Введение

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

Цель курсового проекта: разработать изделие «Трех тональный музыкальный сигнализатор», изложить и оформить соответствующую конструкторскую документацию в соответствии с системой государственных и отраслевых стандартов. В данной курсовой работе необходимо произвести расчет основных параметров разрабатываемого изделия, а также выполнения всех требований, предъявляемых к устройству.

Можно заметить, что в последние годы у граждан нашего общества наметился устойчивый интерес ко всякого рода музыкальным звуковым сигнализаторам, будь то дверной зво­нок, звуковой брелок или телефонное вызывное устройство. Многим хотелось бы, чтоб все звуковые сигналы были мело­дичными, а еще лучше – музыкальными, даже если этот зву­ковой сигнал принадлежит охранному устройству. Трех тональный звуковой сигнал более различим на фоне окружающего шума, чем одно-тональный. Если соотношения тонов выбраны правильно, то такой сиг­нал будет приятным на слух. Ведь даже сигнал тревоги может быть мелодичным, не говоря уж о квартирном звонке или сигнализаторе электронного будильника либо таймера. Описанное в данном проекте сторожевое устройство как раз пригодно для использования в квартирах в качестве звонка, при небольшой доработке его можно использовать как тревожный звонок сигнализации квартиры и других объектов. Предлагаемое здесь устройство также универсально, а функция охраны не связана с существенной схемотехнической доработкой.

Разрабатываемое изделие имеет широкую область применения. Оно может использоваться в промышленности, в быту, радиолюбительской практике и. т. д.

1. Расширенное техническое задание

1.1 Назначение.

_{Трех тональный музыкальный сигнализатор разрабатывается в качестве музыкального звонка квартир и других объектов.}

1.2 Состав изделия.

Устройство состоит из музыкального блока.

1.3 Технические требования.

Напряжение питания, В ………………………………………………….12

Потребляемый ток, мА………………………………………………….100

Температуре ⁰С……………………………………………………-20…+40

Относительная влажность, % …………………………………….….50-90

Атмосферное давление, мм. рт.ст………………………………... 500-800

Степени защиты от влаги изделие ГОСТ 14087-80 .

Температура хранения, ⁰С……………………………………….+20…+40

Категория условий эксплуатации………………………………………..IV

1.4 Требования по надежности.

• Наработка на отказ 20-30 тыс. часов

• Интенсивность отказов 10^-5-10^-8 ч^-1.

• Долговечность - 15 лет

• Гарантийный срок - 1 год

1.5 Конструктивные требования.

• Использовать интегральную и дискретную элементную базу.

• Форма и размеры конструкции определить в процессе проектирования.

• Использовать печатный и объемный монтаж.

• Органы коммутации вынести на панель.

• Цвет корпуса любой.

• Устройство выполнить в пластмассовом корпусе.

1.6 Ориентировочная номенклатура конструкторской документации.

• сборочный чертеж – А;

• схема электрическая принципиальная – А;

• печатная плата – А .

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ И ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

При проведении поиска аналогов было обнаружено устройство, выполняющее аналогичные функции.

2.1 Сравнительный анализ аналогов

Трех тональный звуковой сигнал более различим на фоне окружающего шума, чем двух тональный, тем более одно-тональный. Если соотношения тонов выбраны правильно, то такой сиг­нал будет приятным на слух. Ведь даже сигнал тревоги может быть мелодичным, не говоря уж о квартирном звонке или сигнализаторе электронного будильника либо таймера.

Для того чтобы избежать трудностей в нашем музыкальном сигнализаторе, связанных с музыкальной настройкой, а также нестабильностью тонов при изменении температуры и питающего напряжения, построен он на основе единого задающего генерато­ра и триггерного делителя частоты. Выбрав соответствующие коэффициенты деления частоты генератора, можно сформировать желаемые ноты. В аналоге коэффи­циенты деления при этом пред­ставляют собой трехзначные числа. Такие делители сложны и дороги.

Однако задача станет много проще, если ограничиться воспроизведением лишь мажорного, а тем более минорно­го трезвучий. Ясно, что реализо­вать на практике такие небольшие коэф­фициенты деления частоты значительно легче, чем трехзначные. Более того, по­лученные подобным образом математи­чески точные созвучия более мелодичны на слух, чем ноты темперированного строя с его довольно искусственным раз­биением интервалов. Их музыкальная цен­ность сравнима с самим трезвучием.

Составляющие трезвучие ноты можно, вообще говоря, воспроизводить в любом порядке. Однако для музыкального сигнализатора представляют интерес два частных случая – восходящее и нисхо­дящее арпеджио.

В первом случае звуки перебирают в порядке возрастания их высоты, начиная с самого низкого, во втором – наоборот.

Преимущества:

– установка и эксплуатация устройства не требует вмешательство в узлы устройства;

– устройство намного дешевле своего аналога;

– доступная элементная база;

– устройство имеет меньший ток потребления.

2.2 Анализ работы электрической схемы

Задающий генератор, собранный на элементах DD1.1 – DD1.3, работает на частоте 3500 Гц. Делитель частоту со­бран всего на трех триггерах – DD4.1, DD4.2, DD4.1, причем выходной сигнал снимается с инверсного выхода тригге­ра DD2.2.

Пусковым здесь является триггер DD5.2, а триггеры DD3.1, DD3.2 и эле­менты DD2.1 – 002.3 входят в состав манипулятора. При показанном на схеме включении диодов VD1 – VD3 сигнали­затор последовательно воспроизводит ноты ре второй октавы (D₂), фа (F₂) и ля той же октавы (А₂), Так, при низком уров­не на катоде только диода VD1 период повторения импульсов на инверсном вы­ходе триггера DD4.2 равен 6Т, что соответствует частоте 563 Гц (нота D₂).

При высоком уровне на катоде всех диодов период повторения импульсов на том же выходе равен 5Т – это уже частота 700 Гц (F₂). Когда же низкий уровень на катоде диодов VD2 и VD3, период уменьшается до 4Т, а частота увеличивается до 875 Гц (Аз). Следовательно, воспроизводится восхо­дящее минорное арпеджио D₂F₂A₂ (ре минор). Чтобы сделать его нисходящим A₂F₂D₂, нужно катод диода VD3 отклю­чить от диода VD2 и соединить его с ка­тодом диода VD1. Получить мажорное трезвучие при такой упрощенной схеме нельзя,

Пусковой триггер DD5.2 здесь в единичное – рабочее состоя­ние устанавливают замыкающей кнопкой SB1. Это позволяет использовать устройство в качестве, скажем, квартир­ного звонка.

2.3 Оценка элементной базы.

Запитка устройства осуществляется через блок питания постоянного тока напряжением 12 В, током не менее 100 мА, посредствам провода ПВС-ВП 2х1,0-26-10,2,2. Этот провод с поливинилхлоридной сополимерной изоляцией (ПВС), двужильный, сечением 1,0 мм²; модификация вилки 26; на 10 А; длина провода 2,2 м.

Модуль содержит следующие элементы:

1) Резисторы.

МЛТ 1 Ом – 1 Мом – прецизионные резисторы с метало-диэлектрическим проводящим слоем, предназначены для работы в высокоточных электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа. Относятся к изолированным резисторам. ТКС, 1/⁰С –15.Наработка на отказ ч – 30 000. Диапазон рабочих температур,⁰С – -60 ... +125. Срок сохраняемости – 15 лет. В схеме используются резисторы мощностью Р – 0,125 Вт. Установочная площадь, мм²– 50.

2) Конденсаторы.

Конденсаторы полярные:

К50-16 6,8 мк х 16 В – алюминиево-оксидно-электролитические с оксидным диэлектриком конденсаторы общего назначения. Характеризуются 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. Установочная площадь, мм² – 104.

Конденсаторы неполярные:

КМ 5б-Н90 0,1 мФ – конденсатор керамические низковольтный с неорганическим диэлектриком. Диапазон температур от -60 до +85 ⁰ С. Установочная площадь, мм² – 150.

КМ 5б-Н90 0,68 мФ – конденсатор керамические низковольтный с неорганическим диэлектриком. Диапазон температур от -60 до +85 ⁰ С. Установочная площадь, мм² – 35.

КМ 5б-Н90 1000 мФ – конденсатор керамические низковольтный с неорганическим диэлектриком. Диапазон температур от -60 до +85 ⁰ С. Установочная площадь, мм² – 35.

КМ 5б-Н90 3900 мФ – конденсатор керамические низковольтный с неорганическим диэлектриком. Диапазон температур от -60 до +85 ⁰ С. Установочная площадь, мм² – 35.

3) Диоды.

КД102А – диоды кремниевые импульсные со временем восстановления 0,004 мкс, изготавливается по сплавной технологии. Выполняются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Диапазон рабочих температур, ⁰ С – -40...+60. Масса не более, г – 0,5. Установочная площадь – 66 мм².

4) Микросхемы.

Д) Микросхема К561ЛЕ5 - представляет собой 4 логических элемента И-НЕ. Размещена в корпусе типа 201.14-1. Номинальное напряжение питания – 15В  5%. Помехоустойчивость  2 В. Потребляемая статическая мощность 5 мВт. Установочная площадь – 175 мм². Диапазон рабочих температур минус 45...+85С.

Микросхема К561ТМ2 – представляет собой два D-триггера с установкой на ноль. Микросхема размещена в корпусе типа 201.14-1. Номинальное напряжение питания – 15В5%. Помехоустойчивость2 В. Потребляемая статическая мощность5 мВт. Установочная площадь – 175 мм². Диапазон рабочих температур - 45...+85С.

5) КМ1 - I – кнопка малогабаритные, однополюсные с I типом. Эти кнопки имеют следующие характеристики: , Н – 10..50; , мм – 5; Диапазон рабочих температур, ⁰ С – -60...+70; Наработка на отказ, тыс. вкл. – 10..50.

Таким образом, с учетом элементной базы, диапазон рабочих температур составляет – 40⁰С до +60⁰С. Линейные размеры по ОСТ4.010.020-83 выбираем плату с размерами 55х55 мм.

Элементы	Установочная площадь, мм2	Количество элементов	Диапазон температур, С
Конденсаторы: К50-16 47 мкФ х 16 В КМ 5б-Н90 0,01 мкФ КМ 5б-Н90 0,68 мкФ КМ 5б- Н90 1000 мФ КМ 5б- Н90 3900 мФ Резисторы: МЛТ 2 кОм МЛТ 10 кОм МЛТ 22 кОм МЛТ 51 кОм МЛТ 510 кОм Диоды КД522А Микросхемы: КР176ЛА7 К561ТМ2 Кнопка КМ-1	150 35 35 35 35 50 50 50 50 50 35 175 175 275	1 3 2 1 1 2 1 2 1 1 3 2 3 1	-60..+125 -60..+85 -60..+85 -45..+85 -45..+85 -60..+125 -60..+125 -60..+125 -60..+125 -60..+125 -40...+60 - 45...+85 - 45...+85 - 45...+85

_{Таблица 1.Основные конструктивные параметры элементной базы.}