Учебная работа. Разработка многофункционального бытового устройства

Учебная работа. Разработка многофункционального бытового устройства

Содержание

бытовой устройство метод электронный

Введение

1. Общая часть

1.1 Предназначение и область внедрения устройства

1.2 Обзор аналогов

1.3 Разработка и анализ расширенного технического задания

2. Особая часть

2.1 Разработка и выбор структурной электронной схемы

2.2 Разработка электронной принципной схемы

2.3 Выбор элементной базы электронной принципной схемы

2.4 Описание метода функционирования программки

3. Расчетная часть

3.1 Расчет конструктивных характеристик печатного узла

3.2 Расчет характеристик электронных соединений частей печатного монтажа

3.2.1 Расчет малого поперечника металлизированного отверстия

3.2.2 Расчет поперечника контактных площадок

3.2.3 Расчет ширины печатных проводников

3.2.4 Расчет расстояний меж элементами печатного рисунка

3.2.5 Расчет малого расстояния меж элементами проводящего рисунка с n-м количеством проводников

3.3 Расчёт массы печатного узла

3.4 Расчет потребляемой мощности

3.5 Расчёт надёжности изделия

4. Технологическая часть

4.1 Изготовка печатной платы

4.1.1 Выбор и обоснование типа печатной платы

4.1.2 Выбор и обоснование способа производства печатной платы

4.1.3 анализ технологического процесса производства ДПП

4.2 Разработка технологического процесса сборки изделия

4.2.1 Выбор и разработка схемы сборки

4.2.2 Построение и обоснование монтажно-сборочных операций

4.3 Оценка технического уровня изделия

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Общие сведения о разрабатываемом изделии

5.2 Конструкторская разработка производства

5.3 Определение трудозатратности производства изделия

5.4 Трудозатратность технической подготовки производства

5.5 Расчет издержек на всех стадиях актуального цикла изделия

5.5.1 Смета издержек на техно подготовку производства

5.5.2 Расчет себестоимости и цены изделия

5.6 Расчет цены по способу анализа безубыточности производства и обеспечения мотивированной прибыли
5.7 Определение издержек у пользователя проектируемого изделия (технологическая себестоимость)
5.8 Определение интегрального показателя конкурентоспособности проектируемого изделия по отношению к базисному
5.9 Технико-экономические характеристики проекта
6. Сохранность жизнедеятельности
6.1 анализ критерий труда при эксплуатации и изготовлении изделия
6.2 Мероприятия по обеспечению БЖД
6.2.1 анализ органов управления и отображения инфы
6.2.2 Расчёт местного отсоса
6.3 Пожарная сохранность
6.3.1 Пожаробезопасность
6.3.2 Предпосылки появления пожаров
6.3.3 методы и средства тушения пожаров
Заключение
Перечень использованной литературы
Введение
Заслуги в области вычислительной техники в значимой мере содействуют удачному решению сложных научно-технических заморочек, увеличению эффективности научных исследовательских работ, созданию новейших машин и оборудования, разработке действенных технологий и систем управления, совершенствованию действий сбора и обработки инфы.
При современном уровне микроминиатюризации техники стала вероятной разработка функционального устройства, совмещающего внутри себя функции часов, указателя температуры и барометра в одном корпусе. Часы с указателем температуры и барометром представляют собой удачную комбинацию самых принципиальных для человека сведений, таковых как четкое время, температура и давление.
Темой данного дипломного проекта является разработка функционального бытового устройства. Эта тема является животрепещущей в критериях стремительно развивающейся техники.
Целью является разработка многофункционально бытового устройства, с учетом требований эталонов, экономических требований, также требований охраны труда и сохранности жизнедеятельности.
Задачками дипломного проекта являются:
1) разработка метода работы устройства;
2) разработка структурной схемы устройства;
3) разработка электронной принципной схемы устройства;
4) выбор элементной базы устройства;
5) разработка чертежа печатной платы устройства;
6) разработка сборочного чертежа устройства;
7) разработка технологии производства устройства;
8) организационно-экономическое обоснование проектируемого устройства;
9) анализ вредных и небезопасных причин при производстве.
1. Общая часть

1.1 Предназначение и область внедрения устройства

Разрабатываемое устройство представляет собой часы на микроконтроллере, выполняющие также функцию указателя температуры и барометра. В предлагаемом устройстве организован отсчет текущего времени, денька недельки, числа и месяца, при этом автоматом учитывается, что февраль в високосном году на один денек длиннее. Запасное питание от литиевой батареи исключает утрату инфы о времени при выключении сетевого питания. Технические свойства этого устройства соответствуют характеристикам примененной в нем микросхемы часов настоящего времени (RTC — real time clock) PCF8583. Управление делается при помощи 6 клавиш и 2-ух выключателей. Предусмотрены сервисные функции для установки четкого времени, выдержки времени таймером и момента срабатывания будильника. Показания о атмосферном давлении поступают с аналогового датчика давления МРХ4115: измеряется текущее значение атмосферного давления и его изменение в течение суток с выводом на индикатор соответственной инфы. температура измеряется 2-мя цифровыми датчиками температуры DS1621, расположенными в различных местах. Все данные выводятся на однострочный 16-символьным экран ЖКИ, который оснащен отключаемой подсветкой.

Область внедрения данного устройства — в хоть какой публичной либо производственной сфере, где принципиальна информация о времени, температуре, давлении. Оно обычное в использовании: в главном режиме работы устройства на табло его ЖКИ попеременно выводятся текущее время, дата и денек недельки, температура в помещении и вне его, атмосферное давление. Длительность отображения всякого параметра — 5с.

Для обеспечения высочайшего уровня надежности, свойства, малой себестоимости необходимо применить новейшую элементную базу и материалы, которые обширно всераспространены на рынке Рф. Благодаря использованию современных недефицитных компонент, устройство просто подвергается усовершенствованию и ремонту.

1.2 Обзор аналогов

Основное требование при проектировании ЭВС заключается в том, чтоб создаваемое устройство было эффективнее собственного аналога, т. е. превосходило его по качеству функционирования, степени миниатюризации и технико-экономической необходимости.

Таковым образом, задачка сопоставления аналогов проектируемого изделия сводится к тому, чтоб избрать вариант конструктивного решения, позволяющий повысить надежность многоканального микропроцессорного таймера для управления световыми устройствами и при всем этом не ведущий к повышению габаритных размеров платы.

В итоге проведённого поиска аналогов и анализа типовых технических решений был рассмотрен ряд схожих устройств. Ниже приведена сравнительная таблица черт трёх устройств (разрабатываемое устройство и два подобных устройства).

Таблица 1.1 — Обзор аналогов разрабатываемого устройства

характеристики

Потребляемый ток, мА

Количество датчиков, шт

Напряжения питания, В

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Разрабатываемое устройство

250

3

9

130x85x40

0,2

Wendox Atomic W8090-SMB

100

2

3

132x79x63

0,25

ASSISTANT AH-1045

150

1

3

100х60х63

0,15

Вывод: как видно из таблицы 1.1, разрабатываемое устройство не уступает аналогам по показателям, и даже превосходит по неким из их. к примеру, количество датчиков, большее чем у аналогов, дозволяет получить большее количество инфы о окружающей среде. Разрабатываемое устройство будет состоять из обычных ИС и ЭРЭ; систему нужно выполнить в виде ТЭЗа; меры защиты от наружных действий обычные.

1.3 Разработка и анализ расширенного технического задания

1. Наименование изделия

Многоканальный микропроцессорный таймер для управления световыми устройствами.

2. Предназначение и область внедрения изделия

Устройство создано для слежения за конфигурацией времени температуры и давления. Область внедрения — в быту.

3. Состав изделия и требования к конструктивному устройству Конструктивно изделие обязано состоять из одиночного блока, хоть какой габаритный размер которого не должен превосходить 150 мм.

Масса блока — не наиболее 0,3 кг.

4. характеристики предназначения изделия

Изделие обязано показывать реальное время, температуру в 2-ух различных местах, также давление.

4.1 Требуемые технические свойства изделия

4.1.1 АЛЛ Общие характеристики

Отображение настоящего времени, температуры, атмосферного давления.

4.1.2 Характеристики входного сигнала

Номинальный уровень входного напряжения — 9 В.

Очень допустимый уровень входного напряжения, не приводящий к выходу изделия из строя, — не наиболее 12 В.

4.1.3 характеристики выходного сигнала

Данные показываются на ЖКИ мониторе.

Отображение настоящего времени.

Спектр температур от -55 до +125 ? С.

Атмосферное давление.

Тип разъёма — штырьковое соединение.

4.1.4 Электропитание изделия

Переменное напряжение 9 В поступает от трансформатора питания с примерно таковым напряжением на вторичной обмотке.

Допуск отличия напряжения питания — 9-12 В

Потребляемый ток изделием — не наиболее 250 мА.

5. Требования надежности

Средняя наработка на отказ обязана составлять не наименее 50000 ч.

6. Требования технологичности

Тип производства — среднесерийное.

В процессе разработки технологического процесса производства изделия следует ориентироваться на производственную базу ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество) «Протон».

7. Требования сохранности

Система обязана предугадывать работу без внедрения

особых мер сохранности.

8. Эргономические и эстетические требования

Обязана быть предусмотрена индикация аварийных режимов.

Конструктивное выполнение изделия обязано исключать возможность неправильного подключения входных и выходных сигналов.

9. Условия эксплуатации

Спектр воздействующих температур от -20 до +40°С. Относительная влажность — 80% при температуре +25 С.

10. Требования к организационно-экономической части

В процессе проектирования изделия нужно провести расчёты себестоимости и издержек на технологическую подготовку производства.

11. Требования к разделу «Сохранность жизнедеятельности»

В процессе разработки технологического процесса сборки и регулировки печатного узла найти вредные и небезопасные причины производства, произвести расчёт требуемой освещённости рабочего места наладчика.

В процессе проектирования изделий ЭВА нужно учесть огромное количество требований, предъявляемых к конструкции отдельных узлов и самого изделия в целом. Таковыми требованиями являются:

— предназначение и область внедрения изделия ЭВС;

— данные электронные свойства;

— конструкционные характеристики;

— условия эксплуатации;

— технико-экономические характеристики;

— организационно-производственные причины;

— наличие и уровень элементной базы;

— надёжность.

Согласно ТЗ, разрабатываемое устройство относится к группе транспортируемых устройств, созданных для эксплуатации в помещениях при спектре температур от -20 до +400С при относительной влажности до 80%. Конструктивно устройство производится на двухсторонней печатной плате из стеклотекстолита прямоугольной формы с предусмотренной технологической зоной для крепления печатной платы, помещаемой в окрашенный пластмассовый корпус с отверстиями, что является неотклонимым условием для обеспечения сохранности для персонала.

Для аппаратуры данной нам группы более необходимыми чертами являются:

— надёжность;

— сохранность для персонала;

— низкая интенсивность отказов;

— потребляемая мощность;

— стоимость.

Это достигается применением дешевый элементной базы, соответственной данным чертам наружных действий, внедрением стандартизации и унификации, увеличением помехоустойчивости схемы, совместимостью ЭРЭ и ИС, выбором рационального технологического процесса.

В связи с перечисленными выше критериями из вероятных вариантов конструкторских решений произведён выбор варианта, реализуемого в согласовании с техническим заданием.

Исходя из убеждений технологичности, программки выпуска и трудности устройства нет необходимости в полной автоматизации сборочных операций. Т.к. в современном производстве всё почаще применяется кооперация компаний либо объединений при производстве изделий с разбиением заданий для каждой из их, то будет целесообразным изготавливать интегральную схему на спец предприятии, имеющем соответственное оборудование и освоившем все моменты производства ПП.

Таковым образом, разработка ТП данной дипломной работы представлена типовым действием производства печатной платы устройства в согласовании с его сложностью на типовом современном всепригодном оборудовании, подразумевающем гибкое автоматическое Создание (ГАП) печатных плат.

Нередко в таковых системах некие этапы проходят с ролью человека (к примеру, транспортные операции).

2. Особая часть

2.1 Разработка и выбор структурной электронной схемы

Структурная схема строится исходя из технических требований и анализа технического задания проектируемого устройства. На рисунке 2.1 показана структурная схема многоканального микропроцессорного таймера для управления световыми устройствами.

Набросок 2.1 — Структурная схема разрабатываемого устройства

Представленная структурная схема состоит из 8 главных блоков. Узел питания устройства состоит из мостового выпрямителя и интегрального стабилизатора с необходимыми сглаживающими и блокировочными конденсаторами, также из литиевой батареи, применяемой как запасный источник питания. Микросхема часов настоящего времени (RTC — real time clock) нужна для предоставления данных о настоящем времени микроконтроллеру. Аналоговый датчик давления и 2 цифровых датчика температуры нужны для измерения соответственных величин. Все приобретенные данные микроконтроллер обрабатывает и показывает при помощи однострочного ЖКИ монитора. Блок управления представляет собой 6 клавиш и 2 выключателя. Звуковой сигнализатор предназначен для оповещения срабатывания функций таймера либо будильника.

2.2 Разработка электронной принципной схемы

Принципная электронная схема представлена в графической части дипломного проекта. Разглядим механизм работы данного устройства.

Его основной компонент — микроконтроллер DD2. Он связан с однострочным 16-символьным ЖКИ DD3, отображающим всю нужную информацию, микросхемой RTC DD1, датчиком атмосферного давления В1 и с 2-мя датчиками температуры.

Вывод РС0 микроконтроллера, к которому подключен выход датчика В1, настроен на работу в качестве входа встроенного в микроконтроллер АЦП. RTC и датчики температуры соединены с микроконтроллером по интерфейсу TWI, аналогичному известному I2C: PC4 — линия SDA, PC5 — линия SCL. У датчика B2 соединены с общим проводом все три адресных входа (А0—А2), у датчика B3 — лишь два из их, а младший вход А0 соединен с плюсом питания. В итоге адреса, по которым микроконтроллер обращается к схожим датчикам, различаются на единицу, что дозволяет программно различать их.

Создаваемый на выводе РВ5 сигнал срабатывания будильника поступает на электромагнитный звуковой сигнализатор НА1 через усилитель на транзисторе VT1. Клавиши управления SB1—SB5 подключены к порту В микроконтроллера. Нажатием на клавишу SB6 приводят микроконтроллер в начальное состояние. Выключателем SA1 включают и выключают будильник, выключателем SA2 — подсветку индикатора. Подстрочным резистором R6 устанавливают лучшую контрастность изображения.

Узел питания устройства состоит из мостового выпрямителя VD1 и интегрального стабилизатора DA1 с необходимыми сглаживающими и блокировочными конденсаторами. Напряжение питания аналоговых узлов микроконтроллера подано на него через фильтр L1C14.

Переменное напряжение 9 В поступает от не показанного на схеме трансформатора питания с примерно таковым напряжением на вторичной обмотке при токе перегрузки 250 мА. Можно применить и источник неизменного напряжения 9-12 В, к примеру, сетевой адаптер от какого-нибудь устройства. Благодаря наличию диодного моста VD1 полярность подаваемого неизменного напряжения безразлична.

Так как микросхема PCF8583 (DD1) не имеет специального вывода для подключения запасного источника питания, литиевая батарея и главный источник питания подключены к ней через развязывающие диоды Шоттки VD2 и VD3. Подстроечный конденсатор С7 — регулятор хода часов.

2.3 Выбор элементной базы электронной принципной схемы

Верный выбор частей нужен, потому что эксплуатационная надежность элементной базы в главном определяется правильным выбором типа частей при проектировании и при использовании в режимах, которые не превосходят максимально допустимые, и проводится на базе схемы электронной принципной с учетом изложенных в ТЗ критерий и требований.

Для правильного выбора типа частей нужно проанализировать условия работы всякого элемента и найти:

— эксплуатационные причины (интервал рабочих температур, механические перегрузки и т.д.);

— значения характеристик и их разрешенные конфигурации в процессе использования (номинальное

— разрешенные режимы и рабочие электронные перегрузки (мощность, напряжение, частота и т.д.).

Аспектом выбора в устройство электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является соответствие технологических и эксплуатационных черт ЭРЭ, данных критериями работы и эксплуатации.

Главными параметрами при выбирании ЭРЭ является:

технические характеристики:

— номинальное

— допустимые отличия величины ЭРЭ

эксплуатационные характеристики:

— спектр рабочих температур;

— вибрационные перегрузки;

Доп аспектами при выбирании ЭРЭ является:

— масса и габариты ЭРЭ;

— меньшая стоимость.

Выбор элементной базы дозволяет обеспечить надежную работу изделия. Это дозволяет существенно уменьшить сроки и стоимость проектирования, прирастить масштабы производства, исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для всякого новейшего варианта схемы, другими словами упростить подготовку производства, сделать лучше эксплуатационную и производственную технологичность, понизить себестоимость выпуска проектируемого изделия.

Выбор резисторов. Руководствуемся при выбирании таковыми параметрами, как: номинальная мощность рассеяния, номинальное сопротивление и допускаемые отличия номинального сопротивления, предельное рабочее напряжение, также стоимость. В таблице 2.1 приведены некие характеристики нескольких типов резисторов.

Таблица 2.1 — Сравнительные свойства резисторов

Черта

Углеродные

Металлопленочные

Металлооксидные

Сопротивление Rном

10 Ом…1 МОм

1 Ом…10 МОм

1 Ом…5,1 МОм

Спектр Рн , Вт

0,125…2,0

0,125…2,0

0, 25…2,0

ДR, %

5; 10; 20

5; 10

5; 10; 20

Наибольшее рабочее напряжение, В

100…3000

200…700

7…1000

Зависимость сопротивления от напряжения

низкая

средняя

средняя

Зависимость сопротивления от частоты

низкая

низкая

средняя

ТКС(бR•104) 1/°С

0,012…0,025

не наиболее 0,02

не наиболее 0,02

Стабильность

высочайшая

высочайшая

высочайшая

Надежность

средняя

высочайшая

высочайшая

Интервал рабочих

температур, °С

-60…+125

-60…+200

-60…+155

Стоимость

Дорогие

Дешевенькие

Дешевенькие

Исходя из данных таблицы, неизменные металлопленочные резисторы типа С2-23 обеспечивают нужные характеристики.

В качестве резистора R6 избран подстроечный резистор СП3-19б. Главные свойства резистора СП3-19б:

— мощность (при температуре 70°С) 0,5 Вт;

— допускаемое отклонение сопротивления от номинального ±10%;

— износоустойчивость 500 циклов;

— номинальное сопротивление от 10 Ом до 1мОм.

Выбор конденсаторов. Конденсаторы выбираются по габаритам, емкости и величине номинального напряжения. Под номинальным напряжением понимается наибольшее напряжение меж обкладками конденсатора, при котором он способен работать с данной надёжностью в установленном спектре рабочих температур.

Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается 3-мя требованиями:

а) конденсатор не должен перенагреваться;

б) перенапряжение на нём неприемлимо;

в) он должен быть защищен от прохождения оборотных токов, если это полярный оксидный конденсатор.

Для того чтоб конденсатор не перегревался, следует высчитать выделяемую на нём реактивную мощность. Она не обязана превосходить номинальную мощность конденсатора.

Чтоб защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нём не обязано превосходить номинальное. Это условие формулируется в эталонах как сумма неизменной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряжения не обязана быть больше обычного напряжения.

Полярные оксидные конденсаторы, кроме перегрева и перенапряжения, должны быть защищены от прохождения разрушающих оборотных токов. Чтоб оксидная плёнка была непроводящей, потенциал оксидированного метала (анода) должен постоянно превосходить потенциал второго электрода (катода). С данной нам целью в эталонах оговаривается, что амплитуда переменной составляющей напряжения не обязана превосходить постоянную составляющую.

Для разрабатываемого устройства нужно применить конденсаторы 2-ух видов: глиняние и электролитические. В качестве электролитических конденсаторов целенаправлено избрать конденсаторы К50-35, как имеющие малые габариты и низкую себестоимость по сопоставлению со своими аналогами. Применяемые в схеме керамичесике конденсаторы — серии К10-17, выбраны исходя из критериев цены.

В качестве подстроечного конденсатора избран конденсатор серии CTC05-40RA.[11]

Выбор транзистора. В данной схеме употребляется биполярный российский транзистор КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)502Е с главными техническими чертами:

— структура: PNP;

— Макс. напр. к-б при данном оборотном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс): 90В;

— Очень допустимый ток к ( Iк макс): 0,15А;

— Статический коэффициент передачи тока: 40мин;

— Граничная частота коэффициента передачи тока fгр: 5,00МГц;

— Наибольшая рассеиваемая мощность к (Рк): 0.35Вт.

Аналогами данного транзистора являются забугорные транзисторы 2N5401, BC556/557/558. Исходя из учета наиболее низкой цены прии похожих технических свойствах, был избран конкретно транзистор КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)502Е.[11]

Выбор микроконтроллера. В качестве микроконтроллера употребляется МК конторы Аtmel, ATmega8.

Таблица 2.2 — Сравнительные свойства микроконтроллеров

Черта

МПК либо Микро-ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач)

STM8

АTmega8

количество программируемых выводов

38

23

Наибольший потребляемый ток, мА

22

3,6

Размер Flashпамяти, б

32К

8К

Стоимость, руб

100

45

Данная таблица указывает, что при наиболее низкой цены ATmega 8 удовлетворяет всем нужным аспектам для нашего устройства. Следует также учесть, что для микроконтроллеров конторы Atmel есть бесплатные среды разработки (AVR Studio + компилятор GNU GCC AVR), в то время как для микроконтроллеров STM они отсутсвуют. На рисунке 2.2 приведена блок-схема избранного микроконтроллера ATmega8. [10]

Набросок 2.2 — Блок-схема микроконтроллера ATmega8

Микросхема часов настоящего времени. При выбирании данного компонента были рассмотрены таймеры: PCF8583 конторы PHILIPS, DS1307 конторы DALLAS SEMICONDUCTOR, MK41T56 конторы STMicroelectronics. Таймеры DS1307 и МК41Т56 взаимозаменяемы, их выводы и формат хранения данных совпадают. Оба имеют внутреннее ОЗУ емкостью 152 б (64*8). Микросхема PCF8583 различается от их огромным объемом памяти 2048 б (256*8) и схемой подключения, прямых аналогов данной нам микросхеме нет. Она не является взаимозаменяемой с иными таймерами.

Питание таймера осуществляется от шины +5в, которое подается на надлежащие выводы микросхемы. Микросхемы DS1307 и МК41Т56 имеют доп вывод для подключения батареи запасного питания, на микросхеме PCF8583 запасное питание подается на этот же вывод что и основное.

К выводам OSC0 и OSC1 подключен кварцевый резонатор. Индивидуальностью PCF8583 в этом случае является регулировочный конденсатор, присоединенный меж выводами OSC1 и питанием таймера, при помощи которого (меняя его емкость) можно отрегулировать ход часов. Таймеры DS1307 и МК41Т56 таковых регулировок не имеют.

Исходя из всех особенностей была выбрана микросхема PCF8583 конторы PHILIPS. [7]

Выбор ЖК-модуля делается исходя из ряда технических черт, которые рассмотрены в сравнительном анализе нескольких аналогов. Для отображение нужной инфы необходимо использовать алфавитно-цифровой ЖК-модуль. Выбор делается меж алфавитно-цифровыми ЖК-модулями WH1601A конторы Winstar, MT-10T7-3T конторы МЭЛТ, DV-20400S2RT/R конторы Data Vision. нужно также учитывать, что ЖК-модуль должен учесть требования сохранности жизнедеятельности.

Разглядим главные технические свойства ЖК-модулей, приведенные в таблице 2.3:

Таблица 2.3 — Сравнительные свойства ЖК-модулей

Черта

ЖК-модуль

WH1601A

MT-10T7-3T

DV-20400S2RT/R

Подсветка

есть

есть

есть

количество строк

1

1

4

Количество знаков

16

10

20

Стоимость, руб.

240

267

445

Исходя из цены и технических характеристик, всепригодным выбором будет ЖК-модуль WH1601A.

нужно отметить, что примененный в приборе «однострочный» ЖКИ исходя из убеждений программера имеет две строчки — левую и правую половины единственной, видимой на табло.

Выбор датчиков давления и температуры. К датчику давления особенных требований предоставлено не было, потому был избран всепригодный датчик абсолютного давления с пригодным напряжением питания MPX4115.

Цифровые датчики температуры DS1621 выбраны исходя из широкого спектра измеряемых температур (-55°C +125°C), также в связи с возможностью параллельной их связи с микроконтроллером. Датчики температуры соединены с микроконтроллером по интерфейсу TWI. У первого датчика соединены с общим проводом все три адресных входа (А0—А2), у второго датчика — лишь два из их, а младший вход А0 соединен с плюсом питания. В итоге адреса, по которым микроконтроллер обращается к схожим датчикам, различаются на единицу, что дозволяет программно различать их. Блок-схема цифрового датчика температуры приведена на рисунке 2.3.

Набросок 2.3 — Блок-схема цифрового датчика температуры DS1621

В качестве диодного моста избран DB107 — диодный мост в пластиковом корпусе типа DIP для монтажа в отверстия печатной платы. При проектировании устройства рассматривалось два варианта его реализации — применить диодный мост, или исключить его совершенно, применив при всем этом двухполярный стабилизированный источник питания. Внедрения первого варианта делает устройство наиболее всепригодным, потому был избран конкретно этот вариант.

В качестве развязывающих диодов VD2 и VD3 выбраны диоды Шоттки 1N5817. Своими техническими чертами и малой стоимостью они на сто процентов соответствуют требованиям разрабатываемого устройства.

Технические свойства диодика Шоттки 1N5817:

· наибольшее неизменное оборотное напряжение: 20В;

· наибольший прямой (за полупериод) ток: 1А;

· наибольшее импульсное оборотное напряжение: 24В;

· очень допустимый прямой импульсный ток: 25А;

· наибольший оборотный ток: 1мкА;

· наибольшее прямое напряжение: 0,45В.

Диодик VD4 (КД522А) избран исходя из подобных требований.

Выбор интегральных микросхем. Единственной интегральной микросхемой является линейный регулятор напряжения MC7805CT. Он удовлетворяет основному требованию по питанию: его выходное напряжение 5В (при входном от 7В до 25В). При собственной маленький цены он удовлетворяет всем нужным аспектам.

Кварцевые резонаторы выбраны исходя из 2-ух главных требований: малая стоимость и пригодные резонансные частоты. Это кварцевые резонаторы DT-38T и HC-49U.

К катушке индуктивности особенных требований предоставлено не было, потому что она не является критическим элементом в схеме, потому при ее выборе руководствуемся хорошим соотношением цены и габаритных размеров. В качестве катушки индуктивности была выбрана RLB1314-100KL, 10 мкГн конторы Bourns.

Электромагнитный звуковой сигнализатор выбирается исходя из требований: напряжение питания, малые габариты, маленькая стоимость. BMT-1206UX конторы BESTAR удовлетворяет всем перечисленным выше требованиям.

Литиевый элемент питания CR2025 избран исходя из требуемого номинального напряжения питания 3В.

К элементам управления, разъему, держателю элемента питания никаких особенных требований не предъявлено, потому избираем их исходя из экономических суждений, т.е. более дешевенькие.[11]

2.4 Описание метода функционирования программки

В первом блоке осуществляется инициализация исходных значений переменных, во 2-м конфигурирование портов микроконтроллера. 3-ий блок — чтение состояния нажатия клавиш. Блок 4 представляет собой цикл с предусловием, в каком проверяется, нажата ли клавиша SB6. Если условии цикла производится, то дальше идет переход к блоку 5, в каком происходит сброс МК в изначальное состояние, потом к блоку 6. Если условие цикла не производится, то сходу происходит переход к блоку 6. Блок 6 представляет собой цикл «for», который осуществляется по идущему дальше циклу с предусловием (блок 7). По циклу «for» в блоке 7 осуществляется проверка нажатия клавиш SB1-SB5. Если какая-либо из клавиш нажата, то осуществляется вызов соответственной подпрограммы обработки (блок 8). Опосля цикла «for» осуществляется переход к циклу «do … while» (блок 9). В этом цикле осуществляется чтение показаний с датчиков и микросхемы часов настоящего времени (блок 10) и последовательный вывод показаний на экран с интервалом ожидания 5 секунд (блоки 11 и 12). Цикл «do … while» (блок 9) представляет из себя главный режим работы устройства. Выход из этого цикла осуществляется по нажатию какой-нибудь из клавиш.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет конструктивных характеристик печатного узла

При конструировании печатной платы многоканального микропроцессорного таймера для управления световыми устройствами нужно управляться ГОСТ 10317-84, ГОСТ 23731-86. Более предпочтительной является прямоугольная форма печатной платы. Подготовительные геометрические размеры ПП определяются исходя из количества ИС и ЭРЭ, размещаемых на плате, шага их установки и габаритных размеров разрабатываемого блока. Шаг установки ИС определяется требуемой плотностью их компоновки, температурным режимом их работы, сложностью электронной схемы и габаритными размерами корпусов ИС.

Согласно ГОСТ 10317-84 размеры каждой стороны ПП должны быть кратными:

· 2,5 мм — при длине ПП до 100 мм;

· 5,0 мм — при длине до 350 мм;

· 10,0 мм — при длине наиболее 350 мм.

Соотношение линейных размеров стороны ПП обязано быть не наиболее 4:1.

Поле ПП можно поделить на два участка: главный — для монтажа ИС и остальных ЭРЭ; вспомогательный — для монтажа электронных соединителей, конструктивных частей и маркировки платы. Вспомогательный участок делиться на участки a1, a2, b1, b2.

Данные о установочных площадях ЭРЭ, ИС сведены в таблице 3.1.

Суммарная площадь S зоны установки ИС и ЭРЭ на ПП, определяется по формуле:

, (3.1)

где Syi — установочная площадь i-го ИС, ЭРЭ и т.д.;

KS — коэффициент учитывающий шаг установки ЭРЭ и ИС на ПП;

n — количество частей на ПП.

Таблица 3.1- Конструктивные характеристики частей схемы

ЭРЭ, ИС и разъемы, входящие в изделие

Кол-во

Длина элемента, мм

Ширина элемента, мм

Устано-вочная площадь, мм2

Общая площадь, мм2

Микросхемы

MC7805CT

1

3,56

4,82

17,16

17,16

Аtmega 8

1

34,798

10,160

353,55

353,55

PCF8583

1

9,8

8,25

80,85

80,85

Транзисторы

КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)502Е

1

5,2

4,2

21,84

21,84

Резисторы

C2-23-0,125± 5%

6

8,8

2,3

20,24

121,44

C2-23-2± 5%

1

16,8

5

84

84

СП3-19а

1

6,3

6,3

31,18

31,18

Конденсаторы

К10-17 ± 5%

9

6,8

4,6

31,28

281,52

К50-35± 20%

4

5

5

78,52

78,52

CTC 05-40RA

1

5

5

19,63

19,63

Диоды

1N5817

2

6, 5

2,5

16,25

32,5

DB107

1

9

8

72

72

КД522А

1

5,8

1,9

11,02

11,02

Датчики

MPX4115

1

16

5,5

88

88

DS1621

1

10,16

7,62

77,42

77,42

Кварцевые резонаторы

DT-38T

1

3

3

7,07

7,07

HC-49U

1

11,5

5

57,5

57,5

Катушки индуктивности

RLB1314-100KL

1

12

12

113,04

113,04

Звуковой сигнализатор

BMT-1206UX

1

12

12

113,04

113,04

Разъёмы

CR2025 DIP battery holder

1

22,9

22,9

411,87

411,87

WF-4R

1

12,7

14,7

186,69

186,69

3-151

1

14,5

8,8

127,6

127,6

Суммарная площадь:

2381,44

Примем На подучастках a1, a2, b1, b2 располагается маркировка и клеймо ПП. Размер этих участков должен быть не наименее 2,5 мм и не наиболее 10 мм. Избираем la1 = la1 = lb1 = lb =5 мм. Так же размеры платы лучше выбирать из условия того, что в предстоящем она будет устанавливаться в унифицированные разъемы основного блока.

Средний коэффициент Kз наполнения печатной платы можно найти по формуле:

, (3.2)

где Kз=10,5 — зависимо от критерий эксплуатации изделия.

Результаты расчетов сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 — Геометрические размеры платы

Параметр

S

Ks

la1

la2

lb1

lb2

Ax

Ay

Kз

Значение

3572,16

1,5

5

5

5

5

65

105

0,523

Коэффициент наполнения 0,5<Kз<0,8, это свидетельствует о том, что габаритные размеры выбраны правильно.[5]

3.2 Расчет характеристик электронных соединений частей печатного монтажа

Целью расчета характеристик печатного монтажа является проверка способности производства платы с определенным классом точности и плотности и производства ее подходящим способом по характеристикам печатного монтажа.

Главными конструктивно-технологическими параметрами ПП являются: геометрическая форма, габаритные размеры, шаг координатной сетки, малая ширина печатных проводников, малое расстояние меж печатными проводниками, малый поперечник переходных и контактных отверстий, малое расстояние меж контактными площадками и др. Эти характеристики зависят от применяемого способа получения печатного рисунка.

Таковыми более всераспространенными способами в истинное время являются хим, химический, комбинированный.

Хим способ применяется для производства однобоких печатных плат и по способам нанесения защитного покрытия разделяется на фотохимический, сеткохимический, офсетнохимический.

Химический способ применяется для производства двухсторонних ПП 3-го класса плотности, по способам получения защитного рисунка различают последующие его варианты: фотоэлектрохимический, сеточноэлектрохимический.

Комбинированный способ печатного монтажа заключается в получении проводников методом травления фольгированного диэлектрика и металлизации отверстий химико-гальваническим методом (композиция 2-ух прошлых способов).

Выбор способа производства печатной платы описывает не только лишь их конструктивно-технологические характеристики, да и электронные свойства проводящего рисунка.

При расчете характеристик проводников печатного монтажа следует учесть плотность монтажа ПП в согласовании со последующими классами, приведенными в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Классы плотности печатных плат

Параметр

1 класс

2 класс

3 класс

4 класс

5 класс

1.Ширина, мм

0,6

0,45

0,25

0,15

0,1

2.Расстояние меж печатными проводниками

0,6

0,45

0,25

0,15

0,1

3.Ширина ободка контактной площадки

0,3

0,2

0,15

0,05

0,01

Использованная методика расчета характеристик печатного рисунка соответствует комбинированному положительному способу получения двухсторонних печатных плат.

Начальные данные для расчета:

— шаг координатной сетки 0,625 мм ;

— материал платы стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-35

— толщина материала диэлектрика с фольгой — 1,5 мм;

— толщина фольги 35 мкм;

— способ производства — комбинированный положительный;

— класс точности — 3.

Данные для расчета характеристик печатного монтажа приведены в таблице 3.4 из соответственных таблиц источника.

Таблица 3.4 — Данные для расчета характеристик печатного монтажа

Наименование величины

Условное обозначение

1

2

3

Отношение поперечника металлизированного отверстия к

толщине платы (для 3-го класса точности)

0,3

Толщина фольги

hф

35 мкм

Толщина за ранее осажденной меди

hпм

0,005 мм

Толщина наращиваемой меди

hг

0,05 мм

Толщина железного резиста

hр

0,02 мм

Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки

bм

0,025 мм

Погрешность поперечника отверстия опосля сверления

d

0,01 мм

Погрешность расположения отверстий относительно координатной сетки

о

0,05 мм

Погрешность базирования плат

0,02 мм

Погрешность расположения контактной площадки на фотошаблоне относительно координатной сетки

ш

0,02 мм

Погрешность расположения печатных частей при экспонировании на слое

э

0,01 мм

Погрешность расположения базисных отверстий в фотошаблоне

п

0,02 мм

Погрешность расположения базисных отверстий на заготовке

з

0,02 мм

Погрешность производства окна фотошаблона

Dш

0,02 мм

Погрешность поперечника контактной площадки фотокопии при экпонировании рисунка, мм

ДЭ

0,01мм

Погрешность производства линий фотошаблона

tш

0,03 мм

Погрешность расположения проводника на фотошаблоне относительно координатной сетки

шt

0,03 мм

3.2.1 Расчет малого поперечника металлизированного отверстия
Малый поперечник металлизированного отверстия определяется по формуле:
dmin=H · (33)
где H — толщина печатной платы.
dmin =2 · 0,3 = 0,6 (мм).
3.2.2 Расчет поперечника контактных площадок
В устройстве находятся элементы с поперечником ножек 0,5 мм и 0,7 мм. Поначалу произведем расчет поперечника отверстия 0,7 мм.
Для двухсторонних печатных плат, (набросок 3.1) изготавливаемых комбинированным положительным способом, при фотохимическом методе получения рисунка малый поперечник контактных площадок рассчитывается по формуле:
Dmin = D1min+1,5 (hф+hпм) + hр, (34)

где D1min — малый действенный поперечник контактной площадки

hф — толщина фольги, hф = 0,035 мм;

hпм — толщина за ранее осажденной меди, hпм = 0,005 мм;

hр- толщина железного резиста, hр= 0,02 мм.

Набросок 3.1 — Размещение контактной площадки на обоесторонней печатной плате

D1min = 2 · ( bм + dmax / 2 + отв. + кп), (3.5)

где dmax — наибольший поперечник просверленного отверстия:

отв — погрешность расположения отверстий;

кп — погрешность расположения контактной площадки.

Наибольший поперечник просверленного отверстия находится по формуле:

dmax =dсв.+ d, (3.6)

где dсв. — поперечник сверла, мм;

d — погрешность поперечника отверстия.

С учетом толщины металлизации в отверстии и усадки диэлектрического материала принимается:

dсв.=dм.отв.+0,1, (3.7)

где dм. отв — поперечник металлизированного отверстия (0,7 мм).

dсв.= 0.7 + 0.1 = 0,8 (мм);

Рассчитанные значения dсв сводятся к желательному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1;1,3; 1,5. Выбирается dсв.=0,9 мм.

dmax=0,9 + 0,01 = 0,91 (мм).

Погрешность расположения отверстий отв на печатной плате определяется последующей суммой:

отв.= о + ; (3.8)

отв.= 0,05 + 0,02 = 0,07 (мм).

Погрешность расположения контактной площадки кп при изготовлении ДПП определяется по формуле:

кп = ш + э + (п+з)/2; (3.9)

кп = 0,02 + 0,01 + 0,04 / 2 = 0,05 (мм).

Подставляя численные значения в формулы 3.4 и 3.5 получим:

Dmin=1,2 + 1,5 · (0,035+ 0,005) + 0,02= 1,28 (мм);

D1min =2 · (0,025 + 0,91 / 2 + 0,07 + 0,05) = 1,2 (мм).

Малый поперечник окна фотошаблона для контактной площадки определяется по формуле:

Dш min= Dmin-hр; (3.10)

Dш min= Dmin-hр = 1,28 — 0,02 = 1,26 (мм).

Наибольший поперечник окна фотошаблона для контактной площадки определяется по формуле:

Dш max= Dш min+Dш; (3.11)

Dш max=1,26 + 0,02 = 1,28 (мм).

Наибольший поперечник контактной площадки ПП определяется по формуле:

Dmax= Dш max + ДЭ + hр; (3.12)

Dmax= 1,28 + 0,01 + 0,02 = 1,31 (мм).

Опосля окончания расчета металлизированных отверстий для частей с ножками поперечником 0,7 мм, проводится аналогичный расчет для металлизированных отверстий поперечником 0,5 мм.

Поперечник сверла находится по формуле 3.7:

dсв.= 0,5 + 0,1 = 0,6 (мм).

Рассчитанные значения dсв сводят к желательному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1;1,3; 1,5.

Более близкое

Наибольший поперечник просверленного отверстия находится по формуле 3.6:

dmax = 0,7 + 0,01 = 0,71 (мм).

Погрешность расположения отверстий отв на печатной плате определяется формулой 3.8:

отв. = 0,05 + 0,02 = 0,07 (мм).

Погрешность расположения контактной площадки кп определяется по формуле 3.9:

кп=0,02 + 0,01 + 0,04 / 2 = 0,05 (мм).

Малый действенный поперечник контактной площадки определяется по выражению 3.5:

D1min=2 · (0,025 + 0,71 / 2 + 0,07 + 0,05) = 1 (мм).

Малый поперечник контактных площадок рассчитывается по формуле 3.4:

Dmin=1 + 1,5 · (0,035+ 0,005) + 0,02= 1,08 (мм).

Малый и наибольший поперечникы окна фотошаблона для контактной площадки соответственно определяются по формулам 3.10 и 3.11:

Dш min = 1,08 — 0,02 = 1,06 (мм);

Dш max =1,06 + 0,02 = 1,08 (мм).

Наибольший поперечник контактной площадки для ДПП определяется в согласовании с выражением 3.12:

Dmax= 1,08 +0,01 + 0,02 = 1,11 (мм).

Результаты расчета главных характеристик металлизированных отверстий сведены в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 — Главные характеристики металлизированных отверстий

Поперечник выводов ЭРЭ, мм

0,7

0,5

Поперечник сверла, мм

0,8

0,6

Наибольший поперечник просверленного отверстия, мм

0,91

0,71

Малый поперечник контактных площадок, мм

1,2

1

Наибольший поперечник контактных площадок, мм

1,31

1,11

3.2.3 Расчет ширины печатных проводников

Минимальную ширину проводников определяют из условия достаточного сцепления (без отслаивания) проводника с диэлектриком и она зависит от адгезионных параметров материала основания и гальваностойкой фольги.

Расчет малой ширины проводника для обоесторонней печатной платы (набросок 3.2), изготавливаемой комбинированным положительным способом при фотохимическом методе получения рисунка проводится по формуле:

tn min=tn1 min+1,5 · ( hф+ hпм) + hр, (3.13)

где tn1 min — малая действенная ширина проводника, для ПП третьего класса принимают равным 0,25 мм;

Набросок 3.2 — Размещение проводников на обоесторонней печатной плате

tn min =0,25 + 1,5 · (0,035+ 0,005)+ 0,02 = 0,33 (мм).

Малая и наибольшая ширина полосы на фотошаблоне определяется соответственно выражениями:

tш min=tn min-hр; (3.14)

tш max=tш min+tш, (3.15)

где tш =0,03 — погрешность производства линий фотошаблона

tш min = 0,33 — 0,02 = 0,31 (мм);

tш max = 0,31 + 0,03 = 0,34(мм).

Наибольшая ширина проводника определяется по формуле:

tn max = tш max + hр + ДЭ; (3.16)

tn max = 0,34 + 0,02 + 0,01 = 0,37 (мм).

3.2.4 Расчет расстояний меж элементами печатного рисунка

Малое расстояние меж проводником и контактной площадкой определяется по формуле:

S1 min = L0 — [(Dmax/2 + кп ) + ( tn max/2 + шt )], (3.17)

где L0 — расстояние меж центрами рассматриваемых частей (1,27 мм);

шt — погрешность расположения проводника на фотошаблоне относительно координатной сетки.

S1 min =1,27 — [(1,31 / 2 + 0,05) + (0,37 / 2 + 0,03)] = 0,35 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя контактными площадками определяется по формуле:

S2 min =L0 — ( Dmax + 2 · кп ); (3.18)

S2 min = 2,54 — (1,31 + 2 · 0,05) = 1,13 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя планарными выводами определяется по формуле:

S2 min =L0 — ( Dmax + 2 · кп ); (3.18)

S2 min = 0,65 — (0,30 + 2 · 0,05) = 0,25 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя проводниками определяется по формуле:

S3 min = L0 — (tn max + 2•шt); (3.19)

S3 min = 1,27 — (0,37 + 2 · 0,03) = 0,84 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя проводниками для планарных выводов равно:

S3 min = 0,65 — (0,34 + 2 · 0,03) = 0,25 (мм).

Малое расстояние меж проводником и контактной площадкой на фотошаблоне определяется по формуле:

S4 min = L0 — [( Dmax / 2 + кп )+ (tш max/2+шt)]; (3.20)

S4 min = 1,27 — [(1,31 / 2 + 0,05) + (0,34 / 2 + 0,03)] = 0,365 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя контактными площадками на фотошаблоне определяется по формуле:

S5 min = L0 — ( Dшmax + 2•кп); (3.21)

S5 min = 2,54-(1,31+2•0,05)=1,13 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя проводниками на фотошаблоне определяется выражением:

S6 min = L0 — (tш max+2•шt) ; (3.22)

S6 min = 1,27 — (0,34 + 2 · 0,03) = 0,87 (мм).

Малое расстояние меж 2-мя проводниками, соединяющими планарные выводы, определяется выражением:

S6 min = 0,65 — (0,34 + 2 · 0,03) = 0,25 (мм).

3.2.5 Расчет малого расстояния меж элементами проводящего рисунка с n-м количеством проводников

Малое расстояние для прокладки проводников меж 2-мя контактными площадками металлизированных отверстий определяется по формуле:

L1min =[(D1max+D2max)/2 + 2кп] + (tn max + 2 · шt)nn + Smin(nn+1), (3.23)

где D1max, D2max — наибольшие поперечникы контактных площадок металлизированных отверстий;

nn — количество проводников;

Smin — расстояние меж проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой, проводником и металлизированным отверстием (0,345 мм).

L1min=[(1,31 + 1,11) / 2 + 2 · 0,05] + (0,37 + 2 · 0,03) · 1+0,345 · (1+1)= 2,43 (мм).

Малое расстояние для прокладки проводников меж 2-мя металлизированными отверстиями определяется по формуле:

L2min = [(d1max+d2max)/2 + 2•отв.] + (tn max + 2•шt)nn +Smin(nn — 1) +2a, (3.24)

где d1max, d2max — наибольшие поперечникы металлизированных отверстий;

а=1,5 мм — расстояние от края платы до элемента печатного монтажа.

L2min = [(0,91+0,91) / 2+2· 0,07]+(0,37+2 · 0,03) ·1+0,345 · (3-1)+2·1,5=5,17 (мм).

Малое расстояние для прокладки проводников меж контактной площадкой металлизированного отверстия и краем платы определяется по формуле:

L4min = (Dmax / 2 + кп)+(tn max + 2•шt) · nn + Smin · nn + a; (3.25)

L4min = (1,31 / 2 + 0,05)+(0,37+2 · 0,03) · 1+0,345 · 1+1,5 = 2,98 (мм).

3.3 Расчет массы печатного узла

Масса печатного узла определяется суммой массы печатной платы и суммарной массой всех установленных на ней частей:

(3.26)

Масса печатной платы определяется по формуле:

, (3.27)

где с — плотность стеклотекстолита, равная 1,8 г/см3 [10];

V — размер печатной платы, равный 10,24 см3.

mп=1,8 · 10,24 = 18,43 (г).

В таблице 3.6 приведены массы установленных электрорадиоэлементов:

Таблица 3.6 — Расчет массы электрорадиоэлементов

ЭРЭ, ИС и разъемы, входящие в изделие

Кол-во

Масса элемента, г.

Суммарная масса частей, г.

1

2

3

4

Микросхемы

MC7805CT

1

1,2

1,2

Аtmega 8

1

3

3

PCF8583

1

0,85

0,85

Транзисторы

КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)502Е

1

0,3

0,3

Резисторы

C2-23-0,125± 5%

6

0,15

0,9

C2-23-2± 5%

1

0,8

0,8

СП3-19а

1

0,9

0,9

Конденсаторы

К10-17 ± 5%

9

2

18

К50-35± 20%

4

0,8

3,2

CTC 05-40RA

1

1,6

1,6

1

2

3

4

Диоды

1N5817

2

0,33

0,66

DB107

1

1

1

КД522А

1

0,2

0,2

Датчики

MPX4115

1

2,1

2,1

DS1621

1

1,2

1,2

Кварцевые резонаторы

DT-38T

1

0,4

0,4

HC-49U

1

2,3

2,3

Катушки индуктивности

RLB1314-100KL

1

4,59

4,59

Звуковой сигнализатор

BMT-1206UX

1

4

4

Разъёмы

CR2025 DIP battery holder

1

2

2

WF-4R

1

0,9

0,9

3-151

1

0,75

0,75

Суммарная масса:

51,15

Отсюда масса печатного узла составляет:
m=18,43 + 51.15 = 69.58 (г).
3.4 Расчет потребляемой мощности

При разработке устройства нужно учесть его конкурентоспособность на рынке. Одним из принципиальных характеристик конкурентоспособности (опосля цены) является потребляемая мощность. Этот расчет нужен также для конструкторских целей — выбора источника питания, расчета выделяемого тепла устройством.

Расчет делается в последующей последовательности:

Мощность, потребляемая всеми микросхемами, определяется по выражению:

, (3.28)

где PMi — мощность, потребляемая i-ой микросхемой (таблица 3.7).

Таблица 3.7 — Мощность, потребляемая ИМС

Наименование ИМС

количество, шт.

Потребляемая мощность, Вт

Суммарная потребляемая мощность, Вт

MC7805CT

1

0,0035

0,0035

Аtmega 8

1

0,004

0,004

PCF8583

1

0,018

0,018

WH1601A

1

0,006

0,006

Подставив начальные данные в формулу (3.28), выходит:

PМ=0,0035 + 0,018 + 0,004 + 0,006 = 0,0261 Вт.

Мощность, потребляемая электрорадиоэлементами, определяется по формуле:

, (3.29)

где Pэi — мощность, потребляемая i-ым электрорадиоэлементом (таблица 3.8)

Таблица 3.8 — Расчет потребляемой мощности электрорадиоэлементов

Наименование ЭРЭ

количество, шт.

Потребляемая мощность, Вт

Суммарная потребляемая мощность, Вт

1

2

3

4

Транзистор КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)502Е

1

0,012

0,012

Резисторы

C2-23-0.125± 5%

6

0,004

0,096

C2-23-2± 5%

1

0,008

0,008

СП3-19а

1

0,007

0,007

Конденсаторы

К10-17 ± 5%

9

0,003

0,027

К50-35± 20%

4

0,004

0,016

CTC 05-40RA

1

0,004

0,004

Катушка индуктивности RLB1314-100KL

1

0,008

0,008

Диоды

DB107

1

0,007

0,007

КД522А

1

0,003

0,003

1

2

3

4

1N5817

2

0,004

0,008

Датчики

MPX4115

1

0,01

0,01

DS1621

2

0,05

0,1

Кварцевые резонаторы

DT-38T

1

0,005

0,005

HC-49U

1

0,008

0,008

Звуковой сигнализатор BMT-1206UX

1

0,15

0.15

Потребляемая устройством мощность рассчитывается при допущении, что мощность, потребляемая микросхемами, учитывает их обвязку.

Подставив начальные данные в формулу (3.29), выходит:

Рэ =0,469 (Вт).

Мощность, потребляемая элементом, рассчитывается по формуле:

, (3.30)

где Iпот — потребляемый ток, А;

Uпит — напряжение питания, В.

Мощность, потребляемая транзисторами, определяется по формуле:

, (3.31)

где Iном — ток протекающий через i-й транзистор в открытом состоянии;

U — падение напряжения на переходе коллектор эмиттер в открытом состоянии i- ого транзистора;

Мощность, потребляемая всем устройством, определяется по выражению:

(3.32)

Подставив значения в формулу 3.34, выходит:

P = 0,0263 + 0,469 = 0,5005 (Вт).

Таковым образом, мощность, потребляемая разработанным устройством составляет 0,5005 Вт, что соответствует потреблению тока около 0,1 А.[5,6,9]

3.5 Расчет надежности изделия

Расчет надежности многоканального микропроцессорного таймера для управления световыми устройствами заключается в определении характеристик надежности по известным чертам надежности ЭРЭ, ИС и др., составляющих систему блока с учетом критерий эксплуатации.
Надежность электрической аппаратуры зависит от ее трудности и режимов эксплуатации. Потому одним из критерий надежной работы ЭВС является корректность выбора режимов работы огромного количества ЭРЭ и деталей, из которых состоит блок, свойство производства, также условия эксплуатации.
Возможность неотказной работы за данное время определяется по формуле:
, (3.33)
где е — основание натуральных логарифмов;
— интенсивность отказов.
Интенсивность отказов изделия, состоящего из n девайсов частей, определяется по формуле:
, (3.34)
где лi — интенсивность отказа i-го элемента.
Среднее время выработки до отказа изделия определяется по формуле:
(3.35)
Расчет л проводится на основании л0 — интенсивности отказов радиоэлементов при обычных критериях эксплуатации и номинальных режимах, с учётом поправочных коэффициентов:

, (3.36)

где лi0 — номинальная интенсивность отказов i-ого элемента (справочные данные);

— поправочные коэффициенты, которые зависят от механических действий;

— поправочные коэффициенты, которые зависят от температуры и уровня влажности окружающей среды;

— коэффициент перегрузки;

t? — температура окружающей среды (25є С);

ai — поправочные коэффициенты, которые зависят от температуры поверхности i-ого элемента и коэффициента перегрузки.

Поправочные коэффициенты принимаются равными единице.

Коэффициент электронной перегрузки конденсаторов определяется по формуле:

(3.37)

где U- рабочее напряжение на конденсаторе, В;

UН — номинальное напряжение (справочные данные), В.

Для конденсаторов К10-17:

Рабочее напряжение на конденсаторе — 5 В.

Номинальное напряжение (справочные данные) — 12 В.

Для конденсаторов К50-35:

Рабочее напряжение на конденсаторе — 5 В.

Номинальное напряжение (справочные данные) — 12 В.

Для конденсаторов CTC 05-40RA:

Рабочее напряжение на конденсаторе — 5 В.

Номинальное напряжение (справочные данные) — 20 В.

Для резисторов:

(3.38)

где Р — наибольшая рабочая мощность, рассеиваемая в схеме на резисторе, Вт;

РН — номинальная рассеиваемая мощность резистора, Вт.

Для резисторов C2-23-0.125:

Для резисторов C2-23-2:

Для резисторов Bourns 3296:

Для диодов:

, (3.39)

где I — фактический выпрямленный ток;

]]>