Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Дипломный проект - с. , табл. - , приложений - , графическая часть - листов формата А1.

Бытовой ультразвуковой отпугиватель грызунов, УЗ-генератор, расчет трансформатора блока питания, расчет пассивного электрического фильтра блока питания, технология производства печатных плат, безопасность жизнедеятельности, экономика.

В дипломном проекте представлен бытовой ультразвуковой отпугиватель грызунов, который может быть с успехом использован как в быту, так и на производстве. Такое устройство отличает от существующих конструкций возможностью работы в условиях колебаний температуры и влажности, экономичностью. Не требует сложных измерительных приборов при настройке. Возможность перестройки частоты прибора (для исключения возможности привыкания грызунов к одной частоте УЗ-волны).

Так же отличается относительно не высокой ценой (по сравнению со своими аналогами) и быстрым сроком окупаемости. В конструкторской части описан принцип действия бытового ультразвукового отпугивателя грызунов, произведены расчеты трансформатора блока питания и пассивного электрического фильтра блока питания.

ультразвуковой отпугиватель плата лужение

Содержание

Введение

1. Аналитическая часть

1.1 Физические параметры звука

1.2 Распространение ультразвука

1.3 Поглощение ультразвуковых волн

1.4 Выбор ультразвуковых устройств отпугивания животных

1.5 Разновидности электронных отпугивателей

1.6 Основные виды ультразвуковых отпугивателей

2. Конструкторская часть

2.1 Обзор схемотехнических решений ультразвуковых отпугивателей

2.2 Описание предлагаемого решения

2.3 Монтаж и настройка ультразвукового отпугивателя

2.4 Расчет пьезоэлектрического излучателя

2.4.1 Теоретические сведения

2.4.2 Геометрический расчет

2.4.3 Расчет элементов схемы

3. Технологическая часть

3.1 Технология производства печатных плат

3.1.1 Химический способ изготовления плат

3.1.2 Электрохимический способ получения печатных плат

3.2 Технологические процессы сборки печатных плат

3.2.1 Комплектовочная операция

3.2.2 Входной контроль ИМС и ЭРЭ

3.2.3 Входной контроль ПП

3.2.4 Формовка и обрезка выводов ЭРЭ

3.2.5 Подготовка к лужению

3.2.6 Лужение выводов ИМС и ЭРЭ

3.2.7 Установка навесных элементов на ПП

3.2.8 Флюсование

3.2.9 Пайка

3.2.10 Удаление флюса

3.2.11 Контроль качества пайки

3.2.12 Защита от влаги

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Пожарная безопасность на предприятиях

4.2 Взрывы как источник чрезвычайных ситуаций

5. Экономическая часть

5.1 Расчет трудоемкости проектирования и изготовления разрабатываемого устройства

5.2 Расчет заработной платы

5.3 Расчет затрат на машинное время и материальные ресурсы

5.4 Затраты на сырьё и основные материалы

5.5 Расчет накладных расходов и себестоимости

5.6 Анализ цен и прибыли

5.7 Критический объем производства

Заключение

Список литературы

Введение

Существует несколько видов электронных отпугивателей животных.

Практически ни в одной стране мира не существует учреждения или организации, которые бы контролировали эффективность и безопасность таких приспособлений. Другими словами, можно вообще не знать, что продается под названием «отпугиватель».

Безопасность таких приспособлений для других животных и человека, а тем более беременной женщины, не изучалась. Однако, в Великобритании было опубликовано два объемных отчета на тему влияния ультразвука бытовых приборов на организм человека: в 2007 году на 83 страницы, и 2010 году на 180 страниц. Были предложены стандарты безопасности уровня ультразвуковых волн в окружающей среде, точнее давления, которое они вызывают (давление ультразвуковых волн). Также использование ультразвуковых приборов, передающих звук через воздух, рекомендовалось строго ограничить в публичных местах.

Ультразвук на самом деле не безопасен, если им злоупотребляют, и он оказывает как механический, так и термический эффект на ткани человеческого организма. Тема влияния ультразвуковых улавливателей на организм беременной женщины вообще не изучена. Поэтому мудрым решением все же будет не использование таких приборов.

1. Аналитическая часть

1.1 Физические параметры звука

Колебательная скорость измеряется в м/с или см/с. В энергетическом отношении реальные колебательные системы характеризуются изменением энергии вследствие частичной ее затраты на работу против сил трения и излучение в окружающее пространство. В упругой среде колебания постепенно затухают. Для характеристики затухающих колебаний используются коэффициент затухания (S), логарифмический и добротность (Q). Коэффициент затухания отражает быстроту()декремент убывания амплитуды с течением времени. Если обозначить время, в течение которого , то амплитуда уменьшается в е = 2,718 раза.

Уменьшение амплитуды за один цикл характеризуется логарифмическим декрементом. Логарифмический декремент равен отношению периода колебаний ко = T/: времени затухания

Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания, характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. Напротив, амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и гибкости системы. Такое явление, когда амплитуда колебательной скорости достигает максимального значения, называется механическим резонансом. При этом частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных незатухающих колебаний механической системы. При частотах воздействия, значительно меньших резонансных, внешняя гармоническая сила уравновешивается практически только силой упругости. При частотах возбуждения, близких к резонансной, главную роль играют силы трения. При условии, когда частота внешнего воздействия значительно больше резонансной, поведение колебательной системы зависит от силы инерции или массы.

Свойство среды проводить акустическую энергию, в том числе и ультразвуковую, характеризуется акустическим сопротивлением. Акустическое сопротивление среды выражается отношением звуковой плотности к объемной скорости ультразвуковых волн. Удельное акустическое сопротивление среды устанавливается соотношением амплитуды звукового давления в среде к амплитуде колебательной скорости ее частиц. Чем больше акустическое сопротивление, тем выше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебания частиц среды. Акустическое сопротивление среды определяется поглощением, преломлением и отражением ультразвуковых волн. Звуковое или акустическое давление в среде представляет собой разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при наличии звуковых колебаний и статического давления в той же точке при их отсутствии. Иными словами, звуковое давление есть переменное давление в среде, обусловленное акустическими колебаниями.

Для отстоящих друг от друга на выражения звукового давления в единицах СИ используется Паскаль (Па), равный давлению в один ньютон на метр квадратный (Н/м2). Звуковое давление в системе СГС измеряется в дин/см2; 1 дин/см2 = 10-1Па = 10-1Н/м2. Наряду с указанными единицами часто пользуются внесистемными единицами давления - атмосфера (атм) и техническая атмосфера (ат), при этом 1 ат = 0,98o106 дин/см2 = 0,98o105 Н/м2. Иногда применяется единица, называемая баром или микробаром (акустическим баром); 1 бар = 106 дин/см2. Давление, оказываемое на частицы среды при распространении волны, является результатом действия упругих и инерционных сил. Последние вызываются ускорениями, величина которых также растет в течение периода от нуля до максимума (амплитудное значение ускорения). Кроме того, в течение периода ускорение меняет свой знак. Если бегущие ультразвуковые волны наталкиваются на препятствие, оно испытывает не только переменное давление, но и постоянное. Возникающие при прохождении ультразвуковых волн участки сгущения и разряжения среды создают добавочные изменения давления в среде по отношению к окружающему ее внешнему давлению. Такое добавочное внешнее давление носит название давления излучения (радиационного давления). Оно служит причиной того, что при переходе ультразвуковых волн через границу жидкости с воздухом образуются фонтанчики жидкости и происходит отрыв отдельных капелек от поверхности. Этот механизм нашел применение в образовании аэрозолей лекарственных веществ. Радиационное давление часто используется при измерении мощности ультразвуковых колебаний в специальных измерителях - ультразвуковых весах.

1.2 Распространение ультразвука

Распространение ультразвука - это процесс перемещения в пространстве и во времени возмущений, имеющих место в звуковой волне. Звуковая волна распространяется в веществе, находящемся в газообразном, жидком или твердом состоянии, в том же направлении, в котором происходит смещение частиц этого вещества, то есть она вызывает деформацию среды. Деформация заключается в том, что происходит последовательное разряжение и сжатие определенных объемов среды, причем расстояние между двумя соседними областями соответствует длине ультразвуковой волны. Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебаний. Частицы среды, участвующие в передаче энергии волны, колеблются около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около среднего положения равновесия называется колебательной скоростью. Амплитуда колебательной скорости характеризует максимальную скорость, с которой частицы среды движутся в процессе колебаний, и определяется частотой колебаний и амплитудой смещения частиц среды.

1.3 Поглощение ультразвуковых волн

Если среда, в которой происходит распространение ультразвука, обладает вязкостью и теплопроводностью или в ней имеются другие процессы внутреннего трения, то при распространении волны происходит поглощение звука, то есть по мере удаления от источника амплитуда ультразвуковых колебаний становится меньше, так же как и энергия, которую они несут. Среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через него энергией и часть ее поглощает. Преобладающая часть поглощенной энергии преобразуется в тепло, меньшая часть вызывает в передающем веществе необратимые структурные изменения. Поглощение является результатом трения частиц друг об друга, в различных средах оно различно. Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты. Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличивается. Интенсивность ультразвуковых колебаний в среде уменьшается по экспоненциальному закону. Этот процесс обусловлен внутренним трением, теплопроводностью поглощающей среды и ее структурой. Его ориентировочно характеризует величина полупоглощающего слоя, которая показывает на какой глубине интенсивность колебаний уменьшается в два раза (точнее в 2,718 раза или на 37%). По Пальману при частоте, равной 0,8 МГц средние величины полупоглощающего слоя для некоторых тканей таковы: жировая ткань -- 6,8 см; мышечная -- 3,6 см; жировая и мышечная ткани вместе -- 4,9 см. С увеличением частоты ультразвука величина полупоглощающего слоя уменьшается. Так при частоте, равной 2,4 МГц, интенсивность ультразвука, проходящего через жировую и мышечную ткани, уменьшается в два раза на глубине 1,5 см. Кроме того, возможно аномальное поглощение энергии ультразвуковых колебаний в некоторых диапазонах частот - это зависит от особенностей молекулярного строения данной ткани. Известно, что 2/3 энергии ультразвука затухает на молекулярном уровне и 1/3 на уровне микроскопических тканевых структур. Глубина проникновения ультразвуковых волн Под глубиной проникновения ультразвука понимают глубину, при которой интенсивность уменьшается на половину. Эта величина обратно пропорциональна поглощению: чем сильнее среда поглощает ультразвук, тем меньше расстояние, на котором интенсивность ультразвука ослабляется наполовину.

Рассеяние ультразвуковых волн

Если в среде имеются неоднородности, то происходит рассеяние звука, которое может существенно изменить простую картину распространения ультразвука и, в конечном счете, также вызвать затухание волны в первоначальном направлении распространения. Преломление ультразвуковых волн. Так как акустическое сопротивление мягких тканей человека ненамного отличается от сопротивления воды, можно предполагать, что на границе раздела сред (эпидермис -- дерма -- фасция -- мышца) будет наблюдаться преломление ультразвуковых лучей. Отражение ультразвуковых волн На явлении отражения основана ультразвуковая диагностика. Отражение происходит в приграничных областях кожи и жира, жира и мышц, мышц и костей. Если ультразвук при распространении наталкивается на препятствие, то происходит отражение, если препятствие мало, то ультразвук его как бы обтекает. Неоднородности организма не вызывают значительных отклонений, так как по сравнению с длиной волны (2 мм) их размерами (0,1 - 0,2 мм) можно пренебречь. Если ультразвук на своем пути наталкивается на органы, размеры которых больше длины волны, то происходит преломление и отражение ультразвука. Наиболее сильное отражение наблюдается на границах кость - окружающие ее ткани и ткани - воздух. У воздуха малая плотность и наблюдается практически полное отражение ультразвука. Отражение ультразвуковых волн наблюдается на границе мышца - надкостница - кость, на поверхности полых органов.

1.4 Выбор ультразвуковых устройств отпугивания животных

При выборе ультразвукоых устройств отпугивания животных необходимо принимать во внимание следующие соображения:

1. Ультразвуковые отпугиватели PR-003 и PR-3000 излучают как ультразвук, так и эл.-магнитные волны. Остальные отпугиватели грызунов и насекомых излучают только ультразвук.

2. Ультразвук не проникает через стены, полы, гипрок, подвесные потолки и т. п.

3. Эл.-магнитные волны проникают через любые препятствия, кроме металлических.

4. Ультразвук имеет свойство отражаться от любых поверхностей (препятствий). От твердых поверхностей (стены, потолки) ультразвук отражается лучше, чем от мягких (ковролин, мягкая мебель).

5. В характеристиках ультразвуковых отпугивателей грызунов и насекомых защищаемая площадь указывается для пустых помещений с бетонными стенами. Если помещение имеет среднюю степень загруженности, то защищаемая площадь уменьшается в два раза. Если помещение имеет сильную степень загруженности, то защищаемая площадь уменьшается в три раза. Защищаемая площадь так же снижается, если в помещении имеются предметы, плохо отражающие ультразвук (мягкая мебель, мешки с товаром, тюки и т. д.).

6. Как правило, из помещений, где хранятся продукты питания, уход грызунов может затянуться до двух месяцев. При отсутствии продуктов питания этот срок может сократиться до двух недель.

7. Для ультразвуковых отпугивателей PR-003 и PR-3000 защищаемая площадь указывается по эл.-магнитной волне для помещений с большим количеством эл.-проводки и в пределах одной фазы. Если эл.-проводки в помещении нет или ее мало, то эффективность этих приборов сильно снижается.

8. Приборы ТОРНАДО, СОНАР, СПЕКТР могут работать при больших отрицательных температурах. Остальные приборы работают при температуре воздуха до минус 10 градусов.

9. По давлению ультразвука импортные приборы больше подходят для небольших помещений (не более 50 кв. м). Приборы Российского производства больше годятся для помещений площадью более 50 кв. м. Нельзя долгое время находиться на расстоянии ближе 2,5 м от работающего прибора СОНАР.

10. Ультразвук, излучаемый импортными приборами не слышат домашние животные (кроме грызунов), птицы и рыбы. Ультразвук, излучаемый приборами Российского производства слышат домашние животные и птицы.

11. Ультразвуковой отпугиватель грызунов СПЕКТР при работе издает треск, похожий на треск плохо настроенного телевизора небольшой громкости. Остальные приборы работают беззвучно. Прибор PR-3000 издает чуть слышные щелчки в одном из режимов (режим случайного включения и выключения излучателей).

12. Все ультразвуковые отпугиватели грызунов должны постоянно работать в течение двух месяцев. Далее приборы можно отключить и включать на неделю непрерывной работы каждый месяц.

13. Приборы PR-003 и PR-3000 должны работать непрерывно в течение всего времени.

14. От ультразвука грызуны уходят значительно быстрее, чем от эл.-магнитной волны.

15. Гарантия на импортные отпугиватели - полгода, на отпугиватели Российского производства - один год.

16. Как правило, отпугиватели выходят из строя в течение гарантийного срока (выявляются так называемые "скрытые дефекты"). Если прибор в течение гарантийного срока не вышел из строя, он прослужит Вам не один год.

17. Опыт эксплуатации показывает, что в течение гарантийного срока обменивается около 0,5 % всех проданных отпугивателей.

1.5 Разновидности электронных отпугивателей

Среда обитания зачастую ставит человека в положение обороняющейся стороны и ему нередко приходится искать способы избавления от нежелательных, а иногда и весьма опасных соседей (грызуны, насекомые, птицы) в своей квартире, доме, производственном помещении и на прилегающей территории. Свежий пример тому - необходимость защиты от перелетных птиц, являющихся разносчиками вируса птичьего гриппа.

Между тем современные условия сосуществования человеческого общества и природы характеризуются стремлением снизить до минимума возможность нанесения какого-либо вреда. Установка и проверка (особенно!) мышеловок или других ловушек не добавляет человеку положительных эмоций. Применение ядохимикатов чревато созданием опасных ситуаций для людей и домашних питомцев. Совершенно другие возможности очистить окружающую среду от вредителей предоставляет использование электронных отпугивающих приборов. Данное оборудование по характеру воспроизводимых сигналов делится на 2 категории.

Биоакустическое оборудование. Используется в основном для защиты от назойливых птиц. В основе его действия заложен биоакустический метод воздействия. Электронные устройства этой группы воспроизводят с усилением крики «бедствия» и «тревоги», записанные у особей, находящихся в крайне экстремальном, бедственном положении или внезапно обнаруживших источник серьезной опасности поблизости от себя.

Способность распознавать подобные сигналы жизненно важна для всех птиц и наследуется ими из поколения в поколение. Однако подобные отпугивающие сигналы видоспецифичны, т.е. для каждого семейства птиц должны применяться сигналы, соответствующие (принадлежащие) этому виду. Следующее непременное условие: эти крики также должны принадлежать особям из популяций, гнездящихся в той местности, где данные приборы планируется использовать. Электронная память приборов содержит несколько разных сигналов, отпугивающих птиц, воспроизведение которых в автоматическом режиме может программироваться на панели прибора. Биоакустические отпугиватели способны действовать на большом расстоянии и защищать значительные площади.

Ультразвуковое оборудование. Трансляции сигналов ультразвуковых приборов универсальны, оказывают действие на всех птиц, независимо от их вида. Однако ультразвуковые сигналы распространяются в атмосфере хуже звуковых, поэтому они имеют сравнительно небольшой радиус действия. Тем не менее, ультразвуковые приборы находят широкое применение для отгона пернатых: Диснейленд, здания ресторанов ряда известных сетей быстрого питания оснащены именно такими системами защиты.

Учитывая хорошее отражение ультразвука от твердых поверхностей, а также тот факт, что ультразвуковые сигналы практически не слышны, приборы этой категории шире используются в закрытых помещениях или на полузакрытых площадках. Поэтому данная группа оборудования весьма эффективна для отпугивания летучих мышей, крыс, а также насекомых (моль, блохи, клещи, пауки) [3].

1.6 Основные виды ультразвуковых отпугивателей

В последнее время на Российском рынке стали появляться все чаще ультразвуковые отпугиватели как отечественного, так и импортного производства. Иногда данные устройства являются универсальными, т.е. они могут быть использованы как против достаточно крупных животных (например корова), так и против мелких существ (мошек, комаров). Как известно каждое живое существо имеет свои комфортные микроклиматические условия. Поэтому, изменяя величину (давление, частоту ультразвуковых колебаний излучаемых прибором) можно воздействовать на тот, или иной живой организм.

Рассмотрим и дадим оценку наиболее часто используемых бытовых устройств отпугивания животных.

Устройство защиты от грызунов «Сонар-01» [4].

Ультразвуковые устройства СОНАР-01 предназначен для отпугивания животных (в том числе и мелких) в складских помещениях, зернохранилищах, морских и речных судах, а также в бытовых, домашних и иных помещениях. Отпугивающее воздействие осуществляется путем излучения изделием колебаний ультразвуковой частоты, которые абсолютно не слышны человеку, но очень

Рисунок 1.1. Устройство «Сонар-01»

чутко воспринимаются животными. Мощность ультразвука составляет 90 дБ, для сравнения мощность звука реактивного самолета составляет 130 дБ. Таким образом, для грызунов находиться вблизи с таким аппаратом настоящий шок. Повторимся, для человека и домашних животных прибор работает абсолютно не слышно и безопасен.

При работе устройства объем помещения заполняется ультразвуковым излучением за счет многократного отражения от твердых поверхностей. Сквозь стены и сплошные перегородки излучение не проникает.

Для предупреждения эффекта привыкания животных к ультразвуковому излучению, в устройствах предусмотрено автоматическое изменение частоты с максимумами на частотах, наиболее эффективно воздействующими на грызунов.

Устройство не вызывает помех и сбоев в работе телевизионных и радиосистем, в датчиках противопожарной сигнализации и в любой другой радиоаппаратуре.

Технические характеристики:

- Устройство работает в диапазоне частот: ...................12,5-100 кГц;

- Диаграмма направленности излучаемого сигнала - круговая;

- Уровень звукового давления на основной частоте (20 кГц) на расстоянии 2 м от излучателя....90 дБ;

- Устройство работает от сети ………………………….220 В, 50 Гц;

- Потребляемая мощность, не более .....................……...............6 Вт;

- Габаритные размеры устройства: .....................................150х90х70 мм;

- Вес, не более.......................................................……….............. 1 кг;

- Интервал рабочих температур:............................ -10 ... +40 град С;

- Относительная влажность воздуха ( при температуре + 25 град. С): до 98 %.

Как видно из технических характеристик устройство имеет значительные массо-габаритные паказатели и потребляемую мощность.

Устройство защиты от грызунов (УЗГ) «Спектр» [5]. УЗГ «Спектр» прост в эксплуатации. Для того, чтобы ультразвуковой

Рисунок 1.2. Устройство отпугивания животных (УЗГ) «Спектр»

отпугиватель грызунов начал работать, достаточно включить вилку в сеть (рис. 1.14). При этом на лицевой панели дератизатора загорается светодиодный индикатор. Работа УЗГ «Спектра» сопровождается характерным звуком, генерируемым отпугивателем в области слышимых частот.

Для получения максимального эффекта отпугивания грызунов необходимо держать УЗГ «Спектр» постоянно включенным в течение 3-4-х недель. В дальнейшем ультразвуковой отпугиватель рекомендуется включать на несколько дней с периодом в два-три месяца в профилактических целях.

При установке отпугивателя в помещении необходимо учитывать следующие факторы: ультразвуковые волны хорошо отражаются от твердых материалов (дерево, бетон, стекло) и поглощаются мягкими материалами (шторы, ковровые покрытия, мешки с продукцией), звуковое давление с расстоянием уменьшается. Следовательно, УЗГ желательно расположить вблизи возможных путей перемещения грызунов, а также попытаться обеспечить свободное пространство перед излучателем.

Ультразвуковой сигнал, генерируемый отпугивателем УЗГ «Спектр», безопасен для человека, домашних животных, птиц.

Технические характеристики:

- Диапазон рабочих частот, кГц	15-90
- Электрическое питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц	220В ± 10%
- Потребляемая мощность, Вт, не более	4,0
- Масса, кг, не более	1,0
- Интервал рабочих температур, °С	от -10 до +40
- Относительная влажность воздуха (при температуре +25 °С)	до 98%
- Максимальная площадь помещения, защищаемая одним отпугивателем, мІ	до 250

Данное устройство имеет более широкий диапазон рабочих частот, что значительно расширяет область его применений. Но значительный вес и масса достаточно велики.

Ультразвуковой отпугиватель «Торнадо-М» [6].

Торнадо-М - ультразвуковое устройство для отпугивания небольших живых существ, мышей и других грызунов (рис. 1.3). Ультразвуковой отпугиватель может использоваться для борьбы с грызунами в складских помещениях, хранилищах, на кораблях, в бытовых помещениях.

Отпугиватель грызунов Торнадо-М прост в эксплуатации, не требует специального техобслуживания. Торнадо-М начинает работать при подключении к сети, при этом на передней панели ультразвукового прибора должен мигать индикатор.



Рисунок 1.3. Устройство защиты «Торнадо-М»

Ультразвуковой отпугиватель необходимо устанавливать передней панелью по направлению к месту обитания грызунов. Максимальная эффективность достигается за счет многократного отражения ультразвука от внутренней поверхности стен и потолка. Мягкие поверхности (занавески, ткани, обивка мебели и т.п.) поглощают ультразвук и тем самым снижают эффективность воздействия на грызунов, поэтому при наличии в помещении предметов с мягкой обивкой рекомендуется размещать отпугиватель грызунов Торнадо-М над ними.

В начале эксплуатации для надежной борьбы с грызунами отпугиватель должен работать в непрерывном режиме до полного исчезновения мелких животных.

Технические характеристики:

- Диапазон излучаемых частот, кГц	18-30
- Частота перестройки ультразвука, Гц	2-5
- Уровень ультразвукового давления на расстоянии 1 м, дБ	70±5
- Электрическое питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц	220В ± 10%
- Потребляемая мощность, Вт, не более	7,0
- Габаритные размеры, мм	225х150х120
- Масса , кг, не более	0,5
- Интервал рабочих температур, °С	от -5 до +35
- Относительная влажность воздуха (при температуре +25 °С)	до 98%
- Площадь помещения, защищаемая одним отпугивателем, мІ	100

Данное устройство отличает несколько большая потребляемая мощность, а также ограниченный частотный диапазон УЗ-колебаний.

Универсальный отпугиватель мелких животных MK351 [7].

отпугисатель поможет избавиться от мелких животных, покушающихся на Ваш автомобиль. Отпугиватель состоит из устройства управления и шести звукоизлучателей (рис. 1.4), работающих в плавающем ультразвуковом диапазоне частот. Грызуны отпугиваются ультразвуком и высоким напряжением, которое накапливается на металлических корпусах громкоговорителей (приблизительно 250...350 В). При прикосновении к заряженным корпусам грызуны получают удар электрическим импульсом. Импульсы достаточно слабые. Они только прогоняют грызунов, но не убивают их. О наличии высокого напряжения на корпусах громкоговорителей можно судить по мерцающим на них светодиодам и светодиодам на устройстве управления.

Рисунок 1.4. Устройство защиты от грызунов «Торнадо-М»

Технические характеристики:

Напряжение питания 12 В.

Максимальный ток потребления 60 мА

Диапазон излучаемых частот 18 - 40 кГц.

Величина высокого напряжения 250 - 350 В

Габаритные размеры корпуса громкоговорителя 60х60х20 мм

Габаритные размеры устройства управления 125х70х32 мм

В данном устройстве напряжение питания составляет 12 В, что является большим плюсом. Т.к. устройство можно сделать мобильным.

Данная дипломная работа ставит перед собой цель - создать ультразвуковой отпугиватель бытового применения с уменьшинными массогабаритные показателями, увеличенным частотным диапазоном и меньшим энергопотреблением, что весьма актуально при автономной работе устройства.

2. Конструкторская часть

2.1 Обзор схемотехнических решений ультразвуковых отпугивателей

Рассмотрим наиболее распространенные ультразвуковые отпугиватели.

Известен УЗ-отпугиватель [8]. Схема генератора состоит из модулятора низкой частоты (Cl, C2, DD1.1, DD1.2, Rl, R2), генератора ультразвуковых колебаний (СЗ, С4, DD1.3, DD1.4, R3, R4), усилителя мощности на транзисторах VT1 -- VT3 и излучателя, в качестве которого использован высокочастотный громкоговоритель 4ГДВ-1 (рис. 2.1). При номиналах, указанных на схеме, генератор излучает частотно-модулированные колебания в диапазоне 15 40 кГц. Частота генератора регулируется резистором R4, частота модуляции регулируется резистором R2 в пределах 2 ..10 Гц.

Рисунок 2.1. Схема электрическая УЗ-отпугиваетля

Существенным недостатком данного прибора является ограниченный частотный диапазон УЗ-колебаний и сложность настройки.

В УЗ-отпугивателе представленном на рис. 2.2. представляется крайне сложно перестраивать рабочую УЗ частоту мультивибратора, собранного на логических элементах DD1.3 и DD1.4 [9].

Рисунок 2.2. УЗ-отпугиватель

В схеме, представленной на рис. 2.3., УЗ-устройство получается достаточно дорогим за счет применения в усилителе мощности собранного

Рисунок 2.3. Принципиальная электрическая схема электронного устройства для отпугивания

на транзисторах VT2 и VT3 трансформатора Т1. Кроме того, применение трансформатора приводит к увеличению потребляемой энергии, а также к значительным массогабаритным показателям всего УЗ-отпугивтеля в целом.

2.2 Описание предлагаемого решения

В данном варианте бытового отпугивания животных частота ультразвуковых колебаний изменяется по частоте сигналом псевдослучайной последовательности (ПСП). Такое схемотехническое построение устройства позволило исключить привыкание грызунов к однотонному сигналу.

Схема устройства приведена на рис. 2.4. На логических элементах DD1.1 и DD2.1 собран генератор импульсов, следующих с частотой около 30 Гц. К его выходу подключен 15-разрядный сдвиговый регистр, построенный на D-триггере DD3.1 и трех регистрах DD4.1--DD4.3 микросхемы К176ИР10.

Рис. 2.4. УЗ-отпугиватель

Поскольку регистры этой микросхемы переключаются по спаду импульсов высокого уровня, а триггер DD3.1 -- по фронту, сигнал задающего генератора подан на вход С триггера через инвертор DD2.2.

Входную последовательность импульсов для регистра сдвига формируют элементы DD1.3, DD1.4 и DD2.4. На входы элемента DD1.3 поступают сигналы с 14-го и 15-го разрядов регистра.

Генератор ПСП проходит через 32767 логических состояний. Таким образом, при частоте задающего генератора 30 Гц цикл работы устройства длится около 18 мин. Запретным для генератора ПСП является состояние, при котором все триггеры регистра оказываются в нулевом состоянии и он уже не сможет продолжить работу. Однако подобная ситуация может возникнуть только в момент включения источника питания.

Гарантированный запуск устройства обеспечивает узел сброса на элементе DD2.4. Благодаря ему, после подачи питающего напряжения в течении нескольких тактов задающего генератора на вход D-триггера DD3.1 (т. е. на вход 15-разрядного регистра сдвига) поступает сигнал высокого уровня.

Происходит это следующим образом. При включении питания начинает заряжаться через резистор R10 конденсатор C4. Пока напряжение на конденсаторе ниже порога переключения элемента DD2.4, на выходе этого элемента будет напряжение высокого уровня. После превышения напряжения на конденсаторе порогового уровня, элемент DD2.4 начинает функционировать как инвертор.

Диод VD1 и резистор R9 защищают внутренние диоды элемента DD2.4 при отключении питания.

На вход сдвигового регистра необходимо подавать неинвертированный сигнал с выхода элемента DD1.3. Инвертор DD1.4 исключает влияние элемента DD2.4 на состояние элемента DD1.3.

Сигнал генератора ПСП через интегрирующую цепь R8C3 и резистор R7 поступает на базу транзистора VT1, который совместно с резисторами R3 и R6 образует управляемый делитель. Снимаемое с него напряжение используется для управления частотой ультразвукового генератора, собранного на элементах DD1.2 и DD2.3.

D-триггер DD3.2, формирующий на вы-ходе сигнал вида "меандр", вдвое пони-жает частоту ультразвукового генератора. Сигналы с его прямого и инверсного выходов поступают на вход двухтактного усилителя мощности, выполненного на транзисторах VT2--VT5. Нагрузкой усилителя служит высокочастотная динамическая головка BA1 мощностью 3--5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 4 Ом.

Микросхемы DD1--DD3 заменимы аналогичными из других серий КМОП. Микросхему К176ИР10 (DD4) можно заменить на любой регистр сдвига, например, К561ИР2, однако следует учитывать, что при меньшем числе разрядов сократится время цикла работы генератора ПСП. При замене входы элемента DD1.3 подключают к определенным разрядам регистра.

Транзистор VT -- любой из серий КТ315, КТ3102. Диод VD1 -- любой мало-мощный кремниевый. Все резисторы -- МЛТ-0,125. Оксидные конденсаторы С4 и С5 -- К50-35, К50-40, остальные - любых типов.

Ток, потребляемый устройством при напряжении питания 5 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом не превышает 100 мА. При увеличении напряжения источника питания до 9 В соответственно возрастают потребляемый ток и излучаемая мощность.

Налаживание устройства заключается, в основном, в установке частот генераторов и уточнении номинала резистора R6, определяющего глубину модуляции ультразвукового генератора.

Частоту задающего генератора, равную примерно 30 Гц, устанавливают подбором резистора R1. Затем, соединив вместе выводы эмиттера и базы транзистора VT1, подбирают резистор R5 таким образом, чтобы ультразвуковой генератор работал на частоте около 50 кГц. Далее соединяют выводы коллектора и эмиттера этого транзистора и подбором ре-зистора R6 добиваются частоты генерации 100 кГц. Указанные частоты нетрудно установить довольно точно.

Управление ультразвуковым генератором можно осуществить несколько иначе, превратив его из двутонального в многотональный. Для этого резисторы R3, R6--R8, конденсатор CЗ и транзистор VT1 исключают, а узел управления собирают по схеме, приведенной на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема управления ультразвуковым генератором

2.3 Монтаж и настройка ультразвукового отпугивателя

Монтаж и настойку устройства в этом случае производят так. На плату устанавливают все детали, кроме резисторов R1'--R6'. Между общим проводом и точкой соединения резистора R4 и конденсатора C2 временно подключают ре-зистор, номинал которого равен сопротивлению параллельно соединенных резисторов R1'--R6' (при указанных на рис. 2.5 можно использовать резистор сопротивлением 6,8 кОм). Подбором резистора R5 добиваются работы ультразвукового генератора на частоте 100 кГц. После этого временный резистор исключают и устанавливают на плату резисторы R1'--R6'. Затем настраивают низкочастотный генератор, как было описано выше.

Проконтролировать работу устройства можно на слух, если параллельно конденсатору C2 ультразвукового генератора подключить дополнительный.

2.4 Расчет пьезоэлектрического излучателя

2.4.1 Теоретические сведения

В качестве материала пьезопреобразователей в настоящее время используется пьезокерамика ЦТС, обладающая высоким пьезомодулем, значительной диэлектрической проницаемостью, малой гигроскопичностью, сравнительно большой электрической и механической прочностью. Основными параметрами и характеристиками пьезокерамики, определяющими возможность ее использования в качестве ультразвуковых преобразователей, являются: пьезомодуль d₃₃, диэлектрическая проницаемость е, тангенс угла диэлектрических потерь tg д и зависимости их от температуры и напряженности электрического поля; модуль Юнга Е, стабильность физических параметров во времени [10].

Эффективность работы преобразователя в режиме излучения зависит от величины (d₃₃Е)². В табл. 2.1 приведены основные физико-механические характеристики пьезокерамических материалов. Сравнительно высокими качественными показателями обладают твердые растворы цирконата титаната свинца ЦТССт -3 и ЦТБС - 3. Пьезокерамика ЦТС обладает высокой точкой Кюри, большим пьезомодулем, в несколько раз превышающим таковой у титаната бария, малыми диэлектрическими потерями в сильных полях.

Пьезоэлектрические преобразователи, используемые в ультразвуковых установках, являются, как правило, резонансными системами, работающими на частотах основного резонанса или нечетных гармоник.

2.4.2 Геометрический расчет

Излучатель состоит из пластины (круглой или прямоугольной), толщина d которой на частоте основного резонанса f₀ определяется выражением:

d = л/2 = c/2f₀.

Здесь л - длина волны в материале излучателя.

Многослойный или составной преобразователь (рис. 2.6) представляет

Рисунок 2.6. Многослойный (составной) пьезоизлучатель

собой систему, состоящую из жестко соединенных пластин, одна из которых изготовлена из пьезокерамики и имеет толщину

d = л/4 = c/4f₀,

,

а две другие - из металла и имеют толщину

d₁ = л₁/24 = c₁/24f₀,

,

d₂ = л₂/4 = c₂/4f₀,

,

где л₁ и c₁ - соответственно длина волны и скорость звука в металле.

Чтобы уменьшить питающее напряжение и осуществить заземление верхней и нижней накладок, пьезоэлемент часто набирают из двух пьезокерамических пластин толщиной l/2. При этом все сопротивление преобразователя на резонансной частоте составляет четвертую часть сопротивления преобразователя с одним пьезоэлементом толщиной l, а напряжение возбуждения уменьшается в два раза. Используем 2 серийно-выпускаемых диска ЖГКД757681.025-05 размером 50х4,0 мм из керамики ЦТССт-3.

Площадь излучения

S =D²/4, S = 3,14(5010^-3)/4 = 19,610^-4 м².

Тогда удельная акустическая мощность составит

,

Присоединение к плоскому пьезоэлементу дополнительных масс накладок увеличивает общую высоту полуволнового излучателя и снижает его частоту. Материалом излучающей накладки служит дюралюминий, у которого коэффициент затухания значительно меньше, чем у стали, а материалом отражающей накладки - сталь 45.

Такой выбор материалов обусловлен также тем, что для повышения КПД преобразователя желательно уменьшить отношение волновых сопротивлений излучающей и отражающей накладок.

Составные или пакетные преобразователи широко используются для проектирования низкочастотных (порядка 20 кГц) преобразователей. Использование полуволновых пьезокерамических преобразователей на низких частотах приводит к значительному объему активного материала, что при плохой теплопроводности пьезокерамики приводит к ее перегреву. Кроме того, значительное расстояние между электродами требует больших значений возбуждающего электрического напряжения. Чаще применяют преобразователи составного типа; называемые также пакетными преобразователями, в которых часть активного материала замещается накладками из пассивного упругого материала (рис. 2.7, а).

Рисунок 2.7. Составной пьезокерамический преобразователь: а - конструкция; б - эквивалентная схема

На рис. 2.7, б приведена эквивалентная схема пакетного пьезокерамического преобразователя, одна из накладок которого нагружена активным сопротивлением среды R_а.

Параметры схемы определяются из выражений:

с_э = еS/4рl; r_э = 1/щC_э tg д; = d₃₃ES/l;

x = WS/sin kl; = ²/щC_э; = 2f₀;

y = WS tg (kl/2); ; y₂ = W₂S₂ tg k₂l₂;

R_H = ;

где - коэффициент электромеханической трансформации для продольного пьезоэффекта;

;

W_ср - волновое сопротивление среды (W,W₁,W₂ - волновое сопротивление пьезопластины и накладок);

W_ср = (c)_ср ,W_ср = 10³1,510³ = 1,510⁶ ;

W = cS ,W = 7,410³3,2410³19,610^-4 = 4,710⁴ ;

W₁ = ₁c₁S ,W₁ = 2,810³6,210³19,610^-4 = 3,410³ ;

W₂ = ₂c₂S ,W₂ = 7,810³5,210³19,610^-4 = 7,910⁴ ;

R_н - сопротивление нагрузки (излучения); k - волновое число

₀ - угловая частота

₀ = 23,1410010³ = 6,2810⁵ 1/с;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

2.4.3 Расчет элементов схемы

Расчет начнем с блока питания (рис.2.8). Поскольку схема потребляет I_MAX =0,3A при напряжении питания 12 В, то в качестве стабилизатора выберем микросхему КРЕН 142ЕН8Б, которая имеет следующие параметры: Ucт.=5B, Icт.max =1A, Uвх.=15-35В, Ku=0,05%/B, Ki=0,67%/A.

Для выпрямления напряжения используем диодный мост со следующими параметрами: U_ОБР=100B, Iпp. =1A.



Рисунок 2.8. Принципиальная схема блока питания

При выборе выпрямительного моста ключевыми параметрами являются обратное напряжение и средний или постоянный прямой ток [17]. Когда приложенное напряжение достигает максимума, одна пара диодов диодной сборки открыта, другая закрыта, при этом максимальное обратное напряжение на вентилях определяется по формуле:

U_ОБР = 1,5 U₀ - 0,7, (2.1)

где U_ОБР - максимальное обратное напряжение, В; U₀ - среднеквадратичное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В; 0,7- приближенное значение падения напряжения на проводящем диоде.

U_ОБР = 1,5 • 13,3 - 0,7 = 19,25 В.

Поскольку каждый диод пропускает чередующиеся полупериоды, средний постоянный ток через него определяется по формуле:

I_СР=I₀/2 (2.2)

где I_СР - средний постоянный ток, А; I₀- постоянный ток на выходе схемы, А.

I_СР =0,3/2=0,15

Определим значение амплитуды тока при емкостной нагрузке по формуле:

I_MAX = 3,5I₀, А; (2.3)

где I_MAX- бросок тока при емкостной нагрузке, А.; I₀- постоянный ток на выходе схемы, А.

I_MAX = 3,5 • 0,3 = 1 А.

Определим сопротивление нагрузки выпрямителя по формуле:

R_H = U₀/ I₀ (2.4)

где R_H - сопротивление нагрузки, Ом.

R_H = 18/ 0,3=60Ом

Для выпрямителей мощностью до 10Вт принимают сопротивление обмоток трансформатора:

R_mp = 0,09R_H, Ом; (2.5)

где R_mp - сопротивление обмоток трансформатора, Ом.

R_mp = 0,09 • 60 = 5,4 Ом.

Найдем прямое сопротивление диода по формуле:

R_пр= U_пр/3 I_СР, (2.6)

где R_пр - прямое сопротивление диода, Ом; U_пр - постоянное прямое напряжение на диоде выбранное из таблицы характеристик.

R_пр= 1/3• 1=0,33Ом

Найдем активное сопротивление фазы выпрямителя по формуле:

R_a = R_mp + 2 R_пр, (2.7)

R_a = 5,4 + 2 • 0,33 = 6,06 Ом.

Определим основной расчетный коэффициент А по формуле:

А= 1,6 R_a /R_H (2.8)

где А- основной расчетный коэффициент.

А= 1,6 6,06/60=0,16

Из графиков найдем: В=1,2; D=2,2; F=6; Н=290.

Определим значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода по формуле:

U_ХХ = B U₀, (2.9)

где U_ХХ - напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки, В.

U_ХХ = 1,2 • 13,3 = 16 В.

Уточним значение обратного напряжения на вентилях по формуле:

U_ОБР = l,4 U_ХХ, В. (2.10)

U_ОБР.= 1,4 • 16 = 22,4 В.

Уточним значение амплитуды прямого тока на вентилях по формуле:

I_m = 0,5FI₀ A, (2.11)

где I_m - амплитуда тока на диодах сборки, А.

I_m = 0,5 • 6 • 0,3 = 0,9 А.

Поскольку основные рассчитанные параметры не превосходят паспортных данных, значит диодная сборка выбрана правильно.

Определим действующие значение тока вторичной обмотки трансформатора I₂ по формуле:

I₂=DI₀/1,4 (2.12)

где I₂ - действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, А.

I₂=22•03 /1,4= 0,46 А.

Определим выходную емкость выпрямителя по формуле:

С= H/ R_aK_no , (2.13)

где С- необходимая емкость конденсатора на выходе выпрямителя, мкФ; K_no- коэффициент пульсаций напряжения на входе фильтра.

С = 290/6,06•0,1 = 478мкФ.

Принимаем номинальное значение 500 мкФ.

Произведем расчет трансформатора питания. Для питания электронных схем необходим трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 16 В, I_ВЫХ =0,46А.

Определим номинальную мощность трансформатора:

Р_НОМ = U_ВЫПР I_ВЫПР, (2.14)

где Р_НОМ - номинальная мощность трансформатора, Вт.; U_ВЫПР - напряжение на вторичной обмотке, В; I_ВЫПР - выпрямленный необходимый ток, А.

Р_НОМ= 16 • 0,46= 6,6 Вт

Поскольку КПД небольших силовых трансформаторов составляет порядка 80%, потребляемая мощность от сети переменного тока будет на 20 % больше Р_НОМ.

Р_MAX = 1,2Р_НОМ, (2.15)

где Р_MAX - максимальная мощность трансформатора, Вт; Р_НОМ - номинальная мощность трансформатора, Вт.

Р_MAX = 1,2 • 6,6 = 7,9 Вт.

Определим произведение:

S_MS_OK=45Р_MAX/ (f•B_m•i•R_ОК•R_M), (2.16)

где S_M - площадь сечения магнитопровода,см²; S_OK - площадь окна магнитопровода, см²; Р_MAX - максимальная мощность трансформатора, Вт; f - частота питающей сети, Гц; B_m -амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Т; i - плотность тока в обмотках, А/мм²; R_ОК - коэффициент заполнения окна магнитопровода; R_M - коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода.

Значение B_m выберем по графику в зависимости от габаритной мощности трансформатора и марки стали.

Возьмем ленточный магнитопровод, для него при Р_Г меньше 10 Вт значение B_m =1,5Т.

Плотность тока в обмотках выберем равным 6 А/мм². Коэффициент заполнения окна магнитопровода - R_ОК выберем равным 0,25. Коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода - R_M выберем равным 0,9.

Таким образом:

S_MS_OK=3,5см²

По таблице выберем: ШЛ 10x16, L=10мм, Н=25мм. Определим число витков обмоток:

W_i = 2200U_i/f B_mS_M (2.17)

где W_i-число витков данной обмотки, витков; U_i- напряжение данной обмотки, В.

Таким образом:

W₁ = 4033, W₂ =264.

Число витков вторичной обмотки следует увеличить на 5%, чтобы учесть внутреннее падение напряжения.

W₂= 264 • 1,05 = 278 витков.

Определим диаметр проводов в обмотках:

d_i=l,13 • (I_i/i)^1/2, (2.18)

где d_i - диаметр i-й обмотки трансформатора, мм; I_i - ток i-й обмотки трансформатора, А; i- плотность тока, А/ мм². Ток в обмотках определяется по формуле:

I_i =1,1 Р_НОМ/ U_i, (2.19)

где I_i -ток i-й обмотки трансформатора, А; Ui- напряжение i-й обмотки трансформатора, В.

Таким образом ток в первичной обмотке равен:

I₁ = 0,039А,

диаметр провода первичной обмотки равен:

d₁ = 0,09 мм,

ток во вторичной обмотке равен:

I₂=0,5А,

диаметр провода вторичной обмотки равен:

d₁=0,32мм.

3. Технологическая часть

3.1 Технология производства печатных плат

Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой [11, 12].

Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы электрорадиоэлементов при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.

...