Тестер витой пары

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сегодня существует множество приборов для тестирования витой пары. Тестеры используются для прозванивания жил сетевого кабеля на предмет обрыва или неправильного обжима. В частности необходимы тестеры, которые может приобрести любой начинающий монтажник локальных сетей. Сейчас существует возможность приобретения приборов-тестеров, но они неоправданно дороги, а распространенность появления домашних локальных сетей достаточно велика. Предлагается изготовить достаточно простой и удобный в обращении прибор, с помощью которого любой желающий сможет протестировать сетевой провод своей локальной сети.



1. Общая часть

1.1 Анализ аналогичной схемы

Кабельный тестер состоит из передатчика, который имеет 22 вывода и генерирует 22 цифровых значения от 1 до 22, и приемника, который эти значения принимает, распознает и отображает на индикаторе. Принципиальная схема передатчика кабельного тестера показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Принципиальная схема передатчика

Принцип работы устройства прост, с одной стороны кабеля к нужным жилам подключаем цифровые выводы передатчика и приёмника, который можно подключить либо к экрану кабеля, либо к цветной жиле, что бы на другом конце кабеля было проще искать её. С другой стороны подключаем общий выход приемника, а входом поочередно касаемся каждой жилы кабеля и смотрим на индикатор. При распознавании приемником подаваемого сигнала от передатчика будет выведено цифровое значение на индикатор.

Принципиальная схема приёмника показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Принципиальная схема приёмника

При включении приемника на индикаторе выводятся «прочерки» пока не будет подан сигнал от передатчика.

С помощью данного устройства можно за короткий промежуток времени проверить большое количество жил кабеля или проводника печатной платы.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость некоторых компонентов и сложность сборки.

1.2 Элементная база

Микроконтроллер ATmega8 выполнен по технологии CMOS, 8-разрядный, микропотребляющий, основан на AVR-архитектуре RISC. Выполняя одну полноценную инструкцию за один такт, ATmega8 достигает производительности 1 MIPS на МГц, позволяя достигнуть оптимального соотношения производительности к потребляемой энергии.

Технические характеристики:

- память для программ 8Кб с возможностью перезаписать 10 000 раз;

-512 байт флеш-память для хранения переменных (100 000 циклов перезаписи);

-1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения;

- два 8-разрядных Таймера / Счетчика с разделенным прескалером, режим сравнения;

-16 разрядный Таймер / Счетчик с разделенным прескалером, режим сравнения режим захвата;

- таймер реального времени с независимым генератором;

-3 канала ШИМ;

-6 каналов 10-разрядного АЦП;

- двухпроводный последовательный интерфейс;

- программируемый последовательный USART;

- интерфейс SPI с режимами Master/slave;

- программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым генератором;

- встроенный аналоговый компаратор;

- сброс при включении питания, программируемая защита от провалов питания;

- встроенный калиброванный RC-генератор;

- обработка внутренних и внешних прерываний;

-5 режимов с пониженным энергопотреблением;

- напряжение питания 4.5 - 5.5В;

- тактовая частота 0-16 МГц.

Расположение выводов микроконтроллера ATmega8 показано на рисунке 1.3.



Рисунок 1.3. Расположение выводов микроконтроллера ATmega8



2. Специальная часть

Принципиальная схема тестера витой пары показана на рисунке 2.1. Схема выполнена с использованием микроконтроллера ATmega8.

Рисунок 2.1. Схема электрическая принципиальная тестера витой пары

локальный сеть передатчик электрический тестер

Схема работает следующим образом, при включении питания никакие индикаторы не горят, далее необходимо присоединить кабели в соответствующие разъемы и нажать кнопку включения, после ее нажатия начнется проверка кабеля, начнут бегать светодиоды слева направо после чего загорятся все. Если не было пропусков бегущих светодиодов и в конце горят все светодиоды, то кабель исправен. Если был пропуск какого либо светодиода, значит под этим номером контакта в кабеле нет.



3. Применение МПЦ

Микропроцессор (МП) - это устройство, которое осуществляет прием, обработку и выдачу информации. Конструктивно МП содержит одну или несколько интегральных схем и выполняет действия, определенные программой, записанной в памяти.

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке звука и изображения. В зависимости от области применения микропроцессора меняются требования к нему. Это накладывает отпечаток на внутреннюю структуру микропроцессора. В настоящее время определилось три направления развития микропроцессоров:

- универсальные микропроцессоры;

- микроконтроллеры;

- сигнальные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры используются для построения вычислительных машин. В них используются самые передовые решения по повышению быстродействия, не обращая особого внимания на габариты, стоимость и потребляемую энергию. В технике связи компьютеры используются для управления системами связи или устройствами связи, обладающими большими габаритами и стоимостью. Такие компьютеры называются контроллерами.

Сигнальные процессоры используются для решения задач, которые традиционно решала аналоговая схемотехника. К сигнальным процессорам предъявляются специфические требования. От них требуются максимальное быстродействие, малые габариты, легкая стыковка с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, большая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию умножения-накопления и аппаратную организацию циклов. В этих процессорах тоже важны такие параметры как стоимость габариты и потребляемая мощность, но здесь приходится мириться с большими значениями этих характеристик по сравнению с микроконтроллерами.

Микроконтроллеры используются для управления малогабаритными и дешёвыми устройствами связи они раньше назывались однокристальными микроЭВМ. В микроконтроллерах, в отличие от универсальных микропроцессоров, максимальное внимание уделяется именно габаритам, стоимости и потребляемой энергии.

3.1 Микроконтроллеры AVR

Миниатюрные микроконтроллеры AVR семейства «tiny», показанные на рисунке 3.1, используются для построения следующих устройств:

- электронные игрушки;

- различные датчики в автомобильной промышленности;

- детекторы дыма и пламени, датчики температур;

- недорогие зарядные устройства, индикаторы напряжения и тока;

- пульты управления для разнообразной бытовой техники;

Рисунок 3.1. Микроконтроллеры AVR семейства «tiny»

Чипы семейства «mega», «xmega» и 32-bit AVR, показанные на рисунке 3.2, применяются в более сложных устройствах:

- спутниковые навигационные системы;

- функциональные разрядно-зарядные устройства с программированием;

- сетевые устройства;

- быстродействующие системы для передачи и обработки данных;

- другие многофункциональные устройства.

Рисунок 3.2. Микроконтроллеры AVR семейств «mega» и «xmega»

3.2 Микроконтроллер ATmega8

За основу устройства взят микроконтроллер ATmega8. ATmega8 - 8-ми битный CMOS микроконтроллер, основанный на расширенной архитектуре RISC разработанной в AVR. Выполняя большинство инструкций за один цикл, ATmega8 достигает производительности, достигающей 1 MIPS за МГЦ, оптимизирован разработчиками, чтобы оптимизировать силовое потребление в зависимости скорости обработки информации.

Ядро AVR представляет 32 универсальных обединенных регистра. Все 32 регистра непосредственно подключены к Арифметическому Логическому Устройству (ALU), состоят из двух независимых регистров, чтобы быть доступными в одной единственной инструкции выполненной за один такт. В результате архитектура более эффективная достигая производительности вплоть до десяти раз быстрее, чем стандартные микроконтроллеры CISC.



4. Расчет надежности

Основными качественными показателями надежности являются вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и средняя наработка до отказа.

Для упрощения расчета принимаются два допущения:

- в схеме используется последовательное соединение элементов, то есть отказ изделия наступает тогда, когда откажет хотя бы 1 элемент;

- отказы носят случайный и независимый характер.

Условно расчет надежности разбивают на несколько этапов.

Этап 1. Находим коэффициенты электрической нагрузки элементов, пользуясь картами электрических режимов и эксплуатационными электрическими характеристиками элементов, используемых в модуле. Считаем, что полученные данные соответствуют значениям, указанным в таблице 4.1.

Этап 2. Определяем максимальную температуру элементов модуля при его работе в составе РЭУ. Для учёта влияния температуры на эксплуатационную интенсивность отказов элементов лЭ принято во внимание верхнее значение предельной рабочей температуры (tрабmax = +С), соответствующее РЭУ исполнения УХЛ2.1 по ГОСТ15150-69, и возможное увеличение предельной рабочей температуры назначение ?= C за счёт нагрева (солнечными лучами) РЭУ и, следовательно, модуля в составе РЭУ (см. п. 5.4 ГОСТ15150-69). Предельная рабочая температура tэл max тепло нагруженных элементов (ИМС, транзисторы, диоды, мощные резисторы) определена как:

tэл max = (tраб max + ДtС) + ДtЗ (4.1)

где ДtЗ - перегрев в нагретой зоне конструкции РЭУ.

tэл max = (45 + 10) + 15 = 70°С.

Нагретая зона - это гипотетический объём, в котором условно рассеивается вся тепловая энергия, выделяемая элементами РЭУ.

Значение величины tэл max для нетеплонагруженных элементов (конденсаторы, слабонагруженные резисторы, соединитель, кварцевый резонатор) подсчитано как:

tэл max = (tраб max + ДtС) + ДtВ, (4.2)

где tВ - средний перегрев воздуха внутри конструкции РЭУ.

tэл max = (45 + 10) + 10 = 65°С

Этап 3. Находим справочные значения интенсивностей отказов элементов модуля. Полученные данные внесены в таблицу 4.1

Этап 4. Выбираем математические модели расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Выбранные модели записаны в таблицу 4.1.

Этап 5. Определяем значения поправочных коэффициентов, входящих в выбранные модели расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов .

Этап 6. Для каждого элемента находим произведение поправочных коэффициентов и значение эксплуатационной интенсивности отказов лЭ. Для удобства расчёта элементы одного функционального назначения с примерно одинаковыми электрическими режимами, конструктивно-технологическими и другими факторами объединены в одну группу. Значение суммарной эксплуатационной интенсивности отказов элементов группы получено как.

(4.3)

где лЭ j - эксплуатационная интенсивность отказов элементов j-й группы;

nj - количество элементов в j-й группе.

Если в группе один элемент ( = 1), то для неё .

Результаты расчётов этапа внесены в два последних столбца таблицы 4.1.

Этап 7. Определяем эксплуатационную интенсивность отказов печатной платы с учетом совместно с металлизированными отверстиями. Значения коэффициента Кt определяем по данному выражению при значении = 65°C.

Использованная для расчёта модель распространяется только на соединения (пайки) в металлизированных отверстиях. Пайки на печатной плате в неметаллизированных отверстиях должны учитываться отдельно.

Печатная плата как компонент конструкции модуля образует отдельную группу, для неё .

Этап 8. Подсчитываем эксплуатационную интенсивность отказов модуля

(_М). Для этого просуммируем значения приведённые в последнем столбце

_М = 8,17* 1/ч.

Этап 9. В предположении экспоненциального закона надёжности находим расчётные значения других показателей безотказности:

а) наработка на отказ:

=1/ (4.4)

8,17* 1/ч1223 ч

б) вероятность безотказной работы за время =1000 ч:

(4.5)



5. Технологическая часть

Для проектирования была использована программа PCAD-2006. В результате было выполнено следующее:

- разработка символов и корпусов для элементов;

- разработка 3D моделей компонентов;

- построение принципиальной электрической схемы;

- разработка платы и размещение на ней элементов;

- разработка трассировки.

На рисунке 5.1 показан пример разработки символа элемента.

Рисунок 5.1. Символ микроконтроллера ATmega8



На рисунке 5.2 изображена принципиальная электрическая схема тестера витой пары.

Рисунок 5.2. Схема электрическая принципиальная тестера витой пары

На рисунке 5.3 изображена плата с размещением на ней элементов и трассировки.

Рисунок 5.3. Размещение элементов и трассировка печатной платы

Для разработки 3D модели была использована программа для трехмерного моделирования КОМПАС 3D V-15.

В результате были получены следующие элементы:

- объемные модели элементов;

- объемная модель сборки печатной платы;

- разработка трассировки на плате.

На рисунках 5.4, 5.5 показана разработка объемной модели элементов.

Рисунок 5.4. Модель разъема 8P8C

Рисунок 5.5. Модель резистора

На рисунке 5.6 изображена объемная модель сборки печатной платы.

Рисунок 5.6. Объемная модель печатной платы



На рисунке 5.7 показана трассировка печатной платы.

Рисунок 5.7. Трассировка печатной платы



Заключение

В данном курсовом проекте было рассмотрено устройство «Тестер витой пары». Были рассмотрены аналогичные схемы, основные характеристики, были проанализированы их недостатки. При выполнении курсового проекта была разработана структурная схема, рассчитана надежность схемы, спроектированы узлы печатной платы с применением пакета программ САПР P-CAD 2006, разработана объемная модель узлов печатной платы с применением программы КОМПАС 3D V15.



Список использованных источников

1. Баранов, В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы. - М.: Додэка-XXI, 2012. - 288 c.

2. Бродин, В.Б. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс / В.Б. Бродин, М.И. Шагурин. - М.: ЭКОМ, 2011. - 400 c.

3. Гивоне Д., Россер Р. Микропроцессоры и микрокомпьютеры: Вводный курс / Пер. с англ. М.: Мир, 2009. 463 с.

4. Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации [Текст]: Учебник для сред. проф. образования. - Москва: Издательский центр «Академия», 2011. - 272 с.

5. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микропроцессоров; [Текст]; Л.А. Коледов. - СПб, 2013. - 400 c.

6. Микушин, А.В. Цифровые устройства и микропроцессоры [Текст]; А.В. Микушин. - СПб.: BHV, 2010. - 832 c.

7. Микушин, А.В. Программирование микропроцессорных систем на языке C++ [Текст]; А.В. Микушин, В.И. Сединин. - М.: ГЛТ, 2009. - 216 c.

8. Москатов Е.А. Электронная техника [Текст] / Е.А. Москатов - Таганрог, 2015. - 121 с.

9. Мэнгин Ч.Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа: будущее технологии сборки в электронике. [Текст]: Учебное пособие. - Москва: Издательский центр «Мир», 2015 г.

10. Нестеров П.В. Микропроцессоры. Архитектура и ее оценка. М.: Высшая школа, 2013. 104 с.

11. Ноздрачев, А., Д. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок, [Текст] - СПб.: 2016. - 400 c.

12. Смирнов, Ю.А. Основы микроэлектроники и микропроцессорной техники: [Текст], - СПб.: Лань, 2013. - 496 c.

13. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника [Текст]: учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. / Е.П. Угрюмов - СПб: БХВ - Петербург, 2010. - 816 с.

14. Хартов, В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих: Учебное пособие / В.Я. Хартов. - М.: МГТУ им. Баумана, 2012. - 280 c.

15. Хрусталева З.А. Метрология, стандартизация и сертификация. Практикум. [Текст]: учебное пособие. 2011. - 176 с

16. Цирельчук И.Н., Бровикова С.М., Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств: учебно - методическое пособие [Текст] - Минск: БГУИР, 2010. - 40с-68с

17. Прытков С.Ф. Надежность электрорадиоизделий [Справочник] 2011. 600с-641 с.

18. Статься «Архитектура микроконтроллеров AVR» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bibliofond.ru/view.aspx? id=451257 свободный.

19. Статься «Микроконтроллер ATmega8» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/at свободный

20. Статья «Програмирование микроконтроллеров AVR» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://microkontroller.ru/ - mikrokontrollerov-avr свободный.

Размещено на Allbest.ru

...