Содержание.

Введение.

1.Расширенное техническое задание.

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

3. Разработка конструкции электронного «сторожа».

4. Конструкторские расчеты.

5.Описание конструкции устройства.

Введение.

Конструирование, являясь основной частью процесса разработки элементов автоматики и вычислительной техники (ЭАВТ), представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходим учет разносторонних требований к конструкции изделия, знание современной технологии, схемотехники, надежности материалов и многих других дисциплин.

История становления и развития ЭАВТ включает в себя создание, развитие и постепенное вытеснение нескольких поколений аппаратуры. При этом каждое поколение создание которого предопределяло появление новой элементной базы существенным образом изменяло правила и положения теории и практики конструирования. Однако для всех поколений ЭАВТ характерным являлось и является разбиение конструкции и общей схемы на отдельные узлы, оформляемые в виде конструктивно законченных элементов (узлов).

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

Цель курсового проекта - научиться использовать нормативно-техническую документацию при разработке акустического автомата, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Данная разрабатываемая конструкция – электронный «сторож» для мотоцикла. Предлагаемый сторож реагирует даже на слабый удар по корпусу мотоцикла и немедленно подает сигал тревоги. Причем сигнал – музыкальный и, естественно, отличается от традиционных тревожных сигналов. Владелец легко узнает его среди прочих. При разработке данного охранного устройства пришлось сразу отказаться от использования звукового сигнала, установленного на мотоцикле, так как он потребляет от аккумуляторной батареи слишком большой ток. Описываемый же сторож в дежурном режиме потребляет не более 1,5мА, а в режиме тревоги – до 400мА. При ударе по корпусу мотоцикла в датчике вибрации BQ1 возникает сигнал переменного тока, который поступает на вход компаратора DA1. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Верхнее по схеме положение движка резистора R2 соответствует мини-мальной чувствительности.

Проектирование данного устройства целесообразно экономическим крите-риям конструирования, изготовления и эксплуатации.

1.Расширенное техническое задание

Назначение изделия

Электронный «сторож», его основная функция – охрана мотоциклов от хищения, посредством сигнализации на какие либо вибрации внешней среды, то есть при возможном покушении на транспорт. Данное охранное устройство можно использовать и на других объектах, где объектом реагирования сигнализации также будет вибрация.

Структура изделия

Устройство состоит из следующих составных частей:

-печатная плата, на которой собраны основные узлы электронного «сторожа»;

-динамическая головка, сигнализирующая нарушение;

-датчик вибрации, расположенный на корпусе мотоцикла.

Устройство питается от аккумулятора мотоцикла, напряжение питания 12В.

Технические требования

-условия эксплуатации

температура окружающей среды 0С до +50С;

относительная влажность окружающего воздуха до 80%;

атмосферное давление 86,7 - 106,7 кПа (650 – 8000 мм рт. ст.).

-конструктивные требования

элементная база – дискретно-интегральная;

корпус автомата имеет разъемную конструкцию, что обеспечивает удобство обслуживания и безопасности эксплуатации;

масса, форма и габариты устанавливаются в процессе проектирования.

-условия транспортирования

транспортирование осуществляется любыми видами транспорта в упакованном виде, также необходима защита блока от дождя и снега.

-условия хранения

блок должен храниться при температуре окружающего воздуха от -5С до 40С и относительной влажности окружающего воздуха до 80% в помещении, не содержащем агрессивных газов, пыли и паров, вызывающих коррозию. По степени защиты от влаги изделие относиться к приборам обычного исполнения (ГОСТ 14087-80);

После хранения автомата в холодном помещении или после перевозки его в зимних условиях перед включением необходимо их прогреть до комнатной температуры в течение 3 – 4 часов.

Требования по надежности

-наработка на отказ, 5-20 тыс. часов

-интенсивность отказов, 10-5 – 10-8

-долговечность, 10 лет

-гарантийный срок, 1 год

Конструктивные требования

-использовать элементную и дискретную элементную базу;

-форма и размеры конструкции определить в процессе проектирования;

-использовать печатный и объемный монтаж;

-органы и выводы коммутации вывести на панель;

-цвет корпуса любой;

-материал корпуса определить в процессе проектирования;

-органы управления вывести на лицевую панель.

Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

-схема электрическая принципиальная ……………….А2;

-перечень элементов…………………………………….А4;

-спецификация…………………………………………..А4;

-схема компоновки радиоэлементов……………………А1;

-сборочный чертеж изделия ……………………………А2;

-сборочный чертеж печатной платы …………………...А2.

2.Анализ технического задания, электрической

схемы и оценка элементной базы.

Сравнительный анализ аналогов.

Был проведен поиск аналогов разрабатываемого устройства. Данная охранная система отличается от аналога Anaconda 600 своими возможностями. Anaconda 600 представляет собой многофункциональную автомобильную охранную систему с повышенным уровнем защиты и расширенными пользовательскими функциями, обеспечивающими удобства при ежедневной эксплуатации. Преимущества аналога перед разрабатываемым устройством: оснащен пультом дистанционного управления, сохранение служебного режима при перерывах питания, автоматическая установка охраны, если не было включено зажигание. Стоимость аналога Anaconda 600 лишком высокая, что препятствует широкому использованию подобного прибора. С экономической точки зрения разрабатываемая охранная система имеет более низкую себестоимость.

Анализ работы электрической схемы.

В устройстве применен датчик BQ1, основой которого служит пьезоизлучатель ЗП-22. При ударе по корпусу мотоцикла в датчике BQ1 возникает сигнал переменного тока, который поступает на вход компаратора, собранного на ОУ DA1. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Верхнее по схеме положение движка резистора R2 соответствует минимальной чувствительности устройства. Если амплитуда отрицательных полуволн сигнала датчика меньше напряжения на резисторе R2, транзистор VT1, работающий в режиме переключения, остается закрытым, а выходное напряжение на его коллекторе имеет низкий уровень. Как только амплитуда полуволн превысит напряжение на резисторе R2, выходное напряжение транзистора VT1 будет представлять собой последовательность прямоугольных импульсов. Диод VD1 увеличивает зону нечувствительности транзистора VT1.

Операционный усилитель DA1 работает в режиме максимального усиления. Ток потребляемый ОУ, зависит от тока, протекающего через вывод 8; резистор R5 нормирует этот ток. Если он находится в пределах 1,5…15мкА, тогда ток, потребляемый ОУ DA1, равен 36…170мкА.

Прямоугольные импульсы с коллектора транзистора VT1 поступают на вход S триггера DD1.1, что приводит к переключению его в единичное состояние. На прямом выходе триггера устанавливается высокий уровень. Последующие импульсы, поступающие с коллектора VT1 на вход S триггера, уже не изменяют его состояние.

Напряжение высокого уровня с выхода триггера DD1.1 через резистор R9 начинает сравнительно медленно заряжать конденсатор C1. Время его зарядки около 40с. Как только напряжение на конденсаторе С1, а значит и на входе R триггера достигнет порога переключения триггера в нулевое состояние, триггер переключится и на прямом выводе установится низкий уровень, если к этому моменту закрылся транзистор VT1 и на вход S триггера перестали поступать импульсы.

ОУ DA1 и триггер DD1.1 питаются от параметрического стабилизатора напряжения VD2R10.

Напряжение высокого уровня на прямом выходе триггера DD1.1 открывает транзистор VT2, и срабатывает реле K1. Через замкнувшиеся контакты К1.1, К1.2 поступает питание на сигнальное устройство собранное на музыкальном синтезаторе DD2.

Кроме музыкального синтезатора, оно включает в себя усилитель звукового сигнала DA2 и динамическую головку ВА1. Музыкальный синтезатор DD2 питается от отдельного параметрического стабилизатора VD4R12.

Усилитель сигнала ЗЧ DA2 питается непосредственно от аккумуляторной батареи мотоцикла. Резистор R13 предотвращает самовозбуждение усилителя. Цепь ОС образована элементами C5, R14, R15. Резистор R15 необходимо при налаживании подобрать так, чтобы достигнуть максимального коэффициента усиления. Динамическая головка BA1 подключена к усилителю через DA2 через разделительный конденсатор схемы DD1 соединены с общим проводом.

В дежурный режим устройство включают замыканием контакта SA1. Если попытаться после этого манипулировать рычагами управления, снять мотоцикл с подножки или сдвинуть его с места, сторож немедленно подаст тревожный сигнал. Он будет звучать около 40с, а за это время мелодия успеет прозвучать полностью. Затем, при условии, что внешние воздействия прекратились, охранная сигнализация перейдет в дежурный режим.

Оценка элементной базы.

Разрабатываемое устройство содержит следующие элементы:

-резисторы серии С2-33-0,125 постоянного сопротивления. Металлоэлектрический проводящий слой. Минимальная наработка – 20 000 ч. Срок сохраняемости – 15 лет. Диаметр вывода: С2-33-0,125 – dвыв = 0.6 мм;

-переменный резистор серии РП1-60. Резистор регулировочный, одинарный, однооборотный с круговым перемещением подвижной системы. Характер изменения сопротивления – линейный. Минимальная наработка – 20 000 ч. Срок сохраняемости – 20 лет. Крепится на печатную плату;

-конденсаторы типа К50-6, вариант Iа и IIв (оксидно-алюминиевые фольгированные полярные). Минимальная наработка – 5 000 ч. Диаметр вывода: К50-6 вариант Iа – dвыв = 0.9мм; К50-6 вариант IIв – dвыв = 0.6мм;

-транзистор типа КТ3102Б – биполярный кремниевый эпитаксиально-планарный транзистор, маломощный высокочастотный, n-p-n – типа. Постоянная рассеиваемая мощность – 250 мВт. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-транзистор типа КТ3107Б – биполярный кремниевый эпитаксиально-планарный транзистор, маломощный высокочастотный, n-p-n – типа. Постоянная рассеиваемая мощность – 250 мВт. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-диод типа КД522Б – кремневый. Диаметр вывода – dвыв = 0,5 мм. Стабилитрон типа КД212Ж – кремневый, планарный. Диаметр вывода – dвыв = 0,5 мм. Стабилитрон типа КС139А – кремневый, планарный, средней мощности. Диаметр вывода – dвыв = 0.7 мм.

-кварцевый резонатор типа RV-38, миниатюрный цилиндрический металлический корпус. Диаметр вывода – dвыв = 0,3 мм;

-реле РЭС60 – герметичное, двухпозиционное, одностабильное, для коммутации цепей постоянного и переменного тока частотой 50…100Гц. Паспорт РС4.569.435-02. Диаметр вывода – dвыв = 0,6 мм;

-микросхема К140УД12 – микромощный операционный усилитель с регулируемым током потребления и защитой выхода от коротких замыканий в нагрузке, тип корпуса 301.8-2. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-микросхема К176ТМ2 – логический элемент, RS-триггер. Размещена в корпусе типа 201.14-8. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-микросхема УМС8 – синтезатор, запрограммированный на 8 мелодий. Размещена в корпусе типа 201.14-8. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-микросхема TDA 2003 – операционный усилитель. Постоянная рассеиваемая мощность 4,5Вт, работает в диапазоне 3000 – 15000Гц. Диаметр вывода – dвыв = 0.5 мм;

-динамическая головка 3ГДВ-1, ГОСТ 9010-73;

-кнопка малогабаритная КМД1-I.

Основные конструктивные параметры элементной базы.

Таблица 1

Элементы	Установочная площадь одного элемента, мм^2	Количество элементов	Диапазон температур, С
Резисторы С2-33-0,125	58,75	14	-60..+155
Конденсаторы К50-6-10мкФ К50-6-220мкФ К50-6-470мкФ	81 465,5 640,5	1 3 2	-40..+70 -40..+70 -40..+70
Транзисторы КТ3102Б КТ3107Б	53,876 37,05	1 1	-40..+85 -40..+90
Диод КД522Б Стабилитрон КС212Ж КС139А	77 82,25 261,25	2 1 1	-60..+125 -60..+125 -60..+100
Реле РЭС60	109,65	1	-50..+110
Кварцевый резонатор RV-38	30,25	1	-10..+60
Микросхема К140УД12	132,25	1	-10..+70
Микросхема К176ТМ2	189	1	-40..+85
Микросхема УМС8	189	1	-10..+70
Микросхема TDA2003	120,75	1	-40..+150
Динамическая головка 3ГДВ-1	4000	1	-70..+100
Кнопка малогабаритная КМД1-I	319,2	1	-60..+100

На основе анализа температурных параметров радиоэлементов получается, что температурный диапазон работы устройства входит в 0⁰С до +50⁰С.