Проектирование конкурентоспособных изделий

В режиме заряда также отображаются текущее напряжение на аккумуляторе и время заряда. Если по каким-либо причинам напряжение возрастет более 1560 мВ, либо время заряда превысит 13 ч, заряд прекратится. Окончание заряда произойдет, если в течение 15 мин напряжение на аккумуляторе не увеличивалось или снизилось. Причем напряжение во время заряда измеряется каждые 5 с и через 100 мс после отключения преобразователя заряда. Ток заряда не стабилизирован и составляет около 0,1 С. Так как ток заряда нестабилен, то емкость аккумулятора можно определить только приблизительно (C=t*i).

Налаживание устройства заключается в установке подстроечным резистором R57 опорного напряжения 4000 мВ на ножке 5 DD6. Затем устройство отключается из сети и запускается в тестовом режиме, для этого нажимают кнопку SB3 и включают сеть, на индикаторе при этом появится измеряемое напряжение на батарее GB1, GB2 и шунтах R41, R42. Подают в точку +GB1 или GB2 700 мВ от лабораторного источника питания и подстроечным резистором R1 добиваются показаний 700 мВ, затем устанавливают с лабораторного источника напряжение 1500 мВ и, корректируя сопротивление резистора, R3 добиваются показаний 1500мВ. При необходимости процедуру повторяют.

3.3.2 Выбор элементной базы

Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований изложенных в  техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании (блока  управления температурой и влажностью) и использовании в режимах, не превышающие допустимые режимы работы и налагаемые при  этом ограничения  в зависимости от элементов, не касаясь  схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.

Влияние Э.Д.С. шумов, коэффициентов  нелинейности, паразитных емкости и  индуктивности и др. должны учитываться  дополнительно исходя из конкретных условий применения.

Для правильного типа элементов  необходимо на основе требований к  установке   в   части    климатических,   механических   и   др.   воздействий проанализировать условия работы каждого элемента и определить: эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);

Значения параметров и  их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);

допустимые режимы  и  рабочие  электрические  нагрузки мощность,

напряжение, частота, параметры  импульсного режима и т.д.); показатели надежности, долговечности и сохраняемости;

- номинальное значение  параметров ЭРЭ согласно схеме  электрической принципиальной;

- допустимые   отклоненения   величин ЭРЭ   от их номинального значения;

• допустимое рассеивание мощности ЭРЭ;
• диапазон рабочих частот ЭРЭ*
• коэффициент электрической нагрузки
• б) эксплуатационные параметры:
• Диапазон рабочих температур;
• относительная влажность воздуха;
• давление окружающей среды;
• вибрационные нагрузки;

-другие (специальные) показатели. Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются:

• унификация ЭРЭ;
• масса и габариты ЭРЭ;
• наименьшая стоимость;
• надежность.

Выбор   элементной   базы   по   вышеназванным   критериям   позволяет 
обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации 
и унификации при выборе ЭРЭ, а также конструировании изделия позволяет 
получить следующие преимущества: - значительно сократить сроки и стоимость проектирования.

-сократить на предприятии-изготовителе номенклатуру применяемых 
деталей  и  сборочных единиц, увеличить применяемость и  масштаб производства.(19)

-исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭА т.е. упростить подготовку производства.

-  создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий.

-  улучшить эксплуатационную и производственную технологичность.

-  снизить себестоимость выпускаемого изделия.

Учитывая вышесказанное перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого устройства.

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого устройства приведена в приложении.

Проведем сравнительную  оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационных параметров ЭРЭ используемых в данных модулях.

Из   справочной  литературы  имеем  следующие данные  об  условиях эксплуатации микросхем:

интервал рабочих температур                                          -20…+65°С

многократное        циклическое       изменение

температуры                                                                        -20…+65°

относительная     влажность     воздуха    при

температуре 20°С до                                                                98% 

атмосферное давление                                                      0.67...31кПа

Сопоставляя заданные условия  эксплуатации прибора и условия  эксплуатации микросхем, заключаем, что  выбранные серии микросхем пригодны для эксплуатации в данных условиях.

Из справочной литературы  имеем следующие данные об условиях эксплуатации конденсаторов:

-температура окружающей  среды                                          -20…+70°С

• относительная влажность воздуха при 40°С                      до 98%
• тангенс    угла    потерь    при   нормальных климатических
• условиях                                                                               15…40%
• атмосферное давление                                            от0,67 до 31кПа

-  минимальная наработка  при температуре 70°С                 20000 часов

-  срок сохраняемости                                                                5 лет

Сопоставляя заданные условия  эксплуатации прибора и условия  эксплуатации конденсаторов, заключаем, что выбранный тип пригоден для  эксплуатации в данных условиях

Из справочной литературы имеем данные об условиях эксплуатации применяемых в устройстве транзисторов К315Б:

граничная частота V_кб=50мА                                   не менее 3МГц

постоянное напряжение V_кэ при Rэб<3кОм                        40В

постоянный ток коллектора                                                ЗА

температура окружающей среды                            от213до398К

рассеиваемая   мощность   при  Т=213...338К, р<665Па    10Вт

Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации резисторов типа С2-33Н:

- интервал рабочих температур                        -60…+155°С

- относительная влажность  воздуха при температуре 40°С до98%

- давление окружающей  среды, мм. рт.ст.                      5…2280

 

Сопоставляя заданные условия  эксплуатации прибора и условия  эксплуатации резисторов, заключаем, что  выбранный тип пригоден для эксплуатации в данных условиях.

Сопоставление характеристик  остальных ЭРЭ (микросхем, диодов, транзисторов, и т.д.), используемых в регуляторе температуры, с условиями эксплуатации, позволяет заключить, что названные  ЭРЭ пригодны для эксплуатации в  заданных условиях.

Сравнительный анализ по использованию  элементной базы в данных модулях  согласно предложенной схеме электрической  принципиальной показал соответствие эксплуатационных и технических  характеристик ЭРЭ заданным  условиям эксплуатации.

В результате сопоставления  условий эксплуатации разрабатываемого прибора и условий эксплуатации, применяемых в нем ЭРЭ провели выбор элементной базы. Выбранная элементная база является унифицированной.

3.3.3 Выбор микроконтроллера

Основной целью выбора микроконтроллера является нахождение такой микросхемы, которая полностью  бы удовлетворяла техническому заданию  на устройство, но в тоже время была бы наименее дорогой. Прежде всего, следует  определиться какой набор функций  должен выполнять микроконтроллер. Как правило, микроконтроллер представляет собой законченную микропроцессорную  систему, выполненную на одном кристалле, которая содержит основные функциональные блоки микропроцессорной системы (центральный процессор, постоянное запоминающее устройство, оперативное  запоминающее устройство и периферийные устройства для ввода и вывода информации). В настоящее время  всеми ведущими компаниями широко используется модульный принцип построения микроконтроллеров. При таком способе построения, у микроконтроллеров одного семейства есть базовый функциональный блок (процессорное ядро), который одинаковый для всех микроконтроллеров семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает микроконтроллеры разных моделей в приделах одного семейства. В изменяемый функциональный блок входят модули различных типов памяти, модули встроенных генераторов синхронизации, модули периферийных устройств и некоторые другие модули.

Рис. 3.3.3

Выбор был остановлен  на PIC 16F876 (рис. 3.2.1) — микроконтроллер фирмы Microchip, обладающий флеш-памятью программ, что позволяет программировать его без сложных программаторов. В силу невысокой стоимости, FLASH-памяти программ, и обладания практически всеми функциями, которые могут быть в микроконтроллерах — получил широкое распространение среди радиолюбителей и профессионалов.

 

 

 

3.3.4 Выбор ЖК-дисплея

Для вывода информации используется графический  ЖК-дисплей. На данный момент в продаже  имеется множество разнообразный  ЖК-дисплей. В проекте использован  графический индикатор LPH7779 Рис. 3.2.2

.

 

 

 

 

 

Рис.3.3.4

Такой небольшой, но информативный  графический ЖК-дисплей,  например, используется  в телефоне NOKIA3310.

Технические  характеристики:

Разрешение: - 84х48 пикселей;

Температурный диапазон: -25 to +70 °C;

Встроенный контроллер: pcd8544;

Габбаритные размеры: 38.5 x 35 мм;

Разрядность цвета: монохромный;

Питание: от 2,7 до 3,3 В;

Контрастность: программируемая.

3.4 Расчет надежности конструкции

Рассчитываемые характеристики надежности определяются по формулам:

При расчете эксплуатационной надежности элементов электронных устройств используются математические модели следующего вида :

, где        (3.4.1)

λ_э — эксплуатационная интенсивность отказов элемента;

λ_б — исходная (базовая) интенсивность отказов элемента при номинальной электрической нагрузке (k_н = 1) и температуре окружающей среды 25°С;

k_р — коэффициент режима, учитывающий изменение λ_б в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

k_j— коэффициенты, учитывающие изменение эксплуатационной интенсивности отказов от различных факторов (степени жесткости условий эксплуатации, интенсивности ионизирующих излучений и др.);

п — число учитываемых факторов.

Для наземной стационарной аппаратуры в качестве исходных данных принимаются интенсивности отказов групп элементов в типовых усредненных условиях эксплуатации. Данные цифры рассчитаны по приведенной выше формуле для следующих условий: температура окружающей среды 30°С, коэффициенты электрической нагрузки К_Н = 0,4, механические воздействия и ионизирующие излучения практически отсутствуют.

Интенсивность отказов двусторонних печатных плат с металлизированными отверстиями рассчитывается по формуле:

λ_э = 0,0004 · 10^-7 (N₁ + 14N₂) = 0,0004· 10^-7 (0+14 · 414) = 2,3184· 10^-7, где

N₁ = 0 — количество сквозных отверстий, пропаянных волной;

N₂ = 414 — количество сквозных отверстий, пропаянных вручную.

Интенсивность отказов устройства в целом:

;         (3.4.2)

где λ_эi — интенсивность отказов элементов i-й группы

m_i — число элементов в i-й группе;

п — число групп элементов.

Данные по надежности ЭРЭ, применяемых в зарядно-разрядном устройстве, сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4. Интенсивности отказов устройства в типовых усредненных условиях эксплуатации

Наименование  элементов	Кол., шт.	,1/ч.	,1/ч.
Конденсаторы К10-73В	10	0,02	0,2
Конденсаторы К50-6	8	0,26	2,08
Конденсаторы К73-17А	2	0,06	0,12
Конденсаторы C0603C104J8GA	11	0,02	0,22
Микросхема LM358N	1	0,4	0,4
Микросхема DS18B20	2	0,19	0,38
Микросхема К561КП2	1	0,19	0,19
Микросхема FT232BM	1	1,4	1,4
Микросхема AT93C46	1	0,19	0,19
Микросхема PIC16F876	1	1,4	1,4
Микросхема К555ЛИ1	1	0,19	0,19
Вставки плавкие	3	0,1	0,3
Индикатор символьный LPH7779	1	8,8	8,8
Светодиод АЛ307Б	4	0,08	0,32
Дросель	6	0,01	0,06
Резистор СП5-2	2	0,038	0,076
Резистор С2-33H	44	0,054	2,376
Резистор С5-16МВ	2	0,054	0,108
Резистор CR1206	8	0,054	0,432
Кнопка тактовая ТС-А1PS-130	3	0,5	1,5
Трансформатор SPI 8TG00171	1	0,01	0,01
Стабилитрон BZX55	2	0,0076	0,0152
Стабилитрон КС456	1	0,0076	0,0076
Диод 1N4007	4	0,1	0,4
Диод КД522	2	0,1	0,2
Диод FR105	1	0,04	0,04
Диод 1N4148	3	0,04	0,12
Диод SB360	3	0,1	0,3
Диод TL431	2	0,1	0,2
Оптрон PC817	1	0,12	0,12
Транзистор КТ315Б	2	0,17	0,34
Транзистор IRLR2905	2	0,17	0,34
Транзистор 2SC945	1	0,17	0,17
Транзистор 2SK2624	1	0,17	0,17
Транзистор КТ660Б	2	0,17	0,34
Транзистор BD132	2	0,17	0,34
Вилка МТА-100	1	0,026	0,026
Вилка WF	6	0,026	0,156
Плата печатная	2	3,444	6,888
ИТОГО:			30,925