . 1.13 元件参数 / 数值务求准确标识 . 特别留意功率电阻一定需标 明功率值 , 高耐压的滤波电容需标明耐压值 . 1.14 每张原理图都需有公司的标准图框 , 并标明对应图纸的功能 , 文件名 , 制图人名/ 确认人名 , 日期 , 版本号 . 1.15 设计初始阶段工程师完成原理图设计并自我审查合格后 , 需 提交给项目主管进行再审核 , 直到合格后才能开始进行 PCB 设计 . 二.原理图的设计规划: 2.原理图设计前的方案确认的基本原则： 2.1 需符合产品执行的标准与法规 包括国标,行规,企业标准,与客户的合同,技术协议等. 2.2 详细理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要 求。一般包括:精度/功能/功率/成本/强度/机构设计合理等考虑因素. 2.3产品的稳定性和可靠性设计原则:
硬件电路设计基础知识 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
硬件电子电路基础
第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识一、什么是半导体
半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物） 二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 掺杂──管子 温度──热敏元件 光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 自由电子──受束缚的电子（－） 空穴──电子跳走以后留下的坑（＋） 三、杂质半导体──N型、P型 （前讲）掺杂可以显着地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 N型半导体（自由电子多） 掺杂为＋5价元素。如：磷；砷 P──＋5价使自由电子大大增加 原理： Si──＋4价 P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成：
o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 P型半导体（空穴多） 掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加 原理： Si──＋4价 B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。
单元二MPS模块化生产线及传感器的应用 2.1 MPS 教学系统简介 一、MPS 概念 模块化生产培训系统（MPS，Modular Production training System）是目前流行的机电一体化教学设备。MPS 体现了机电一体化的技术实际应用。 MPS 设备是一套开放式的设备，用户可以根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由9 个单元组成，当然最少时一个单元亦可自成一个独立的控制系统。而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。二、MPS 的基本组成 多个单元组成的MPS 系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。其中，每个工作单元都可以自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。 图2–1 MPS-1型模块化生产线外形图 各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。 在MPS 设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质、物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。 在控制方面，MPS 设备采用PLC 进行控制，用户可根据需要选择不同厂家的PLC（英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N 系列PLC、西门子公司的S7-200 系列PLC 和S7-300 系列PLC）。MPS 设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产
加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC 控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS 设备的控制。 三、MPS 的基本功能 MPS 设备给学员提供了一个半开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS 模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS 作为一条自动生产流水线具有怎么样的操作运行模式等，学员都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC 控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。 MPS 系统中每个单元都具有最基本的功能，学员可这些基本功能的基础上进行流程编排设计和发挥。 四、上料检测单元 功能简介：完成整个系统的上料工作，将大工件输出，判断出其颜色，并将其信息发 给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制而为整个系统的主站。 PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列； 扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络； 组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件。 五、供料单元 功能简介：作用是为加工过程逐一提供加工工件。由双作用气缸从料仓中逐一推出工件，转换模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。 PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列； 扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络； 组成模块：真空组件、旋转模块、供料模块。 六、检测单元： 功能简介：检测单元主要是检测加工工件的各种特性，如颜色、材质、高度等。 PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列； 扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络； 组成模块：工件高度检测模块、提升模块、工件材质及颜色识别组件。 七、加工单元： 功能简介：工件将在旋转平台上被检测及加工。通过具有四个工位的加工旋转平台， 进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。 PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列； 扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络。 八、搬运单元： 组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件功能简介：该搬运单元由无杆气缸、椭圆形活塞气缸和夹爪等部件组成，通过移动、上下伸缩、抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元。 PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列； 扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络；
2系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 图2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图2.1 来描述，当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器，首先通过的是示波器的信号调理模块，由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围，所以，示波器的信号调理模块就是负责对输入信号的预先处理，通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适的幅度，然后才进入A/D转换器。在这一阶段，微控制器可设置放大和衰减的倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在A/D采样模块阶段，信号实时在离散点采样，采样位置的信号电压转换为数字值，而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。A/D采样的采样时钟决定了ADC采样的频度。该速率被称为采样速率，表示为样值每秒（S/s）。A/D模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据，传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度，所以在两者之间需要添加一个高速缓存，明显，这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。来自ADC的采样点存储在捕获存储区，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点，波形点共同组成一条波形记录，创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统，触发系统决定记录的起始和终止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理，微处理器处理信号，包括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空比、均方值等信息，然后调整显示运行。最后，信号通过显示器的显存显示在屏幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 （1）频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，屏幕上显示的信号幅度下降3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差，称为示波器的频带宽度，单位为MHz或GHz。
硬件电路板设计规范(总36 页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除
0目录 0目录............................................... 错误!未定义书签。
1概述............................................... 错误!未定义书签。 适用范围............................................ 错误!未定义书签。 参考标准或资料 ...................................... 错误!未定义书签。 目的................................................ 错误!未定义书签。2PCB设计任务的受理和计划............................ 错误!未定义书签。 PCB设计任务的受理................................... 错误!未定义书签。 理解设计要求并制定设计计划 .......................... 错误!未定义书签。3规范内容........................................... 错误!未定义书签。 基本术语定义........................................ 错误!未定义书签。 PCB板材要求: ....................................... 错误!未定义书签。 元件库制作要求 ...................................... 错误!未定义书签。 原理图元件库管理规范：......................... 错误!未定义书签。 PCB封装库管理规范............................. 错误!未定义书签。 原理图绘制规范 ...................................... 错误!未定义书签。 PCB设计前的准备..................................... 错误!未定义书签。 创建网络表..................................... 错误!未定义书签。 创建PCB板..................................... 错误!未定义书签。 布局规范............................................ 错误!未定义书签。 布局操作的基本原则............................. 错误!未定义书签。 热设计要求..................................... 错误!未定义书签。 基本布局具体要求............................... 错误!未定义书签。 布线要求............................................ 错误!未定义书签。 布线基本要求................................... 错误!未定义书签。 安规要求....................................... 错误!未定义书签。 丝印要求............................................ 错误!未定义书签。 可测试性要求........................................ 错误!未定义书签。 PCB成板要求......................................... 错误!未定义书签。
综合模块化航电（IMA）硬件单元 1. 目的 本技术标准规定（CTSO）适用于为综合模块化航电（IMA）硬件单元申请技术标准规定项目批准书（CTSOA）的制造人。本CTSO 规定了综合模块化航电硬件单元为获得批准和使用适用的CTSO标记进行标识所必须满足的最低性能标准（MPS）。 2. 适用范围 a. 本CTSO适用于自其生效之日起提交的申请。本CTSO具体针对以下硬件单元： （1）硬件模块； （2）装载硬件模块的机柜或机架。 b. 符合本CTSO要求的硬件单元可用来支持功能CTSO设备或按照CCAR-21、23、25、27、29、33或35部批准的系统（例如，作为型号合格证组成部分批准的刹车系统）。功能CTSO的批准和飞机级批准不在本CTSO的范围之内。 c. 附录3给出了硬件单元的相关术语。 d. 按本CTSO批准的综合模块化航电硬件单元，设计大改应获得CAAC的批准。参见CCAR-21R3第21.313条。
3. 要求 在本CTSO生效之日或生效之后制造并欲使用本CTSO标记进行标识的硬件单元，必须满足硬件单元最低性能标准。本CTSO附录1给出了综合模块化航电硬件单元最低性能标准制定准则。 a. 功能：本CTSO适用于预期满足按本CTSO附录1准则制定的最低性能标准的设备。本CTSO不针对预期执行的飞机级功能，而是为支持接收、处理和输出数据等通用功能的硬件提出环境鉴定试验要求。获得本CTSO批准的硬件单元在加载相应软件程序时，也可能需要满足其他CTSO功能要求。对于软件与硬件的组合，应使用适用的CTSO对其进行额外的CTSO功能批准。设备或系统执行的未获得CTSO批准的功能，必须在装机过程中由局方评估和批准。 b. 功能限制： （1）本CTSO不适用于为目标发射器生成无线电频率信号的设备。 （2）本CTSO针对的软件功能仅限于支持电子件号和/或功能软件加载的软件。 c. 失效状态类别：失效状态类别取决于在特定飞机环境中执行的功能及其用途。失效状态类别划分必须由安装批准过程中的安全性评估来确定，不属本CTSO范围。制造商必须声明每个硬件单元的硬件设计保证等级和软件等级。任何关于飞机安装、软硬件接口、或硬件设计保证等级和软件等级的假设，都应进行声明，并应包含在安装限制或说明中。
中国矿业大学徐海学院 单片机课程设计 姓名：XXX学号： 22090XXX 专业：计算机09-4班 题目：硬件课程设计 专题：简易计算器设计 指导教师： XXX 设计地点：嘉园时间： 2011-12-23 20011年12月
单片机课程设计任务书 专业年级计算机09-4 学号22090XXX 学生姓名XXX 任务下达日期：2011年12 月15日 设计日期：2011 年12 月15 日至2011 年12 月23日 设计题目：硬件课程设计 设计专题题目：简易计算器设计 设计主要内容和要求： 摘要： 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器。 主要能实现 1.加法：能够计算四位以内的数的加法。 2减法：能计算四位数以内的减法。 3乘法：能够计算两位数以内的乘法。 4除法：能够计算四位数的乘法 5有清零功能，能随时对运算结果和数字输入进行清零。 关键词：单片机; 计算器 ; 加减乘除 指导教师签字：
目录 1 系统概述 (1) 1.1硬件知识概述 (1) 1.1.1 单片机 (1) 1.1.2 C语言 (1) 1.1.3 ISP (1) 1.2设计基本思想 (1) 2硬件电路设计 (2) 2.1 单片机最小系统 (2) 2.2键盘接口电路 (2) 2.3数码管显示电路 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 复位电路 (4) 4.系统调试 (5) 4.1 软件流程图 (5) 4.1.1系统软件系统流程图 (5) 5.结束语 (6) 参考文献 (7) 附录 (8)
1 系统概述 1.1硬件知识概述 1.1.1 单片机 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 1.1.2 C语言 C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。 1.1.3 ISP ISP（In-System Programming）在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP 方式擦除或再编程。本次课程设计便使用ISP 方式，直接将编写好的程序下载到连接好的单片机中进行调试 1.2设计基本思想 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器，用四位一体数码管显示计算数值及结果。要求用Protel 画出系统的电路原理图，绘出程序流程图，并给出程序清单。 主要能实现 1.加法：能够计算四位以内的数的加法。 2减法：能计算四位数以内的减法。 3乘法：能够计算两位数以内的乘法。 4除法：能够计算四位数的乘法 5有清零功能，能随时对运算结果和数字输入进行清零。
污水处理A/O工艺设计参数 1.HRT水力停留时间：硝化不小于5～6h；反硝化不大于2h，A段:O段=1:3 在 A／O工艺中，好氧池的作用是使有机物碳化和使氮硝化；缺氧池的作用是反硝 化脱氮，故两池的容积大小对总氮的去除率极为重要。A／O的容积比主要与该废 水的曝气分数有关。缺氧池的大小首先应满足NO3--N利用有机碳源作为电子供体，完成脱氮反应的需要，与废水的碳氮比，停留时间、回流比等因素相应存在一定的关系。借鉴于类似的废水以及正交试验，己内酷胺生产废水的A／0容积比确定在1：6左右，较为合适。 而本设计的A／ 0容积比为亚：2，缺氧池过大，导致缺氧池中的m（BOD）／m （NO3--N）比值下降，当比值低于1.0时，脱氮速率反趋变慢。另外，缺氧池过大，废水停留时间过长，污泥在缺氧池内沉积，造成反硝化严重，经常出现大块上浮死泥，影响后续好氧处理。后将A／O容积比按1：6改造，缺氧池运行平稳。 1.1、A/O除磷工艺的基本原理 A/O法除磷工艺是依靠聚磷菌的作用而实现的，这类细菌是指那些既能贮存聚磷(poly—p)又能以聚β—羟基丁酸(PHB)形式贮存碳源的细菌。在厌氧、好氧交替条 件下运行时，通过PHB与poly—p的转化，使其成为系统中的优势菌，并可以过 量去除系统中的磷。其中聚磷是若干个基团彼此以氧桥联结起来的五价磷化合物，亦被称为聚磷酸盐，其特点是：水解后生成溶解性正磷酸盐，可提供微生物生长繁殖所需的磷源；当积累大量聚磷酸盐的细菌处于不利环境时，聚磷酸盐可分解释放能量供细菌维持生命。聚β—羟基丁酸是由多个β—羟基丁酸聚合而成的大分子聚 合物，当环境中碳源物质缺乏时，它重新被微生物分解，产生能量和机体生长所需要的物质。这一作用可分为两个过程：厌氧条件下的磷释放过程和好氧条件下的磷吸收过程。 厌氧条件下，通过产酸菌的作用，污水中有机物质转化为低分子有机物(如醋酸等)，聚磷菌则分解体内的聚磷酸盐释放出磷酸盐及能量，同时利用 水中的低分子有机物在体内合成PHB，以维持其生长繁殖的需要。研究发现，厌 氧状态时间越长，对磷的释放越彻底。 好氧条件下，聚磷菌利用体内的PHB及快速降解COD产生的能量，将污水中的磷 酸盐吸收到细胞内并转变成聚磷贮存能量。好氧状态时间越长，对磷的吸收越充分。由于好氧状态下微生物吸收的磷远大于厌氧状态下微生物释放出的磷，随着厌氧—好氧过程的交替进行，微生物可以在污泥中形成稳定的种类并占据一定的优势，磷就可以通过系统中剩余污泥的排放而去除(见图1)。
江西理工大学应用科学学院
目录 一、设计任务与要求 (1) 二、总体框图 (2) 三、选择器件 (5) 四、功能模块 (6) 1.Songer模块 (6) 1.1NoteTabs模块 (6) 1.2ToneTaba模块 (11) 1.3Speakera模块 (13) 2.div模块 (16) 3.七段译码器模块 (18) 五、总体设计电路图 (21) 1.顶层设计的电路原理图 (21) 2.顶层设计的仿真结果 (23) 3.电路的管脚图 (23) 六、结束语 (24) 七、心得体会 (25)
硬件电子琴电路设计 一、设计任务与要求 使用FPGA设计一模拟电子琴键，实现电子琴按键的DO，Re，Mi，Fa，Sol，La，Si等中音以及相应的高音。 二、总体框图 系统设计方案： 方案一： 采用单个的逻辑器件组合实现。这样虽然比较直观，逻辑器件分工鲜明，思路也比清晰，一目了然。但是由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素。例如八个不同的音符是由八个不同的频率来控制发出的，而采用方案一就需要运用不同的分频器来对信号进行不同程度的分频。所用仪器之多显而易见。 方案二： 采用VHDL语言编程来实现电子琴的各项功能。系统主要由电子琴发声模块、选择控制模块和储存器模块组成。和 方案一相比较，方案二就显得比较笼统，只是把整个系统分 为了若干个模块，而不牵涉到具体的硬件电路。但是我们必 须看到用超高速硬件描述语言VHDL的优势，它不仅具有良 好的电路行为描述和系统描述的能力而且通俗易懂。经过对
以上两种方案的分析、比较和总结，我们选用方案二来进行八音符电子琴的设计。 (2)．ToneTaba模块：是乐曲简谱码对应的分频预置数查找表电路，其中设置了乐曲的全部音符所对应的分频置数，每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块NoteTabs 的CLK的输入频率决定，这些值由对应于ToneTaba的4
A/O生物除磷工艺是由厌氧和好氧两部分反应组成的污水生物处理系统。污水进入厌氧池后，与回流污泥混合。活性污泥中的聚磷菌在这一过程中大量吸收污水中的BOD，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到混合液中。混合液进入好氧池后，有机物被氧化分解，同时聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸盐到污泥中。由于聚磷菌在好氧条件下吸收的磷多于厌氧条件下释放的磷，因此污水经过“厌氧－好氧”的交替作用和二沉池的污泥分离达到除磷的目的。一般情况下，TP的去除率可达到85％以上。 A/O工艺设计参数 ①水力停留时间：硝化不小于5～6h；反硝化不大于2h，A段:O段=1:3 ②污泥回流比：50～100% ③混合液回流比：300～400% ④反硝化段碳/氮比：BOD5/TN>4，理论BOD消耗量为1.72gBOD/gNOx--N ⑤硝化段的TKN/MLSS负荷率（单位活性污泥浓度单位时间内所能硝化的凯氏氮）：<0.05KgTKN/KgMLSS·d ⑥硝化段污泥负荷率：BOD/MLSS<0.18KgBOD5/KgMLSS·d ⑦混合液浓度x=3000～4000mg/L（MLSS） ⑧溶解氧：A段DO<0.2～0.5mg/L O段DO>2～4mg/L ⑨pH值：A段pH =6.5～7.5 O段pH =7.0～8.0 ⑩水温：硝化20～30℃ 反硝化20～30℃ ⑾碱度：硝化反应氧化1gNH4+-N需氧4.57g，消耗碱度7.1g（以CaCO3计）。 反硝化反应还原1gNO3--N将放出2.6g氧，生成3.75g碱度（以CaCO3计） ⑿需氧量Ro——单位时间内曝气池活性污泥微生物代谢所需的氧量称为需氧量(KgO2/h)。微生物分解有机物需消耗溶解氧，而微生物自身代谢也需消耗溶
垃圾焚烧发电工艺设计参数的计算方法 浙江旺能环保股份有限公司作者：周玉彩 摘要：本文介绍了垃圾焚烧发电炉排炉、汽轮机组工艺设计的参数计算方法。 关键词：参数、垃圾、焚烧、炉排、汽轮机组。 前言： 生活垃圾焚烧发电应用于环境保护领域，实现城市生活垃圾的无害化、减量化、减容化和资源化、智能化处理，达到节能减排之目的。在生活垃圾焚烧发电工艺设计流程中首先进行垃圾焚烧发电炉排炉工艺设计参数的计算，为后续设计提供参数依据。 一、生活垃圾焚烧炉排炉工艺设计参数的计算 1、待处理生活垃圾的性质 1.1待处理生活垃圾主要组成成分 表1：待处理生活垃圾的性质 表2：待处理生活垃圾可燃物的元素分析（应用基）% 表3：要求设计主要参数 1.2 根据垃圾元素成分计算垃圾低位热值： LHV=81C+246H+26S-26O-6W (Kcal/Kg) =81*20.6+246*0.9+26*0.12-26*0.12-6*47.4=1388(Kcal/Kg)*4.18=5800(KJ/Kg)。 1.3根据垃圾元素成分计算垃圾高位热值： HHV=｛LHV+600*(W+9H)｝*4.18=｛1388+600(0.474+9*0.009)｝*4.18=7193.78(KJ/Kg)。 2、处理垃圾的规模及能力 焚烧炉3台: 每台炉日处理垃圾350t；
处理垃圾量： 1000t/24h=41.67（t/h）； 炉系数：（8760-8000）/8000=0.095； 实际每小时处理生产能力：41.67*（1+0.095）=45.6（t/h）； 全年处理量： 45.6*8000=36.5*104t； 故:每台炉每小时处理垃圾量：350/24*1.05=15.3（t/h）。 3、设计参数计算： 3.1垃圾仓的设计和布置 已知设计中焚烧炉长度L=75.5米，宽D=18.5米，取垃圾仓内壁与炉长度对齐,T=5d,垃圾的堆积密度取0.35t/m3 求：垃圾的容积工程公式：V=a*T 式中： V----垃圾仓容积m3； a--- 容量系数，一般为 1.2～1.5，考虑到由于垃圾仓存在孔角，吊车性能和翻 仓程度以及有效量的缺陷，导致垃圾仓可利用的有效容积小于几何容积； T--- 存放时间，d；根据经验得出适合燃烧存放天数，它随地区及季节稍有变化； V=a*T=1.2*5*1000/0.35=17142.86（m3 ）。 故：垃圾仓的容积设计取18000（m3）。 垃圾仓的深度为Hm Hm=L*D/V=18000/75.5*18.5=12.88（m）。 故：垃圾池全封闭结构，长75.5米，宽18.5米，总深度以6米卸料平台为基准负13米。 3.2焚烧炉的选择与计算 （1）焚烧炉的加料漏斗 焚烧炉的加料漏斗挂在加料漏斗层，通过垃圾吊车将间接垃圾供料变为均匀加料，漏斗的容积要能满足“1h”内最大焚烧量。 垃圾通过竖溜槽送到给料机，垃圾竖溜槽可通过液压传动闸板关闭，竖溜槽的尺寸选择要满足溜槽中火焰密封闭合，给料机根据要求向焚烧炉配送垃圾，每台炉安装配合给料机传动用液压汽缸，液压设备由每台炉生产线控制中心控制。 料斗的容积V D V D=G/24*Kx/ρL 式中： V D---料斗的容积（m3）； G--- 每台炉日处理垃圾的量，（t/h）；