Разработка платы датчика взлома двери

Разработка платы датчика взлома двери

Разработка платы датчика взлома двери

1. Наименование и область применения.

Датчик взлома двери предназначен для охраны жилого помещения от несанкционированного доступа .

. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на курсовой проект.

. Цель и назначение разработки.

Целью данной разработки является создание, конструкторско-технологический и электрический расчеты печатной платы.

4. Источник разработки.

Источником разработки является схема электрическая принципиальная датчика взлома двери.

. Технические требования.

.1. Состав изделия и требования к разрабатываемому устройству.

Устройство изготавливается в виде отдельной печатной платы и содержит схему датчика взлома двери, состоящую из пяти элементов: сторожевого выключателя, одновибратора, буферного инвертора сигнала, генератора пьезосирены и пьезосирены.

.2. Показатели назначения.

5.2.1.При попытке несанкционированного доступа сигнализатор вырабатывает импульс длительностью 7…8с.

5.2.2. Питание схемы осуществляется от внешнего источника питания напряжением +6…12В.

.3. Требования к надежности.

Среднее время наработки на отказ - не менее 20000 часов.

.4. Требования к технологичности.

Ориентированные на передовые приемы изготовления деталей и сборки.

.5. Требования к уровню унификации и стандартизации.

Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.

.6. Требования безопасности обслуживания.

Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре низкого напряжения ГОСТ 12.2.007-75.

.7. Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.

Покупные изделия и материалы использовать без ограничений. Для изготовления платы используются покупные изделия.

.8. Условия эксплуатации.

Климатическое исполнение УХЛ 3.1. ГОСТ 15150-69.

Температура рабочая-10…+60 С

Влажность воздуха (верхнее значение)90% при 25 С

Атмосферное давление600…800 мм рт.ст.

.9. Требования к маркировке и установке.

Изделие должно содержать маркировку товарного знака, заводского номера, даты изготовления, органов управления, мест подключения. Изделие упаковывать в отдельную тару.

.10. Требования к транспортированию и хранению.

Группа условий хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых отапливаемых помещениях.

Температура воздуха+1…+40 С

Относительная влажность воздуха65% при 20 С

Атмосферное давление84…106 кПа

Транспортировать автомобильным или железнодорожным транспортом в транспортной таре.

1. Анализ структурной схемы

Структурная схема датчика взлома двери представлена в приложении. Структурная схема определяет основные функциональные части изделия (элементы, устройства, функциональные группы) их назначение и взаимосвязи. Основными элементами схемы являются :

1.      сторожевой выключатель

2.      одновибратор

.        буферный инвертор сигнала

.        генератор

.        пьезокерамический излучатель звука

.        охранная система

При попытке несанкционированного доступа происходит замыкание контактов сторожевого выключателя , возникает короткий импульс низкого уровня , запускающий одновибратор .Он вырабатывает импульс длительностью 7…8с .

Высокий уровень сигнала, возникающий на выходе инвертора, открывает транзистор, включая пьезокерамический излучатель звука , оснащенный собственным генератором. Выводы охранной линии подключают к сигнализатору .При попытке разрушения двери линия оборвется и приведет в действие датчик взлома двери.

. Обзор литературных источников

Датчик взлома двери представляет собой первичный сигнализатор взлома, подключенный к охранной линии. Это устройство является совершенным по производственному исполнению , имеет компактную форму , что позволяет его монтировать в любом месте двери или дверной лутки, а также отличается высокой экономичностью за счет применения недефицитных элементов . К моменту его создания радиолюбителями - конструкторами было разработано несколько устройств , выполняющих аналогичные функции. Рассмотрим некоторые из них:

.Звуковые сигнализаторы на микросхеме КР1211ЕУ1

Самое простое устройство, которое можно сделать на микросхеме КР1211ЕУ1, - звуковой сигнализатор (рис. 1) охранной системы К выходам, работающим в противофазе, динамическую головку или другой звуковой излучатель можно подключать непосредственно, без разделительного конденсатора. Размах переменного импульсного напряжения примерно равен удвоенному значению напряжения питания. Сопротивление динамической головки следует выбирать исходя из предельного значения выходного тока микросхемы (150 мА). Например, при напряжении питания 6 В следует использовать динамическую головку с сопротивлением более 40 Ом. Частоту задающего генератора определяют по формуле f_r=1,4/C1R1.

Сопротивление резистора должно быть не менее 500 Ом, а емкость конденсатора - не более 3000 пФ. Частота выходного сигнала т_вых зависит от логического уровня на входе "IN". Если на нем присутствует низкий уровень

(от 0 до 0,2U_nm), т_вых = f_r/14, если же высокий (от 0,7U_n„_T до и_пит), - f_Bblx = f_r/18.

Логический уровень на входе "FV" управляет включением выходных ступеней. Если уровень низкий, выходные ступени находятся в рабочем состоянии, если же высокий - выключены. Сигнализатор, собранный по схеме рис. 1, будет вырабатывать звуковой сигнал с одной частотой, которую устанавливают подбором элементов R1, С1. Но такой сигнал привлекает внимание меньше, чем прерывистый. Чтобы сделать его прерывистым, необходимо внести в устройство изменения в соответствии с рис. 2. Чтобы сделать звуковой сигнал двухтональным и похожим на милицейскую сирену, необходимо ввести еще один генератор с частотой в доли герц. Для этого целесообразно использовать дешевую логическую микросхему К561ЛЕ5; Схема такого сигнализатора показана на рис. 3.

Для увеличения выходной мощности до нескольких единиц или даже десятков ватт следует использовать более мощные звуковые излучатели, которые, как правило, низкоомные. В этом случае к выходам Q1 и Q2 микросхемы необходимо подключить дополнительные мощные усилители на биполярных (рис. 3,а) или полевых (рис.3,б) транзисторах.

Рис.1Рис.2

Рис.3

.Звуковой сигнализатор с низковольтным питанием на основе несимметричного мультивибратора

Схема устройства показана на рис. 4. В его основе - генератор звуковой частоты, собранный на транзисторах VT1, VT2 по схеме широкоизвестного радиолюбителям несимметричного мультивибратора на транзисторах разной структуры. Частоту импульсов мультивибратора определяют номиналы конденсатора С1 и резисторов R1, R3, R4, образующих его времязадающие цепи. Поскольку резистор R3 переменный, частоту можно изменять в некоторых пределах. Транзистор VT3, включенный по схеме эмиттерного повторителя, согласует низкое сопротивление катушки динамической головки громкоговорителя с относительно высоким выходным сопротивлением мультивибратора.

В устройстве применимы постоянные резисторы МЛТ-0,125 или С2-23, переменный резистор - любой малогабаритный. Конденсатор - керамический, например КМ. Транзисторы VT1 и VT2 должны быть германиевыми: VT1 - любой из серий ГТ311, ГТ122, VT2 - из серий ГТ313, ГТ320 или ГТ124. Основное требование к транзистору VT3 - минимальное напряжение насыщения, поэтому тут подойдут транзисторы из серий КТ630, КТ961. Динамическая головка - с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом, например, 1ГД-37 или 0.5ГД-30.

Рис.4

. Звуковой сигнализатор с низковольтным питанием на основе блокинг-генератора

Схема еще одного варианта звукового сигнализатора представлена на рис. 2. На транзисторе VT1 и трансформаторе Т1 собран блокинг-генератор. Его применение в качестве генератора звуковой частоты вместо несимметричного мультивибратора повысило устойчивость работы сигнализатора при изменении питающего напряжения. Так как сигнал, снимаемый с блокинг-генератора, имеет недостаточную амплитуду, применен двухкаскадный усилитель звуковой частоты с непосредственной связью, собранный на транзисторах VT2 и VT3 разной структуры.

В устройстве можно применить транзисторы серий КТ312, КТ3117 (VT1), КТ326 или КТ3107 (VT2), КТ630, КТ961 (VT3). Диод VD1 - любой миниатюрный, например, из серий КД521, КД522, Трансформатор блокинг-генератора намотан на кольце типоразмера К10x6x5 из феррита 2000НМ2. Его обмотки содержат по 25 витков провода ПЭВ-2, ПЭЛ или ПЭВШО диаметром 0,1 - 0,25 мм. Витки обмоток распределяют равномерно по всему кольцу. Остальные детали такие же, как и в первом варианте сигнализатора.

Рис.5

. Охранный сигнализатор на дистанционных переключателях Предлагаемое устройство охранной сигнализации выполнено на двух малогабаритных дистанционных переключателях. В дежурном режиме узел потребляет 50...100мкА (зависит от тока утечки применяемых конденсаторов С1 и С2. В качестве дверного чувствительного элемента использован переключающий геркон (например, КЭМЗ) с магнитом или микропереключатель (МП9).

Для постановки объекта на охрану нужно выполнить определенную последовательность действий. Находясь внутри объекта и открыв дверь, на которой закреплен датчик, необходимо выключателем SA1 подать питание на устройство (см. схему на рисунке). При этом начнет заряжаться конденсатор С2 по цепи: плюсовой вывод источника питания GB1 - замкнутые контакты SA1 - обкладки конденсатора С2 - параллельно соединенные "отбойные" обмотки дистанционных переключателей К1 и К2 - минусовый вывод источника питания GB1. Переключатели сработают, и их подвижные контакты перейдут в левое по схеме положение (помеченное точками).

Геркон, на который не действует поле магнита (дверь открыта), находится в положении, показанном на схеме.

После того как, выйдя из объекта, вы закроете дверь, начнет заряжаться конденсатор С1 по цепи: плюсовой вывод источника питания - замкнутые контакты SA1 - прямая обмотка переключателя К1 - обкладки конденсатора С1 - замкнутые подвижный и правый по схеме контакты геркона (теперь дверь закрыта) - минусовой вывод источника питания. В результате произойдет срабатывание переключателя К1. При этом

подвижный контакт группы К1.1 переключится в правое по схеме положение и подготовит электрическую цепь для работы прямой обмотки переключателя К2.

Но пока цепь этой обмотки разорвана разомкнутыми контактами геркона (подвижным и левым на схеме). Поскольку конденсаторы С1 и Снарядились, батарея GB1 будет нагружена только током их утечки.

При открывании двери подвижный контакт геркона переключится в левое положение и конденсатор С1 начнет разряжаться по цепи: плюсовая обкладка конденсатора С1 - замкнутые контакты К1.1 - прямая обмотка переключателя К2 - замкнутые контакты геркона - минусовая обкладка конденсатора С1. Переключатель К2 сработает, и контакты К2.1 и К2.2 замкнут (или разомкнут) цепь исполнительного устройства.

Очевидно, что узел не лишен недостатков. Это и «лишний» провод , идущий к датчику, и работа датчика не на обрыв охранной цепи, как в классических устройствах, а на замыкание. Тем не менее описанное устройство вполне может быть использовано не только в охранных целях, но и в других устройствах автоматики.

В узле использованы дистанционные переключатели РПС20 на рабочее напряжение 12 В (исполнение РС4.521.752). Поскольку питать охранный узел и исполнительное (сигнальное) устройство удобнее от общего источника, выбирать его следует исходя из мощности, потребляемой исполнительным устройством. Это может быть, например, либо автомобильная, либо мотоциклетная аккумуляторная батарея.

Вместо двух дистанционных переключателей можно использовать один сдвоенный, например, РПС28, РПС34 и др. При этом емкость конденсаторов С1 и С2, возможно, необходимо будет уточнить.

Рис.6

. "Электронная защелка" - для механического замка

Секретность обычного механического накладного дверного замка можно увеличить, дополнив его "электронной защелкой". Кинематическая схема одного из вариантов устройства показана на рис. 7, Основой служит привинченный шурупами к двери 1 накладной замок 6 со сквозным (выступающим с обеих сторон корпуса) ригелем 7. Позади замка крепят электромагнит 2, к якорю 3 которого приклепана защелка 4 с зубом, ограничивающим ход ригеля. Под действием пружины 5 защелка прижата к поверхности ригеля.

Замок показан в положении "закрыто", поскольку рабочий конец ригеля 7 утоплен в пазу косяка 8 двери.

Как видно из чертежа, ключом отпереть замок и открыть дверь не удастся до тех пор, пока обмотка электромагнита обесточена, - ригель упрется в зуб защелки. Как только на электромагнит будет подано напряжение, якорь притянется и поднимет защелку, после чего поворотом ключа замок можно будет открыть.

Для управления электромагнитом служит электронный узел, схема которого показана на рис.8. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран одновибратор, на выходе которого в режиме ожидания устанавливается низкий уровень - близкое к нулю напряжение, при котором транзистор VT1 будет закрыт и электромагнит Y1 обесточен. Появление на нижнем по схеме входе элемента DD1.1 даже очень короткого импульса высокого уровня (напряжением не менее двух третей напряжения питания микросхемы D D1.1) переводит одновибратор в состояние, которому на выходе будет соответствовать высокий уровень - напряжение, близкое к напряжению питания микросхемы. Транзистор откроется и войдет в насыщение (напряжение коллектор-эмиттер - около 1 В). Электромагнит притянет якорь.

Разрешающее состояние "электронной защелки" будет длиться примерно 0,7 R4-C3 = 4...5 с и сопровождаться тональным сигналом пьезоизлучателя НА1. Звуковой генератор выполнен на элементах DD1.3 и DD1.4. Частота генератора - около 1 кГц. Как только зазвучит сигнал, хозяин сможет открыть дверь своим ключом.

Хотя защелка не испытывает сколько-нибудь серьезной механической нагрузки, механизм не должен быть слишком "нежным". Годится, в частности, электромагнит от любого двенадцативольтного реле из серии РП21; контактную группу реле надо демонтировать.

Для устранения всплесков напряжения, которые могут возникнуть на коллекторе транзистора при его закрывании, обмотку Y1 обязательно шунтируют диодом VD1. Конденсатор С1 блокирует возможные высокочастотные наводки на вход элемента DD1.1.

Обе пластины трехвыводного пьезоизлучателя ЗП>1 (НА1) надо включить параллельно для чего соединить вместе его гибкие изолированные выводы.

Источник питания "защелки" - аккумуляторная батарея, емкостью не менее 3 А-ч, подзаряжаемая малым током от сетевого трансформаторного узла питания.

"Защелку" приводят в действие нажатием на тайную незаметную кнопку

SB1 на двери, после чего замок открывают обычным ключом. Запускающий импульс может быть сформирован и дистанционно - как ответная последовательность ИК импульсов или радиоимпульсов от брелока, носимого на связке ключей. Но для этого "защелку" надо дополнить приемником управляющих импульсов.

Рис.7Рис.8

. Сигнализатор на микросхеме К157ХА2

Используя микросхему К157ХА2 был построен генератор звуковых частот с периодически изменяющимся тоном (рис. 9).

Вход первого усилителя (вывод 1) замкнут через конденсатор С1 на общий провод (возможно добавление резистора R_flсопротивлением 10... 100 Ом, показанного штриховой линией). Эксперименты показали, что основной тон звуковой частоты напрямую зависит от емкости этого конденсатора, которую допустимо изменять от 0,033 до 0,33 мкФ. Выход первого усилителя (вывод 14) связан со входом второго (вывод 5) через конденсатор СЗ. Подбором резистора R1 устанавливают необходимый коэффициент усиления всего тракта прохождения сигнала, Подбором конденсатора С2 регулируют коэффициент обратной связи второго усилителя попеременному току. Обратная связь, необходимая для возбуждения усилителя на звуковой частоте, обеспечивается подстроечным резистором R2, регулировкой которого добиваются нужной частоты смены тона выходного сигнала.

Выход генератора (вывод 10) через конденсатор С5 нагружен на резистор R3, с которого снимается сигнал для последующего усиления. УЗЧ собран по простейшей схеме на части микросхемы К174ХА10 и обеспечивает при напряжении питания 9,5 В и сопротивлении нагрузки 8 Ом мощность на выходе до 0,5 Вт. Во время макетных испытаний сигнализатора высокочастотная динамическая головка 2ГД36 издавала довольно громкие завывающие и пронзительно неприятные звуки, что, собственно, и требуется от сирены.

Возможность использовать устройство как часть "электронной няни".

Возможности прибора по "созданию" самых различных звуков простой комбинацией конденсаторов С1, С4 и регулировкой R3, малые габариты и экономичности позволяют найти ему самые разные применения. Автор использовал сигнализатор в автомобиле, чтобы не оставить его на "ночлег" с включенными габаритными огнями (порча аккумулятора в результате такой забывчивости обеспечена).

Чтобы адаптировать сигнализатор для питания от автомобильной аккумуляторной батареи, введен стабилизатор напряжения (VT1, VD1, R4 и С9), ограничивающий напряжение питания DA2 до 9...10 В. Напрямую микросхему К174ХА10 подключать к системе электроснабжения автомобиля нельзя, так как возможные броски напряжения при работе генератора до 14... 15 В выведут внутренний стабилизатор микросхемы из строя. Напряжение питания на микросхему DA1, равное 5...5,2 В, подается через интегральный стабилизатор DA3.

Для обеспечения необходимой логики включения сигнализатора при двух заданных условиях (включенные "габариты" и открытая дверь водителя) использован электронный ключ на транзисторе VT2 (рис. 2).

SF1 - это выключатель, смонтированный на водительской дверце (имеется в автомобиле); SA1 - выключатель габаритных сигналов.

Когда дверь водителя закрыта и "габариты" выключены, переключатели SF1 и SA1 находятся в положении, показанном на рис. 10. При включении SA1 ("габариты" включены) плюс питания подается на сигнализатор, но он не работает, так как отключен от "массы" автомобиля (минус питания) закрытым транзистором VT2, база которого через нить накала лампы освещения салона HL1 соединена с эмиттером. При выходе водителя из машины через контакты SF1 подается напряжение на лампу HL1 через резистор R5 открывает транзистор VT2, сопротивление его резко уменьшается, что и разрешает работу сигнализатора, напоминающего водителю о включенных габаритных огнях. Резистор R6 необходим для того, чтобы база транзистора VT2 оставалась подключенной к эмиттеру в случае перегорания лампы HL1.

Вся конструкция собрана в корпусе детского набора "Юность" КП101. Динамическая головка из комплекта заменена на более мощную импортную сопротивлением 8 Ом и подходящих размеров. Транзисторы VT1 и VT2 оснащены теплоотводами из алюминиевого уголка размерами 10x15 мм.

Рис.9

Рис.10

. Простая сторожевая сигнализация-звонок

Предлагаемая система призвана выполнять функции охраны и квартирного звонка. Она предназначена для установки в квартирах с двумя дверями в одном проеме (например, металлической и деревянной) и позволяет контролировать, плотно ли закрыты двери, в каком состоянии находятся их замки. Схема системы сторожевой сигнализации показана на Рис.11.Питание подается через постоянно подключенный к сети малогабаритный трансформатор Т2, обеспечивающий гальваническую развязку и, следовательно, безопасную эксплуатацию. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть от 10 до 20 В.На транзисторе VT1 собран звуковой генератор, формирующий сигналы для режимов квартирного звонка и сигнала , охраны замка двери. Непосредственно сам звонок включается кнопкой SB1, которая находится, как обычно, снаружи у входной двери. Концевой выключатель SA1 установлен на кронштейне в углублении косяка входной двери таким образом, чтобы при закрытии дверей ригель замка полностью прижимал и замыкал его контакт.

Назначение узла на транзисторе VT2 - задержать включение тревожного сигнала. При открывании замка выключатель SA1 размыкается, конденсатор СЗ начинает заряжаться через резистор R10. Стабилитрон VD3 служит для задержки открывания транзистора VT2. От номиналов этих деталей зависит время задержки. Если замок не будет закрыт через 12 с (а этого вполне достаточно для прохода через дверь), откроется ключ на транзисторе VT2, подав питание через развязывающий диод VD2 на звуковой генератор. Одновременно откроется ключ на транзисторе VT4, изменив смещение для транзистора VT1 звукового генератора. Тем самым изменяется тональность звучания звонка. Такой сигнал извещает о незакрытом замке входной двери.

В случае необходимости открыть дверь на длительное время, например, для погрузки мебели, звонок можно обесточить переключателем SA2. При этом начинает работать мультивибратор на транзисторах VT3, VT5, нагруженный на светодиод HL1. Частоту его вспышек подбирают конденсатором С8. Мигание светодиода HL1 напоминает о выключении сигнализации и звонка.

Трансформатор Т1 может быть любой выходной от малогабаритного радиоприемника.

Конструкция смонтирована объемным монтажом в металлическом корпусе и установлена высоко над входной дверью. На передней панели расположены переключатель SA2; светодиод

HL1 и динамическая головка ВА1.

Рис.11

3.Анализ технического задания

схема печатный электрический

Обоснование выбора электрической схемы

Принцип работы

Проблема охраны своего жилища от непрошенных посетителей для многих по-прежнему остается актуальной. Я предлагаю решение некоторых ее аспектов. Криминальное проникновение в квартиру нередко начинается о попытки простого отжима двери стальным рычагом с целью вывести ригель замка из своего гнезда. К сожалению, недостаточная жесткость, как самой двери, так и дверной коробки во многих случаях дает такую возможность.

"Обороноспособность" двери повышают, как правило, увеличением ее прочности, однако не лишними будут и электронные средства. Для этого служат электромеханические датчики и простое электронное устройство, работающее совместно с самодельной или заводской охранной системой. Эти средства не сделают дверь крепче, но могут поставить перед злоумышленником неожиданные задачи, решение которых потребует времени, а иногда и заставит отказаться от задуманного.

Суть моего предложения сводится к оснащению двери несколькими датчиками, которые включают тревожную сигнализацию не в момент открывания двери, а уже при первых попытках взлома. На рис. 1 показано устройство одного из вариантов датчика отжима. К внутренней плоскости двери 1 (открывается к себе) вблизи замка прикрепляют планку 2 с отогнутым под прямым углом концом. На косяке 5 коробки двери устанавливают миниатюрный выключатель 3 с плоским упругим поводком (МП9Р-1; его рабочий ход по концу поводка - 5 мм). Чтобы удерживать поводок в исходном положении, служит ограничитель 4.

Как показывает рисунок, ничто не мешает двери нормально открываться и закрываться. При первой же попытке отжима закрытой двери она вместе с планкой 2 сместится в направлении стрелки, отогнутый конец планки преодолеет зазор Л и повернет поводок выключателя 3. Контакты выключателя замкнутся и включат электронное устройство, схема, которою изображена на рис. 2.

Оно является первичным сигнализатором взлома. Основа сигнализатора - одновибратор на логических элементах DD1.1,DD1.2; Элемент DD1.3 -буфер-инвертор сигнала. При замыкании контактов сторожевого выключателя на нижнем по схеме входе элемента DD1.1 возникает короткий импульс низкого уровня, запускающий одновибратор.

Он вырабатывает импульс длительностью t= 0,7 R6-С4 = 7...8 с. Высокий уровень, возникающий на выходе инвертора DD1.3, открывает транзистор VТ1, включая пьезокерамический излучатель звука BF1, оснащенную собственным генератором.

Датчик, реагирующий на попытку взлома двери, может быть построен так, как показано на рис. 3. Датчик монтируют в том месте двери 1 или дверного косяка, где разрушение конструкции наиболее вероятно. Например, у двери уязвимой является зона вблизи врезного замка 2.

В этой зоне на тонких гвоздях 4 натягивают охранную линию из тонкой проволоки 3 (диаметром 0,12...0,2 мм). Годится обмоточный провод ПЭЛ, ПЭВ-1, ПЭВ-2. Сначала гвозди вбивают на половину длины, а в заключение - по шляпку. Выводы охранной линии подключают к сигнализатору.

При попытке разрушить дверь линия оборвется и приведет в действие сигнализатор. В исходном состоянии на входе элемента DD1.4 низкий уровень, на выходе - высокий, диод VD1 закрыт. В момент обрыва линии элемент DD1.4 переключается в состояние 0 и запускает одновибратор сигнализатора, как рассказано выше.

.Анализ элементной базы

Микросхемы серии К561

Микросхемы серии К561 построены на комплементарных транзисторах структуры металл-окисел-полупроводник (К.МОП), потребляют ничтожно малую мощность в статическом режиме, имеют очень небольшой определяемый лишь токами утечки входной ток.

Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах с 14, 16 и 24 выводами. Напряжение питания может находиться в пределах от 3 до 15В Номинальное напряжение + 10В+10%. Микросхемы серии К561 обеспечивают большие быстродействия и выходные токи, они ориентированы преимущественно на применение в цифровых вычислительных машинах, не имеют разновидностей, специализированных на использование в электронных часах. Диапазон рабочих температур микросхем серии К561 -45...+85°С.

Выходные уровни микросхем при работе на однотипные микросхемы практически не отличаются от напряжения питания и потенциала общего провода. Максимальный выходной ток большинства микросхем не превышает единиц миллиампер.

Применение микросхем серии К561 имеет свои особенности. Ни один из входов микросхем не может быть оставлен неподключенным, даже если логический элемент в микросхеме не использован. Свободные-входы элементов должны быть или соединены с используемыми входами того же элемента, или подключены к шине питания или общему проводу в соответствии с логикой работы микросхемы. Напряжение источника питания должно подаваться ранее или одновременно с подачей входных сигналов.

При конструировании аппаратуры на микросхемах серии К561 необходимо учитывать, что емкость связи между проводниками, соединяющими передатчики с приемниками информации, является емкостью нагрузки для микросхем, передающих информацию. Увеличение емкости приводит к возрастанию динамического тока потребления. Для исключения влияния перекрестных помех между одиночными проводниками в асинхронных устройствах, емкость связи не должна превышать 100 пф.

При конструировании аппаратуры на микросхемах серии К561 необходимо предусматривать защиту от попадания импульсных помех на шины «питание» и «общая», для чего в цепях питания рекомендуется устанавливать низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. Типы конденсаторов и их емкости выбираются в зависимости от конструкции аппаратуры. Ориентировочно емкость конденсаторов можно выбрать из расчета: низкочастотный электролитический - не менее 0,03 мкФ на одну микросхему; высокочастотный керамический - 0,068 мкФ на каждые 50 микросхем. Напряжение питания подводят к выводу с наибольшим номером, общий провод подключают к выводу с вдвое меньшим номером. Диапазон рабочих температур микросхем серии К561 -45...+85°С.

В данном курсовом проекте использованы микросхемы серии К561ЛА:

Функциональное назначение - четыре элемента 2И-НЕ;

Число выводов - 14;

Значение тока, потребляемого микросхемой в статическом режиме Iпот, мкА 2;

Максимальная частота следования импульсов входного напряжения f max,МГц

Интервал времени, равный полусумме времени задержки распространения сигнала при включении и выключении цифровой микросхемы t з.ср . - 80.

Диод КД510А

Эпитаксиально - планарный кремниевый импульсный диод, предназначенный для работы в импульсных устройствах. Конструктивно оформлен в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Маркируется условным кодом в виде двух зеленых полосок (широкой и узкой) со стороны отрицательного (базового) вывода. Эксплуатируется при температуре tокр = -60...85С. Масса диода не более 0,15г.

Электрические параметры и предельные значения допустимых режимов работы:

При увеличении температуры от +25до+85С максимальные значения прямых токов снижаются по линейному закону.

ТранзисторКТ972Б

Кремниевый эпитаксиально -планарный усилительный n-p-n транзистор. Предназначен для применения в выходных каскадах систем автоматики, в стабилизаторах, узлах строчной и кадровой разверток телевизоров ,электронном зажигании автомобилей и т.д. Выпускается в пластмассовом корпусе с гибкими выводами . Эксплуатируется при tокр от -45 до +85С.

Электрические параметры и предельные значения допустимых режимов работы:

Конденсаторы:

Конденсаторы С1-С4: КМ-6 (вариантБ) -керамические многослойные монолитные конденсаторы с неорганическим диэлектриком.

Тангенс угла потерь ,не более:

M1500 - 0,0012

H90 - 0,035

Сопротивление изоляции в нормальных климатических условиях , не менее:

M1500 - 10000МОм

H90 - 5000МОм

Постоянная времени для номинальной емкости свыше 0,025мкФ- 125МОм* мкФ

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды :

M1500 - от-60 до +155С

H90 - от-60 до +85С

Относительная влажность воздуха при температуре +25С в исполнении для умеренного и холодного климата , при 35С для всеклиматического исполнения-до 98%

Пониженное атмосферное давление - до 0,0000013 гПа

Минимальная наработка на отказ: до 125С - 10000ч От 125 до 155С - 2000ч

Изменение емкости ,не более:

M1500 - +10% или +2пФ

H90 - -30%

Тангенс угла потерь ,не более:

M1500 - 0,0036

H90 - 0,070

Сопротивление изоляции ,не менее :

M1500 - 100МОм

H90 - 30МОм

Постоянная времени ,не менее - 0,75МОм* мкФ Срок сохраняемости:

M1500 -   15 лет

H90 - 12 лет

Конденсатор С5:алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор с малым током утечки К50-15

Номинальная мощность - 220 мкФ;

Номинальное напряжение - 16В;

Размеры: D -9мм ;

L - 60мм;

Масса, не более - 7,5г.

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды - от-60 до +125С

Относительная влажность воздуха при температуре 35С - до 98%

Пониженное атмосферное давление - до 0,0000013 гПа

Минимальная наработка на отказ при температуре от -60 до +70С - 10000ч

при температуре от -60 до +85С - 7500ч

при температуре от -60до+125С- 1000ч

Тангенс угла потерь, не более - 5 норм поставке

Ток утечки ,не более-  5 норм при поставке

Полное сопротивление ,не более - 10 норм при поставке

Срок сохраняемости - 15 лет

Резисторы:

В данном устройстве используются постоянные резисторы с металлоэлектрическим проводящим слоем марки МЛТ, предназначенные для работы в цепях постоянного , переменного и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа и относятся к неизолированным.

Предельные эксплуатационные данные:

Температура окружающей среды:

при номинальной электрической нагрузке - от -60 до +70С

при снижении электрической нагрузки до 0,3 Pи - от -60 до +125С

Относительная влажность воздуха при температуре 35С - до 98%

Пониженное атмосферное давление - до 133Па

Предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока : 200В

Минимальная наработка - 25000ч

Срок сохраняемости - 25 лет

Резистор R6 - КИМ-0,125; его можно составить из нескольких любого типа.

Номинальная мощность , Вт - 0,125;

Пределы номинального сопротивления - 10 Ом…5,6 МОм;

Предельное рабочее напряжение, В - 100.

Пьезокерамический излучатель звука BF1

Пьезокерамический излучатель звука со встроенным генератором НРА24АХ.

Пьезоэлектрические излучатели звука преобразуют электрический сигнал в звуковой. Излучатели со встроенной схемой вырабатывают звуковой сигнал при подаче постоянного напряжения. Область применения: компьютеры, оборудование средств связи, автомобильная электроника, кассовые аппараты, бытовая электроника. Рабочая температура: от -30^аС до + 85°С.

Пьезокерамический излчатель звука BF1 можно заменить на другой с близкими параметрами. Если используемая сирена потребляет более 0,25 А, возможно, потребуется заменить резистор В8 другим, меньшего сопротивления. Практически все двенадцативольтные сирены способны работать от 6 В, правда, с заметно меньшей громкостью (и потребляемым током). Питать сигнализатор следует от автономного источника - батареи гальванических элементов или аккумуляторов емкостью не менее 0,4 Ач. Поскольку потребляемый в режиме охраны ток очень мал (2...4 мкА), предпочтение следует отдать литиевой батарее - ее можно будет не менять 5... 10 лет. Правильно собранный сигнализатор налаживания не требует. Если длительность звучания сигнала тревоги (7...8 с) кому-то покажется слишком большой, ее можно уменьшить подборкой элементов R6, С4.

. Расчет надежности функционального узла

Основные положения.

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.

Отказ - нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенный отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и конструкции.

Внезапный отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов (РЭ).

Все изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

В работе изделия существуют 3 периода.

- период приработки, характеризуется приработочными отказами.

- период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.

- период износа - внезапные и износовые отказы.

Понятие надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.

Качественные:

безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки

ремонтопригодность - свойство изделия, приспособленность к :

предупреждению возможных причин возникновения отказа

обнаружению причин возникшего отказа или повреждения

устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания

долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)

сохраняемость - сохранение работоспособности при хранении и транспортировке.

вероятность безотказной работы:

lизд*t

Р = e , (1)

где е - основание натурального логарифма;

lсх - интенсивность отказа схемы;

t - заданное время работы схемы.

средняя наработка на отказ:

Тср. = 1/lсх , (2)

интенсивность отказа схемы:

lизд. = lnR + lnC + ... + lплаты + lпайки , (3)

где ln - интенсивность отказов всех элементов данной группы;

lплаты - интенсивность отказов печатной платы;

lпайки - интенсивность отказа всех паек.

Надежность элементов функционального модуля является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации и от электрических нагрузок в схеме.

Коэффициент нагрузки:

для транзисторов

K=Pc/Pc max , (4)

где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,

Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.

для диодов

K=I/Imax , (5)

где I - фактически выпрямленный ток,

Imax - максимально допустимый выпрямленный ток.

для конденсаторов

K=U/Uн , (6)

где U - фактическое напряжение,

Uн - номинальное напряжение конденсатора.

для резисторов ,трансформаторов и микросхем

К=Р/Рн , (7)

где Р - фактическая мощность рассеивания на радиокомпоненте,

Рн - номинальная мощность.

При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность отказа увеличивается. Интенсивность отказа увеличивается так же, если радиокомпонент эксплуатируется в более жестких условиях: с повышенной температурой окружающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т. д.

В настоящее время наиболее изучено влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры.

Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей среды и нагрузки определяется по формуле:

l=lо*a . (8)

Интенсивность отказов изделия:

lизд. = lnR + lnC + ... + lплаты + lпайки = 46,59*10^7 (1/ч)

Вероятность безотказной работы за время Т = 1год (приблизительно 9000ч)

lизд*Т

Р = e = 0,995

Вероятность того , что в пределах заданной наработки возникнет отказ устройства:

Q(T) = 1- P(T), Q(T) = 0,005

Описание и расчет конструкции функционального узла.

Разработка конструкции электрических соединений функционального узла осуществляется на одно или двухсторонней печатной плате.

Исходными данными для проектирования печатных плат являются:

принципиальная электрическая схема, которая определяет число элементов, характер связи между ними, число и характер внешних связей;

технические требования конструкции, условия работы, конструкторские ограничения.

При разработке электрических соединений на основе печатной платы определяются:

конструкторско-технологический тип платы, ее класс плотности, материал основания;

площадь, габариты и соотношение размеров сторон платы;

расчет элементов печатной платы;

размещение элементов на печатной плате;

трассировка печатной платы.

Конструктивно-технологическое проектирование и расчет печатной платы. Конструкцию печатной платы определяет: плотность компоновки, стоимость производства и эксплуатации. Печатная плата представляет собой изоляционное основание, на котором имеется совокупность печатных проводников, контактных площадок или переходов. По числу проводящих слоев печатные платы бывают односторонними, двусторонними и многослойными. Проектируемая печатная плата является односторонней. Она характеризуется повышенной точностью выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий и низкой стоимостью.

Для основания платы используем стеклотекстолит, выбирается химический способ получения печатных проводников. Этот метод обладает следующими достоинствами:

простота используемого технологического оборудования;

не высокая стоимость процесса производства;

высокая адгезия печатных проводников к диэлектрику.

Сигнализатор собран на печатной плате из стеклотекстолита марки СФ -1-35 толщиной 1,5 мм, фольгированного с обеих сторон. Фольга со стороны деталей использована в качестве экрана и общего провода. "Заземляемые" выводы деталей припаяны непосредственно к фольге; отверстия под остальные выводы раззенкованы. В соответствии с ГОСТ 23751-86 данная печатная плата относится к первому классу точности. В соответствии с классом имеем следующие номинальные значения размеров:

ширина проводника t = 0,18…0,75мм;

расстояние между проводниками S = 0,75мм;

расстояние от края просветленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия b =0,3мм;

отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине пластины = 0,4мм.

Чертеж печатной платы показан на рис. в приложении .Залитыми квадратами обозначены места пайки к фольге общего провода, а квадратом с отверстием - место пайки проволочной перемычки между фольговыми сторонами платы. Транзистор привинчен к плате; полоску фольги шириной 2...3 мм вокруг корпуса транзистора (она показана черной) необходимо удалить. Готовую к работе плату помещают в пластмассовую коробку.

Определение площади платы

При определении площади платы, суммарная площадь, устанавливаемых на нее элементов умножается на коэффициент 3. К этой площади прибавляется площадь вспомогательных зон, предназначенных для размещения соединителей. Определяем площадь печатной платы:

Sп/п = 3Sэрэ + Sкп

где Sэрэ - площадь всех электрорадио элементов,

Sкп - площадь контактных полей.

Принимаю следующие размеры печатной платы. 2

Длина 48 мм , ширина 30 мм. Sпп = 1440 мм

Определение минимального диаметра металлизированного отверстия

d_min V H_расч ´ g = 1,5 ´ 0,4 =0,6 мм,

где g = 0,4 - плотность печатного монтажа для первого класса точности.

H_расч - толщина фольгированного диэлектрика платы.

С учётом погрешностей представленных в таблице 2 в приложении минимальный диаметр контактной площадки, обеспечивающей заданное расстояние B от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия:

Минимальный диаметр контактной площадки

,

где мм для первого класса точности

d_л = d_м L/100 = 0,1´48/100 = 0,048 мм. - изменение длины печатной платы из-за нестабильности линейных размеров (L =48 мм - размер большей стороны печатной платы);

D kmin=2*0,1+0,8+1,5*0,035+2*0,048+0,3=1,44 мм

Расчет ширины проводников:

t_{1 min}=0,18 мм

t_min= t_{1 min} + 1,5 ´ (h_ф + h_пм) + h_р=0,18+1,5 ´ (0,05+0,006) + 0,02 = 0,284 мм

t_{ш min}= t_min - h_р= 0,284-0,02 = 0,264 мм

t_{ш max}= t_{ш min} + Dt_ш=0,264 + 0,03 = 0,294 мм

t _max= t_{ш max} + h_p+ D_Э = 0,294+0,02+0,01 = 0,324 мм

Минимальное расстояние между двумя проводниками

S_{2 min}=L₀ -(t_max+2*d_wt)=0,625-(0,324+2´0,05) = 0,2 мм

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой

S_3min=L₀-[(D_kmax/2+d_кп)+(t_max/2+d_wt)]=

,25 - [(1,6825/2+0,095)+(0,324/2+0,05)]=0,1 мм, где

d_кп=d_ш + d_э +0,5*(d_n + d_э)=0,05+0,02+0,5*(0,03+0,02)=0,095 мм

Итак, результаты расчёта показывают, что при данной технологии изготовления и с учётом всех допустимых погрешностей, печатный рисунок будет полностью обеспечивать корректное электрические соединения и тем самым работоспособность устройства.