Автомат для кормления аквариумных рыб
Министерство образования и науки
ГОУ СПО "Сахалинский промышленно-экономический техникум"
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по учебной дисциплине: "КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ"
Тема: "АВТОМАТ ДЛЯ КОРМЛЕНИЯ АКВАРИУМНЫХ РЫБ"
Проектировал студент гр. ОВ-0901 Ходырев А.А.
Руководитель проекта преподаватель Сохатюк Ю.В.
Южно-Сахалинск, 2013
Содержание
Введение
1. Наименование разработки
2. Техническое предложение
2.1 Анализ технического задания
2.2 Описание объекта управления
2.3 Принципиальная возможность реализации технического задания
2.4 Выбор комплектующих изделий
3. Описание конструкции
3.1 Выбор типа печатной платы
4. Расчётная часть
4.1 Расчёт конструктивных параметров
4.2 Расчёт вибропрочности
4.3 Расчёт ударопрочности
4.4 Расчет надёжности схемы
5. Выбор технологического процесса изготовления
6. Разработка технологического процесса изготовления
6.1 Маршрутный технологический процесс изготовления печатного узла
6.2 Маршрутный технологический процесс изготовления печатной платы
7. Автоматизация проектирования
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Автомат для кормления аквариумных рыб - устройство предназначенное для автоматического сброса корма для рыб в аквариум.
Цель курсового проекта - разработка конструкции и технологии изготовления автомата кормления аквариумных рыб (АКАР).
Исходные данные для разработки: задание на курсовое проектирование, принципиальная схема и перечень элементов, разработанные при выполнении курсового проекта по теме "Автомат кормления аквариумных рыб" выполненной студентом группы ОВ-0901 Ходыревым Антоном по учебной дисциплине "Конструирование производство эксплуатация средств вычислительной техники".
Задачами курсового проекта являются:
Разработка конструкции печатного узла;
Разработка технологического процесса изготовления печатного узла;
Выполнение расчетов конструктивных элементов печатного монтажа, надежности, и расчета на воздействие вибрационных и ударных нагрузок;
В ходе выполнения курсового проекта были разработаны сборочный чертеж печатного узла блока управления температурой аквариума, рабочий чертеж печатной платы детали.
Были проведены расчеты:
конструктивных элементов печатного монтажа
расчет надежности системы
расчет на действие вибрации
расчет на действие удара
Проектирование печатной платы было выполнено двумя методами:
. традиционным (без использования систем автоматизированного проектирования);
разработан сборочный чертеж (формат А3);
-чертеж печатной платы детали (формат А3)
2. с использованием системы автоматизированного проектирования печатных плат P-CAD 2006, DipTrace 2011
Важность разработки устройства автомата для кормления аквариумных рыб состоит в том, чтобы обеспечить своевременное кормление аквариумных рыб. Главный плюс этого устройства в том, что поддержание жизнеобеспечения рыб будет требовать меньше внимания. Для этого необходимо автоматизировать этот процесс с помощь автоматического устройства управления.
Микропроцессорная система - частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов. В качестве входных и выходных сигналов при этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информации). МС является цифровой системой, поэтому входные аналоговые сигналы преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью АЦП, а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью ЦАП. Обработка и хранение информации производятся в цифровом виде. Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор или просто процессор. Mикропроцессор - это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы. Он выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Количество таких элементарных операций, выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен.
Повышение технического уровня и эффективности электронного оборудования на основе новейших достижений электроники - одна из важнейших задач развития общества. Создание микропроцессоров обусловлено достижениями в области технологии производства больших интегральных схем (БИС). Микропроцессоры позволяют на единой технологической схемотехнической базе за счет программирования создавать различные типы приборов. Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной и коммуникационной техники. БИС, на которых построены современные МПС, сочетают в себе высокую степень интеграции, обеспечивающую большие функциональные возможности, с универсальностью по применению. Универсальность достигается тем, что в микропроцессорных БИС реализованы сложные устройства, позволяющие выполнять над исходными данными логические и арифметические операции, при этом управление ходом вычисления позволяется вести программно. Универсальность МС делает её более спрашиваемой. Разнообразие микропроцессорных БИС в их различной базовой технологии, архитектуре, технических характеристиках.
автомат аквариум корм чертеж
1. Наименование разработки
Основанием для разработки является задание по курсовому проекту на тему:
Автомат кормления аквариумных рыб на базе однокристального
микроконтроллера.
Настоящее техническое задание устанавливает технические требования, порядок разработки и приемки опытных образцов автомата для кормления аквариумных рыб.
Основание для разработки
Основанием для разработки является задание по курсовому проекту по учебной дисциплине "Конструирование производство эксплуатация средств вычислительной техники" на тему: "Разработка автомата для кормления аквариумных рыб".
Назначение разработки
Разрабатываемое устройство предназначено для автоматизации процесса сброса в аквариум корма для рыб.
Требования к разработке. Требования к функциональным характеристикам.
Система автоматического кормления аквариумных рыб (АКАР) должна обеспечивать работу в трех режимах:
Режим начальной инициализации системы;
2Основной режим;
Режим ошибки
Система АКАР должна выполнять следующие функции:
Обеспечивать автоматический вброс корма;
При механическом сбое система должна оповестить об ошибке с помощью светодиода.
Режим начальной инициализации системы
В процессе начальной инициализации системы производится подготовка устройства к основному режиму работы, а именно:
начальная установка системных переменных:
-таймер;
инициализация всех исполнительных устройств:
светодиодов.
После окончания режима инициализации устройство переходит в основной режим работы.
Основной режим
При основном режиме работы АКАР работает по следующему алгоритму:
-Включение привода;
-Трехсекундное ожидание механического переключения режима работы привода (производится вброс корма);
-Осуществляется нажатие кнопки переключения режима работы привода;
-Привод вращается в обратном направлении;
-Механическое переключение режима работы привода (привод обесточен);
-Включение таймера;
-Ожидание нужной позиции таймера.
Режим ошибки
Режим ошибки является предупредительным сигналом при механическом (заклинило привод) или программном сбое:
-Мигающий светодиод.
Общие технические требования
Напряжение питания 5 В от сети постоянного тока.
Для управления системой должна использоваться кнопка включения.
Устойчивость к среде с повышенной влажностью.
Требования к надежности
Надежность системы управления - свойство системы правильно функционировать при определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени. АКАР отличается относительной надежностью и простотой эксплуатации. Конструкция АКАР, предусматривает гарантийный срок хранения 5 лет, гарантийный срок эксплуатации 24 месяцев, средний срок службы более 3 - 5 лет.
Требования к условиям эксплуатации
Допускают эксплуатация при температурах окружающей среды от минус 283,15 К (минус 10 градусов С) до минус 248 К (плюс 25 градусов С), относительной влажности 45 % -80 % и атмосферном давлении 84-107 кПа. АКАР устойчив к повышенной влажности, солнечному излучению, коррозионно-активным агентам.
Требования к составу и параметрам технических средств
В состав разрабатываемого устройства должны входить следующие элементы:
Микроконтроллер;
-Светодиод;
Корпус;
Кнопки;
Реле;
Управляющие транзисторы;
Нагрузка;
Электропривод;
Конденсаторы;
Диоды;
Кварцевый резонатор
Источник питания;
Требуется предусмотреть совместимость элементов по уровням электрических сигналов.
Требования к программной и информационной совместимости
Программа проектируемого устройства должна быть написана на языке Ассемблера в соответствии с системой команд микроконтроллера. Состояние контролирующих элементов кодируется двоичными сигналами:
"0" - состояние требует корректировки;
-"1" - нормальное состояние.
Управляющим сигналом для исполнительных устройств является "1", т.е. включить исполнительный элемент - "1", выключить - "0". Работа устройства основана на измерении периодов времени, по истечению которых необходимо включать или выключать исполнительные устройства.
Порядок испытаний и приемки опытных образцов
Для проверки качества изделия опытный образец должен подвергаться приемо-сдаточным, типовым и заводским (приемочным) испытаниям.
Приемочные испытания проводятся по специальной программе и методике испытаний.
Результаты испытаний оформляются актом и утверждаются в установленном порядке.
Этапы и стадии проектирования
Таблица 1. Этапы и стадии проектирования
Содержание этапа или стадииСрок выполнения Форма отчетности начало окончаниеРазработка Технического задания20.01.201312.02.2013Утвержденное ТЗАнализ технического задания13.02.201318.02.2013Раздел пояснительной запискиРазработка структурной схемы19.02.201328.02.2013Структурная схемаРазработка алгоритма работы системы29.02.201307.03.2013Схема алгоритмаРазработка электрической принципиальной схемы системы08.03.201310.03.2013Схема электрическая принципиальная; перечень элементовНаписание и отладка управляющей программы10.03.201317.03.2013Листинг программыОформление пояснительной записки курсового проекта17.03.201305.04.2013Пояснительная запискаЗащита курсового проекта10.04.201313.04.2013Курсовой проект
2. Техническое предложение
2.1 Анализ технического задания
В результате анализа технического задания будут выявлены функции, которые должен выполнять автомат для кормления аквариумных рыб, и сформулированы требования, предъявляемые к программной и аппаратной его части.
Функции и требования АКАР. Основная функция АКАР обеспечить автоматический вброс корма в аквариум, в соответствии с представленным алгоритмом, а основными требованиями является обеспечение работы АКАР в основном режиме и задать условия эксплуатации.
2.2 Описание объекта управления
Объектом управления является подвижный лоток с кормом, который, с помощью аппаратных и программных средств приводится в движение в заданный момент времени, для подачи корма. Устройство устанавливается непосредственно на аквариуме.
2.3 Принципиальная возможность реализации технического задания
Автомат для кормления аквариумных рыб принципиально может быть реализован различными способами. В курсовом проекте рассмотрим два возможных способа реализации.
Первый способ - на основе микросхем малой и средней степени интеграции, т.е. "на жёсткой логике". Грамотно спроектированная специализированная система, не имеет аппаратной избыточности, а так же обеспечивает максимальное быстродействие т.к. скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. Работа логических элементов микросхем достаточно проста, однако для конструирования поставленной задачи потребуется весьма приличное количество элементов. В результате размеры устройства будут иметь большие размеры. Так как элементов много, то и цена их достаточно велика. Для того чтобы реализовать новую задачу, требуется проектировать и изготавливать систему заново - это есть самый главный недостаток этой системы.
Системы на "жёсткой логике" используются на той логике, где решаемая задача длительное время не меняется, быстродействие не требуется, алгоритмы обработки информации просты.
Второй способ - на основе микропроцессора с высокой степенью интеграции. Существенное преимущество этой системы состоит в том, что все изменения алгоритма выполняются с помощью управляющей программы работы системы и немало важным преимуществом является малые габариты проекта. Что существенно упрощает задачу проектирования по сравнению с системой "на жёсткой логике". Микропроцессорная система применяется там, где не очень важно высокое быстродействие, алгоритмы обработки информации сложные.
В последнее время быстродействие микропроцессорных систем сильно возросло, стоимость резко упала, поэтому системы "на жёсткой логике" постепенно вытисняются микропроцессорными системами.
Так как цель курсового проекта является разработать систему управления на основе микропроцессора, выбирать не приходится, но выбор микропроцессорной системы мной был бы однозначным т.к. эта система более удобная и подходящая для решения поставленной задачи.
2.4 Выбор комплектующих изделий
Микроконтроллер PIC16F84A, см. Рис.1.
Кварцевый резонатор HC-49SM/HC-49S см. Рис.3.
Транзистор ТО-106 см. Рис.4.
Кнопки TSS см. Рис.5.
Конденсаторы К10-17 см. Рис.6.
Светодиод L-1344 см. Рис.7.
Гериконовые Реле RP78602 см. Рис.8
Выбор исполнительных устройств
Одним из основных устройств в конструкции является электропривод. В представленной схеме использован привод М1. Использование именно этой модели не принципиально, можно использовать любой привод подходящий по параметрам.
Двигатель М1 входит в комплект моторедуктора, предназначенного для блокировки замков дверей автомобиля, в составе охранной сигнализации.
Двигатель моторедуктора хорошо работает при напряжении питания 4В, что подходит для АКАР.
С целью упрощения, функцию электромагнита выполняет несколько переделанное реле РЭН-18 которое срабатывает при напряжении 4 В и обеспечивает достаточное усилие для управления дозатором.
3. Описание конструкции
3.1 Выбор типа печатной платы
Печатная плата (ПП) - изделие, состоящее из плоского изоляционного основания с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок металла (проводников), которое используют для установки и коммутации электрорадиоизделия (ЭРИ) и функциональных узлов.
По ГОСТ 23751-86 предусмотрены следующие основные типы печатных плат.
Односторонняя печатная плата (ОПП) - ПП, на одной стороне которой выполнены элементы проводящего рисунка. Они просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания и устройств техники связи.
Двусторонняя печатная плата (ДПП) - ПП, на обеих сторонах которой выполнены элементы проводящего рисунка и все требуемые соединения, в соответствии с электрической принципиальной схемой. Электрическая связь между сторонами осуществляется с помощью металлизированных отверстий.