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1、机电综合创新项目设计与实践LED台灯设计与制作,一、教学安排,本实习项目是“机电计”一体化的综合实践项目，是一门实践性较强的课程。教学手段 课堂讲解、现场演示及训练场地实际指导操作实训时间：9天,教学目的和要求,一、了解各加工设备的加工特点，并具有较强的操作技能；二、了解典型工业产品的结构与制造过程；三、初步掌握protel软件的使用方法与lpkf快速pcb制作方法;四、拓展学生的知识面，培养学生的创新思维能力和开展科技活动的能力。五、培养学生的工程意识与工程素质，为今后的学习与工作奠定基础。,主要内容介绍,制作项目：“LED台灯设计与制作”制作过程分为三个模块：1、LED台灯各部件设计与加工
2、（机械部分）通过车、铣、线切割、等工种对LED台灯的各部件进行加工；2、印刷电路板pcb制作（电气部分）利用lpkf快速pcb制作系统对LED台灯的灯板电路进行设计与加工，并完成元器件的安装、焊接与调试。3、零部件装配（装配部分）通过钳工对LED台灯的各零部件进行装配。,实习安排,设计 LED台灯设计 lpkf快速pcb制作系统 一天机械部分 台灯底座铣床、磨床、钳工、线切割（设计与加工）一天半 支柱车床（设计与加工）一天半 灯罩线切割、钳工（设计与加工）一天 装配钳工（设计与加工）一天,电气部分 印刷电路板（PCB）设计 机房 需要安装protel、CircuitCAM软件 一天 印刷电路板
3、（PCB）加工 快速pcb制作系统 一天 印刷电路板（PCB）焊接调试 电烙铁 一天,二、LED台灯设计方案,LED台灯实物和工作原理图,LED台灯方案的设计思路是：首先要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源，才能点亮LED光源。使用最经济有效的方法降压和进行交直流变换是设计的首要考虑，当今便携式电子产品使用交流电源的交直流降压变换器适配器(Adapter)就成了既经济实惠、又现成、又好用的首选。,一）电气部分,1、LED优点 1）.体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧 树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。2）.耗电量低：LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是3.2-3.6V
4、。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电能不超过0.1W。3）.使用寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时 4）.高亮度、低热量：LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。5）.环保：LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造染，同时LED也可以回收再利用。,（一）LED优点及电器元件的介绍,2、电源：USB电源供电 1）电压：+5V是标准值，允许有一定的偏差，计算机USB口的供电电压在 4.755.25V 之间都符合USB协议的规范。2）电流：是+5V的电流，USB协议规定最大值为500mA，也就是单个USB口最大输出功率是2.5W。,3、光源
5、：LED 发光二极管 LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附 在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。,4、LED发光二极管主要参数：光管直径5 mm发光颜色 纯白色正常工作电压3.2-3.6 V正常工作电流20 mA最大反向电压 5 V,5、开关控制LED灯的电源通断,灯杯与灯罩灯板(要求学生自己 设计加工),（二）、PCB印刷电路板设计 介绍protel软件的基本使用方法，包括：原理图绘制、元件库制作、PCB设计、封装库制作、制造输出等
6、。（下图 sch文件）,原理图要求：由于USB电压5V，电流500mA，两两LED串联再并联。每组12个LED。PCB图要求：灯板设计为圆形，直径为36 mm，LED布局合理、布线尽量不交叉。参数设置：单面板导线宽度 1mm 焊盘直径2mm孔径0.9mm。,右图 pcb文件,（三）、制造输出 以Protel 99设计单面板为例子，导出Gerber数据：设置图层输出文件*.GBL Bottom layer 底层图形（Gerber)文件*.GKO Keep out layer 外框禁止布线层（Gerber)文件,设置NC Drill 钻孔刀具表及文件数据*.DRR 钻孔刀具表*.TXT 钻孔文件数
7、据,（四）创建CAM文件*.GBL 底层图形（Gerber)文件*.GKO 外框禁止布线层（Gerber)文件*.DRR 钻孔刀具表*.TXT 钻孔文件数据,（五）、用CircuitCAM软件做数据处理 1，打开CircuitCAM，选取对应模板，单、双面板，则选取“Default”选取项；2，用CircuitCAM导入各数据文件，并使之一一对应好相关层的关系；,3，在CircuitCAM软件的图形界面中对PCB板进行数据处理：【设置外形】分板外形边框切割轨迹；【设计规则检查】检查导线间距以便选择合适的刀具；【绝缘计算】沿着焊盘和线路周围生成绝缘包络线，大面积剥铜方式的刀具加工轨迹；【文字编辑
8、】加载汉字，注意阴刻还是阳刻等；4，导出文件CircuitCAM软件可编辑修改的*.CAM图形、驱动机器加工的*.LMD文件。,（六）、PCB快速制作制作 ProtoMat H100是一个数控加工中心，采用机械钻铣的方法制作电路板，配有隔音罩、吸尘器，是环保型的实验室制作系统。,BoardMaster控制软件：1，选择适当的工作模板（*.phs），导入需加工的*.LMD文件数据；2，定义好加工范围，实际位置、确定是否拼版等，并保存好需加工的文件（*.Job)；3，按照菜单上的加工项PHASE下拉菜单提示的顺序进行加工。,采用LPKF制作一块单面板包含下列步骤：MarkingDrills（打导向
9、孔）DrillingPlated(钻镀通孔）Info，Plating（在孔金属化设备上电镀通孔）Read Bottom（底层靶标识别）MillingBottom（铣底面图）Read top（顶层靶标识别)MillingTop（铣底面图形)DrillingUnplated(钻非金属孔)CuttingInside（切割内槽）CuttingOutside（切割外形）注：红色字体部分为单面板加工选项。,（七）、LED插装与焊接,1、注意二极管的正负极不要弄错，长管脚为正，短管脚为负。2、烙铁焊接:手工焊接用烙铁焊接时，要求使用少于25W（最高不超过30W）的烙铁,而且烙铁的温度必须保持 不高于300，一般建议在260以。焊接时间不要超过3秒。,（八）、连接图：,LED灯,开关,USB,二）机械部分（参照基本尺寸自己设计）,1.灯杆2.灯罩3.底座,1.灯杆,自己设计部分可以参照以下灯杆,2.灯罩,3.底座（外形可以自己设计）,底座以方形为准,
