Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Специальность 2-53 01 31

«Техническое обслуживание технологического оборудования и средств робототехники в автоматизированном производстве»

Группа ТОС-31

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Электронные системы программного управления в АП»

на тему: «Разработка принципиальной электрической схемы устройства измерения емкости аккумулятора, выполненного на базе микроконтроллера PIC, и исследование принципа его работы»

КП. ЭСПУвАП.0323975

Разработал А. Н. Козин

Руководитель

проекта А. В. Якушевская

Гомель 2016



РЕЦЕНЗИЯ

на курсовой проект

Специальность (направление специальности) 2-53 01 31 «Техническое обслуживание технологического оборудования и средств робототехники в автоматизированном производстве»

Курс III

группа ТОС-31

Учебная дисциплина Электронные системы программного управления в АП

Учащийся Козин Андрей Николаевич

Тема курсового проекта

Разработка принципиальной электрической схемы устройства измерения емкости аккумулятора, выполненного на базе микроконтроллера PIC, и исследование принципа его работы.

1. Структура проекта (работы) включает:

1.1 Пояснительную записку (ПЗ) выполненную на листах в соответствии с

заданием на КП и стандартов ЕСКД, ЕСТД и УО ГГМК.

1.2 Графическую часть выполненную на листах формата А1 в соответствии со стандартами ЕСКД, ЕСТД и УО ГГМК.

2. Соответствие содержания курсового проекта заданию (да, нет, другое)

3. Соответствие оформления курсового проекта (работы) требованиям

государственных стандартов и стандарта предприятия УО ГГМК (да, нет)

4. Выводы и предложения в проекте (работе) (обоснованы, необоснованны)

5. Практическая ценность курсового проекта (работы)

6. Положительные стороны проекта

7. Недостатки и ошибки

8. Вывод и оценка проекта

9. Курсовой проект допущен к защите, не допущен к защите

(нужное подчеркнуть)

Руководитель

курсового проекта (работы) ____________ /

Дата:



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общая часть

1.1 Назначение и область применения проектируемого устройства

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка алгоритма работы проектируемого устройства

2.2 Разработка и описание структурной схемы проектируемого устройства

3. Исследовательская часть

3.1 Исследование и обоснование выбора элементной базы для разрабатываемой принципиальной электрический схемы устройства

3.2 Разработка и описание принципиальной электрической схемы проектируемого устройства

3.3 Разработка монтажной схемы печатной платы проектируемого устройства

3.4 Разработка управляющей программы для спроектированного устройства

4. Расчёт надёжности

4.1 Расчёт надежности разработанной принципиальной электрической схемы устройства

5. Охрана труда

5.1 Описание мероприятий по технике безопасности при изготовлении разработанного устройства

Заключение

Список используемой литературы



ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект является завершающей частью дисциплины «Электронные системы программного управления в автоматизированном производстве».

Целями курсового проектирования являются:

- закрепление и расширение теоретических сведений, полученных при изучении курса;

- развитие навыков самостоятельной и творческой работы со справочной и эксплуатационной документацией соответствующего профиля;

- применение полученных навыков и теоретических сведений при решении задач проектирования и анализа электрических схем ЭСПУ.

Также разработка конструкторской части, где конструирование понимается как:

Конструирование - это процесс выбора и отражения в технических документах структуры, размеров, формы, материалов и внутренних связей проектируемого устройства. Конструирование является составной частью процесса создания РЭС, представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных задач, решения которых возможно только на основе системного подхода с использованием знаний в области современной технологии, сопротивления материалов, теплофизики, эстетики и других технических и прикладных дисциплин.

Развитие микроэлектроники и широкое её применение в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно технического прогресса.

Использование микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров)

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение и область применения проектируемого устройства

Измеритель емкости аккумулятора представляет собой конструкцию, подключаемую в качестве приставки к зарядному устройству. На жидкокристаллический дисплей измерителя выводятся значение входного напряжения, величина тока зарядки аккумулятора, время зарядки и ёмкость зарядного тока. Подключив данную конструкцию к зарядному устройству аккумулятора, можно измерить фактическую емкость эксплуатируемого аккумулятора.

Необходимость создания данного устройства обусловлена тем, что номинальная емкость аккумулятора, то есть заявленная заводом изготовителем, зачастую отличается от реальной.

Так же одновременно с подсчетом величины емкости аккумулятора измеритель выполняет функцию защиты заряжаемого аккумулятора от перезарядки, путем установки необходимой величины емкости, и схема будет в автоматическом режиме отключать питание заряда от аккумулятора, тем самым исключая возможность испортить аккумулятор длительным зарядом.

Проверка емкости аккумулятора возможна при соблюдении условия: выходное напряжение зарядного устройства должно быть не менее 7 вольт, иначе для проведения тестирования потребуется использовать дополнительный источник питания.

Основу данной конструкции составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G.

В микроконтроллер записывается управляющая программа, и далее действуя алгоритму заданной программы микроконтроллер управляет работой всей схемы. Во время проведения теста, микроконтроллер с заданной частотой производит все необходимые вычисления и выводит необходимую информацию непосредственно на жидкокристаллический 2-строчный индикатор.



2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка алгоритма работы проектируемого устройства

измерение емкость аккумулятор микроконтроллер

Один раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда - увеличивает счётчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.

Далее микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания зарядного тока делятся на 60. Целое число записываются в счётчик, а остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению тока, и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60 измерений за 1 минуту в счётчике будет число среднего значения тока за минуту.

При переходе показаний секунд через ноль среднее значение тока в свою очередь делится на 60 (по такому же алгоритму). Таким образом счётчик ёмкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна шестидесятая от величины среднего тока за минуту. После этого счётчик среднего значения тока обнуляется и подсчёт начинается сначала. Каждый раз, после подсчёта ёмкости зарядки, производится сравнение измеренной ёмкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдаётся сообщение - "Зарядка завершена", а во второй строке - значение этой ёмкости зарядки и напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA4) появляется низкий уровень, что приводит к отключению реле. Зарядное устройство отключится от сети. Блок схема алгоритма работы измерителя емкости аккумуляторов представлена на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1 - Блок схема алгоритма работы устройства

2.2 Разработка и описание структурной схемы проектируемого устройства

Структурная схема - это схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязь. Структурная схема используется для общего ознакомления с изделием. Структурная схема измерителя емкости аккумуляторов представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурная схема устройства

Структурная схема состоит из следующих блоков:

БП - блок питания;

МК - микроконтроллер;

LCD - жк дисплей.

На основании структурной схемы мною была составлена электрическая функциональная, которая показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Функциональная схема устройства

Блок питания 12В - служит для питания микроконтроллера и ЖК дисплея.

Микроконтроллер PIC16F6761 - служит для управления работой схемы по программе записанной в память микроконтроллера. Во время работы он производит подсчет и вычисление необходимой информации на основе показаний поступающих на входы микроконтроллера. С заданной периодичностью микроконтроллер посылает данные на ЖК дисплей.

ЖК дисплей SC 1602ASLB - служит для вывода информации, которая поступает от микроконтроллера.



3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование и обоснование выбора элементной базы для разрабатываемой принципиальной электрический схемы устройства

Микроконтроллер PIC16F6761 ?? микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Данный микроконтроллер выполняет функции процессора и периферийного устройства, также он содержит ОЗУ и ПЗУ. Он позволяет выполнять простые операция, по записанной в память программе. Цоколёвка микроконтроллера PIC16F6761 представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Микроконтроллер PIC16F676

В таблице 3.1 приведены основные Технические параметры микроконтроллера PIC16F6761.

Таблица 3.1 - Технические параметры микроконтроллера PIC16F6761

Параметр	Значение
Память, Кб	8
ОЗУ, Кб	64
Интерфейс	SPI
Напряжение питания ,В	2V-5.5V
Тактовая частота, МГц	4-20

Блок питания-служит для питания схемы и показан на рисунке 3.2, его технические параметры сведены в таблицу 3.2.

Рисунок 3.2 - Блок питания

Таблица 3.2 - Технические параметры блока питания

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	220
Выходное напряжение, В	12
Потребляемый ток, А	1

ЖК дисплей SC 1602ASLB - служит для отображения различного вида информации и показан на рисунке 3.3, его технические параметры сведены в таблицу 3.3.

Рисунок 3.3 - УГО ЖК дисплея



Таблица 3.3 - Технические параметры SC 1602ASLB.

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	5
Потребляемый ток, мА	120
I2C адрес	0х20
Размер	16символов,2 строки
Цвет	Зеленый

3.2 Разработка и описание принципиальной электрической схемы проектируемого устройства

На рисунке 3.4 показана принципиальная электрическая схема измерителя емкости аккумуляторов.

Рисунок 3.4 - Принципиальная электрическая схема

Основой является микроконтроллер PIC16F6761 - служит для управления работой схемы по программе записанной в память. Во время работы он производит подсчет и вычисление необходимых данных на основании показаний, поступающих на входы микроконтроллера.

Все показания прибора выводятся на ЖК дисплей SC 1602ASLB. Информация на дисплей поступает от микроконтроллера. Напряжения питания дисплея - 5В.

Управление схемой производиться с помощью кнопок SW1 и SW2. Этими кнопками при включении устройства сбрасываются показания прошлых измерений, а также задается требуемая емкость зарядки. Если после включения прибора не произвести сброс в течении 5 секунд, то он продолжит производить измерения используя введенные ранее данные.

Реле Р1 включает зарядное устройство только при условии, если на выводе RA4 микроконтроллера устанавливается высокий уровень напряжения.

Для правильного показания прибором зарядного тока и входного напряжения необходимо правильно задать эталонное напряжение и ток путем подключения амперметра и вольтметра.

3.3 Разработка монтажной схемы печатной платы проектируемого устройства

Монтажная плата предназначена для представления связей между элементами платы. Связи на монтажной плате показаны в виде дорожек соединяющих контакты элементов.

Спроектированная монтажная плата далее переноситься на текстолит, и с помощью кислоты вытравливаются дорожки. Для установки элементов на плате проделываются отверстия. После установки элементов производиться пайка. Этот процесс является заключительным при изготовлении схемы.

Данная схема была разработана в программе Sprint-Layout 6 приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Монтажная схема печатной платы

3.4 Разработка управляющей программы для спроектированного устройства

Рабочая программа микроконтроллера PIC16F676 ; модуль с индикатором SC 1602 ASLB-XH-HS-G ; приставка для зарядного устройства ( до 10 А ) ; напряжение входное до 25 вольт #INCLUDE P16F676.INC __CONFIG 31F4H ;============================= ; РЕГИСТРЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ. ;=============================== ;----- регистры времени ----------------- C1 EQU 20H ; регистр часов C2 EQU 21H ; регистр минут C3 EQU 22H ; регистр секунд ;----- регистры дисплея ----------------- R1 EQU 23H ; РЕГИСТРЫ ИНДИКАЦИИ. R2 EQU 24H ; верхней строки R3 EQU 25H ; R4 EQU 26H ; R5 EQU 27H ; R6 EQU 28H ; R7 EQU 29H ; R8 EQU 2AH ; R9 EQU 2BH ; R10 EQU 2CH ; R11 EQU 2DH ; R12 EQU 2EH ; R13 EQU 2FH ; R14 EQU 30H ; R15 EQU 31H ; R16 EQU 32H ; R21 EQU 33H ;РЕГИСТРЫ ИНДИКАЦИИ. R22 EQU 34H ;нижней строки R23 EQU 35H ; R24 EQU 36H ; R25 EQU 37H ; R26 EQU 38H ; R27 EQU 39H ; R28 EQU 3AH ; R29 EQU 3BH ; R30 EQU 3CH ; R31 EQU 3DH ; R32 EQU 3EH ; R33 EQU 3FH ; R34 EQU 40H ; R35 EQU 41H ; R36 EQU 42H ; ;----- регистры пересчёта ----------------- DEST EQU 43H ; дес тысяч TYS EQU 44H ; тысячи SOT EQU 45H ; сотни DES EQU 46H ; десятки EDI EQU 47H ; единицы Sb EQU 48H ; выводимый символ ost EQU 49H ; остаток деления вычисления ёмкости A1 EQU 4AH ; результат вычислений мл бит A10 EQU 4BH ; результат вычислений ст бит ;----- регистры временного хранения ------- tmp EQU 4CH ; в процедуре вывода на экран pau EQU 4DH ; счётчик паузы cnt EQU 4EH ; счётчик для вывода на дисплей cnt1 EQU 4FH ; счётчик пересчёта tmp1 EQU 50H ; в процедуре convert tmp2 EQU 51H ; временный tmp3 EQU 52H ; I10 EQU 53H ; ток зарядки старший байт(среднее значение) I1 EQU 54H ; ток зарядки младший байт(среднее значение) E10 EQU 55H ; ёмкость аккумулятора ст байт E1 EQU 56H ; ёмкость аккумулятора мл байт ;---- уставка времени зарядки --------------- Zr1 EQU 57H ; мл байт Ёмкости зарядки ( мА\час ) Zr10 EQU 58H ; ст байт Ёмкости зарядки Szi EQU 59H ; остаток при вычислении среднего тока ;*********************************** ;1.ПУСК. *********************************** org 0 call init call inilcd ; настройка индикатора goto emk ; установка ёмкости ;*********************************** ;*** 2. Настройка контроллера ******** ;*********************************** init clrwdt bsf STATUS,5 ; БАНК 1. movlw 0FF movwf OSCCAL ; максимальная частота movlw B'00100000' movwf ADCON1 ; movlw B'00000001' ; movwf OPTION_REG ; movlw B'00000000' ; запрет прерываний movwf INTCON ; clrf PIE1 ; movlw B'00011111' ; RA0 - RA4 - входы movwf TRISA ; RA5 - выход clrf TRISC ; RC0-RC5 - выходы movlw B'00000111' movwf ANSEL ; RA0-RA2 - аналоговый вход clrf VRCON ; clrf PCON ; movlw B'00110000' movwf WPUA ; резисторы вкл clrf IOCA ; bcf STATUS,5 ; БАНК 0. clrf PORTC ; clrf PORTA ; clrf T1CON ; movlw .7 movwf CMCON ; ;----------------------------------------------------- clrf TMR0 ;обнуляем переменные clrf DEST clrf TYS clrf SOT clrf DES clrf EDI clrf A10 clrf A1 clrf I10 clrf I1 clrf Zr10 clrf Zr1 clrf ost clrf Szi clrf E10 movlw .10 movwf E1 ; начальная уставка clrs clrf C1 ; сброс часов clrf C2 clrf C3 return ;*********************************** 3. ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ЖКИ. 4. ОЧИСТКА ИНДИКАТОРА 5. ПЕРЕДАЧА КОМАНДЫ В ЖКИ. 6. ЗАПИСЬ ДАННЫХ В ЖКИ. 7.ФОРМИРОВАНИЕ СТРОБИРУЮЩЕГО ИМПУЛЬСА. 8. ПРОЦЕДУРА ВЫВОДА R1-R36 НА ИНДИКАЦИЮ 9. ПАУЗЫ 10. ПЕРЕКОДИРОВКА 1 БАЙТА в SOT, DES, EDI 11. ПРОВЕРКА ДЛЯ ЧАСОВ 12. Процедуры выдачи результата измерения ; Процедура перевода двух 8-битных чисел для вывода на индикатор ; Данные посылаются в A1 ( мл.разряд)и A10 (ст.разряд) ;*********************************** ; 13. - перевод результата для вывода на дисплей ;------------ удаляем незначащие нули ------- ;*********************************** 14. ЗАРЯДКА 15. АЦП - ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (ИЗМЕРЕНИЕ ВХОДНЫХ ВЕЛИЧИН) 16. вычисление ёмкости зарядки ************************************ 1. вычисляем среднее значение тока за 1 минуту ;=============================== rasch clrwdt incf A10,1 clrf tmp1 movf A1,0 ; загружаем ток зарядки addwf Szi,0 ; + остаток прежнего деления btfsc STATUS,0 ; если переполнение incf A10 ; переносим в старший разряд movwf A1 ; W = I1 ;----- итоговое число --------------------------- del2 addlw -3Ch ; зарядный ток делим на 60 btfss STATUS,0 ;если переполнение, goto $+4 ; завершаем расчёты incf tmp1,1 ; запишем goto $-4 ; повторим вычитание movwf tmp1 ; результат в cnt1 ;--------------------------------------------------- decf A10,1 ; A10 - 1 btfss STATUS,Z ;если можно goto del12 ; продолжаем деление ;----------------------------------------------------- addlw 3Ch movwf Szi ; восстанавливаем остаток goto Sum ;=============================== del12 incf tmp1,1 ; запишем goto del2 ;=============================== Sum movf tmp1,0	addwf I1,1 btfsc STATUS,0 ; если переполнение incf I10,1 ;----------------------------------------------------------------- clrw subwf C3,0 btfss STATUS,Z ; если секунды не = 0 return ; выходим ;======================================= ;== 2. делим среднее значение тока на 60 ======== ;======================================= Del0 incf I10,1 clrf tmp1 movf I1,0 ; загружаем ток зарядки addwf ost,0 ; + остаток прежнего деления btfsc STATUS,0 ; если переполнение incf I10,1 ; переносим в старший разряд movwf I1 ; W = I1 ;----- итоговое число -------------------------------------- del addlw -3Ch ; зарядный ток делим на 60 btfss STATUS,0 ; если переполнение, goto $+4 ; завершаем расчёты incf tmp1,1 ; goto $-4 ; повторим вычитание movwf tmp1 ; результат в tmp1 ;----------------------------------------------------------- decf I10,1 ; I10 - 1 btfss STATUS,Z ; если можно goto del11 ; продолжаем деление ;----------------------------------------------------------- addlw 3Ch movwf ost ; восстанавливаем остаток ;----------------------------------------------------------- clrf I10 clrf I1 ;====================================== ;== 3. расчитываем ёмкость ================= ;====================================== movf tmp1,0 addwf Zr1,1 ; Zr1 + tmp1 btfsc STATUS,C ; если переполнение incf Zr10,1 ; увеличиваем Zr10 return ;===================================== del11 incf tmp1,1 ; запишем goto del ;17. Ёмкость аккумулятора ****************** emk movlw 5 ; 5 секунд ожидания movwf tmp2 ; ;----------------------------------------------------------------- emk1 clrwdt call emkout ; вывод ёмкости аккумулятора ;----------------------------------------------------------- call pau1s ; ;----------------------------------------------------------- bsf PORTA,5 ; вкл светодиод btfss PORTA,4 ;если нажата кнопка call plus ; + 50 мА/ч decfsz tmp2,1 goto emk1 goto zar0 ; переход на зарядное ;******************************************* emkout call clrd ; стираем старые данные movlw 0A2h ; Ё movwf R1 movlw 0BC ; м movwf R2 movlw 0BA ; к movwf R3 movlw 06F ; о movwf R4 movlw 063 ; с movwf R5 movlw 0BF ; т movwf R6 movlw 0C4 ; ь movwf R7 movlw 061 ; а movwf R9 movlw 0BA ; к movwf R10 movlw 0BA ; к movwf R11 movlw 79h ; у movwf R12 movlw 0BC ; м movwf R13 movlw 0D0 ; . movwf R14 movf E1,W ; вывод уставки ёмкости movwf A1 movf E10,W ; movwf A10 call convert ; пересчёт call Dig ; удаляем незначащие нули movf TYS,0 ; сотни - в R24 movwf R24 movf SOT,0 ; десятки - в R25 movwf R25 movf DES,0 ; единицы - в R26 movwf R26 movlw 2C ; вывод " , " movwf R27 ; movf EDI,0 ; десятые - в R27 movwf R28 movlw 41 ; " A " movwf R30 movlw 02F ; " \ " movwf R31 movlw 0C0 ; " ч " movwf R32 call LCD ; выводим на экран return ;===================================== plus clrwdt movlw 5 movwf tmp2 ; tmp2 = 5 movf E1,0 addlw 5 ; +0,5 А btfsc STATUS,0 ; если переполнение, incf E10,1 movwf E1 ;-----проверка на переполнение -------------------------- movlw 3 ; макс ёмкость subwf E10,0 ; 95 А btfss STATUS,Z ; (3B6h) return movlw 0B6 ; subwf E1,0 ; btfss STATUS,0 ; return movlw 0 ; если переполнение, movwf E10 ; возвращаем movlw .10 ; на 1 А movwf E1 return ;******************************************* ;** 18. Сравниваем уставку с ёмкостью ********** ;******************************************* chek1 clrwdt ; ;============ проверка откл зарядки ======== movf E10,0 ; загружаем уставку subwf Zr10,0 ; сравниваем ст байт btfss STATUS,Z ; если не равны goto zar0 ; выходим movf E1,0 ; загружаем уставку subwf Zr1,0 ; сравниваем мл байт btfss STATUS,C ; если меньше goto zar0 ; выходим nop ; иначе, откл зарядку ;== Ф И Н И Ш ======================================= Endzar clrwdt call clrd ; стираем старые данные movlw 0A4h ; З movwf R4 movlw 061 ; а movwf R5 movlw 070 ; р movwf R6 movlw 0C7 ; я movwf R7 movlw 0B6 ; ж movwf R8 movlw 065 ; е movwf R9 movlw 0BD ; н movwf R10 movlw 06F ; о movwf R11 movlw 020 ; movwf R12 movlw 021 ; ! movwf R13 ;---------------------------------- --------------------- call izmU ; измеряем U аккумулятора call conv ; процедура перевода call nozr ; подготовка на вывод movlw 56 ; вывод " U " movwf R21 movlw 3D ; вывод " = " movwf R22 movf SOT,0 ; movwf R23 ; десятки movf DES,0 ; movwf R24 ; единицы movlw 2C ; вывод " , " movwf R25 ; movf EDI,0 ; movwf R26 ; десятые movlw 76h ; вывод " v " movwf R27 ;---------------------------------------------- movf Zr1,W ; вывод ёмкости movwf A1 movf Zr10,W ; movwf A10 call convert ; пересчёт call Dig ; удаляем незначащие movf TYS,0 ; сотни movwf R29 movf SOT,0 ; десятки movwf R30 movf DES,0 ; единицы movwf R31 movlw 2C ; вывод " , " movwf R32 ; movf EDI,0 ; десятые movwf R33 movlw 41 ; " A " movwf R34 movlw 02F ; " \ " movwf R35 movlw 0C0 ; " ч " movwf R36 call pau1s ; 991.776ms call LCD ; выводим на дисплей bcf PORTA,5 ; откл светодиод btfss PORTA,4 ; если нажата кнопка goto emk ; продолжаем зарядку goto Endzar ; ;******************************************* END



4. РАСЧЕТ НАДЁЖНОСТИ

4.1 Расчет надежности разработанной принципиальной электрической схемы устройства

Надежность узла характеризуется потоком отказов численно равной сумме интенсивностей отказов его отдельных устройств. Данная формула справедлива для расчета потоков отказов как системы состоящей из N элементов в случае, когда отказ любого из них приводит к отказу всей системы в целом. Такое соединение получило название логически последовательного или основного соединения. Рассчитываем поток отказов по формуле (4.1):

(4.1)

Далее рассчитываем среднюю наработку до отказа Т_о - математическое ожидание наработки устройства до первого отказа (может быть определено по потоку отказов), по формуле (4.2):

(4.2)

Данная формула позволяет выполнить расчет по надежности устройства, если известны исходные данные: состав устройства, режимы и условия работы, интенсивность отказов компонентов данного устройства. При практических расчетах возникают трудности из-за отсутствия достоверных данных об интенсивности отказов большой номенклатуры элементов.

Выход из этого положения дает применение так называемого коэффициентного метода, который используется для расчета надежности устройства.

Сущность коэффициентного метода состоит в том, что при расчете надежности устройства используют абсолютные значения интенсивности отказов Л, а коэффициент надежности К_i, связывающий значения л_i, с интенсивностью отказов л_b (базовое) какого-либо базового элемента. За этот базовый элемент принимается резистор и считаем по формуле (4.3):

(4.3)

Коэффициент надежности K_i практически не зависит от условий эксплуатации и является константой, а различные условия эксплуатации учитываются соответствующим изменением л_b. Для расчета применяется л_b = 0,3?10 ^-7 1/час. А также учитывается запыленность - К_з = 2,5. Тогда с учетом запыленности рассчитаем л_b по формуле (4.4):

л_б = л_б ? Кз = 0,3?10 ^-7 ?2,5 = 0,75?10 ^-7 1/час (4.4)

Значения интенсивности отказов л(1/ч) элементов узла:

Резисторы 0,44?10^-6

Индикатор 0,88?10^-6

Микроконтроллер 0,023?10^-6

Конденсаторы 0,173?10^-6

Кнопки 0,16?10^-6

Транзисторы 0,044?10^-6

Диоды 0,034?10^-6

Резисторы переменные 0,179?10^-6

Реле 0,03?10^-6

Стабилизатор 0,0041?10^-6

Рассчитаем интенсивности отказов для каждой группы элементов по формуле (4.5):



л_эо=n?л_э , (4.5)

где n - количество элементов в устройстве;

л_э - интенсивность отказов элемента.

л_{э рез} =6?0,44?10^-6=2,64?10^-61/ч

Аналогично проводится расчет для остальных элементов. Результаты заносим в таблицу 4.1.

Интенсивность отказов устройства рассчитывается по формуле (4.6):

, (4.6)

=2,64?10^-6+0,88?10^-6+0,023?10^-6+0,86?10^-6+0,32?10^-6 +0,044?10^-6+ +0,034?10^-6+0,716?10^-6+0,03?10^-6+0,0041?10^-6=0,000006 1/ч

Вероятность безотказной работы необходимо рассчитать для периода 5000ч согласно формуле (4.7):

, (4.7)

==0,97004

Далее для определения среднего времени безотказной работы сначала следует рассчитать сумму произведений компонентов с учетом коэффициента по формуле (4.8):

N_i ?K_i?л_э ; (4.8)

N_i?K_i?л_э=(0,44?10^-6/0,75?10^-7)?6+(0,88?10^-6/0,75?10^-7)?1+(0,023?10^-6/0,75?10^-7)?1+ +(0,173?10^-6/0,75?10^-7)?5+(0,16?10^-6/0,75?10^-7)?2+(0,044?10^-6/0,75?10^-7)?1+ +(0,034?10^-6/0,75?10^-7)?1+ +(0,179?10^-6/0,75?10^-7)?4 + (0,03?10^-6/0,75?10^-7)?1+ +(0,0041?10^-6/0,75?10^-7)?1=5,87?6+11,73?1+0,3?1+2,3?5+2,1?2+0,58?1+ +0,45?1+2,38?4+0,4?1+0,05?1=73,95

Время безотказной работы рассчитывается по формуле (4.9):

(4.9)

= 3166666,6 ч

Рассчитываем процентную наработку до отказа по формуле (4.10):

T_г = In(г) ?(- Т₀), (4.10)

где г - 90% по условию;

T_o - время безотказной работы.

T_г = In(0,90) ? (-3166666) = 333641,6 ч

Таблица 4.1 Результаты расчетов показателей надежности

Тип элементов	Кол-во элементов в устрйстве, n, шт	Интенсивность отказов элемента, л, 1/ч	Интенсивность отказов всех элементов этого типа, ло, 1/ч
Резистор	6	0,44?10-6	2,64?10-6
Индикатор	1	0,88?10-6	0,88?10-6
Микроконтроллер	1	0,023?10-6	0,023?10-6
Конденсатор	5	0,173?10-6	0,865?10-6
Кнопки	2	0,16?10-6	0,32?10-6
Транзистор	1	0,044?10-6	0,044?10-6
Диоды	1	0,034?10-6	0,034?10-6
Резисторы переменные	4	0,179?10-6	0,716?10-6
Реле	1	0,03?10-6	0,03?10-6
Стабилизатор	1	0,0041?10-6	0,0041?10-6
Итоговая интенсивность отказов изделия	Л		6?10-6 1/ч
Период для которого необходимо рассчитать Р(t)			5000 ч
Средняя наработка на отказ	Т0		3166666,6 ч
Вероятность безотказной работы в течение указанного периода	Р(t)		0,97004
Процентная наработка до отказа	Tг		333641,5 ч

Из расчетов видно, что устройство является высоконадежным, т.к. вероятность безотказной работы в течение периода 5000 часов составляет 97%.



5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

5.1 Описание мероприятий по технике безопасности при изготовлении разработанного устройства

1 Общие положения.

1.1. Настоящая инструкция разработана на основании требований гл.7.4 ДНАОП 5.2.30-1.08-96 “Правила безопасности при работах на телефонно-телеграфных станциях”.

1.2. К работе по пайке допускаются лица старше 18 лет, прошедшие обучение безопасным приемам труда, имеющим квалификационную группу по электробезопасности не ниже II.

1.3. Работники проходят предварительный при приеме на работу медицинский осмотр и периодические медосмотры один раз в два года.

1.4. Работники обеспечиваются бесплатно специальной одеждой

(хлопчатобумажными халатами).

2 Требования безопасности перед началом работ.

2.1. Перед началом работ работник обязан надеть специальную одежду, осмотреть рабочее место, убрать посторонние предметы.

2.2. До начала паяльных работ необходимо включить вентиляционную установку.

3 Требования безопасности во время работы.

3.1. Пайку сплавами, содержащими свинец, необходимо проводить в выделенных помещениях. Стены, оконные рамы, отопительные принадлежности, воздухопроводы должны быть гладкими и покрыты масляной краской светлых тонов.

3.2. Рабочие поверхности столов должны быть покрыты пластиком. Использовать настольное стекло запрещается. Поверхность ящиков для хранения инструментов должна покрываться легко моющимися материалами, а изнутри окрашиваться масляной краской.

3.3. Использующиеся сплавы и флюсы должны помещаться в тару, исключающую загрязнение рабочих поверхностей свинцом.

3.4. Рабочие места должны быть оборудованы местными вытяжными устройствами, обеспечивающими скорость движения воздуха непосредственно на месте пайки не менее 0,6 м/с.

3.5. Паяльники, находящиеся в рабочем состоянии, всегда должны быть в зоне действия вытяжной вентиляции.

3.6. Для электропитания паяльников и переносных ламп в помещении должны быть установлены на стене розетки напряжением 42В переменного

3.7. Ветошь, применяемая при чистке и пайке оборудования, а также при уборке рабочих мест, необходимо собираться в бачки с крышками. Повторное применение использованной ветоши запрещается.

3.8. Хранение какой-либо одежды или личных вещей в помещении, выделенном для пайки, запрещается. Хранение рабочей и какой-либо иной одежды в гардеробе должно быть раздельным.

3.9. Перед приемом пищи и курением работники обязаны мыть руки и полоскать рот водой.

3.10. Запрещается употребление и хранение еды, воды для питья, а также курение в помещениях, где производится пайка.

4 Требования безопасности по окончании работы.

4.1. По окончании паяльных работ следует выключить вентиляцию, отключить паяльник и приборы.

4.2. По окончании работ очистить и промыть горячим мыльным раствором рабочие поверхности столов и внутренние поверхности ящиков для инструментов.

4.3. Запрещаются сухие способы уборки помещения для пайки.

4.4. Снять специальную одежду, тщательно вымыть руки с мылом, прополоскать рот.

5 Требования безопасности в аварийной ситуации.

5.1. Возможно возникновение следующих аварийных ситуаций:

- короткое замыкание, повышенный нагрев штепсельных разъемов, соединительных проводов, понижение или пропадание напряжения в сети и т. п., что может привести к возникновению пожара;

- стихийной бедствие и другие аварии, не связанные непосредственно с паяльными работами.

5.2. В аварийной ситуации необходимо :

- работу прекратить, электрооборудование отключить от сети;

- при возгорании использовать углекислотный или порошковый огнетушитель, о пожаре сообщить в пожарную охрану;

- принять меры по эвакуации людей и оказанию первой медицинской помощи пострадавшим;

- доложить о случившемся непосредственному руководителю;

- принять меры к сохранению обстановки на рабочем месте в том виде, в каком она была на момент происшествия, если это не угрожает жизни и здоровью работающих и не приведет к более тяжелым последствиям.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По полученному заданию была проделана работа по исследованию и созданию измерителя емкости аккумулятора на микроконтроллере, написана программа для него, рассмотрены вопросы программирования МК. При выполнении данной работы был получен ценный опыт по разработке устройств, построенных на микроконтроллере, получены навыки в разработке программ на языке ассемблер (а также AVR). Был произведен расчет надежности, разработанной принципиальной электрической схемы устройства, в результате которого были получены данные о комплексной надежности прибора для дальнейшей эксплуатации. При изготовлении прибора были применены навыки и умения чтения принципиальных и монтажных схем, а также продемонстрированы практические навыки владения электроприборами, применяемыми для изготовления схемы устройства. Во время выполнения курсового проекта были закреплены знания, полученные на теоретических занятиях.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Информационный сайт [Электронный ресурс] -?? Режим доступа:

http://radio-hobby.org/modules/news/article/ Дата доступа 08.04.2016 г.

2. Информационный сайт [Электронный ресурс] -?? Режим доступа:

http://lib.tixer.ru/datasheets/displays/lcd/pc2002a.pdf Дата доступа 20.04.2016 г.

3. Информационный сайт [Электронный ресурс] -?? Режим доступа:

http://Ohrana-bgd.narod.ru/tipov53/ Дата доступа 07.05.2016 г.

4. Б.В. Табарин, Л.Ф. Лунин Интегральные микросхемы. Справочник/Радио и связь, Москва 1984. -?? 253с.

Размещено на Allbest.ru

...