Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

курсовой проект / 4 Сторожевое устройство с телефонным вызовом / Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии

.DOC
Скачиваний:
57
Добавлен:
21.02.2014
Размер:
140.8 Кб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Задача курсового проекта – освоение принципов работы с технической документацией, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭРА, получение необходимого минимума знаний при проектировании теле- и радиоэлектронных устройств. А также при разработке темы, закрепить на практике знания, полученные из курса «Конструктивно-технологические особенности проектирования», устанавливая взаимосвязь и основываясь на базе такой дисциплины, как «Электроника».

Цель курсового проекта – используя нормативно-техническую документацию, а также ознакомившись с оформлением и изложением конструкторской документации, разработать конструкторскую и техническую документацию для радиоэлектронного устройства – устройство охраны сигнализацией по телефонной линии .

В данной курсовой работе необходимо произвести расчет основных параметров разрабатываемого изделия, разработать компоновку модулей в корпусе прибора, разместить навесные ЭРЭ на печатной плате модуля, разработать конструкцию корпуса прибора и коммутацию между модулями, при условии выполнения всех требований, предъявляемых к устройству охраны сигнализацией по телефонной линии.

Основные области применения устройство охраны сигнализацией по телефонной линии – это дома, квартиры, офисы в общем где присутствует телефон.

Описываемое охранное устройство использует цепь нормально замкнутых датчиков, соединенных последовательно. При размыкании любого из них оно автоматически бесконечное число раз набирает заранее заданный телефонный номер и подает специфические звуковые сигналы. Абонент на другом «конце провода», поняв значение этих сигналов, может вернуть устройство в дежурный режим, подав команду DTMF-сигналом, и позаботиться об устранении

угрозы охраняемому объекту.

Низкая себестоимость и низкое энергопотребление выделяют данное устройство из ряда аналогов. По сравнению с подобными устройствами данная конструкция имеет ряд преимуществ: устройство не содержит дорогостоящих деталей и радиоэлементов, имеет сравнительно невысокую стоимость при массовом производстве. Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии удобно в обращении, имеет небольшие габаритные размеры, отвечает требованиям техники, прост в применении. Существенный недостаток такого устройства состоит в необходимости принятия специальных мер по защите телефонной линии, так как если злоумышленник обрежет линию, оно будет нейтрализовано.

1 Расширенное техническое задание

1.1Назначение

Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии применяется для

защиты телефонной линии от злоумышленников.

1.2Технические и конструктивные требования.

Разрабатываемое устройство охраны сигнализацией по телефонной

линии должно обладать следующими техническими характеристиками

Напряжение питания прибора (от батареи питания),В 12;

Отклонения от номинального напряжения, % 10;

Ток потребления от батарей питания не более, А 0,15;

Проектируемое устройство должно удовлетворять следующим

усло­виям эксплуатации и транспортирования (ГОСТ 16019 – 78):

Температура окружающей среды, °С от нуля до +60;

Влажность окружающей среды, % не выше 80;

Воздействия вибрации и ударов не допускаются;

Объект размещения стационарная;

Условия транспортировки всеми видами транспорта.

Применяемые радиоэлектронные элементы должны быть отечествен-­ ного производства и предназначенные для общего применения, а также должны удовлетворять условиям ремонтопригодности и взаимозаменяемо­сти.

Устройство должно удовлетворять следующим требованиям надежности

Среднее время безотказной работы, ч не менее 30000;

Интенсивность отказов, ч-1 2510-6;

Гарантийный срок эксплуатации, лет 3.

Проектируемое устройство должен удовлетворять следующим конструктивным требованиям

Число марок применяемых материалов не более 6;

Коэффициент применяемости не менее 0,8;

Коэффициент унификации 0,9.

Органы управления и индикации необходимо вывести на лицевую па­нель. Размеры блока определяются конструктивно.

Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

  1. Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии, спецификация – А4;

  2. Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии, схема электрическая принципиальная – А2;

  3. Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии, сборочный чертеж – А2;

  4. перечень элементов схемы электрической принципиальной – А4;

  5. плата, сборочный чертеж – А2;

  6. плата, спецификация – А4;

  7. плата, компоновочный чертеж – А1.

2 Анализ технического задания, электрической схемы. Оценка элементной базы

2.1 Сравнительный анализ аналогов

После проведения поиска аналогов [1,2] и их сравнительного анализа по техническим характеристикам с проектируемым устройством, выявлено, они излишне сложны, в них использовано большое число дефицитных радиодеталей, что повышает их себестоимость и не способствует их широкому применению.

2.2 Принцип работы устройства

Схема устройства охраны сигнализацией по телефонной линии показана на чертеже УИТС. 425613.015 ЭП. Оно собрано на трех мик­росхемах: DD1 - управляющая часть, DD3 - универсальный номе­ронабиратель с памятью последнего номера, DD2 - декодер сигналов DTMF-набора для дистанционного управления. Все функции устройст­ва реализованы аппаратно, без ис­пользования микроконтроллеров, что делает его доступным для повторения радиолюбителями средней квалификации.

На микросхеме DD1 собраны два триггера, условно названные "Триг­гер режима" (элементы DD1.1 и DD1.2) и "Триггер тревоги" (DD1.4 и DD1.5). Их состояния показаны в таблице 1.

"Триг­гер режима"

"Триггер тревоги"

Состояние устройства

Вход DD1.1

Вход DD1.2

Выход DD1.1

Вход DD1.4

Вход DD1.5

Выход DD1.4

1

0

0

0

1

1

"Отключено"

0

1

1

0

1

1

"Охрана"

0

1

1

1

0

0

"Тревога"

Таблица 1

После первой подачи напряже­ния питания (или после нажатия кнопки SB1 "Сброс") на выходе эле­мента DD1.1 возникает низкий уро­вень. При этом на входе элемента DD1.4 тоже низкий уровень и "Триг­гер тревоги" не реагирует на

любые манипуляции с датчиками. На выхо­де DD1.4 высокий уровень, транзистор VT2 открыт, a VT1-закрыт. Устройство находится в состоянии "От­ключено".

Уходя из квартиры, хозяин нажи­мает на кнопку SB2 "Охрана" и удер­живает ее 2-3 с. По цепи VD3HL1R5SA1-SAn течет ток. Если какой-либо датчик разомкнут, светодиод HL1 не загорится. Кроме того, контролируется состояние батареи GB1. Если она разряжена, светодиод HL1 ярко вспыхивает и сразу гас­нет. Высокий уровень через диод VD2 поступает на вход элемента DD1.2 и переводит "Триггер режи­ма" в состояние, когда на его выходе (DD1.1) высокий уровень. Однако пока конденсатор СЗ не разрядится через резистор R3, на входе эле­мента DD1.4 "Триггера тревоги" бу­дет низкий уровень и хозяин может выйти из квартиры. При указанных на схеме номиналах элементов СЗи R3 это время составляет около од­ной минуты.

Если любой из датчиков SA1-SAn будет разомкнут, на входе элемента DD1.3 возникнет высокий уровень. Импульс, сформированный цепью VD6R6C4, переключит "Триггер тре­воги". На его выходе (DD1.4) ока­жется низкий уровень, транзистор VT2 закроется, a VT1 —-откроется. Через транзистор VT1, светодиод HL2, транзистор VT3, резистор R25 потечет ток около 30 мА из телефон­ной линии. Цепь VD6R6 предотвра­тит обратное переключение тригге­ра, если разомкнувшийся датчик снова замкнется.

Высокий уровень, поступивший на вывод 1 микросхемы DD3, запус­кает набор номера. Импульсы набо­ра поступают с вывода 9 микросхе­мы DD3. Для формирования разры­ва линии при наборе на этом выво­де (открытом стоке) возникает низ­кий уровень. На выводе 8 (тоже от­крытый сток) низкий уровень при­сутствует во время набора всего номера, поэтому на входе элемента DD1.6 будет низкий уровень, а на выходе - высокий. По окончании набора номера сигналы в

перечис­ленных точках изменятся на проти­воположные. На выводе 16 микро­схемы DD3 возникнет низкий уро­вень, что активирует функцию "Повтор пос-леднего на­бранного номера".

Особенностью микросхемы К174УРУ является то, что в состав функции "Повтор последнего на­бранного номера" у нее входит функ­ция "Кратковременный от­бой". Таким образом, микросхема DD3 будет бесконечное число раз набирать заранее внесенный в ее память номер, производя между по­пытками набора необходимое отсо­единение от линии.

Тактовые импульсы на микросхе­му DD3 поступают от генератора ми­кросхемы DD2 через конденсатор С9. Такое включение, кроме эконо­мии кварцевого резонатора, внесло и "изюминку". Дело в том, что мик­росхема DD2 получает питание че­рез цепь R21VD20 только тогда, ког­да открыт транзистор VT1. Как толь­ко DD3 сформирует команду "Кратковременный от­бой" , VT1 закроется, конденсатор С12 разрядится (микросхема DD2 по­требляет около 10 мА) и задающий генератор DD2 перестанет работать. Микросхема DD3 останется без так­товых импульсов, и время "Кратковременного от­боя" возрастет с 600 мс до 20-30 с.

Такой эффект может оказаться полезным, если вы хотите настроить передачу сигнала тревоги на пейд­жер, используя DTMF-канал. Чтобы отключить устройство при получе­нии сигнала, набираете номер, к ко­торому оно подключено (необходим телефонный аппарат с возможнос­тью переключения в тональный на­бор), дожидаетесь очередной по­пытки дозвона и набираете цифру "2". Если передача сигнала тревоги на пейджер вам не нужна, то следует подключить кварцевый резонатор к микросхеме DD3 так же, как и к DD2, или применить конденсатор С12 большей емкости.

По возвращении домой хозяин квартиры переводит устройство в режим "Отключено", нажав на кнопку SB1 "Сброс".

Для записи номера телефона в микросхему DD3 к ней необходимо под

ключить стандартную клавиатуру 3x4 . Можно это делать с помо­щью разъема, подключив только на время программирования.

Порядок программирования сле­дующий. Нажмите и отпустите на кнопку

SB2. Подождите, пока разря­дится конденсатор СЗ. Нажмите и удерживайте кнопку SB3 "Про­граммирование". При этом "Триггер тревоги" перейдет в состояние "Тре­вога", устройство займет телефон­ную линию (загорится светодиод HL2), но функция "Повтор последнего на­бранного номера" не будет активирована, так как конденсатор С10 зашунтирован через диод VD11. Обозначим буквой "Р" кнопку SB4 "Пауза". Нажмите кнопки: "Р", "X", "X", "X", "X", "X", "X", "*", "Р", "1", "Р", "1", "Р", "1"..."Р", "1", "Р", "1" (всего 28 знаков, включая паузы, но не бо­лее!). Здесь "ХХХХХХ" — номер теле­фона, куда будет дозваниваться уст­ройство. Отпустите кнопку SB3 и кратковременно нажмите SB1. Светодиод HL2 должен погаснуть.

Кнопка "*" переводит микросхему DD3 в режим тонального набора. Кнопка SB4 ("Р", "Пауза") вводит в набираемый номер паузу длитель­ностью 3 с. Сигналы тонального на­бора цифры "1" и будут теми самы­ми "специфическими" сигналами тревоги. Если выход на городскую сеть производится через префикс ("8", "9" или др.), то после его набо­ра введите 1-2 паузы.

При поступлении на вход микро­схемы DD2 через цепь C5R9 тональ­ного сигнала, соответствующего ци­фре "2", на ее выходе D1 возникает высокий уровень, который переклю­чает устройство в режим "охрана" (именно "Охрана", а не "Отключено", поскольку конденсаторы С1 и С2 не успевают разрядиться). Импульс на выходе D1 микросхемы DD2 корот­кий, так как с его поступлением уст­ройство сразу же отключается от ли­нии. По окончании импульса "Триг­гер режима" переходит в состояние "Охрана".

Диод VD12 устанавливают в том случае, если АТС не воспринимает импульсный набор. Тогда нужно правый по схеме вывод резистора R14 подключить к общему проводу, и микросхема DD3 будет переведе­на в режим тонального набора. Сиг­нал с вывода 8 DD3 через диод VD12 заблокирует выходные касс-

кады ми­кросхемы DD2 во время набора но­мера. Сигнал дистанционного от­ключения пройдет на выход DD2 лишь после окончания набора всей запрограммированной в DD3 после­довательности, но до начала акти­визации функции "Кратковременный от­бой". Это вре­мя, возможно, потребуется увели­чить, применив конденсатор С10 большей емкости. Диод VD12 необходим и при передаче сигнала тре­воги на пейджер.

Цепь R17VD15VD13 обеспечивает устройство питанием в режимах "Отключено" и "Охрана". Резистор R17 подбирают так, чтобы через ба­тарею GB1 (три элемента "АА") про­текал ток порядка 100 мкА в направ­лении ее зарядки. Указанный на схе­ме номинал обеспечивает, такой ток при напряжении в телефонной ли­нии 12 В. По тому же критерию под­бирают и резистор R21, но уже в ре­жиме "Тревога".

Каскад C13R22VT3 нужен для пе­редачи тональных сигналов в линию. Резистор R24 -нагрузка внутрен­него усилителя микросхемы DD3. Диоды VD4 и VD5 введены в процес­се испытаний - после грозы вышла из строя микросхема DD1 (пробило вход элемента DD1.3).

Микросхемы DD2 КР580УР82 и DD3 К174УРУ имеют 18 выводов. Вставляют их в панельку так, чтобы выводы 9 и 10 остались свободными. Микросхемы с буквой С также имеют 18 выводов, но у них нужно оставить свободными выводы 1 и 18. У микросхем с буквой D, име­ющих 20 выводов, остаются свобод­ными выводы 1, 10, 11, 20 . Вмес­то транзистора VT1 допустимо ис­пользовать ключ КР580УР82.

2. 3 Оценка элементной базы

Система сохраняет работоспособность при изменении напряжения питания +9В10%. Достоинством данного устройства является повышенная точность передачи сигналов и быстродействие.

Применяемая элементная база широко распространена в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями.

2.3.1 Микросхемы.

К561ЛН1 – цифровая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, со штыревыми выводами, представляет собой 8 элементов И-НЕ. Корпус 238.16-1

К174УРУ-цифровая интегральная схема широкого применения, изготовленная по полупроводниковой технологии, со штыревыми выводами, дешифратор, предназначен для преобразования двоичного кода в семисегментный. Корпус 238.18-1

Для дешифрации 4-битного кода в определенную цифру, используется микросхема типа КР580ИР82 (корпус 2140.20-4, 2101.8-4), изготовленная по ТТЛ-технологи. Диапазон рабочих температур минус 30..+70 С.

2.3.2 Резисторы. В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы устройства охраны с сигнализацией по телефонной линии применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа МЛТ–0,125 и МЛТ-0,5, в зависимости от рассеиваемой мощности, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения,

высокой надежностью. Диапазон рабочих температур серии минус 60…+1250С.

2.3.3 Конденсаторы

К50-15 – алюминиево-оксидно-электролитический конденсатор общего назначения. Характеризуется очень большой удельной емкостью, большими потерями, значительными токами утечки. Применяются в шунтирующих и фильтровых цепях, для накопления энергии в импульсных устройствах. Эти конденсаторы работают в диапазоне температур от -60 до +125 0 С.

Конденсаторы постоянной емкости серии К50-6 (полярный). Характеризуются высокими электрическими показателями, небольшой стоимостью, большим сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла потерь. Диапазон рабочих температур –60 …+1250С. Установочная площадь – 455 мм2.

К53-7- керамический, устанавливается в цепях постоянного и переменного тока, с напряжением 15В.

К42П-5– керамический, устанавливается в цепях постоянного и переменного тока, с напряжением 35В.

2.3.4 Органы индикации. Применение в качестве элемента световой сигнализации светодиодов серии АЛ307Б обусловлено малым потреблением энергии в отличие от ламп накаливания. Светодиод с индексом «Б» имеет красный цвет свечения. Красный цвет свечения более заметен. Диапазон рабочих температур светодиода минус 30...+70 С.

2.3.5 Органы коммутации. В качестве элемента коммутации включения питания устройства используются тумблера типа П2Т (SA1, SAn). Данный тип переключателей имеет небольшие габариты, механическую прочность и рассчитан на постоянное напряжение до 300 В током до 6 А. Диапазон рабочих температур минус 30...+100 С.

Для кратковременной коммутации (во время нажатия) используются малогабаритные кнопки типа КМ1-I, предназначенные для коммутации

цепей постоянного тока напряжением до 30 В (в проектируемом устройстве коммутируются цепи 5 В). Износостойкость кнопок не менее 10000 циклов переключений. Диапазон температур минус 30...+90 С.

2.3.6 Полупроводниковые элементы. В устройстве используется транзистор КТ315Е. Транзистор КТ315Е (n-p-n) маломощный, высокочастотный; максимальный ток коллектор-эмиттер 100 мА; максимальное напряжение коллектор-база 40 В. Диапазон рабочих температур транзистора минус 40...+80 С.

В качестве выпрямителей направления сигналов используются диоды малой мощности КД522Б с прямым током до 1 А. Их применение обусловлено необходимыми параметрами и малыми габаритами. Диапазон рабочих температур диода минус 30...+90 С и диоды КД102Б:

Они имеют следующие параметры :

Максимальный прямой ток, А 5;

Максимальный импульсный прямой ток, А 30;

Максимальное обратное напряжение, В 100;

Диапазон температур, С 60…+125.

В устройстве используются двуханодные стабилитроны КС162А

- постоянный (средний) прямой ток 100 мА;

- постоянное прямое напряжение 1 В;

- постоянное обратное напряжение 30 В;

- импульсный прямой ток 2 А;

- температура окружающей среды от 213 до 373 К.

2.3.7 Кварцевый резонатор. Для получения образцовой частоты 3,58 МГц используется кварцевый резонатор типа РК79ЧА-23БУ, обладающий стабильностью поддерживаемый частоты 32768 Гц. Диапазон рабочих температур резонатора минус 10...+70 С.

Таблица 2 - Основные конструктивные параметры элементной базы А1

Наименование элемента

Кол-во

Конструктивные параметры

Вариант установки

Установочная

площадь, мм2

Диапазон температур, С

Микросхемы:

К561ЛН1

К174УРУ

КР580ИР82

КР580ИР82

1

1

1

1

VIII-a

VIII-a

VIII-a

VIII-a

150

168,75

187,5

75

-30…+70

-30…+70

-30…+70

Резисторы:

МЛТ-0,125

МЛТ-0,5

24

1

II-а

II-а

24,2

33,7

-60…+125

-60…+125

Конденсаторы:

К53-7 2,2мкФ

К53-7 3,3мкФ

К53-7 33 мкФ

К42П-5 0,22 мкФ

К42П-5 0,1мкФ

К42П-5 0,022мкФ

К50-6 10 мкФ

К50-15 47 мкФ

3

1

3

2

1

1

1

1

II-в

II-в

II-в

I-а

I-а

I-а

II-в

II-в

24

24

45,5

56,4

43,1

38,5

83,2

100

-40...+70

-40...+70

-40...+70

-40...+70

-40...+70

-40…+70

-30…+70

-30…+70

Диоды:

КД522Б

КД102б

15

4

II-а

II-а

26,2

35

-30…+90

-30…+90

Транзисторы:

КТ315Е

2

II-в

21,4

-40…+80

Двуханодный стабилитрон КС162А

2

II-в

21

-40…+80

Резонатор РК79-ЧА

1

I-а

36

-10…+70

Параметры элементов, устанавливаемых на печатной плате А2, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные конструктивные параметры элементной базы А2

Наименование элемента

Кол-во

Конструктивные параметры

Вариант установки

Установочная

площадь, мм2

Диапазон температур, С

Светодиод:

АЛ307БМ

2

II-в

12,3

-30…+70

Таким образом, подобраны элементы, которые подходят по техническим характеристикам, выданным в техническом задании.

Соседние файлы в папке 4 Сторожевое устройство с телефонным вызовом