Разработка проекта автоматического секундомера

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Анализ технического задания

Прибор позволяет определять длительность коротких (не более 10 с) процессов. Запуск производится перепадом напряжения на входе.

Измерение и сброс показаний происходят в автоматическом режиме. Показания высвечиваются на светодиодных индикаторах HL1 и HL2. Пределы измерения -- 0,1...9,9 с. Питание прибора универсальное -- от 9 В до 26 В. Входной сигнал также может быть напряжением от 9 В до 36 В.

После включения питания генератор, собранный на логических элементах DD1.2...DD1.4 и транзисторе. VT1, вырабатывает импульсы с частотой 100 Гц. Частота определяется номиналами R4 и С3. Эти импульсы поступают на вход С1 микросхемы DD2, на которой собран делитель частоты на 10. При включении питания на выходе элемента DD1.1 присутствует уровень логической "1", поскольку на его входы через резистор R2 поступает низкий уровень. Высокий уровень с выхода D1.1 подается на вход предустановки (R9) микросхемы DD2 и запрещает работу делителя.

Входной сигнал через мостик VD1...VD4 и резистор R1 поступает на вход элемента DD1.1. Стабилитрон VD5 ограничивает его величину на уровне 5В. На выходе DD1.1 появляется низкий уровень, который разрешает работу делителя DD2. Емкость С1 защищает схему от ложных срабатываний (импульсных помех на входе). С выхода 8 DD2 импульсы с частотой 10 Гц поступают на вход десятичного счетчика, собранного на микросхемах DD3 и DD4. Далее с выходов DD3 код, соответствующий десятым долям секунды, подается на дешифратор DD5 и индикатор HL2. Одновременно с выхода 8 микросхемы DD3 импульсы поступают и на вход DD4 -- счетчика единиц секунд. Перезапись информации в дешифраторы DD5, DD6 происходит по спаду импульсов с микросхемы DD2.

Стабилизатор напряжения с защитой собран на диодах VD6...VD8, транзисторах VT2, VT3. Стабилитрон VD9 дополнительно защищает схему от перенапряжения.

Прибор можно собрать с использованием дешифраторов без памяти, например, К514ИД2. Схема управления для этого случая приведена на рис.2. Высокий уровень напряжения управления поступает на вход триггера Шмидта, собранного на элементах DD1.1, DD1.2, и через инвертор DD9.3 поступает на вход R0 микросхемы DD2, разрешая счет импульсов. Одновременно через дифференцирующую цепочку C2-R3 поступает короткий импульс стирания ранее записанной информации на входы R0 микросхем DD3, DD4 (рис. 1)

Рис. 1

Рис. 2

Анализ технического задания (ТЗ) проводится с целью определения основных направлений создания конструкции, в оценке степени важности взаимосвязанных факторов, оказывающих существенное влияние на качество и параметры разрабатываемой конструкции.

Согласно требованиям ТЗ автоматический секундомер относится к категории аппаратуры: носимая наземная, следовательно, требования к механическому исполнению конструкции соответствуют стандартным для возимых изделий.

Изделие будет эксплуатироваться в условно-чистой и промышленной атмосфере.

Проанализировав значения климатических факторов, можно сделать вывод, что конструкция требует применения специальных методов влагозащиты. Элементы электрической схемы должны обеспечивать стабильность рабочих параметров в заданном интервале температур.

Устройство должно иметь небольшие габариты, а так же его внешний вид должен удовлетворять современным требованиям технической эстетики по форме и цветовому решению.

Анализ технических требований показывает, что габаритные размеры изделия удовлетворяют требованиям по компактности современных радиоэлектронных устройств.

Из вышеизложенного следует, что автоматический секундомер можно изготовить с применением отечественных и недорогих импортных материалов и элементной базы, что, в свою очередь, приводит к снижению себестоимости изделия и дает возможность изготовления изделия в соответствии с требованиями технического задания.

2. Обзор научно-технической литературы

Классификация часов по назначению и их основные параметры. Приборы измерения времени широко применяют во всех областях науки, техники и народного хозяйства. По принципу действия, устройству, размерам, эксплуатационным характеристикам они очень разнообразны. В зависимости от назначения к ним предъяв бытовые -- наручные, карманные, настольные, настенные и напольные; технические -- авиационные, автомобильные, морские; часы для отсчета малых промежутков времени -- секундомеры, хроноскопы; хранители точного времени -- морские хронометры, астрономические, атомные; электрические системы единого времени -- первичные, вторичные. Наручные часы, в свою очередь, можно разделить на механические и электронные с цифровой индикацией, а также на электронно-механические с аналоговой (стрелочной) и со смешанной (цифровой и аналоговой) индикацией. По конструктивным особенностям наручные часы могут быть без секундной стрелки, с боковой или центральной секундной стрелкой, с дополнительными и защитными устройствами. К дополнительным относят календарь (одинарный или двойной), звуковое устройство, автом Электронные кварцевые часы с цифровой индикацией могут быть на светодиодах или на жидких кристаллах. Параметры. К основным параметрам часов относят суточный ход, средний суточный ход, мгновенный ход, продолжительность хода (от одной полной заводки пружины для механических часов и до смены источника питания для электронно-механических и электронных часов) Суточным ходом называют отклонение показания часов от точного времени за сутки, равное разности поправок в конце и начале суток. Поправкой называют отклонение показаний часов от точного времени в момент проверки часов. Если часы показывают время больше эталонного, то поправка имеет знак «+», если меньше -- «--».

Классификация часов по типу механизма. Механизмы часов делятся на две группы: механические и кварцевые. Принцип действия кварцевых часов - это способность кварцевого кристалла при прохождении через него электрического тока выдавать импульсы с определенной частотой.

Хронометр - это точные механические часы, которые сертифицированы в Швейцарии. На каждую модель, выдается сертификат с результатами теста.

Механический хронограф - это секундомер с автоподзаводом или ручным заводом. Сложный механизм, а если он еще и многофункционален и размещен в тонкий корпус, то это - дорогие часы.

Секундомеры. Механизм секундомера, как и обычные часы, имеет пружинный двигатель, колесную передачу, ход и регулятор. Кроме того, секундомер имеет дополнительный механизм для управления стрелками, который называется ком-пликацией. В зависимости от числа секундных стрелок, характера их действия, принципа работы часового механизма секундомеры разделяются на несколько групп. СОП11р -- секундомер однострелочный простого действия, механическое управление стрелок с прерываемой работой часового механизма. СОПРнпр -- секундомер однострелочный простого действия, механическое управление стрелок с непрерываемой работой часового механизма. СОСпр -- секундомер однострелочный суммирующего действия, механическое управление стрелок с прерываемой работой часового механизма. СОСНГ1р -- секундомер однострелочный суммирующего действия, механическое управление стрелок с непрерываемой работой механизма. СДПпр -- секундомер двухстрелочный простого действия, механическое управление стрелок с прерываемой работой часового механизма. СДПнпр -- секундомер двухстрелочный простого действия, механическое управление стрелок с непрерываемой работой часового механизма. СДСпр -- секундомер двухстрелочный суммирующего действия, механическое управление стрелок с прерываемой работой часового механизма. СДСнпр -- секундомер двухстрелочный суммирующего действия, механическое управление стрелок с непрерываемой работой часового механизма. Количество шкал, емкость и цена деления секундных шкал, шкал счетчика секунд и минут могут быть различны. Секундомеры выпускаются двух калибров: 42 и 54 мм и в зависимости от точности хода подразделяются на три класса. Наиболее простым и дешевым является однострелочный секундомер. Механизм секундомера имеет калибр 43 мм, анкерный ход на одиннадцати рубиновых камнях. Секундомер имеет секундную стрелку для отсчета секунд и долей секунд и минутную для отсчета минут по шкале. Большое распространение получили двухстрелочные секундомеры, имеющие две секундные стрелки. С помощью этих секундомеров можно измерить время двух каких-либо явлений или процессов, начатых одновременно.

Секундомер электронный "СЧЕТ-1М" предназначен для измерения длительности интервалов времени, задаваемых электрическими сигналами. Основное назначение секундомера - измерение временных параметров электромагнитных реле, реле времени, выключателей, контакторов, схем релейной защиты, а также других электромеханических устройств и электронных схем. Секундомер разработан по договору с АО "Ленэнерго".

От других аналогичных приборов секундомер отличает универсальная схема пуска и останова, которые могут осуществляться как замыканием или размыканием электрических контактов, так и перепадом электрического потенциала.

Секундомер может измерять время срабатывания и отпускания нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых контактов реле, время замкнутого и разомкнутого состояния контактов, длительность импульса напряжения любой полярности, а также временной интервал между фронтами напряжений любой полярности или коммутациями контактов на двух входах секундомера.

Ко входам секундомера могут подключаться либо "сухие" контакты, либо источники постоянного или переменного напряжения в диапазоне от 4,5 до 250 В.

Диапазон измерений - от 0,001 с до 99999,9 с.

Основные технические характеристики прибора СЧЕТ-1М:

Питание секундомера может осуществляться как от сети 220 В, 50 Гц, так и от встроенного аккумулятора, который автоматически подзаряжается при работе от сети.

Относительная погрешность секундомера в течение года после выпуска - не более 1х10-5, в течение срока службы секундомера - не более 6х10-5.

- диапазон рабочих температур: от 0 до +50 °С,

- габариты корпуса: 146х82х40 мм,

- масса: не более 0,3 кг.

Секундомер электронный цифровой СЭЦ-10000 предназначен для измерения интервалов времени и индикации результатов измерения в цифровой форме.

Секундомер может быть использован для измерения времени срабатывания электромагнитных реле постоянного и переменного тока, длительности однократных электрических импульсов, суммарной длительности пакета электрических импульсов.

Технические характеристики:

· Наибольший предел шкалы секундомера 9999 с.

· Количество диапазонов измерения 3.

· 1 диапазон до 99,99 с, цена деления шкалы (дискретность отсчета) 0,01 с.

· 2 диапазон до 999,9 с, цена деления шкалы (дискретность отсчета) 0,1 с.

· 3 диапазон до 9999 с, цена деления шкалы (дискретность отсчета) 1 с.

· Переход с диапазона на диапазон автоматический.

· Индикация-цифровая десятичная четырехразрядная.

· Работа секундомера может осуществляться в одном из трех режимов:

· В режиме ручного управления-при помощи кнопок, расположенных на секундомере.

· В режиме дистанционного управления-при помощи коммутационных устройств, подключаемых к внешнему разъему секундомера.

· В режиме автоматического управления-при помощи электрических сигналов, подаваемых на измерительные входы секундомера.

· При питании от резервного источника обеспечивается измерение интервалов времени и запоминание результатов измерения. Индикация результата измерения осуществляется при включении основного питания.

· Мощность, потребляемая секундомером от резервного источника, не более 100 мВт.

· Масса секундомера-не более 1,2 кг.

· Установленная безотказная наработка-4500 ч.

Секундомер электронный лабораторный СЭЛ предназначен:

- для измерения времени срабатывания (отпускания) реле с нормально-замкнутыми (Н.З.) и нормально-разомкнутыми (Н.Р.) контактами (Н.З. и Н.Р. контакты - без напряжения питания обмоток реле), а также времени проскальзывания контактов реле (замкнутого состояния);

- для измерения интервалов времени логических схем и изделий по потенциалу на их выходах.

Технические характеристики:

· Определение временных параметров реле с током срабатывания до 5 А и напряжением до 220 В.

· Диапазон измеряемых интервалов времени, мс… 1…99999.

· Разрешающая способность измерения, мс…………………1.

· Готовность к работе, мин, не более ………….……………..5.

· Продолжительность непрерывной работы, ч, не менее…...8.

· Питание от сети 220+10%-15% В, 50+1 Гц.

· Потребляемая мощность, Вт, не более…………………….10.

· Масса, кг, не более ………….……………………………...2,3.

· Габаритные размеры, мм….………………….120 х 240 х 150.

Секундомер электронный лабораторный СЭЛ имеет пятизначный цифровой отчет с запятой для разделения секунд и миллисекунд; обеспечивает запоминание показаний, автоматический сброс перед новым измерением, а также ручной сброс в любом режиме обнуления.

Секундомер электронный лабораторный СЭЛ имеет два режима обнуления автоматический и ручной.

3. Организация и планирование ОКР

Предварительная оценка планируемого к выполнению автоматического секундомера

Задача оценки технико-экономического и “рыночного уровня” новизны, а также эффективности возникает до начала выполнения опытно-конструкторских работ (ОКР) и при подведении ее итогов.

В первом случае должна быть дана априорная оценка, отражающая в первом приближении актуальность, целесообразность, полезность, конкурентоспособность, ожидаемую эффективность предпринимаемой работы по конкретному воплощению научно-технических замыслов в материализованном виде: схемных решений и конструкции отдельных частей и РЭА в целом. Во втором случае - апостериорная оценка, цель которой состоит в установлении уровня «рыночной новизны» результатов разработки.

Для предварительной оценки планируемой к выполнению автоматического секундомера следует использовать одно из направлений эвристического прогнозирования - метод экспертных оценок, который базируется на выборе смысловых характеристик (частных критериев), количественно измеряемых по определенной балльной системе. За базовый индекс принят «+1», соответствующий удовлетворительной оценке.

К основным задачам организации и планирования автоматического секундомера:

- расчёт трудоёмкости работ, этапов, стадий и разработки в целом;

- установление на её основе затрат времени каждого из разработчиков;

- установление договорной цены;

- расчет годовых издержек потребителя РЭА в условиях эксплуатации.

Критерии оценки планируемой разработки автоматического секундомера приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Критерии оценки планируемой разработки автоматического секундомера

Анализируя результаты таблицы 3.1 по предварительной оценке планируемой к выполнению автоматического секундомера можно сделать вывод, что разработка устройства весьма перспективна, так как сумма балльных оценок положительна.

Организация и планирование автоматического секундомера.

Организация и планирование автоматического секундомера предполагает определение трудоемкости разработки, распределение затрат времени по исполнителям, расчет договорной цены научно-технической продукции.

Для определения затрат времени на проведение выполнения автоматического секундомера в радиотехнической отрасли применяется несколько методов расчета затрат времени на разработку конструкции изделия.

Одним из распространённых методов является метод типовых этапов, а также типовых элементов работ. Объектом нормирования является этап разработки рабочих чертежей. В этом случае затраты на проведение выполнения автоматического секундомера, согласно, определяются путем расчета общей трудоемкости, которая получается исходя из доли стадии разработки рабочих чертежей в общих затратах труда при подробном расчете по нормативам.

Затраты времени на разработку рабочих чертежей зависят от их количества, группы сложности (для разрабатываемого изделия группа сложности III), новизны конструкции и степени её унификации.

Расчет трудоемкости этапа разработки рабочих чертежей представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Расчет трудоемкости разработки рабочих чертежей

В соответствии с данными о соотношении этапов и стадий выполнения автоматического секундомера по трудоемкости и рассчитанной величиной трудоемкости разработки рабочих чертежей произведем расчет общей трудоемкости выполнения автоматического секундомера:

Тобщ = (525,75/11%) Ч 100% = 4779,54 , чел.-ч

Результаты расчета общей трудоемкости темы сведены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Расчет общей трудоемкости выполнения автоматического секундомера

Рассчитаем количество исполнителей по формуле 6.1:

ц = Тобщ / (Фд Ч D), (3.1)

где ц - количество исполнителей, чел.;

Тобщ - трудоемкость выполнения автоматического секундомера, чел. -ч.;

D - директивный срок выполнения, мес.;

Фд -действительный фонд времени одного работающего в месяц, ч.

Так как годовой полезный фонд времени 1776 ч., а директивный срок выполнения темы 4 месяца, то:

Фвр = 1776 / 12 Ч 4 =592.

Подставляя значения в формулу (3.1), получим:

ц = 4779,54 / 592 =8.

Состав группы и соотношение категорий исполнителей выполнения автоматического секундомера по трудоёмкости приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Состав группы исполнителей

Произведем расчет трудоемкости работ исполнителей выполнения автоматического секундомера по стадиям разработки, результаты представим в таблице 3.5.

Оплата труда исполнителей определяется исходя из трудоемкости квалификационных категорий работ и стоимости человека-часа с учетом надбавок, если таковые имеются.

Таблица 3.5 - Расчет трудоемкости работ исполнителей выполнения автоматического секундомера

Рассчитаем затраты на основные материалы, покупные изделия и полуфабрикаты, используемые при изготовлении автоматического секундомера, учитывая транспортно-заготовительные расходы, которые составляют 10-20% от суммы стоимости покупных изделий и полуфабрикатов.

Расчет стоимости комплектующих изделий и материалов приведен в таблице 3.7 и 3.8.

Таблица 3.6 - Расчет заработной платы по теме

Таблица 3.7 - Стоимости основных материалов

Таблица 3.8 - Стоимость покупных ЭРЭ

Учитывая результаты, полученные из предыдущих расчетов, определим договорную цену автоматического секундомера. Результаты расчета договорной цены автоматического секундомера приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Расчет договорной цены автоматического секундомера

Заключение

Секундомер предназначен для однократного измерения интервалов времени, определении частоты следования импульсов, счёта числа импульсов, а также для управления электромагнитным пусковым устройством. Цифровой секундомер запускается электрическими импульсами или в ручном режиме. Результаты измерений, обозначения используемых режимов работы и единицы измерения полученных величин высвечиваются на светодиодном индикаторе, расположенном на лицевой стороне прибора.

Многофункциональный прибор найдет применение для измерения промежутков времени прихода импульсов, подсчета количества электрических импульсов и механических замыканий, частоты и температуры при проведении демонстрационных опытов по курсу физики.

Список литературы

секундомер пусковой электромагнитный импульс

1. Проектирование и технология радиоэлектронных средств: разработка конструкции изделий РЭС: учеб. пособие / И.А. Бейнар, В.А. Муратов, Л.С. Очнева, А.А. Соболев. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный университет», 2006. Ч.1. 147с.

2. Конструирование, технология, эффективность радиоэлектронных средств: учеб. пособие по дипломному проектированию / И.А. Бейнар, В.А. Муратов, Л.С. Очнева, А.А. Соболев. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный университет», 2007. Ч.1. 115с

Размещено на Allbest.ru