содержание

Введение 3

1Расширенное техническое задание 4

1.1 Наименование и назначение изделия 4

1.2 Область применения 4

1.3 Технические характеристики 4

1.4 Требования надежности 4

1.5 Условия эксплуатации и транспортирования 4

1.6 Конструктивные требования 5

2Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы 6

2.1 Анализ технического задания и электрической схемы 6

2.2 Оценка элементной базы 7

3Разработка конструкции тахометра 10

3.1 Предварительная разработка конструкции 10

3.1.1 Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки. 10

3.2 Выбор типа электрического монтажа 15

4Конструкторские расчеты 16

4.1 Расчет печатного монтажа 16

4.1.1 Конструктивно – технологический расчет 16

4.1.2 Расчет по постоянному току. 19

4.2 Расчет электрических параметров ПП 20

4.3 Расчет теплового режима 21

5.1 Описание конструкции блока. 25

5.2 Способ защиты устройства от внешних воздействий. 26

5.3 Защитные и защитно-декоративные покрытия. 26

5.4 Способ маркировки деталей и сборочных единиц. 26

Заключение 27

Литература 28

Введение

Задача курсового проекта – развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.

Цель курсового проекта – разработка радиоэлектронного устройства – бортового тахометра, а также научиться использовать нормативно-техническую документацию при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

В данной курсовой работе необходимо произвести расчет основных параметров разрабатываемого изделия, а также выполнения всех требований, предъявляемых к тахометру.

Разрабатываемый прибор относится к цифровым тахометрам, которые получили наибольшее распространение, принцип действия которых заключается в подсчете числа периодов измеряемых колебаний за определенный промежуток времени. Этот тип тахометров отличается более высокой точностью, большим диапазоном измеряемых частот, меньшей погрешностью измерений.

1. Расширенное техническое задание

1. Наименование и назначение изделия

Тахометр предназначен для определения числа оборотов двигателя и отображения полученных результатов в шкальном виде.

2. Область применения

В автомобилестроении и в автомастерских.

3. Технические характеристики

Напряжение питания, В 12;

Потребляемая мощность, мВт 10;

Относительная погрешность, % 5;

Число разрядов индикатора 12;

Потребляемый ток, мА 5;

Пределы измеряемой частоты, мин^-1 0…6000;

Температурный диапазон, С -40+85;

Масса, г не более 200.

4. Требования надежности

Минимальная наработка прибора на отказ, ч 5000;

Срок сохраняемости, лет 12.

5. Условия эксплуатации и транспортирования

а) Климатические условия транспортирования не должны выходит за пределы:

Температура окружающего воздуха, С -20+70;

Относительная влажность воздуха, % 85.

б) Тахометр допускает транспортирование всеми видами транспорта.

в) Условия эксплуатации :

Температура окружающего воздуха, С -20+80;

Относительная влажность воздуха, % 80;

Атмосферное давление, кПа 100.

6. Конструктивные требования

Элементная база – интегральная и дискретная;

Монтаж – печатный и объемный;

Габаритные размеры – в процессе проектирования;

Номенклатура конструкторской документации:

• Тахометр cхема электрическая принципиальная– А2;

• Печатная плата сборочный чертеж– А2;

• Тахометр сборочный чертеж – А1;

• Печатная плата – А1.

2. Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы

1. Анализ технического задания и электрической схемы

Был проведен литературный поиск аналогов разрабатываемого устройства: «Цифровой тахометр»[1]. Разрабатываемый тахометр имеет расширенный диапазон измерения частоты сигналов по сравнению с аналогом [1], отличается универсальностью, что приводит к расширению области его применения, имеет более низкую относительную и абсолютную погрешность, отличается простотой элементной базой [2].

Сравнительный анализ аналогов.

Таблица 1 – Сравнительный анализ аналогов

Критерии выбора	Устройство
	Аналог	Разрабатываемое
1	2	3
1 Способ измерения	Подсчет числа выходных импульсов датчика в единицу времени	Измерение временных интервалов реализуется путём счета калиброванных промежутков времени, формируемых программно из тактовых импульсов

1	2	3
2 Точность измерения	Точность недостаточна из-за того, что на малой частоте время измерения недопустимо велико	Чем ниже регистрируемая частота, тем точнее характеристики исследуемого процесса
3 Отображение результата	Не позволяет оперативно проследить динамику исследуемого процесса	Шкала высвечивает в течение каждого периода результат измерения частоты за предыдущий период, что позволяет оператору предельно быстро оценить тенденции изменения характеристик исследуемого процесса.

Разрабатываемое изделие состоит из двух модулей (схема электрическая принципиальная УИТС.411117.000 Э3):

• модуль измерения частоты;

• модуль индикации.

Модуль измерения частоты содержит в себе: узел начальной установки счетчика сигналов, узел подсчета проходящих импульсов, узел переключения для приостановки измерения частоты сигналов, узел управления индикацией.

От внешней аппаратуры подаются на модуль измерения частоты напряжения питания и аналоговое измеряемое напряжение, над которым происходит обработка.

2. Оценка элементной базы

Модуль индикации содержит 5 светодиодных индикаторов типа КИПМ11А-1К, 8 светодиодных индикаторов типа КИПМ11Д-1Л в пластмассовом корпусе.

Модуль измерения частоты содержит следующие элементы:

РК-110 – кварцевыйрезонатор.

КД503А, КД504А – кремниевые умножительные диоды.

К10-19 – 2 конденсатора, К50-6 – 3 конденсатора, К771 – 4 конденсатора.

Микросхемы серий К155 и К561 изготавливаются по технологии комплементальных транзисторов структуры металл – окисел – полупроводник (КМОП). Основной особенностью микросхем является ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100мкА. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14 – 1 и 238.16 – 1. Микросхемы серии К155 работоспособны при напряжении питания от 5 до 12 В. Для микросхем серии К561 гарантируется работоспособность при напряжении питания от 3 до 15 В. Предельные отклонения размеров между осями двух любых выводов 0,2мм

PIC16C84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров.

Предельные отклонения размеров между осями двух любых монтажных отверстий 0,1мм; для автоматизированных процессов сборки 0,05мм.

КМ155ИД11 – двоично-десятичный дешифратор. Число выводов корпуса – 16.

К561ТМ2 – микросхема с двумя D – триггерами. Число выводов корпуса– 14.

К561ПП2 – представляет собой 4 логических элемента И. Число выводов корпуса – 14.

С1-4, С2-14 – резисторы металлизированные лакированные теплостойкие постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью.

Транзистор КТ 342А – биполярный кремниевый планарный транзистор, n-p-n – типа.

3. Разработка конструкции тахометра

1. Предварительная разработка конструкции

Для выбора компоновки разрабатываемого тахометра рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации и индикации.

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

а) приведенная площадь наружной поверхности;

б) коэффициент приведенных площадей;

в) коэффициент заполнения объема.

1. Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки.

Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блоков рассматриваемых двух вариантов компоновки. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1, печатная плата П2).

Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры, для этого воспользуемся таблицей 2.

Таблица 2 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Элементы	Установочная площадь,мм^2	Количество элементов	Диапазон температур, С
1	2	3	4
Резонатор РК-110	30	1	-60..+70
Конденсаторы К50–6 К10-19 К771-	122,5 35 90,25	3 2 1	-10..+60 -10..+60 -10..+60
Микросхемы: КМ155ИД11 К561ТМ2 К561ПП1 PIC16C84	240 240 240 300	2 1 1 1	-10..+70 -10..+70 -10..+70 -40..+70
Резисторы: C1-4 C2-14	30 117,2	11 1	-60..+125 -60..+155
Транзистор КТ342А	48	1	-60..+125

Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате П1:

(1)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П1

, (2)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П1 (7095, 80110, 100100,) и был выбран следующий: 7095 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема печатной платы П2 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

, (3)

где n – количество индикаторов, устанавливаемых на ПП П2.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П2

, (4)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П2 (2027.5, 3017.5) и был выбран следующий: 2027.5 мм.

Для определения объемов печатных плат необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для ПП П1 она равна h₁=12 мм, а для ПП П2 h₂=3 мм. Тогда:

• объем печатной платы П1:

, (5)

- объем печатной платы П2:

, (6)

• общий объем, занимаемый аппаратурой:

, (7)

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры в зависимости от ее размещения определяем габаритные размеры рассматриваемых двух вариантов корпусов, которые представлены на рисунках 1а и 1б. В первом варианте плата П1 и плата П2 расположены горизонтально, органы индикации (плата П2) вынесены на верхнюю панель. Значение высоты блока будет складываться из высоты платы П1 и высоты платы П2, длина и ширина зависит от ширины и длины платы П1. Во втором варианте ПП П1 расположена горизонтально, а П2 вертикально. В этом случае длина блока будет складываться из длины ПП П1 и толщины ПП П2, высота будет равна ширине ПП П2, ширина равна ширине ПП П1. Тогда с учетом зазоров между печатными платами, между платами и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпусов обоих вариантов компоновки.

Размеры блока для первого варианта: длина l₁=95 мм, ширина b₁=70 мм и высота h₁=12+3=15 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина l₂=95+3=98 мм, ширина b₂=70 мм и высота h₂=20 мм.

а)

б)

Рисунок 1 – Варианты компоновки тахометра

Определяем полный объем первого (рисунок 1а) и второго (рисунок 1б) вариантов:

, (8)

_, (9)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

, (10)

, (11)

, (12)

2. Коэффициент приведенных площадей

, (13)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

, (14)

где d - диаметр шара, мм.

Вычислим диаметр шара через объем шара V_ш=V_ап=202750мм³:

, (15)

Тогда:

, (16)

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

, (17)

, (18)

Составим отношение:

, (19)

то первый вариант блока более оптимальный по площади наружной поверхности.

3. Коэффициент заполнения объема.

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

, (20)

, (21)

, (22)

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Вывод: По результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран первый вариант компоновки (рисунок 1а), так как его объем используется наиболее эффективно и является более оптимальным по площади наружной поверхности.