时间：2023-12-20 15:18:47
关键词：元器件；PCB板；布局设计；优化
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
PCB板是电子设备或微电子设备中用来安装和支撑元器件的结构平台。随着技术的进步，PCB板越来越向集成化、高速化方向发展。而PCB板中元器件的布局及布线的设计直接影响着其电气性能、结构强度、抗干扰性能、综合成本控制及美观性。基于此，笔者在布局设计实践经验的基础上，以元器件布局合理性为核心，提出了一些具有现实意义的PCB板布局的优化方法。
一、元器件的布局设计
元器件的布局首先要考虑PCB板的尺寸和布线的层数，PCB板越大，需要的印制线越长，阻抗越大，成本越高；相反，如果PCB板设计的太小，又会使其散热性能下降，且容易造成相邻布线之间的干扰。PCB板尺寸确定之后，要依据各电路的功能单元，针对PCB板上的所有元器件进行布局设计，且布局时要遵循如下原则：
（一）一般元器件的布局原则。在元器件布局设计过程中，首先要从整体上入手，以电路的流程为依据，针对各个功能电路单元，在考虑有利于信号流通的基础上，对其分布位置进行合理设计；其次，要确定各个功能电路单元的核心元器件，然后围绕该核心器件进行布局设计，在设计时尽可能使各个元器件分布均匀、紧凑、整齐，从而最大限度的缩短各元器件之间的线路长度和减少连接数量，尤其是对高频环境中运行的电路，更要着重关注元器件之间的分布参数，而对于一般电路，可以使元器件尽可能实现平行排列。最后是对处在PCB板边缘的元器件的处理，应做到距离PCB板边缘大于120mil。
（二）特殊元件的布局原则。在进行高频、高电位、超重等元器件的布局设计时，应有别于普通元器件，应遵循如下几项原则：（1）对于高频元器件在布局设计时应尽可能缩短元器件之间的连线长度，并尽可能减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰，对于容易受到干扰的元器件，应使其保持一定的距离，输入、输出元器件也应该尽可能使其远离；（2）对和导线之间存在着较高电位差的元器件，在布局时应尽可能增大它们之间的距离，以避免因相互放电而影响PCB板性能，对于带高电压的元器件，为了确保操作安全，应布置在调试设备时不容易碰触到的位置；（3）对于重量大于150g的元器件，在对其焊接时应采用支架对其进行加固处理，而对于体积大、发热量大且超重的元器件，就不应该将其布置在PCB板上，而应该将其放置于机箱底板或者远离热敏元件较远的位置，并采取必要的散热措施。
二、PCB板布线设计
元器件位置确定之后，就要进行布线设计，布线的合理性是PCB板获得良好性能的又以关键问题，PCB板布线应遵循以下几项设计工艺原则。
（一）布线层数、线宽及间距。PCB板上布线的层数及其层叠（stack-up）方式对其整体的布线方式以及布线完成后的线路阻抗大小起着决定性作用，同时布线的层数也会影响PCB板的布线密度，所以要在考虑PCB板结构、功能及性能的基础上，合理选择层数，最终实现布线简单、均匀。布线的间距同样是影响PCB板抗干扰性能的一个因素，在设计过程中首先要确定最小间距值，PCB板的最小间距应取决于极限状态的导线间的绝缘电阻和击穿电压。集成或数字电路在工艺允许的条件下，间距可取5～8mil。
（三）电源线和地线的处理。PCB板布线设计时还应采取合理措施来降低电源线和底线阻抗，根据PCB板线路电流大小的不同，电源线一般为40～100mil，为了增强线路的抗噪声性能，应尽可能加大电源线的宽度以减少环路阻抗。同时电源和底线的走向迎合数据传递的方向保持一致。另外，在地线设计时，还应该遵循如下原则：双面板中要采用单点接地方式，即电源和地从电源的2端分别引出至PCB板上，其电源和地各用一个接点，如果存在多个返回地线均应向一个地聚集；接地线应足够粗，使其能至少通过3倍于PCB板的允许电流。
（四）布线的美观。在PCB板布线设计过程中，既要以元器件布局整齐、合理有序为设计依据，同时要兼顾布线的美观流畅。在具体实施时有可能会对前者强调的较多一些，并在某些场合甚至会以此来评价PCB板设计的优劣，当然这是有失偏颇的，也就是说在性能要求不苛刻的情况下，要优先满足前者，而在具有高性能要求的PCB板布局设计中，就需要两者兼顾，甚至在某些封装的场合要优先考虑布线的美观性。
三、结束语
在现代电子系统中，随着时钟频率的提高以及PCB板向集成化、小型化和高速化的发展，使得PCB板布局设计的合理性和可靠性越来越受到重视。本文针对使用ORCAD软件进行PCB板设计时应该注意的事项和遵循的基本原则进行了分析与探讨，目的是使PCB板的布局设计更加优化和合理，当然PCB布局的优化方法不仅限于此，随着新技术的应用，将会有更多的新问题出现，这就需要PCB板布局设计工作者在实践中不断总结、归纳与创新，从而获得更加高质量、高性能的PCB板设计。
参考文献：
关键词：电极延伸线；LED；印刷；并置导线
1 引言
LED作为第四代照明光源，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，并由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位；另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来时，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片时，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。LED发光具有显著的节能和寿命优势。随着社会的发展，日常生活中的照明能耗问题日益突出。因此，具有显著节能优势的LED灯具越来越受人们的青睐。
随着国内LED照明[1]进入民用化进程，价格要求更敏感，同时与传统商用照明LED灯具相对较统一市场要求不同，民用照明LED灯具呈现较明显的个性及小批量等特点，对LED民用照明灯具提出了个性定制小批量制造的价格低、性能好等要求。LED光源板作为LED照明行业的一个重要基础，因为LED光源板是现代LED灯珠封装得到LED照明光源的必要技术手段，LED灯具的主要照明技术特性除了与封装LED芯片、辅助光学元件相关外，LED电路及其设置决定了照明灯具的光特性。所以为了满足现在国内民用LED照明市场低成本和个性灵活设计的市场要求，我们就LED光源板进行分析，拟寻求出适合市场要求的低成本和个性灵活特点的新光源板结构，并探究其对应的制备工艺技术。
2 现有LED光源板结构特点分析
目前LED照明灯具用的LED光源板主要有印制PCB板、并置导线柔性板或硬板和印刷陶瓷电路板三大类。
（1） 印制PCB板
印制PCB板[2]是最新出现的一类电路板，已有100多年历史，也是目前使用最广泛的一类电路板，它是以绝缘的玻纤板为基材，通过化学或物理印刷覆铜技术形成金属涂层，然后通过机械或化学蚀刻的方式形成所需要的电路，电子元器件通过电路板上的孔与印制电路进行电连接形成回路。按照线路板层数可分为单面板、双面板、三层及以上的多层板。
其中，单层PCB电路板，就是只在玻纤基板的一个面进行覆铜并经化学蚀刻得到所需电路。对于单层PCB电路板而言，一般元器件放置在没有覆铜电路的那一面上，覆铜电路的一面用于布线和元件进行焊接。这类单层PCB电路板应用最为广泛，在电路相对简单的各类电子及控制行业中大量使用。双层PCB电路板就是一种双面覆铜并蚀刻得到所需电路的电路板，两个覆铜电路层通常称为顶层和底层，一般顶层为元件放置面，底层为元件焊接面。对于电路复杂或元件占用面积大需两面放置，及其那些个别元件还需要在电路板侧面安装或使用的，各类复杂控制电子设备如计算机的主控电路板，一般为了提供电路板面使用率，使用双层PCB电路板。所谓多层PCB电路板，就是至少有3个工作层面的电路板，除了顶层、底层之外，还有至少一中间层。其顶层和底层与双层电路板相同，中间层可以是导线层、信号层、电源层或接地层，各层之间是彼此绝缘分隔的，层与层之间连接往往通过孔进行。
（2） 并置导线柔性板或硬板
LED用并置导线软性电路板是采用绝缘柔性膜基材上通过热压粘接平行并置导线，再在导线层上面采用覆盖粘接或喷涂、印刷涂布等工艺形成阻燃材料层，无需蚀刻而是通过机械冲切形成所需的电路断口，断口焊盘处理就可以在顶部的组合层上封焊电子元器件、LED灯珠等形成电路。这类软性电路板现在广泛应用在装饰照明用LED软灯带上，具有制作工艺无需蚀刻环保、制作成本低、工艺简单、成品率高，并且制得的电路板可以进行任意弯曲，可以自由运用在比如货物照明展示柜、建筑和交通的轮廓照明灯及其情调照明灯具上，比PCB电路更得心应手和灵活方便。
LED用并置导线电路硬板，随着LED灯具民用工程的市场扩展，尤其是在LED条形灯具，如：LED支架灯、LED管灯、暗槽灯等，为了灯成本控制，应用更具成本和安装优势的软性灯带，而软灯带安装在支架中一般需要如玻纤板这类刚性支持，刚开始是将软灯带通过粘接或卡接、螺钉等方式进行固定。在这基础上，为了更简洁的安装及其成本控制，人们将PCB电路板用的玻纤板或其他刚性基材上面之上直接设置并置导线，采用上面的并置导线柔性电路板的制作工艺制得[3]。
（3） 印刷陶瓷电路板
印刷陶瓷电路板是在航天航空工业应用中开发出来的一种绝缘和耐热性能优异的一类电路板，它以氧化铝等陶瓷为绝缘基材，采用已经烧结的陶瓷片或流延陶瓷生坯，通过丝网印刷铜浆或钨浆这类浆料形成所需的电路后进行低温或高温共烧得到金属线路[4]。
综合已有的三大类电路板，无论采用印制PCB板、并置导线的柔性电路板，还是绝缘和散热性能优异的陶瓷电路板，其光源板与驱动电源板或其他元器件进行电连接，几乎都是采用LED光源板上预留的电极焊盘通过导电端子线与驱动电源等元器件进行焊接实现，而焊线工艺人工操作复杂，一次成品率不高，成本一直都居高不下。同时，应用在LED灯具上，也同时具有小批量制作成本高的共同特点，其中，印制PCB板和并置导线的柔性电路板，尤其应用在条形灯具上，其在条形灯具的轴线上的电路设计灵活性低。就是说，轴线方向上的电路结构是相同设计单元的简单重复分布得到，无法低成本实现轴线方向上根据要求不同进行灵活的电路设计。例如，1.5 m的LED支架灯，不能小批量低成本实现两端的照明电路与中间的照明电路不一样。
3 带柔性电极延伸线的印刷及并置导线复合LED光源板的研制
根据上面的分析，我们综合印制PCB成熟的玻纤板低成本优势、并置导线整体成本优势及其并置导线可以进行延伸的灵活性，加上印刷电路小批量电路设计灵活性及成本低的各自特点，设计出一种具备上述优点的新电路板，该电路板以玻纤板等绝缘基材，通过采用印刷常温固化导电的铜浆得到照明子电路，两侧并置导线作为主回路并与印刷导线进行电连接，并将并置导线延伸出绝缘基材，即并置导线长度明显比绝缘基材长度长，上面通过覆盖阻燃膜得到封焊电阻和/或LED灯珠等电子元件所需的阻燃层。
3.1 带柔性电极延伸线的LED光源板结构研究
首先，为了解决目前LED光源板进行与驱动电源等元器件的电连接需要焊线的问题，我们的LED光源板采用如图1、图2所示的结构，包括正常的灯板主体及其上面封焊的LED芯片等元件，还将灯板主体的并置导线进行延伸得到软性电极延伸线，这样就能无需额外焊接端子线进行电连接了，这自带的柔性电极延伸线就可以与驱动电源等元件进行电连接。当然，为了延伸软性电极的绝缘性能，最好是有包覆延伸电极线的上、下两侧绝缘层。这延伸的电极线可以如图1中的只有一端进行延伸，也可以如图2那样两端都延伸。
其次，为了这延伸的电极是灯板主体的自然延伸，我们的LED光源板的灯板主体的主回路就应该采用平行并置铜导线的这类结构，而同时考虑上下包覆绝缘层的也是灯板主体的自然延伸，这样LED光源板当然可以如图3所示的采用软性基材的三层结构。
但结合条形灯具实际情况考虑，软性光源板一般也还需要安装在刚性支撑上，所以我们最终方案优选为如图4所示的刚性基材的四层结构。这刚性基材可以采用玻纤板或PVC这类绝缘材料，也可以采用散热铝材。
3.2 带电极延伸线LED光源板的复合导线层
再次，为了达到电路设计的灵活性和小批量的低成本特点，我们的光源板的照明子电路宜采用具有灵活性高和小批量低成本特点的印刷铜浆实现，这样就得到符合要求的印刷及并置导线复合LED光源板，该光源板的电路为印刷与并置导线复合电路，包括由平行并置导线形成的主干电路，以及印刷铜浆得到的印刷导线的照明子电路。这样，我们的复合LED电路板，小批量制样就可以很灵活地根据个性灯具照明光特性进行低成本的印刷导线电路设计。例如，上述中的三段印刷导线电路，可以采用中间的照明印刷导线和两端的照明印刷导线完全不一样的电路，也可以两端的照明印刷导线也各自不同的电路。如图5所示，中间的导线层为复合导线，其照明子电路采用一次行电路印刷得到，这样包括封焊电阻等元件和LED芯片的焊盘断口及其印刷导线在电路结构上具有小批量制样的高灵活行、低成本和短周期优势，而两侧的主导线采用并置铜导线，加强了电路板的结构强度和继续了并置铜导线与外电源或其他控制电路的接口方便及主回路承载电流能力强。印刷铜浆我们采用深圳市光飘电子材料有限公司购买的常温固化导电铜浆LF1201，固化后的印刷导线，与40 ℃热压粘接的并置铜导线进行电性连接。
我们将制得的这种新的带柔性电极延伸线的印刷及并置导线复合LED光源板进行进行了电阻和LED芯片的元件封焊性试验，测试发现封焊性完全满足操作简单的要求。封焊好元件的LED光源板也进行了照明性能、老化等测试。结果表明：这种印刷和并置导线复合LED电路板性能不错，制样周期短，小批量成本也得到了较好体现。
4 结语
研究表明，可以找到一种适合低成本、高灵活电路设计的无需焊线进行电连接的带柔性电极延伸线的印刷及并置导线复合LED光源板。希望LED光源板能早日为LED民用照明市场开拓提供了有力的支撑贡献应有的力量。
参考文献
[1] 苏方宁，王江.印刷反光层位置对广角度LED管灯配光性能的
影响[J].佛山陶瓷，2013（10）：22-25.
[2] 苏新虹，任敏.高亮度LED用印制光源板标准介绍[J].印制电路
信息，2014（6）：54-58.
[3] 陈健，张晃初，曾祥福.一种选择性压合方式制作混合材质LED
线路板技术研究[J].印制电路信息，2014（2）：59-61.
【关键词】PCB；布局；布线；可制造性
0 引言
《电子电路设计与仿真》课程是一门理论与实际结合性很强，极具实践性的新兴课程，是电气类专业的核心技能课程之一。在近年来高职院校的项目教学改革中发现，在对这门课程的教学过程中，往往只是将重点放在对电子电路CAD应用软件的熟练操作上，却忽视了对PCB板设计的一些技巧应用，特别是对设计出来的产品在可制造性上与企业的生产实践脱节，这样设计出来的产品如果走上生产环节，要么会大大提高了生产成本，要么是不符合生产实践。那么如何在这门课程的教学中实现与生产的联接，将是本文将要探讨的问题。
实践证明，对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说，即使电路原理图设计正确，可是如果印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。同时产品的可制造性（工艺性）也是一个必须要考虑的因素，如果线路板设计不符合可制造性（工艺性）要求，将大大降低产品的生产效率，提高了生产成本，在严重的情况中甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来。因此，在设计印制电路板的时候，应学会掌握各种电路设计技巧，注意采用正确的设计方法。为此，我们在《电子CAD》课程的教学内容方面做了全面的创新，增加了PCB设计技巧及可制造性应用技能，充分提高了课程的教学质量，增强了技能课程的实践性。
1 PCB布局技巧
在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，所以合理的布局是PCB设计成功的第一步。
考虑整体美观，一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，这样两者都较完美才能认为该产品是成功的。同时我们还要注意一些问题如：
1）布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起 ，避免走线太长；
2）数字器件和模拟器件要分开，尽量远离，避免干扰；
3）去耦电容尽量靠近器件的VCC；
4）放置器件时要考虑以后的焊接，同时还有散热，不要太密集；
5）多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率。
2 PCB布线技巧
一般来讲PCB设计软件提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工―自动―手工。
2.1 布线是PCB设计过程中的一个重要环节，所有的前期准备工作都是为它而做的，而在整个PCB设计过程中，就属布线的设计过程技巧最细、限定最高。PCB布线有单面、双面及多层布线，方式有两种：自动及交互式布线，在自动布线之前，可预先用交互式对要求比较高的线进行布线，输入端与输出端的边线不应相邻平行，这样可避免产生反射干扰。在必要时，可加地线进行隔离，且两相邻层的布线要互相垂直，因为平行比较容易产生寄生耦合。
2.2 电源、地线的处理。即使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。每个从事电子产品设计的工程师都明白，为何会产生电源线与地线之间的干扰，现只对降低式抑制干扰作以表述。要在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源及地线，最好是地线比电源线宽，其关系为：地线>电源线>信号线。因此对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
使用大面积铜层作地线，在印制板上把没被使用的地方都与地相连，作地线使用或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
2.3 数字电路与模拟电路的共地处理。现在大部分的PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路两种电路构成的。因此在布线时就需要考虑这两种电路之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。
3 可制造性分析
现代电子电路产品的生产基本都是依靠SMT，因此我们在设计的时候就必须要考虑SMT的制造过程，这样我们设计出来的产品才能符合生产的要求，在这里我以一个多功能灯为例。
多功能灯组成结构分析
多功能灯的主要组成有：LED灯头、螺旋钢管灯头支臂、三防外壳、带导线充电电池（MiNMaX LICI8650）、电源插座（DC-005 2.1MM内芯）、按钮、主控板（50mm*32mm）。
在SMT生产工艺流程中，通常把SMT分为挂胶制程（波峰焊）和锡膏制程（回流焊）。它们的主要区别为：贴片前的工艺不同，前者使用贴片胶，后者使用焊锡膏。贴片后的工艺不同，前者过回流炉只起固定作用、还须过波峰焊，后者过回流炉起焊接作用。那么在设计和选择主控板的的时候除了考虑以上特点，我们就要考虑下面的几个问题：
1）拼板是否用阴阳板及各自优缺点；2）是否采用拼板及拼板的个数。
根据实际生产情况分析得出，多功能灯的主控板采用：双面锡膏回流焊接工艺。因此我们选择多功能灯的主控板元件配置图top层 和bot层将设计出对应的拼版图，最终设计拼版方案A和方案B如下图。
论证：主控板正面元件较多，而背面元件较少，照成了元件极度分布不均；元件集中的区域吸热多，散热不良，温度较高，这样容易造成主控板在进入回流焊接时板子的翘曲。方案A和方案B比较，后者较前者的合理性更好，故选择方案B。
采取此种拼版形式的原因：一是可以充分利用SMT长线的优势，以达到更高的打件效率；二是节省网板；三是此板若（下转第76页）（上接第89页）做单面板，要采用手工焊接元器件，降低了生产效率。
采用此种拼版形式的优点：
1）降低了生产成本。
2）采用阴阳板，在开始编制程序的时候就可以节省优化程序的时间。采用阴阳板，也就是将两面的程序合成一个程序来做，这样只要针对一个程序来考虑优化条件。
3）采用阴阳板，在附加工具和辅料方面也会有很大的节省（针对部分产品来说）。比如，钢网就可以少做一片，如果需要托盘的话，那么节省的物料就会更多。
4）在生产效率上面来说，可以提高产量。原因是在生产过程中不需要换产，那么这部分时间就会多生产产品。还有就是由于阴阳板是一个贴装程序，这样在生产的时候就比两面程序，减少了一半的基板搬运时间，这部分时间又可以多生产产品。
这些PCB技巧在我们的平时课堂教学及高职教材上面总是容易被忽视，可是对PCB专业人员来说却是必需掌握的。因此，在本门课程教学上，我们增加了这些PCB设计技巧及可制造性分析，达到了对课程改革的职业目标要求。
【参考文献】
[1]比秀梅周南权.电子线路板设计项目化教程[M].化学工业出版社，2010.
【关键词】欧式箱变应用；结构方案优化；线路方案优化
引 言
箱式变电站（简称箱变）是一种将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定的接线方案组合而成的工厂预制式户内、户外紧凑型配电设备。即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防盗、防鼠、防尘、防火、隔热、全封闭、可移动的箱体内全封闭运行，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站模式。根据产品结构不同及采用元器件的不同，箱变可分为欧式箱变和美式箱变两种典型风格。随着科学技术的进步，配电自动化、电容补偿等各类电力新技术将不断应用于箱变之中，箱变一定会是供电模式中的首选方案，故对箱变的应用及优化设计的研究显得意义重大。
本文主要研究欧式箱变的结构特点、应用领域，并针对我公司欧式箱变特点，阐述该产品设计优化方案的策划实施及应用效果。
1、欧式箱变的产品功能、应用场合
欧式箱变是将6、10、35kV环网开关柜、变压器、低压电容器、低压开关等主要部件组合成紧凑型成套配电装置，安装在紧闭的箱体内起到屏蔽的作用。在城市高层建筑、城乡建筑、豪华别墅、居民小区、广场公园、高新技术开发区、中小型工厂、矿山油田以及临时施工用电等对供电要求相对较高的场合，作配电系统中接受和分配电能之用。欧式箱变具有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便以及可移动等特点，与常规土建式变电站相比，同容量欧式箱变的占地面积通常仅为常规变电站的1/10~1/5，大大减少了设计工作量及施工量，减少了建设费用，而在配电系统中，箱变可用于环网配电系统，也可用于双电源或放射终端配电系统，是目前城乡变电站建设和改造的新型成套设备。欧式箱变的体积比美式箱变要高要大，造价也比美式箱变要大，辐射则较美式箱变要低。产品符合GB/T17467“高压/低压预装式变电站”的标准。
2、我公司欧式箱变的结构方案优化设计
2.1 欧式箱变的结构特点及我厂产品个性化结构特点
欧式箱变由高压室、变压器室和低压室组成，各室间独立分隔。
欧式箱变设计的依据为用户的个性化需求方案：根据变压器个数可分为“单变压器配置”与“双变压器配置”；根据配电网络不同，可分为“终端型”供电和“环网型”供电；根据一次线选用配制方式分为“电缆式”和“母线式”。基于用户要求的具体方案不同，产品结构布局可分为“品”字型和“目”字型、箱体内部操作式和箱体外部操作式。
我公司生产的欧式箱变其外壳有三种选择：一种是钢板夹层压花板（又称：复合板箱变），其四周由铝合金镶边而成；一种是用冷轧钢板弯制加工而成（俗称：铁壳变）；一种是用玻纤增强水泥整体浇铸而成（俗称：水泥变）。所有箱体结构底座均为槽钢焊接而成，并在槽钢底座长边侧设多组吊攀起吊点。除玻纤增强水泥外壳为整体浇铸式，且顶盖与壳体为一体化结构外，其余两类型欧式箱变配用的顶盖均设计成便于维修的可拆卸式，整体美观，运输方便。
2.2 我公司个性化结构设计优化方案的策划实施及应用效果
2.2.1槽钢底座抽拉（隐蔽型）吊攀设计
抽拉（隐蔽型）吊攀与C型槽钢焊接成一体化结构（见附图1），吊绳限位板为圆环形平板。在箱变静止状态，将吊攀的吊绳限位板向内推，与槽钢表面平齐，而需将箱变起吊时，可将吊攀抽出，套上吊绳起吊。
该结构方案可在产品起吊状态时，自由抽拔吊绳限位板实现成功定点起吊，在产品静止状态时，将吊绳限位板推回，贴平槽钢底座侧面，实现产品槽钢底座美观、简洁，且起吊功能完美。
2.2.2防风型门开启自动定位结构设计
箱变门开启后，为保障大于90°开启角度，且开启后，箱门应实现防风止位功能，企业研制设计出“门开启限位装置”（见附图2）。
该结构方案可在箱变门开启后，随着人手开启门惯性作用，紧固于摇杆上的阶梯型销I阶梯环面沿限位杆的槽内滑动，行程至限位杆弧形扩孔位自由下落，阶梯型杆随即下落，II阶梯环面与限位杆弧形扩孔位配合止位，门呈开启限位状态，此时须人为将阶梯形销上抬，将II阶梯环面托离出限位杆弧形扩孔位，才能重新让阶梯型销I阶梯环面在限位槽长孔内往回滑动，实现关门。经实践验证，部件运行可靠，实现设计要求。
3、我公司欧式箱变的电气方案优化设计
3.1 欧式箱变的电气方案特点及我厂产品个性化电气设计特点
产品高压室可装设压气式负荷开关、真空负荷开关、SF6负荷开关、ZN21或VD4真空断路器、侧装式真空断路器等；产品变压器室可根据用户方案设计安装一至两台6kV、 10kV或35kV不同容量及规格的干式或油浸式变压器；产品低压侧可根据用户需求配用主进线开关、刀开关及馈线回路断路器等，且可选择性配备相应补偿容量的无功补偿柜。
3.2 我公司个性化电气设计优化方案的策划实施及应用效果
3.2.1完备的温湿度控制保护回路
产品箱体内设强迫风冷、加热等温湿度自动控制保护。保护功能的驱动信号可采集自：柜体内设的温湿度传感器、变压器高温传感功能装置（见原理图1、原理图2），本保护回路可实现自动控制欧变箱体内部及变压器温度的目的，保障实现变压器满负荷运行。
3.2.2完备的自动控制照明回路
产品箱体内各控制室设置独立的照明系统：照明功能的驱动信号采集自各控制室门装设的位置开关状态变化，实现各控制室开门时可自动亮照明灯，关门时自动熄照明灯的目的（见原理图3）。
3.2.3完备的变压器室内网门联锁保护回路
产品箱体变压器室内设安全隔离网门，通过采集安装于网门上的位置开关状态变化，实现变压器室网门打开时，高压负荷开关或断路器电动分闸，切断变压器室电源，以防止误入带电间隔（见原理图4）。
3.2.4完备的声、光报警保护回路
产品箱体出现任何异常情况时，采集各类非正常信号：包含但不限于变压器超温传感功能装置发出的超温危险信号、箱变内置烟感器的动作信号、误入变压器室信号（本信号系通过采集安装于网门位置开关的状态变化获得）等，通过二次控制回路，用声、光系统实现报警，给予人为干涉，避免事故扩大化（见原理图5）。
关键词:模块化;轨道交通;RFID;设计优化
中图分类号:U284文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)27-0076-02
0引言
近年来,地铁交通在人们的生活中起到了重要的作用。继北京、上海、广州、深圳之后,几个大型的城市也相继投入大量资金建设地铁项目,以解决城市内的交通问题,由此也带动了其相关产业的发展,其中最为显著的就是由非接触IC卡代替了传统的纸质车票,同时使用轨道交通非接触读写器对非接触式IC卡进行读写操作,实现轨道交通非接触式车票的读写操作业务。
除了车票读写功能外,轨道交通非接触读写器还包括车票检测、防冲突、选择车票应用、安全存取模块(Security Account Manager,SAM)与车票密钥更新等功能。轨道非接触式读写器主要由控制模块、RFID射频模块和安全模块组成。
在面临技术进步或多票种应用需求时,需要读写器能适应新技术,支持对城市一卡通等新票种的读写操作。要满足这些需求,需要对读写器的设备电路进行修改,主要是对射频模块电路和安全模块电路进行修改,控制模块电路保持不变。而现有的轨道非接触式读写器中,上述三个模块集成在同一块电路板上(称为一体化设计)。在改动设备电路时,需电路进行修改,意味着三个模块全部更新,再针对不同的卡特征进行整体设计。所以,一体化设计使得读写器在支持新票种时,需要更换整个设备造成了很大的资源浪费,提高了开发成本。同时,对于不同需求要有一个专门对应的产品,不方便产品的管理,提高了运营设备维护成本。无法适应轨道交通领域业务多样性及车票类型多样性的要求,产品通用程度较差。为此,本文采用将RFID射频模块、安全模块、控制模块独立设计、优化布图的方法,降低读写器开发和升级维护的成本。
1模块化设计原理
轨道交通RFID读写器主要射频、控制和安全三个模块组成,其中,射频模块用于完成对非接触卡的读写操作,并与控制部分进行通信,是读写器的无线接口电路;控制模块用于实现业务控制,完成读写器各模块的初始化,控制所述射频模块及安全模块进行各种需要的业务操作;安全模块则为读写过程提供安全保障,并完成与控制部分的通信。在进行对IC卡的读写工作时,射频模块不断地向外发出一组固定频率的电磁波,当有卡靠近时,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器的发射频率相同,这样在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,将卡内数据发射到读写器或接收读写器发出的数据,实现对IC卡的读写操作。
布图设计是整个集成电路设计过程中与产品研制和生产直接相关的一个设计过程,它直接关系到芯片的设计周期、生产成本和产品质量。
本文提出的模块化轨道交通RFID读写器布图设计,其原理采用将控制模块集成在第一电路板上,将射频模块、安全模块集成在其他电路板上的分离式结构。这种结构将原有的一体化设计进行合理的拆分,并采用连接线或插拔的方式进行合理的连接。该方法使得读写器在应对不同区域,不同读写技术时配置更为灵活,有利于产品的管理。
轨道交通RFID读写器包括控制模块、射频模块和安全模块,控制模块集成在第一电路板上,RFID射频模块、安全模块集成在相互独立的其他电路板上。其中第一电路板上的控制模块分别与集成在其他电路板上的射频模块、安全模块相连接,射频模块和安全模块共同集成在与第一电路板相互独立的第二电路板上。而第一电路板与第二电路板通过布图优化后重叠组合。如图1所示为一种组合结构:
与现有技术相比,本文提出的轨道交通RFID读写器采用控制模块、射频模块和安全模块的分离化设计,使得读写器能更好地适应不同环境的要求,解决了现有技术在支持新票种时,需要更换整个设备造成的资源浪费,运营设备维护成本高的问题,同时使得读写器能更好的适应轨道交通领域业务多样性及车票类型多样性要求,提高了产品的通用性。
2设计与实现
通常应用于不同环境中的读写器的控制部分是大致相同的,而射频部分和安全部分则是各异的。即:如果要适应不同的环境,读写器中的控制部分无需经常更换,而射频部分和安全部分则需要经常更换。本文提出的模块化轨道交通RFID读写器中,控制模块、射频模块和安全模块采用分离式设计,控制模块集成在第一电路板上,射频模块、安全模块集成在与第一电路板相互独立的其他电路板上。安全模块与射频模块间组合方式灵活,可集成在同一块板子上,可分别集成在不同的板上,可采用半连接方式连接。
如图1所示,是该读写器布图原理,其结构形式包括控制模块、射频模块和安全模块,其中:
控制模块集成于第一电路板上,而射频模块和安全模块共同集成于第二电路板上,第一电路板与第二电路板同一水平面上并列组合。
该读写器采用控制模块、射频模块和安全模块的分离式设计,如当有新的票种出现,需要对读写器进行设备电路改变,只需换掉集成有射频模块和安全模块的第二电路板,将集成有适应新票种需要的射频模块和安全模块的电路板与控制模块相连,即可开始工作。这样的结构使得读写器的适应性增强,更好的适应不同环境的要求,配置工作灵活,利于产品的管理,同时降低了运营设备维护成本。
鉴于各模块间独立布图,因此模块间组合结构形式可根据实际应用环境进行布图设计。如图2所示,给出另一种结构形式。
由图2可知,包括控制模块、射频模块和安全模块,所述控制模块、射频模块和安全模块的功能与图1中的同名模块的功能基本相同;所述控制模块集成于第一电路板上,射频模块和安全模块与图1相同,共同集成于第二电路板上,较实图1不同的地方在于,两块板子的位置关系进行了改动。
在图2结构形式,根据电路板上器件的特征,合理地将第一电路板和第二电路板器件较矮的部分板面重叠组合。这种组合方式,大大减小了读写器的整体体积,使其更加适应在地铁设备的机器内安装。
3结论
模块化设计具备以少变应多变,以尽可能少地投入生产尽可能多的产品,以最为经济的方法满足各种要求等特点,已广泛应用于各类型产品的设计。本文利用模块化设计优点,给出一种轨道交通RFID读卡器灵活设方案计,适用多协议要求,不同地域可能会采用不同的协议实现非接触车票的技术,采用本方案进行设计,只需调整安全模块及射频模块电路板就能使用,能很快适应新的需求,适应轨道交通领域业务多样性及车票类型的多样性问题。该方案也为其他RFID读卡设备的设计提供参考价值。
参考文献
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关键词 雷达；数字电路板；故障测试；技术分析
中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-043-01
就目前的情况来说，自动测试系统在国防军事领域有着最为广泛的应用，其发展较为迅猛，在针对武器设备进行研制、开发、使用以及维护的进程当中所提出自动测试系统需求可谓是促进自动测试系统技术不断优化发展与深化改革的巨大动力。在现代化的国防军事领域中，雷达设备已然成为不可或缺的重要武器装备，其在国防军事领域中占据着关键性应用地位。由此可见，养护维修雷达设备有着十分重要的意义。与此同时，随着科技水平的显著提升，雷达设备数字化程度愈发高起来，数字电路板在设备制造中渐渐占有较大比重，其具备有超强的特殊性以及专用型，实际的使用周期相对较长，导致容易出现较大的更新换代困难，若是发生故障则需及时实施电路板处理，旨在充分保障雷达设备的完好性能。所以说，针对雷达数字电路板故障诊断技术展开合理研究已经成为大势所趋。
1 可测性设计
一般来说，传统意义上的数字系统设计通常是将设计跟测试划分成为两个相对较为独立的阶段。设计工程师关注的主要是设计系统的实际制造成本与相关性能，在实施设计的时候不会将测试问题充分考虑在内，测试工程所负责的主要工作为针对设计完成的系统生产并实施合理设置，如此一来，便会导致测试工作难以顺利进行，使得相应的制造成本超出预算。为实现总生产成本的有效降低，则应该在相应的设计阶段便将测试考虑在内，将系统的可测性当作是重要的设计目标。
可测试性可谓是产品可实现其状态的准确确定，同时将内部故障有效地实施隔离的一种设计特性，其中，产品包括有系统与子系统、设备与组件，状态则涵盖有可工作、性能下降或者是不可工作。其标志具备有较强自检功能、便于维修检测、方便外部测试设备以及自动测试设备的有效检测工作。将可测试性提高作为主要目的而实施的系统设计即为可测试性设计，其具体过程为在设计初期阶段须将可测试性要求充分考虑在内，针对系统结构实施合理调整，同时把某种便于测试可测性机制向产品中引入，从而实现对被测对象内部测试信息获取渠道的合理提供。
专项设计与结构设计是可测性设计的两大方法类型，具体来说，专项设计指的是根据基本功能需求所设计出的系统以及电路应用简易措施，提高其自身的可测性能；结构设计则指的是按照可测性设计的规则模式实施电路功能设计。
2 测试方案
该系统工作原理是，实施测试的过程当中，通过处于PC机Windows环境下的主控软件合理有效运行， 针对具体的诊断项目进行选择，PC机设备能够经过串行接口向测试仪传达相应的测试指令。AT89C51是专用测试仪设备的核心构成内容，其能够将测试码通过与被测板连接的测试向待测电路进行有效输送，而后实施针对故障实施相对应的检测行为。待到完成检测之后，所获得测试结构可向PC机实施传送，经过PC机的分析处理之后，则能够所得测试结果进行打印以及显示。结合电路板结构特点以及具体功能的基础上，能够选用的测试方式如下，通过对印刷电路板的芯片或者是空插脚引出端的合理运用引出直接进行观察控制的节点；将印刷电路板上的多余元件充分利用起来作为隔离级，旨在实现通路可控能力的优化提升；进行必要跳线器的合理设置，旨在方便选择需要的回路或者是将无关通路断开；进行多路开关的合理设置，旨在将数据线或者是信号及时断开；实施灵活时钟的合理设计，为调试测试工作提供相关便利，使得内外部时钟切换更为方便，同时针对不同情况下的系统共组展开合理观察；在各个元器间之间保留出合适空间，将测试所用的插孔或者是小座预留在重要的测试节点位置；合理规避逻辑冗余电路情况。
2.1 存储器以及CPU
诊断CPU的时候，应该经过相应的自检程序，需针对CPU指令系统以及定时中断等等进行有效检查，判断CPU是否存在相关问题。就数据存储器RAM，需运用针对各个的单元读写字符55H、AAH进行存储单元优劣程度的有效检查。就程序存储器EPROM来说，可运用针对各个单元内容求累加和的方式实施自检行为。
2.2 控制电路与地址译码
针对译码芯片而言，譬如说74LS138译码器，能够在输入端依次进行000—111信号的有效施加，同时按照其的实际输入给予相对应诊断。
就输入以及输出芯片来说，譬如说74LS373、74LS244、74LS245等，能够从其的实际功能角度直接出发展开测试工作，即为分别作用00H—FFH至芯片输入端，结合其对应输出即可检测（s- a-0）和（s- a- 1）故障（固定0故障和固定1 故障）。
针对逻辑电路来说，可使用D算法求解方法进行相应的矢量测试。就任意非冗余组合 电路而言，D算法都可以找到某些或者某个故障所对应的相关测试矢量，同时其所使用的计算方式可通过计算机设备得以实现。
就桥接故障而言，在实际的应用过程当中，其可谓是最为常见的一种短路故障情况。桥接故障的存在易导致电路拓扑结构发生一定改变。相较于诊断固定型故障来说，针对桥接故障实施的诊断更为复杂的程度。元件输入端的桥接故障，测试生成的基本原则是：如果一个测试T能置y=0且能检测x固定0故障，或置x=0能检测y固定0故障，则该测试T能检测x，y之间一个与型无反馈桥接故障。
3 结束语
综上可知，本文所述的故障测试诊断方式能够实现对雷达数字电路板的故障的有效检测，人机界面较为良好，在实际操作过程中相对便捷。引入测试机制能够推进系统可测试性能的优化提高，可是由于测试性要求在系统设计的合理添加，使得产品成本相应增加，再加之测试系统本身会存在故障虚警，则使得产品可靠稳定性随之降低，因此需结合实际情况，综合利弊，实现系统设计可测性机制的不断优化进步。
参考文献
[1]王晗中，杨江平，张爱元.现代雷达装备综合智能故障诊断系统设计[J].现代雷达，2008（11）.
关键词: Protel DXP; 印制电路板;设计;制版
电路设计的最终目的是生产制作电子产品，各种电子产品的使用功能与物理结构都是通过印制电路板来实现的。印制电路板(PCB)是电子设备中的重要部件之一，其设计和制造是影响电子设备的质量、成本的基本因素之一。因此，印制电路板(PCB)设计质量直接影响着电子产品的性能。2002年7月底由Altium公司发布的Protel DXP电路设计软件，由于其良好的操作性等优点已成为电路设计者的新宠[1]。本文以Protel DXP为设计平台对PCB板主要设计步骤及其内容进行了分析，以提高电路板备板的制作效率及可靠性。
一.原理图设计
原理图设计是整个Protel工程的开始，是PCB文档设计乃至最后制版的基础。一般设计程序是:首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小，即建立工作平面;然后从元器件库中取出所需元件放到工作面上，并给它们编号、对其封装进行定义和设定;最后利用Protel DXP提供的工具指令进行布线，将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，对整个电路进行信号完整性分析，确保整个电路无误。
1. 电路板规划
电路板规划的主要目的是确定其工作层结构，包括信号层、内部电源/接地层、机械层等。通过执行菜单命令Design\Board Layers，在打开的对话框中可以控制各层的显示与否，以及层的颜色等属性设置。如果不是利用PCB向导来创建一个电路板文件的话，就要自己定义PCB的形状和尺寸。绘制时需单击工作窗口底部的层标签，再由Place\Keepout 命令来单独定义。该操作步骤实际上就是在Keep Out Layer(禁止布线层)上用走线绘制出一个封闭的多边形，而所绘多边形的大小一般都可以看作是实际印制电路板的大小。
2. 元器件的选择
对元器件的选择要严格遵循设计要求。在Protel DXP软件中，常用的分立元件和接插件都在软件分目录Library 下Miscellaneous Device. Intlib和Miscellaneous Connectors. Intlib 两个集成元件库中。其它的元件主要按元器件生产厂商进行分类，提供了型号丰富的集成库。但是有时候出于个人设计的需要，设计者无法在库文件中找到完全匹配的元器件，此时就只有通过制作工具绘制所需元器件。需要注意的是，绘制元件时一般元件均放置在第四象限，象限交点即为元件基准点。
3.元器件的布局
Protel DXP 提供了强大的自动布局功能，在预放置元件锁定的情况下，可用自动布局放置其他元件。执行命令Tools\Auto Placement\Auto Placer，在Auto Place 对话框中选择自动布局器。Protel DXP提供两种自动布局工具:Cluster Placer 自动布局器使用元件簇算法，将元件依据连接分为簇，考虑元件的几何形状，用几何学方法布放簇，这种算法适用于少于100 个元件的情况;Global Placer 自动元件布局器使用基于人工智能的模拟退火算法，分析整个设计图形，考虑线长、连线密度等，采用统计算法，适用于更多元件数量的板图。自动布局较方便，但产生的板并不是最佳方案，仍需要手工调整。
3.元器件的连线
连线很讲究原则和技巧，走线应尽量美观、简洁。一些设计人员在初期使用Protel DXP进行设计时，只在表象上将元件连起，而出现“虚点”。导致在生成网络报表时出错。好的设计习惯是打开电气网络，使连线可以轻松连接到一个不在捕获网络上的实体;打开在线DRC，监控布线过程，违反规则的设计被立即显示出来。完成预布线后，为了在自动布线时保持不变，需要对预布线锁定。打开菜单Edit\Find Similar Objects，选择要锁定的对象。自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线的结果为手工调整提供参考。
二.电路仿真分析
所谓仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程，并计算出在给定条件下电路中各关键点的输出波形。电路的仿真是否成功取决于电路原理图、元器件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等因素。仿真时首先通过Analyses setup对话框设置仿真方式并制定要显示的数据。该软件提供了解种分析仿真方式，包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、噪声、传输函数、参数扫描等。设置好仿真环境后单击OK按钮，系统自动进行电路仿真并显示分析结果。通过对仿真结果的分析，设计者可以对电路进行合理的调整，直到完全满意。最后将设计好的原理图通过打印输出，以供制版使用。
三.制版工艺流程
1.双面制板工艺流程(简述)
电路设计覆箔板下料表面处理打印电路图热转印补缺 腐刻(浸泡在1:4FeCl3溶液中腐刻)去膜涂助焊、防氧化剂 钻孔焊接元件检查调试 检验包装成品。
2.双面制板工艺流程(简述)
双面覆铜板下料裁板数控钻导通孔检验、去毛刺刷洗化学镀(导通孔金属化) (全板电镀薄铜) 检验刷洗网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影) 检验、修板线路图形电镀电镀锡(抗蚀镍/金) 去印料(感光膜) 蚀刻铜(退锡) 清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化，常用感光热固化绿油) 清洗、干燥网印标记字符图形、固化(喷锡或有机保焊膜) 外形加工清洗、干燥电气通断检测检验包装成品。其详细说明这里不再赘述。
3.需要注意的问题
在初次表面处理时，需要用P240-320之间的水沙纸打磨覆铜表面，去除表面的氧化层。并且用5%FeCl3溶液浸泡1分钟，以增强印墨的粘敷力。腐刻溶液的温度最好在25℃左右。助防氧化剂是把松香按照:10的体积比，放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。钻孔时，按所装元件脚的直径φ+0.2mm，选择最接近标称值的钻头。
四.结束语
在集成电路不断发展的时代，计算机辅助技术(CAD)突飞猛进。熟练掌握Protel DXP软件，将极大提高电子线路的设计质量和效率。但要设计和制作出一块优良的PBC板，还需要不断的学习和实践。因此，广大电子工程设计人员要在不断的实践中去体会，通过总结经验努力提高设计和制作水平。
参考文献:
[1] 王廷才，王崇文. 电子线路计算机辅助设计Protel 2004[M]. 北京: 高等教育出版社，2006.
关键词：高压输电；铁塔结构；设计；选型
Abstract: through the years in high voltage power lines tower structure design selection of experience, mainly to the our country present stage high voltage transmission line design, selection of the Eiffel Tower structure design a detailed analysis of the related problems, only for reference to fellow.
Keywords: high voltage transmission; Tower structure; Design; selection
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
电力事业是中国的一个重要支柱产业，它直接关系到国民经济的发展。高压输电铁塔是电力部门主要的电力传输工具，随着我国经济的迅速发展，铁塔的需求量也在逐渐增加。需要大量质量好、适应性强的铁塔。这不仅给电力行业的施工企业提供了广阔的市场，同时也给国内其它行业的施工企业带来了新的机遇和挑战。输电铁塔结构设计的质量目前只能靠铁塔出厂前的铁塔试组装把关。如何在铁塔出厂前通过合理的设计使铁塔就位率达 100%，减少工程损失，对铁塔试组装和检查具有重要的意义。
1高压输电线路铁塔结构设计选型的基本项目
我国现阶段设计的高压输电线路铁塔都是成型成套的，一般根据当地的气象等环境状况，一类塔型中有多种高度的铁塔，且应用时很少铁塔会用到其能承受的最大垂直或者水平档距，所以结构中裕度是有的。而同类铁塔中，除塔底部不同外，其他部位的结构都是一样的，所选择的地脚螺栓型号也是一致的。因为高压输电线路导线本身具备足够的载流能力，根本原因是线路中某些线段的铁塔呼撑高太低，大电流通过时，导线弧垂加大，对地距离满足不了安全要求，所以设计的重点就是选择较高杆塔，择位再立。
1.1 中横担结构布置和最佳高度选择
横担立面高度越高，主材受力越小，但斜材长度增加；反之，主材受力加大，斜材长度减小；这就存在一个最佳高度优化解。中导横担平面矩形布置：宽度逐步递增，铁塔耗量线型增加，无极值存在。考虑安装、检修时，人员通行方便，横担宽度取 1.2m。边横担鸭嘴型布置。边横担平面导线挂点处开口宽度取 500mm。横担主材按平行轴布置时，铁塔电算重量6596kg；按最小轴布置时铁塔电算重量 6619kg，故取平行轴布置。立面斜材均为零杆，按单斜材布置；平面按双斜材布置。
1.2 上、下曲臂结构的选型
常见的上、下曲臂外侧面呈直线或曲线布置，曲线布置因上下曲臂连接点出现拐点，计算证明，拐点小主材内力略小，变化不大，却易产生不平衡力；拐点大节点不平衡力可能超限，电算不通过。与其相比，直线布置曲臂主材节点内力平衡。故本塔型上、下曲臂外侧面按直线布置。当上下曲臂高度为定值时，上曲臂高度越小，塔材重量越轻；但因受到间隙圆的限制，本塔型上曲臂高度为5m，下曲臂高度为 8m。上、下曲臂节间配置：上曲臂 5 个节间最小轴或 4 个节间平行轴布置；下曲臂 7 个节间最小轴或 6 个节间平行轴布置；主材角钢规格未变。但平行轴方案应力较小，且可节省8根斜材。单基塔材电算重量6596 kg；最小轴方案单基塔材电算重量6674 kg。显然，采用平行轴布置较为经济。斜材按常规布置。
1.3塔身最佳坡度的选择
动态规划应用于塔身坡度优化较早。直线塔塔身侧面为与曲臂外侧取相同坡度，一般采用矩形断面布置，故正、侧面为两个坡度变量。为便于求解，可先假定侧面坡度，求正面最佳坡度；然后再以正面最佳坡度为定值，求侧面最佳坡度。必要时，可反复迭代，直至求出正、侧面最佳坡度。
1.4塔身隔面的选型
塔身横隔面一般设在荷载点或变截面处。构造横隔面设置的间距，一般不大于塔身正面平均宽度的 5 倍。横隔虽可分配剪力和扭力，增强塔身刚度，但设置过多没有必要。计算发现，横隔与主材连接节点因汇交杆件较多，易产生不平衡力。参考国外铁塔隔面配置和规划院84塔设计经验，本塔除瓶口和塔身塔腿连接面设置横隔面外，整个塔身内未设置横隔。杆件受力比较均匀。根据本塔布置，塔腿隔面横材采用平行轴布置比最小轴受力小，腹材杆件少；重量较轻。
2 强化铁塔结构设计选型的具体措施
在我国高压输电线路在建设初期，一般对地高度的裕度不是很大，铁塔的呼撑高通常都不是同类塔型中最高的，所以在设计中可直接选择塔型的更高者。但是在高压输电线路铁塔的设计中，结构设计选择如果存在不合理的现象，必然导致塔脚的根开增大，不利于铁塔的安全性与稳定性。另外，如果高压输电线路铁塔长期处于停电进行作业的状态，电网的安全可靠性就差。因此，问题的焦点就是如何强化路铁塔结构设计选型的具体措施。
2.1 改进水平材验算方法
水平材验算过去我们均按安装工况杆件内力叠加人重弯矩考虑。人为加大了杆件应力。参照近年来所搞国外工程的标书规定，本塔水平材验算仅考虑人重弯矩。不与其它荷载组合，一般受力杆件均能满足要求。我国新版《架空送电线路杆塔设计技术规定》DL/T 5154- 2002 也按此原则做了明确的规定。
2.2 杆件连接紧凑，减少节点板用量
我国塔材单基耗量与国外同类型塔相比，一般较重。除因压应力稳定计算公式和钢材的机械性能有所差别等因素外，节点板用量较高是一差距。节点构造设计改革目前已引起很多设计院的重视。ZB1_MV塔在节点构造设计上做了一些工作，如上、下曲臂连接节点构造常规习惯用大板正、侧面连接。加之上、下曲臂内侧主材负端距较大，连接板上仍需设置加劲板和加劲角钢，增加其节点刚度。节点板单基耗量约 90kg；本塔上、下曲臂外侧主材直线布置，改为短角钢外包连接，可大大减小上、下曲臂内侧主材负端距，避免了各主材连接螺栓过于集中，达到节点连接更加紧凑、刚度增强，减小节点连板的目的，单基耗量40 kg。
另外还改进了直线塔地线支架和横担的相互连接方式，也减少了节点板面积。提高螺栓强度等级。可减少螺栓数量，但效果并不明显，经验证，受孔壁挤压控制者较多。参考国外铁塔杆件连接方式，多螺栓连接的斜材杆件，一般与主材直接相连，不仅可减少连接板用量，主
材与板的连接螺栓也随之减少，而且其螺栓抗剪强度和孔壁挤压强度取值均比我国要高。值得学习研究。
2.3加长杆件构造长度，减少包铁连接数量
以前铁塔杆件长度受到塔厂镀锌设备的限制，杆件长度一般不超过 8m，塔材需多段连接。目前，很多塔厂已更新改进，采用较大的镀锌锅，镀锌杆件长度可达到 10～12m，为设计采用较长杆件创造了条件，可减少杆件包铁数量和减小因连接构造误差难免产生的不利影响，能进一步降低塔材耗量，节约加工成本。
3结论
[关键词]实践教学；教学成本；电子类专业；创新实践能力
[中图分类号]TN41；G642[文献标识码]A[文章编号]10054634（2017）03009205
0引言
提高人才培养质量是高等教育发展的核心任务《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020）》指出，要通过全面实施高校本科教学质量与教学改革工程，强化实践教学环节，进一步提高高等教育人才培养质量。随着社会对学生实践能力要求的提高，实践教学在高校教学过程中的比例逐渐加大。目前，在大力推进实践教学的过程中，出现2个主要问题：（1）各高校实践教学经费投入逐年增加，但教学经费仍相对不足，这些问题在工科类院校体现得更加明显。在高等教育教学成本中，实践教学成本占了相当大的比重[1]；（2）在实践教学过程中，学生仍以被动接受知识、简单跟随操作为主要实践形式，未能充分发挥学生的主观能动性及创新实践能力。
如何合理有效地使用实践教学经费，发挥有限教学经费的最大效益，最大化节约高校理工科实践成本，同时能够通过实践教学，充分提高学生主动的进行创新性学习和实践的能力，是高等学校亟待研究解决的问题。近年来，燕山大学电子信息科W与技术专业通过渐进式教学设计方法，减少了以实物设计为载体的实践教学成本，实现了实践教学经费的合理支配，使学生的实践活动由被动的模仿式学习转变为主动的创新性实践。
1高等学校实践教学运行现状
本文所涉及的实践教学，主要是指与专业课程教学配合的课程设计环节，所涉及的实践教学成本主要是指用于实践教学，如课程设计以及学生实训等教学活动所需消耗材料的购置费用。
传统的课程设计环节主要是针对大学某一课程的实践教学环节，利用所学的知识，通过设计实践，完成一项涉及本课程主要内容的综合性、应用性的题目。课程设计环节把教学范围拓展到了实践中，有利于促进课程教学目标的完成。但是这种针对某一课程专门设置的课程设计，与后续其他课程设计之间相互关联度不大。造成以实物设计为载体的某门课的课程设计项目完成之时，也是所设计的实物变成电子垃圾之时。在教学耗材的购置，例如电子元器件的采购等方面，存在大量的资源浪费；同时循环产生大量的不可回收的电子垃圾，对环境也造成一定的影响[2]。这些相互不关联的以实物为载体的课程设计使高校的实践教学经费不足的问题更加严重。
另一方面，由于学校实践经费与教师实践教学投入不足等多方面原因，导致课程设计项目单一，缺少系统化、创新性以及延续性的考虑。学生只是被动地跟随教师或者实验指导书进行模仿式实践，创新性和主动性不能充分发挥，不能达到实践性课程的预期结果。在某一课程的课程设计中设计出的项目作品及学到的技能，未能在后续课程中继续得到深入挖掘和提高，而学生以课程设计实践为基础进行课外创新性实践更无从谈起。
实际上，高校中任何一个专业所有的课程设计都是为学生的综合专业技能发展服务的，相互之间必然存在一定的关联。根据这些关联，搭建循序渐进的教学体系，打破课程设计间的壁垒，统筹规划，是实现实践教学成本优化使用的可能途径。采用循序渐进式实践教学体系，使得上一级项目能够进入下一级实践环节，充分发挥和扩展每一级实物设计的功能，减少资源的浪费，从而最大化的节约实践教学成本[3]；在课程设计过程中，增加可以充分发挥学生主观能动性的创新性实践项目，采取竞赛等形式进一步激发学生的实践热情和创新思维。3年的教学实践证明，这一循序渐进式的实践教学体系很好地优化了教学成本，提高了学生的创新实践能力。
2循序渐进的实践教学体系搭建
电子信息科学与技术专业是教育部于1998年特设的新专业，该专业涵盖了无线电物理、电子学与信息系统、信息与电子科学3个旧的本科专业，对学生的现代电子技术应用、现代通信技术和计算机应用能力有比较高的要求，该专业顺应了我国电子信息产业发展的需要，有较大的发展和提升空间。
电子信息科学与技术专业对学生实践能力有着较高的要求，传统的纸上谈兵教学模式在日益严重的就业形势面前迫切需要改革。从社会对于电子工程师的要求出发，搭建了以培养学生硬件电路设计、电路板焊接与测试、现代电子仪器的使用、单片机软件开发、项目规划与开发等能力为主的实践教学体系[4，5]。该实践教学体系打破了各课程设计之间的壁垒，统筹规划、总体考虑，以实践成本最优化、学生能力全面化为目标，制定了3个循序渐进、紧密相关的阶段，分别为PCB电路设计与焊接（第3学期）、单片机程序设计与开发（第4学期）、电子设计综合实训（第5学期）。3个阶段课程设计材料和设备统一采购，统筹规划，每个设计环节的产品进入下一环节，持续提升和开发设计项目的功能，实现了学生全面实践创新能力的分阶段培养。
为了促进学生课外实践的展开，本专业从2012级开始就将电路类以及计算机语言类课程提前，将《电路原理与分析》《模拟电子技术》《数字电子技术》分别提前到了第2、3、4学期，《C++面向对象程序设计》课程提前到了第2学期。而《单片机原理与应用》课程放在了第4学期。因此，PCB电路设计可以为充分理解和掌握电路相关知识打下基础，同时该课程设计单元所设计的电路是基于STM32单片机的多功能开发板，可以让学生在此设计中学习和掌握最基础的单片机知识，为后续单片机理论课以及单片机程序设计与开发打下良好的基础。学有余力并且感兴趣的学生，可以在课下自学一些单片机知识，结合所设计的单片机开发板，完成一些课外实践项目。实践证明，这样一个实践系统序列大大促进了后续单片机理论的学习，本专业学生的单片机成绩优秀率远高于其他专业学生，达到了65%的优秀率。
经过电子信息科学与技术专业4年来的实践教学检验，笔者认为该实践教学体系极大地节约了实践成本，在提高经费使用效率的同时，学生的创新实践能力也得到了很大的提升。3年来，以学生为主体，获批发明专利和软件注册权4项，国家级大学生创新训练计划9项，省级以上竞赛奖项20余项。
3电子信息科学与技术实践教学体系详解
以下面分别从PCB电路设计、单片机程序设计与开发、电子设计综合实训3个方面解析本专业循序渐进的实践教学体系的构成。
3.1PCB电路设计与焊接
印刷线路板（printed circuit board，以下简称PCB）是电子元器件的支撑体和电气连接的载体。从 2006年开始，我国也已经取代日本成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。电子产品的焊接是电子产品制作过程中非常重要的环节，1名合格的电子工程师如果想开发出1款工艺简单、器件封装合适的产品，必须要了解焊接，尤其是现代贴片焊接技术的全过程。因此PCB电路设计已经成为电子、电气类及相关专业重要的专业技能课之一[6]。在学校的电子信息科学与技术专业的教学计划中，将PCB电路设计与焊接设置成了1门必修的专业基础实践课，时长为3周。
电子工程师完成PCB电路设计过程是先利用EDA软件进行电路版的绘制，然后再进行焊接和调试。但对于没有接触过电路板实践的学生来说，这个电路板绘制的过程犹如理论课程一样枯燥无味。因此，该阶段的设计先由教师根据自己多年的经验及教学心得，按照循序渐进式的电路板设计理念，给出电路板的主体架构，进行电路板各部分功能讲解、焊接，然后再进行电路板的L制与仿真。这样的PCB设计流程，可以让学生在EDA软件学习过程中，将一些抽象化的电路符号转化为形象的电路模块，非常方便地帮助学生理解和掌握。课程设计过程中，教师及时对各环节进行总结和关键提示，有助于学生快捷地掌握相关知识，缓解学时紧张的问题，该部分内容分4个阶段完成。
1） 电路板功能分析和电子元器件选择。此阶段充分考虑了成本与功能这两个矛盾面，结合循序渐进的实践体系的要求，设计出基于STM32单片机的多功能开发板，板上除晶振外的所有的 IO 口全部引出，板载十多种外设及接口，可以充分挖掘 STM32 的潜质，极大地方便学生在后续课程设计以及课外科技活动中扩展及使用[7，8]。
STM32EVM主要由STM32单片机最小系统、串口下载及通信模块、外设模块及电源模块构成。板载了8个LED灯、3个按键、直流电机驱动模块、8路红外检测模块。其中，电机驱动模块、红外检测模块和外置的智能小车底盘可以让学生完成智能小车的控制、红外循迹和红外避障功能，培养了学生的综合能力。电源模块主要为开发板电路供电，分为两部分：第一部分为USB供电及电源转换电路，主要是在该开发板单独使用的时候使用；第二部分为外置锂电池供电及电源转换电路，主要是在该开发板作为控制板，与智能小车底盘共同使用的时候使用。图1为本专业设计的基于最小系统设计的PCB板电路图，具有较大开发和升值空间。
2） PCB焊接和调试。该阶段通过学生实际接触到PCB板，对电路板产生直观的认识，了解常用电子元器件形状和封装特点，掌握贴片焊接和直插孔焊接等电路板焊接技能，尤其对现代工业最常使用的贴片焊接的流程有清楚的认识；掌握钢网、回流焊机、电烙铁、热吹风等焊接工具的使用以及电路板的测试和调试过程。
3） PCB板的绘制与仿真。经过PCB功能分析与焊接之后，学生对电路板设计有了初步的了解。接下来就是EDA设计软件Altium Designer15的学习。该软件是主流的EDA设计软件，可实现PCB设计与绘制。此过程，教师负责进行绘制方法演示、指导、规则检查以及验收。通过此过程，学生可以通过原理图绘制和封装设置，电气法则测试、导入网络表、设计绘制PCB图，掌握 PCB工程及完整的电路图建立的过程。图2是学生自主焊接和绘制的PCB电路板图。
4） 电路板的调试――单片机程序设计与开发基础入门阶段。为了提升学生的成就感，该阶段必须让学生自己焊接出的电路板工作起来，因此在完成电路板的设计后，结合单片机程序设计，完成电路板功能的进一步开发，激发学生的学习热情，快速上手STM32。从 STM32 固件库、新建工程、编译和下载程序出发，学习STM32单片机的基础功能和常用外设。通过流水灯和按键实验，掌握STM32的GPIO的原理和控制方法；通过中断实验，掌握EXTI外部中断输入方法；通过串口通信，实验掌握单片机和电脑的信息交互的方法。该电路板功能的进一步开发和价值提升可在后续的课程设计中逐渐发挥出来。
3.2单片机程序设计与开发
本阶段的课程设计，使用学生自制的基于STM32单片机的开发板，以C语言为基础，以uVision5 IDE 集成开发环境作为开发工具，通过实例讲解、学生练习、自主项目设计的形式，由浅入深，达到即学即用的效果，提高学生的创新实践能力和独立开发能力。经过PCB设计阶段的STM32单片机的基础功能和常用外设学习，实现了学生单片机程序设计的基础入门。因此，在这一阶段可以顺利进入基于学生自制的STM32单片机开发板的高级功能扩展，该部分主要分3阶段进行。
1） 基础功能扩展阶段。通过STM32的高级外设和常用的通信协议、ADC和DAC实验、器件DHT11、AT24C02、W25Q64的学习，使学生掌握信号采集和输出的功能、电子设计中常用的单总线协议、IIC协议和SPI协议，掌握示波器在信号采集与处理中的作用。
2） 传感器模块学习阶段。该阶段利用自制开发板板载的10多种外设及接口，使学生了解和使用各种传感器模块，如红外感应模块、声音检测模块等十几款信息采集传感器；步进电机、蜂鸣器模块、继电器模块等输出执行传感器；还有一些高级辅助模块，如无线传输模块NRF24L01、WIFI模块ESP8266、三轴加速度/陀螺仪模块MPU6050、液晶显示模块OLED12864等等，为后续综合性的自主设计与开发打下基础。
3） 综合性的自主设计与开发阶段。经过前面阶段的学习，学生掌握了基于STM32的软件编程和常用传感器模块的使用。为了充分发挥学生的主观能动性，培养学生的创新性精神、团队协作意识及电子产品的设计开发能力，该阶段特别设计了学生创新设计大赛。采用抽签形式将学生进行分组，每组3人。小组根据现有的STM32开发板和传感器模块，在4天时间内完成以下任务：项目及创新点提出、作品原型制作、软件开发、联合调试、答辩。最终以比赛形式进行项目作品验收，评委根据项目的难易度、完成度、创新性、外观和答辩情况进行打分和评奖。
由于元器件以及模块数量有限，为了降低学生提出项目的相似度，开课第1天就给学生布置调研任务，要求学生在2天内完成项目名称的提出，指导教师负责对学生项目的相似性、创新性、难易度进行把握，相似的项目进行删除，重新让学生商定题目。项目开展前，进行开题报告，学生简要汇报项目的设计思路和实现方法。教师针对学生项目的整体思路指导，不同组也可加入讨论，努力提高项目的创新性和综合性。事实证明，这种提前审题以及开题审查相结合的办法，对于降低学生项目相似度，提高项目综合质量有很大的帮助。比如，同样是湿度传感模块，引申出3个不同类的模块应用环境：能够自动寻光提高晾晒效率的智能晾衣架，能够实现自助浇水、采用呼吸灯显示花卉生存环境好坏的智能花盆，以及能够实现光、水、空气自主控制的智能农业大棚设计，分别利用湿度传感器实现了衣服湿度、花盆土壤湿度和大棚土壤的湿度测定。
经过本次课设，学生的基于单片机的自主开发能力、编程能力、设备使用和调试能力、团结协作能力有了大幅提高，参与性和主动性得到了充分发挥。在该阶段涌现了大量的创新性题目，如具有水量和水温测量与显示、警告和定时提醒功能的智能水杯，具有手势识别、实现垃圾分类的智能家用垃圾桶，基于超声波检测的儿童坐姿矫正仪（如图3所示）等，有3个作品被选中参加2016年在燕山大学举办的CDIO亚洲区域会议作品展。
3.3电子设计综合实训
经过PCB焊接与测试、单片机设计与应用的实践性训练，学生已经可以进行独立的开发和设计。为进一步巩固学习成果，继续提高学生的电子设计能力，在第5学期，设计了电子设计综合实训环节，利用学生自主设计的开发板，进行逐步增容，完成1个智能循迹小车的开发设计[9，10]，最终设计完成的智能小车实物如图4所示。
智能循迹小车作为一种融合自动控制、传感器检测、信息处理、计算机软硬件设计等多学科知识，集机电于一体的综合系统，是很好的电子设计综合实训项目。该智能小车以学生自主设计和焊接的STM32开发板为控制核心，集成红外传感器模块和超声波传感器，利用单片机的高速运算处理能力处理8路红外传感器信息，控制单片机的PWM输出占空比来调节左右直流减速电机的转速，进而实现小车智能循迹行走，并通过超声波传感器实现躲避障碍物的功能。学生需要克服小车的直行、左转、右转、直道加速、S弯、虚线赛道处理、十字路口处理和自动停车等难题，该项目的完成，可以实现的电路设计、程序设计、检测控制及信号处理等多方面专业知识的综合利用，提升学生的整体创新实践能力。
4结束语
由PCB电路设计与焊接、单片机程序设计与开发、电子设计综合实训3个实践阶段构成的循序渐进的实践教学体系，以自制的STM32开发板为基础，实现由浅入深的实物化电子产品设计。各实践环节既相互独立又前后关联，既有详细的理论又有大量的实践，充分了发挥学生的主观能动性，使学生具有了独立的电路设计、计算机程序设计、电子产品设计能力。经过4年的实践教学检验，该体系达到提高实践教学经费的综合使用效率和学生创新能力的双重目的，在高校电子类相关专业具有很好的推广价值。
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关键词： 雷达模块； Pro/E软件； 结构设计； 高效方法
中图分类号： TN957.8?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）13?0134?03
Abstract： There are lots of modules in radar structure， so the efficient structure design method for the modules is worth to research. The efficiency and accuracy of radar module structure design were improved greatly by virtue of the specific design process of a certain type radar structure， compatible import between Pro/E and Auto CAD software， as well as adoption of layered structure design， point?array modeling， virtual assembly and other combinational design skills in Pro/E. Pro/E software is applied to modifying the design parameters in the model rapidly to reach the purpose of optimal design. The application of Pro/E software in radar module structure design provides an efficient design method and idea for radar module structure design.
Keywords： radar module； Pro/E software； structure design； efficient method
0 引 言
在雷达模块结构设计中，为了满足模块的电磁兼容性设计[1]要求，必须设计出符合指标的模块。结构设计师根据印制电路板，设计出对应的模块。而印制电路板上存在大量的屏蔽筋、固定孔、过线孔和其他结构[2]，因此对应模块结构必须同印制电路板上的结构保持高度吻合。如今印制电路板集成度越来越高[3]，导致模块结构越来越复杂，因此探索一种高效率、高准确率的模块设计方法尤为重要。
Pro/E三维设计软件具有直观、所见即所得、参数化等优点，在结构设计方面得到广泛应用[4?6]。本文借助Pro/E软件，寻求模块结构设计的高效方法。
1 模块结构传统设计方法
模块结构一般由盒体和盖板组成，而盒体是模块结构设计的核心。盒体的结构由结构设计师根据印制电路板图设计而来，结构设计师从印制电路板图上逐一测量出所有相关结构尺寸，包括外形、屏蔽筋、固定孔、过线孔和其他结构尺寸，根据测量的具体尺寸再在三维软件中建模并设计出符合要求的模块。该种传统设计方法要耗费大量的测量时间和精力，且在测量过程中存在偏差和出错的可能，因此，必须探索出一种该类型模块结构设计的新方法。
2 模块高效结构设计方法
通过三维软件Pro/E和二维软件Auto CAD之间的兼容导入，同时采用分层结构设计、点阵列建模和虚拟装配等组合设计方法，大大提高了雷达模块结构设计的效率和准确率。下面结合某雷达产品中的模块结构设计实例，具体介绍如何采用Pro/E软件高效率和高准确率地设计模块。
2.1 Pro/E与Auto CAD的兼容导入
所举模块中有射频印制电路板和电源印制电路板两块印制电路板，其中盒体正面装射频印制电路板，背面装电源印制电路板。图1（a）为射频印制电路板中结构设计需要的1[∶]1比例的Auto CAD二维图，其中包含印制电路板的外形、屏蔽筋（阴影部分）、67个固定孔（较大的点如A点）、23个过线孔（较小的点如B点）等结构尺寸信息。图1（b）为Auto CAD文件导入Pro/E软件后的二维图，从图中可以看出，与图1（a）结构尺寸完全相同。再在Pro/E软件中利用导入文件进行模块结构设计。
2.2 分层结构设计方法
盒体采用分层结构设计方法，即先设计盒体的正面和背面之间的隔板，其次设计正面的腔体，再次设计背面的腔体，最后完善盒体其他结构设计。分层结构设计的好处在于每一层设计均以前一层为基准，因此只需修改某一层的设计参数，就可以达到整体联动更改和优化的目的，实现简单参数化设计[7]。
图2（a）为正面和背面之间的隔板三维模型，它由图1（b）中导入的结构外形获得。在Pro/E的草绘界面中选择导入图形的外形，采用投影和拉伸方法即可获得隔板的外形图。
正面腔体的结构设计以隔板的上表面为草绘界面，使用投影功能选取盒体的屏蔽筋外形图，并使用拉伸功能，一次性完成盒体的屏蔽筋建模，如图2（b）所示。
盒体正面腔体中还存在大量的固定孔和过线孔，Pro/E软件中的点阵列功能可方便、快捷、准确地完成大量孔的建模。
2.3 点阵列设计方法
以隔板的上表面为点阵列基准面，首先在基准面上确定基准点，设定图 1（a）中任意一个固定孔为基准点，如A点，再次进入草绘界面，并使用参照和钻孔功能，完成以基准A点为圆心的基准孔K的建模，如图3（a）所示。以基准孔K为固定孔点阵列源，进入点阵列草绘界面，并对导入图形使用参照功能，找到导入图形中每一个固定孔的参照圆心并使用几何点功能，退出点阵列草绘，完成67个固定孔的点阵列建模工作，如图3（b）所示。与固定孔建模方法相同，完成23个过线孔的点阵列建模，如图3（c）所示。图3（d）为盒体正面腔体内部的所有孔三维建模图。
由图3可以看出，在盒体正面腔体内部所有孔的三维设计过程中未测量任何一个孔的相对尺寸，利用导入文件和点阵列建模的设计方法大大提高了孔的三维设计效率和准确性。
2.4 盒体结构完善设计
盒体背面腔体的建模，以及背面腔体的固定孔建模不再陈述。盒体正面腔体屏蔽筋上的固定孔也采用阵列的方法进行建模。
盒体周围设计有射频输出接口和电源控制接口，射频输出接口采用不锈钢小间距的SMA射频连接器[8]进行连接，电源控制接口采用J30J电缆组件[9]进行连接。
模块盒体四角设计成台阶式结构并开有4个通孔，用于模块的固定。设计完整的盒体如图4所示。
模块盒体上下盖板均采用嵌入式盖板，嵌入式盖板能很好地屏蔽电子元件之间相互干扰。盖板高效无误设计需借助虚拟装配的途径来实现。进入Pro/E软件装配界面，并将一块一定厚度且外形尺寸不小于盒体的平板装入盒体上盖板的位置，再激活装配图中的平板，使用剪切功能，切除平板多余的部分，最后使用基准孔和阵列（以屏蔽筋上固定孔的阵列为参照）的方法，快速准确地完成盖板的三维建模。
2.5 虚拟装配
对设计好的模块零件进行虚拟装配，虚拟装配与零件设计相辅相成[10]，如盖板的结构设计，且虚拟装配可以对干涉、偏差、错位等错误进行检验[11]，及时反馈错误设计信息，优化结构设计。在虚拟装配过程中，对同一系列螺钉、平垫和弹垫创建成组，以组进行阵列（以固定孔的阵列为参照），可方便快捷地完成紧固件在盒体上的虚拟装配。图5为模块最终完成虚拟装配的三维示意图。
3 结 语
以Pro/E软件为雷达模块结构设计平台，通过Auto CAD二维软件和Pro/E三维软件间的兼容导入，结合分层结构设计、点阵列建模、虚拟装配等组合设计手段，可实现模块的快速修改和优化，为模块设计提供了一种高效的设计方法。
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关键词：CPU；超频；降温；性能优化
1 引言
CPU即中央处理器，顾名思义，它是整个计算机系统中最为重要的核心部件。集成了百万计、千万计，甚至数亿计晶体管的CPU芯片，除了具有计算能力的电路和结构外，还拥有控制及指挥其他硬件电路相配合的中央控制器。由此可见，CPU的健康状况，会对整套计算机系统的运行产生举足轻重的影响。因此要想让它竭尽所能，适时地对它进行保养、维护及优化则显得尤为重要。
2 常见的CPU故障
2．1 频繁死机
在排除病毒原因后，此类现象主要原因通常是由于散热系统工作不良、CPU与插座接触不良，或BIOS中有关CPU高温报警设置错误等造成的。
对策：检查风扇是否正常运转(如有必要可更换大风量的风扇)、检查散热片与CPU接触是否良好、导热硅脂涂层是否均匀、取下CPU检查插脚与插座的接触是否可靠、进入BIOS设置调整温度保护点等。
2．2 超频过度造成无法开机
过度超频后，电脑启动时可能出现散热风扇转动正常，而硬盘指示灯只闪一下便没了响应，显示器也维持待机状态。这种情况通常有两种处理方法：
对策一：打开机箱，找到主板上给CMOS放电的跳线(通常都在钮扣电池的附近)，将其置于“CMOS放电”位置，也可以将电池抠下，稍待几分钟后，再将跳线或电池复位并重新启动电脑即可。
对策二：现在较新的主板大多具有超频失败的专用恢复性措施。如：在开机时按住“Insert键”不放，系统启动后将自动进入BIOS设置选项，随后可进行降频操作。更为先进的主板中，还可在超频失败后主动“自行恢复”CPU的默认运行频率。
2．3 开机自检显示的工作频率不正常
具体表现为开机后CPU工作频率降低，屏幕显示“Defaults CMOS Setup Loaded”的提示，重新设置CMOS中的CPU参数后，系统可恢复正常，但故障仍会在下次重启时继续出现。此类情况与CMOS电池或主板的相应电路有关。这时可先测量主板电池的电压，如电压值低于3V，应更换CMOS电池。如果更换电池不久后，相同故障再次出现，则是主板CMOS供电回略的元器件存在漏电，建议将主板送修。
3 如何对CPU进行保养
3．1 保证良好的散热
CPU的正常工作温度为50℃以下，其具体工作温度会根据不同的CPU主频而定。散热片质量要足够好，且以厚底层为佳，这样有利于主动散热，保障机箱内外的空气流通顺畅。
3．2 注意减压及避震
CPU毁于散热和扣具压力的惨剧时有所闻，主要表现在CPU的DIE被压毁，因此在安装CPU时应注意用力均匀，扣具的压力要适中。
3．3 合理超频
超频会导致CPU工作时温度上升，而高温容易使内部线路发生电子迁移，缩短CPU的寿命。目前主流CPU的频率都在2GHz以上，因此超频前，应更多考虑延长CPU的寿命。如仍需要超频，应尽可能不用提高内核电压的方式实现。
3．4 用好硅脂
硅脂有很强的导热性，安装散热风扇时，应在CPU及散热片之间抹上导热硅脂，以获取更好的散热效果。使用时，将其涂于CPU表面内核上，薄薄一层即可。硅脂在使用一段时间后会干燥，这时可先将其除净后，再重新涂上。
3．5 防止CPU主芯片磨损
常用的方法是CPU不用时在芯片表面贴上一层胶布。此外，在安装CPU时要留意风扇的正确安装，同时注意芯片与硅脂接触均匀。
4 如何使用软件优化CPU性能
计算机由软、硬件配合进行工作，在硬件规格确定的情况下，可以通过特定的软件对硬件性能进行一定程度的优化。
4．1 用SoftFSB软件对CPU超频
对CPU超频是使用最多的“性能优化”法。通常的超频方式都是用主板跳线、修改BOOS设置等硬方法。而无论对主板重新跳线还是修改BIOS的设置，都要求用户对计算机硬件系统或BIOS设置有一定的了解，召则会适得其反。SoEFSB软件可以直接在Windows窗口下调节系统总线频率，以达到超频目的。若超频成功，无需重新开机，系统就将在此设定的频率下工作；若超频失败，重新开机，系统会自动回到原来的状态，不受影响。
SoflFSB通过软件来改变时钟芯片部分寄存器数值，进而让该芯片根据这些数值产生相应的系统总线频率。由于目前Intel的询许多CPU倍频被锁定，通过提高系统总线频率就成了唯一的超频方式。使用SoEFSB超频，只需用户记下主板型号，之后便可通过选择主板型号来设定GetFSB项，或通过时钟芯片来设定GetFSB项。
4．2 通过Powerteak优化CPU的性能
Powedweak是Powertweak公司于1999年推出的系统实用程序。PoweRweak支持大多数的CPU和芯片组，PoweRweak在安装过程中会自动探测用户当前使用的CPU和芯片组类型。安装结束后，执行“开始程序Powertweak”中的PowertweakOptimiyer命令打开设置窗口进行基本设置。设置完成后，重新启动系统，Powertweak会随机自动启动并使用已有设置对用户的CPU及主板芯片重新配置，让它们在工作中发挥更高的性能。
4．3 用WateffallPro对CPU降温并优化
新版的Wateffal0Pro几乎支持现在市场上能见到的所有CPU类型(包括笔记本电脑用的CPU)，且与现在的主流主板兼容，为用户提供了全面的选择，使用该软件可以完成如下功能：
(1)最多可将CPU的温度降低30℃；
(2)调整CPU的性能，让它在最优状态下稳定地工作；
(3)可以精确测量与显示CPU的使用串，并能同时监控三个以上的周边设备，如主板、硬盘等；
(4)支持各种流行的主板，并可以选择在系统发生问题前发出警报；
(5)可节省笔记本电脑电池能量，即使在CPU全速运行时，也可以利用新的HTL(节流阀)技术降温，甚至还可以省下内部风扇的电源。
WateffallPro的安装十分简洁，软件安装完成后，开机会自动执行，并在任务栏右下脚显示自己的图标。用鼠标点击该图标后，进入设定选单。选择“Option”中的“Setup”选项，即可针对主板及CPU进行设置。
【关键词】精品课程 电子设计自动化 项目教学法
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）05C-0058-03
电子设计自动化课程是我校电子信息工程技术、应用电子技术和太阳能光电子技术专业的核心专业课程，其前身叫“Protel电路设计”。2010年我校的“电工电子与自动化实训基地”获自治区高等职业教育能力建设专项项目并获自治区财政支持，建设了电子设计与生产工艺实训室和大学生创新实训室，随着印制电路板的设计、生产制作设备和电子产品生产工艺生产线投入教师教学和学生实训中，从而形成了电子设计自动化课程。2014年电子设计自动化课程被确认为校级精品建设课程。
精品课程应该体现学科现代教学思想，符合现代科学技术和地方产业发展或行业技术的需要，有利于带动高校教育教学改革，科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性是精品课程较显著的特点。
一、加强课程内容体系结构设计，对接岗位能力选取教学内容
（一）电子设计自动化课程的内容。一是基本知识的学习。将电路原理图的绘制、元器件封装库制作和使用、印制电路板（PCB）的设计和打印等基本知识融入项目进行学习。二是以电子产品设计、制作实例进行综合实训。把印制电路板制作、电子产品生产工艺与规范融入这一阶段的学习和实训，培养学生电子产品的设计和制作能力，满足职业岗位能力培养的要求。
（二）教学内容的选取符合岗位能力培养的要求。邀请企业工程师到我校讲座、指导实训，参与课程大纲、课程教学内容、实训内容、实训指导的制定，使我们的教学能跟上行业的新技术、新工艺，培养的学生符合行业、就业岗位的需求。
依照项目教学法设置教学内容，将实际开发项目、典型产品案例和学生创新项目引入到教学当中，基于工作过程构建学习情境，如表1所示，教学情境的设置遵循由感性到理性，由简单到综合的过程。首先通过学习情境1单管放大电路的印制板制作这个简单项目的实训，使学生掌握绘制原理图、生成网络表、合理的规划印制板、导入元件的封装、元件的布局及布线这些制作印制板的基本知识。然后再进入学习情境2、3的学习，进一步巩固上面的基本知识，同时引入元件封装库的制作等知识的学习。最后通过学习情境4加入复杂原理图绘制和多层印制板的制作等内容。整个课程以电路的原理图、PCB 图设计、元件封装制作为基础，以培养学生印制板的制作、电子电路设计和制作能力为核心，将课程建设成集能力培养、职业素养训导和学生创新能力培养为一体的教学平台。
二、加强教学方法与手段改革，不断提高课程的教学质量
电子设计自动化是一门实践性很强的课程，采用项目教学法、任务驱动法将理论知识融入电子产品制作中，实现理论与实践的有机结合。充分运用精品课程网站的教学资源，利用网站的“电子论坛”“在线讨论”及时为学生解决问题，引导和启发学生自主进行知识的建构，激发学生的学习兴趣，全面提高学生的实践动手能力和创新能力。
（一）采用集“教、学、练”于一体的项目教学模式。以企业项目、真实产品和学生创新项目设置教学情境，以项目为载体学习电路原理图的绘制、元件封装的制作和PCB板的制作等基本知识，克服了传统的计算机辅助软件教学和实际使用脱节的教学模式，实现了理论与实践的紧密结合。该课程在机房和电子设计与工艺实训室进行教学，建设了一套电路制板设备和一条焊接工艺生产线，做到了教学环境一体化。“电工电子与自动化实训基地”的大学生创新实训室和电子设计工艺实训室是全天开放式运作模式，学生可以随时进行电子电路的设计和制作。
（二）把综合项目化为子任务，做到深入浅出，激发学生的学习兴趣。根据产品制作的过程，将项目化为一个个子任务，让学生在完成项目的过程中掌握制作印制板的基本知识和技能，进而完成相应电子产品的制作、调试，使学生能感觉到学习的快乐和动手制作的成就感，让学生成为学习的主体，不再是被动的学习。
（三）采用分层次教学。对于能力强、乐于助人的学生进行强化训练，增强他们的分析问题能力和动手能力，培养成为班级的“学科带头人”，并鼓励他们多帮助其他同学。而对于理解能力不强、动手能力较差的学生，采用多关注、主动引导他们解决问题，培养学习兴趣，保护他们的学习积极性。在这些年的教学中发现培养班级“带头人”在班风、学风建设中非常有用，能带动整个班的学习积极性。
（四）与企业合作教学。利用校企合作的平台开展教学，把电子产品的调试与制造工艺阶段的学习部分尽量放在企业进行。设计的学习情境尽量以企业项目、真实产品为载体，缩短了教学与行业、产业的距离。安排行业工程技术人员定期到学校交流，他们不断带来新的行业或技术信息，使课程教学和技术进步保持同步。
（五）建立有利于激发学生学习兴趣、动手能力和创新能力培养的考核体系。包含考勤、课堂表现、阶段学习效果评价，从理解能力、动手能力和团队合作能力进行评价，达到既能奖励动手能力强、愿意帮助他人的学生，又能保护落后学生的学习、动手积极性。电子设计自动化课程教学在培养学生的创新思维、动手能力、实践技能以及团队合作精神等方面起着重要的作用。在教学中以人为本，以学生为中心，激发并保护学生的学习兴趣和动手制作的积极性。
电子设计自动化精品课程教学内容的设置、教学活动的开展与技能竞赛相结合，突出了职业技能的培养。培养学生能够完成按照电路原理图进行元器件的选择、电路原理图的绘制、PCB设计，完成PCB图和制板文件，制作出电子产品的PCB板，并在电路板上装配、焊接与调试，为参加电子设计大赛和技能大赛打下坚实的基础。经过这些年的教学改革探索与实践，我们专业的学生参加自治区级以上的职业技能大赛和全国大学生电子设计大赛，获自治区级以上一等奖6个（18人次）的好成绩。
三、加强课程教材和实训基地的建设与使用
（一）教材使用与建设。根据就业岗位的调查研究，紧跟行业的新技术、新工艺，符合高等职业教育的特点，及时更新教学内容，综合使用下面几本教材：《Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计》（第二版），《电子技术实践与训练》（第三版），《电子产品工艺与质量管理》。编写了《电子设计项目化实训教程》，选择典型电路、电子设计大赛的典型题目编写实训教程，把电路板的设计与制作流程、电路安装与调试编写成实训指导书，能很好的指导学生学习和实训。
（二）校内实训基地与实训设备建设。我系电工电子与自动化实训基地，自2010年获自治区财政支持建设以来，建设了电子设计与生产工艺实训室、电工电子实训室、单片机与CPLD实训室、大学生创新基地等，具有良好的教学设备与专业技能实训条件，建有一套完整的电路制板设备和一条电路焊接工艺生产线，满足单层和双层电路板的设计制板要求，包含了手工焊接和自动焊接，直插式元件焊接和贴片元件焊接设备，能满足教师科研和学生实训的需求。
我系的教学用机房，大学生创新基地等实验室的电脑都已联网，学生可以方便地共享课程资源，通过“电子论坛”“在线讨论”充分互动，良好的教学资源和教学环境有效地促进学生的自主学习和课外拓展学习，实现了优质教学资源的共享。
（三）校外实习基地的建设与利用。电子信息产业是桂林的优势产业，其总产值占广西电子信息产业产值50%以上，电子信息企业多达上百家。通过对桂林无线电五厂等电路制板企业的深入调查研究与合作，与4家企业建立稳定的校企人才培养基地，充分利用企业先进的设备和资源，将电路板的制作工艺、电路的焊接和调试阶段的学习和实训放在企业进行。利用学校和企业这两种不同的教学环境和教学资源，将课堂教学和企业实践教学有机结合，构建与地方产业对接的实践教学体系。
四、课程网站的建设
精品课程网站是展示课程建设成果的重要平台。教师通过这个平台共享优质教学资源，学生则能在平台上利用课程资源自主学习，提高教学效果。网站资源的优质性、网站的导航和交互性是网站能否发挥其辅助教学功能的关键。学校建设了优质课程共享平台，精品课程也放在其中，有专职人员对网站进行定期维护，保证精品课程网站正常运行。
（一）共享课程的优质资源。共享了工具软件、教学课件、项目实训教程、电子制作实例、电路仿真、工业制版流程、电子产品生产工艺质量管理等资料。根据使用网站人员的评价反馈，紧跟行业的新技术、新工艺，就业岗位的要求，及时更新教学内容，改进教学方法和手段，保证教学资源的优质性。
（二）网站设置良好的导航。精品课程网站信息量大，为了更好地指导学生利用网站进行自主学习，需要有良好的导航。导航的设计顺应学生的认知心理，做到界面友好美观，操作简单直观，让学生能主动、愉快地自主学习，主动建构专业知识。
（三）建设交互性强的课程网站。课程网站设置“电子论坛”“在线讨论”模块，教学团队的成员定时回答学生提出的问题，与学生交流，打造一个学生与学生之间，教师与学生之间的互动平台，能吸引更多的学生主动参与课程的学习，激发学生的学习兴趣。
五、学科教师队伍的建设
为实现人才培养目标，精品课程建设的重要任务是教学团队的建设，电子设计自动化是理论与实践联系紧密的课程，因此，“双师型”教师的培养则成了教学团队建设的主要任务。首先，学校政策有保障，制定了相应的人才引进和培养机制。人才引进方面更青睐有企业工作经历的专业技术人员，应届毕业生则要求参加过全国电子设计大赛，并获得全国级别奖项的毕业生。同时鼓励教师获取职业资格证书，组织教师参加企业一线实践、培训，一旦获取职业资格证书，学校给予精神和物资奖励。其次，我们把最后一学期的顶岗实习分成三个阶段，分别放在大一、大二、大三，增加与企业交流、学习的机会，并指派老师带队到企业进行校外实训，我们的老师也加入企业的生产管理中，能更好的接触行业的新技术、先进的生产工艺和企业的管理理念。定期召开教研室交流会，交流教学心（下转第74页）（上接第59页）得和体会，以便协商解决教学过程中遇到的问题。同时鼓励青年教师积极申报教学、教改科研项目，从中不断提高课程教学水平和教学效果。
精品课程建设是一个系统工程，也是一个长期的过程，为使精品课程网站真正起到辅助教学的功能，提高教学效果，应该做好以下几点：教学体系、方法和手段先进性是精品课程建设的基础，课程教材和与地方产业对接的实践教学建设是精品课程建设的重点，课程网站的交互性和教学资源的优质性是精品课程建设的关键，学科队伍的建设是精品课程建设的保障。
【参考文献】
[1]任魏娟.职业教育项目教学法研究[D].华东师范大学，2012
[2]吴义三.高职高专院校精品课程建设与研究[D].华中师范大学，2011
