无叶风扇控制器的设计与制作430

2013年全国职业院校技能大赛（高职组）“电子产品设计及制作（电力电子技术）”项目竞赛样题

题目:无叶风扇控制器的设计与制作

一、竞赛任务

按赛题要求，利用所发的技术资料、元器件及器材完成无叶风扇控制器的设计、装调和技术文件撰写任务；进行MSP430的软件设计，完成无叶风扇控制器的设计及制作。

1．根据所给资料分析无叶风扇的工作原理和功能要求；

2．根据赛题所给的无叶风扇控制器原理图和印刷线路板约束条件，利用Protel或Altium 软件绘制无叶风扇控制器的印刷线路板图；

3．完成赛项提供的印刷线路板焊接任务；

4．利用赛项提供的机箱完成简单的结构设计，包括开关、电源、电路板、插座的安装及机内走线的规划；

5．完成无叶风扇控制器的安装与调试，使其达到规定的技术指标，实现无叶风扇的正常工作；

6．完成MSP430软件的设计，使其达到规定的功能要求；

7．编写设计文件：包括电路原理图、印刷线路板图、系统框图、程序流程图和程序清单；

8．编写工艺文件：包括工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图(表)、调试工作单和仪器仪表明细表；

9．编写产品使用说明书；

10．依据赛项所给《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》撰写基本要求，编写《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》（简称《竞赛工作报告》）。

二、竞赛时间

竞赛时间为10小时。

三、功能要求与技术指标

1．原理说明

无叶风扇是2009由英国人Dyson发明的一款创意新产

品。无叶风扇的原理是让空气从一个1.3毫米宽、绕着圆环

转动的切口里吹出来，由于风扇开口弧度的独特设计，可以

使流过风扇的空气量达到放大15倍的效果。

在无叶风扇的基座

中带有一40瓦直流电机

驱动的涡轮风扇，可以每

秒钟将33升的空气吸入

风扇基座内部，经涡轮风扇增压后进入风扇上部的环形流

道，从1.3毫米宽的切口吹出。由于环形流道独特的弧度设

计，风量被放大15倍左右，无叶风扇可以向前送出大约每

秒500升的风量。基座的底部是摇头电机，本赛题无叶风

扇摇头功能取消，摇头电机不安装、不控制。

根据赛题要求在无叶风扇的环形流道上增加了气压监测孔，连接气压传感器和U型压力计，气压传感器用于气压反馈，U型压力计用于气压标定。

无叶风扇的直流电机供电由导线引出，分别为Motor+和Motor-。

2．功能实现

无叶风扇控制器要实现对无叶风扇的控制。

无叶风扇控制器由气压传感器、信号放大电路、A/D转换电路、MSP430控制电路、数码管显示与键盘电路、电机驱动电路等几部分组成。气压检测采用MPXV7002集成硅压力传感器、MSP430控制部分采用TI公司的MSP430F5438A为主控芯片；A/D转换采用转换芯片AD7950；数码管显示和键盘由MSP430直接控制；电机驱动电路采用脉宽调制控制。

①印刷线路板绘制

根据赛题所给的无叶风扇控制器原理图和印刷线路板约束条件，利用Protel或Altium软件绘制无叶风扇控制器的印刷线路板图，线

路板设计须采用双层板。

仔细阅读赛题所附的原理图，在无叶风

扇基座底部的圆形空间（如右图所示，具体

尺寸用直尺或游标卡量测）里，设计印刷线

路板。

线路板约束规则要求：最小间距8mil，

最小线宽10mil，过孔最小孔径15mil，过孔

最小直径30mil。

原理图中各元器件库文件在所发光盘

的“无叶风扇控制器.PcbLib”文件中。

②无叶风扇控制器的装调

无叶风扇控制器的装调工作要求在如

右图所以的机箱中完成。安装套件包括机

箱、电源模块、前面板、后面板、训练板

DCP-200-A（MSP430F5438A核心板）、

DCP-202-A（数码管显示和键盘电路）、训

练板CGQ-009-A（差动放大电路）、训练

板DCP-206-A（ADS7950串口A/D转换电

路）、以及必需的电气附件。其中

DCP-206-A（ADS7950串口A/D转换电路）

为散件，需参赛队员自己焊接。

参赛队员需自行完成无叶风扇控制器

机箱内的结构设计和装调工作。

无叶风扇控制器的前面板需安装训练板DCP-202-A （数码管显示和键盘电路）和电源开关。前面板的布置如下：

无叶风扇控制器的后面板需安装气压传感器插座、电机驱动线插座和带保险丝电源插座。后面板的布置如下：

③无叶风扇控制器的功能要求

通过无叶风扇控制器前面板的按键，可以实现无叶风扇的气压（风量）大小设定和起动停止控制功能，要求实现如下功能：

⑴设定功能

按上升“↑”键或下降“↓”键可以设定无叶风扇气压的大小，设定值在左边4位数码管上显示，每按一次按键，增加或减小10帕气压值，设定范围从0帕到400帕。

⑵起停功能

按起动功能键可实现无叶风扇的起动功能，按停止功能键可实现无叶风扇的停止功能，

在开机时控制器要处于停止状态，设定值和测量值均显示“000”。

无叶风扇运行时实际输出的气压应闭环控制，跟随设定的气压。实际的气压值在右边4位数码管上显示，显示的气压单位为“帕”，气压值以整数显示。按停止键后无叶风扇停止运行，气压设定值保持不变。气压传感器可通过U形气压计标定。

无叶风扇控制器的前面板上有人体红外感应器，在无叶风扇处于停止状态时，当感应器检测到有人体活动存在，风扇自动运行至设定气压值。

3．功能的分步实现

本赛题包含印刷线路板设计、无叶风扇控制器的装调、技术文件和竞赛工作报告的撰写和无叶风扇控制器软件的编写几方面内容，参赛队在设计和制作时可分步完成以上各项内容。

在MSP430软件设计时，可以采用训练板先行搭建无叶风扇控制器系统，实现无叶风扇的功能要求。功能要求也应分别实现设定和控制功能。

在参赛队自己焊接的DCP-202-A（数码管显示和键盘电路）不能正常工作时，可以采用成品的训练板DCP-202-A（数码管显示和键盘电路板）代替，但会影响参赛队的得分。

四、技术文件要求

要求技术文件的对象是参赛队装调的无叶风扇控制器。

1．设计文件

包括：包括电路原理图、印刷线路板图、系统框图、程序流程图和程序清单；

2．工艺文件

包括：工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图(表)、调试工作单和仪器仪表明细表；

3．产品说明书

包括：产品概述、技术参数、面板及操作说明、使用注意事项等。

4．依据赛项所给《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》撰写基本要求，编写《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》（简称《竞赛工作报告》）。

五、《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》撰写要求

参见所发的纸质文件——“《电子产品设计及制作赛项竞赛工作报告》撰写基本要求”。

六、上交方式

设计文件、工艺文件、产品使用说明书及竞赛工作报告均需提交电子文档，采用光盘刻录，一式三份上交。

七、评分标准