Розробка системи подачі електроживлення за розкладом

МІНІСТРЕТСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Установа освіти «Гомельський державний дорожньо-будівельний коледж ім. Ленінського комсомолу Білорусі »

Відділення: «Електронні обчислювальні засоби»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До дипломного проекту

Розробка системи подачі електроживлення за розкладом

Учень групи ЕВС-42 Р.В. Сувалов

Керівник Д.С. Мінін

Консультант з економічного розділу

Л.П. Дворак

Гомель, 2010

Зміст

Введення

1. Розрахунково-проектувальний розділ

1.1 Призначення і область застосування проектованого пристрою

1.2 Розробка структурної схеми

1.3 Розробка функціональної схеми

1.4 Розробка принципової схеми

1.4.1 Розрахунок вузлів та блоків

1.4.2 Вибір елементної бази

1.4.3 Опис принципу дії

1.4.4 Розрахунок споживаної потужності

2. Конструкторсько-технологічними розділ

2.1 Розробка друкованої плати

2.2 Вибір способу виготовлення друкованої плати

2.3 Розробка компонування пристрою

2.4 Пошук і усунення несправностей

3. Економічний розділ

4. Охорона праці

5. Енерго-і матеріалосбереженіе

6. Охорона навколишнього середовища

Висновок

Введення

Написання дипломного проекту і подальша його захист є заключною стадією навчання в середніх спеціальних навчальних закладах. Дипломний проект є узагальнюючою перевіркою всіх знань накопичених за час навчання в технікумі. Він охоплює такі предмети як: економіка, схемотехніка ЕОМ, екологія, енергозбереження та деякі інші предмети, характерні для відділення «Обчислювальна техніка». Темою дипломного проекту є розробка, якого або електронного пристрою, в даному випадку пристрій подачі електроживлення за розкладом. Для розробки пристрою потрібні знання теорії, підкріпленої практичним досвідом. Розробка пристрою включає в себе:

1. Вибір і обгрунтування елементної бази.

2. Розробка структурної схеми.

3. Розробка принципової схеми.

4. Розрахунок вузлів та блоків.

5. Вибір ІМС і радіоелектронних елементів.

6. Розрахунок споживаної потужності.

7. Розрахунок швидкодії.

Для практичного виконання пристрою потрібні практичні навички, отримані при проходженні практик:

1. Електромонтажна.

2. Електровимірювальна.

3. Виробничо-технологічна.

4. Переддипломна.

Навички, отримані при проходженні електромонтажної практики (пайка, нанесення друкованого монтажу на плати, травлення плат) потрібні для виготовлення друкованої плати пристрої та припаювання мікросхем і радіоелементів до друкованого монтажу.

Навички, отримані при проходженні електровимірювальної практики потрібні для пошуку і усунення несправностей в готовому пристрої.

Навички, отримані під час проходження виробничо-технологічної практики, потрібні для виготовлення і перевірки на працездатність пристрою, але з використанням знань досвідчених інженерів-електроніків, що дозволяє скоротити витрачається час на виготовлення пристрою і пошук несправностей в ньому.

Переддипломна практика потрібна в основному для збору та підготовки матеріалів до дипломного проекту.

Після написання та захисту дипломного проекту молоді фахівці можуть приступати до трудової діяльності.

1. Розрахунково-проектувальний розділ

1. Призначення та області застосування проектованого пристрою

Тема мого дипломного проекту «Розробка системи подачі електроживлення за розкладом». Цей пристрій призначений для автоматичного регулювання освітленням в приміщенні або на вулиці. Розроблюване мною пристрій може знайти застосування в навчальних закладах або на виробництві.

2. Розробка структурної схеми

Розробка структурної схеми є початковим етапом проектування будь-якого електронного пристрою.

Структурною називається схема, яка визначає основні функціональні частини виробу і зв'язки між ними. Структурна схема лише в загальних рисах розкриває призначення пристрою і його функціональних частин, а також взаємозв'язки між ними, і служить лише для загального ознайомлення з виробом.

Складові частини проектованого пристрою зображуються спрощено у вигляді прямокутників довільної форми, тобто з застосуванням умовно-графічних позначень. Усередині кожного прямокутника, функціонального вузла пристрою, вказані найменування, які дуже коротко описують призначення конкретного блоку. Структурна схема розробляється пристрої для автоматизації управління освітленням, представлена ​​на рис.1.

Структурна схема розробляється устройуства складається з наступних блоків:

Рис. 1 Структурна схема

«Блок управління» - призначений для управління сервісом і тимчасовими затримками в автоматичному режимі.

«Реле часу» - цей блок призначений для відліку часу.

«Об'єкт управління» - здійснює декодування інформації в двійковий код і, порівнюючи вихідну і декодувати інформацію, видає сигнал про помилку, при наявності такої.

«Блок живлення» - здійснює електроживлення всіх складових частин навчального стенду.

На підставі даної схеми розробляються інші типи схем, які мають більш конкретну спеціалізацію і набагато більш докладно описують принцип дії пристрою.

3. Розробка функціональної схеми

Наступним етапом проектування даного пристрою є розробка його функціональної схеми. Функціональна схема повинна більш детально розкривати внутрішній устрій найбільш важливих блоків і вузлів пристрою автоматичного включення освітлення.

Для реалізації необхідних функцій і вище наведеної структурної схеми пропоную використовувати мікроконтроллер виробництва Microchip Technology Inc як самий простий і доступний з представлених на ринку. Крім того, його використання дозволить істотно спростити процес проектування самого пристрою, зробити його виготовлення дуже простим завданням.

Зважаючи на використання такого рішення, пропоную наступну схему розподілу функцій по компонентах системи:

У даному пристрої передбачена можливість перемикання в трьох режимах. Функціональна схема показує основні принципи функціонування пристрою автоматичного включення освітлення та структуру найбільш важливих його блоків, що істотно спрощує побудову принципової схеми.

4. Розробка принципової схеми

1.4.1 Розрахунок вузлів та блоків

Для мікросхем використовуються стандартні підключення.

Зрозуміло, що струм при такому включенні буде незначний, тому не потрібно включення обмежує резистора в ланцюзі транзистора VT1.

Розрахуємо обмежує резистор в ланцюзі транзистора VT2. Максимальний струм для транзистора - 30 мА. Виходячи з цього, виберемо робочий струм 20 мА. Тоді за законом Ома:

R = U / I = 5 / 0,02 = 250 Ом.

При цьому струмі виділяється потужність складе:

P = UI = 5 * 0,02 = 0,1 Вт.

У ланцюзі харчування, паралельно мікроконтролеру повинен бути включений керамічний конденсатор номіналом 0,1 мкФ.

Далі, у відповідності зі стандартним підключенням.

R2 = 22 МОм, 0,125 Вт

R3 = 510 кОм, 0,125 Вт

ZQ1 = 32 кГц

С1 = 62 пФ

С2 = 3 .. 15 пФ

С3 = 4 .. 20 пФ

С4 = 12 пФ

ZQ2 = 1 МГц.

2. Вибір елементної бази

Вибір мікроконтролера був продиктований його функціональними можливостями, які є оптимальними для системи, що розробляється, а також його порівняно низькою вартістю.

Вибір мікросхеми PIC12F675 був обумовлений тим, що вона містить всі необхідні моїй системі компоненти в максимально інтегрованому вигляді.

Вибір реле був продиктований рівнем напруги, що управляє і коммутируемой потужністю. Останній параметр був значний, і чим вище він був, тим краще. Тим більше електро-лампочок можна було підключити. Я використовував реле з максимальним струмом в 5 А, що на мій погляд більш ніж достатньо навіть для великої кількості лампочок.

Всі конденсатори повинні витримувати напругу 10 В. Резистори, крім R17, потужність 0,125 Вт. R17 - 0,25 Вт.

Ключ S1 - з фіксацією в обох положеннях.

Ключ SB1, SB2 та SB3 - кнопки без фіксації в натиснутому стані або ключ. Повинна витримувати напругу 220 В і струм 5 А.

2. Опис принципу дії

При розробці принципу дії даного пристрою, я вирішив відмовитися від використання реального часу і контрольних точок. Розробка пристрою з цього шляху була б невиправдано складною і витратною. Тому я вирішив використовувати принцип таймера і реалізувати схему з використанням мікроконтролера PIC12F675.

Принцип дії заснований на трьох режимах:

1. Ручне управління освітленням під'їзду за таймером (1-60минут). Перемичка S1 у нижньому за схемою положенні. Включення виконавчого реле К1 здійснюється за допомогою кнопок управління і підсвічування (включених паралельно) та розташованих на кожному поверсі під'їзду.

2. Автоматичне керування вуличним освітленням. Для цього необхідно замкнути контакти роз'єму Х2. Поріг включення виконавчого реле К1 налаштовується за допомогою сервісної кнопки SB3 (перемичка S1 у нижньому положенні).

3. Програмований (1-60 хвилин) таймер для управління виконавчим реле К1. Налаштування часу витримки проводиться за допомогою сервісної кнопки SB3 при підключенні перемички S1 у верхнє положення. Включення таймера здійснюється кнопками управління і підсвічування, які підключаються до роз'єму Х2, перемичка S1 повинна в цьому випадку перебувати в нижньому положенні. Контакти роз'єму Х3 в цьому режимі, як настройки, так і роботи повинні бути замкнуті. Налаштування порогу включення виконавчого реле в цьому режимі (з замкнутими контактами роз'єму Х3) також необхідна.

2. Розрахунок споживаної потужності

Споживаний струм мікроконтролера, у відповідності з технічною документацією, в робочому режимі становить 0,3 мА. При напрузі живлення 12 В. Розрахуємо потужність:

P = UI = 12 * 0,0003 = 0,0036 Вт

Струм на резисторах R1-R7 незначний, тому приймемо споживану ними потужність лише 0,05 Вт

Разом споживана потужність схеми:

P = 0,05 + 0,0036 = 0,0536 Вт

2. Конструкторсько-технологічний розділ

2.1 Розробка друкованої плати

Друкована плата була розроблена на основі принципової схеми за допомогою програми RuLay. Нижче наведено її малюнок:

Рис. 4 Друкована плата. Реальний розмір плати 5х7см.

2.2 Вибір способу виготовлення друкованої плати

Друковані плати являють собою діелектричну основу з нанесеним на неї струмопровідним малюнком (друкованим монтажем) та отворами для монтажу елементів.

Друкований монтаж - це нанесення на ізоляційне підставу тонких електропровідних покриттів (друкованих провідників), що виконують функції монтажних проводів для з'єднання елементів схеми.

Друковані плати служать для розміщення та закріплення елементів пристрою на одній підставі, а друкарський монтаж забезпечує зв'язок між цими елементами відповідно до принципової схемою пристрою.

Поряд з традиційним провідним монтажем друковані плати є основним етапом у підготовці пристрою до виробництва і мають ряд переваг, тобто вони дозволяють:

• Збільшити щільність монтажних з'єднань і можливість мініатюризації компонування радіоелементів і блоків всередині пристрою;

• Організувати виготовлення друкованих провідників та електрорадіоелементів в одному технологічному циклі;

• Гарантована стабільність і повторюваність електричних характеристик;

• Підвищена стійкість пристрою до кліматичних та механічних впливів;

• Провести уніфікацію конструкторських і технологічних рішень;

• Збільшити надійність;

• Організувати комплексну автоматизацію робіт з виготовлення пристрою;

За конструктивним виконанням всі друковані плати можна підрозділити на: односторонні, двосторонні, одношарові і багатошарові.

Односторонні друковані плати являють собою діелектричне підставу, на одній стороні якого виконаний друкований монтаж, а на іншій стороні розміщуються елементи пристрою.

У двосторонніх друкованих плат друкований монтаж виконаний на двох сторонах, а перехід струмопровідних ліній здійснюється металізованими контактними отворами. Таке виконання друкованої плати дозволяє забезпечити велику щільність розміщення друкованих провідників.

Багатошарові друковані плати складаються з чергуються шарів матеріалу з проводять малюнком, з'єднаних клейовими прокладками в монолітне основу шляхом пресування. Таке виконання друкованої плати дозволяє забезпечити найбільшу щільність і надійність друкованого монтажу, що в свою чергу дозволяє зменшити габаритні розміри друкованої плати.

Тепер розглянемо більш детально методику нанесення струмопровідного малюнка на підкладку друкованої плати. Існує кілька способів:

1 хімічне травлення;

2 Електрохімічне осадження;

3 Комбінований.

Найбільш поширеною з цих методів є метод хімічного травлення.

Організація процесу хімічного травлення фольгированного матеріалу здійснюється за допомогою спеціально виготовлених для цих цілей хімічних складів. Існує широка номенклатура таких реактивів, більшість з яких досить легко можна виготовити навіть у домашніх умовах. Найбільш простими способами травлення фольгированного матеріалу в процесі виготовлення друкованої плати є:

1 Ділянки фольги, які на отриманому малюнку повинні залишитися у вигляді провідників, покривають нітролаком, або клеєм БФ, підфарбованим декількома краплями чорнила. Після висихання фарби малюнок перевіряють на відповідність кресленню і при необхідності корегують його. Потім у склянці холодної води розчиняють 4 - 6 таблеток перекису водню і обережно додають 15 - 25 мл концентрованої сірчаної кислоти. Розчин виливається в скляну або керамічну ємність, у яку міститься плата. Час травлення у цьому розчині приблизно 1 годину.

2 Розчин хлорного заліза у воді: у 200 мл води розчиняють 150 г хлорного заліза в порошку. Для приготування хлорного заліза беруть 9%-ву соляну кислоту і дрібні залізні ошурки. На 25 об'ємних частин кислоти беруть одну частину ошурки. Тирса засипають у відкриту судину з кислотою і залишають на кілька днів. Через 5 - 6 днів розчин забарвиться в жовто-бурий колір, що означає готовність розчину до застосування.

3 Травлення плати в концентрованому розчині азотної кислоти займає 1 -5 хвилин, але вимагає обережності. Після травлення плату ретельно промивають водою з милом.

Існує також механічний спосіб виготовлення друкованої плати без застосування хімікатів. Даний процес здійснюється наступним чином: необхідних розмірів плату вирізують з фольгированного матеріалу, свердлять всі необхідні отвори і наносять на неї малюнок друкованого монтажу. Контури обводять гострим шилом. Фольгу з там, де це необхідно знімають за допомогою різака. Для виготовлення плати середньої складності наведеним способом витрачається 1,5 - 2 години. При застосуванні цього методу незначно погіршує якість плати.

Для виготовлення друкованої плати, я буду використовувати метод травлення в хлорному залозі. Цей метод обраний з-за своєї доступності і простоти виконання. Нанесення малюнка доріжок буде здійснено шляхом переносу тонера з роздруківки на термобумаге. Це дозволить істотно підвищити якість виготовлення друкованої плати, в порівнянні з методом ручного перенесення.

2.3 Розробка компонування пристрою

Пристрій можна виконати у вигляді коробки габаритними розмірами 13х11х8 см. На кришці пропоную розмістити кнопки. У корпусі слід передбачити отвір для підключення блоку живлення і можливість установки елементів живлення для мікросхеми К176ІЕ12. В якості такого елемента живлення можна використовувати батарейку типу «Крона». Нижче наводжу приблизний малюнок компонування пристрою.

Рис. 5 Компонування

2.4 Пошук і усунення несправностей

У цьому пристрої використовується мінімум елементів, схильних до старіння, чиї характеристики погіршуються з плином часу. Це є фактором, що істотно підвищує надійність системи. У місці з тим, з метою здешевлення і спрощення пристрою, я відмовився від індикації. Це дещо ускладнює процес пошуку несправностей, якщо вони все ж таки виникнуть. Тому для того, щоб виявити несправність з великою часткою ймовірності буде потрібно осцилограф.

У число деталей, схильних до старіння, входять конденсатори, які в цій системі здебільшого входять у стандартне підключення кварцового резонатора. Їх старіння може призвести до зниження точності відліку часу. Для усунення цього ефекту можна користуватися будівельних конденсаторами, для компенсації втраченої ємності.

Під час пошуку та усунення несправностей, пропоную користуватися наступною таблицею:

Табл. 1 Можливі несправності та методи їх усунення

3. Економічний розділ

У даному розділі буде розрахована вартість виготовлення пристрою для автоматичної подачі харчування в навчальних закладах. Для цього буде складена калькуляція собівартості виготовлення даного виробу в умовах підприємства РУП «Гомель ОТІ». Для розрахунків використано дані та норми витрат матеріалів цього підприємства. Ціни на покупні комплектуючі - роздрібні.

1. Розрахунок витрат на сировину й матеріали:

См = S Нi * Цi,

де См - вартість сировини і матеріалів, руб.;

Нi - норма витрати i-го матеріалу, в натуральних показниках;

Цi - ціна за одиницю виміру i-го матеріалу, грн.

Табл. 2 Витрати на сировину і матеріали