机器狗-电子工艺实习

北京邮电大学实习报告

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2.1 Multisim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