Проектирование конкурентоспособных изделий

         Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………………….3

1 Техническое задание…………………………………………………………………………..5

2 Анализ технического  задания. Информационный поиск…………………………………...7

2.1 Выбор и обоснование  порядка, методики маркетингового  исследования……………………………………………………………………………………..7

2.2 Анализ потенциальных  конкурентов………………………………………………………8

2.3 Поиск предприятия…………………………………………………………………………13

3. Разработка конструкции……………………………………………………………………..14

3.1 Выбор схемы………………………………………………………………………………..21

3.2  Выбор конструктива……………………………………………………………………….22

3. Обоснование элементной базы…………………………………………...........................22

5.   Конструирование корпуса………………………………………………………………….32

6.Расчет себестоимости  изделия………………………………………………………………35

  Заключение……………………………………………………………………………………38

 Литература……………………………………………………………………………………...39

Приложение

Анкеты респондентов

Схема электрическая принципиальная

Плата печатная

Сборочный чертеж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Обычные пальчиковые батарейки  или аккумуляторы сегодня являются, пожалуй, самым распространённым источником автономного питания в мире. Попробуйте посчитать, сколько батареек подобного  типа используется у вас дома? Начиная  с пультов ДУ и заканчивая фотоаппаратами, рациями и детскими игрушками.

Аккумуляторы имеют свойство разряжаться, а для того, чтобы  они вам дольше прослужили, заряжать их надо правильно - не перезаряжать, время  от времени проводить цикл разрядки/зарядки, а в случае выхода из строя одного из аккумуляторов - выявить и заменить его, вместо того, чтобы менять все.

В  настоящее  время  для  питания  портативной  аппаратуры  используется  несколько видов  аккумуляторов:  никель-кадмиевые (NiCd),  никель-металл-гидридные (NiMH),  литий-ионные (Li+),  литий-полимерные (Li-Polymer).  В последнее время все большее распространение получают Li+  аккумуляторы.  Причин  этому несколько:  они имеют большую удельную  емкость,  низкий  саморазряд,  способны  отдавать  большие токи  при разряде. Li-Polymer аккумуляторы обладают еще одним преимуществом: технологически их можно изготовить  любой формы,  аккумулятор может быть  сверхплоским,  толщиной  всего несколько миллиметров,  и даже  иметь сложную форму,  заполняя  собой все свободное пространство внутри устройства. К сожалению, Li+  аккумуляторы, производимые разными фирмами (и даже одной фирмой, но для разных моделей устройства) имеют разные размеры и несовместимы между собой. Теряется такое важное качество, как взаимозаменяемость. С одной стороны,  это позволяет создавать более компактные  устройства,  разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая.  Но  в то  же  время это вызывает  ряд неудобств. Если,  например,  требуется второй  аккумулятор для того  или иного устройства, возникают определенные  проблемы:  нужно найти точно такой же  аккумулятор той же фирмы,  причем  стоимость его будет довольно  высокой,  поскольку нет предложений от конкурентов. То же касается и зарядных устройств: для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое «фирменное» зарядное  устройство.

Потребители  хотят  иметь  выбор  и  часто голосуют  кошельком  против  такого  подхода,  покупая  устройства,  работающие  на стандартных  аккумуляторах  размера AA  или AAA. Такие  аккумуляторы  намного  дешевле, широко представлены на рынке,  а в  экстренных  случаях могут быть  заменены щелочными батарейками,  которые  имеют  такой  же  форм-фактор.  Как  недостаток  можно  назвать  их несколько  меньшую  удельную  емкость   и  несколько  меньшую  компактность  устройств, использующих  такие  аккумуляторы.  Но  есть  и  важное  преимущество:  если  во  всех устройствах  используются  аккумуляторы  форм-фактора AA  или AAA,  достаточно  одного зарядного устройства.

Если аккумуляторы не полностью  заряжать, а при эксплуатации не до конца разряжать, то может происходить  сульфатация батареи (уменьшение емкости). Особенно сильной сульфатации подвержены Ni-Cd и меньшей степени Ni-Mh аккумуляторы. Хранить данные аккумуляторы желательно в разряженном до 0,6...1,0 В состоянии, а перед эксплуатацией заряжать.

Неполная разрядка и перезарядка  приведут к достаточно быстрому выходу из строя аккумулятора, и грешить на производителя по причине низкого качества изделия, мягко говоря, некорректно.

Для увеличения срока эксплуатации и предотвращения сульфатации аккумуляторов разработано зарядно-разрядное автоматическое устройство с возможностью визуального контроля напряжения и длительности заряда-разряда. В устройстве также предусмотрена зарядка аккумуляторов мобильной техники через порт USB.

Отличительная особенность  от ранее встречавшихся в литературе устройств состоит в импульсном режиме заряда-разряда. В схеме отсутствуют нагревающиеся элементы, вследствие чего КПД устройства достаточно высок.

Темой данного курсового  проекта  является разработка интеллектуального зарядно-разрядного устройства с функцией визуального контроля выходных параметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Техническое  задание

 

Данное изделие должно соответствовать следующим требованиям:

 

1.1Основные параметры и характеристики.

Номинальное входное напряжение …..~110-250В 50 Гц или 12В(постоянное)

Номинальное выходное напряжение….1-5В±0.1%

Габаритные размеры … 134х173х71

Формат заряжаемых аккумуляторов АА,AAA, USB

Тип аккумуляторов Ni-MH, Ni-Cd, Li+, Li-Polimer

Контроль температуры аккумуляторов

          Автоматическая установка зарядного тока

Автоматический останов заряда, режим разряда

Защита от обратной полярности и короткого замыкания, установки неисправного

аккумулятора или обычной батарейки

Индикация: ЖК дисплей, световые индикаторы

Вес 300г.

 

         1.2Назначение проектируемого устройства.

Согласно техническому заданию (ТЗ), разрабатываемое устройство предназначено  для эффективной  зарядки-разрядки Ni-Cd ,Ni-Mh, Li+, Li-Polimer аккумуляторных батарей, а также мобильных устройств через порт USB  в импульсном режиме с функцией визуального контроля напряжения и длительности заряда-разряда.

        1.3 Требования к надежности

Средняя наработка на отказ не менее 20000 ч.

Срок службы аппарата – 3 года.

1.4 Требования к конструкции

Климатическое исполнение

Поскольку зарядное устройство предназначено для работы, в основном в помещении или в салоне автомобиля, степень защиты должна быть не менее IP 20.

 

Требование к воздействию механических ударов

Данное изделие изготовить в корпусе из ударопрочного пластика. Ударная вязкость пластика не должна быть менее 10 кДж/м2.

1.5 Требования эргономики.

 Корпус зарядного устройства для аккумуляторов не должен иметь острых углов.

На лицевой панели зарядного устройства должны находиться  кнопки управления и широкий дисплей, под специальным наклонным направлением который позволяет видеть и управлять параметрами заряда сидя прямо за столом, иметь вес, который сводит к минимуму  скольжения корпуса устройства по покрытию при нажатии кнопок.

1.6 Экономические требования

Ориентировочная стоимость изделия должна составлять 2000 руб.

1.7 Требования к безопасности

Требования безопасности по ГОСТ Р МЭК 60335-2-29-98 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Дополнительные требования к зарядным устройствам батарей и методы испытаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ технического задания. Информационный поиск.

2.1 Образ покупателя.

Автоматическим зарядным устройством могут пользоваться почти все категории граждан, имеющие какую-либо мобильную технику. Особенно оно полезно для тех, кто часто ездит в командировки по стране и не желает возить собой все зарядные устройства мобильной техники (фотоаппарат, сотовый телефон, планшетный компьютер и т.п.) При сборе данных была выбрана методика коммуникации. Была составлена анкета (см. в приложении) , было опрошено несколько респондентов. По результатам анкетирования пришли к выводу, что техническое задание проекта полностью совпадает с результатом маркетингового исследования.

После утверждения технического задания на проект нами было составлено техническое предложение на автоматическое зарядное устройство:

Номинальное входное напряжение …..~110-250В 50 Гц или 12В(постоянное)

Номинальное выходное напряжение….1-5В±0.1%

Габаритные размеры … 134х173х71

Формат заряжаемых аккумуляторов АА,AAA, USB

Тип аккумуляторов Ni-MH, Ni-Cd, Li+, Li-Polimer

Автоматическая установка зарядного тока

Автоматический останов заряда, режим разряда

Защита от обратной полярности и короткого замыкания, установки неисправного 

аккумулятора или обычной батарейки

вес 300г.

Степень защиты IP20

      контроль выходных параметров на графический индикатор:

  -меню  контроля температуры аккумуляторов

   -меню выбора типа аккумуляторных батарей:

  0.1 а/ч, 0.25 а/ч, 0.7 а/ч,  1 а/ч, 1.6 а/ч, 2.1 а/ч;

- меню выбора заряда  разряда аккумуляторных батарей;

- меню рабочего режима  заряда или разряда с отображением  времени заряда/разряда;

- порог остановки разрядки  батареи  U_зар < 1В;

- порог остановки заряда  батареи U _зар > 1560 мВ, либо t_зар > 13 ч ;

- окончание заряда t_зар > 15 мин, если U_акк = const;

- обеспечение необходимых  команд для перемещения по  меню и ввода режима работы.

2.2 Анализ потенциальных  конкурентов

2.2.1 Зарядное устройство TechnoLine BC-700

Зарядное устройство TechnoLine BC-700 относится к классу интеллектуальных зарядных устройств.

 

Характеристики  TechnoLine BC-700

-4 слота для аккумуляторов

-форматы AA и AAA

-поддержка NiCd и NiMH аккумуляторов

-ёмкость до 3000 мАч.

-Ток зарядки - 200, 500 или 700 мА

Функции:

-Датчики перегрева для предотвращения перезарядки аккумуляторов

-Определение повреждённых аккумуляторов

-Разрядка аккумуляторов

-Оживление старых аккумуляторов несколькими циклами зарядки/разрядки

-Тестирование - определение ёмкости аккумуляторов

Информация:

-Ток зарядки, время зарядки (затраченное)

-Напряжение элементов

-Заряженная ёмкость

-Питание от сети 220-240 В 50 Гц

-Вес 500г.

-Цена ~ 2300 рублей

К плюсам данного устройства можно отнести: датчик перегрева  аккумуляторов, оживление старых аккумуляторов  циклами заряд/разряд. К минусам: нет выхода USB для зарядки мобильной техники, нет индикации заряда, ручная установка тока заряда, питание от сети 220-240В которое говорит, что зарядное устройство не является импульсным, большой вес (500гр.), высокая цена (2300 руб).

2.2.2. Зарядное устройство Robiton SmartCharger Plus

 

Зарядное устройство предназначено для зарядки:

-Ni-MH/NI-Cd аккумуляторов

-Питается от 12 В постоянного тока или 220В переменного

Описание:

-ЖК дисплей наглядно отображает состояние заряжаемых аккумуляторов

-Уникальный микропроцессорный контроль и наблюдение за   процессором заряда

-Автоматическое определение полярности и напряжения батарей

-Быстрый заряд с автоматическим отключением

-Защита от переполюсовки, защита от перезаряда

-Восстановление глубокоразряженных аккумуляторов

Технические характеристики:

-Вход: 100 -240В ~ 50/60Гц, 12В DC

-Зарядный ток: Li-Ion: 3,7-3,8В - 900мА, Li-Ion: 4,2-4,3В - 900мА, Li-Ion: 8,4-8,6В - 900мА

-Ni-MH/Ni-Cd: АА и ААА 2 х 1,4В - 900мА, 9В - 100мА

-Цена ~ 2700 рублей

К плюсам данного устройства можно отнести: питание как от сети 220В, так и от автомобильной  сети 12В, наличие ЖК-дисплея, автоматическое определение полярности, защита от переплюсовки. К минусам данного устройства можно отнести: зарядка только Ni-MH/NI-Cd аккумуляторов, высокая цена (2700 руб).

2.2.3 EG-BC-002 Интеллектуальное зарядное устройство

Особенности:

-Интеллектуальное управление быстрым зарядом и контроль состояния аккумуляторов

-Заряжает любое количество аккумуляторов от 1 до 4 штук одновременно

-Жидкокристаллический индикатор процесса заряда

-Функция "Обновление" для восстановления емкости старых аккумуляторов

-Контроль напряжения и температуры с защитой от перегрева

Технические характеристики:

-Питание: AC 100-240В 50/60Гц

-Входной DC разъем под однопиновый 2мм штекер: для адаптера 12В 1.25A (в комплект не входит)

-Поддерживает аккумуляторы Ni-MH или Ni-Cd: размера ААА до 4 шт.

-На выходе: DC1.4В 1000мА для батареек АА; DC1.4В 700мА для ААА батареек

-Размеры (LxHxW): 128х78х37мм

-Вес: 0.3 кг.

-Цена ~1700 рублей.

К плюсам данного устройства можно отнести: ЖК-дисплей для  отображения информации, контроль напряжения и температуры с защитой от перегрева, малый вес. К минусам  данного устройства можно отнести: возможна зарядка только аккумуляторов  Ni-MH или Ni-Cd, нету питания от автомобильной сети, плохо читаемы показания ЖК-дисплея.

Проанализировав рынок потенциальных  конкурентов сведем параметры аналогичных устройств в таблицу:

	TechnoLine BC-700	Robiton SmartCharger Plus	EG-BC-002	наш проект
Фото
Страна, производитель	Германия, technoline.de	Россия, robiton.ru	Европа, Gembird Europe BV - gmb.nl	Россия
Габбаритные размеры, мм	75x129x37,2	-	128х78х37	134x173x71
Форматы	AA и AAA	AA и AAA	AA и AAA	AA и AAA,USB
Тип аккумулятора	Ni-MH, Ni-Cd	Ni-MH, Ni-Cd	Ni-MH	Ni-MH, Ni-Cd,Li+,Li-Polimer
Ток зарядки, мА	200, 500, 700	100, 900	700, 1400	Автоматический
Контроль температуры  аккумуляторов	Есть	Нет	Есть	Есть
Автоматический останов  заряда	Есть	-	-	Есть
Индикация	ЖК дисплей	ЖК дисплей	ЖК дисплей	ЖК дисплей, Светодиодные индикаторы
Контроль параметров	нет	Есть	Есть	Есть
Режим разряда	Есть	Нет	Нет	Есть
Кол-во слотов	4	2	4	2
Питание	100-240 В, 50/60 Гц	100 -240В ~ 50/60Гц, 12В DC	100-240В 50/60Гц	100-240В 50/60Гц 12DC
Вес, г	500	250	300	300
Цена в рублях	2300	2700	1700	~2000