close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Диплом new

код для вставкиСкачать
СОДЕРЖАНИЕ
Введение6
Техническое задание8
Патентный поиск11
Анализ исходных данных и основных технических требований к разрабатываемой конструкции13
Анализ схемы электрической принципиальной13
Анализ условий эксплуатации и дестабилизирующих факторов15
Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкций 18
4.1 Выбор конденсаторов и резисторов19
4.2 Выбор микросхем20
4.3 Выбор диодов21
4.4 Выбор батареи аккумуляторной22
4.5 Выбор звукового излучателя22
4.6 Выбор индикаторов23
4.7 Выбор светодиодов23
4.8 Выбор транзисторов23
4.9 Выбор разъемов24
4.10 Выбор предохранителя24
4.11 Выбор трансформатора24
4.12 Обоснование выбора материалов деталей24
Выбор и обоснование компоновочной схемы и метода конструирова-
ния26
5.1 Размещение элементов26
5.2 Требования помехозащищенности на этапе компоновки28
Выбор и обоснование способов и средств обеспечения теплового режима, герметизации, виброзащиты и электромагнитной совместимости29
6.1 Выбор способа обеспечения теплового режима29
6.2 Выбор способа обеспечения герметизации30
6.3 Выбор способа обеспечения виброзащиты31
Расчет конструктивно-технологических параметров проектируемого устройства34
7.1 Компоновочный расчет печатной платы34
7.2 Компоновочный расчет устройства36
7.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы38
7.4 Оценка теплового режима и выбор способа охлаждения41
7.5 Расчет механической прочности и системы виброударной защиты45
7.6 Обеспечение электромагнитной совместимости47
7.7 Расчет надежности50
7.8 Обеспечение требований эргономики и инженерной психологии53
7.9 Расчет показателей технологичности54
Обоснование выбора САПР при проектировании устройства60
Технико-экономическое обоснование62
9.1 Краткая характеристика индикатора напряжения сети многофункционального62
9.2 Расчет стоимостной оценки затрат62
9.2.1 Расчет себестоимости и отпускной цены нового изделия62
9.2.2 Расчет чистой прибыли68
9.3 Расчет инвестиций в производство нового изделия68
9.4 Расчет показателей экономической эффективности проекта70
Охрана труда и экологическая безопасность72
Заключение80
Список используемых источников81
Приложение А (обязательное) - Выходной файл программы Mentor HyperLynx Thermal83
Приложение Б (обязательное) - Данные фотошаблона, шелкографии и Сверления 87
Приложение В (обязательное) - Спецификации сборочных единиц, перечень элементов электрической принципиальной схем93
Приложение Г (обязательное) - Чертёж основания 102
Приложение Д (обязательное) - Чертёж стекла104
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на развитие радиоэлектронных средств (РЭС), которые обеспечивают все виды связи, вычислительные средства, продукцию оборонных промышленных комплексов и других отраслей промышленности оказывают влияние информационных технологии. В настоящее время практически нет продукции либо услуги, которая бы не содержала или не использовала электроники. Информационные технологии и электроника вместе с вычислительной техникой являются основой создания высоких технологий.
Необходимость внедрения информационных технологий для развития РЭС объясняется требованиями к сокращению сроков проектирования и подготовки производства для выпуска новых и модернизируемых изделий, затрат на проектирование и производство, стоимости долговременного послепродажного обслуживания [1].
Современные радиоэлектронные изделия характеризуются функциональной, конструктивной и технологической сложностью. К ним предъявляются повышенные эксплуатационные, конструктивно-технологические, экономические, эстетические и эргономические требования. Поэтому для проектирования радиоэлектронных изделий используется ряд современных программных комплексов. Целью дипломного проекта является разработка устройства индикатора напряжения сети многофункционального. Данное устройство должно соответствовать ряду требования, таким как надежность, долговечность, качество, доступность, простота использования и т.д..
В ходе проектирования данного устройства решаются следующие задачи: 1. проводится разработка технического задания с точки зрения конструктора РЭА; 2. производится сбор сведений в международных патентных базах для определения уникальности изобретения; 3. анализируется схема электрическая принципиальная, условия эксплуатации и дестабилизирующие факторы; 3. обосновываются элементная база и материалы проектируемого изделия; 4. проводится выбор и обоснование компоновочной схемы и метода конструирования; 5. производится выбор и обоснование способов и средств обеспечения теплового режима, герметизации, виброзащиты и электромагнитной совместимости; 6. проводится расчет конструктивно-технологических параметров проектируемого устройства, в который входит компоновочный расчет печатной платы, компоновочный расчет устройства, расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы, оценка теплового режима и выбор способа охлаждения, расчет механической прочности и системы виброударной защиты, обеспечение электромагнитной совместимости, расчет надежности, обеспечение требований эргономики и инженерной психологии, расчет показателей технологичности и разработка технологической схемы сборки; 7. обоснование выбора САПР при проектировании устройств; 8. технико-экономическое обоснование.
9. охрана труда при проектировании устройства.
Проектирование изделия ведется с использованием современных систем автоматизированного проектирования (САПР) AutoCad, P-Cad и Mentor Graphics.
1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Наименование и шифр работы
Наименование ОКР - "Разработать конструкцию индикатора напряжения сети многофункционального"
Основание для выполнения ОКР
Настоящая работа выполняется на основании задания на дипломное проектирование, от 26.01.2010 г.
Заказчик - Кафедра РЭС.
Сроки выполнения
Сроки выполнения ОКР в соответствии с заданием - 26.01.2010 г. - 01.06.2010 г.
Цель, задачи, назначение ОКР
1.4.1 Целью работы является создание конструкции индикатора напряжения сети многофункционального.
1.4.2 Индикатор напряжения сети многофункциональный предназначен для измерения температуры воздуха в пределах -55...+990С и напряжения в сети в пределах 44...299В, подавая звуковой сигнал при его выходе за установленные пределы. 1.5 Основные требования
1.5.1 Устройство - индикатор напряжения сети многофункциональный должно удовлетворять требованиям настоящего ТЗ.
1.5.2 Конструкторская документация должна соответствовать требованиям ЕСКД.
1.6 Технические требования
1.6.1 Требования к конструкции
1.6.1.1 Устройство - индикатор напряжения сети многофункциональный должно иметь напряжение в сети в пределах 44..299 В.
1.6.1.2 Индикатор напряжения сети многофункциональный должен иметь возможность работать автономно.
1.6.1.3 Конструкция устройства должна обеспечивать возможность автоматизации регулировочных и контрольных операций.
1.6.1.4. Индикация измеряемых величин - цифровая
1.6.1.5 Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.
1.6.1.6 Индикатор напряжения сети многофункциональный должен иметь удобное и надежное крепление.
1.6.1.7 Рекомендуемый цвет корпуса - серый.
Масса устройства должна быть не более 500 г.
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150- УХЛ4.2.
1.6.1.10 Защита от пыли и воды IP40 Показатели назначения
1.6.2.1 Напряжение питания - 220 В, 50Гц
1.6.2.2 Прямое падение напряжения на диоде VD6 должно быть равно 0,44В.
1.6.2.3 На трансформаторе питания Т1 намотана обмотка II, напряжение на которой равно 10В при напряжении в сети 220В.
1.6.2.4 При любом шуме в помещении прибор на 40 с включает светильник. При неисправной сети автоматически включается аварийное освещение с питанием от аккумуляторной батареи.
1.6.2.5 Если измеренное напряжение вышло за пределы 165...260В, включается излучатель звука со встроенным генератором.
1.6.2.6 Прибор предназначен для утопленного монтажа на вертикальных щитах и панелях.
Требования к надежности
Средняя наработка на отказ должна быть не менее 20000 ч.
Средний ресурс должен быть не ниже 30000 ч.
Средний срок службы должен быть не менее 6 лет.
1.6.4 Требования к технологичности
1.6.4.1 Должны быть разработаны и изготовлены технологическая оснастка и средства автоматической диагностики устройства.
Требования к уровню унификации и стандартизации
1.6.5.1 При разработке индикатора напряжения сети многофункционального должны по возможности максимально использоваться стандартные и унифицированные устройства, узлы и детали.
Требования к безопасности и экологии
1.6.6.1 Индикатор напряжения сети многофункциональный не должен по возможности содержать вещества наносящие вред окружающей среде, а также требующие специальных мер при утилизации изделия.
1.6.7 Эстетические и эргономические требования
1.6.7.1 Форма, компоновка и внешний вид изделия должны соответствовать его функциональному назначению и обеспечивать удобство обслуживания при настройке, ремонте и эксплуатации.
1.6.8 Требования к патентной чистоте
1.6.8.1 По схемным и конструкторским решениям должен быть произведен патентный поиск глубиной 10 лет, стран СНГ и зарубежных аналогов.
1.6.9 Требования к упаковке и маркировке
1.6.9.1 Маркировка и упаковка должны соответствовать требованиям ГОСТ 27451-87.
1.6.10 Требования к транспортированию, эксплуатации, хранению
Индикатор напряжения сети многофункциональный в упакованном виде должен допускать транспортирование в закрытых транспортных средствах любого вида наземного транспорта, и в отапливаемых герметизированных отсеках самолета при температуре окружающего воздуха от минус 20 до плюс 60°С и относительной влажности (95±3)% при температуре 35°С.
Прибор должен быть устойчив к воздействию:
- температура окружающей среды от -35 С до +60 С;
- относительная влажность не более 80% при температуре 35 С и более низких температурах без конденсации влаги;
- атмосферное давление от 86 до 106,7 кПа;
- вибрация мест крепления: амплитуда 0,1 мм, частота не более 25 Гц;
- напряженность магнитного поля : не более 400 А/М;
- окружающая среда не взрывоопасна, не содержит солевых туманов токопроводящей пыли, агрессивных газов или паров разрушающих металл и изоляцию.
Условия хранения устройства без упаковки должны соответствовать требованиям ГОСТ 27451-87.
2 ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК
Патентный поиск - сбор сведений в международных патентных базах для определения уникальности изобретения, соблюдения им всех установленных правил, которые позволят получить патент [2].
Главная цель патентного поиска - выяснение оригинальности идеи.
Предмет поиска: измерительный прибор, индикатор напряжения сети многофункциональный.
Индекс: G01R19/145
Страны поиска: СНГ, США, Япония
Глубина поиска:1996 - 2010 гг.
Источники информации: в качестве источников информации использовался фонд описания изобретения.
Результаты поиска и выявленные аналоги их существенные признаки сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска [3]
Признаки
используемого объектаНомер охранного документа и название выявленного аналога Признаки выявленных аналогов 1 2 3 Устройство индикации напряжения сети
№081423 (10.06.1997)
Устройство индикации напряжения сети относится к области электроавтоматики и может быть использовано для контроля наличия переменного напряжения сети в электрических цепях, например в электроустановках АСУ ТП.
Этот индикатор напряжения, являющийся прототипом предлагаемого устройства, содержит входные гнезда для подключения к сети 220 В, два резистора, конденсатор, защитный диод и светодиод, являющийся индицирующим элементом.
Недостатками прототипа являются малый входной ток и отсутствие линии связи с центральным пультом, дающей возможность применения индикатора в АСУ ТП.
Устройство имеет следующие технические характеристики: напряжение 80.300 B, частота сети 50 Гц, средний ток в цепи не более 0,005 А, импульсный ток 0,07 А.
Индикатор позволяет осуществлять надежный контакт в силовых цепях переменного тока (0,07 А) при малом (0,005 А) среднем токе. Наличие линии связи позволяет использовать данное устройство в АСУ ТП. Продолжение таблицы 2.1
12 3
Устройство индикации напряжения сети
№2081421 (10.06.1997) Устройство индикации напряжения сети относится к области электроавтоматики и может быть использовано для контроля наличия переменного напряжения сети в электрических цепях, например в электроустановках АСУ ТП.
Этот индикатор напряжения содержит входные гнезда для подключения к сети 220 В, два резистора, конденсатор, защитный диод и светодиод, являющийся индицирующим элементов.
Недостатками являются малый входной ток и отсутствие линии связи с центральным пультом, дающей возможность применения индикатора в АСУ ТП.
Устройство имеет следующие технические характеристики: напряжение 80.300 В, частота сети 50 Гц, средний ток в цепи не более 0,005 А, импульсный ток 0,07 А.
Индикатор позволяет осуществлять надежный контакт в силовых цепях переменного тока (0,07 А), при малом (0,005 А) среднем токе. Наличие линии связи позволят использовать данное устройство в АСУ ТП. Индикатор наличия трёхфазных напряжений
№2019838
(15.09.1994)
4713004/21 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для индикации наличия напряжений трехфазной сети переменного тока.
Недостатком является низкая информативность, обусловленная негативной индикацией отсутствия контролируемых напряжений, не привлекающей внимания оператора, особенно при большом числе элементов индикации на пульте управления.
Целью изобретения является повышение информативности контроля за счет цветового кодирования состояний сети.
Это достигается тем, что в индикатор наличия трехфазных напряжений, содержащий три элемента ограничения тока, первые выводы которых соединены с первой, второй и третьей фазами сети, а вторые выводы - с первыми выводами соответственно первого, второго и третьего светоизлучающих элементов, вторые выводы которых объединены, первый и третий светоизлучающие элементы имеют одинаковый цвет свечения, отличный от цвета свечения второго светоизлучающего элемента, причем первый и второй светоизлучающие элементы выполнены излучающими на первый световод, а второй и третий светоизлучающие элементы - излучающими на второй световод.
Продолжение таблицы 2.1
12 3
Световой индикатор для контроля уровня напряжения
№2054679
(20.02.1996) Изобретение относится к технике электроизмерений и предназначено для контроля уровня выходного напряжения усилителей радиоприемной и звуковоспроизводящей аппаратуры, а также для визуального контроля напряжения постоянного тока источников питания, например аккумуляторных батарей, транспортных средств.
Недостатками данной схемы являются зависимость выходной характеристики индикаторов от параметров транзисторов и влияние на нее разброса этих параметров.
Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении экономичности, точности и расширении диапазона измерений.
Таким образом, предлагаемый индикатор позволяет индицировать измеряемое напряжение постоянного тока и уровень напряжения переменного тока. Количество измерительных каналов может быть любое: 3, 4, 5, 8, 10 и т.д. в зависимости от точности измеряемого напряжения и "шага" между ними. Предусмотрен вариант с питанием от внутреннего источника тока и без него. В последнем случае работа индикатора зависит от напряжения, которое замеряется им, что является большим удобством, так как не требуются внешние источники питания Устройство для контроля напряжения
№2022274
(30.10.1994) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля уровня постоянного напряжения источников питания различных устройств при помощи одного элемента индикации, в частности для контроля напряжения бортсети автомобиля.
Целью изобретения является упрощение устройства, увеличение диапазона контролируемых напряжений и повышение его надежности.
Цель достигается тем, что в устройство для контроля напряжения, содержащее источник опорного напряжения, подключенный к входу компаратора, светоизлучающий диод, введены три пороговых элемента, восемь резисторов, транзистор р-n-р-проводимости, конденсатор, ключевой элемент, делитель напряжения, подключенный к выходу контролируемого источника питания и корпусной шине. В результате произведенной работы по выявлению аналогов устройства - индикатора напряжения сети многофункционального, можно сделать вывод, что аналогов не найдено. Т.к. данный индикатор будет определять не только напряжение в сети, но и температуру окружающей среды. Это позволит его использовать не только в лабораториях и на предприятии, но и в офисах и домашних условия.
3 АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ
3.1 Анализ схемы электрической принципиальной
Основой схемы индикатора напряжения сети многофункционального является микроконтроллер ATtiny 15L (DD3). Датчик температуры установливается вне помещения и соединяется с устройством через разъем. Значения температуры выводятся на три семиэлементных световых индикатора HG1, HG3 и HG5, причем HG1 служит для индикации знака "минут", а два остальных показывают температуру в градусах Цельсия [4].
При неисправности кабеля, соединяющего датчик температуры с прибором, на эти три индикатора будут возведены коды "E00" (обрыв линии связи или замыкание контактов 2 и 3 разъема X1) или "E99" (замыкание контактов 1 и 2 разъема X1) [4].
Светодиод HL1 или HL2 включаются, если температура имеет тенденцию соответственно к понижению и повышению. Принцип основан на определении приращения температуры за последние два часа. Если его абсолютное значение за этот промежуток времени не превышает 2 ºС, оба светодиода выключены. Если значение больше 2 ºС, то в зависимости от знака приращение будет включен один из светодиодов. В оперативной памяти микроконтроллера сохраняется значение температуры от начала её значения, что позволяет узнать, например, минимальную температуру за ночь или максимальную за день [4]. Каждый новый отсчет температуры сравнивается с минимальным и максимальным значениям, хранящимися в энергонезависимой памяти микроконтроллера. При обнаружении нового экстремального значения содержимое соответствующих ячеек памяти корректируется [4].
Для контроля за напряжением сети на трансформаторе питания T1 намотана обмотка II, напряжение на которой равно 10В при напряжении в сети 220В. После выпрямления часть напряжения этой обмотки поступает на вход встроенного в микроконтроллер АЦП. Измеренное значение выводится на светодиодные индикаторы HG2, HG4, HG6. Если оно вышло за пределы 165...260 В, включается излучатель звука HA1 со встроенным генератором. Чем сильнее нарушены границы, тем чаще звуковые посылки, что позволяет адекватно реагировать на неисправность [4].
Внешний акустический шум воспринимает микрофон BM1, а его сигнал усиливает сдвоенный ОУ DA1. Чувствительность датчика шума регулируют переменным резистором R14. Если допустимый уровень шума превышен, срабатывает реле K1, включая имеющий в помещении светильник. Это позволяет, например, включить освещение хлопком в ладоши [4].
Контакты реле остаются замкнутыми 40 с после прекращения шума. Для этого вывод 6 микроконтроллера используется поочередно как вход и выход. Если внешнее напряжение на этом выводе превышает 1,22В, микроконтроллер переводит его в режим выхода и устанавливает здесь высокий уровень напряжения, что поддерживает реле сработавшим. Периодически вывод на короткое время переводится в режим входа, и проверка повторяется. Если напряжение ниже указанного ранее, вывод остается "на приеме" и освещение выключается [4].
На аккумуляторной батарее GB1 и светодиодах белого цвета свечения EL1-EL6 реализован источник аварийного освещения, который включается при отсутствии напряжения в сети. Пока напряжение в сети есть, батарея подзаряжается через диод VD5 и резистор R41 [4].
При каждом нажатии на кнопку SB1 вместо текущего значения температуры на индикатор поочередно на несколько секунд выводятся хранящиеся в памяти максимальное и минимальное значения температуры. Они сопровождаются условными кодами на индикаторе напряжения: 101 - последний минимум температуры; 102 - последний максимум температуры; 103 - минимальная температура за всё время работы прибора; 104 - максимальная температура за всё время работы прибора [4].
Наладка устройства сводится к выбору диода VD6, прямое падание напряжения на котором (при напряжении 10В на обмотке II трансформатора T1) должно быть равно 0,44В. Затем подстроечным резистором R20 устанавливают показания прибора равными фактическому напряжению в сети [4].
3.2 Анализ условий эксплуатации и дестабилизирующих факторов
Условия эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры имеют различную природу и изменяются в весьма широких пределах. Факторы, воздействующие на приборы и в определенной мере ограничивающие работоспособность аппаратуры, разделяют на климатические, механические и радиационные [5].
К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды, тепловой удар, атмосферное давление, присутствие агрессивных веществ и озона в окружающей среде, солнечное облучение, грибковые образования (плесень), наличие микроорганизмов, насекомых и грызунов, взрывоопасность и воспламеняемость атмосферы, водные воздействия (дождь, брызги).
К механическим факторам относят вибрацию, механические и акустические удары, линейные ускорения.
К радиационным факторам относят все виды космической, естественной и искусственной радиации.
Эти факторы принято называть дестабилизирующими факторами. Каждый из них может проявлять себя и независимо от остальных, и в совместном действии с другими факторами той или другой группы. Так как РЭА принадлежит, как правило, к классу человеко-машинных систем, то большое влияние на работоспособность аппаратуры оказывает и субъективный человеческий фактор. Квалификация специалистов сказывается на качестве работы РЭА на всех этапах ее жизненного цикла [5]. В процессе транспортирования и эксплуатации РЭА подвергается воздействию вибраций, в основном, от внешних источников колебаний. Особо опасны вибрации, частота которых близка к собственным частотам колебаний узлов и элементов конструкции. Свойство аппаратуры противодействовать их влиянию характеризуется вибропрочностью и виброустойчивостью. Виброустойчивость определяет способность РЭА выполнять заданные функции во включенном состоянии в условиях воздействия вибраций [5].
Радиационное воздействие вызывает как немедленную, так и накапливающуюся реакцию элементов, составляющих конструкцию РЭА. Среди существующих видов излучений наибольшую опасность представляют электромагнитные излучения и ионизирующие частицы высоких энергий [5].
Следовательно, разрабатываемое устройство индикатор напряжения сети многофункциональный должен соответствовать ряду требований, которые представлены в техническом задании. Данное устройство должно сохранять свои параметры и безотказную работоспособность при воздействии климатических факторов. Индикатор напряжения сети многофункциональный предназначен для использования в районах с умеренным климатом, в таких странах как: Беларусь, часть территории России, большая часть Европы, США, прибрежные территории Австралии, Южной Африки и Южной Америки. Для данного климатического региона характерны: изменение температур от -35 до +35 °С, образование инея, выпадение росы, наличие тумана, изменение давления воздуха от 86 до 106 кПа.
Исходя из технического задания, разрабатываемое устройство будет изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ.
Разрабатываемое устройство будет предназначено для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других помещениях (с отсутствием воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, ветра, песка, пыли, наружного воздуха, отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги). Следовательно, устройство относится к категории исполнения 4.2.
Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации изделия принимают равными следующим значениям:
- верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации +35°C;
- нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации +10°C;
- верхнее предельное рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации +40°C;
- нижнее предельное значение рабочей температуры окружающего воздуха при эксплуатации +1°С;
- верхнее значение относительной влажности при + 25°С 80%;
- среднегодовое значение относительной влажности при +20°С 60%;
- среднегодовое значение абсолютной влажности 10 г·м;
- верхнее рабочее значение атмосферного давления 106,7кПа (800 мм.рт.ст.);
- нижнее рабочее значение атмосферного давления 86,6кПа (650 мм.рт.ст.);
- нижнее предельное рабочее значение атмосферного давления 84,0 кПа (630 мм.рт.ст.).
4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ, УНИФИЦИРОВАННЫХ УЗЛОВ, УСТАНОВОЧНЫХ ИЗДЕНИЙ И МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ
Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и использовании в режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваются допустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов, не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.
Критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям работы и эксплуатации.
Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:
а) технические параметры: номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства; допустимые отклонения величин ЭРЭ от их номинального значения; допустимое рабочее напряжение ЭРЭ; допустимое рассеивание мощности ЭРЭ; диапазон рабочих частот ЭРЭ; коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.
б) эксплуатационные параметры: диапазон рабочих температур; относительная влажность воздуха; давление окружающей среды; вибрационные нагрузки; другие (специальные) показатели.
Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются: унификация ЭРЭ; масса и габариты ЭРЭ; наименьшая стоимость; надежность.
Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а также конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества: значительно сократить сроки и стоимость проектирования; сократить на предприятии-изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочных единиц, увеличить применяемость и масштаб производства; исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭС, т.е. упростить подготовку производства; создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий; улучшить эксплуатационную и производственную технологичность; снизить себестоимость выпускаемого изделия.
Учитывая вышесказанное, перейдем к выбору элементной базы.
4.1 Выбор конденсаторов и резисторов
Согласно требуемым значениям сопротивления и необходимой мощности выберем SMD резисторы, а также значениям ёмкости и необходимому напряжению выберем SMD конденсаторы, в чип - корпусах 0805. Технические параметры представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Технические характеристики резисторов 0805
Характеристика Значение Допуск ±5%,±1%, Мощность, Вт 0,125, 0,5 Диапазон рабочих температур, °C -40..100 Мощность, мВ 63 Частота 3ГГц Диапазон сопротивлений 1 Ом ... 10 МОм Резистор подстроечный металлокерамический многооборотные серии PV36 выполнен в пластмассовом корпусе, защищающем его от пыли и влажности. Высокая стабильность, надежность и износоустойчивость. На тыльной стороне корпуса располагается углубление для подстройки. Технические параметры представлены в таблице 4.2 .
Таблица 4.2 - Технические характеристики резисторов PV36
ХарактеристикаЗначение Мощность при 70 °С0,5 Вт Мощность при 125 °С0 Вт Максимальное рабочее напряжение300 В Максимальный ток100 мА Диапазон рабочих температур-55 - +125 °С Резистор переменный однооборотный углеродный MCA9. Высокая стабильность электрического контакта благодаря большойплощади подвижной части и проводящего слоя. Защита класса IP5 (пылезащищенные). Изделия проходят 100% контроль качества на стадии производства и соответствуют стандарту ISO 9002. Высокая износоустойчивость. Технические параметры представлены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Технические характеристики резисторов MCA9
Характеристика Значение Диапазон номиналов100 Ом - 5 МОм Мощность [при температуре 40 °С]0,15 Вт Диапазон рабочих температур 25 - +70 °C Крутящее усилие подвижного элемента, H/см0,4-2,0 Угол поворота (механический)240°±5° Угол поворота (электрический) 220°±20° Максимальное крутящее усилие подвижного элемента в крайнем положении, Н/см25 Конденсатор электролитический алюминиевый серии ERC. 2000 часов работы при температуре 85 °C. Малый размер корпуса, широкий выбор доступных емкостей. Технические параметры представлены в таблице 4.4.
Таблица 4.4 - Технические характеристики конденсатора ERC
Характеристика Значение Диапазон напряжений 6,3-100 В Диапазон емкости0,47-10000 мкФ Температурный диапазон -40 - +85 °С 4.2 Выбор микросхем.
Двойной положительно фронтальный триггер 74HC74. Высокая шумовая неприкосновенность. Широкий диапазон напряжение от 2.0 до 6.0В. Уравновешенные задержки распространения. Корпус изготовлен из пластика. Технические характеристики представлены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 - Технические характеристики микросхемы 74HC74
Характеристика Значение Диапазон напряжений 2-6 В Температурный диапазон -40 ...+125 °C Рассеивающая мощность, Вт 0,5 Температура корпуса-65...+150°C
Микросхема типа 7805, технические характеристики представлены в таблице 4.6.
Таблица 4.6 - Технические характеристики микросхемы 7805
Характеристика Значение Входное напряжение, В35,40 Рассеивающая мощность, Вт 20,8 Рассеивающая мощность с радиатором, Вт 2,0 Температура перехода-30...+150°C Температура корпуса-55...+150°C Микроконтроллер ATtiny15L-1PI . Высокоэффективный, маломощный AVR 8 битовый микродиспечер. 32 x 8 общие рабочие регистры. Статистические операции. Энергонезависые программы и базы данных. Один дифференциальный вход с дополнительной выгодой в 20 раз. Расход энергии 1.6 МГц, 3В, 25°C. Технические характеристики представлены в таблице 4.7.
Таблица 4.7 - Технические характеристики микоконтроллера ATtiny15L-1PI
Характеристика Значение Электропитание, В2.7 - 5.5 Частота, МГц1.6 Температура корпуса-40...+85°C Микросхема CD4094B это 8-разрядный смещенный регистр имеющий накопительный фиксатор с различными ступенями для стабилизации даты. Технические характеристики представлены в таблице 4.8.
Таблица 4.8 - Технические характеристики микросхемы CD4094B
Характеристика Значение Входное напряжение, В0,5...20 Рассеивающая мощность, Вт 0,5 Диапазон рабочих температур-55...+125°C Диапазон температур хранения-65...+150°C Микросхема LM358N Низкая утечка мощности. Общий диапазон входного напряжения, протекающий по земле. Низкие входные токи смещения. Технические характеристики представлены в таблице 4.9.
Таблица 4.9 - Технические характеристики микросхемы LM358N
Характеристика Значение Напряжение электропитания, В32±16 Температура перехода150°C Диапазон температур хранения-55...+125°C Диапазон рабочих температур-40...+105° C 4.3 Выбор диодов.
Диоды 1N4001. Корпус DO-41. Материал корпуса пластик. Технические характеристики представлены в таблице 4.10.
Таблица 4.10 Технические характеристики диодов 1N4001 ХарактеристикаЗначение Пиковое Повторное Обратное Напряжение, В50 Обратное напряжение, В 35 Напряжение электропитания, В1 Тепловое сопротивление 100 К/Вт Диапазон рабочих температур-65...+150° C Диоды 1N5810. Очень быстрый ректификатор. Технические характеристики представлены в таблице 4.11.
Таблица 4.11 Технические характеристики диодов 1N5810
ХарактеристикаЗначение Выходной ток, А6 Обратное напряжение, В125 Обратныё ток утечки, мА5 Емкость соединения, пФ45 Диапазон рабочих температур-65...+150° C Отечественный диодный мост КЦ407А. Его основные параметры - максимальный ток 0,5А , рабочее напряжение - до 400В. Полного корпусного аналога не существует. Наиболее близкая возможная замена - импортный диодный мост WL10 (1А, 1000В).
4.4 Выбор батареи аккумуляторной.
Батарея аккумуляторная Samsung (4,8 В)
4.5 Выбор звукового излучателя.
Звуковой излучатель НС0903А. Свойства: высокая эффективность, сравнимая с электромагнитными излучателями, сверхтонкие и легкие, низкое потребление энергии, отсутствие электромагнитных помех, встроенный генетатор. Технические характеристики представлены в таблице 3.12.
Таблица 4.12 Технические характеристики звуковой излучатель НС0903А
ХарактеристикаЗначениеДиапазон воспроизводимых частот600Гц...20кГцНапряжение питания4ВДиапазон рабочих температур-20...+70° CРезонансная частота9кГц±1кГцИмпеданс1000 Ом 4.6 Выбор индикаторов.
Индикаторы SA03-11HWA и SA05-11HWA. Технические характеристики представлены в таблице 4.13.
Таблица 4.13 Технические характеристики индикаторов SA03-11HWA и SA05-11HWA.
ХарактеристикаЗначениеРассеивающая мощность, Вт 0,105Емкость15 пФОбратный ток, мА10Обратное напряжение, В5Диапазон рабочих температур-40...+85° C 4.7 Выбор светодиодов.
Светодиоды L-53PBC-E и L-53SEC. Технические характеристики представлены в таблице 4.14.
Таблица 4.14 Технические характеристики светодиода L-53PBC-E и L-53SEC.
ХарактеристикаЗначениеРассеивающая мощность, Вт 0,075Емкость30 пФОбратный ток, мА30Обратное напряжение, В5Диапазон рабочих температур-40...+85° C 4.8 Выбор транзисторов.
Транзисторы BC517 и BC636. Максимальный ток 500 мА. Максимальное напряжение 30 В. . Технические характеристики представлены в таблице 4.15.
Таблица 4.15 Технические характеристики транзисторов BC517 и BC636.
ХарактеристикаЗначениеРассеивающая мощность, Вт 0,625Тепловое сопротивление 200 К/ВтТемпература перехода+150° CДиапазон рабочих температур-65...+150° C 4.9 Выбор разъемов.
Разъемы BLS-2 и BLS-3. Контакты: фосф бронза. Варианты покрытия контактов: олово. Изолятор: полистирол, усиленный стекловолокном UL-94V-0. Технические характеристики представлены в таблице 4.16.
Таблица 4.16 Технические характеристики разъемов BLS-2 и BLS-3.
ХарактеристикаЗначениеПредельный ток1АПредельное напряжение500В в теч 1 минДопустимые температуры-40 С + 105 С 4.10 Выбор предохранителя.
Предохранитель DO70-002.
4.11 Выбор трансформатора.
Трансформатор EI48. Диапазон входных напряжений - одиночный диапазон. Технические характеристики представлены в таблице 4.17
Таблица 4.17 Технические характеристики трансформатора EI48.
ХарактеристикаЗначениеВходная частота50Гц-60ГцВыходная мощность19.5ВтВыходной ток650мA-2300мAРабочие температуры0°C-+40°CРабочая влажность10%-90%Температура хранения-10°C-+60°CВлажность хранения5%-95% 4.12 Обоснование выбора материалов деталей
Выбор унифицированных узлов и установочных изделий проводим на основании одного из требований технического задания к уровню унификации и стандартизации. На основании вышесказанного основное предпочтение отдается стандартизированным изделиям крепежа - все крепежные изделия стандартны.
Выбор материалов разрабатываемой конструкции проводим согласно требованиям, изложенным в техническом задании. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:
- иметь малую стоимость;
- легко обрабатываться и быть легкими;
- обладать достаточной прочностью и жесткостью;
- сохранять физико-химические свойства в процессе эксплуатации.
Применение унифицированных материалов в конструкции, ограничение номенклатуры применяемых деталей позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшить производственную и эксплуатационную технологичность. Изготовление деталей конструкции типовыми технологическими процессами также позволяет снизить затраты при серийном выпуске изделий в промышленности.
Материал для изготовления печатной платы должен иметь следующие показатели (в заданных условиях эксплуатации РЭС): большую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, обладать химической стойкостью к действию химических растворов, используемых в техпроцессах изготовления платы. Для изготовления плат общего применения в РЭС наиболее широко используется стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолит представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный на основе ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным связующим на основе эпоксидной смолы, и облицованный с одной стороны медной электролитической оксидированной или гальваностойкой фольгой (изготавливают листами толщиной: до 1 мм - не менее 400×600 мм; от 1,5 и более - не менее 600×700 мм). На основании вышеприведенного, для изготовления печатной платы может использоваться следующий материал: СФ 2-35-1,5 ГОСТ 10316-78 - стеклотекстолит фольгированный гальваностойкий предназначен для изготовления печатных плат с повышенными диэлектрическими свойствами.
5 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ И МЕТОДА КОНСТРУИРОВАНИЯ
5.1 Размещение элементов
Основная компоновочная схема изделия определяет многие важнейшие характеристики РЭС: габариты, вес, объем монтажных соединений, способы защиты от полей, температуры, механических воздействий, ремонтопригодность.
Различают две основные компоновочные схемы РЭС [6]:
централизованная;
децентрализованная;
При централизованной компоновке все элементы сложной системы располагаются в одном отсеке на специальных этажерочных конструкциях или шкафах, длина и количество межблочных соединений сведены к минимуму, ремонт и демонтаж наиболее удобны, легче выполнить качественные системы охлаждения и амортизации [6].
Децентрализованная компоновочная схема обеспечивает относительно большую легкость размещения элементов изделия на объекте, не требуется тщательная экранировка отдельных блоков, при соответствующих схемных решениях может быть более надежной, сохраняя частичную работоспособность при выходе из строя отдельных элементов изделия. Недостатком является значительная длина межблочных соединений, затруднен полный демонтаж системы, для каждого отдельного блока необходимо предусматривать автономные системы охлаждения, виброзащиты [6].
При проектировании данного устройства будет использована централизованная компоновочная схема, так как все элементы будут находиться на одной плате и в одном корпусе. При компоновке элементов на печатную плату необходимо учитывать элементы, которые будут размещаться на передней панели. Для этого необходимо заранее выбрать их место размещение, что повлияет на форму устройства.
Компоновка РЭС осуществляется уже на этапе технического предложения, поскольку необходимо учесть требования по габаритам и массе, которые определены в техническом задании. На последующих стадиях проектирования происходит корректировка и уточнение компоновочных параметров. Как правило, при компоновке необходимо определить площадь и объем, массу конструкции. В том случае, если результаты расчетов не будут соответствовать требованиям ТЗ, то по согласованию с заказчиком в технически обоснованных случаях в ТЗ могут быть внесены соответствующие корректировки.
При компоновке устройства должны быть учтены следующие основные требования:
- оптимальность, устойчивость и стабильность функциональных межблочных связей;
- требования по жесткости и прочности;
- эргономика, удобство ремонта;
- оптимальное размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней с учетом коэффициента заполнения по объему и удобству для осмотра и ремонта;
- сосредоточение центра тяжести ближе у опорной поверхности;
- наличие достаточного пространства для межблочных соединений.
В зависимости от сложности устройства различается и метод конструирования. Существует несколько методов конструирования, таких как: геометрический, машиностроительный, топологический, метод проектирования моноконструкций, базовый метод. Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы и геометрических свойств твердого тела [7].
Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положена структура механических связей между элементами, представляющая собой систему опорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструирования устройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которых неизбежны вследствие этого большие деформации [7].
Топологический метод. В основу метода положена структура физических связей между ЭРЭ. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, где связности элементов может быть сопоставлен граф [7].
Метод проектирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, он применяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) с оригинальными элементами [7].
Базовый (модульный) метод конструирования. В основу метода положен модульный принцип проектирования. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями, схемной конструкторской унификацией структурных уровней (модулей, функциональных узлов, блоков). Базовый метод является основным при проектировании современной РЭА. [7]
В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.
Данная схема реализована на одной печатной плате, размеры которой 120x110 мм.
Конструктивно устройство выполняется в корпусе с размерами 130х110х50 мм. 5.2 Требования помехозащищенности на этапе компоновки
При проектировании платы индикатора напряжения сети многофункционального, необходимо учитывать влияние паразитных электромагнитных связей. Учет и анализ этих связей на ранней стадии проектирования позволит в значительной степени снизить затраты на производство всего изделия, сократить сроки проектирования, добиться более устойчивой работы.
Способом решения этой проблемы является исключение с самого начала конструирования схемы разрабатываемого устройства причин, порождающих помехи. При этом необходимо: понять, какие виды помех наиболее вероятны в данной схеме и выбрать и разместить печатные платы, кабели и другие структурные составляющие системы таким образом, чтобы исключить как можно больше причин, вызывающих помехи, и обеспечить при этом возможность подключения подавляющих помехи компонентов.
Помехи бывают двух типов: постоянные и перецеживающиеся. Постоянные помехи имеют один и тот же характер. Поэтому можно легко выявить их причину. Однако могут возникнуть трудности при ее устранении, но если она устранена, то окончательно. Перецеживающие помехи появляются время от времени. Такой характер помех сильно затрудняет выявление их источника.
Проблемы возникновения помех и наводок можно свести к минимуму, изолируя чувствительные части схемы от источника помех, устраняя паразитные индуктивные и емкостные связи. Для этого необходимо:
- располагать маломощные (чувствительные) схемы поблизости от источника сигнала;
- размещать мощные схемы (в которых велика вероятность возникновения помех) вблизи нагрузок;
- располагать маломощные и мощные схемы как можно дальше друг от друга;
- стараться свести к минимуму длину проводников;
- использовать максимально короткие контуры прохождения тока.
По чувствительности к помехам радиоэлектронные схемы относят к пяти группам:
1) чувствительные схемы с высоким импедансом, где высока вероятность возникновения паразитной емкостной связи;
2) чувствительные схемы с низким импедансом, где высока вероятность возникновения индуктивной связи;
3) схемы умеренной чувствительности;
4) высоковольтные схемы;
5) схемы, рассчитанные на высокий ток.
Так как схема устройства включает в себя и аналоговые и цифровые схемы, то ее можно отнести к группе схем умеренной чувствительностью.
6 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА, ГЕРМЕТИЗАЦИИ, ВИБРОЗАЩИТЫ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
6.1 Выбор способа обеспечения теплового режима
Тепловой режим индикатора напряжения сети многофункционального характеризуется совокупностью температур отдельных его точек - температурным полем. Температурный режим устройства создается как внешним температурным воздействием окружающей среды, так и тепловой энергией, выделяемой радиоэлементами устройства.
Настоящее и будущее аппаратуры связано с использованием достаточно больших мощностей в сравнительно малых объемах. Это приводит к резкому увеличению плотности мощности рассеяния, а, следовательно, и плотности рассеиваемой теплоты. Поэтому при конструировании аппаратуры особое значение приобретает разработка методов отвода теплоты, регулирования и контроля температуры [5]. Передача теплоты от нагретой аппаратуры в окружающую среду осуществляется кондукцией, конвекцией и излучением. В реальных условиях теплообмен осуществляется одновременно двумя или тремя видами, что делает проблематичным точный расчет температурного поля. В зависимости от характера и назначения РЭА применяют следующие системы отвода тепла:
- естественное охлаждение (воздушное, жидкостное);
- принудительное воздушное охлаждение;
- принудительное жидкостное (без кипения или с поверхностным кипением);
- охлаждение, основанное на изменении агрегатного состояния вещества;
- термоэлектрическое охлаждение.
Выбор метода охлаждения определяется следующими факторами интенсивностью (плотностью) теплового потока, условиями теплообмена с окружающей средой, условиями эксплуатации (возможностью демонтажа или замены элементов), нормами эксплуатации (уровень шума, токсичностью хладагентов), специальными условиями работы (стационарными или кратковременными режимами, работой против сил тяготения и так далее), затратами электроэнергии на привод нагнетателей и другими.
Основным критерием выбора метода охлаждения является значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена. Вторым критерием выбора метода охлаждения является допустимый перегрев элемента, равный разности между допустимой температурой корпуса элемента и температурой окружающей среды.
Анализируя схему электрическую принципиальную, можно сделать предположение о возможности применения естественного воздушного охлаждения ИЭТ. Последующие расчеты призваны или опровергнуть или подтвердить целесообразность такого способа охлаждения.
При естественном охлаждении отвод тепла от ИЭТ происходит за счет теплопроводности, естественной конвекции окружающего газа и излучения.
6.2 Выбор способа обеспечения герметизации
Разрабатываемое устройство будет предназначено для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других помещениях (с отсутствием воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, ветра, песка, пыли, наружного воздуха, отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги).
Герметизация РЭА является надежным средством защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей среды.
Длительное воздействие высокой влажности вызывает коррозию металлических конструкций, набухание и гидролиз органических материалов.
Интенсивное нагревание переохлажденной аппаратуры перед приведением ее в рабочее состояние также приводит к конденсации влаги на холодных элементах конструкции.
Выпадение росы (конденсация на холодных поверхностях конструкции) вызывается понижением температуры, которое практически всегда имеет место при отключении и последующем хранении аппаратуры.
Все вышеперечисленные воздействия не благоприятно сказываются на работе аппаратуры. Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соответствующими материалами, покрытиями, применением усиленной вентиляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием поглотителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.
Но так как разрабатываемое устройство относится к классу аппаратуры, которая будет эксплуатироваться в закрытых помещениях. Воздействие таких климатических факторов, как высокая влажность, дождь, туман исключается, поэтому применение специальных средств герметизации не предоставляется необходимым. Временное возможное воздействие вышеперечисленных климатических факторов значительно уменьшается или исключается благодаря хорошей упаковке изделия перед транспортировкой.
6.3 Выбор способа обеспечения виброзащиты
Разрабатываемое устройство будет подвергаются воздействию внешних механических нагрузок (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы), которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭА. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения конструкции. Допустимые уровни механического изменения конструкции определяются ее прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям [5].
В отношении конструкции РЭА различают два понятия: вибрационная устойчивость и вибрационная прочность.
Вибрационная устойчивость - свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы. Вибрационная прочность - прочность при заданной вибрации и после прекращения ее [5]. Вибрации, направленные ортогонально к плоскости печатной платы, попеременно изгибают ее и влияют на механическую прочность установленных на ней микросхем и компонентов. Если компоненты считать жесткими, то изгибаться будут их выводы. Большинство отказов компонентов происходит из-за поломки паяных соединений выводов с платой. Наиболее жесткие воздействия имеют место в центре платы, а для прямоугольных плат еще и при ориентации тела элемента вдоль короткой стороны платы. Приклеивание компонентов к плате значительно улучшает надежность паяных соединений. Защитное лаковое покрытие толщиной 0,1.. .0,25 мм жестко фиксирует компоненты и увеличивает надежность РЭА [5].
Механические напряжения на паяные соединения от воздействия вибраций можно уменьшить: увеличением резонансных частот, что позволяет уменьшить прогиб платы; увеличением диаметра контактных площадок, что повышает прочность сцепления контактной площадки с платой; подгибом и укладыванием выводов элементов на контактную площадку,
что увеличивает длину и прочность сцепления паяного соединения; уменьшением добротности платы на резонансе ее демпфированием многослойным покрытием лака [5].
Конструктивную целостность аппаратуры и защиту от механических воздействий обеспечивает конструкционный материал, который должен удовлетворять заданными механическими и физическими свойствами, обладать легкостью в обработке, коррозионной стойкостью, низкой стоимостью, иметь максимальное отношение прочности к массе [5].
Исходя из выше сказанного при проектировании платы необходимо использовать контактные площадки больших размеров, объемные элементы крепить с подложкой. Плату покрыть лаком. При транспортировке необходимо использовать тару из гофрированного картона, предварительно упаковав устройство в пакет из пленки с воздушными пузырями.
6.4 Выбор способа обеспечения электромагнитной совместимости
При проектировании устройства необходимо обеспечить электромагнитную совместимость разрабатываемому устройству. Электромагнитная совместимость (ЭМС) радиоэлектронных средств, особенность радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения работать одновременно (совместно) так, что помехи радиоприёму (с учётом воздействия источников радиопомех индустриальных), возникающие при такой работе, приводят лишь к незначительному (допустимому) снижению качества выполнения РЭС своих функций. При одновременной работе РЭС (а также электротехнических устройств, излучающих электромагнитные волны) помехи радиоприёму неизбежны. Интенсивность помех определяется количеством действующих излучателей, их мощностью, расположением в пространстве, формой диаграммы направленности антенн, условиями распространения радиоволн и т. д. Обеспечение ЭМС сводится к созданию условий для нормальной совместной эксплуатации всего разнообразия РЭС [8].
Основными источниками мощных электромагнитных помех являются: грозовые разряды, радиоэлектронные средства (мощные радиопередающие средства и радиолокационные станции), высоковольтные линии передачи, контактная сеть железных дорог, а также высоковольтные установки для научных исследований и технологических целей.
ЭМС электронной схемы определяется, главным образом, тем, как компоненты расположены друг относительно друга и как выполнены электрические соединения между самими компонентами. Каждый ток, протекающий по проводнику, порождает обратный ток такой же величины, протекающий по соответствующему проводнику. Создающаяся при этом петля представляет собой антенну, которая может излучать электромагнитную энергию с величиной, определяющейся амплитудой тока, периодом повторения сигнала и геометрическими размерами токовой петли [9].
Реализация ЭМС устройств начинается в первую очередь с разработки схем и выбора компонентов. Неправильные решения на ранних стадиях разработки часто могут быть скорректированы позднее лишь со значительными затратами времени и сил. Понимание принципов работы схемы абсолютно необходимо для выполнения требований электромагнитной совместимости. Одним из основных условий этого является уменьшение эффективных площадей. Например, совершенно недостаточно иметь короткими только сигнальные проводники; проводники их возвратных токов также должны быть короткими. Зачастую автоматическая расстановка и разводка не позволяют достичь приемлемых результатов с точки зрения электромагнитной совместимости. Поэтому особо сложные участки схемы необходимо разводить вручную.
7 РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА
Конструкторские расчеты - один из основных разделов дипломного проекта. В данном разделе проверяется соответствие основных характеристик разработанного устройства, предъявляемым техническим требованиям [10].
Опытно-конструкторская разработка любого устройства предполагает проведение различного рода расчета конструкторского плана, позволяющие оценить соответствие параметров заданным в техническом задании. К таким расчетам можно отнести:
- компоновочный расчет печатной платы;
- компоновочный расчет блока;
- расчет элементов печатного монтажа;
- расчет помехоустойчивости;
- расчет вибропрочности устройства;
- тепловой расчет;
- расчет надежности устройства.
7.1 Компоновочный расчет печатной платы
Основные габариты печатных плат определяются рациональной компоновкой радиоэлементов[10]. Компоновка и размещение радиоэлементов должны удовлетворять ряду требованиям [11]:
- обеспечение наиболее простой трассировки;
- требуемую плотность компоновки ЭРИ;
- сложность электрической принципиальной схемы;
- тепловые режимы;
- механические воздействия;
- помехозащищенность и исключит взаимное влияние элементов печатного монтажа на электрические параметры ПП;
- обеспечение технологических требований, предъявляемых к ЭА: автоматическую сборку, пайку, контроль;
- обеспечение высокой надежности, малых габаритных размеров и массы, теплоотвода, ремонтопригодности, быстродействия.
Исходными данными для компоновочного расчета печатной платы являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ. Численные значения установочных размеров ЭРЭ приведем в таблице 7.1
Таблица 7.1 - Установочные площади элементов
Элемент и его типУстановочная площадь, мм2Кол-воУстановочная суммарная площадь, мм2Батарея аккумуляторная (4,8 В)2541254Диоды 1N400112,5787,5Диоды 1N581022,9122,9Диодный мост КЦ407А60160Звуковой излучатель НС0903А4531453Индикатор SA03-11GWA1933579Индикатор SA05-11GWA2183654Кнопка DTS-6(2)V31131Конденсаторы 08052,537,5Конденсаторы ECR78,54314Микросхема 74HC74N22,5122,5Микросхема 780548,4148,4Микросхема A Ttiny0,1210,12Микросхема CD4094BE77,14308,4Микросхема LM358N66166Предохранитель DO70-00226,6126,6Разъем BLS-218,4118,4Разъем BLS-328128Резисторы 08052,556140Резисторы MCA(E)1211121Резисторы PV 3649149Светодиоды L5378,58393Транзисторы BC51756,2156,2Транзисторы BC63656,24224,8Трансформатор EI48210012100Итого6065 Итак, согласно таблице 7.1 суммарная площадь всех элементов плат составляет: Исходя из этой площади выберем платы размерами 120х100 мм.
Коэффициент заполнения плат найдем по формуле 7.1:
(7.1)
где: S - суммарная площадь всех элементов, мм2;
Sплаты - площадь платы, мм2.
Тогда коэффициент заполнения:
Коэффициент заполнения получился 0,25, так как при проектировании был использован двусторонний монтаж радиоэлементов. Данные о компоновке элементов на печатной плате приведены в приложении Б.
7.2 Компоновочный расчет устройства
Компоновка устройства - размещение на плоскости и в пространстве различных компонентов (радиодеталей, микросхем, блоков , приборов) РЭА - одна из важнейших задач при конструировании, поэтому очень важно выполнить рациональную компоновку элементов на самых ранних стадиях разработки РЭА [10].
Основой для всех является рассмотрение общих аналитических зависимостей. При аналитической компоновке мы оперируем с численными значениями различных компоновочных характеристик: геометрическими размерами элементов, их объемами, весом, энергопотреблением и т.п. Зная соответствующие компоновочные характеристики элементов изделия и законы их суммирования, можно вычислить компоновочные характеристики всего изделия и его частей [10].
Исходными данными для компоновочного расчета устройства являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры элементов.
При исполнении устройства применяется корпус размером 130х120х50 мм.
Численные значения установочных объемов элементов приведем в виде таблицы 7.2.
Таблица 7.2 - Установочные объемы элементов
Элемент и его типУстановочный объем, мм3Кол-воУстановочный суммарная объем, мм3Батарея аккумуляторная (4,8 В)177811778Диоды 1N400131,257218,75Диоды 1N581072172Диодный мост КЦ407А1801180Звуковой излучатель НС0903А7701770Индикатор SA03-11GWA193035790Индикатор SA05-11GWA217736531Кнопка DTS-6(2)V257,31247,3Конденсаторы 08052,537,5Конденсаторы ECR94243768Микросхема 74HC74N24,75124,75Микросхема 7805414714147Микросхема A Ttiny0,03610,036Микросхема CD4094BE155,44621,6Микросхема LM358N2971297Предохранитель DO70-00290190Разъем BLS-21471147Разъем BLS-32241224Резисторы 08052,556140Резисторы MCA€639016390Резисторы PV 365881588Светодиоды L5346583724Транзисторы BC5173651365Транзисторы BC63636541460Трансформатор EI48336001343408Итого380989 Итак, согласно таблице 7.2 суммарный установочный объем всех элементов составляет:
Коэффициент заполнения по объему (kз) из конструктивных соображений принимается равным 0,5.
Ориентировочно определяем реальный объем разрабатываемой конструкции по формуле 7.2:
(7.2)
VРЕАЛ = Окончательные габариты корпуса остаются прежними, то есть: 130х120х50 мм.
7.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы
При расчете печатной платы необходимо учитывать и особенности производства, допуски на всевозможные отклонения параметров элементов печатного монтажа, установочные характеристики корпусов ЭРЭ. Класс точности определяет наименьшие минимальные значения основных параметров конструктивных элементов (ширина проводника, расстояния между центрами 2-х проводников (контактных площадок), ширина пояска металлизации контактной площадки и др.) - ГОСТ 23751-86 определяет 5 классов точности. Исходя из технологических возможностей производства выбирается метод изготовления печатной платы комбинированный позитивный. По -3-му классу точности будет проектироваться печатная плата. Для печатных плат этого класса точности характерны следующие минимальные значения основных параметров:
- ширина печатного проводника t_n=0,5 мм;
- расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка ;
- толщина печатной платы составляет .
Быстродействие, установочные размеры, эксплуатационные характеристики, технологические особенности, автоматизация и т.п. влияют на выбор размеров и конфигурации печатной платы. Необходимо выбирать размеры и конфигурацию печатной платы по ГОСТ 10317-79.
Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы:
1.Толщину печатной платы определяют в зависимости от механических нагрузок на печатную плату и диаметром отверстий. Обычно выполняется правило:
Н>(2,5-5)∙d_0,(7.3)
где Н - толщина печатной платы;
d_0 - минимальный диаметр отверстий.
Следовательно, толщина печатной платы 1,5 мм.
2. Определяем минимальную ширину, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления
(7.4)
где - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы);
J_ДОП- допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления печатной платы (J_ДОП=48 А⁄〖мм〗^(2 ) для комбинированного позитивного метода);
- толщина проводника, мм.
мм.
3. Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий по формуле 7.5:
,(7.5)
где d_э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;
d_(Н.О.)- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (определяется классом точности печатной платы и диаметром отверстия), мм;
- разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ (выбирают в пределах 0,1...0,4 мм); Диаметры монтажных и переходных отверстий металлизированных и не металлизированных должны соответствовать ГОСТ 10317-79. Предпочтительные размеры монтажных отверстий выбирают из ряда 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0 мм, а переходных отверстий - из ряда 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 мм.
Подставим данные о диаметрах выводов элементов в формулу 7.5:
d_1=0,65+0,05+0,1=0,8 мм
d_2=0,85+0,05+0,1=1 мм
d_3=1,05+0,05+0,1=1,2 мм
4. Рассчитываем диаметр контактных площадок. Минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, изготавливаемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка рассчитывается по формуле 7.6:
(7.6)
где - толщина фольги, мм;
D - минимальный эффективный диаметр площадки, мм:
(7.7)
где - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм; - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм
- максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;
(7.8)
где - допуск на отверстие, мм.
В нашем случае диаметры контактных площадок равны [11]:
D_(max⁡(0,8))=1,3 мм
D_(max⁡(1,0))=1,5 мм
D_(max⁡(1,2))=1,8 мм
5. Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников для ДПП, изготавливаемых комбинированным позитивным методом, при фотохимическом способе получения рисунка определяется по формуле 7.9:
(7.9)
где - минимальная эффективная ширина проводников, = 0,1 мм для плат 3-ого класса точности.
= 0,18 мм
Максимальная ширина проводников определяется по формуле 7.10:
(7.10)
мм
6. Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка. Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:
(7.11)
где L - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;
- допуск на расположение проводников, мм. В нашем случае =0,03мм.
мм
мм
мм
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками определяется по формуле 7.12:
(7.12)
Рассчитанные значения минимального расстояния между двумя контактными площадками равно [11]:
мм
мм
мм
Минимальное расстояние между проводниками определяется по формуле 7.13:
(7.13)
Рассчитанные значения минимального расстояния между проводниками равно [11]:
мм
мм
мм
Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности.
7.4 Оценка теплового режима и выбор способа охлаждения
Обеспечение теплового режима разрабатываемого устройства немаловажный аспект при проектировании. В схеме индикатора напряжения сети многофункционального есть элементы, которые греются больше остальных (транзисторы). Следовательно, необходимо не допустить перегрева печатной платы с компонентами.
Тепловой режим устройства характеризуется совокупностью температур отдельных его точек - температурным полем. Температурный режим создается как внешним температурным воздействием окружающей среды, так и тепловой энергией, выделяемой радиоэлементами самой аппаратуры [5]. По характеру направленности теплового потока разделяют термоактивные и термопассивные элементы. Термоактивные элементы служат источниками тепловой энергии, а термопассивные - ее приемниками [5].
Микросхемы и радиоэлементы функционируют в ограниченных температурных диапазонах. Отклонение температуры от указанных диапазонов может привести к необратимым изменениям компонентов. Повышенная температура снижает диэлектрические свойства материалов, ускоряет коррозию конструкционных и проводниковых материалов. При пониженной температуре затвердевают и растрескиваются резиновые детали, повышается хрупкость материалов. Различия в коэффициентах линейного расширения материалов могут привести к разрушению залитых компаундами конструкций и, как следствие, нарушению электрических соединений, изменению характера посадок, ослаблению креплений и т. п. [5].
Настоящее и будущее аппаратуры связано с использованием достаточно больших мощностей в сравнительно малых объемах. Это приводит к резкому увеличению плотности мощности рассеяния, а, следовательно, и плотности рассеиваемой теплоты. Поэтому при конструировании аппаратуры особое значение приобретает разработка методов отвода теплоты, регулирования и контроля температуры [5]. Если температура в любой из точек блока не выходит за допускаемые пределы, то такой тепловой режим называется нормальным. Нормальный тепловой режим - это режим, который при изменении в определенных пределах внешних температурных воздействий обеспечивает изменение параметров и характеристик конструкции, компонентов, материалов в пределах, указанных в технических условиях на них. Высокая надежность и длительный срок службы изделия будут гарантированы, если температура среды внутри РЭА является нормальной и равной 20-25 °С. Изменение температуры относительно нормальной на каждые 10 °С в любую сторону уменьшает срок службы аппаратуры приблизительно в 2 раза. Обеспечение нормального теплового режима приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и массы, введению дополнительного оборудования, затратам электрической энергии [5].
Отвод тепла от нагретых поверхностей элементов электронного узла может производиться:
- контактным способом (за счет кондукции);
- естественным воздушным охлаждением;
- принудительным воздушным охлаждением;
- жидкостным охлаждением;
- испарением жидкости с охлаждаемой поверхности;
- за счет излучения и др.
Оценку теплового режима печатной платы устройства будем производить с помощью программы Mentor HyperLynx Thermal. Данный расчет позволяет получить распределение температуры, градиента температур на печатной плате, оценить температуру ЭРЭ и обосновать выбор способа охлаждения печатной платы.
Методика расчета представлена [12].
Для моделирования используются исходные данные: рассеиваемая мощность, тепловое сопротивление переход-корпус (корпус-среда), коэффициент излучения, предельные значения температуры нагретой зоны. Исходные данные представлены в таблице 7.3.
Таблица 7.3 - Исходные данные для расчета теплового режима пп. Тип элементаРассеиваемая мощность, ВтТепловое сопротивление среда-корпус, 0С/ВтКоэффициент излучения корпусаПредельное значение температуры корпуса, 0СПредельное значение температуры нагретой зоны, 0С1234561N40010,5650,851251251N58100,5650,85125125КЦ407А0,5600,85125125HC0903A0,001500,0185110SA03-11GWA0,105500,8585100SA05-11GWA0,056500,8585100Конденсаторы 0805 Z5U0,001500,02100100Конденсаторы ECR0,0005500,01858574HC74N0,51400,958512578050,41300,9585150ATtiny 15L0,81500,9585120CD4094BE0,281200,9585150LM358N0,41300,9585150Резисторы 08050,5500,02100100Резисторы 08050,125500,02100100Резистор MCA(E) 9 H2.50,15500,57595
Продолжение таблицы 7.3
123456Резистор PV 36-0,50,25500,5100125L-53 PBC-E0,075500,858595L-53 SEC0,075500,858595BC5170,61200,85125150BC360,61200,85125150EI480,25800,8570100 Задаём краевые условия: начальная температура 40 0С, давление воздуха 780 мм.рт.ст., коэффициент гравитации 1, относительная влажность 60 %, ширина направляющих 2 мм, коэффициент излучения печатной платы 0,8, точность анализа 0,001, ориентация платы горизонтальная.
Карта распределения температуры и градиента температур приведена на рисунках 7.1 и 7.2. Как видно их результатов расчёта, значения температуры находятся в допустимых пределах от 40 0С до 60 0С.
Рисунок 7.1 - Распределение температуры на печатной плате
Рисунок 7.2 - Распределение градиента температур на печатной плате
Все результаты расчетов предоставлены в выходном файле (приложение А).
При проведении анализа нагрева печатной платы было обнаружено, что сильно нагруженные элементы платы (транзисторы) греются до 55 0С. Градиент платы не превышает 30 0С. Полученные результаты свидетельствуют об удачно проведенном тепловом расчете, т.к. расчетные числовые значения температур меньше предельно допустимых значений, обеспечивающих безотказную работу разрабатываемого устройства в течение заданного отрезка времени непрерывной работы.
Следовательно, можно утверждать, что компоновка печатной платы выполнена успешно. 7.5 Расчет механической прочности и системы виброударной защиты
Наибольшую опасность для электронной аппаратуры при воздействии вибраций представляют механические резонансы отдельных компонентов и узлов, возникающих в случаях, когда их собственная частота совпадает с частотой действующих на аппаратуру вибраций. Одной из причин вибраций и резонансов является наличие зазоров между деталями и люфтов в соединениях. Чем выше частота колебаний, тем при меньшем зазоре может возникнуть резонанс. Основной вибрационной системой конструкции аппаратуры является печатная плата. Частотная характеристика печатной платы зависит от ее материала, геометрических размеров и граничных условий, которые определяются способом крепления печатной платы. Снижение коэффициента передачи вибраций и повышения частоты собственных колебаний за счет изменения геометрических размеров печатной платы и выбора материала с соответствующими физико-механическими свойствами весьма ограничено. Значительно больше возможностей у конструктора для изменения граничных условий. При воздействии механических нагрузок на электронную аппаратуры происходит деформация и перемещение элементов конструкции и радиоэлементов. При разработке конструкции необходимо обеспечить как минимум вибро- и ударопрочность печатной платы. При этом используются следующие критерии прочности:
- выполнение условия непересечения множества частот спектра действующих нагрузок и множества частот собственных колебаний печатной платы с радиоэлементами. - выполнение условия непревышения действующих на конструктивные элементы перегрузок допустимых уровней.
При невыполнении приведенных условий необходимо каким-либо образом изменить конструкцию, найти способ защиты от механических нагрузок.
Так как разрабатываемая конструкция будет перевозиться в надежной упаковке, а при эксплуатации устройство будет неподвижно, то в данной работе ограничимся определением собственной частоты печатной платы. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной печатной платы, закрепленной с четырех сторон, определяем по формуле 7.14: ,(7.14)
где и - длина и ширина печатной платы; - цилиндрическая жесткость печатной платы,
- масса платы с элементами,
, (7.15)
где- модуль упругости,
- толщина печатной платы,
- коэффициент Пуассона.
Для стеклотекстолита СФ-2-35 E=3,021010 Н/м2, =0.22.
Получаем:
Нм
Масса печатной платы с элементами составляет 200 г. отсюда находим собственную частоту платы с элементами:
Гц
Очевидно, что собственная частота платы не попадает в спектр промышленных частот и, следовательно, данная плата устойчива к действию вибраций в широком диапазоне частот.
7.6 Обеспечение электромагнитной совместимости
В радиоэлектронных изделиях печатные проводники, электрически объединяющие те или иные элементы схемы, проходят на достаточно близком расстоянии друг от друга и имеют относительно малые размеры сечения. При большом времени переключения и малых тактовых частотах параметры печатных проводников, соединяющие вводы одних элементов со входами других, не оказывают существенного воздействия на быстродействие всей схемы в целом и на помехоустойчивость элементов [11].
Печатная плата устройства индикатора напряжения сети многофункционального изготавливается по 3-му классу точности. На плате присутствуют элементы, которые создают электромагнитные помехи, а также есть чувствительные элементы к помехам. Исходя из этого, необходимо произвести расчёт перекрёстных помех в критических цепях.
Из рассмотренного принципа работы устройства и рассмотрения параметров элементной базы менее помехозащищенными являются логические устройства. В данном случае это DD2, DD5 и резистор R29. Фрагмент топологии печатной платы представлен на рисунке 7.3.
Рисунок 7.3 - Фрагмент топологии печатной платы
При анализе топологии были выбраны трассы Net94, Net108, как наиболее подверженные помехе.
Произведём CrossStalk анализ.Установим свойство Net94-victim.
Рисунок 7.4 - CrossStalk анализ (Net94-victim)
Рисунок 7.5 - Результаты CrossStalk анализа
Таблица 7.4 - Результаты CrossStalk анализа
DD2DD5R29DD2Minimum: DD2.9
t = 65.76 ns
Vmin = -0.01 V
Maximum: DD2.9
t = 15.16 ns
Vmax = 0.03 V
Base Line: DD2.9
Vbase = -0.00 V
Top Line: DD2.9
Vtop = 0.03 V
Minimum: DD5.2
t = 15.68 ns
Vmin = -0.11 V
Maximum: DD5.2
t = 14.43 ns
Vmax = 0.18 V
Base Line: DD5.2
Vbase = -0.00 V
Top Line: DD5.2
Vtop = 0.06 V
Rise Time: R29.1
tr = 3.47 ns
Fall Time: R29.1
tf = 4.41 ns
Minimum: R29.1
t = 71.10 ns
Vmin = -0.02 V
Maximum: R29.1
t = 29.87 ns
Vmax = 5.00 V
Base Line: R29.1
Vbase = -0.00 V
Top Line: R29.1
Vtop = 5.00 VFall Time: DD2.4
tf = 4.03 ns
Minimum: DD2.4
t = 70.26 ns
Vmin = -0.15 V
Maximum: DD2.4
t = 20.31 ns
Vmax = 5.09 V
Base Line: DD2.4
Vbase = 0.00 V
Top Line: DD2.4
Vtop = 5.00 V
Анализируя моделирование видно, что помеха воздействующая на Net 94, составляет около 7% от сигнала и она не оказывает влияние на работоспособность устройства, что удовлетворяет условию задания моделирования. Произведем Reflection анализ. Установим свойство Net45-victim.
Рисунок 7.6 - Reflection анализ (Net45-victim)
Рисунок 7.6 - Результаты Reflection анализа
Таблица 7.5 - Результаты Reflection анализа
DD2DD5R29DD2Minimum: DD2.9
t = 1.64 ns
Vmin = -0.00 V
Maximum: DD2.9
t = 0.51 ns
Vmax = -0.00 V
Base Line: DD2.9
Vbase = -0.00 V
Top Line: DD2.9
Vtop = -0.00 V
Minimum: DD5.2
t = 0.89 ns
Vmin = -0.00 V
Maximum: DD5.2
t = 0.00 ns
Vmax = -0.00 V
Base Line: DD5.2
Vbase = -0.00 V
Top Line: DD5.2
Vtop = -0.00 V
Rise Time: R29.1
tr = 3.43 ns
Fall Time: R29.1
tf = 4.40 ns
Minimum: R29.1
t = 70.97 ns
Vmin = -0.02 V
Maximum: R29.1
t = 29.47 ns
Vmax = 5.00 V
Base Line: R29.1
Vbase = -0.00 V
Top Line: R29.1
Vtop = 5.00 V
Rise Time: DD2.4
tr = 2.20 ns
Fall Time: DD2.4
tf = 4.02 ns
Minimum: DD2.4
t = 70.08 ns
Vmin = -0.15 V
Maximum: DD2.4
t = 20.11 ns
Vmax = 5.09 V
Base Line: DD2.4
Vbase = -0.00 V
Top Line: DD2.4
Vtop = 5.00 V
Из графика следует ,что помеха составляет 7% от сигнала, что удовлетворяет условию работоспособности платы. При моделировании наиболее помехонезащищенные цепей Net 108 и Net 94, установили, что при воздействии помехи на цепь Net108 , работоспособность устройства не нарушается. Следовательно, трассировка участка платы произведена правильно. Данные о трассировке приведены в приложении Б.
7.7 Расчет надежности
Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-89)[12].
Надёжность является одним из главных технических параметров, характеризующих РЭС.
Исходные данные для расчета надежности зависят от вида учитываемых отказов, количества подлежащих расчету показателей надежности, степень точности расчета [10]. В нашем случае расчет будет выполнен для периода нормальной эксплуатации при следующих основных допущениях:
- отказы случайны и независимы;
- учитываются только внезапные отказы;
- имеет место экспоненциальный закон надежности.
При расчете будут учитываться не только элементы электрической схемы, но и элементы конструкции (монтажные соединения, печатная плата, монтажные проводники, несущие конструкции и т.д.).
Кроме того, при расчете надежности будет произведен точный учет электрического режима и эксплуатационных условий работы элементов.
Исходными данными для полного расчета надежности будут:
- схема электрическая принципиальная с перечнем используемых в конструкции элементов;
- значения коэффициентов электрической нагрузки элементов;
- справочные значения интенсивностей отказов элементов;
- условия эксплуатации элементов с учетом внешних и внутренних воздействующих факторов таких как : температура корпусов элементов, относительная влажность, уровень вибрации, передаваемый на элементы и т.д.;
- заданное время непрерывной работы устройства, t.
Расчет производился на ЭВМ при помощи программы АСРН (автоматизированная система расчета надежности). Расчет надёжности платы и устройства приведены в таблицах 7.6 и 7.7.
Исходные данные: режим: эксплуатация, условия: группа 3.1, температура окружающей среды, °С: 25.
Таблица 7.6- Расчёт надёжности платы
НаименованиеКол, n шт.λб·107, 1/чλэ·107, 1/чλэ·107·n, 1/чКоэффициенты моделейВероятность123456789101112Интегральные микросхемыLM358N1-0,1500,150λкр = 0,01λкорп = 0,006Кt = 1,013Кэ = 8Кпр = 0,25 1,00078051-0,0350,035λкр = 0,01λкорп = 4,867E-04Кt = 1,013Кэ = 8Кпр = 0,25 1,000CD50944-0,1270,508λкр = 0,003λкорп = 0,006Кt = 0,416Кэ = 8Кпр = 0,25 0,99974HC74N1-0,1280,128λкр = 0,003λкорп = 0,006Кt = 0,632Кэ = 8Кпр = 0,25 1,000ATtiny1-0,1970,197λкр = 0,003λкорп = 0,006Кt = 8,516Кэ = 8Кпр = 0,25 1,000Полупроводниковые приборы1N400170,0810,7465,222Кt = 2,302Кф = 1Кr = 0,5Кэ = 16Кпр = 0,5 0,990 Продолжение таблицы 7.6
123456789101112Оптоэлектронные полупроводниковые приборы1N581010,0810,7460,746Кt = 2,302Кф = 1Кr = 0,5Кэ = 16Кпр = 0,5 0,999КЦ407А10,9101,1061,106Кр = 0,193Кф = 1Кs = 0,7Кд.н = 0,6Кэ = 15Кпр = 10,998BC63640,0070,1100,441Кt = 5,184Кф = 1,5Кr = 1Кs = 0,114Кэ = 24Кпр = 0,70,999BC651710,0070,0910,091Кt = 5,184Кф = 1,5Кr = 0,828Кs = 0,114Кэ = 24Кпр = 0,71,000L-5380,0020,0830,663Кt = 3,028Кэ = 17Кпр = 0,7 0,999SA0530,0291,0283,084Кt = 3,028Кэ = 17Кпр = 0,7 0,996SA0330,0291,0283,084Кt = 3,028Кэ = 17Кпр = 0,7 0,996Резисторы0805540,0370,0924,949Кt = 1Кp = 0,444Кs = 0,885Кэ = 63Кпр = 0,1 0,9900805 20,0370,1760,351Кt = 1Кp = 0,763Кs = 0,988Кэ = 63Кпр = 0,1 0,999PV3610,3701,1731,173Кр = 0,453КR = 0,7Кэ = 10Кпр = 1 0,998MCA(E) 9,510,0370,1100,110Кt = 1Кp = 0,477Кs = 0,988Кэ = 63Кпр = 0,1 1,000Конденсаторы0805 Z5U30,0206,533E-040,002Кt = 1КС = 0,813Кs = 1,005Кэ = 40Кпр = 0,001 1,000ECR40,0011,164E-044,655E-04Кt = 1КС = 2,424Кs = 1Кэ = 40Кпр = 0,001 1,000
Продолжение таблицы 7.6
123456789101112ТрансформаторыEI4810,1405,1505,150Кt = 1,533Кэ = 24Кпр = 1 0,990Установочные изделияDO70-00210,1001,6001,600Кэ = 16 0,997Аппараты электрические низковольтные1-pole 3A10,0590,6890,689Кs = 1,016Кк.к = 1Кк.с = 1Кф = 5Кэ = 23Кпр = 0,10,999Изделия, не входящие в номенклатуру справочникаБатарея11,0001,0001,0000,998DTS-6(2)V10,1000,1000,1001,000BSL-311,0001,0001,0000,998BSL-211,0001,0001,0000,998НС0903А10,1000,1000,1001,000 Модуль: плата
Наработка на отказ: 23000 ч
Вероятность безотказной работы: 0,98
Таблица 7.7 - Расчёт надёжности устройства
НаименованиеКол, n шт.lб·107, 1/чlэ·107, 1/чlэ·107·n, 1/чВероятностьМодулиплата1-32,68232,6820,937Изделия, не входящие в номенклатуру справочникаPVM453010,1000,1000,1001,000провод60,5000,5003,0000,994Винт80,4000,4003,2000,994разъем Male socket10,1000,1000,1001,000разъем Q-9623 MFC10,1000,1000,1001,000 Модуль: Аппаратура
Наработка на отказ: 29000·ч
Вероятность безотказной работы: 0,97
Рассчитанное значение вероятности безотказной работы равно 0,95. Следовательно, данные удовлетворяет требованиям технического задания. Дополнительных мер по повышению надежности не требуется.
7.8 Обеспечение требований эргономики и инженерной психологии
Широкое внедрение электронной аппаратуры во все сферы деятельности и компьютеризация общества требует от разработчика ЭА учета при проектировании человеческого фактора - особенностей органов чувств, опорно-двигательного аппарата и нервной системы человека. Изучением влияния особенностей человека на конструктивные параметры различных изделий, в том числе на электронную аппаратуру, занимается эргономика [5].
Цель конструктора - это создание высокоэффективных человеко-машинных систем. У таких систем должен быть комплекс эргодизайнерских показателей конструкции, которые можно разделить на три класса: гигиенические, антропометрические и физиолого-психологические, которые в свою очередь делятся на группы (таблица 7.8) [5].
Таблица 7.8 - Эргодизайнерские показатели
ГигиеническиеАнтропометрическиеФизиологопсихическиеОсвещенность
Тепловой баланс
Уровень шумов и вибрация
Уровень электромагнитных полей
Уровень ионизации
Токсичность
Климатический комфортКомпоновка
Досягаемость рабочих органов
Конструкционные характеристики (размер, форма)
Соотношение объема и пространства
Пропорциональность и симметричность конструкции
Композиционно-гармоические (стиль дизайна)Статические и динамические нагрузки (скоростные и силовые)
Зрительные
Слуховые
Одорантные
Эмоциональные
Тактильные
Информационные Знание и учет перечисленных показателей и требований крайне необходим на ранних стадиях проектирования электронной аппаратуры. Это влечет к успешной работе инженера конструктора.
Проектируемое устройство индикатор напряжения сети многофункциональный удовлетворяет ряду перечисленных показателей и требований. Устройство удобно скомпоновано, индикаторы расположены ниже середины на корпусе. Кнопки расположены в удобном для нажатия месте. Конструкция является пропорциональной. Серый цвет конструкции прекрасно сочетается с любым дизайнерским решением.
Гигиенические показатели разрабатываемого устройства так же соответствую нормам.
Надписи на корпусе выполнены нормальным шрифтом (читаемым с дальнего расстояния) на русском языке.
Следовательно, можно считать разрабатываемое устройство выполнено в соответствии с эргодизайнерскими показателями. Что и обеспечит данному устройству конкурентоспособность на рынке сбыта.
7.9 Расчет показателей технологичности
Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества.[13]
Оценка технологичности преследует цели [13]:
определение соответствия показателей технологичности нормативным значениям;
выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на технологичность изделий;
установление значимости этих факторов и степени их влияния на трудоемкость изготовления и технологическую себестоимость изделия.
Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели.
Базовые показатели технологичности блоков РЭА установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства ОСТ 4ГО.091.219-81 "Методы количественной оценки технологичности конструкций изделий РЭА". Согласно нему все блоки по технологичности делятся на 4 основные группы [13]: электронные: логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше или равно числу ЭРЭ.
радиотехнические: приемно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки и т.д.
электромеханические: механизмы привода, отсчетные устройства, кодовые преобразователи и т.д.
коммутационные: соединительные, распределительные блоки, коммутаторы и т.д.
В данном дипломном проекте рассматривается устройство индикатор напряжения сети многофункциональный. Для устройства определяются 7 основных показателей технологичности (см. таблицу 7.9), каждый из которых имеет свою весовую характеристику φi. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:
φ_i=q/2^(q-1) (7.16)
где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.
Таблица 7.9 - Показатели коэффициентов технологичности
qiКоэффициент технологичностиОбозначениеφi1Применение микросхем и микросборокКм.с.1,02Автоматизации и механизации монтажаКм.м1,03Автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажуКм.п. ИЭТ0,84Автоматизации и механизации регулировки и контроляКа.р.к.0,55Повторяемости ИЭТКпов. ИЭТ0,36Применение типовых ИЭТКт.п.0,27Прогрессивности формообразования деталейКф0,1 Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:
K=(∑_(i=1)^7▒〖K_i∙φ_i 〗)/(∑_(i=1)^7▒φ_i )=(∑_(i=1)^7▒〖K_i∙φ_i 〗)/3,9(7.17)
Коэффициент технологичности находится в пределах 0 < К < 1.
Коэффициент применения микросхем и микросборок:
К_(м.с)=Н_(э.мс)/(Н_(э.мс)+Н_иэт ),(7.18)
где Нэ.мс - общее число дискретных элементов, замененных микросхемами и микросборками; Ниэт - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, реле и другие аналогичные элементы.
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:
К_(м.м)=Н_(м.м)/Н_м ,(7.19)
где Нмм - количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ИЭТ и последующей пайке волной припоя; Нм - общее количество монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяется по количеству выводов.
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:
К_(м.п.ИЭТ)=Н_(м.п.ИЭТ)/Н_(п.ИЭТ) ,(7.20)
где НмпИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в число их включаются ИЭТ, не требующие специальной подготовки (патроны, реле, разъемы и т.д.); НИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.
Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:
К_(а.р.к.)=Н_(а.р.к)/Н_(р.к.) ,(7.21)
где Нарк - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах; Нрк - общее количество операций контроля и настройки.
Коэффициент повторяемости ИЭТ:
К_(пов.ИЭТ)=1-Н_(т.ор.ИЭТ)/Н_(т.ИЭТ) ,(7.22)
где Нт.ор ИЭТ - количество типоразмеров оригинальных ИЭТ в РЭС. К оригинальным относится ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по техническим условиям; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент; Нт ИЭТ - общее количество типоразмеров.
Коэффициент применения типовых технологических процессов:
К_(т.п.)=(Д_(т.п.)+Е_(т.п.))/(Д+Е),(7.23)
где Дтп и Етп - число деталей и сборочных единиц (ДСЕ), изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов; Д и Е - общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:
К_ф=Д_пр/Д,(7.24)
где Дпр - детали, изготовленные по прогрессивным ТП (штамповка, прессование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т.д.); Д - общее число деталей (без учета нормализованного крепежа).
Выполнен на основе отраслевого стандарта ОСТ 4Г0.091.219
Название изделия: индикатор напряжения сети многофункциональный
Тип аппаратуры: электрический
Исходные данные для расчета технологических показателей:
Количество автоматизированных монтажных соединений307
Общее количество монтажных соединений 322
ИЭТ, подготавливаемые к монтажу механизированным способом105
Общее количество ИЭТ 108
Число элементов, замененных ИМС90
Число элементов ИЭТ, не вошедших в ИМС19
Число типоразмеров печатных плат1
Общее число типоразмеров2
Число автоматических операций контроля и регулировки1
Общее число операций регулировки и контроля2
Заданный показатель технологичности: 0,8
Коэффициент применения микросхем и микросборок:
К_(м.с)=Н_(э.мс)/(Н_(э.мс)+Н_иэт )=90/(90+19)=0,83
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:
К_(м.м)=Н_(м.м)/Н_м =307/322=0,95
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:
К_(м.п.ИЭТ)=Н_(м.п.ИЭТ)/Н_(п.ИЭТ) =105/108=0,97
Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:
К_(а.р.к.)=Н_(а.р.к)/Н_(р.к.) =1/2=0,5
Коэффициент повторяемости ИЭТ:
К_(пов.ИЭТ)=1-Н_(т.ор.ИЭТ)/Н_(т.ИЭТ) =1-0/8=1
Коэффициент применения типовых технологических процессов:
К_(т.п.)=(Д_(т.п.)+Е_(т.п.))/(Д+Е)=1/1=1
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:
К_ф=Д_пр/Д=0/1=0
Комплексный показатель технологичности:
К=(∑_(i=1)^7▒〖К_i φ_i 〗)/(∑_(i=1)^7▒φ_i )=3.07/3.9=0.84
Комплексный показатель технологичности больше заданного показателя (0,84>0,75)
Значения технологических показателей занесем в таблицу 7.10.
Таблица 7.10. Коэффициенты технологичности.
Коэффициент технологичностиОбозначениеЗначение123Применение микросхем и микросборокКм.с.0,83Автоматизации и механизации монтажаКм.м0,95Автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажуКм.п. ИЭТ0,97Автоматизации и механизации регулировки и контроляКа.р.к.0,5Повторяемости ИЭТКпов. ИЭТ1Применение типовых ИЭТКт.п.1Прогрессивности формообразования деталейКф0Показатель технологичности комплексныйK0,84 Поскольку Красч.<Кзад.(0,84>0,8), то конструкция изделия является технологичной, поэтому не нужно принимать меры для повышения технологичности конструкции устройства.
8 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА САПР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УСТРОЙСТВА
При проектировании РЭС большую роль играют САПР. САПР - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации [14].
Идеальная схема функционирования САПР представлена на рисунке 7.7 [14].
Рисунок 7.7 - Идеальная схема функционирования САПР
Следовательно, при проектировании только незначительную часть общего объёма работ (10...20)% выполняется инженерами высокой квалификации.
В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:
- поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
- анализ выбранной информации;
- выполнение расчетов;
- принятие проектных решений;
- оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).
Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР.
Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы - ядра САПР.
По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:
1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
2. САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
3. САПР в области архитектуры и строительства.
В дипломном проекте были использованы следующие САПР:AutoCAD 2008, PCAD 2002, АСРН, Mentor HyperLynx Thermal.
В проекте при помощи пакета AutoCad 2008, выполнены все чертежи. Выбор этого пакета обусловлен разнообразием возможностей в проектировании, доступностью, широким распространением на предприятиях, в конструкторских бюро.
Для разработки топологии печатной платы использовалась система автоматического проектирования PCAD 2002.
С помощью САПР PCAD 2002 была разведена печатная плата устройства, которая затем посредствам DXF формата была передана в САПР AutoCAD для последующего оформления конструкторской документации.
Для теплового анализа печатной платы использовалось программа Mentor HyperLynx Thermal.
С помощью программного комплекса АСРН была рассчитана надёжность устройства.
Применение ЭВМ при оформлении пояснительной записки позволило проводить оперативное внесение изменений в текст записки, упростило создание таблиц и рисунков.
9 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
9.1 Краткая характеристика индикатора напряжения сети многофункционального
Индикатор напряжения сети является многофункциональным, так как он определяет не только напряжение в сети, но и температуру в помещении или вне его, где находиться датчик температуры. Именно данной функциональностью он отличается от существующих аналогов. Данное устройство дает возможность пользователям оценить перепады температуры и напряжения сети, так как устройство запоминает максимальное и минимальное значения. Каждый новый отсчет температуры сравнивается с минимальным и максимальным значениям, хранящимися в энергонезависимой памяти микроконтроллера. При обнаружении нового экстремального значения содержимое значения содержимое соответствующих ячеек памяти корректируется.
Если напряжение сети вышло за пределы 165...260 В, включается излучатель звука со встроенным генератором. Чем сильнее нарушены границы, тем чаще звуковые посылки, что позволяет адекватно реагировать на неисправность.
При отключении электроэнергии на устройстве включается аварийное освещение и оно работает на аккумуляторной батарейке, которая заряжается от сети. Анализ рынка свидетельствует о недостаточном предложении данной продукции отечественными производителями. Для оценки целесообразности данного проекта делается его технико-экономическое обоснование.
9.2 Расчет стоимостной оценки затрат
Затраты в сфере эксплуатации представляют собой единовременные капитальные вложения на приобретение, транспортировку, монтаж, наладку и пуск нового изделия.
Для определения капитальных вложений необходимо рассчитать себестоимость и отпускную цену нового изделия.
9.2.1 Расчет себестоимости и отпускной цены нового изделия
Себестоимость продукции - это выраженная в денежной форме сумма текущих затрат на производство и реализацию продукции. Расчет полной себестоимости единицы продукции осуществляется по калькуляционным статьям затрат, приведенных в таблице 9.4
1. Расчёт затрат по статье "Сырьё и материалы"
В эту статью включается стоимость основных и вспомогательных материалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленным нормам.
Расчет затрат на материалы представлен в таблице 9.1.
Таблица 9.1 - Расчёт затрат на материалы [15]
Наименование
материалаЕдиницы измеренияНорма расходаЦена
за единицу,
ден. ед.Сумма,
ден. ед.1. Стеклотекстолит СФ2-35-1.5дм21,1802088202. Припой ПОС-61кг0,063200019203 Сплав РОЗЕкг0,0313000039004 Краска МКЭЧл0,022400048005 Лак УР - 231л0,052810014056 Спирт этиловыйл0,052790139,5Итого20984,50Всего с учетом транспортных расходов (1,2%)25181,40Возвратные отходы (1%)251,814Всего24929,59
2. Расчёт затрат по статье "Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера"
В эту статью включаются затраты на приобретение в порядке производственной кооперации готовых покупных изделий и полуфабрикатов, используемых для комплектования изделий или подвергающихся дополнительной обработке на данном предприятии для получения готовой продукции (радиоэлементы, микросхемы и пр.). Результаты расчета затрат представлены в таблице 9.2. Данные на комплектующие изделия взяты из спецификации для индикатора напряжения сети многофункционального.
Таблица 9.2 - Расчёт затрат на комплектующие изделия и полуфабрикаты [16]
Наименование комплектующего или полуфабрикатаКоличество на изделие, шт.Цена, руб.Сумма, руб.1234Диод 1N400171601120Диод 1N58101160160Диодный мост КЦ407А1300300Звуковой излучатель HC0903A1810810Индикатор SA03-11GWA331009300Индикатор SA03-11GWA331009300Кнопка DTS-6(2)V125002500Конденсатор 0805 Z5U-0,1 мкФ ± 20%380240Конденсатор ECR-6,3В-47мкФ±5%2200400Конденсатор ECR-25В-47мкФ±5%2200400Микросхема 74HC74N133003300Микросхема 7805132003200Микросхема ATtiny 15L159205920Микросхема CD4094BE47402960Микросхема LM358N153205320Предохранитель D070-002162006200Разъем гнездо BLS-21420420Разъем гнездо BLS-3113001300Резистор 0805-0,125-100 Ом ± 5%22040Резистор 0805-0,125-150 Ом ± 5%1120220Резистор 0805-0,125-220 Ом ± 5%2920580Резистор 0805-0,125-1 кОм ± 5%42080Резистор 0805-0,125-4,7 кОм ± 5%22040Резистор 0805-0,125-10 кОм ± 5%32060Резистор 0805-0,125-15 кОм ± 5%12020Резистор 0805-0,125- 20 кОм ± 5%22040Резистор 0805-0,125-47 кОм ± 5%12020Резистор 0805-0,5-470 Ом ± 5%14040Резистор MCA(E) 9 H2.5-0,15 -20 кОм±10%113001300Продолжение таблицы 9.2
1234Резистор PV 36-0,5- 5кОм±10%165006500Светодиод L-53PBC-E 711007700Светодиод L-53SEC111001100Транзистор BC5171680680Транзистор BC63646902760Трансформатор EI48151005100Корпус12500025000Всего104430Всего с транспортно-заготовительными расходами (1,1)114873 3 Расчёт затрат по статье "Основная заработная плата производственных рабочих".
В эту статью включаются расходы на оплату труда производственных рабочих, непосредственно связанных с изготовлением продукции, выполнением работ и услуг. Расчёт основной заработной платы представлен в таблице 9.3. Месячная тарифная ставка первого разряда на предприятии 18000 руб.
Таблица 9.3 - Расчет основной заработной платы производственных рабочих
Вид работы (операция)Разряд работыЧасовая тарифная ставка руб./чНорма времени по операции, нормо-часПрямая зарплата (расценка), руб.123451.Подготовительная операция II11860,05592.Комплектовочная операция II11860,02243. Нанесение припоя III13810,04554.Установка SMD-элементов на верхнюю сторону платы IV16060,02325.Установка навесных элементов на верхнюю сторону платы IV16060,0232Продолжение таблицы 9.3
123456. Очистка верхней стороны платы IV16060,06967. Нанесение припоя III13810,01148.Установка SMD-элементов на нижнюю сторону платы IV16060,05809. Пайка волной припоя V17800,047110. Очистка нижней стороны платы IV16060,011611. Контроль и маркировка V17800,023612. Сборка изделия VI19430,5097213. Контроль и маркировка V17800,023614. Упаковка II11860,0559Итого1582Премия (30%)475Всего с премией2057
Расчёт затрат по статье "Дополнительная заработная плата основных производственных рабочих" осуществляется по формуле
, (9.1)
где HД - процент дополнительной заработной платы производственных рабочих, равный 10 %. Тогда дополнительная заработная плата производственных рабочих. З_д=2057∙0,1=205,7 руб.
Расчёт затрат по статье "Отчисления в Фонд социальной защиты населения и на обязательное страхование" осуществляется по формуле:
, (9.2)
Согласно действующему законодательству ставка отчислений составляет 34%+1%, тогда затраты по этой статье равны: Р_соц=(2057+205,7)∙0,35=792 руб.
Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции представлен в таблице 9.4.
Таблица 9.4 - Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции
Наименование статьи затратУсловное обозначениеЗначение,
руб.Примечание12341. Сырьё и материалы РМ25181,40См. табл. 9.12.Покупные комплектующие изделияРК114873См. табл. 9.23. Основная заработная плата производственных рабочихЗ02057См. табл. 9.34. Дополнительная заработная плата производственных рабочихЗД205,7З_д=(З_0∙H_д)/100, Н_д=10%
Зд = 2057·0,15. Отчисления на социальные нужды (отчисления в фонд социальной защиты населения и обязательное страхование)РСОЦ792,
НСОЦ = 34% + 1%
РСОЦ=(2057+205,7)·0,356. Накладные расходыРнакл12509, ННАКЛ=150%
РНАКЛ=6254·1,57. Расходы на электроэнергиюРэнерг4618. Производственная себестоимостьСПР155618,1СПР= РМ + РК + З0 + ЗД + +РСОЦ + Рнакл
Продолжение таблицы 9.4
12349. Коммерческие расходыРКОМ7780,9, Нком=5%
Рком=155618,1·0,0510. Полная себестоимостьСП163399СП=СПР + РКОМ
Сп=155618,1+7780,911. Плановая прибыль на единицу продукцииПЕД49019,7,
Нре= 30%
ПЕД=163399·0,312. Отпускная ценаЦотп212418,7ЦОПТ=СП + ПЕД 9.2.2 Расчет чистой прибыли
На основе маркетинговых исследований и заказов потребителей был определен плановый объем реализации изделия, который составил 3000 ед.
Чистая прибыль рассчитывается по формуле:
П_ч=N∙П_ед (1-Н_п/100),(9.3)
где N - годовой объем выпуска продукции, нат. ед.;
Пед - прибыль, приходящаяся на единицу изделия, руб.;
Нп - ставка налога на прибыль, 24%.
П_ч=3000∙49019,7(1-24/100)=111 764 919 руб.
9.3 Расчет инвестиций в производство нового изделия
Инвестиции в производство нового изделия включают:
Инвестиции на разработку нового изделия (Иразр);
Инвестиции в основной и оборотный капитал.
Инвестиции на разработку нового изделия включают в себя инвестиции в проектирование изделия (Ипр.из), и инвестиции в изготовление опытного образца (Иоп.обр).
И_(пр.из)=t_разр∙N_инж∙З_инж(9.4)
где Зинж -заработная плата инженерам-разработчикам, в течение периода tразр, Nинж.- количество инженеров-разработчиков.
И_(оп.обр)=(С_п+С_ш)∙1,2(9.5)
где Сш- стоимость изготовления шаблона.
И_(пр.из)=12∙3∙700∙2945=74 214 000 руб.
И_(оп.обр)=(163399+350∙2945)∙1,2=1 432 978,8 руб.
И_разр=И_(пр.из)+И_(оп.обр)=74 214 000+1 432 978,8=75 646 979 руб.
Производство продукции предполагается осуществлять на действующем оборудовании на свободных производственных мощностях, поэтому инвестиции в основной капитал не требуются.
Годовая потребность в материалах определяется по формуле:
,(9.10)
где P_М - материальные затраты на единицу продукции (см. табл. 9.1).
П_м=25181,40∙3000=75 544 200 руб.
Годовая потребность в комплектующих изделиях определяется по формуле:
,(9.11)
где P_К - затраты на комплектующие изделия на единицу продукции (см. табл. 9.2).
П_К=114873∙3000=344 619 000 руб.
Инвестиции в прирост собственного оборотного капитала составят:
И_об=(П_М+П_К )∙0,4=(75 544 200 +344 619 000)∙0,4==168 065 280 руб. Таким образом, инвестиции в производство нового изделия составят:
И=И_разр+И_об=75 646 979+168 065 280=243 712 259руб.
9.4 Расчет показателей экономической эффективности проекта
При оценке эффективности инвестиционных проектов необходимо осуществить приведение затрат и результатов, полученных в разные периоды времени, к расчетному году, путем умножения затрат и результатов на коэффициент дисконтирования α_t, который определяется следующим образом:
,(9.12)
Где E_Н - требуемая норма дисконта, 15%;
t- порядковый номер года, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году;
t_p- расчетный год, в качестве расчетного года принимается год вложения инвестиций, t_p= 1.
Расчет чистого дисконтированного дохода за четыре года реализации проекта и срока окупаемости инвестиций представлены в таблице 9.5.
Таблица 9.5-Экономические результаты работы предприятия
Наименование показателейЕд. изм.Усл.
обоз.По годам производства1-й2-й3-й4-й123456 7Результатшт.300030003000 30001. Прирост чистой прибылируб.∆1117649191117649191117649191117649192. Прирост результатаруб.∆1117649191117649191117649191117649193. Коэффициент дисконтированияруб.1,000,870,760,664. Результат с учетом фактора временируб.Ptαt11176491997235479,984941338,873764846,8Затраты (инвестиции):5. Инвестиции в разработку нового изделияруб.Иразр75646978,8---6. Инвестиции в собственный оборотный капиталруб.Иоб168065280---7. Общая сумма инвестицийруб.И243712259---8. Инвестиции с учетом фактора временируб.243712259---Продолжение таблицы 9.5
123456 79. Чистый дисконтированный доход по годам (п.4 - п.6)руб.ЧДДt-131947339,497235479,984941338,7673764846,8210. ЧДД с нарастающим итогомруб.ЧДД-131947339,4-34711859,4950229479,27123994326,1 Рассчитаем рентабельность инвестиций (РИ) по формуле:
(З=И), (9.13)
где - среднегодовая величина чистой прибыли за расчетный период, руб., которая определяется по формуле:
,(9.14)
где - чистая прибыль, полученная в году t, руб.
,
В результате технико-экономического обоснования инвестиций по производству нового изделия были получены следующие значения показателей их эффективности:
1. Чистый дисконтированный доход за четыре года производства продукции составит 73764846,82 руб.;
2. Все инвестиции окупаются на третий год; 3. Рентабельность инвестиций составляет 45%.
Таким образом, производство разработка и производство индикатора напряжения сети многофункционального является эффективным и инвестиции в его производство целесообразны. 10 ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Реализация эргономических требований к рабочему месту инженера по радиоэлектронике при работе с персональным компьютером
Целью дипломного проектирования является разработка радиоэлектронного устройства - индикатора напряжения сети многофункционального. При проектировании данного устройства был использован персональный компьютер, который состоит из следующих основных частей: монитор 24" LG W2486L-PF черный (D-Sub+DVI+HDMI, 2 ms (TN), 61 cm 16:9 1920x1080x60Hz Full HD, 250кд/м2, 2000000:1 DFC, 176°/170°, матов. покрытие экрана); клавиатура: A4Tech KIPS-800 Internet Phone Keyboard чёрно-серебристая (USB, 103КЛ+13КЛ дополнительно, пирамидальное расположение клавиш, тонкая, встроенная звуковая карта, встроенная трубка для IP-телеф., дополнительные гнезда наушников и микрофона); мышь : A4Tech XL-750BH Black-Brown (USB, 7кл, 3600 dpi, длина провода 1.8 м, технология "Абсолютный контроль курсора", 64 Кб встроенной памяти, кнопка "тройной клик", 6 режимов разрешения с цветным индикатором, регулируемое время отклика, прорезиненные вставка); колонки: Microlab B-55 чёрные (2x0.5Вт, 120-16000 Гц, магнитное экранирование, Ш85xВ198xД45, пласт., питание от USB); корпус системного блока: ATX Midi Tower InWin EN-021 чёрный (400W); видеокарта Palit GeForce GTS 250 E-Green (512MB, 256-bit, GDDR3, PCI-Ex 2.0 x16, DX 10, Shader Mod. 4.0, DVI+D-Sub+HDMI, HDCP, c экстремально низким энергопотреблением); привод DVD±RW SATA Samsung SH-S223C/BEBE чёрный (Cache 2MB, CD-R/48x, CD-RW/32x, DVD+-R/22x, DVD-RW/6x, DVD-R9/12x, DVD+RW/8x, DVD+R9/16x, DVD-RAM/12x); жесткий диск HDD SATA 2TB WD WD20EARS (SATA-II, 5400RPM, 64MB); оперативная память DIMM DDR2-800 2048 MB PC-6400 Corsair; материнская плата Socket AM2 Gigabyte GA-MA770-UD3; кулер CoolerMaster Vortex 752 для LGA775 & AM2/AM2+/940/939/754, потребляемая мощность 3,0 Вт, TDP 95 Вт, 2 медных тепловых трубки и медное основание, алюминиевый радиатор, вентилятор 92х25 мм, 800-2200 об/мин, 18 dBA, PWM; процессор Socket AM3 AMD Phenom 2 X4 955 (3.2GHz, 4x512kB L2, 6144kB L3, HT4000MHz, 125W); принтер лазерный+Сканер+Копир+Факс HP LaserJet M1319f MFP (19 cтр/мин, 1200 dpi, сканер протяж. 600x600 ppi (19200 ppi), 32 Мб, масштаб. 25-400%., рекомендуемо до 2000 стр.в мес. (8000 макс.), стартовый картридж 1000 стр. (5% заполнения), стандартный картридж (Q2612A) 2000 страниц;
На персональном компьютере установлена операционная система Windows XP SP3. При проектировании были использованы программные комплексы: Microsoft Office 2007 Service Pack 2 (оформление пояснительной записки), P-CAD 2004 (разработка печатной платы), AutoCad 2008 (разработка конструкции изделия и оформление чертежей), Specctra 15 (трассировка печатной платы), Opera 10 (поиск информации в интернете), Adobe Reader 8.1.2 (чтение файлов формата PDF, открытие datasheet на радиоэлементы), ABBYYLingvo12 (перевод английского языка на русский), классификатор ЕСКД АСКОН 2.06 (классификатор изделий), Triana (моделирование тепловых процессов), ACDSee 9.0.55 (просмотр изображений) и другие. Специфика труда инженера по радиоэлектронике заключается в больших зрительных нагрузках в сочетании с малой двигательной активностью, монотонностью выполняемых операций, вынужденной рабочей позой. Эти факторы отрицательно сказываются на самочувствии работающего. Рабочее место должно отвечать эргономическим и техническим требованиям, обеспечивающим максимальную комфортность условий работы за компьютером, должно способствовать сохранению работоспособности и хорошего самочувствия в течение дня [17]. Рабочее место для выполнения работ в положении сидя организуется в соответствии с ГОСТ 12.2.032-88, ГОСТ 22269-88, ГОСТ 21829-88 и требованиям технической эстетики.
Для рабочего места инженера по радиоэлектронике необходимы: монитор, по своим визуальным характеристикам удовлетворяющий требования Республики Беларусь, с регулируемой яркостью и контрастностью экрана и со специальной подставкой - для установки экрана монитора под нужным углом наклона; регулируемый стол для компьютера, позволяющий изменять высоту положения клавиатуры, ширину стола; клавиатура; регулируемое кресло, позволяет изменять высоту, угол наклона спинки; подставка для ног - если конструкция стола и кресла не позволяет регулировать их по высоте; достаточно длинный кабель для клавиатуры, чтобы разместить ее в удобном положении; подставка для документов. К выбору монитора нужно подходить особенно тщательно, потому что он является основным звеном безопасности в работе с персональным компьютером.
Низкая производительность процессора вызывает у пользователей лишь чувство раздражения, а плохой монитор может стать вполне реальной угрозой здоровью инженера по радиоэлектронике. Следовательно, инженеру по радиоэлектронике при работе с персональным компьютером достаточно использовать процессор с тактовой частотой 1,2÷1,4 ГГц и мониторы высшего класса для профессиональной графической работы с диагональю 48,26 см (19 дюймов) и выше. Мониторы позволяют одновременно отобразить максимальную область проектирования, а также все палитры и инструментальные панели. Также можно использовать одновременно два монитора, что способствует лучшему обзору информации. Современные hi-tech рабочие станции используют всё необходимое, что нужно для плодотворной работы инженера по радиоэлектронике, который работает за персональным компьютером [19]. Одна из таких технологий представлена на рисунке 10.1.
Рисунок 10.1 - Рабочая станция Cruise & Atlas [3].
Монитор должен соответствовать таким требованиям: экран должен иметь антибликовое покрытие; цвета знаков и фона должны быть согласованы между собой. При работе с текстовой информацией наиболее благоприятным для зрительной работы инженера по радиоэлектронике является представление черных знаков на светлом фоне, так как при одинаковом контрасте разборчивость знаков на светлом фоне лучше, чем на темном [18]. Располагать клавиатуру надо на расстоянии 10-30 см от переднего края стола, чтобы запястья рук опирались на стол. Клавиатура должна быть достаточно плоской, иметь опорное приспособление, позволяющее изменять угол наклона ее поверхности в пределах от 5 до 15 градусов [18]. Кресло и клавиатура должны быть размещены так, чтобы не приходилось тянуться. При изменении положения тела обязательно надо переменить расположение клавиатуры. Если стол регулируется по высоте, то высоту рабочей поверхности стола необходимо устанавливать в зависимости от роста пользователя (68-80 см) [18]. Высота нерегулируемого стола должна составлять 72,5 ширина и глубина - не меньше 80 см. В конструкции стола необходимо предусмотреть наличие выдвижных горизонтальных панелей для клавиатуры и манипулятора "мышь" на уровне 5-10 см ниже поверхности стола, чтобы обеспечить оптимальное угловое соотношение в локтевых и кистевых суставах. Если в процессе работы пользователю приходится иметь дело с большим количеством литературы и документов, на поверхности стола должно быть свободное пространство для их размещения. Принтер, сканер, ксерокс требуют дополнительной площади. Поэтому не следует ограничивать размеры рабочей поверхности стола минимальными [18]. Лучшим сиденьем будет удобное кресло. Сиденье кресла должно быть короче бедра, чтобы край кресла не давил на артерии под коленями. Кресло должно учитывать динамичность позы сидения. Форма спинки кресла должна повторять форму спины сидящего. Специалисты по эргономике ранее считали, что угол между бедрами и позвоночником должен составлять 90 градусов, но недавно проведенные исследования показали, что большинство людей предпочитают сидеть немного откинувшись [18]. Нужно учитывать, что низкая и очень свободная спинка создает дополнительную опору только для поясничного отдела позвоночного столба. Остальные мышечные группы при такой спинке находятся в постоянном напряжении, это приводит к быстрой утомляемости, способствует развитию профессиональных искривлений позвоночника. Чтобы удовлетворить всем требованиям эргономики, кресло должно иметь: ширину и глубину поверхности сидения - не менее 40 см; поверхность сидения с закругленным передним краем; высоту опорной поверхности спинки - около 30 см; ширину спинки не менее 38 см; форму спинки, соответствующую естественному прогибу позвоночника и нижней части спины; пневматическую амортизацию сиденья; обивку из мягкого, упругого, нескользящего, неэлектризующего материала [18].
Если рабочее место инженера по радиоэлектронике устроено таким образом, что нет возможности регулировать высоту стола и кресла, необходимо иметь подставку для ног. Ее размеры: ширина не мене 30 см; глубина не менее 40 см; регулировка по углу наклона опорной поверхности до 20 градусов. Подставка должна иметь рифленую поверхность и бортик по переднему краю высотой 1 см [18].
Если при работе часто приходится смотреть на документы, необходимо установить подставку с оригиналом документа вертикально в одной плоскости с экраном и на одной с ним высоте. Работа глаз из стороны в сторону предпочтительнее, чем сверху вниз от экрана к горизонтальной копии, а затем вновь к экрану. И так до бесконечности. Если по ходу работы надо чаще смотреть на оригинал, чем на экран, то необходимо повернуть кресло или экран таким образом, чтобы прямо перед инженером располагался оригинал, а не экран компьютера. Расположение материала следует периодически менять, размещая его то слева, то справа от экрана. Движение вперед-назад, слева-направо от экрана к копиям снижают опасность возникновения визуального стресса и совершенствуют визуальные характеристики глаз.
Таким образом рекомендуемое рабочее место инженера по радиоэлектронике представлено на рисунках 10.2-10.4.
Рисунок 10.2 - - Рабочее место инженера по радиоэлектронике
Рисунок 10. 3 - - Рабочее место инженера по радиоэлектронике
Рисунок 10.4 - - Рабочее место инженера по радиоэлектронике
Правильная поза при работе с компьютером. Глаза от экрана на расстоянии вытянутой руки - 60-70 см (не ближе 50 см). Уровень глаз на 15-20 см выше центра экрана. Вертикально прямой позвоночник. Голову при этом тоже держите прямо, не выдвигая ее вперед, не опуская вниз и не наклоняя в стороны, чтобы глаза находились на одном уровне. Не сутультесь. Правильная поза обеспечивает максимальный приток кислорода ко всем частям тела. Наиболее часто встречаемым типом неправильного сидения является сутулость, и изгибание нижней части спины назад. Задняя поверхность бедер соприкасается с сиденьем. Уровень колен на уровне бедер. Благодаря этому вы избежите напряженности мышц ног. Обе ступни на полу не перекрещиваются. Постановка ступней на полу обеспечивают хорошую релаксацию. Если ноги не достают до пола, то поставьте опору для ног. Плечи опущены и расслаблены - благодаря этому руки также будут расслабляться [18].
Выполнение многочисленных эргономических требований к организации рабочего места позволит улучшить условия работы и уменьшить воздействия на костно-мышечную систему пользователя.
Cуществуют жестко определенные рамки периодов работы и отдыха для деятельности, которая предполагает длительное пребывание перед экраном монитора. Согласно СанПиН 9-131 РБ 2000 "Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и организации работы" режим труда и отдыха при работе с персональным компьютером определяются видом и категорией трудовой деятельности. Виды трудовой деятельности разделяются на 3 группы: группа А - работа по считыванию информации с экрана персонального компьютера; группа Б - работа по вводу информации; группа В - творческая работа в режиме диалога с персональным компьютером [21]. При выполнении в течение рабочей смены работ, относящихся к разным видам трудовой деятельности, за основную работу с персональным комьютером следует принимать такую, которая занимает не менее 50% времени в течение рабочего дня [19]. Инженер по радиоэлектронике относится к группе В.
Для видов трудовой деятельности устанавливается 3 категории тяжести и напряженности работы с персональным компьютером, которые определяются: для группы А - по суммарному числу считываемых знаков за рабочую смену, но не более 60 000 знаков за смену; для группы Б - по суммарному числу считываемых или вводимых знаков, но не более 40 000 знаков за смену; для группы В - по суммарному времени непосредственной работы с ПЭВМ за рабочую смену, но не более 6 часов за смену [21].
В течение рабочего дня, чтобы избежать нервного напряжения, утомления зрительной и опорно-двигательной системы, следует устраивать перерывы. Время перерывов в течение рабочего дня для 8- часовой смены распределяется следующим образом: для А категории - 2 перерыва по 15 мин. через 2 часа после начала смены и после обеденного перерыва4; для Б категории - через 2 часа после начала смены и через 1.5-2 часа после обеденного перерыва по 15 мин. каждый час; для В категории - через 1,5-2 часа после начала смены и через 1.5-2 часа после обеденного перерыва по 20 мин. каждый час [21]. Не рекомендуется работать за персональным компьютером больше 2 часов подряд без перерыва. В процессе работы по возможности, чтобы уменьшить отрицательное влияние монотонности, следует менять тип и содержание деятельности. Например, чередовать редактирование и ввод данных или их считывание и осмысление. Чтобы снять напряжение в глазах, неизбежное при работе за компьютером, необходимо: каждые 1-2 часа переключать зрение: смотрите вдаль 5-10 минут , закрывайте глаза для отдыха на 1-2 минуты, проделывайте 4-5 простых упражнений, вовлекающих в работу большие группы мышц. [20] Рабочее место с персональным компьютером должно располагаться по отношению к оконным проемам таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку, предпочтительнее слева. Компьютер должен быть установлен так, чтобы подняв глаза от экрана, можно было увидеть самый удаленный предмет в комнате. Возможность перевести взгляд на дальнее расстояние - один из самых эффективных способов разгрузки зрительной системы во время работы с компьютером. Следует избегать расположения рабочего места в углах комнаты или лицом к стене - расстояние от компьютера до стены должно быть не менее 1 м. Если компьютер все же размещен в углу комнаты, то специалисты рекомендуют установить на столе зеркало. С его помощью легко увидеть самые дальние предметы комнаты, расположенные за спиной инженера по радиоэлектронике [18].
При наличии нескольких компьютеров в одной комнате расстояние между экраном одного монитора и задней стенкой другого должно быть не менее 2 м. Расстояние между боковыми стенками двух соседних мониторов должно быть не меньше 1,2 м. Не допускается расположение мониторов экранами навстречу друг другу, т.е. пользователь не должен иметь визуального контакта с экранами других дисплеев. Данное расположение представлено на рисунке 10.5 [21].
Рисунок 10.5 - Размещение рабочего места с персональным компьютером.
Таким образом, для оптимальной работы инженера по радиоэлектронике необходимо, что бы ему было удобно и безопасно, а также что бы ничто ни отвлекало. Правильная организация рабочего места положительно влияет на работоспособность инженера и не оказывает вредного влияния на здоровья. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения дипломного проекта было разработано устройство индикатор напряжения сети многофункциональный.
В процессе работы над дипломным проектом разработано техническое задание, на основании которого и проектировалось устройство, произведён патентный поиск аналогичных устройств, анализ исходных: данных, климатических и дестабилизирующих факторов, обоснованы и выбраны комплектующие и материалы для проектируемого устройства, компоновочная схема, метод и принцип конструирования. Обоснование выбора комплектующих и материалов конструкции проводились с учетом электрических режимов работы элементов и конструктивного исполнения устройства.
Разработанная конструкция устройства предназначена для использования его в условиях макроклиматического района с умеренным и холодным климатами, в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями. Прибор предназначен для использования в помещениях любого типа.
Также были проведены конструкторские расчеты. В результате расчета компоновки платы с габаритными размерами не превышающими заданные по техническому заданию. Расчет надежности показал, что полученные данные удовлетворяют требованиям технического задания по надёжности, и дополнительных мер по повышению надёжности не требуется. Как показали результаты расчета теплового режима - тепловой режим разрабатываемого устройства находится в норме, и необходимости в дополнительной теплозащите нет. Рассмотрены мероприятия по защите от коррозии, влаги, электромагнитных полей и механических нагрузок. Представлены мероприятия по обеспечению высокой работоспособности разработчиков проектной документации.
Приведено технико-экономическое обоснование проекта. Полученные результаты свидетельствуют о том, что данный проект является экономически целесообразным и его реализация принесет предприятию коммерческий успех.
Для изготовления устройства обнаружения источников радиоизлучений приведена конструкторская документация. Чертёжи данного устройства выполнены с применением пакетов AutoCad, P-Cad
СПИСОК ИСПОЛБЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ [1] Головицына М.В Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств: учебник. - М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
[2] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://ru.wikipedia.org
[3] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://ru-patent..info
[4] Журнал Радио Январь 2009
[5] Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.
[6] Базовый принцип конструирования РЭА / Е.М. Парфенов [и др.]. - М. : Радио и связь, 1981.
[7] Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: учеб. пособие для вузов / Е. М. Парфенов, Э. Н. Камышная, В. П. Усачев. - М. : Радио и связь, 1989.
[8] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://bse.sci-lib.com
[9] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://mse.org.ua
[10] А.Т. Жигалов, Е.П. Котов, К.Н. Хохлов Конструирование и технология печатных плат. Учебн. пособие для радиотехнических специальностей вузов. М., "Высшая школа", 1973
[11] Пирогова Е.В. Проетирование и технология печатных плат: Учебник. - М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2005.-560с. (Высшее образование).
[12] Журавлёв, В.И. Тепловой анализ печатных плат в Mentor HyperLynx Thermal: метод. Указания к работам по дисц. "Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств" / В.И. Журавлёв, В.С. Колбун, Н.А. Смирнова. - Минск: БГУИР, 2009. - 28 с.: ил.
[12] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/Надёжность
[13] Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства. Курсовое проектирование: Учеб. пособие/ Ануфриев Л.П., Бондарик В.М., Ланин В.Л., Хмыль А.А. - Мн.: "Бестпринт" 2001.-144 с: ил.20
[14] Кривомазов Д.В., Шалаев В.А "Стандартизация в области систем автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов в машиностроении" / М.: Изд-во стандартов, 1987
[15] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://prodam.slando.by/minsk_city
[16] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://www.rel.by/
[17] Семич В.П. Охрана труда при работе на персональных электронно-вычислительных машинах и другой офисной технике: Практ. пособие. - Мн.: Высш. шк., 2001.
[18] [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://www.ref.by/refs/9/20219/1.html
[19] Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://kodgoroda.com.ua/eto-interesno/1054.hi-tech.html
[20] Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа : http://www.sportime.by/info_dop/32
[21] СанПиН 9-131 РБ 2000 "Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и организации работы".
82
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
1 328
Размер файла
2 067 Кб
Теги
диплом, new
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа