Система управления двигателями в вентиляционной системе

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Информатика, ВТ, телекоммуникации
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,65 Мб
Опубликовано:

2014-11-30

Все дипломные работы по информатике

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Система управления двигателями в вентиляционной системе

Дипломная работа

Система управления двигателями в вентиляционной системе

Техническое задание

Введение

Настоящее техническое задание распространяется на разработку «Системы управления двигателями в вентиляционной системе» КНФУ.477203.001, предназначенной для контроля оборотов двигателя в зависимости от температуры обмотки двигателя, скорости ветра и входящих данных от внешней измерительной системыю.

Основания для разработки

Система разрабатывается на основании задания на дипломный проект, утвержденного кафедрой ПиП ЭВС.

Тема: «Система управления двигателями в вентиляционной системе».

Источники разработки

Система управления двигателем вентилятора промышленной вентиляционной системы разрабатывается на основании сведений полученных в ходе исследования аналогов разрабатываемой системы, в рамках выполнения данного дипломного проекта.

Технические требования

Состав изделия

В состав изделия входят: датчик ветра и температуры, блок управления.

Технические параметры

Напряжение питания схемы, В 5 ± 0,5 В

± 1,5 В

Диапазон измерения температуры -30…+150⁰С

Требования к надежности

Общие требования к надежности по ГОСТ 23359-82. Наработка на отказ при работе в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-59 - не менее 10000 ч.

Принцип работы

Данное устройство служит для приема и обработки информации поступающей от датчиков и внешней системы измерения газов, а также от измерителя запыленности. После подачи напряжения питания на элементы системы, не более чем через 120 с, на выходах датчиков появляются информационные сигналы. По кабельным линиям сигналы с датчиков поступают на входы блока управления (БУ). Где производится непрерывный опрос всех аналоговых датчиков. И в результате обработки информации система регулирует обороты двигателя. Система может работать как в автономном режиме (от своих датчиков), так и в сетевом (подключенной к внешней системе измерения и сбора информации о концентрации газов в воздухе).

Конструктивные требования

Основные конструктивные требования по ГОСТ 14.201-83 и ГОСТ 14.202-83.

Общие технические требования. Методы испытаний по ГОСТ 24032-80.

Основные требования к материалам и покрытиям по ОСТ 4.029.091-81 «Несущие конструкции устройств. Материалы и покрытия».

Требования по уровню шума по ГОСТ 236.329-84 «Машины, устройства и системы обработки данных. Допустимые уровни шума технических средств».

Требования технической эстетики по ОСТ 4Г0.11218.

Требования эргономики по ОСТ 4Г0.10236.

Условия эксплуатации

Устройство должно соответствовать категории размещения О5^* по ГОСТ 15150 - 69 «Для всех макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение) эксплуатирующееся в объемах с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, в том числе шахтах, подвалах, в почве»

- диапазон рабочих температур, ºС -5…+40

- относительная влажность воздуха (с конденсацией влаги) 20…98 ±2%

- атмосферное давление, кПа 87,8 … 119,7

Механические воздействия должны соответствовать ГОСТ 25467- 82 группа исполнения М6 «Изделия устанавливаемые на объектах, имеющие мощные источники вибрации, а также для общего применения в промышленности при условии, что частота вибрации превышает 200 Гц»:

- диапазон синусоидальных вибраций, Гц 1…500

- амплитуда ускорения синусоидальных вибраций, м/с 100(10)

- пиковое ударное ускорение, м/с (g) 400 (40)

Требования безопасности

Основные требования к безопасности в соответствии с требованиями ПУЭ «Правила устройств электроустановок потребителей», утвержденного Минэнерго СССР и введенного в действие 01.08.84.

Основные требования к безопасности при эксплуатации - в соответствии с “Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем”, утвержденными Госэнергонадзором 10.12.72.

Требование к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению (ГОСТ 9.014-79, ГОСТ 14192-96)

Транспортная упаковка и условия хранения должны обеспечивать сохранность изделия при транспортировке и хранении и выполняться по соответствующим стандартам, отраслевым нормам и инструкциям.

Маркировку выполнять любым способом, обеспечивающим ее сохранность в течение всего срока службы.

Устройство должно храниться в складских помещениях, защищенных от воздействия атмосферных осадков, при отсутствии в воздухе кислот, щелочей, и других агрессивных примесей.

Хранение упакованных ПВУ допускается производить в капитальных не отапливаемых складских помещениях при температуре от 0 °С до 40 °С и относительной влажности воздуха 80 % при температуре 25 °С на специально отведенных стеллажах.

Транспортирование ПВУ должно производиться автомобильным, железнодорожным, авиационным (в отапливаемом, герметичном отсеке) видами транспорта на любое расстояние при условии защиты от грязи и атмосферных осадков в соответствии с «Общими правилами перевозки грузов автотранспортом, правилами перевозки грузов железнодорожным транспортом, техническими условиями перевозки и крепления грузов МПС»

Экономические показатели

Масштабность выпуска соответствует среднесерийному производству (100000).

Порядок испытаний

Испытания производить на предприятии - изготовителе путем проверки на предмет соответствия технических показателей устройства в соответствии с ГОСТ 16.962-79 “Изделия электронной техники. Механические, климатические воздействия. Требования и методы испытаний”.

Аннотация

В ходе выполнения дипломного проекта была разработана система управления трехфазным двигателем в промышленной вентиляционной системе. В дипломном проекте был произведен расчет надежности изделия по внезапным отказам, расчет на потребляемую мощность, компоновочные расчеты, разработана конструкция корпуса. В экономической части произведен расчет себестоимости изготовления конструкции разрабатываемого изделия и оценены виды эффектов. В разделе по безопасности жизнедеятельности были рассмотрены варианты защиты устройства от перенапряжения в линии связи, меры защиты от помех, а также способы взрывозащиты электротехнического оборудования.

В графической части представлен комплект из 10 чертежей и 2 плакатов.

The summaryperformance of the degree project the control system of the three-phase engine in industrial ventilating system has been developed. In the degree project calculation of reliability of a product on sudden refusals, calculation on power consumption, arrangement calculations has been made, the tank construction is developed. In an economic part calculation of the cost price of manufacture of a construction of a developed product is made and sorts of effects are estimated. In section on safety of ability to live variants of protection of the device from an overstrain in the communication circuit, a measure of protection from interferences, and also ways взрывозащиты the electrotechnical equipment have been considered.a graphics part the package from 10 drawings and 2 posters is presented.

Содержание

Введение

. Аналитическая часть

.1 Обзор существующих аналогов системы

.2 Состав вентиляционной системы

. Расчетно-теоретическая часть

.1 Разработка структурной схемы

.2 Разработка схемы электрической принципиальной

.3 Расчет показателей надежности ЭБУ

.4 Расчет питания системы

.Технологическая часть

.1 Выбор типа и класса точности печатной платы

.2 Выбор материала печатной платы

.3 Определение размеров печатной платы

.4 Расчет параметров печатного рисунка платы

. Конструкторская часть

.1 Расчет технологичности конструкции

.2 Определение базовых показателей технологичности

.3 Анализ комплексного показателя технологичности

.4 Выбор конструкции

. Экономическая часть

.1 Оценка конкурентоспособности системы управления двигателями в вентиляционной системе

.2 Виды эффектов от внедрения устройства

.3 Разработка системы продвижения товара

. Безопасность жизнедеятельности

.1 Важность вентилирования помещений

Заключение

Литература

Список использованных сокращений

АЛУ - арифметико-логическое устройство

ИС - интегральная схема.

ИЭТ - изделия электронной техники.

МК - микроконтроллер.

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.

ПК - персональный компьютер.

ПО - программное обеспечение

ТЗ - техническое задание.

ТП - технологический процесс.

ШИМ - широтно-импульсная модуляция.

ЭВА - электронно-вычислительная аппаратура

ЭВС - электронное вычислительное средство.

ЭРЭ - элемент радиоэлектронный.

плата микроконтроллер двигатель вентиляционная система

Введение

В промышленности: (горнодобывающей, деревообрабатывающей, пищевой и других) в метрополитенах одной из опасных проблем является система вентиляции. Ежегодно в промышленных отраслях случаются несчастные случаи с летальным исходом, различные виды аварии, пожары из-за плохой системы вентилирования воздушной среды.

Скопление таких газов как метан, углеводород, высокое содержание пыли в воздушной среде очень сильно вредят здоровью человека.

Вентиляция создаёт условия воздушной среды, благоприятные для здоровья и самочувствия человека отвечающие требованиям технологического процесса, сохранения оборудования и строительных конструкций здания, хранения материалов, продуктов и так далее.

Согласно требованиям безопасности на производстве вентиляционная система должна состоять как из канала притока воздуха так и оттока.

Вентиляция бывает: естественная, механическая, приточная, вытяжная, местная, обще объёмная, канальная и безканальная.

Местной вентиляцией называется такая вентиляция, при которой воздух подают на определенные места (местная приточная вентиляция) и загрязненный воздух удаляют только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция).

Общеобменные системы вентиляции - как приточные, так и вытяжные, предназначены для осуществления вентиляции в помещении в целом или в значительной его части. Общеобменные вытяжные системы относительно равномерно удаляют воздух из всего обслуживаемого помещения, а общеобменные приточные системы подают воздух и распределяют его по всему объему вентилируемого помещения.

В механических системах вентиляции используются оборудование и приборы (вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители, автоматика и др.), позволяющие перемещать воздух на значительные расстояния. Затраты электроэнергии на их работу могут быть довольно большими. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки (очистке, нагреванию, увлажнению и т.д.), что практически невозможно в системах естественной вентиляции. Следует отметить, что в практике часто предусматривают так называемую смешанную вентиляцию, то есть одновременно естественную и механическую вентиляцию. В каждом конкретном проекте определяется, какой тип вентиляции является наилучшим в санитарно-гигиеническом отношении, а также экономически и технически более рациональным.

В рамках выполнения дипломного проекта передо мной была поставлена задача разработать систему управления трехфазным двигателем в промышленной вентиляционной системе, которая бы отличалась универсальностью, высокой точностью контроля, низкой стоимостью, малыми габаритами и весом.

1. Аналитическая часть

1.1 Обзор существующих аналогов системы

В настоящее время для управления двигателем вентиляции различные системы различных фирм. Одна из них - это системы управления на базе контроллеров TKV. Разработанные фирмой ТЕРМОКУЛ.

При необходимости эти системы можно связать в общую коммуникационную сеть и интегрировать в уже существующие системы мониторинга и диспетчеризации.

Управляющие блоки TKV применяются для комплексного управления приточно-вытяжными системами вентиляции с вентиляторами. Система автоматики блока управления позволяет обеспечить круглогодичную эксплуатацию системы вентиляции в ручном или автоматическом режиме с точным поддержанием заданных параметров. Благодаря широкому спектру возможностей контроллера, специально разработанного для этой серии, блоки TKV могут применяться практически во всех вентиляционных установках. При необходимости, блоки управления можно объединить в общую систему диспетчеризации. На компьютер диспетчера устанавливается многофункциональное программное обеспечение верхнего уровня (SCADA), в удобной форме отображающее состояние систем и дающее возможность дистанционного управления оборудованием. Управляющие блоки TKV сконструированы согласно IEC 364-3, имеют степень защиты IP65 при закрытой дверце и IP40 при открытой. Блоки предназначены для вертикального монтажа. Допустимая температура эксплуатации от -20 до +50° С. Температура хранения от -30 до +50° С. В стандартный комплект поставки блока входят:

блок управления TKV, сконфигурированный под необходимую задачу, схема электрическая принципиальная, инструкция по настройке и эксплуатации.

Все типы блоков TKV смонтированы в пластиковых шкафах типа «Kaedra» производства Schneider Electric с передней прозрачной дверцей, за которой находятся элементы управления и индикации. При стандартной комплектации внешние размеры бокса составляют 340х615х140 мм (ШхВхГ)*.

Силовая часть, состоящая из главного выключателя, защитных элементов, контакторов собрана с применением только высококачественных компонентов ведущих производителей (Moeller, Omron, Entrelec).

Регулятор скорости вращения вентилятора ETD 01KP

Выносной пульт для управления регуляторами скорости серии ESMD (четырёхпроводный интерфейс, шесть кнопок, трёхразрядный дисплей)

Рисунок1. Регулятор скорости вращения вентилятора ETD 01KP

Контроллер Optigo OP5

Конфигурируемые контроллеры Optigo предназначены для управления работой систем вентиляции и кондиционирования, отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Optigo - новое направление в области контроллеров с ограниченным набором функций для применения там, где не требуется весь спектр характеристик. Контроллеры предназначены для шкафного монтажа на DINрейке.

На передней панели контроллера расположены ЖКдисплей, на котором отображается основная информация о работе системы и энкодер. Настройка режимов работы и парамеров системы производится с помощью энкодера и графического дисплея.

• Управление температурой;

• Управление уровнем СО2;

• Управление влажностью;

• Управление давлением;

• Управление давлением с компенсацией по наружной температуре.

Модель с ограниченным набором функций предназначенная для плавного регулирования одного из параметров. Контроллер работает в режиме пропорционально-интегрального регулирования для быстроменяющегося значения, но может быть перенастроен на режим пропорционального регулирования для медленно изменяющегося значения регулируемого объекта.

Рисунок 2. Контроллер Optigo OP5

1.2 Состав вентиляционной системы

Состав системы вентиляции зависит от ее типа. Наиболее сложными и часто используемыми являются приточные искусственные (механические) системы вентиляции. Их состав мы и рассмотрим.

Типовая приточная механическая вентиляционная система состоит из следующих компонентов (расположенных по направлению движения воздуха, от входа к выходу):

Воздухозаборная решетка

Через воздухозаборную решетку в систему вентиляции поступает наружный воздух. Эти решетки, как и все другие элементы вентиляционной системы, бывают круглой или прямоугольной формы. Воздухозаборные решетки не только выполняют декоративные функции, но и защищают систему вентиляции от попадания внутрь капель дождя и посторонних предметов.

Рисунок 1.1 Воздухозаборная решетка

Воздушный клапан

Воздушный клапан необходим для предотвращения попадания холодного наружного воздуха в помещение при выключенной вентиляции. Наибольшее распространение получили пружинный обратный клапан («бабочка») и воздушный клапан с электроприводом и возвратной пружиной (возвратная пружина закрывает клапан при пропадании электропитания). Пружинный обратный клапан недорогой, но менее эффективный (возможно попадание холодного воздуха с улицы в помещение при выключенной системе). Воздушный клапан с электроприводом дороже, но он гарантированно перекрывает доступ холодного воздуха и, кроме того, позволяет полностью автоматизировать управление системой - при включении вентилятора (и калорифера) клапан открывается, при выключении - закрывается.

Кроме этого существуют недорогие ручные клапана - управление заслонкой такого клапана производится с помощью рукоятки. Ручной клапан рекомендуется устанавливать совместно с пружинным обратным клапаном для того, чтобы иметь возможность перекрыть доступ холодного воздуха в помещение при отключении системы вентиляции на длительный период (например, при отъезде в отпуск). В противном случае соприкосновение теплого внутреннего воздуха с холодной поверхностью воздуховодов может привести к образованию конденсата, который в виде капель воды будет стекать в помещение.

Рисунок 1.2 Воздушный клапан

Фильтр

Фильтр необходим для защиты как самой системы вентиляции, так и вентилируемых помещений от пыли, пуха, насекомых. Обычно устанавливается один фильтр грубой очистки, который задерживает частицы величиной более 10 мкм. Если к чистоте воздуха предъявляются повышенные требования, то дополнительно могут быть установлены фильтры тонкой очистки (задерживают частицы до 1 мкм) и особо тонкой очистки (задерживают частицы до 0,1 мкм).

Фильтрующим материалом в фильтре грубой очистки служит ткань из синтетических волокон, например, акрила. Фильтр необходимо периодически очищать от грязи и пыли, обычно не реже 1 раза в месяц. Для контроля загрязнения фильтра можно установить дифференциальный датчик давления, который контролирует разность давления воздуха на входе и выходе фильтра - при загрязнении разность давления увеличивается.

Рисунок 1.3 Фильтр

Калорифер

Калорифер или воздухонагреватель предназначен для подогрева подаваемого с улицы воздуха в зимний период. Калорифер может быть водяным (подключается к системе центрального отопления) или электрическим. Для небольших приточных установок выгоднее использовать электрические калориферы, поскольку установка такой системы требует меньших затрат. Для больших офисов (площадью более 100 кв.м.) желательно использовать водяные нагреватели, иначе затраты на электроэнергию окажутся очень большими.

Существует способ в несколько раз снизить затраты на подогрев поступающего воздуха. Для этого используется рекуператор - устройство, в котором холодный приточный воздух нагревается за счет теплообмена с удаляемым теплым воздухом. Разумеется, воздушные потоки при этом не смешиваются.

Рисунок 1.4 Колорифер

Вентилятор

Вентилятор - основа любой системы искусственной вентиляции. Он подбирается с учетом двух основных параметров: производительности, то есть количества прокачиваемого воздуха и полном давлении. По конструктивному исполнению вентиляторы бывают двух видов: осевые (пример - бытовые вентиляторы «на ножке») и радиальные (центробежные) (типа «беличье колесо»). Осевые вентиляторы обеспечивают хорошую производительность, однако характеризуются низким полным давлением, то есть, если на пути воздушного потока встречается препятствие (длинный воздуховод с поворотами, решетка и т.п.), то скорость потока существенно уменьшается. Поэтому в системах вентиляции с разветвленной сетью воздуховодов применяют радиальные вентиляторы, отличающиеся высоким давлением созданного воздушного потока. Другими важными характеристиками вентиляторов является уровень шума и габариты. Эти параметры в большой степени зависят от марки оборудования.

Рисунок 1.5 Вентилятор

Шумоглушитель

Поскольку вентилятор является источником шума, после него обязательно устанавливают шумоглушитель, чтобы предотвратить распространение шума по воздуховодам. Основным источником шума при работе вентилятора являются турбулентные завихрения воздуха на его лопастях, то есть аэродинамические шумы. Для снижения этих шумов используется звукопоглощающий материал определенной толщины, которым облицовываются одна или несколько стенок шумоглушителя. В качестве звукопоглощающего материала обычно используют минеральную вату, стекловолокно и т.п.

Рисунок 1.6 Шумоглушитель

Воздуховоды

После выхода из шумоглушителя обработанный воздушный поток готов к распределению по помещениям. Для этих целей используется воздухопроводная сеть, состоящая из воздуховодов и фасонных изделий (тройников, поворотов, переходников). Основными характеристиками воздуховодов являются площадь сечения, форма (круглая или прямоугольная) и жесткость (бывают жесткие, полугибкие и гибкие воздуховоды).

Скорость потока в воздуховоде не должна превышать определенного значения, иначе воздуховод станет источником шума. Поэтому площадью сечения воздуховода определяется объем прокачиваемого воздуха, то есть размер воздуховодов подбирается исходя из расчетного значения воздухообмена и максимально допустимой скорости воздуха.

Жесткие воздуховоды изготавливаются из оцинкованной жести и могут иметь круглую или прямоугольную форму. Полугибкие и гибкие воздуховоды имеют круглую форму и изготавливаются из многослойной алюминиевой фольги. Круглую форму таким воздуховодам придает каркас из свитой в спираль стальной проволоки. Такая конструкция удобна тем, что воздуховоды при транспортировке и монтаже можно складывать «гармошкой». Недостатком гибких воздуховодов является высокое аэродинамическое сопротивление, вызванное неровной внутренней поверхностью, поэтому их используют только на участках небольшой протяженности.

Рисунок 1.7 Воздуховоды

Распределители воздуха

Через воздухораспределители воздух из воздуховода попадает в помещение. Как правило, в качестве воздухораспределителей используют решетки (круглые или прямоугольные, настенные или потолочные) или диффузоры (плафоны). Помимо декоративных функций, воздухораспределители служат для равномерного рассеивания воздушного потока по помещению, а также для индивидуальной регулировки воздушного потока, направляемого из воздухораспределительной сети в каждое помещение.

Рисунок 1.8 Распределители воздуха

Системы регулировки и автоматики

Последним элементом вентиляционной системы является электрический щит, в котором обычно монтируют систему управления вентиляцией. В простейшем случае система управления состоит только из выключателя с индикатором, позволяющего включать и выключать вентилятор. Однако чаще всего используют систему управления с элементами автоматики, которая регулирует мощность калорифера в зависимости от температуры приточного воздуха, следит за чистотой фильтра, управляет воздушным клапаном и т.д. В качестве датчиков для системы управления используют термостаты, гигростаты, датчики давления и т.п.

Рисунок 1.9 Система регулировки и автоматики

Рисунок 1.10 Структура вентиляционной сети.

2. Расчетно-теоретическая часть

2.1 Разработка структурной схемы

Система вентиляционной сети предназначена для автоматического непрерывного изменения скорости вращения (приточных, вытяжных) вентиляторов вентиляционной системы, по результатам полученным от диспетчерского измерительного центра. Основными функциями системы являются:

изменение скорости вращения трехфазного двигателя вентилятора;

- измерение скорости потока воздуха;

- измерение температуры обмоток двигателя;

ручное и автоматическое управление системами вентиляции;

Разобравшись в функциональном назначении будущей системы, а также подобрав и изучив характеристики требуемых датчиков, можно сформулировать требования к составу и параметрам аппаратуры, удовлетворяющие техническому заданию на дипломный проект и разработать электронный блок управления двигателя вентиляционной сети.

Рисунок 2.1 . Структурная схема электронного блока управления двигателя в вентиляционной системы

Изучив характеристики требуемых датчиков и электродвигателя, можно сформулировать требования к составу и параметрам аппаратуры, удовлетворяющие техническому заданию на дипломный проект и разработать систему управления двигателями в вентиляционной системе.

Для сигналов, поступающих с датчиков и внешней измерительной системы необходимо предусмотреть память достаточной для хранения программы, временных файлов и другой информации.

Информация после преобразования должна анализироваться и на основе анализа управлять электродвигателем, для чего необходимо предусмотреть контроллер двигателя.

Блок управления должен иметь сетевой интерфейс для обмена с внешней измерительной системой. Блок клавиатуры для первичной ручной настройки.

В соответствии с вышеуказанными требованиями и параметрами, была разработана схема электрическая структурная КНФУ.277212.001 Э1 в которой отражены все основные блоки электронного блока управления двигателя вентиляционной системы.

2.2 Разработка схемы электрической принципиальной

При выборе элементной базы для разрабатываемой системы, необходимо придерживаться следующих параметров:

небольших габаритов;

требуемая надежность;

низкая стоимость;

удобства монтажа.

Все блоки системы изготавливаются с применением изделий электронной техники (ИЭТ), имеющих планарные выводы и предназначенные для поверхностного (планарного) монтажа, основными преимуществами которого является: снижение габаритов и массы печатных узлов, улучшение электрических характеристик, повышение технологичности, повышение ремонтопригодности, снижение себестоимости.

Элементная база приведена на схеме электрической принципиальной КНФУ.477203.001 Э3 и в перечне элементов КНФУ. 477203.001 ПЭ3.

2.2.1 Выбор микроконтроллера

Для минимизации размеров, энергопотребления и стоимости аппаратуры эффективнее применять микроконтроллер, осуществляющий управление различными электронными устройствами и обеспечивающий взаимодействие между ними согласно заложенной в него программе. Т.к. термин "микроконтроллер" обычно означает отдельную микросхему, содержащую процессорное ядро и все необходимые периферийные устройства на одном кристалле для того, чтобы реализовать специализированный микрокомпьютер для задач контроля/управления, то для данной разрабатываемой системы он является предпочтительнее. Не менее важным критерием при выборе микроконтроллера является, по возможности большая интеграция функционально-топологических модулей, которые должны соответствовать поставленной задаче.

При выборе микроконтроллера особое внимание уделялось большому числу встроенных дополнительных устройств т.к. это повышает надежность системы, потому что они не требуют никаких внешних электрических цепей. Наиболее популярными внутрисхемными устройствами являются устройства памяти, таймеры, системные часы/генератор и порты ввода/вывода (I/O). Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM) и электрически стираемую память (EEM). I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A) и различного рода индикаторы. Также необходимо внимательно изучить набор команд и регистров каждого микроконтроллера, так как они играют важнейшую роль в определении возможностей системы в целом.

Архитектура семейства MCS-51 фирмы Intel была в свое время определена настолько удачно, что является сегодня, по существу, одним из стандартов «де-факто» на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Наиболее современные микроконтроллеры этой архитектуры объединяют на одном кристалле вместе с ядром MCS-51 flash - память объемом до 64 Кбайт, 12 - разрядные АЦП и ЦАП, интерфейсы USB, CAN, (E)ISA. Дополнительные возможности предоставляют версии микроконтроллеров MCS-51 с пониженным до 1,8 В напряжением питания, а также приборы со сжатой тактовой сеткой и повышенной до 40 МГц тактовой частотой.

Analog Device выпускает микросхему ADuC812 которая представляет собой интегральную 12 - битную систему сбора информации включающую в себя прецизионный многоканальный АЦП с самокалибровкой, два 12 - битных ЦАП и программируемое 8 - битное микропроцессорное ядро (совместимое с 8051) (MCU). MCU поддерживается внутренними 8Кбайт FLASH ЭРПЗУ программ, 640 байт ЭРПЗУ памяти данных и 256 байт статической памяти данных с произвольной выборкой (RAM). MCU поддерживает следующие дополнительные функции: охранный таймер, монитор питания, канал прямого доступа для АЦП. Для мультипроцессорного обмена и расширения в/в имеются 32 программируемых в/в линии, I²C, SPI, стандартный UART интерфейс.

Рассмотрим семейство микроконтроллеров AVR фирмы Atmel.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

Сlassic AVR. Основные особенности микроконтроллеров данного семейства:

) возможность вычислений со скоростью до 1 MIPS/МГц;

) FLASH_память программ объемом от 1 до 8 Kбайт (число циклов стирания/записи не менее 1000);

) память данных на основе статического ОЗУ (SRAM) объемом до 512 байт;

) память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом от 64 до 512 байт (число циклов стирания/записи не менее 100000);

Tiny AVR. Микроконтроллеры этого семейства являются 8-разрядными микроконтроллерами, предназначенными для встраиваемых приложений.

Они изготавливаются по малопотребляющей КМОП -технологии, которая в сочетании с усовершенствованной RISC архитектурой позволяет достичь наилучшего соотношения быстродействие/энергопотребление. Удельное быстродействие этих микроконтроллеров может достигать значения 1 MIPS/МГц (1 миллион операций в секунду на 1 МГц тактовой частоты). Основные особенности микроконтроллеров данного семейства:

1. FLASH - память программ объемом 1…2 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 1000);

2. Оперативная память (статическое ОЗУ) 1…2 Кбайт;

3. Память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом до 64 байт (число циклов стирания/записи не менее 100000);

4. Возможность защиты от внешнего чтения и модификации памяти программ и данных (в EEPROM);

. Возможность программирования непосредственно в системе через последовательный интерфейс;

6. Различные способы синхронизации: встроенный генератор с внутренней или внешней времязадающей RC-цепочкой, встроенный генератор с внешним резонатором (пьезокерамическим или кварцевым), внешний сигнал синхронизации;

7. Наличие двух или трех режимов пониженного энергопотребления;

. Некоторые модели микроконтроллеров могут работать при пониженном до 1,8 В напряжении питания.

Mega AVR. Микроконтроллеры этого семейства являются наиболее развитыми представителями микроконтроллеров AVR. Они имеют электрически стираемую память программ (FLASH) и данных (EEPROM), а также самый богатый набор периферийные устройств по сравнению с микроконтроллерами других семейств. К устройствам присутствующим не но всех моделях семейства относятся АЦП, модуль двухпроводного интерфейса TWI (Two Wire Interface, аналог шины I²C), а также модуль интерфейса JTAG. Основные особенности микроконтроллеров AVR семейства Mega:

. FLASH - память программ объемом 8…128 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 1000);

. Оперативная память (статическое ОЗУ) объемом 1…4 Кбайт;

. Память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом 512 байт … 4 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 100000);

. Возможность программирования непосредственно в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG;

. Возможность самопрограммирования;

. Возможность внутрисхемной отладки в соответствии со стандартом IEEE 1149.1 (JTAG);

. Различные способы синхронизации;

. Наличие детектора снижения напряжения питания (brown-out-detector, BOD);

Из рассмотренного семейства AVR-микроконтроллеров наибольший интерес представляет микроконтроллер ATmega8535L, 8 - разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с развитой RISC архитектурой, малым потреблением и внутрисхемно программируемой FLASH памятью на. Имеет богатую систему высокопроизводительных команд, большинство из которых выполняется за один тактовый цикл. 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. За счет этого такая архитектура обеспечивает в десятки раз большую производительность по сравнению с CISC архитектурой.

Основными характеристиками данного микроконтроллера является 8 Кбайт внутрисистемно перепрограммируемой Flash памяти, дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки (внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки, обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)), 512 байт EEPROM (Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи), 512 байт встроенной SRAM, 8 - канальный 10 - разрядный аналого-цифровой преобразователь, программирование через JTAG интерфейс (Flash, EEPROM памяти, перемычек и битов блокировки), шесть каналов PWM с возможностью программирования разрешения от 1 до 16 разрядов, сдвоенный программируемый последовательный USART, шесть режимов пониженного потребления (Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby и снижения шумов ADC).

Сравнив характеристики микроконтроллера AVR ATmega8535L и ADuC812 с архитектурой MCS-51 можно сделать вывод что модель фирмы AVR имеет более широкие возможности и условия эксплуатации.

Рассчитаем разрядность АЦП, обеспечивающую необходимую точность преобразования аналоговых сигналов, согласно заданию на дипломный проект. Расчет разрядности производим используя погрешность представления информации δ_ПР:

Рисунок 10. Структурная схема микроконтроллера

Определим число разрядов АЦП по формуле:

где n - число разрядов АЦП

2.2.2 Выбор операционного усилителя

Одним из основных входных сигналов для разрабатываемой схемы является аналоговый, поэтому его необходимо предварительно усилить для подачи на входы АЦП. Так как датчики удалены от основного устройства, то для обеспечения точности измерения аналоговых сигналов наиболее оптимальным будет применение в данной разработке операционного усилителя. Это тип дифференциального усилителя <#"805803.files/image022.gif">

Рисунок 11. Схема типичного дифференциального усилителя

В данной разработке был применен ОУ AD8031 фирмы ANALOG DEVICES, который обладает следующими характеристиками:

маломощное потребление 800 мА;

дифференциальное входное напряжение ±5В;

рабочий диапазон температур -40ºС …+80ºС

рабочее питания ±5 В;

усиление от 1 до 1000;

малощумящий 35нВ/√Гц;

низкое напряжение смещения по выходу;

диапазон выходного сигнала от -U_пит до +U_пит.

Рисунок 2.2 Схема подключения датчиков

Область применения:

- маломощное оснащение медицинской аппаратуры;

- интерфейсы преобразователя;

- усилители термопары;

- управление производственным процессом;

- сбор данных малой мощности.

Каждый из аналоговых датчиков подключается к отдельному входу АЦП, встроенному в микроконтроллер. Подключение осуществляется через согласующее устройство, в качестве которого используется ОУ.

2.2.3 Выбор интерфейса передачи данных

Так как данная система должна быть связана с ЭВМ находящейся на достаточно большом расстоянии, то наиболее подходящим в данном случае будет применение промышленного интерфейса для обмена данными.

Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Структурированная кабельная система (СКС) построенная на основе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу идет оригинальный сигнал, а по другому - его инверсная копия. Другими словами если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов. Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал.

Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. Аппаратная реализация интерфейса - микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (к линии) и цифровыми портами (к портам UART контроллера). Существует два варианта такого интерфейса: RS-422 и RS-485. Для разрабатываемой системы был применен RS-485. Это полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключатся в режиме приема. Максимальная скорость связи по спецификации RS-485 может достигать 10 Мбод/сек. Максимальное расстояние - 1200 м. Если необходимо организовать связь на расстоянии больше 1200 м или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры).

Рисунок 2.3. Временная диаграмма работы интерфейса

В качестве линии связи надежнее использовать экранированную витую пару с волновым сопротивлением ≈ 120 Ом. Для защиты от помех экран (оплетка) витой пары заземляется в любой точке, но только один раз: это исключает протекание больших токов по экрану из-за неравенства потенциалов «земли». Как правило, экран линии связи заземляется на одном из ее концов. Любая длинная линия для исключения помех от отраженного сигнала должна быть согласована на концах. Для согласования используются резисторы сопротивлением 120 Ом (точнее, с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля) и мощностью не менее 0,25 Вт - так называемый терминатор. Терминаторы устанавливаются на обоих концах линии связи, между контактами А и В витой пары.

В качестве приемопередатчика интерфейса RS-485, был выбран интегральный приёмопередатчик дифференциальных сигналов двунаправленной передачи данных в полудуплексном режиме MAX 485.

Отличительные особенности:

· изолированный приемопередатчик;

· соответствует спецификациям ANSI TIA/EIA-485-A и ISO 82:1987(E);

· скорость передачи данных до 500 КБит/с;

· ограничение скорости нарастания напряжения выходного сигнала;

· низкий ток потребления, не более 2.0 мА;

· высокая стойкость к синфазным переходным помехам: не менее 25 кВ/мкс;

· входы приемника с защитой от сбоев;

· функция подавления шумов при включении/выключении;

· защитное отключение при перегреве;

· широкий диапазон рабочих температур -40...+85°C;

· напряжение питания со стороны логики: 5 В;

· электрическая прочность изоляции: 2500 В AC.

Рисунок 2.4 . Функциональная схема приемопередатчика MAX 485

2.2.4 Выбор датчиков

Для измерения скорости ветра был применен датчика ветра GIRA058000.

Датчик ветра c служит для регистрации и обработки информации о скорости ветра и предназначен для наружного монтажа. Монтаж осуществляется с помощью прилагаемых монтажных уголков. Через герметический магнитоуправляемый контакт регистрируется скорость вращения и преобразуется в аналоговый выходной сигнал. Эксплуатация во время заморозков возможна благодаря наличию встроенного обогрева

Рисунок 2.5 Датчик ветра

Технические параметры:

Рабочая температура: -50…+55°С

Диапазон измерения: 0.4…75м/с

Погрешность: ±0.17 м/с *) (стандартное отклонение от прямой по всему диапазону измерения)

Постоянная расстояния: 2.0 м*)

Порог чувствительности: <0.5 м/с*)

В качетве датчика температуры выбираем датчик PT100, предназначенный для измерения температуры поверхности.

Такой датчик обладает такими параметрами как:

Инерционность- 13 с.

Длина кабеля- 1,5 м.

Материал защитной арматуры- алюминий.

Степень защиты- IP65.

Температурный диапазон: -30…+150°С.

Рисунок 2.6 Датчик температуры.

2.2.5 Выбор микросхемы управления двигателем

Из множества различных видов и типов микросхем управления двигателем, выбираем микросхему IR2131.Эта микросхема способна управлять трехфазным двигателем. Она универсальна, имеет низкую стоимость в отличие от микросхем фирмы MOTOROLLA.

Рисунок 2.6 Функциональная схема микросхемы IR2131

2.2.6 Выбор транзисторов управления двигателем

Из множества различных видов и типов полевых транзисторов выбираем микросхему IRF740 .Этот транзистор способен выдерживать напряжение до 400В и ток нагрузки до 10А. Такой транзистор применяется для регулировки оборотов двигателя, включения выключения а так же яркости освещения в быту и промышленности.

Рисунок 2.7 Функциональная схема транзистора IRF740

2.2.7 Выбор электрических соединителей

Электрический соединитель представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для механического соединения и разъединения вручную электрических цепей (проводов, кабелей, модулей, узлов и блоков) в различных видах аппаратуры при выключенном источнике тока через соединитель.

Мною были рассмотрены различные варианты соединителей по конструктивным особенностям и форме изолятора, по способу сочленения частей соединителя и фиксации сочлененного положения, в зависимости от корпуса соединителя и вида соединяемых цепей. В данном дипломном проекте для разрабатываемого устройства были применены малогабаритные электрические соединители фирмы Weidmuller. Одним из критериев выбора данных соединителя является удобство монтажа и малые габариты.

LM5.08/90 - соединитель (розетка) который имеет параметры:

Угол между контактами 90°

Способ подключения - Лифтовой зажим

Рабочее напряжение 250 V

Рабочий ток 17.5 A

Рабочая температура: -20°C...+100°C

S2L 3.5/90; S6L 3.5/90; S14L 3.5/90;

Угол между контактами 90°

Рабочее напряжение 380 V

Рабочий ток: 7.5 A

Рабочая температура: -20°C...+100°C

2.3 Расчет показателей надежности ЭБУ

Исходные данные:

- рабочая температура окружающей среды Т=-5…+40 ⁰С

давление Р=750 мм.рт.ст.

влажность r=70%

условия эксплуатации аппаратуры: наземная стационарная

время t_зад=10000 часов.

2.3.1 Определение обобщенного эксплуатационного коэффициента К_э

Обобщенный коэффициент учитывает область применения и функциональное назначение ПВУ. Значение К_э выбирается из таблицы 1 [1].

К_э=1.5

2.3.2 Определение поправочных коэффициентов К_r, K_p

Поправочные коэффициенты К_r, K_pучитывают влияние влажности и атмосферного давления окружающей среды на работу ПВУ. Значения К_r, K_p выбираются соответственно из таблицы 2[1] и таблицы 3[1] исходя из исходных данных. К_r=1; K_p=1

2.3.3 Определение интенсивности отказов элементов устройства

2.3.3.1 Определение интенсивности отказов интегральных схем (ИС)

Для интегральных схем (ИС) расчет интенсивности отказов не производится, их значения берутся из справочников, где данные получены по результатам испытаний и эксплуатации ИС. В приложении 1[1] и 2[1] приведены интенсивности отказов ИС. При расчете надежности ЭС, построенных на сериях отсутствующих в приложениях 1[1] и 2[2], рекомендуется пользоваться интенсивностью отказов для цифровых ИС, равной 0,5×10^-6 1/ч, а для аналоговых ИС равной 0,6×10^-6 1/ч. Интенсивности отказов для ИС приведены в Таблице 2.3

Таблица 2.1

Поз. обозначение	Тип микросхемы	Кол-во	λ_эк*10^-6,1/час
DA1…DA8	AD8031	8	0.6
DD1	AT24CO1A	1	0.5
DD2	1	0.5
DD3	MAX485	1	0.5
DD4	ADM690	1	0.5
DD5	IR2131	1	0.5

2.3.3.2 Определение интенсивности отказов полупроводниковых приборов (ПП)

Для расчета интенсивности отказов ПП используется формула учитывающая электрическую нагрузку и температуру при которой работает ПП:

где - интенсивность отказа ПП в номинальном режиме работы (значение выбирается из приложения 3[1] и 4[1]). Значение λ₀ для ПП, отсутствующих в приложении 3[1] и 4[1], берется из таблицы 4[1];

A, N_T, T_M, p, Δt - постоянные коэффициенты (выбираются из таблицы 5[1]);

t - рабочая температура окружающей среды корпуса ПП, ⁰C;

K_H- коэффициент электрической нагрузки, рассчитываемый по формуле (для транзисторов):

К_Н=P_раб/P_доп

где P_раб - рассеиваемая мощность, для рабочего режима;

P_доп - допустимые электрические параметры по ТУ или ГОСТ на ПП.

Рассчитываем коэффициент электрической нагрузки для транзисторов. Результаты расчета заносим в таблицу 2.2

Таблица 2.2

Транзистор	Р_раб	Р_доп	К_н
VT1..VT6	0.01	1	0.01

Рассчитаем интенсивность отказов для транзистора, результаты расчета вносим в таблицу 2.3

Таблица 2.3

Транзистор	λ₀*10^-6,1/час	А	N_T	T_M	p	Δt	λ_эк*10^-6,1/час
VT1..VT6	0.35	3.04	-1052	448	10.5	150	0.032

2.3.3.3 Определение интенсивности отказов конденсаторов

Для расчета интенсивности отказов конденсаторов используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых конденсатор работает в аппаратуре:

где - интенсивность отказа конденсатора в номинальном режиме работы (значение выбирается из приложения 5[1], при отсутствии в приложении 5 - из таблицы 6[1]);

A, С, N_S, B, N_T, Д - постоянные коэффициенты (значения их выбираются из таблицы 7[1]);

t - рабочая температура окружающей среды, ⁰C;

K_H- коэффициент электрической нагрузки конденсатора, рассчитывается по формуле

где - рабочее напряжение на обкладках конденсатора, - допустимое напряжение конденсатора по ТУ или ГОСТ.

Определяем коэффициент нагрузки конденсатора.

Таблица 2.4

Конденсатор	U_раб,В	U_доп,В	Кн
С1	2	50	0.04
С2…С3	5	25	0.2
С4…С5	2	50	0.04
С6	5	25	0.2
С7	2,5	25	0.1
С8	5	25	0.2
С9… С11	9	25	0.36
С12	12	25	0.48

Рассчитаем интенсивность отказов для конденсатора, результаты расчета вносим в таблицу 2.5

Таблица 2.5

Конден-сатор	Группа	λ₀*10^-6,1/час	А	N_s	C	B	N_T	Д	λ_эк*10^-6,1/час
С1		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0003954
С2…С3		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0004059
С4…С5		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0003954
С6		0.1	3.6*10^-2	0.6	3	4.1	258	5.9	0.416
С7		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0003966
С8		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0004059
С9… С11		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0004568
С12		0.015	5.9*10^-7	0.3	3	14.3	398	1	0.0005411

2.3.3.4 Определение интенсивности отказов резисторов

Для расчете интенсивности отказов резисторов используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых резистор работает в аппаратуре:

где l₀ интенсивность отказа резистора в номинальном режиме работы (значение l₀ выбираются из приложения 6[1], при отсутствии в приложении 6 - из таблицы 8[1]);

A, B, N_T, C, N_S, I, H - постоянные коэффициенты (значения этих коэффициентов выбираются из таблицы 9[1]);

t - рабочая температура окружающей среды, ⁰С;

К_н -коэффициент электрической нагрузки резистора, рассчитывается

К_н =Р_раб/Р_доп ,

где Р_раб =Р_пост.+ Р_пер.+ Р_имп

Рассчитываем коэффициент электрической нагрузки для резисторов. Результаты расчета заносим в таблицу 2.6

Таблица 2.6

Резистор	Р_раб	Р_доп	К_н
R1…R8	0.00025	0.25	0.001
R9, R10	0.025	0.25	0.1
R11	0.085	0.25	0.34
R12	0.045	0.25	0.18
R13, R14, R16…R19	0.085	0.25	0.34
R15	0.025	0.25	0.1
R20	0.125	0.25	0.5

Находим интенсивность отказов для резисторов, пользуясь табличными значениями коэффициентов и интенсивности отказов в номинальном режиме работы (см. таблица …). Результаты расчетов заносим в таблицу 2.7

Таблица 2.7

Резистор	λ₀*10^-6,1/час	А	В	N_T	C	N_S	I	H	λ_эк*10^-6,1/час
R1…R8	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.012
R9, R10	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.015
R11	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.021
R12	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.016
R13, R14, R16…R19	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.021
R15	0.03	0.26	0.51	343	9.28	0.75	1	0.89	0.015
R20	0.04	0.45	0.45	358	7.3	2.69	2.5	1	0.033

2.3.3.5 Определение интенсивности отказов всех остальных компонентов

Данные берем из таблицы 10[1], которые получены по результатам испытаний и эксплуатации изделий.

Пайка печатного монтажа, количество 327: λ_эк=327*0.01*10^-6=3.27*10^-6 1/ч

Проводники печатных плат, количество 105: λ_эк=105*0.2*10^-6=21*10^-61/ч

Соединители для печатного монтажа, количество5: λ_эк=8*0.16*10^-6=0.8*10^-61/ч

2.3.4 Определение суммарной интенсивности отказов активных, пассивных и конструктивно-технологических элементов, составляющих в совокупности ПВУ

Суммарная интенсивность отказов находиться по формуле:

,1/ч

где m-общее число компонентов ПВУ (ИС, ПП, резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов, паек, проводников и т.д.). Результат суммирования приведен в таблице 2.8.

Таблица2.8

Элемент	λ_эк,*10^-61/ч
С1	0,0031632
С2…С3	0,0032472
С4…С5	0,0031632
С6	1,248
С7	0,0003966
С8	0,0012177
С9… С11	0,0009136
С12	0,0005411
R1…R8	0,192
R9, R10	0,015
R11	0,021
R12	0,176
R13, R14, R16…R19	0,168
R15	0,03
R20	0,033	0.8
Пайка печатного монтажа	3,27
Проводники ПП	23.6
λ_∑*10^-61/ч	40.3571

2.3.5 Определение общей интенсивности отказа ПВУ

Интенсивность отказа СПФ:

λ_А=40.3571*10^-6*1.5*1*1=60,53565*10^-6 1/ч

где К_э, К_r,К_рвыбираются из таблицы 1-3.

2.3.6 Нахождение средней наработки ЭС до первого отказа

2.3.7 Нахождение вероятности безотказной работы ПВУ Р_а за заданное время работы t

Вероятность безотказной работы Р_а за заданное время t находим по формуле:

Р_А=е^{-0.0000605356*10000}=0.482

2.4 Расчет питания системы

Расчет мощности, потребляемой прибором

Таблица 2.9

Название элемента	Количество	Потребление мощности в рабочем режиме, Вт
AD8031	8	0,32
AT24CO1A	1	0,14
ATmega8535	1	0,835
MAX485	1	0,37
ADM690	1	0,47
IR2131	1	0,71
Итого:		2,845

Рассчитаем максимальный потребляемый системой ток

I= Wmax/Uпит=2,845/5=0,569 А

Таким образом, максимальный потребляемый ток входит в допустимые нормы работы стабилизатора

3.Технологическая часть

3.1 Выбор типа и класса точности печатной платы

По своему конструктивно-технологическому исполнению печатные платы подразделяются на односторонние, двусторонние, многослойные, гибкие, проводные, с основаниями из слоистого диэлектрика, керамики, металлического листа.

Односторонние печатные платы (ОПП) характеризуются: возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установкой навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек без изоляции; низкой стоимостью конструкции. К недостаткам ООП следует отнести низкую плотность компоновки, обычно не превышающую 1,5 эл/см³; низкую тепловую и механическую устойчивость контактных площадок.

Двусторонние печатные платы (ДПП) без металлизированных контактных и переходных отверстий характеризуются: возможностью обеспечить высокие требования к точности выполнения проводящего рисунка; высокими коммутационными свойствами; использованием объемных металлических элементов конструкции (арматура переходов по ГОСТ 22318-77, отрезки проволоки, припой, выводы элементов) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенных на противоположных сторонах платы; низкой стоимостью конструкции.

Двусторонние печатные платы с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммутационными свойствами; повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы, относительно высокой стоимостью конструкции. Плотность монтажа может доходить до 2 эл/см³. В соответствии с ГОСТ 23751-86 для печатных плат установлены пять классов точности рисунка, от которого зависит коммутационная способность платы, сложность и трудоемкость технологического процесса.

Таблица 3.1 Номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатных плат

Параметр	Номинальное значение размеров для класса точности
	1	2	3	4	5
Минимальная ширина проводника t и зазора S , мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
Предельное отклонение Dt проводника с металлическим покрытием, мм	+0,25 -0,20	+0,15 -0,10	±0,10	±0,05	±0,03
Гарантийный поясок контактной площадки, b min ,мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
Допуск на отверстие диаметром до 1 мм с металлизацией Dd, мм	+0,10 -0,15	+0,10 -0,15	+0,05 -0,10	+0,05 -0,10	+0,0 -0,075
----//---- без металлизации	±0,10	±0,10	±0,05	±0,05	±0,05
Допуск на отверстие диаметром свыше I мм с металлизацией Dd, мм	+0,15 -0,20	+0,15 -0,20	+0,10 -0,15	+0,10 -0,15	+0,05 -0,15
----//---- без металлизации	+0,15	±0,15	±0,10	±0,10	±0,05
Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, γ	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20

Реализация схемы электрической принципиальной в виде печатного узла в рамках выполнения дипломного проекта вполне возможна с использованием двусторонней печатной платы с металлизированными монтажными и переходными отверстиями по третьему классу точности рисунка, так как данный класс обеспечивает достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а для производства плат требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

3.2 Выбор материала печатной платы

В качестве основания печатной платы используются слоистые диэлектрики на основе бумаги (гетинаксы) и на основе стеклоткани (стзклотекстолиты). Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью.

Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем показателям но стоимость его значительно выше. Фольгированный гетинакс рекомендуется использовать для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха. Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях 1-й и 2-й групп жесткости по ОСТ 4.077.000, рекомендуется применять материалы на основе бумаги, а для 3-й и 4-й групп жесткости - на основе - стеклоткани. Толщина печатной платы выбирается в зависимости от используемой элементной базы и воздействующих механических нагрузок. Предпочтительными значениями номинальных толщин одно- и двусторонних печатных плат являются 0,8; 1,0; 1,5; 2.0 мм. Так как разрабатываемое в рамках дипломного проекта устройство предназначено для эксплуатации в условиях 3-й группы жесткости, а также для увеличения стабильности параметров при воздействии изменяющихся климатических условий и различных дестабилизирующих факторов, то в качестве материала печатной платы используем двусторонний стеклотекстолит марки FR4 толщиной 1,5 мм. Стандартный FR-4 представляет собой композитный материал на основе стекловолокна (стеклотекстолит).

Для защиты проводников от случайного замыкания и попадания грязи, защиты стеклотекстолита от термоударов при пайке, повышения разрешающей способности монтажа применяем защитную маску SUR-900G. Это однокомпонентная защитная паяльная маска ультрафиолетового отверждения, применяется в сеткографическом процессе и наносится в качестве защитной паяльной маски на те места печатной платы, которые при последующей пайке не должны облуживаться (селективная пайка). Обладает 100% содержанием твёрдых веществ в силу чего отсутствует запекание на сетке, толщина слоя сухой плёнки практически не отличается от толщины слоя влажной пленки. Высокая производительность из-за быстрой отверждаемости, при этом отсутствие охрупчения при многократных отверждениях (например, последующая печать). Хорошее воздушное выравнивание и стойкость к воздействию расплавленного припоя. Эта маска ультрафиолетового отверждения разработана для использования на обычных печатных платах и обеспечения покрытия с очень хорошей адгезией и высокой термоустойчивостью.

3.3 Определение размеров печатной платы

Размеры печатной платы, если они не оговорены в техническом задании, определяются исходя из площади, необходимой для размещения всех электрорадио элементов, элементов печатного монтажа и площади дополнительных зон. При компоновке элементов на печатных платах оперируют понятием установочной площади элемента, которую для большинства элементов вычисляют по формуле:

S_уст.=1.3×B×L,

где B - максимальная ширина (диаметр) элемента;- длина элемента, включая отформованные выводы (установочный размер). Установочные площади элементов, монтируемых на печатной плате согласно спецификации, приведены в таблице 3.1

Таблица 3.2

Элемент	Количество	Ширина B, мм	Длина L, мм	Площадь S_уст, мм²
Микросхемы:
AD8031	8	5	6.2	322.4
AT24CO1A	1	10.65	10.5	290.75
ATmega8535	1	16.25	16.25	343.27
MAX485	1	7	19.5	63.7
ADM690	1	7	10,5	73,5
IR2131	1	16.25	12,4	204,5
Разъем LM 5.08/90	1	5.8	17.78	134.06
Разъем S3L	1	5.8	15.24	114.90
Разъем S14L	1	5.8	12.7	191.51
Разъем S2L	1	7.6	10	98.8
Чип конд-ры постоянные	4	1.2	2	9.6
Конд-ры	12	6,5	8	627
Чип рез-ры постоянные	2	1.6	3.2	10.24
Резистор	14	5	6.4	448
Кварцевые резонатор	1	5	11.5	57.5
Транзистор	6	1.6	4.6	44.16
Суммарная установочная площадь элементов, мм²				4982.89

Определяем площадь печатной платы по формуле:

где K_S - коэффициент увеличения печатной платы;

N - количество компонентов на печатной плате;_КП - площадь краевых полей платы.

С учетом сложности платы и в соответствии с ГОСТ 10317-79 принимаем габаритные размеры печатной платы равные 175×125 мм, что соответствует площади 17875 мм².

3.4 Расчет параметров печатного рисунка платы

Исходные данные

Таблица 3.2

Параметры	Значение
1	2
Класс точности печатной платы	5
Размер печатной платы
Размер проводящих слоев	2
Металлизация отверстий	Да
Шаг координатной сетки, мм	0,125
I_maxчерез проводник, А	0,8
U_maxмежду проводниками, В	12
Диаметр отверстий - d, мм	0,7
Технология установки ИЭТ	комбинировнный

Наименование значения ширины печатного проводника, исходя из нагрузочной способности:

где =0,05 мм - нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника;

=0,10 мм -минимально допустимая ширина печатного проводника.

Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки:

где =0,05 мм -верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

=0,03 мм - нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

=0 - значение подтравливания диэлектрика контактной площадки;

=0,03 мм нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки

T_d=0,05 мм - значение позиционного допуска расположение осей отверстий

T_D= 0,05 мм - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок

b=0,02 мм - габаритный поясок

=0,89 мм

Выбираю D= 0,9мм

Номинальные размеры сторон контактных площадок(M,N) для установки ИЭТ с двумя точками подсоединения:

где - максимальная ширина контактирующей части;

=0,2 - позиционный допуск расположения геометрического центра корпуса устанавливаемого ИЭТ относительно номинального положения, определяемый используемым оборудованием;

= 0,02 - значение позиционного допуска расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка;

- верхнее предельное отклонение длины контактирующей части устанавливаемого ИЭТ по ТУ на конкретный тип;

Р - минимальное расстояние от края контактной площадки до контактирующей части корпуса ПМИЭТ необходимое для обеспечения качественной пайки, который устанавливают равным:

0,3 мм при пайке паяльной пастой,

0,6 мм при пайке припоем;

Qn - гарантированный размер контактной площадки необходимый для совмещения с контактирующей частью ИЭТ, устанавливаемый от 0,1 до 0,3 мм

Для чипа конденсаторов и чип резисторов:

Расстояние между внешними и внутренними сторонами контактных площадок (S_Н, S_В) под ИЭТ с двумя точками подсоединения рассчитываются по формулам:

где L - длина корпуса устанавливаемого ИЭТ, мм

Для чипа конденсаторов и чип резисторов:

Номинальные размеры сторон контактных площадок (M_k, N) для установки ИЭТ с тремя и более точками подсоединения:

где -максимальная ширина контактирующего элемента ИЭТ по ТУ на конкретный тип, мм.

Для микросхемы DD1

Для микросхемы DD2

Для микросхемы DD3

Для микросхемы DD4

Для микросхемы DD5

Наименьшее номинальное расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (S):

где S_min_Д=0,1 мм - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рсунка, выбираемое из расчета обеспечения электрической прочности изоляции по ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Основные параметры конструкции».

S=0,1+0,03+0,02/2=0,14 для 5 класса точности 0,1 мм

Результаты расчетов:

Таблица3.3

Параметр	Значение
1	2
Наименьшее значение ширины печатного проводника	0,13
Наименьшее номинальное значении диаметра контактных площадки, для отверстий диаметром 0,7 мм	0,9
Наименьшее номинальное расстояние между соседними элементами проводящего рисунка	0,1

4. Конструкторская часть

4.1 Расчет технологичности конструкции

Технологичность конструкции можно оценить двумя способами: качественно и количественно. К качественным характеристикам технологичности конструкции относят взаимозаменяемость, регулируемость, контроллепригодность и инструментальную доступность конструкции.

Количественная оценка технологичности конструкции основана на системе показателей, которые, согласно ГОСТ 14.201-83 делятся на три вида:

· базовые показатели технологичности. Их оптимальные значения и предельные отклонения регламентированы для однотипных изделий отраслевыми стандартами, и они указаны в ТЗ на разработку изделия;

· показатели технологичности конструкции, достигнутые при разработке изделия;

· показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия;

Состав показателей технологичности для изделий ЭВС установлен отраслевыми документами, и они полностью отражают уровень технологичности устройств.

С помощью метода частных количественных показателей технологичности оценивается технологичность системы управления приводом руля.

Исходные данные для расчета технологичности берутся из перечня элементов и спецификации к прибору. По данным строится сводная таблица использования ЭРЭ и деталей (таблица 4.1), причем:

· ЭРЭ устанавливаются выводами на планарные контактные площадки печатной платы. Особая подготовка ЭРЭ в данном случае не требуется и возможно использование автоматизировано на специализированном оборудовании, т.е. механизированным способом;

· ЭРЭ устанавливается на печатную плату. Пайка осуществляется погружением в припой или волной припоя, а также с помощью технологии поверхностного монтажа. Таким образом, количество электромонтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способами, Н_А.М.=322.

· Устройство содержит только одну операцию проверки электрических параметров, выполняемую с помощью автоматизированной оснастки.

Использование ЭРЭ и деталей

Таблица 4.1

Наименование ЭРЭ, детали	Условное обозначение	Количество
1	2	3
Количество МС и МСБ	Н_МС	8
Общее количество ЭРЭ	Н_ЭРЭ	23
Кол-во монтажных соединений	Н_М	75
Кол-во монтажных соединений, выполненных автоматизированным способом	Н_М.П.ЭРЭ	58
Кол-во ЭРЭ подготовка, которых к монтажу может быть осуществлена автоматизированным способом	Н_К.Н.	17
Кол-во операций контроля и настройки электрических параметров	Н_М.К.Н	1
Кол-во механизированных операций контроля и настройки электрических параметров	1
Кол-во одинаковых типоразмеров корпусов ЭРЭ	Н_Т.ЭРЭ	3
Кол-во типоразмеров оригинальных ЭРЭ	Н_{Т.ОР.ЭРЭ}	0
Кол-во деталей	Д	1

4.2 Определение базовых показателей технологичности

1) Коэффициент использования микросхем и микросборок:

К_ИСП.МС=Н_МС/Н_ЭРЭ;(4.1)

К_ИСП.МС=5/23=0.21

) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

К_А.М=Н_АМ/Н_М;(4.2)

К_А.М=58/75=0,77

) Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

К_М.П.ЭРЭ= Н_М.П.ЭРЭ/Н_ЭРЭ; (4.3)

К_М.П.ЭРЭ= 58/23=2.52

) Коэффициент автоматизации и механизации контроля и настройки:

К_М.К.Н= Н_М.К.Н/Н_К.Н; (4.4)

К_М.К.Н=1/17=0.05

) Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

К_{ПОВ.ЭРЭ}=1-( Н_Т.ЭРЭ/Н_ЭРЭ) (4.5)

К_{ПОВ.ЭРЭ}=1-(3/23)=0,872

) Коэффициент применяемости ЭРЭ:

К_П.ЭРЭ=1-( Н_{Т.ОР.ЭРЭ}/ Н_ТЭРЭ) (4.6)

К_П.ЭРЭ=1-(0/6)=1

) Определяется значение комплексного показателя технологичности конструкции устройства:

(4.7)

где К_Э_i - коэффициенты экономической эквивалентности (весовые коэффициенты по таблице 3.3 для электронного изделия);

К_i - базовые показатели технологичности;

Показатели технологичности Таблица 4.2

Таблица 4.2

i	Показатели технологичности	К_i
1	Коэффициент использования микросхем и микросборок, К_ИСП.М	0.21
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа, К_А.М.	0.77
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу, К_М.П.ЭРЭ	2.52
4	Коэффициент автоматизации и механизации операции контроля и настройки, К_М.К.Н	0.05
5	Коэффициент повторяемости ЭРЭ, К_{ПОВ.ЭРЭ}	0.872
6	Коэффициент применяемости ЭРЭ, К_П.ЭРЭ	1

4.3 Анализ комплексного показателя технологичности

По нормативным техническим показателям уровня технологичности для электронного блока (таблица 4.3), комплексный показатель технологичности (К=0,54) находится в пределах для всех стадий разработки рабочей документации серийного производства.

Показатели уровня технологичности для электронного блока.

Таблица 4.3

Опытный образец	Установочная серия	Серийное производство
0,4-0,7	0,45-0,75	0,5-0,8

4.4 Выбор конструкции

При разработке конструкции системы управления двигателями в вентиляционной системе решались такие вопросы, как выбор конструктивно-технологического исполнения корпуса; выбор способов крепления отдельных модулей конструкции (печатных плат, разъемов и т.п.); выбор корпуса и т.п.

Варианты компоновки.

По конструктивно-технологическому исполнению представляется возможным самостоятельное изготовление корпуса изделия или же применение уже выпускающихся стандартных корпусов. Для проектируемого устройства первый вариант является более предпочтительным. Нет необходимости изготовления корпуса сложной формы. Поэтому достаточно спроектировать корпус простой формы параллелепипеда.

Перед проектированием собственного корпуса рассмотрим виды конструкций корпусов различных производителей.

Рисунок 4.1 Корпус Gainta BS25MF

Основные особенности корпуса B023MF

Эти корпуса имеют фланцы для крепления на месте установки или на стене. Основные характеристики: материал: алюминиевый сплав ADC-12;

отделка: натуральный алюминиевый цвет;

на корпусе имеются отверстия для крепления крышки;

вместе с корпусом поставляются винты М3.5 из нержавеющей стали с потайными головками для закрепления крышки;

дополнительно могут поставляться уплотнительные прокладки для обеспечения класса защиты 1Р66;

«крепежные фланцы, расположенные в нижней части корпуса, позволяют закрепить устройство на месте установки, в том числе на стене;

Экранированные литые алюминиевые корпуса Gainta.

Рисунок 4.2 Экранированные литые алюминиевые корпуса Gainta

Основные характеристики:

• изготавливаются из алюминиевого сплава 380 (BS1490 LM24);

• предназначены для использования в радиочастотных устройствах, особенно в системах,

предназначенных для использования в неблагоприятных погодных условиях;

• корпуса этой серии отличаются прочностью конструкции, небольшим весом, удобством и

легкостью в механической обработке;

• обеспечивают хороший теплоотвод, хорошо подходят для размещения устройств, выделяющих много тепла.

В результате обзора конструкций корпусов был разработан собственный корпус КНФУ.437215.001, он изготовлен из алюминия и имеет достаточный объем для размещения устройства, прост в эксплуатации и конструкции.

5. Экономическая часть

5.1 Оценка конкурентоспособности системы управления двигателями в вентиляционной системе

Целью данного раздела дипломного проекта является определение себестоимости проектируемого изделия а, следовательно, и экономической обоснованности производства данного продукта. Производство системы управления двигателями в вентиляционной системе является разумным лишь в случае относительно невысокой цены устройства. Следовательно, минимизация затрат на производство должна быть одним из важнейших факторов на всех стадиях разработки конструкции блока, что и было по возможности сделано в процессе конструирования устройства. Конструкция системы была приведена к наиболее простому и технологичному виду. Относительно небольшое количество деталей, применение стандартных процессов и оборудования, простота сборочно-монтажных и регулировочных работ - вот те пути, по которым происходит сокращение затрат на производство блока, и которые были определены в конструкции и технологической частях проекта.

Разрабатываемое устройство является аппаратно-программным комплексом, поэтому необходимо произвести расчет себестоимости аппаратной и программной части.

5.1.1 Расчет себестоимости аппаратной части устройства

Наиболее простым и приемлемым для определения себестоимости приборов на ранних стадиях проектирования является метод удельных весов, основанный на сопоставлении разрабатываемых изделий с их аналогами, обладающими одинаковыми конструктивно-технологическими и эксплуатационными признаками. При этом предполагается, что структура себестоимости сравниваемых изделий в известных пределах сохраняется.

Зная удельный вес соответствующих статей в калькуляции прибора - аналога и рассчитав хотя бы одну из прямых статей затрат проектируемого блока, можно определить его себестоимость. Для изделий приборостроения в качестве расчетной целесообразно принимать статью «Комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты». Удельный вес данной прямой статьи в стоимости приборов, как правило, наибольший, что позволяет получить довольно точный результат при расчете себестоимости разработки. Затраты о данной статье определяются по спецификации к электрической схеме и прейскурантам оптовых цен уже на стадии эскизного проектирования. Себестоимость проектируемого блока может быть определена по формуле 4.1 [22].

С_пр=, (5.1)

где С_к - затраты по данной статье, р.;

У_к - удельный вес данной статьи в себестоимости аналогичных изделий, %.

Определим затраты по статье «Комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты».

Согласно перечню элементов на схему электрическую принципиальную устройства по прейскуранту оптовых цен на (1.03.2010) ниже приводится таблица 4.1, в которой приведен расчет затрат.

Таблица 5.1 Стоимость комплектующих для изделия

Наименование	Цена, руб.	Кол-во, шт.	Стоимость, руб.
1	2	3	4
Кварцевый резонатор	8,80	1	8,80
Конденсаторы 15мкф	2,0	2	4
Конденсаторы 100мкф	4,0	1	4
Электролитические конденсаторы 0,33мкф	4,0	2	8
Керамические чип конденсаторы 0,33мкф	0,5	2	1
Диоды	5,0	13	65
Чип резисторы	0,79	2	1,58
резисторы	0,80	19	15,2
Транзистор	50	6	300
Светодиоды	10р.	2	20
Кнопки	22р.	6	132
Разъем на плату LM5.08	120.	1	120
Разъем на плату S3L	200	2	400
Разъем на плату S2L	180	1	180
Разъем на плату S14L	379	1	379
Гнездо на шлейф 14к.	6,40	2	19,2
Розетка на кабель 5к.	3,50	1	3,50
Розетка на кабель 3к.	4,20	2	8,40
Корпус	1000,00	1	1000
AD8031	64,0	8	512
ATmega8535	189,0	1	189
ADM690	140,0	1	140
MAX485	89,0	1	89
IR2131	850	1	850
ИТОГО			4453,68

Себестоимость определяется по формуле (4.1), где У_к=44 для измерительной техники по табл.9[22]: С_пр==4453.68*100/44=20.244 р.,

С_м= р.,(5.2)

где У_м- удельный вес затрат на сырье и основные материалы в полной себестоимости прибора-аналога, % (в приложении 9[7] для измерительной аппаратуры Ум=6%).

С_м=4453.68* 6/44==607.22 р.,

Величина затрат по статье «Основная заработная плата производственных рабочих»:

, р.,(5.3)

где У_ЗП - удельный вес затрат по статье «Основная заработная плата производственных рабочих» в полной себестоимости прибора-аналога, % (в приложении 9 [22] для измерительной аппаратуры У_ЗП=13%).

С_ЗП=4453.68* 13/44=1315,66 р.,

Величина косвенных расходов (цеховых, общезаводских и внепроизводственных):

, р.,

где У_КР - удельный вес косвенных расходов в полной стоимости прибора аналога, % (в приложении 9 [22] для измерительной аппаратуры У_КР=37%)

С_КР=4453.68* 37/44=3747,66 р.,

Полная себестоимость аппаратной части изделия:

р.,

С_КР=4453.68+607.22+1315.66+3747,66= 10124,22 р.

Используя данные таблицы 4.1 и выше перечисленные формулы, получили значения затрат по основным статьям:

· Затраты по статье «Сырье и основные материалы» - 607,22 р.;

· Затраты по статье «Основная заработная плата производственных рабочих» -1315,66 р.;

Затраты на косвенные расходы - 3747,66 р.;

· Затраты на комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты -4453,68р.;

· Полная себестоимость изделия - 10124,22 р.

5.1.2 Расчет себестоимости разработки программного обеспечения

Разрабатываемое устройство работает под управлением программного обеспечения (ПО), записанного во внутреннюю память прибора через персональный компьютер (ПК) с помощью специального интерфейса и специально разработанной программы.

Таким образом, чтобы узнать полную стоимость прибора с аппаратной и программной частью, необходимо определить затраты на создание программной части прибора.

Себестоимость затрат на разработку ПО приведена в таблице 5.2

Таблица 5.2 Себестоимость затрат на разработку ПО

Статьи затрат	Сумма затрат, руб.
Приборы и оборудование	15000
Аренда помещений и коммунальные платежи	2000
Программист (1 мес.)	5000

Из затрат на разработку ПО можно исключить приборы и оборудование, т.к. нет необходимости приобретать ПК только для создания ПО. С этой целью можно воспользоваться любым ПК, имеющимся в наличии у организации.

Поэтому вся себестоимость на разработку программной части прибора будет состоять из арендной платы за помещение и за предоставляемые коммунальные услуги, а также из заработной платы программиста, которая составляет 5000 рублей и плюс 26% - отчисления на социальные нужды.

Поэтому рассчитаем начисления на заработную плату.

Таким образом себестоимость ПО будет равна:

С_ПО=«Аренда»+«Заработная плата»·«Отчисления на социальные нужды» (4.6)

С_ПО=2000+5000·26%=8300 руб.

5.1.3 Определение цены изделия

Цена изделия складывается из прибыли, себестоимости, затрат на транспортировку и установку.

Однако нужно отметить, что в отличие от аппаратной части ПО создается один раз и затем распространению подлежат копии исходного ПО. Число копий равно числу произведенных приборов. Поэтому в полную себестоимость прибора закладывается не вся себестоимость, а лишь какая-то его часть. Для данного случая, в полную стоимость системы сбора и анализа сигналов в шахтах закладывается 20% от себестоимости разработки ПО для нее. Таким образом затраты на разработку ПО окупятся после реализации пяти приборов. Последующая продажа приборов будет приносить организации чистую прибыль в размере 20% от себестоимости ПО для каждого прибора.

Цена ПО составит:

Ц_ПО=8300×20:100=1660 руб.

Цена аппаратной части прибора с учетом прибыли (20%):

Ц_ПР=С_ПР×1,2

Ц_ПР=10124,22 ×1,2=12149,06 руб.

Цена всей системы составит:

Ц_СИСТ=Ц_ПО+Ц_ПР

Ц_СИСТ=1660+12149,06 =13809,06руб.

Цена с учетом НДС (18%):

Ц_НДС=(Ц_СИСТ-С_ПР)·1.18+Ц_СИСТ

Ц_НДС=(13809,06-4453,68) ·1,18+13809,06=24848,40р.

Окончательная цена системы с учетом затрат на транспортировку (4%) и установку (10%):

Ц=Ц_НДС·1,04·1,1Ц=24848,40·1,04·1,1=28426,57р.

Несмотря на то, что приведенные расчеты сильно упрощены и не учитывались многие факторы ценообразования, все же можно с уверенностью сказать, что разработанный прибор дешевле аналогичных приборов, выполняющих также много возможных применений. Цены на аналоги превышают рубеж 30000 рублей. Для повышения прибыли, получаемой от продажи каждого экземпляра прибора, при текущей себестоимости оправдано повысить цену до 28500 рублей, при этом спрос на изделие останется на том же уровне, так как психологически важный для потребителя порог в 30000 рублей преодолен не будет.

5.2 Виды эффектов от внедрения устройства

Проведение технико-экономического анализа требует выбора и расчета ряда экономических показателей, позволяющих дать комплексную оценку новой техники. Рассмотрению этих показателей должна предшествовать формулировка основных понятий теории экономической эффективности.

В широком смысле эффект - это результат, следствие каких-либо действий, причин, сил. Применительно к экономическому обоснованию под эффектом следует понимать совокупные результаты, получаемые от реализации определенных научно-технических и организационно-экономических решений.

В зависимости от целей и характера создаваемого объекта могут быть получены различные виды эффекта. Каждый вид эффекта имеет свои особенности и требует своих методов количественной оценки. Как правило, при технико-экономическом обосновании один вид эффекта выступает в качестве основного, остальные - в качестве сопутствующих эффектов. Различают следующие виды эффектов: научный, технический, организационный, экономический, социальный, экологический и политический.

При внедрении разрабатываемого устройства можно ожидать следующие эффекты:

. Технический - разработка системы сбора и анализа сигналов в шахтах имеет улучшенные технико-эксплуатационные параметры, позволяющая производить непрерывный сбор сигналов от датчиков, с последующим их преобразованием и передачей в ЭВМ для дальнейшей обработки.

. Экономический - экономия затрат на стадии производства изделий электронной техники, вследствие уменьшения себестоимости устройства относительно аналогов.

Уменьшение затрат на покупку системы сбора, так как разрабатываемая система может быть перепрограммирована для работы в необходимой конфигурации. Вследствие этого исключаются затраты на приобретение нового прибора.

. Организационный - уменьшение количества операций в процессе производства ввиду универсальности прибора.

. Социальный - изменение характера и условий труда. Работа с разрабатываемым прибором облечена за счет того, что возможно организовывать связь между прибором и персональным компьютером, на котором установлено удобное с точки зрения работы программное обеспечение, обеспечивающее полный контроль за прибором.

5.3 Разработка системы продвижения товара

Никто не купит товар, если неизвестны его свойства и качества. При огромном ассортименте товара, мало кто из потребителей будут самостоятельно изучать ваш товар, а значит, спрос на уже известный товар будет гораздо выше. В подразделе будет описано, как новый разрабатываемый товар приобретет известность среди заинтересованной в нем группы потребителей в России, к которым относится почти вся промышленность. Основная цель продвижения товара - стимулирование спроса. Продвижение системы управления двигателями в вентиляционной системе заключается в следующем:

) В информировании потенциальных покупателей о скором выпуске нового изделия. Информация об изделии должна появиться за несколько месяцев до его выпуска. Информация будет содержать положительные существенные отличия от изделий-аналогов, должны быть приведены результаты полигонных испытаний, в которых основные параметры окажутся выше, чем у других устройств. Также будет упомянуто об его невысокой стоимости и дате поступления в продажу. Вся эта информация будет отражена в первоначальной рекламе. Рекламный товар является интересным широкому кругу лиц, поэтому реклама должна быть размещена в широком кругу СМИ. Но с другой стороны, кроме массового потребителя существуют предприятия, до которых также должна быть донесена реклама данного прибора. Для этой категории потребителей реклама должна быть ненавязчивой, и находиться именно там, где ее могут увидеть потенциальные покупатели:

1) Большинство крупных потенциальных покупателей имеют электронные адреса в сети Интернет, если их нет, то информация может дойти до них в каталогах через почту;

· Интернет-сайт устройства будет добавлен в каталоги ресурсов информационно-поисковых систем сети Интернет, для продвижения среди массового покупателя.

· Отличный наглядной агитацией послужит участие разрабатываемого устройства во всевозможных выставочных мероприятиях, где будет происходить непосредственный контакт производителя с потребителем.

2) В создании образа фирмы путем формирования благоприятной информации. Положительный образ фирмы необходимо создавать длительное время. Этому можно способствовать следующими мерами:

· Обратная связь с покупателем через каналы связи. Бесплатные консультации специалиста;

· Гарантийное обслуживание в течении одного года, дешевое послегарантийное обслуживание;

· Модернизация и отдельная продажа модулей и аксессуаров;

· Бесплатная транспортировка и установка устройства;

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Важность вентилирования помещений

Вентиляция бывает: естественная, механическая, приточная, вытяжная, местная, общеобъёмная, канальная и безканальная.

Для этого рассмотрим возможные схемы вентиляции вентиляции производственных помещений птицефабрик применительно к региональным климатическим условиям, нестандартным помещениям, условиям размещения птицы и оптимальному энергопотреблению:

Классическая схема вентиляции птичника

Рисунок 6.1 Классическая схема вентиляции птичника

Вентилятор осевой

1. Крышный вентилятор или приточная шахта с клапаном

2. Воздухонагреватель газовый или жидкотопливный

. Станция автоматического управления вентиляцией

* Количество вентиляторов рассчитывается исходя из летней нормы воздухообмена 6 м³/ч на 1 кг живой массы

Классическая система является наиболее распространённым методом вентиляции производственных помещений птицефабрик. Основными составляющими данной схемы являются вытяжные оконные вентиляторы, монтаж которых осуществляется в стенные проёмы по всей длине птичника в требуемом количестве, а также приточные крышные вентиляторы либо приточные утеплённые шахты (если принудительный приток не требуется). Как в приточных шахтах, так и в крышных вентиляторах рекомендуется использование конусообразного рассекателя потока для равномерного рассеивания воздуха. Применение схемы "приток через крышу - вытяжка через оконные проёмы", а не наоборот, позволяет значительно сократить расходы на отопление в холодное время года за счёт равномерного перемешивания холодного и тёплого воздуха под крышей помещений, что для России является очевидным плюсом.

С равнозначным успехом данная система применяется как при напольном так и при клеточном содержании птицы. В качестве приточных вентиляторов применяются осевые вентиляторы серии ВКО производительностью до 18000 м³/ч воздуха и приточные шахты различного размера. В комплекте поставляется рассекатель потока воздуха, вентиляторы снабжены обратным клапаном во избежание тепловых потерь при выключенном оборудовании. Для вытяжки используются осевые вентиляторы ВО-5,6 (ВО-Ф-5,6), ВО-7,1 (ВО-Ф-7,1) или ВО-8,0 производительностью 8000, 11000 и 20000 м³/ч воздуха соответственно. На вентиляторах используются электродвигатели с повышенным скольжением и степенью защиты IP55. В комплекте поставляются гравитационные жалюзи.

Для отопления помещения на многих предприятиях применяются газовые нагреватели мощностью от 30 до 250 кВт. В случае использования подвесных газовых нагревателей ВГ-0,07, особенно для птичников большой протяжённости, рекомендуется также устанавливать так называемые разгонные вентиляторы ОВР-4,0. Достаточно высокая производительность вентиляторов ОВР-4,0 (4500 м³/час) обеспечивает минимальный перепад температуры по всему объему помещения.

Для поддержания необходимых параметров (температуры, влажности и т.д.) микроклимата в помещении управление всем оборудованием осуществляется посредством автоматической станции с частотным либо тиристорным регулированием скорости вращения вентиляторов. Станции управления позволяют поддерживать необходимые параметры микроклимата на всей протяженности роста птицы.

Тоннельная схема вентиляции птичника

Рисунок 6.2 Тоннельная схема вентиляции птичника

Вентилятор осевой

1. Клапан приточный регулируемый

2. Воздухонагреватель газовый или жидкотопливный

. Станция автоматического управления вентиляцией

Количество вентиляторов рассчитывается исходя из летней нормы воздухообмена 6 м³/ч на 1 кг живой массы

В условиях высоких летних температур высокая плотность посадки негативно сказывается на физиологическом состоянии птицы, которое выражается в снижении яичной продуктивности, повышении выбраковки и отхода кур. Традиционные системы вентиляции в птичниках не позволяют компенсировать отрицательное воздействие высоких температур на птицу. Однако при использовании тоннельной вентиляции скорость движения воздуха в помещении может легко регулироваться, благодаря чему удается достичь комфортных температур для птицы даже в жаркую погоду. Применение тоннельной системы вентиляции в помещениях с клеточным содержанием птицы позволяет избежать так называемых зон "застоя" воздуха, где скорость движения потока ниже предельно допустимой нормы. Установка вытяжных вентиляторов производится между рядами клеточных батарей в требуемом количестве. Приток осуществляется через приточные "форточки", устанавливающиеся в противоположном конце здания. В тоннельной системе вентиляции оптимальным является применение вентиляторов высокой производительности ВО-8,0, ВО-12,0 и ВО-14,0 (производительностью 20 000, 40 000 и 60 000 м³/ч соответственно) на вытяжку и приточных клапанов необходимых размеров и в требуемом количестве. Очевидным преимуществом данной схемы вентиляции с предложенным оборудованием является низкое суммарное энергопотребление.

Достаточно высокая производительность вентиляторов ОВР-4,0 (4500 м³/час) обеспечивает минимальный перепад температуры по всему объему помещения.

Смешанная схема вентиляции птичника

Рисунок 6.3 Смешанная схема вентиляции птичника

1. Вентилятор осевой

2. Вентилятор осевой

. Клапан приточный регулируемый

4. Вентиляторы приточный крышный или приточная шахта с клапаном

5. Воздухонагреватель газовый или жидкотопливный

6. Станция автоматического управления вентиляцией

Данная схема вентиляции особенно востребована на птицефабриках, расположенных в регионах со значительным перепадом температур в течение года. В этом случае невозможно построение системы тоннельного типа, а также на предприятиях, где под птичники заняты нестандартные помещения и невозможна установка требуемого оборудования только в стенные проёмы вдоль расположения клеток, либо цепи раздачи корма при напольном содержании птицы. Применение такого типа построения микроклимата позволяет увеличить, если конечно позволяет высота помещения, до 5-6 ярусов построение клеточных батарей, что соответственно увеличивает и производительность самого птичника.

Смешанная система вентиляции получила широкое распространения в помещениях предприятий с высокой плотностью посадки птицы, вследствие чего требуется значительный воздухообмен в птичнике. Приток осуществляется как через крышу, где устанавливаются крышные вентиляторы, так и через приточные клапана КПР, устанавливаемые, по возможности, в торце здания. Вытяжные вентиляторы монтируются в стенные проёмы, вытяжные вентиляторы высокой производительности монтируются в торце здания противоположном месту установки приточных форточек.

В качестве приточных вентиляторов применяются осевые вентиляторы серии ВКО производительностью до 18000 м³/ч воздуха и приточные шахты различного размера. В комплекте поставляется рассекатель потока воздуха, вентиляторы снабжены обратным клапаном во избежание тепловых потерь при выключенном оборудовании. Для вытяжки используются осевые вентиляторы ВО-5,6 (ВО-Ф-5,6), ВО-7,1 (ВО-Ф-7,1) или ВО-8,0 производительностью 8000, 11000 и 20000 м³/ч воздуха соответственно. На вентиляторах используются электродвигатели c повышенным скольжением и степенью защиты IP55. В комплекте поставляются гравитационные жалюзи. В паре с вентиляторами высокой производительности ВО-12,0 или ВО-14,0 устанавливаются обратные приточные клапана КПР соответствующего размера.

Заключение

В данном дипломном проекте было проведено исследование различных управляющих систем вентиляционных сетей, и разработана своя система управления двигателем в вентиляционной системе, который позволяет подключать датчики и имеет сетевой интерфес., а также имеет меньшую стоимость.

В процессе выполнения проекта была разработана конструкция изуправляющей системы.

Были проведены следующие расчёты:

1. Поверочный схемотехнический.

2. Расчёт надёжности по внезапным отказам.

3. Расчет объема корпуса.

4. Расчет площадей, необходимых для размещения функциональных частей изделия.

5. Анализ технологичности разработанного прибора.

6. Экономический анализ.

7. Расчет безопасности прибора.

Разработанное изделие в данном дипломном проекте отвечает всем требованиям, описанным в техническом задании.

Литература

1Бродин В.Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. - М: ЭКОМ, 2002. - 398с.

ГОСТ 2.710-81 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения схем. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

ГОСТ 23751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции

Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы "ATMEL". - М.: Изд. Дом "ДОДЕКА - XXI", 2002. - 285 с

Захаров Ю.В. Управление качеством и надежность электронных средств. Учебное пособие. Й-Ола. 1998г. - 80с.

Инженерные расчеты при конструировании и микроминиатюризации ЭВА с применением ЭВМ: Методические указания и программное обеспечение для проведения инженерных расчетов по дисциплине "Конструирование и микроминиатюризация ЭВА" для студентов спец. 220500. /Сост. Г.А. Шишкин, Ю.В. Захаров. - Йошкар-Ола: МарПИ, 1990. - 24с.

Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры. Под. ред. Варламова Р.Г. - М: Советское радио, 1972,856с.

Леухин В.Н., Павлов Е.П. Проектирование функционального узла на печатной плате: Учебное пособие. - МарГТУ, 1996. - 90с.

Лярский В.Ф. Электрические соединители. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987г.

Павлов Е.П., Шестаков Я. И., Бурков Г. М., Мальцева Л. И. Конструирование и технология производства аппаратуры, оборудования, механизмов и машин: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001.- 160с.

Система управления двигателями в вентиляционной системе

Система управления двигателями в вентиляционной системе

Угол между контактами 90°

Способ подключения - Лифтовой зажим

Рабочее напряжение 250 V

Рабочий ток 17.5 A

Рабочая температура: -20°C...+100°C

Угол между контактами 90°

Рабочее напряжение 380 V

Рабочий ток: 7.5 A

Рабочая температура: -20°C...+100°C

Классическая схема вентиляции птичника

Рисунок 6.1 Классическая схема вентиляции птичника

Вентилятор осевой

Тоннельная схема вентиляции птичника

Рисунок 6.2 Тоннельная схема вентиляции птичника

Вентилятор осевой

Смешанная схема вентиляции птичника

Рисунок 6.3 Смешанная схема вентиляции птичника

Похожие работы на - Система управления двигателями в вентиляционной системе