Конструирование

Содержание

Введение…………………………………………………………………….

1. Общая часть……………………………………………………………...

1.1. Анализ технического задания……………………………….....

1.2 .Описание схемы электрической принципиальной…………………...

2. Расчетная часть………………………………………………………......

2.1. Расчет надёжности…………………………………………………..….

3. Конструкторская часть…………………………………………………

3.1 Обоснование выбора элементов схемы………………………………

3.1.1 Обоснование выбора транзисторов………………………......

3.1.2 Обоснование выбора диодов…………………………………

3.1.3 Обоснование выбора резисторов……………………………..

3.1.4 Обоснование выбора конденсаторов………………………...

3.1.5 Обоснование выбора микросхем……………………………...

3.2. Обоснование разработки трассировки печатной платы…………….

3.3. Обоснование разработки компоновки печатной платы…………….

Литература…………………………………………………………………...

Приложение………………………………………………………………….

Введение

К характерной особенности современной техники относится широкое внедрение методов и средств автоматики и телемеханики, вызванное переходом на автоматизированное управление. Непрерывно усложняются функции, выполняемые системами автоматизированного управления, а относительная значимость этих систем в процессе производства непрерывно возрастает.

Развитие автоматизации в народном хозяйстве и во всех областях человеческой деятельности идёт по пути постепенного увеличения комплекса машин и агрегатов, охватываемых одной или взаимосвязанными системами автоматизированного управления, и совершенствованием процессов управления отдельными машинами и агрегатами. Вначале обычно автоматизируется один агрегат или машина, затем группа машин и далее всё более крупный комплекс. Примером может служить переход от автоматизации станка к созданию автоматической линии, цеха-автомата, завода-автомата, группы автоматизированных заводов. Протяжённость коммуникаций возрастает.

В основе любой технической, биологической и социальной системы управления и функционирования лежат информационные процессы, связанные с первичным отбором, сбором, предварительной обработки информации, её передачей, хранением, обработкой, распределением, отображением, регистрацией, считыванием и исполнением команд управления.

Появляются специализированные устройства сбора, передачи, исполнения команд управления. Комплекс этих устройств с передачей информации на расстояние представляет собой систему телемеханики. С укрупнением систем управления и всё большей автоматизацией процессов переработки информации системы телемеханики перерастают в крупные автоматизированные информационные системы. Разработка которых для управления промышленными комплексами идёт в двух направлениях.

Первое направление связано с постепенным усложнением систем телемеханики за счёт как усложнения структур и увеличения потоков информации, так и увеличения удельного веса процессов обработки информации, второе- с внедрение вычислительной техники в управление производством и разработкой для целей оперативного управления комплекса устройств, называемых внешними устройствами вычислительных машин. Система внешних устройств ЭВМ, расположенных на расстоянии, представляет собой в основном систему телемеханики многопроводную или двухпроводную в зависимости от способов передачи информации (включая устройства передачи данных).

В связи с широким развёртыванием работ по созданию крупных автоматизированных информационных систем, работающих с цифровыми вычислительными машинами, получивших название автоматизированные системы управления (АСУ), значение систем телемеханики и потребность в них существенно возрастают. В тех случаях, когда объекты территориально разобщены и требуется автоматическая телепередача информации, системы телемеханики выполняют функции систем автоматического сбора и передачи для АСУ информации с нижних ступеней контроля и управления.

1. Общая часть

1.1. Анализ технического задания

Частота управляющих импульсов (Гц)……………………………..30…35

Напряжение питания пульта управления (В)……………………...4,5…6

Напряжение питания приёмника (В)…………………………………...220

Частота питающей сети (Гц)……………………………………………..50

Максимальная мощность нагрузки (Вт)………………………………..100

Выключателем управляют с помо­щью передатчика ИК импульсов (пульта), по команде которого выклю­ченная в момент ее подачи освети­тельная лампа будет включена, и на­оборот. В прибор встроен дополни­тельный ИК передатчик, что избавляет от необходимости постоянно носить пульт с собой или тратить время на его поиски. Достаточно поднести к выключателю руку на расстояние приблизительно десять сантиметров, и он сработает.

Выключатель реагирует на им­пульсное ИК-излучение, не расшифро­вывая содержащийся в нем код. По­этому подойдет любой пульт ДУ от им­портного или отечественного элек­тронного прибора (например, телеви­зора), причем нажимать можно на кнопку любой команды.

1.2. Описание схемы электрической принципиальной

Схема самого простого варианта пульта управления показана на рис. 1.1. Это — генератор импульсов на транзи­сторах разной структуры, нагрузкой которого служит излучающий диод ИК-диапазона. Генератор питают от трех-четырех гальванических эле­ментов, команду подают кратковре­менным нажатием на кнопку SB1.

Рис.1.1. Схема электрическая принципиальная ПДУ.

Схема выключателя показана на рис.1.2. Приемник ИК импульсов собран по схеме, подобной применяемой в блоках управления телевизоров "Ру­бин" и "Темп". На транзисторах VT1-VT4 собран усилитель импульсов, в ко­торые преобразует принятое ИК-излу­чение фотодиод VD1, чувствительный к ИК лу­чам. Далее принятый сигнал проходит через активный фильтр с двойным Т-мостом, собранный на транзисторе VT5. Фильтр устраняет помехи от осве­тительных ламп, излучение которых за­хватывает ИК-область спектра и промодулировано удвоенной частотой сети переменного тока. Возможное иногда самовозбуждение этого фильтра устраняют заменой транзистора другим, с меньшим значением h_21э.

Отфильтрованный сигнал, пройдя через усилитель-ограничитель на транзисторе VT6 и элементе DD1.1, поступает на накопитель (диод VD4 и цепь R19C12). Параметры элементов накопителя выбраны таким образом, что конденсатор С12 успевает заря­диться до уровня срабатывания эле­мента DD1.2 только за три—шесть принятых импульсов. Это предотвра­щает срабатывание выключателя от одиночных световых импульсов: фото­графических ламп-вспышек, грозовых разрядов. Разрядка конденсатора С12 занимает 1...2 с.

Узел на логических элементах DD1.2, DD1.3, DD1.6, благодаря обрат­ной связи через конденсатор С13, формирует импульсы с крутыми пере­падами уровня, поступающие на счет­ный вход триггера DD2. С каждым из них триггер изменяет состояние. При лог. 1 на выводе 1 триггера открыты транзисторы VT9, VT10 и тринистор VS1. Цепь лампы EL1 замкнута, освещение включено. Свечение двуцветно­го светодиода HL1 - зеленое. В про­тивном случае (лог. 1 на выводе 2 триггepa) освещение выключено, свечение светодиода HL1 - красное. В это же состояние приводит триггер импульс, формируемый цепью C19R24. Таким образом, устраняют самопроизвольное включение освещения после перебоя в подаче электроэнергии.

Встроенный ИК передатчик, со­бранный на элементах DD1.4, DD1.5 генератор импульсов частотой 30...35 Гц позволяет пользоваться выключателем, не имея в руках пульта ДУ. Излучающий диод ВИ установлен рядом с фотодиодом VD1, но отделен от него светонепроницаемой перего­родкой. Излучение диода ВИ направлено в ту сторону, откуда фотодиод его принимает. Выключатель должен сра­батывать от ИК импульсов встроенно­го передатчика, отраженных от ладо­ни, поднесенной на расстояние 5...20 см. Необходимую для этого мощность излучаемых импульсов ус­танавливают, изменяя номинал резис­тора R20.

2. Расчетная часть

2.1. Расчет надежности

Расчет надежности производят на этапе разработки объекта для определения времени наработки на отказ устройства. В результате расчета должны быть определены количествен­ные характеристики надежности объектов. Расчет производится по известным данным об интенсивности отказов элементов, состав­ляющих рассматриваемый объект; в частности, надежность ка­кой-либо сборочной единицы ЭВМ определяется значениями ин­тенсивности отказов ЭРЭ и элементов конструкции, составляющих сборочную единицу.

В настоящее время имеются обширные справочные данные по интенсивности отказов ЭРЭ. Эти данные приводятся для нормаль­ных температурных условий и для определенного электрического режима ЭРЭ.

Для определения среднего времени наработки на отказ произведём расчет надёжности на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентировочные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры внутри блока.

Для различных элементов при расчетах надёжности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеяния, для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов прямой ток.

Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1,5-2 раза выше напряжения источника питания.

Допустимую мощность рассеяния резисторов следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать на половину меньше.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надежности считается допустимые значения напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя напряжения источника питания.

Для транзисторов номинальный параметр Р_к берется и справочников.

Для диодов контролируемый параметр - величина прямого тока (из справочников).

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность возрастает. Она также возрастает, если элемент эксплуатируется в более жестких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надежность аппаратуры имеет температура.

В таблицу 1 заносим данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносится наименование элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а даётся только его ёмкость. В этом случае следует по ёмкости и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

В колонку 4 заносится температура окружающей среды.

Далее следует заполнить колонку 6, пользуясь теми рекомендациями, которые были приведены выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Зная k_н определяем фактическое значение параметра и заполняем колонки 5 и 8.

Если k_н в таблицу для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать k_н=0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (a), которое показывает как влияние на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (a) по таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 2.3. (интенсивность отказов l_о для температуры +20°С).