Содержание
1.Техническое задание на разработку платы датчика взлома двери. 0
2. Анализ структурной схемы. 2
3.Обзор литературных источников. 3
4. Анализ технического задания. Обоснование выбора электрической схемы. 15
Принцип работы датчика взлома двери.
5. Анализ элементной базы. 17
6. Расчет надежности функционального узла. 28
7. Описание и расчет конструкции функционального узла. 37
Конструктивно - технологическое проектирование и расчет печатной платы.
• Определение площади платы. 39
• Определение минимального диаметра металлизированного отверстия.
• Определение минимального диаметра контактной площадки.
• Расчет ширины проводников. 40
• Определение минимального расстояния между двумя проводниками.
• Определение минимального расстояния между проводником и контактной площадкой.
• Размещение РЭ на печатную плату. 41
• Трассировка печатных проводников. 42
• Расчет вибропрочности печатной платы.
• Расчет изгибающего напряжения при воздействии линейного ускорения.
• Расчет теплового режима печатного узла. 45
8. Обоснование выбора экранирования . 48
9. Заключение . 49
10.Список литературных источников. 50
Приложение 1-Схема электрическая структурная.
Приложение 2- Схема электрическая принципиальная.
Приложение 3- Схема монтажа ЭРЭ (СБ).
Приложение 4- Печатная плата.
Приложение 5-Перечень элементов.
Приложение 6-Спецификация.
Техническое задание на разработку платы
датчика взлома двери
1. Наименование и область применения.
Датчик взлома двери предназначен для охраны жилого помещения от несанкционированного доступа .
2. Основание для разработки.
Основанием для разработки является задание на курсовой проект.
3. Цель и назначение разработки.
Целью данной разработки является создание, конструкторско-технологический и электрический расчеты печатной платы.
4. Источник разработки.
Источником разработки является схема электрическая принципиальная датчика взлома двери.
5. Технические требования.
5.1. Состав изделия и требования к разрабатываемому устройству.
Устройство изготавливается в виде отдельной печатной платы и содержит схему датчика взлома двери, состоящую из пяти элементов: сторожевого выключателя, одновибратора, буферного инвертора сигнала, генератора пьезосирены и пьезосирены.
5.2. Показатели назначения.
5.2.1.При попытке несанкционированного доступа сигнализатор вырабатывает импульс длительностью 7…8с.
5.2.2. Питание схемы осуществляется от внешнего источника питания напряжением +6…12В.
5.3. Требования к надежности.
Среднее время наработки на отказ – не менее 20000 часов.
5.4. Требования к технологичности.
Ориентированные на передовые приемы изготовления деталей и сборки.
5.5. Требования к уровню унификации и стандартизации.
Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.
5.6. Требования безопасности обслуживания.
Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре низкого напряжения ГОСТ 12.2.007-75.
5.7. Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.
Покупные изделия и материалы использовать без ограничений. Для изготовления платы используются покупные изделия.
5.8. Условия эксплуатации.
Климатическое исполнение УХЛ 3.1. ГОСТ 15150-69.
Температура рабочая -10…+60 С
Влажность воздуха (верхнее значение) 90% при 25 С
Атмосферное давление 600…800 мм рт.ст.
5.9. Требования к маркировке и установке.
Изделие должно содержать маркировку товарного знака, заводского номера, даты изготовления, органов управления, мест подключения. Изделие упаковывать в отдельную тару.
5.10. Требования к транспортированию и хранению.
Группа условий хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых отапливаемых помещениях.
Температура воздуха +1…+40 С
Относительная влажность воздуха 65% при 20 С
Атмосферное давление 84…106 кПа
Транспортировать автомобильным или железнодорожным транспортом в транспортной таре.
Расчет надежности функционального узла.
Основные положения.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.
Отказ - нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и внезапные.
Постепенный отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и конструкции.
Внезапный отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов (РЭ).
Все изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
В работе изделия существуют 3 периода.
1 - период приработки, характеризуется приработочными отказами.
2 - период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.
3 - период износа - внезапные и износовые отказы.
Понятие надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.
Качественные:
- безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки
- ремонтопригодность - свойство изделия, приспособленность к :
предупреждению возможных причин возникновения отказа
обнаружению причин возникшего отказа или повреждения
устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания
- долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)
- сохраняемость - сохранение работоспособности при хранении и транспортировке.
- вероятность безотказной работы:
-изд*t
Р = e , (1)
где е - основание натурального логарифма;
сх - интенсивность отказа схемы;
t - заданное время работы схемы.
- средняя наработка на отказ:
Тср. = 1/сх , (2)
- интенсивность отказа схемы:
изд. = nR + nC + ... + платы + пайки , (3)
где n - интенсивность отказов всех элементов данной
группы;
платы - интенсивность отказов печатной платы;
пайки - интенсивность отказа всех паек.
Надежность элементов функционального модуля является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации и от электрических нагрузок в схеме.
Коэффициент нагрузки:
- для транзисторов
K=Pc/Pc max , (4)
где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,
Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.
- для диодов
K=I/Imax , (5)
где I - фактически выпрямленный ток,
Imax - максимально допустимый выпрямленный ток.
- для конденсаторов
K=U/Uн , (6)
где U - фактическое напряжение,
Uн - номинальное напряжение конденсатора.
- для резисторов ,трансформаторов и микросхем
К=Р/Рн , (7)
где Р - фактическая мощность рассеивания на радиокомпоненте,
Рн - номинальная мощность.
При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность отказа увеличивается. Интенсивность отказа увеличивается так же, если радиокомпонент эксплуатируется в более жестких условиях: с повышенной температурой окружающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т. д.
В настоящее время наиболее изучено влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры.
Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей среды и нагрузки определяется по формуле:
=о* . (8)
Фактическая мощность резистора R1
P, Вт
0,056
Фактическая мощность резистора R2
P, Вт
0,05
Фактическая мощность резистора R3
P, Вт
0,066
Фактическая мощность резистора R4
P, Вт
0,029
Фактическая мощность резистора R5
P, Вт
0,061
Фактическая мощность резистора R6
P, Вт
0,016
Фактическая мощность резистора R7
P, Вт
0,087
Фактическая мощность резистора R8
P, Вт
0,044
Фактическое напряжение пьезокерамического излучателя звука BF1
U, В
4,32
Фактическая мощность , рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1
P, Вт
4,5
Фактический ток диода VD1 I , мА 200
Фактическое напряжение конденсатора С1
U, В
23,5
Фактическое напряжение конденсатора С2
U, В
34,02
Фактическое напряжение конденсатора С3
U, В
35,21
Фактическое напряжение конденсатора С4
U, В
21,4
Фактическое напряжение конденсатора С5
U, В
12,08
Фактическое напряжение микросхемы 1-К561ЛА7
U, В
6,24
Фактическое напряжение микросхемы 2-
К561ЛА7
U, В
5,78
Фактическое напряжение микросхемы 3-К561ЛА7
U, В
5,27
Фактическое напряжение микросхемы 4-К561ЛА7
U, В
6,15
Номинальная
мощность резистора R1
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R2
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R3
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R4
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R5
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R6
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R7
P, Вт
0,125
Номинальная мощность резистора R8
P, Вт
0,125
Номинальное напряжение пьезокерамического излучателя звука BF1
U, В
12
Максимальная мощность , рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1
P, Вт
8
Максимальный ток диода VD1 I , мА 200
Номинальное напряжение конденсатора С1
U, В
35
Номинальное напряжение конденсатора С2
U, В
50
Номинальное напряжение конденсатора С3
U, В
50
Номинальное напряжение конденсатора С4
U, В
25
Номинальное напряжение конденсатора С5
U, В
16
Номинальное напряжение микросхемы 1-К561ЛА7
U, В
10
Номинальное напряжение микросхемы 2-К561ЛА7
U, В
10
Номинальное напряжение микросхемы 3-К561ЛА7
U, В
10
Номинальное напряжение микросхемы 4-К561ЛА7
U, В
10
kR1 0,448 0 R1 0,5*10^7 R1 0,3 R1 0,15*10^7
kR2 0,4 0 R2 0,5*10^7 R2 0,22 R2 0,11*10^7
kR3 0,528 0 R3 0,5*10^7 R3 0,3 R3 0,15*10^7
kR4 0,232 0 R4 0,5*10^7 R4 0,18 R4 0,09*10^7
kR5 0,488 0 R5 0,5*10^7 R5 0,3 R5 0,15*10^7
kR6 0,128 0 R6 0,5*10^7 R6 0,18 R6 0,09*10^7
kR7 0,696 0 R7 0,5*10^7 R7 0,52 R7 0,26*10^7
kR8 0,352 0 R8 0,5*10^7 R8 0,22 R8 0,11*10^7
kC1 0,671 0 C1 1,4*10^7 C1 0,6 C1 0,84*10^7
kC2 0,68 0 C2 1,4*10^7 C2 0,6 C2 0,84*10^7
kC3 0,704 0 C3 1,4*10^7 C3 0,6 C3 0,84*10^7
kC4 0,856 0 C4 1,4*10^-7 C4 1 C4 0,6*10^-7
kC5 0,755 0 C5 2,4*10^-7 C5 0,9 C5 2,16*10^-7
kVD1 1 0 VD1 0,6*10^-7 VD1 1 VD1 0,6*10^-7
kVT1 0,562 0 VT1 4*10^-7 VT1 0,65 VT1 2,6*10^-7
kBF1 0,36 0 BF1 0,05*10^-7 BF1 20 BF1 1*10^-7
k ис1 0,624 0 ис1 0,8*10^-7 ис1 0,62 ис1 0,5*10^-7
k ис2 0,578 0 ис2 0,8*10^-7 ис2 0,62 ис2 0,5*10^-7
k ис3 0,527 0 ис3 0,8*10^-7 ис3 0,62 ис3 0,5*10^-7
k ис4 0,615 0 ис4 0,8*10^-7 ис4 0,62 ис4 0,5*10^-7
Интенсивность отказов изделия:
изд. = nR + nC + ... + платы + пайки = 46,59*10^7 (1/ч)
Вероятность безотказной работы за время Т = 1год (приблизительно 9000ч)
-изд*Т
Р = e = 0,995
Вероятность того , что в пределах заданной наработки возникнет отказ устройства:
Q(T) = 1- P(T), Q(T) = 0,005
Следует отметить, что время наработки на отказ Т=1/изд = 214638 ч, что превышает предусмотренные техническим заданием 20000 ч.
