Данное устройство формирует короткие инфракрасные импульсы.
ИК датчик движения
ИК излучение присутствует в электромагнитном спектре. Его длина волны больше длины волны видимого света. ИК излучение невозможно увидеть невооруженным глазом, но оно определяется с помощью специальных датчиков. Человеческое тело, а также тела животных активно излучают в ИК диапазоне. Максимум такого излучения приходится на длину волны 9,4 мкм.
Для детектирования ИК излучения применяют пироэлектрические датчики. Их создают на основе специального кристаллического материала, способного при воздействии на него ИК излучения вырабатывать поверхностный электрический заряд. Этот заряд усиливается встроенным в ИК датчик усилителем на полевом транзисторе, обеспечивающим формирование управляющего напряжения. Поскольку датчик реагирует на ИК излучение в широком диапазоне, для сужения последнего применяется специальный фильтр, ограничивающий восприятие датчиком ИК излучения только в диапазоне от 8 до 14 мкм.
На рисунке 1.1 изображена структурная схема детектора перемещений. Вывод 2 датчика через шунтирующий резистор сопротивлением 100 кОм соединен с корпусом. Сигнал с датчика подается на двухкаскадный согласованный усилитель, обеспечивающий общий коэффициент усиления 10000. При типовом применении полоса пропускания усилителя ограничена до 10 Гц для ослабления высокочастотных помех и надежного срабатывания компаратора при восприятии положительных и отрицательных перепадов выходного напряжения датчика.
Рисунок 1.1 - Структурная схема детектора перемещений
Хорошо отфильтрованное напряжение питания величиной от 3 до 15 В подается на вывод 1 датчика. Датчик РЕ200В имеет два чувствительных элемента, включенных по схеме компенсации напряжения. Такой способ включения позволяет избавиться от посторонних сигналов, вызываемых вибрацией, изменением температуры и солнечного освещения. При перемещении человека в зоне действия датчика сначала активизируется один элемент, а затем другой. Источник излучения перемещается в горизонтальной плоскости. При этом выводы 1 и 2 также должны быть расположены в горизонтальной плоскости. Для увеличения дальности зоны действия датчика применяют линзы Френеля. С их использованием эта зона увеличивается примерно до 25-30 м. В комплекте с датчиком поставляется комплект линз Р165.Линза является собирательной, но, в отличие от обычных выпуклых линз, линзы Френеля имеют гораздо меньшие размеры, обусловленные их конструкцией.
На рисунке 1.2 изображена типовая схема применения ИК датчика перемещения. Элементы Р11 и С6 задают время включения реле РУ1 после срабатывания датчика перемещения. В схеме используется датчик типа РЕ200 В, который имеет следующие характеристики:
- Реакция на тепловое излучение в спектре5...14мкм;
- Выходное напряжение 20 мВ;
- Напряжение шумов О,4мВ;
- Напряжение смещения О,1 В;
- Напряжение питания от 2,2до15В;
Рисунок 1.2 - Схема ИК датчика перемещения
Выводы датчика внутренне соединены:
вывод 1 - со стоком, вывод 2- с истоком полевого транзистора, вывод 3 - общий. Между выводами 2 и 3 должен быть включен резистор сопротивлением 100 кОм.
В схеме детектора перемещений используется дешевый счетверенный операционный усилитель 1М324. Первые два ОУ-1С1А, 1С1В - выполняют функции усилителя, два другие - функции компаратора. Выпрямленный диодами 03, 04 сигнал поступает на одновибратор 1С2, который управляет транзисторным ключом 01. В цепь коллектора транзистора 01 включена обмотка исполнительного реле.
Не всегда бывает удобно или возможно связать датчик с исполнительным устройством посредством проводов. В таких случаях оптимальной является связь датчика с исполнительным устройством по радиоканалу. В странах Европы и США разрешена работа устройств дистанционного управления и автосигнализаций на частоте 418 МГц. Устройства, отвечающие условиям применения для работы на этой частоте, не требуют сертификации и разрешения. Если раньше существовали некоторые трудности в проектировании и изготовлении таких приемопередающих устройств, то после выпуска унифицированных модулей передатчика ТМ1V и приемника РМ1V проблема реализации связи устройств дистанционного управления по радиоканалу на частоте 418 МГц попросту исчезла. Совместимость работы близкорасположенных устройств ДУ обеспечивается благодаря использованию микросхем кодера в передатчике и декодера в приемнике.
Ультразвуковой датчик движения
На первоначальном этапе разработки ультразвуковых датчиков системы обнаружения движущегося объекта строили так, как это схематически показано на рисунке 1.3а. Излучатель BF1 и приемник ВМ1 располагали на противоположных стенах помещения, под потолком (для снижения влияния внутренней обстановки). Излучатель BF1 возбуждал в пространстве помещения стабильные по частоте и амплитуде ультразвуковые колебания. Микрофон (приемник) ВМ1 преобразовывал принятый из пространства ультразвуковой сигнал в электрический. Далее, в электронном устройстве этот сигнал усиливался, детектировался и анализировался по амплитуде. В случае колебания амплитуды ультразвукового сигнала формировался сигнал тревоги.
Рисунок 1.3 – Построение ультразвуковых систем обнаружения
Отчего же происходят колебания амплитуды принятого ультразвукового сигнала? Предположим, что помещение идеально, т. е. представляет собой герметически замкнутое пространство, ограниченное жесткими стенами. Поскольку излучение не является остронаправленным, к микрофону ВМ1 вместе с прямой волной приходят волны, отраженные от стен, потолка и пола. Энергия волны в зоне микрофона ВМ1, как, впрочем, и на любой поверхности помещения, есть результат интерференции всех подающих волн. Пока в помещении не происходит какого-либо перемещения отражающих или поглощающих поверхностей или изменения физических свойств среды, интерференционная картина, а значит и уровень энергии волны в каждой точке, будут постоянны.
Любое движение в помещении приведет к изменению пути прохождения ультразвуковых волн, а следовательно, к изменениям
интерференционной картины. Это приведет к колебаниям амплитуды выходного сигнала микрофона ВМ1. Регистрируя эти колебания, можно обнаружить перемещение в замкнутом пространстве.
Данный способ обнаружения подвижных объектов обеспечивает очень высокую чувствительность при высокой экономичности, поскольку волна от излучателя BF1 к приемнику ВМ1 проходит через помещение по наиболее короткому пути, а следовательно имеет наименьшее затухание.
Однако в реальных условиях эта система практически неработоспособна из-за чрезвычайно высокой вероятности ложных срабатываний. Система реагирует даже на поток воздуха, т. к. сложение скорости звука со скоростью воздуха изменит характер прохождения волны, что будет воспринято микрофоном ВМ1 как перемещение объекта.
Для повышения устойчивости системы излучатель BF1 и приемник ВМ1 располагают на одной стене (1.3б). Длина пути волны увеличивается в два раза, что потребует значительного увеличения излучаемой мощности. Но при этом из-за того, что волна проходит через поток воздуха дважды - туда и обратно, приращение скорости взаимно компенсируется, что и повышает устойчивость устройства к ложным срабатываниям в условиях относительно равномерных потоков воздуха, движущихся в любых направлениях.
В реальных условиях потоки воздуха могут быть весьма неравномерными. Кроме того, существенный вклад в нестабильность интерференционной картины в реальном помещении вносят деформации стекол и дверей в результате порывов ветра снаружи, разного рода вибрации и другие факторы. Все это привело к тому, что охранная система, построения по описанному выше принципу, оказалась нежизнеспособной.
Существенно повысить помехоустойчивость позволяет применение иного метода детектирования сигнала - не по амплитуде, а по частоте. Если объект перемещается вдоль направления распространения волны (рисунок 1.3, б), отраженная от него волна будет иметь некоторое смещение по частоте относительно излучаемой. Это явление получило название эффекта Доплера. Из-за разно-направленного отражения волн в реальном помещении эффект Доплера проявляется и при строго перпендикулярном указанному перемещению объекта, правда, несколько слабее. Поэтому объект, движущийся в любом направлении, будет обнаружен.
Несмотря на достоинства, детектирование с использованием эффекта Доплера не снимает полностью проблему ложных срабатываний. Существует определенный предел интенсивности воздушных потоков и других факторов, выше которого датчик будет регистрировать ложные перемещения. В качестве излучателя BF1 и приемника ВМ1, как правило, используют высокоэффективные резонаторы из пьезокерамики.
В состав аппаратной части ультразвукового датчика входят следующие блоки: излучатель BF1; приемник ВМ1; эталонный генератор G1; входной усилитель А1; преобразователь U1; фазовый детектор U2; фильтр нижних частот Z1; фильтр верхних частот Z2; детектор-формирователь U3; выходной усилитель А2; устройство индикации HI.
Излучатель BF1 ультразвуковой волны служит нагрузкой эталонного генератора G1. Рабочую частоту выбирают как компромисс между помехоустойчивостью и затуханием ультразвуковых колебаний в воздухе. Чем больше частота, тем меньше мешающее влияние естественных и искусственных шумов, воспринимаемых датчиком, однако с увеличением частоты повышается затухание волны, и для нормальной работы датчика необходимо увеличивать мощность излучения (пропорционально квадрату частоты). Наиболее подходящей является частота около 40 кГц. Мощность излучения выбирается из соображений приемлемой экономичности, требуемого уровня принимаемого сигнала и объема контролируемого пространства.
Входной усилитель А1 должен обеспечивать уверенный прием отраженного сигнала в условиях значительного колебания его амплитуды. Для снижения влияния помех необходима высокая избирательность усилителя в интервале fg ± fd- где fg - рабочая частота генератора, fd - доплеровский сдвиг, реально не превышающий 1 кГц.
Для исключения зависимости входного сигнала от амплитудной составляющей в усиленном принятом сигнале выделяют точки перехода через «нуль» и формируют сигнал прямоугольной формы. Эту функцию выполняет преобразователь U1.
Если, например, движущийся объект представляет собой цельную отражающую поверхность, вместе с сигналом основной частоты будет присутствовать сигнал доплеровского сдвига, амплитуда которого будет пропорциональна отношению энергии волны, приходящей от объекта, к энергии всех приходящих волн. Иначе говоря, амплитуда сигнала доплеровского сдвига будет зависеть от площади объекта.
Если волна, отраженная от движущегося объекта, по амплитуде не превышает сумму волн, отраженных от стен помещения, то сигнал после преобразователя будет иметь фазовую, а не частотную модуляцию. В противном случае, к фазовой добавится частотная модуляция.
Вместе с отраженными от стен, приемник зафиксирует и волны, отраженные от всех поверхностей объекта, причем амплитуда и частота этих волн будет зависеть соответственно от площади отражающих поверхностей и от скорости перемещения их в пространстве. Фазовая модуляция будет отражать все движения, производимые объектом.
Фазовый детектор U2 преобразует фазовую модуляцию сигнала в широтно-импульсную. Фильтр нижних частот Z1 сглаживает импульсы с выхода фазового детектора U2 и преобразует их в амплитудно-модулированный сигнал. Частота среза фильтра Z1 равна реальной верхней частоте доплеровского сдвига, в нашем случае 1 кГц. Фильтр верхних частот Z2 ограничивает снизу частотную полосу, воспринимаемую устройством. Он играет особую роль в устойчивости всей системы к ложным срабатываниям.
Как было отмечено выше, основной причиной возникновения амплитудной модуляции на входе датчика является изменение интерференционной картины в охраняемом пространстве, из-за чего происходит сложение множества волн с произвольной фазой и амплитудой. Изменение амплитуды какой-либо из них, например в результате изменения угла отражения от колеблющегося оконного стекла, вызывает изменение фазы результирующего сигнала. Сложение амплитудно-модулированного сигнала и немодулированного колебания одной и той же частоты уже приводит к фазовому сдвигу, пропорциональному производной от модулирующей функции. Из этого следует, что вибрацию стекла датчик воспримет как доплеровский сдвиг. Спектр этих колебаний, в основном, сосредоточен в частотной области ниже 1 - 3 Гц. Теперь становится понятна и та особая роль, которая отведена фильтру Z2, особенно исходя из требований по регистрации минимальной скорости передвижения.
Детектор-формирователь U3 преобразует огибающую принимаемого сигнала в пропорциональное ей постоянное напряжение. Усилитель А2 усиливает его до уровня, необходимого для работы устройства индикации HI, обеспечивая при этом определенную задержку, дополнительно снижающую вероятность ложных срабатываний.
Принципиальная схема ультразвукового датчика изображена на рисунке 1.4. Излучателем BF1 и приемником ВМ1 ультразвуковых колебаний служат пьезоэлектрические микрофоны типа УМ-1 с частотой резонанса в интервале 36 - 46 кГц.
Генератор G1 собран на микросхемах DD1 и DA4 по мостовой схеме. Это сделано для того, чтобы обеспечить оптимальный уровень мощности излучения при низком напряжении питания.
Рисунок 1.4 – Ультразвуковой датчик движения
Кроме того, мостовое включение позволяет возбудить пьезорезонатор BF1 на его собственной резонансной частоте. Ультразвуковой излучатель BF1 включен между выходами попарно параллельно включенных инверторов DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4, образующих мостовой выходной усилитель. Сигналы на выходах каждой пары инверторов находятся в противофазе, что позволяет обеспечить амплитудное значение напряжения на излучателе BF1 практически вдвое больше, чем напряжение питания. Параллельное включение инверторов повышает нагрузочную способность усилителя. При необходимости их число в каждом плече может быть увеличено.
Поскольку рабочую частоту генератора определяет собственная частота резонанса тока излучателя BF1, в его цепь включены датчики тока - резисторы R17 и R18. Для выделения сигнала с датчиков тока на фоне
высокого амплитудного выходного напряжения мостового усилителя служат прецизионные резисторные делители R19, R20 и R21, R22. Сопротивления резисторов определяются из выражений: R20=R19+R17 и R21=R22+R18. Если исключить нагрузку, то и постоянное напряжение, и переменное между точками А и Б будут пропорциональны току через нагрузку.
Напряжение UAБ подано на вход дифференциального усилителя переменного напряжения, собранного на микросхеме DA4. Уровень выходного напряжения усилителя соответствует уровню срабатывания инверторов КМОП микросхемы DD1. Одновременно дифференциальный усилитель подавляет незначительную синфазную составляющую напряжения UAБ. появляющуюся из-за неизбежных отклонений сопротивлений резисторов прецизионного делителя от расчетного и возможной неидентичности значений выходных напряжений инверторов моста. Резистор R25 определяет ток, потребляемый операционным усилителем DA4, и, как следствие, скорость нарастания выходного напряжения. Емкость конденсаторов С10 и С11 имеет оптимум для каждой конкретной частоты.
Буферный инвертор DD1. 5 формирует импульсы с крутыми фронтами, что позволяет повысить КПД генератора на 20%.
1.2 Разработка структурной схемы
Разработка структурной схемы является начальным этапом проектно заданного устройства, структурная схема должна показывать основные блоки проектируемого устройства и порядок их взаимодействия.
Структурная схема разрабатываемого мною устройства учета посещения представлена на рис. 1.
Рисунок 1. Структурная схема состоит из следующих блоков.
ДВх - Датчик входящих- предназначен для фиксации факта вхождения человека в здание. В качестве данного датчика буду использовать ИК-датчик.
ДВых - Датчик выходящих- предназначен для фиксации факта выхода человека из здания.
Счетчик- предназначен для учёта количества входящих в здание людей и выходящих из него. Счетчик имеет 2 управляющих входа.
Знаком “+” обозначается суммирующий счёт который подключен к датчику входящих людей.
Знаком “-” обозначается вычисляющий вход который подключен к датчику выходящих людей.
БУ - Блок управления- служит для управления режимами счетчика, его установкой в исходное состояние.
БИ - Блок интерфейса- служит для сопряжения счетчика с системой индикации.
В данном разделе разработана структурная схема системы учёта посещения.
1.3 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема разрабатываемого устройства описывает связи между блоками и их взаимодействие.
При прохождении человека через специальную рамку, где находятся ИК датчики, происходит прерывание луча. Сигнал поступает на счётчик, который в свою очередь ведёт счёт по принципу (+1) или (-1), смотря через какую рамку прошел человек (вход/выход). Сигнал с выхода поступает на мощный инфракрасный светодиод. Излучение диода распространяется по контролируемой местности. Отражённый от любого входящего в помещение человека, импульс возвращается на расположенный рядом приёмник.
1.4 Расчёт узлов и блоков
Исходными данными для расчета показателей узлов и блоков на типовых конструкций радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) являются: принципиальная схема с указанием типов деталей, входящих в неё, режим работы всех деталей (электрические, климатические и механические), значения интенсивности отказов всех типов деталей при нормальных и фактических режимах, значение среднего времени безотказной работы и дисперсия для элементов, подверженным постепенным отказам.
Для типовых конструкций различного уровня рассчитываются следующие показатели: интенсивность отказов для типового элемента замены (ТЭЗ); интенсивность отказов и наработка на отказ для панели (блока); интенсивность отказов, наработка на отказ и среднее время восстановления для рамы и стойки. При оценки показателей надежности типовых модулей необходимо выявить те элементы конструкций, которые могут привести к их отказу ("компоненты надёжности"). К основным "компонентам надёжности" типовых конструкций РЭА можно отнести: комплектующие элементы (интегральные схемы и электрорадиоэлементы); элементы монтажа (различного вида линии связи (сварные, паяные соединения, разъёмы, печатные платы, металлизированные отверстия)); прочие элементы (трансформаторы, катушки индуктивности). Для всех этих элементов преобладающим является внезапные отказы.
Основным показателем надежности элементов РЭА является срок службы и вероятность безотказной работы. При анализе работоспособности аппаратуры возможны два состояния: аппаратура сработала безотказно или произошёл отказ. В сумме вероятность отказа и вероятность безотказной работы должна давать единицу. Так, если допустимая вероятность отказа 1% (0,01), то вероятность безотказной работы будет составлять 99% (0,99). Более точно является вероятность безотказной работы за гарантируемый интервал времени, например, вероятность безотказной работы 0,99 за 100 часов. Это значит, что если взять достаточно большое количество одинаковых изделий, то за 100 часов на каждую сотню изделий придётся один отказ. Если за 100 часов 100 изделий набирает один отказ, то "поделив" его поровну, можно считать, что за 100 часов одно изделие "набирает" 0,01 отказа, за следующие 100 часов ещё 0,01 отказа. И, в конце концов, полный отказ наберётся за 100*100=10000 часов. Это и называется среднем временем безотказной работы или наработкой на отказ. От этого критерия определения надёжности работы мы можем перейти к обратной величине.
Если за 100 часов изделие набирает 0,01 отказа, то за один час работы эта доля должна быть в 100 раз меньше, т.е. 0,0001 отказа в час. Эта величина называется частотой или интенсивностью отказов и является величиной обратной по отношению к среднему времени безотказной работы.
Эта величина является статистической, усреднённой, справедливой для достаточно большого количества изделий и в пределах ресурсного периода, т.е. в пределах среднего срока службы изделия. Этой величиной можно характеризовать и надёжность отдельных элементов аппаратуры, и всего электронного оборудования. Интенсивность отказов электронной аппаратуры будет равна сумме интенсивности отказов всех элементов этой аппаратуры:
где λ - интенсивность отказов. Тогда наработка на отказ будет равна:
1.5 Расчёт надёжности
Задачей расчета является определение вероятности Р(t) безотказной работы на 1000 часов эксплуатации и общее время безотказной работы t (m). Вероятность безотказной работы должна учитывать отказы: катастрофический (внезапный), параметрический (постепенный).
При работе элементов РЭА и всего устройства в целом используются ряд положений надежности:
 |
Вероятность безотказной работы элементов РЭА одного типа
где N - число компонентов в элементе, P - вероятность безотказной работы компонента i-го числа.
1. При нормальной эксплуатации в лабораторных условиях (t°C=20), когда закончен период приработки, интенсивность отказов может быть принята постоянной. Имеется специальная справочная таблица, где указывается интенсивность отказов для всех компонентов РЭА.
Для элементов состоящих из группы компонентов, суммарная интенсивность определятся как
2.
 |
Величина наработки на отказ (время безотказной работы) определяется по закону:
 |  | ||
где равна с учетом поправочных коэффициентов на условия эксплуатации.
3. Вероятность безотказной работы за время t
где t берется как правило равное 1000 часов.
4. Значение интенсивности отказов компонентов РЭА зависит от условий работы аппаратуры и режимов использования компонентов. Фактически интенсивность отказов зависит от нагрузки на элементы и температуры. Для учета этих факторов используется поправочный температурный коэффициент Кт в зависимости от коэффициента нагрузки Кн.
Предварительно, если есть такая возможность, необходимо рассчитать Кн, используя реальные значения токов и напряжений, а также рассеиваемой мощности на элементах предлагаемого устройства. Если такой возможности нет, то выбирают наихудший случай, тогда считают, что элемент работает со 100% нагрузкой то есть Кн = 1. Температура может меняться в пределах от 20°С (нормальные лабораторные условия) до 60°С и выше.
Таблица 2.1 - Поправочный температурный коэффициент Кт для германиевых диодов и резисторов
| Т0 С | К | ||||
| 0,2 | 0,3 | 0,6 | 0,7 | ||
| 0,25 | 0,4 | 0,65 | 0,9 | 1,5 | |
| 0,3 | 0,5 | 0,7 | 1,1 | 1,9 | |
| 0,45 | 0,7 | 0,8 | 1,5 | 2,5 | |
| 0,5 | 0,8 | 1,8 | 3,2 |
Таблица 2.2 - Поправочный темп. коэфф-т Кт для кремниевых диодов
| Т0 С | Кт | |||
| 0,4 | 0,6 | 0,8 | ||
| 0,7 | 0,8 | 0,9 | ||
| 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,15 | |
| 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | |
| 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,25 | |
| 1,15 | 1,20 | 1,3 | 1,5 |
Таблица 2.3 - Поправочный температурный коэффициент Кт для германиевых диодов транзисторов
| Т0 С | Кт | ||||
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | ||
| 0,2 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 1,0 | |
| 0,5 | 0,7 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | |
| 0,7 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | |
| 1,4 | 2,0 | 2,4 | 3,4 | ||
| 1,4 | 2,0 | 2,5 | 3,2 | 5,0 |
Таблица 2.4 - Поправочный температурный коэффициент Кт для интегральных схем при Кн=1 Можно использовать для кремниевых транзисторов
| Т0 С | Кт |
| 2,5 | |
| Т0 С | Кт |
| 1,2 | |
| 1,5 |
Таблица 2.5 - Поправочный температурный коэффициент Кт для керамических конденсаторов
| Т0 С | Кт | ||||
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | ||
| 0,1 | 0,15 | 0,25 | 0,5 | ||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,6 | 1,2 | |
| 0,1 | 0,25 | 0,4 | 0,8 | 1,4 | |
| 0,15 | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 1,6 | |
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 1,2 | 2,0 |
Таблица 2.6 - Поправочный температурный коэффициент Кт для бумажных и металлобумажных конденсаторов
| Т0 С | Кт | ||
| 0,6 | 0,8 | ||
| 0,15 | 0,4 | ||
| 0,2 | 0,6 | 1,4 | |
| 0,25 | 0,8 | 2,0 | |
| 0,3 | 1,2 | 2,5 | |
| 0,4 | 1,6 | 3,0 |
Таблица 2.7 - Поправочный температурный коэффициент Кт для трансформаторов и других моточных изделий
| Т0 С | Кт | ||||
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | ||
| 0,1 | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 1,2 | |
| 0,1 | 0,3 | 0,8 | 1,5 | 2,2 | |
| 0,1 | 0,5 | 1,2 | 2,0 | 4,0 | |
| 0,15 | 0,1 | 2,0 | 4,0 | 7,0 | |
| 0,2 | 2,0 | 3,0 | 7,0 | 12,0 |
Причем достаточно тяжелые эксплуатационные условия Кн =1 и Т°С= 60. Для этих технических условий выбираем поправочный коэффициент Кт.
5. В реальных условиях эксплуатации элемента РЭА могут подвергаться воздействию: вибрации, ударов, давлению, солнечной и проникающей радиации и других факторов. Поэтому надежность элементов реальной аппаратуры значительно отличается от надежности аппаратуры в лабораторных условиях эксплуатации элементов. Ориентировочный расчет производится с помощью интегрального поправочного коэффициента Кλ.
По техническим условиям устройство относится к стационарно-наземным устройствам.
Сама же ринципиальная схема разрабатываемого устройства приведена в графической части диплома на формате А1.
1.7 Выбор элементной базы
Любое устройство вычислительной техники на низшем конструктивном уровне содержит следующие элементы: микросхемы, полупроводниковые приборы, резисторы, конденсаторы, коммутационные элементы и так далее.
Выбор конкретных элементов для построения проектируемого устройства производится после анализа множества взаимосвязанных факторов. Всю совокупность факторов, влияющих на принятие решения, можно разбить на группы по следующим признакам:
¾ назначение и область применения проектируемого устройства;
¾ заданные электрические характеристики, такие как рабочий диапазон частот, ограничение на потребляемую мощность, точность и стабильность характеристик и тому подобное;
¾ условия эксплуатации: климатические и механические воздействия, квалификация обслуживающего персонала и тому подобное;
¾ конструктивные показатели: требуемая надежность, ограничения на габаритные размеры и массу, заданные тепловые режимы, механическая прочность и так далее;
¾ уровень развития и наличие элементной базы, возможности ее применения в данной конструкции;
¾ организационно-производственные показатели: сроки, отведенные на конструирование, размер партии, серийность выпуска.
Сделав, анализ приведенных выше групп факторов с учетом состояния современного мирового уровня развития микроэлектронной и вычислительной техники, произведем выбор и радиоэлектронных элементов разрабатываемого устройства. На основе выбора компонентов будем разрабатывать печатную плату.
Микросхема– это стандартный счётчик на основе тригеров: К155ИЕ7. Резисторы выдерживающие работу на высокой частоте и скачки напряжения МЛТ-0,125-1кОм 5% и МЛТ-0,125-140 Ом 5%.Диоды АЛ307А. 700мВт. Кнопки МП-3. ИК диоды АЛ156В. Микросхема К155ЛН1
1.8 Описание принципа действия
В основе принципа работы лежит отражение светового потока от предметов. При появлении какого-нибудь объекта в поле видимости датчика. Световой поток, испускаемый светодиодом инфракрасного диапазона. не видимый человеческим глазом диапазон света прерывается и сигнал поступает на счётчик по принципу (+1) и (-1). После этого отражённый световой поток улавливается чувствительным датчиком расположенным возле светодиода, но отделённый от него перегородкой, чтобы не было обратной связи. Сигнал попадающий на линию задержки приводит её в состояние готовности. После того когда объёкт пропадает из поля видимости датчика, отражённый сигнал уже не возвращается к приёмнику. Приёмник находится в состоянии покоя и управляющий сигнал пропадает.
2. Конструкторско-технологический раздел
2.1 Разработка печатной платы
При разработке различных устройств радиолюбители пользуются обычно двумя способами изготовления печатных плат – прорезанием канавок и травлением рисунка, используя стойкую краску. Первый способ прост, но непригоден для выполнения сложных устройств. Второй – более универсален, но порой пугает радиолюбителей сложностью из-за незнания некоторых правил при проектировании и изготовлении травленых плат.
Проектировать печатные платы наиболее удобно в масштабе 2:1 на миллиметровке или другом материале, на котором нанесена сетка с шагом 5 мм. При проектировании в масштабе 1:1 рисунок получается мелким, плохо читаемым и поэтому при дальнейшей работе над печатной платой неизбежны ошибки. Масштаб 4:1 приводит к большим размерам чертежа и неудобству в работе.
Все отверстия под выводы деталей в печатной плате целесообразно размещать в узлах сетки, что соответствует шагу 2,5 мм на реальной плате (далее по тексту указаны реальные размеры). С таким шагом расположены выводы у большинства микросхем в пластмассовом корпусе, у многих транзисторов и других радиокомпонентов. Меньшее расстояние между отверстиями следует выбирать лишь в тех случаях, когда это крайне необходимо.
В отверстия с шагом 2,5 мм, лежащие на сторонах квадрата 7,5 х 7,5 мм, удобно монтировать микросхему в круглом металлостеклянном корпусе. Для установки на плату микросхемы в пластмассовом корпусе, с двумя рядами жестких выводов, в плате необходимо просверлить два ряда отверстий. Шаг отверстий – 2,5 мм, расстояние между рядами кратно 2,5 мм. Замечу, что микросхемы с жесткими выводами требуют большей точности разметки и сверления отверстий.
Если размеры печатной платы заданы, вначале необходимо начертить ее контур и крепежные отверстия. Вокруг отверстий выделяют запретную для проводников зону с радиусом, несколько превышающим половину диаметра металлических крепежных элементов.
Далее следует примерно расставить наиболее крупные детали – реле, переключатели (если их впаивают в печатную плату), разъемы, большие детали и т.д. Их размещение обычно связано с общей конструкцией устройства, определяемой размерами имеющегося корпуса или свободного места в нем. Часто, особенно при разработке портативных приборов, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы.
Цифровые микросхемы предварительно расставляют на плате рядами с межрядными промежутками 7,5 мм. Если микросхем немного, все печатные проводники обычно удается разместить на одной стороне платы и обойтись небольшим числом проволочных перемычек, впаиваемых со стороны деталей. Попытки изготовить одностороннюю печатную плату для большего числа цифровых микросхем приводят к резкому увеличению трудоемкости разводки и чрезмерно большому числу перемычек. В этих случаях разумнее перейти к двусторонней печатной плате.
Условимся называть ту сторону платы, где размещены печатные проводники, стороной проводников, а обратную - стороной деталей, даже если на ней вместе с деталями проложена часть проводников. Особый случай представляют платы, у которых и проводники, и детали размещены на одной стороне, причем детали припаяны к проводникам без отверстий.
Микросхемы размещают так, чтобы все соединения на плате были возможно короче, а число перемычек было минимальным. В процессе разводки проводников взаимное размещение микросхем приходится менять не раз.
Далее можно начинать собственно разводку. Полезно заранее измерить и записать размеры мест, занимаемых используемыми элементами. Резисторы МЛТ-0,125 устанавливают рядом, соблюдая расстояние между их осями 2,5 мм, а между отверстиями под выводы одного резистора – 10 мм. Так же размечают места для чередующихся резисторов МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25, либо двух резисторов МЛТ-0,25, если при монтаже слегка отогнуть один от другого (три таких резистора поставить вплотную к плате уже не удастся).
С такими же расстояниями между выводами и осями элементов устанавливают большинство малогабаритных диодов и конденсаторов КМ-5 и КМ-6, вплоть до КМ-66 емкостью 2,2 мкФ; не надо размещать бок о бок две "толстые" (более 2,5 мм) детали, их следует чередовать с "тонкими". Если необходимо, расстояние между контактными площадками той или иной детали увеличивают относительно необходимого.
При разработке двусторонней платы надо постараться, чтобы на стороне деталей осталось возможно меньшее число соединений. Это облегчит исправление возможных ошибок, налаживание устройства и, если необходимо, его модернизацию. Под корпусами микросхем проводят лишь общий провод и провод питания, но подключать их нужно только к выводам питания микросхем. Проводники к входам микросхем, подключаемым к цепи питания или общему проводу, прокладывают на стороне проводников, причем так, чтобы их можно было легко перерезать при налаживании или усовершенствовании устройства.
Если же устройство настолько сложно, что на стороне деталей приходится прокладывать и проводники сигнальных цепей, позаботьтесь о том, чтобы любой из них был доступен для подключения к нему и перерезания.
При разработке радиолюбительски<