Блок управления для бальнеологической ванны
Конструкция блока управления для бальнеологической ванны. Функциональный алгоритм и программа микропроцессорного блока. Топология и конструкция платы печатной. Выбор размеров и размещение элементов печатного рисунка. Трассировка печатных проводников.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.11.2017 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Продолжение таблицы 1.1
Размещено на http://www.allbest.ru/
3
Оглавление
- Введение
- Обзор существующих методов и аппаратов
- Анализ технического задания
- Разработка структурной схемы
- Разработка схемы электрической принципиальной
- Моделирование работы схемы электрической
- Разработка топологии и конструкции платы печатной
- Основные технические требования к печатным платам
- Выбор группы жесткости
- Выбор типа ПП
- Выбор класса точности
- Выбор материалов ПП
- Выбор размеров и конструкции ПП
- Выбор размеров и размещение элементов печатного рисунка
- Трассировка печатных проводников
- Разработка конструкции устройства
- Разработка функционального алгоритма и программы микропроцессорного блока
- Заключение
- Список используемой литературы
- Приложение
Введение
Бальнеологическая ванна - аппарат для проведения бальнеотерапии.
Бальнеотерапия - метод лечения различных заболеваний минеральными водами, применяемыми как внутрь, так и наружно. Общими показаниями к применению бальнеологического лечения служат заболевания сердечно-сосудистой системы без явлений недостаточности кровообращения, гипертоническая болезнь 1-2-й стадии без кризов и без поражений сосудов сердца, почек и мозга, гипотоническая болезнь, ревматизм в неактивной фазе, болезни центральной и периферической нервной системы (по окончанию острого периода), неврозы, заболевания органов пищеварения, болезни обмена веществ, органов чувств, опорно-двигательного аппарата, болезни женской и мужской половой сферы, болезни кожи. Наиболее распространенным методом лечения в бальнеологической практике являются ванны. Ванны могут быть углекислые, сероводородные, азотные, соленые и др. В данном курсовом проекте рассмотрен такой тип бальнеологической ванны как углекислая с дополнительными процедурами: гидромассаж и светотерапия.
Углекислые ванны усиливают процессы возбуждения в центральной нервной системе, улучшают вентиляцию легких (вследствие чего усиливаются окислительные процессы в организме, снижается артерио-венозная разница в содержании кислорода).
Углекислые ванны применяются при заболеваниях сердечной мышцы, при клапанных пороках сердца с недостаточностью кровообращения не выше 1-й степени, при гипертонической болезни 1-2-й стадии, при гипотонии, неврозах, ожирении, недостаточной функции яичников. [1]
Цель данной курсового проекта - разработка блока управления для бальнеологической ванны. Задачи курсового проекта:
1. Обзор существующих методов и аппаратов.
2. Анализ технического задания.
3. Разработка структурной схемы.
4. Разработка схемы электрической принципиальной.
5. Разработка топологии и конструкции платы печатной.
6. Разработка конструкции устройства.
7. Разработка функционального алгоритма и программы микропроцессорного блока.
Объектом исследования является устройство: "Блок управления для бальнеологической ванны". Предмет исследования - изучение основных принципов работы устройства.
Обзор существующих методов и аппаратов
Существует различное множество типов бальнеологических ванн с различными методами лечения определённых видов заболеваний. Ванны могут быть углекислые, сероводородные, азотные, радоновые, соленые и др.
Углекислые ванны усиливают процессы возбуждения в центральной нервной системе, улучшают вентиляцию легких (вследствие чего усиливаются окислительные процессы в организме, снижается артерио-венозная разница в содержании кислорода).
Углекислые ванны применяются при заболеваниях сердечной мышцы, при клапанных пороках сердца с недостаточностью кровообращения не выше 1-й степени, при гипертонической болезни 1-2-й стадии, при гипотонии, неврозах, ожирении, недостаточной функции яичников.
Нужно помнить, что углекислые ванны понижают общую температуру организма, поэтому они могут вызвать обострение невралгических болей, миозита и заболеваний суставов. Углекислые ванны повышают эстрогенную функцию яичников, способствуют усилению климактерических кровотечений.
Сероводородные ванны оказывают влияние на сердечно-сосудистую систему, сходное с углекислыми ваннами, повышают ферментативные функции различных органов и систем, улучшают питание кожи, повышают ее имунногенные функции, восстанавливают нарушенные процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе, стимулируют обменные процессы, повышают функцию щитовидной железы, эстрогенную функцию яичников и секрецию гормонов корой надпочечников.
Сероводородные ванны благоприятно действуют при заболеваниях мышц, суставов, кожи, периферической нервной системы, при бесплодии, хронических заболеваниях женской половой сферы.
бальнеологическая ванна микропроцессорный блок
Противопоказаны сероводородные ванны при гепатитах, заболеваниях почек, при выраженных воспалительных заболеваниях в желчном пузыре, гипертиреозе, диффузном токсическом зобе.
В азотных ваннах действующим началом является растворенный в воде азот, который выделяется в виде пузырьков. Азотные ванны обладают успокаивающим действием, нормализуют кровообращение, состояние эндокринной системы и мышечного тонуса. Показаниями к применению азотных ванн могут быть гипертоническая болезнь 1-2-й стадии, заболевания суставов, периферической нервной системы, начальные проявления тиреотоксикоза, заболевания кожи.
Противопоказания: гипотоническая болезнь, астенические состояния, депрессии.
Радоновые ванны. Действующим началом этих ванн является радон. Радоновые ванны хорошо расширяют капилляры кожи, но их действие мягкое, в отличие от других ванн они могут применяться при более выраженной патологии сердечно-сосудистой системы. Эти ванны хорошо успокаивают, обладают болеутоляющим действием, поэтому их применяют при заболеваниях периферической нервной системы и органов движения с болевым синдромом, при неврозах, с резким преобладанием процесса возбуждения. Радоновые ванны усиливают обменные процессы, понижают функции щитовидной железы, нормализуют гормональный обмен в период климакса.
Соленые ванны. По сравнению с пресными ваннами действие этих вод усиливается присутствием ионов брома, иода, хлористого натрия. Соли усиливают раздражение кожи, вызываемое температурным и химическим факторами. Действие солей, осевших на кожу, продолжается и после выхода из ванны. Соленые ванны обладают более выраженным термическим и гидростатическим действием, оказывают болеутоляющее действие, стимулируют обменные процессы, способствуют рассасыванию воспалительного экссудата.
Применяют соленые ванны в основном при заболеваниях органов движения, периферической нервной системы, обменных нарушениях, гинекологических заболеваниях. [1]
Приведём сравнение нескольких аппаратов представленных на рынке:
Таблица 1 - Описание аппаратов представленных на рынке [2]
|
АСТРА-1 |
Емкость ванны - 400 л Полезный объем ванны - 300 л Время наполнения ванны (при давлении в водосети 5 Bar) - 4 мин Время слива воды из ванны (при сливном отверстии ? 75) - 5 мин Система слива - сливная пробка - ? 75 - 50 мм, по желанию заказчика Подвод горячей и холодной воды - G 3/4" Напряжение - 220 В Степень защиты от поражений электрическим током - Класс 1 Степень защиты от воздействия окружающей среды - IPX5 Габаритные размеры (длина, ширина, высота) - 2240х975х700 мм Вес (не более) - 130 кг Материал корпуса ванны - стеклопластик |
|
|
УЛЬТРА |
Емкость ванны - 190 л Полезный объем ванны - 170 л Время наполнения ванны при давлении в водосети 5 Bar - 8 мин Время слива воды из ванны - 8 мин Слив-перелив полуавтомат - ? 50 мм Подвод горячей и холодной воды - G 1/2 Напряжение - 220 В Степень защиты от поражений электрическим током - Класс 1 Степень защиты от воздействия окружающей среды - IPX5 Габаритные размеры длина, ширина, высота - 1560х860х760 мм Вес не более - 79 кг Материал корпуса ванны - стеклопластик |
|
|
ВУЛКАН |
Емкость ванны - 300 л Полезный объем ванны - 200 л Время наполнения ванны при давлении в водосети 5 Bar - 4 мин Время слива воды из ванны при сливном отверстии ? 75 - 4 мин Система слива - сливная пробка - ? 50 - 75 мм, по желанию заказчика Подвод горячей и холодной воды - G 3/4 Напряжение - 220 В Степень защиты от поражений электрическим током - Класс 1 Степень защиты от воздействия окружающей среды - IPX5 Габаритные размеры длина, ширина, высота - 2070х870х790 мм Вес не более - 120 кг Материал корпуса ванны - стеклопластик |
Исходя из данных таблицы ванна Вулкан является оптимальным аппаратом обладая быстрым временем слива и наполнения ванны водой (4 минуты время наполнения, 4 минуты время слива) по сравнению с ванной Ультра (8 минут время наполнения, 8 минут время слива), оптимальной массой в 120 кг. и относительным полезным объёмом в 200 л.
Анализ технического задания
Разрабатываемым прибором является блок управления для бальнеологической ванны. Блок управления должен регулировать: 8 уровней интенсивности для процедуры "Светотерапия" рассчитанная на 32 лампы, впуск добавочной воды (углекислой, универсальной), 5 гидромассажных форсунок.
Изделие применяется для проведения профилактических и лечебно-массажных процедур для реабилитации организма при заболеваниях и травмах опорно-двигательного аппарата и периферической нервной системы, неврастении, вегетососудистой дистонии, кожных заболеваний, вялогранулирующих ран и т.п. Аппарат должен обладать степенью защиты от поражений электрическим током - Класс 1, степенью защиты от воздействия окружающей среды - IPX5.
Последовательность действий для данного прибора:
1. Выбор впуска добавочной воды (углекислой, универсальной)
2. Включение или отключение гидромассажных форсунок
3. Выбор интенсивности для процедуры "Светотерапия"
Разрабатываемый прибор, согласно техническому заданию, будет питаться от сети 220В, 50 Гц.
Разработка структурной схемы
Электрическая структурная схема отражает основные функциональные части изделия (элементы, устройства, функциональные группы), их назначение и связи.
Таблица 2
|
№ |
Структурный блок прибора |
Функция прибора |
|
|
1 |
Источник питания |
Преобразование напряжения от сети в необходимое напряжения для питания элементной базы |
|
|
2 |
Стабилизатор |
Преобразует напряжения 12В в 5В |
|
|
3 |
Блок управления на основе микроконтроллера |
Управление режимами аппарата |
|
|
4 |
Дисплей аппарата |
Отображение режимов работы аппарата |
|
|
5 |
Клавиатура аппарата |
Ввод параметров |
|
|
6 |
Двигатель для управления форсункой универсальной воды |
Управление впуском универсальной воды |
|
|
7 |
Двигатель для управления форсункой углекислой воды |
Управление впуском углекислой воды |
|
|
8 |
Двигатель для управления гидромассажной форсункой |
Управление гидромассажем |
Блок управления на основе микроконтроллера управляет всем аппаратом. Через клавиатуру аппарата вводятся необходимые параметры которые отображаются на дисплее. Выбирая определённые функции с помощью клавиатуры осуществляется управления тремя видами форсунок и процедурой "Светотерапия".
Рисунок 1 - Схема электрическая структурная.
Разработка схемы электрической принципиальной
Схема электрическая принципиальная - схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия. Данная схема отражает взаимные связи между отдельными электрическими компонентами, устройствами, аппаратами или приборами с учетом принципа действия и последовательности работы отдельных ее элементов.
Схема электрическая принципиальная разрабатывается на основе технического задания, структурной или функциональной схемы устройства.
Разрабатываемый прибор, согласно техническому заданию, будет питаться от сети 220В, 50 Гц.
Для питания элементной базы, согласно структурной схеме и техническим описаниям элементов, нам понадобятся два уровня напряжений: 5В и 12В. Учитывая вышесказанное будем использовать данную схему представленную на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема источника питания [источник].
1. Трансформатор Т1 - преобразование напряжения от сети;
2. Диодный мост VD1 - выпрямление напряжения;
3. Конденсатор С3 - сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения;
4. Диоды VD2 и VD3 - защита для предотвращения разряда конденсаторов С3 и С4 от незначительного тока утечки в регуляторе LM338;
5. Конденсатор C6 - фильтрация высокочастотной составляющей блока питания;
6. DA1 и DA2 - стабилизаторы напряжения;
Для 12В схемы источника питания возьмем следующие элементы:
1. Трансформатор Low Voltage - P. C. Board Mount 229C16 - преобразование 220/16 В;
2. Диодный мост BGX50A - выпрямление напряжения;
3. Стабилизатор напряжения LM338 на 12В и LM7805 на 5В;
В качестве управляющего устройства был выбран 8-битный микроконтроллер Atmega328 на 23 порта, из них 19 являются программируемыми портами ввода/вывода. Данная микросхема имеет 32 кб флэш памяти, 1 кб ЭСППЗУ и 2 кб статической ОЗУ и скорость вычислительного ядра 20 МГц.
В качестве дисплея был взят LCD 1602. Дисплей подключен к питанию 5 В, и к МК через 6 пинов.
В качестве клавиатуры используются четыре кнопки: "UP", "DOWN", "LEFT", "RIGHT" находящиеся на плате устройства. Схема подключения данного экране представлена на рисунке 3. [3]
Рисунок 3 - Схема подключения LCD 1602 к микроконтроллеру
Для управления форсунками используются шаговые двигатели. К каждому двигателю подключены реле соединённые через коннекторы (X1, X2, X3) к блоку управления бальнеологической ванной. Схема подключения представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Схема подключения шаговых двигателей к микропонтроллеру
Для реализации процедуры "Светотерапия" взят мощный полевой транзистор IRF540 подключенный на ШИМ микроконтроллера для управления 8 уровнями яркости светодиодов. Схема подключения представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Схема реализации процедуры "Светотерапия"
Конечная схема устройства представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Схема блока питания бальнеологической ванны
Моделирование работы схемы электрической
Разработка топологии и конструкции платы печатной
Основные технические требования к печатным платам
1. Габаритные размеры печатной платы не превышают установленных значений для следующих типов: особо малогабаритных - 60 х 90 мм; малогабаритных - 120 х 180 мм; крупногабаритных - 240 х 360 мм. Толщина печатной платы выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5,3.0 мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм - ±0,15 мм; до 2 мм - ±0,20 мм; до 3 мм - ±0,30 мм.
2. Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751-86 для печатных плат установлено пять классов точности монтажа.
3. Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом 2.5, 1.25, 0.625 мм, а так же 0.5 мм по ГОСТ 10317-79. Минимальные диаметры отверстий, располагаемых в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра вывода навесного элемента, наличия металлизации и толщины платы.
4. Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А /мм2.
5. Сопротивление изоляции зависит от материала диэлектрического основания и характера электрических цепей, для стеклотекстолита оно должно быть не менее 104 МОм.
6. Плотность сцепления печатных проводников с основанием не менее 15 МПа.
7. Допустимый уровень рабочего напряжения зависит от расстояния между проводниками: для 2.4 классов Uраб - до 50 В, для 1 класса Uраб - до 100 В.
8. Контактные площадки должны смачиваться припоем за 3-5 секунд выдерживать не менее 3-х перепаек.
Выбор группы жесткости
На данном этапе определяют условия эксплуатации, хранения и транспортировки РЭС, условия сборки узлов, требования по ремонтопригодности, технологичности, стоимости и т.д.
Затем определяют группу жесткости по климатическим факторам. В соответствии с ГОСТ 23752-79 выделяют 4 группы жесткости (таблица 3).
Таблица 3 - Группы жесткости печатных плат
|
Воздействующий фактор |
Группа жесткости |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Температура окр. среды, ОС |
-25. +55 |
-40. +85 |
-60. +100 |
-60. +120 |
||
|
Относ. влажность, % |
75 |
93 |
98 |
98 |
||
|
Давление кПа, (мм. рт. ст.) |
101 (760) |
53,6 (400) |
53,6 (400) |
0,67 (5) |
Для плат выбрана 2 группа жесткости т.к. блок управления бальнеологической ванной находится в помещении с повышенной влажностью.
Выбор типа ПП
В зависимости от сложности схемы, реализуемой на ПП, а также возможностями технологического оборудования и экономическими критериями выбирают тип ПП: ОПП, ДПП или МПП. При выборе типа ПП следует учитывать, что трудоемкость изготовления ПП приблизительно оценивается пропорцией: ОПП: ДПП: МПП = 1: 4: 20. ОПП наиболее простые и дешевые, но имеют малые коммутационные способности. В современных РЭС наиболее часто используют ДПП и МПП.
Для упрощения компоновочных работ была выбрана двухсторонняя печатная плата.
Выбор класса точности
Класс точности определяет наименьшие минимальные значения основных размеров конструктивных элементов (ширина проводника, расстояние между центрами двух проводников (контактных площадок), ширина гарантийного пояса металлизации контактной площадки и др.). ГОСТ 23751-86 определяет 5 классов точности.
При использовании технологии поверхностного монтажа, а также ИМС высокой степени интеграции необходимо разрабатывать ПП 3 класса точности.
Таблица 4 - Характеристика 3-го класса точности в зависимости от минимальных значений основных размеров конструктивных элементов ПП
|
Параметр |
Класс точности |
|
|
3 |
||
|
Минимальная ширина проводника, t, мм |
0,25 |
|
|
Минимальное расстояние между центрами проводников, S, мм |
0,25 |
|
|
Минимальная ширина гарантийного пояска, B, мм |
0,10 |
|
|
Отношение диаметра минимального отверстия к толщине ПП (г) |
1: 3 |
Выбор материалов ПП
Физико-механические свойства материалов должны удовлетворять установленным ТУ и обеспечивать качественное изготовление ПП в соответствии с типовыми ТП. Для изготовления плат применяют слоистые пластики, в том числе фольгированные диэлектрики, лакированные электрической медной фольгой. В качестве основы в слоистых пластиках используют стеклотекстолиты - спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной смолой и другие материалы. Они отличаются широким диапазоном рабочих температур, низким (0,2-0,8%) водопоглощением, высокими значениями объемного и поверхностного сопротивлений, стойкостью к короблению. Выбор ПП также зависит от технологии изготовления ПП.
В нашем случае в качестве материала для ПП выбираем стеклотекстолит фольгированный, основные характеристики которого представлены в таблице 5.
Таблица 5. - Основные характеристики стеклотекстолита фольгированного
|
Марка |
Толщина |
Область применения |
||
|
Фольги, мкм |
Материала, мм |
|||
|
FR-4 LamPlex |
18 |
1,5 |
ДПП |
Припой ПОС-61.
Лак для выполнения защитных покрытий УР-231.
Выбор размеров и конструкции ПП
Предварительный выбор размеров и конфигурации ПП выполняется на стадии компоновочного расчета.
Размеры и конфигурация ПП определяется конструктивными параметрами блоков ЭА более высокой иерархии. При выборе размеров ПП необходимо придерживаться принципа - максимальное количество связей выполнять с помощью печатного монтажа и даже внутри корпусов ИМС и т.п.
Быстродействие, установочные размеры, эксплуатационные характеристики, технологические особенности, автоматизация и т.п. - также влияют на выбор размеров и конфигурации ПП. Необходимо выбирать размеры и конфигурацию ПП по ГОСТ 10317-79.
Толщину ПП определяют в зависимости от механических нагрузок на ПП.
|
Также определяется диаметром отверстий. |
||
|
Обычно выполняется правило: |
||
|
H = (2/5) ? d 0,Н = (2/5) *3,4=1,36 |
(1) |
|
|
где H - толщина ПП, d0 - минимальный диаметр отверстий. |
||
|
Для ОПП и ДПП толщина определяется |
||
|
H = HM + n ? hф, Н = 1,36+1*0,05 = 1,41 |
(2) |
где HM - толщина материала основанияn - количество слоев ПП, hф - толщина фольги.
Приближенное значение толщины платы 1,5мм.
Выбор размеров и размещение элементов печатного рисунка
Размеры и конфигурация ПП определяются конструктивными параметрами блоков РЭС более высокой иерархии. При выборе размеров ПП необходимо придерживаться принципа - максимальное количество связей выполнять с помощью печатного монтажа и даже внутри корпусов ИМС и т.п.
Быстродействие, установочные размеры, эксплуатационные характеристики, технологические особенности, автоматизация и т.п. также влияют на выбор размеров и конфигурации ПП. Необходимо выбирать размеры и конфигурацию ПП по ГОСТ 10317-79.
Под компоновкой понимается процесс размещения комплектующих модулей, ИЭТ и деталей РЭС на плоскости или в пространстве с определением основных геометрических форм и размеров, а также ориентировочное определение массы изделия.
Исходными данными для компоновочного расчета являются: перечень элементов и установочные размеры ИЭТ, а именно установочная площадь ИЭТ Sуст,.
Исходные данные для компоновки ПП сведены в таблице 6.
Таблица 6 - Исходные данные для компоновки ПП
|
Тип элемента |
Установочные размеры lуст, мм |
Установочная площадь Sуст, мм2 |
Количество |
|
|
С1-С12 |
1,6Ч2,8 |
53,76 |
12 |
|
|
DA1,DA2 |
4,9Ч10,9 |
106,82 |
2 |
|
|
DD1 |
35,4Ч5,3 |
187,62 |
1 |
|
|
LCD1 |
42,5Ч7,5 |
318,75 |
1 |
|
|
R1-R13 |
1,5Ч2,8 |
54,6 |
13 |
|
|
SB1-SB5 |
6,3Ч6,3 |
198,45 |
5 |
|
|
VD1 |
3,1Ч3 |
9,3 |
1 |
|
|
VD2,VD3 |
5,2Ч2,5 |
26 |
2 |
|
|
VD4-VD6 |
5,7Ч2,9 |
16,53 |
3 |
|
|
VT1-VT4 |
3,1Ч3,1 |
38,83 |
3 |
|
|
VT5 |
10,5Ч16,6 |
174,3 |
1 |
|
|
X1-X3 |
5,1Ч2,5 |
38,25 |
3 |
|
|
X4 |
7,6Ч2,5 |
19 |
1 |
|
|
XV1 |
23,7Ч49,8 |
1180,26 |
1 |
|
|
ZQ1 |
4,9Ч11,3 |
5,37 |
1 |
|
|
Общая сумма |
2214,71 |
13 |
Суммарная площадь, занимаемая всеми ИЭТ:
(3)
где Syi - значение установочной площади i-го элемента; n - количество элементов.
Тогда, подставив числовые значения в формулу 3, получим суммарную площадь, занимаемую всеми ИЭТ:
Sc = 152*2 + 154,3*10 + 750 = 2596,4 мм2
Приблизительная площадь ПП с учетом способа монтажа:
(4)
где kЗ - коэффициент заполнения платы (kЗ=0,3…0,7); m - количество сторон монтажа.
Тогда, подставив числовые значения в формулу 1, получим приблизительную площадь ПП:
Sc = 2214,71 /0,55*1 = 4026,75мм2
По ГОСТ 10317-79, размер каждой стороны печатной платы должны быть кратными:
2,5 при длине до 105 мм;
5,0 при длине до 350 мм;
10,0 при длине более 350 мм.
Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3: 1.
В результате, выбираем следующие окончательные габаритные размеры ПП:
длина 130 мм;
ширина 70 мм.
Трассировка печатных проводников
При создании печатных плат для электронных узлов РЭС обычно используется координатный способ разводки печатных проводников, предусматривающий ортогональные направления проводников на разных сторонах (смежных слоях) платы.
Для выполнения диагональных соединений и предотвращений нежелательного пересечения проводника с ранее проведенными проводниками в конструкцию ПП вводятся специальные переходные отверстия, переводящие проводники на противоположную сторону ПП, на которой трасса продолжается (может быть использовано и монтажное отверстие).
Ортогональное направление трасс позволяет свести к минимуму взаимное влияние проводников, расположенных на разных слоях и упрощает процесс разводки проводников. Возможно также изменение направления трассы под углом 45° или 90° к первоначальному направлению, а также первоначальные сдвиги относительно выбранного направления. Желательно, однако, чтобы трассы не имели форму лесенки, а по возможности приближались к прямой.
Маркировка печатных плат состоит из основной (наносимой обязательно) и дополнительной.
Маркировка выполняется краской, устойчивой к воздействию нейтральных растворителей или способом, которым выполняется проводящий рисунок.
Основная маркировка должна содержать:
? обозначение печатной платы или ее условный шифр;
? дату изготовления;
? буквенно-цифровое обозначение слоя МПП.
Дополнительной маркировкой по необходимости могут быть нанесены на ПП: позиционное обозначение навесных ИЭТ; изображение контуров навесных ИЭТ; цифровое обозначение первого вывода ИЭТ, контрольных точек; обозначение положительного вывода полярного ИЭТ (знак "+") и др.
Место расположения и данные по маркировке должны быть указаны на чертеже ПП в соответствии с ГОСТ 2.314-68
Разработка конструкции устройства
Целью расчета электромагнитной совместимости является определение работоспособности устройства в условиях воздействия помех в линиях связи, а также внешних электромагнитных полей.
Вблизи источника излучения, на расстоянии менее длины волны, электромагнитное поле имеет одну преобладающую составляющую - магнитную или электрическую. Если принять во внимание, что расстояния внутри РЭА между элементами, которые могут быть связаны электромагнитным полем, исчисляются долями и единицами сантиметра, то для частоты ниже СВЧ диапазона задача экранирования от внутренних источников сводится к экранированию по магнитной или электрической составляющей.
Защита РЭА от внешних полей состоит в решении задачи экранирования плоской волны, так как источник излучения может находиться на значительном удалении. На расстояниях более пяти длин волн поле можно рассматривать как плоскую волну, в которой энергия распределена приблизительно между магнитной и электрической составляющими.
Хотя эффективность экрана сильно зависит от типа поля, существуют общие показатели отражения и поглощения. Когда энергия поля падает на экран, часть ее отражается от внешней поверхности, часть поглощается материалом экрана, а остальная энергия проходит сквозь экран.
Эффективность экрана S, оцениваемая в децибелах, как относительное ослабление поля действием экрана, может быть рассчитана по формуле:
S = Sо + Sп,
где Sо - потери на отражение, дБ;
Sп - потери на поглощение, дБ.
Величиной вторичного отражения поля от внутренней границы "экран - среда за экраном" пренебрегают вследствие ее малости.
В зависимости от того, что действует на экран: электрическое поле (Е), магнитное (Н), или плоская волна (Р), различают три вида потерь на отражение: Sоэ, Sом, Sоп.
Отражение от экрана обусловлено различием тепловых сопротивлений среды, где распространяется поле, и экрана, подобно тому, как это происходит в линии, нагрузка которой не равна ее волновому сопротивлению. Когда это различие велико, потери на отражение значительны.
На низких частотах возможно хорошее экранирование электрического поля благодаря большим потерям на отражение Sоэ, тогда как потери на поглощение пренебрежительно малы. На высоких частотах для электрического поля характерна обратная картина: малые потери на отражение, но большие потери на поглощение. В экране недопустимы щели и отверстия, иначе проникающая внутрь энергия вызовет возбуждение токов утечки на внутренней стороне экрана.
При одинаковой толщине магнитные материалы (сталь и др.) на низкой частоте имеют потери на поглощение большие, чем немагнитные (медь). Для этого случая экран должен быть изготовлен из относительно толстого материала с высокой магнитной проницаемостью.
С повышением частоты эффективность экранирования от внешнего источника возрастает.
На рисунке 3.9 приведена классификация электромагнитных экранов.
Для электромагнитного экранирования используются тонколистовые и фольгированные материалы (таблица 3.11).
При оценке экранирования функциональных узлов в проектируемом устройстве выделяются узлы наиболее ответственные, с точки зрения электромагнитной совместимости, и определяется уровень подавления помех, при котором будет обеспечено нормальное функционирование устройства. Выделяются также основные источники помех.
Рисунок 7 - Классификация электромагнитных экранов
r - расстояние от излучателя до экрана;
л - длина волны помехи.
Таблица 7
|
Материал |
Удельная проводимость у, См/м 10-7 |
Относительная магнитная проницаемость мr |
|
|
Алюминий Латунь Медь Серебро Железо Никель Сталь Пермаллой |
3,54 1,25 5,8 6,2 1,0 1,38 0,66 0,42 |
1 1 1 1 1100…22000 12…80 150 80…8000 |
Ослабление Sоэ электрического поля отражением определяется из уравнения
(5)
где Gэ - относительная электропроводимость материала экрана;
fп - частота поля помехи, Гц;
r - расстояние между источником наводки и экраном, мм, равное 25 мм.
Для железного экрана исходные данные:
относительная электропроводимость Gэ0, 10;
магнитная проницаемость м1100…2200;
частота помехи fп, Гц50.
Подставляя в формулу (5) указанные величины, имеем:
Потери на поглощение энергии поля помехи в материале экрана определяются по формуле
(6)
где d - толщина материала, равная 1 мм.
Подставляя в формулу (6) численные значения, получим
Как видно из результатов расчета, полученные значения эффективности экрана для частот 50 Гц превышают заданное значение ослабления поля помехи, чем обеспечивается внутриаппаратурная электромагнитная совместимость разрабатываемого прибора.
Разработка функционального алгоритма и программы микропроцессорного блока
Наиболее удобным способом записи алгоритма является запись на языке блок-схем - набора символов (блоков различной формы), краткого пояснительного текста и соединяющих линий (линий потока данных или потока управления). Каждый элемент является шагом алгоритма. Основное достоинство такой формы представления - наглядность: блок-схема позволяет охватить весь алгоритм сразу, отследить различные варианты его выполнения. Однако в блок - схеме, как правило, отсутствует подробное описание конкретных действий - их существование лишь обозначено.
Правила выполнения блок-схем определяются следующими документами:
ГОСТ 19.002-80. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения. [9]
ГОСТ 19.003-80. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические. [10]
ГОСТ 19.701-90. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. [11]
По составленному алгоритму можно написать программу управления микропроцессорным блоком. Для написания программы использовалось средство разработки Arduino. Программа написана на языке C.
Для упрощения разработки программы и добавления необходимого функционала, подключим следующую библиотеку - LiquidCrystal. h для работы с текстовыми жидкокристаллическими экранами.
Для реализации процедуры "Светотерапия" используется PWM выход с определённой настройкой параметров.
Далее необходимо задать параметры портов ввода/вывода.
На порт PC5 у нас подключены кнопки "LEFT", "RIGHT", "UP", "DOWN". Кнопки подключены таким образом, что при нажатии на них на вывод микроконтроллера придет определённое напряжение которое приведено в таблице 3. После выполнения команды типа analogRead (0) можно узнать какая из кнопок нажата. Если не нажата ни одна из кнопок на pin PC5 подается через подтягивающий резистор R5 напряжение 5В.
Таблица 8 - Значение напряжений для кнопок
|
Кнопка |
PB2, PB3, PB4, PB5 |
|
|
LEFT |
2,01 В |
|
|
DOWN |
1,26 В |
|
|
UP |
0,49 В |
|
|
RIGHT |
0,00 В |
На порты PD2, PD3, PB7, PD5 - PD7, PB0 подключен LCD дисплей с матрицей 16х2 символов. Дальнейшая настройка и работа с дисплеем происходит с помощью библиотеки LiquidCrystal. h.
В теле программы напишем код для вывода основных надписей:
1) в первой строке будет выводиться "Choose option: " для выбора определённых параметров;
2) во второй строке будут выводиться настраиваемые параметры.
Таблица 8 - пример отображения информации на LCD дисплее.
|
С |
h |
o |
o |
s |
e |
O |
p |
t |
i |
o |
n |
: |
||
|
F |
U |
G |
O |
f |
f |
Листинг программы см. Приложение Б.
Заключение
В результате работы над курсовым проектом был разработан блок управления для бальнеологической ванны, который отвечает всем требованиям технического задания.
В процессе работы над курсовым проектом разработано техническое задание, на основании которого и проектировалось устройство, произведён литературный обзор аналогичных устройств, анализ технического задания, описан принцип работы устройства, обоснованы и выбраны комплектующие, на основе описания работы устройства разработана структурная схема, на основе структурной схемы и предварительных расчётов разработана схема электрическая принципиальная, построен алгоритм работы микропроцессорного блока, на основе алгоритма разработан программный код работы данного устройства.
Данное устройство разработано с учетом современных требований конструирования РЭС, основными требованиями выступают следующие:
обеспечение минимальных габаритов устройства;
простота и удобство в эксплуатации;
ремонтопригодность;
надежность;
безопасность при использовании.
Аппарат обладает степенью защиты от поражений электрическим током - Класс 1, степенью защиты от воздействия окружающей среды - IPX5.
Результатом разработки явилась пояснительная записка.
Список используемой литературы
[1] "Бальнеологическое лечение", статья доктора Федотова [Электронный ресурс] - http://www.medeffect.ru/so/prof-0025. shtml.
[2] Сравнительный анализ имеющихся на рынке устройств [Электронный ресурс] - http://www.8a.ru/print/32281. php.
[3] Схема подключения LCD Keypad Shield к микроконтроллеру. Даташит [Электронный ресурс] - http://robotics.nethouse.ru/static/doc/0000/ 0000/0096/96879.3pp7xmpcm3. pdf.
[4] Транзисторы семейства 2N2222. Даташит.
[5] Примеры оформления чертежей и плакатов [Электронный ресурс] - http://www.bsuir. by/online/showpage. jsp? PageID=93390&resID=100229&lang=ru&menuItemID=102722.
[6] Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. [Электронный ресурс] - http://www.bsuir. by/ru/kaf-etit/davydov-m-v.
[7] (ЕСКД ГОСТ 2.001-93) [Электронный ресурс] - http://www.propro.ru/graphbook/eskd/eskd/gost/2_001. htm.
[8] ГОСТ 19.002-80.
[9] ГОСТ 19.003-80.
[10] ГОСТ 19.701-90.
Приложение
#include <LiquidCrystal. h>
// initialize the library with the numbers of the interface pins
LiquidCrystal lcd (8, 9, 4, 5, 6,7);
char* option [] = {"FUG", "FUN", "Gidromassag", "Svetoterapiya"}; // i
char* FUG [] = {"Off", "On"}; // s
char* FUN [] = {"Off", "On"}; // r
char* Gidromassag [] = {"Off", "On"}; // a
int Svetoterapiya [] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}; // t
int i = 0, t = 0, svetoterapiya_pwm = 0;
boolean s = false;
boolean r = false;
boolean a = false;
byte UpDown [8] = {
0b00100,0b01010,0b10001,0b00000,0b00000,0b10001,0b01010,0b00100
};
int key () {
int val = analogRead (0);
Serial. println (val);
if (val < 50) return 5;
else if (val < 150) return 3;
else if (val < 350) return 4;
else if (val < 500) return 2;
else if (val < 800) return 1;
delay (50);
}
void key_func () {
switch (key ()) {
case 4:
lcd. clear ();
i = i + 1;
delay (100);
if (i > 3) i = 0;
break;
case 3:
lcd. clear ();
i = i - 1;
delay (100);
if (i < 0) i = 3;
break;
case 2:
lcd. clear ();
on_off ();
if (i == 3) t--;
delay (100);
if (t < 0) t = 8;
break;
case 5:
lcd. clear ();
on_off ();
delay (100);
if (i == 3) t++;
if (t > 8) t = 0;
break;
}
}
void i_func () {
switch (i)
{
case 0:
lcd. setCursor (10, 1);
lcd. print (FUG [s]);
break;
case 1:
lcd. setCursor (10, 1);
lcd. print (FUN [r]);
break;
case 2:
lcd. setCursor (12, 1);
lcd. print (Gidromassag [a]);
break;
case 3:
lcd. setCursor (14, 1);
lcd. print (Svetoterapiya [t]);
break;
}
}
void on_off_func () {
if (s == true) digitalWrite (13, HIGH);
else digitalWrite (13, LOW);
if (r == true) digitalWrite (12, HIGH);
else digitalWrite (12, LOW);
if (a == true) digitalWrite (11, HIGH);
else digitalWrite (11, LOW);
}
void on_off () {
if (i == 0) s =! s;
if (i == 1) r =! r;
if (i == 2) a =! a;
}
void svetoterapiya_func () {
svetoterapiya_pwm = t*31;
analogWrite (3, svetoterapiya_pwm);
}
// // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // /
// // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // /
void setup ()
{
Serial. begin (9600);
pinMode (3, OUTPUT);
pinMode (11, OUTPUT);
pinMode (12, OUTPUT);
pinMode (13, OUTPUT);
lcd. createChar (0, UpDown);
lcd. begin (16,2);
pinMode (6, OUTPUT);
}
// // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // //
// // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // // //
void loop ()
{
lcd. setCursor (0, 0);
lcd. print ("Choose option: ");
lcd. setCursor (15, 0);
lcd. write (byte (0));
lcd. setCursor (0, 1);
lcd. print (option [i]);
key_func ();
i_func ();
on_off_func ();
svetoterapiya_func ();
}
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принцип работы схемы электрической принципиальной регулируемого двухполярного блока питания. Выбор типа и элементов печатной платы и метода ее изготовления. Разработка топологии и компоновки печатного узла. Ориентировочный расчет надежности устройства.
курсовая работа [277,6 K], добавлен 20.12.2012Выбор конструкции, материалов и покрытий. Расчет теплового режима. Расчет платы на ударопрочность и вибропрочность. Определение допустимой длины проводников печатной платы. Анализ технологичности оригинальных деталей. Технология общей сборки блока.
дипломная работа [429,6 K], добавлен 25.05.2012Построение принципиальной схемы ультразвукового измерителя расстояния. Конструкция электронного блока. Вычисление выводов навесного элемента и печатной платы на жесткость, статическую и динамическую прочность; расчет тепловой характеристики блока.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 12.02.2012Конструкция печатного узла. Технология его изготовления с максимальным использованием монтажа на поверхность, что позволит провести быстрый ремонт за счет замены неисправного блока на исправный. Чертежи схемы электрической принципиальной и печатной платы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.02.2011Основные параметры схемы электрического принципиального блока управления стабилизатора переменного напряжения. Технология изготовления печатных плат, их трассировка и компоновка. Расчет себестоимости блока управления стабилизатора переменного напряжения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2014Создание графического обозначения электрорадиоэлементов. Разработка посадочного места на печатной плате для монтажа элементов. Упаковка выводов конструктивных элементов радиоэлектронных средств. Автоматическая трассировка проводников печатной платы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.05.2012Блок изделия и электрическая принципиальная схема. Экономическое обоснование варианта сборки блока. Разработка технологического процесса изготовления печатной платы. Выбор технологического оборудования и оснастки. Система автоматизации при производстве.
курсовая работа [523,8 K], добавлен 07.06.2021Основное предназначение микроконтроллера PIC18F2550. Этапы изготовления микропроцессорного блока. Анализ микросхемы, предназначенной для обработки цифровой информации в соответствии с заданной программой. Характеристика принципиальной электрической схемы.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 07.06.2012Разработка структурной и принципиальной схемы, проектирование изготовления печатной платы. Расчёт потребляемой мощности и температурного режима блока, проектирование его корпуса. Чертёж основания блока устройства и сборочный чертёж блока устройства.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.11.2012Анализ электрической принципиальной схемы. Конструктивный расчет платы: исходные данные для расчета шага размещения, размеров зоны расположения интегральной схемы и платы. Интерактивное размещение и трассировка. Создание графического начертания элементов.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.12.2012Конструкция современной ЭВМ. Требования по условиям эксплуатации. Интегральные микросхемы, используемые в печатной плате. Разработка конструкции блока. Задачи компоновки и покрытия. Критерии оптимального размещения модулей. Расчет теплового режима.
курсовая работа [609,6 K], добавлен 16.08.2012Назначение и условия эксплуатации импульсного блока питания. Разработка конструкции печатной платы и печатного узла. Разработка техпроцесса на сборку монтажа. Выбор и обоснование основных и вспомогательных материалов. Анализ технологичности конструкции.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 03.04.2010Конструкторский анализ схемы установки. Компоновка и трассировка печатной платы. Расчет надежности, вероятностей безотказной работы, минимальной ширины проводников и диаметров контактных площадок. Конструктивно-технологический расчет печатного монтажа.
курсовая работа [270,2 K], добавлен 20.02.2013Выбор материала и типа конструкции для производства двусторонней печатной платы, определение класса ее точности. Позитивный фотохимический способ изготовления и нахождение размеров печатной платы, допустимые паразитные параметры и длина проводников.
курсовая работа [103,7 K], добавлен 07.10.2010Описание работы блока управления привода Fm-Stepdrive по схеме электрической структурной, необходимость её модернизации. Расчет временных соотношений командного цикла и надежности модернизированной схемы блока управления, выбор её элементной базы.
курсовая работа [573,5 K], добавлен 13.03.2014Разработка функциональной и принципиальной схемы блока управления контактором и расчет силовой части устройства. Расчет параметров силового транзистора и элементов блока драйвера. Выбор микроконтроллера и вычисление параметров программного обеспечения.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 16.12.2011Разработка печатной платы коммутатора нагрузки на оптоэлектронном реле. Выбор метода изготовления печатной платы. Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы, температуры в центре нагретой зоны печатной платы и ее расчет на вибропрочность.
курсовая работа [880,5 K], добавлен 31.05.2023Анализ электрической принципиальной схемы блока выравнивания порядков и сдвига мантисс. Выбор защитного покрытия проводников и контактных площадок. Выбор материала защитного покрытия печатной платы. Расчёт монтажных отверстий и контактных площадок.
курсовая работа [638,6 K], добавлен 19.12.2014Сущность и основные понятия печатного монтажа. Требования к оформлению конструкторской документации. Структура сеток и контактных площадок, строение проводников различных размеров. Изображение на чертеже габаритных размеров платы и ее составляющих.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 13.08.2011Разработка блока управления сигнализацией для охраны частного подворья на 8 объектов. Расчет конструкции печатного узла и описание технологического процесса его изготовления. Определение надежности системы и ее расчет на действие вибрации или удара.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.06.2013
