Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

сторожевой устройство радиоэлектронный плата

Датчик движения - простое и неприметное устройство, которое приводит в работу любой прибор на установленный интервал времени при фиксировании движения.

Охрана объекта, организованная при помощи технических средств, более надежна, так как на нее оказывает минимальное влияние человеческий фактор. В последнее время, с развитием информационных и коммуникационных технологий, такие средства становятся доступными рядовому потребителю. Особой популярностью пользуются различные модели извещателей и ИК детекторов движения. Большое количество моделей различных производителей дают возможность выбора технических параметров наиболее подходящих к определенным условиям эксплуатации и особенностям охраняемого участка.

За основу устройства взят экономичный ИК датчик движения LX-02 (торговая марка "YUSING"), как один из наиболее дешевых. Он собран в едином корпусе на двух печатных платах. На первой размещены пироэлектрический и фотоэлектрический датчики с соответствующими элементами и выходной электронный коммутатор. На второй -- сетевой блок питания с гасящим конденсатором и исполнительное электромагнитное реле, управляемое коммутатором.

Когда человек попадает в зону действия пироэлектрического датчика, реле срабатывает и подключает осветительный или другой сигнальный прибор к сети. После ухода человека из зоны датчик через определенное время выключает реле.

Время задержки выключения можно устанавливать в пределах от 5 с до 11 мин после последнего обнаружения объекта. Следует отметить, что пиродатчик реагирует только на движущегося человека. Фотодатчик позволяет отрегулировать устройство так, чтобы оно не срабатывало в дневное время или при нормальной освещенности зоны обнаружения. На плате датчиков для этой цели предусмотрены подстроечные резисторы. Плата датчиков соединена с платой блока питания тремя проводами -- плюсовым, общим и выходным, промаркированными соответственно "+", "-" и "К". Для переделки датчика движения в сторожевое устройство плату блока питания удаляют и на ее место устанавливают плату с деталями этого устройства. Таким образом, большинство элементов сторожа оказываются размещенными в корпусе датчика.

В ходе разработки курсового проекта, изучим схему электрическую принципиальную, проведем анализ ЭРЭ и остальных деталей, а так же разработаем полную конструкцию устройства.

1.СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1Описание работы схемы[5]

Исходная схема строжевого устройства электрическая принципиальная показана на рисунке 1.1.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран триггер Шмитта, который служит для формирования крутого перепада напряжения, на элементах DD1.3, DD1.4 -- формирователь импульса обнуления D-триггера DD2.1. Микросхема DA2 по основному назначению представляет собой контроллер ЭПРА, содержащий встроенный RC-генератор.

Все узлы устройства, в том числе и смонтированные на плате датчиков, питаются от восьмивольтного стабилизатора напряжения DA1. Транзистор VT1 включает мощный звукоизлучатель НА1.

Светодиод HL1 служит для индикации режима работы устройства. Питает сторожевое устройство сетевой блок питания с выходным напряжением 12... 15 В или резервная аккумуляторная батарея GB1, подключенные через разделительные диоды VD2, VD3.

Рисунок 1.1 - Исходная схема электрическая принципиальная

После подачи питающего напряжения начинается зарядка конденсатора С2. В этот момент на входе элемента DD1.3, а значит, и на выходе элемента DD1.4 будет высокий уровень. Он переведет триггер DD2.1 в нулевое состояние и на некоторое время запретит запись информации в этот триггер.

На инверсном выходе триггера будет высокий логический уровень, конденсатор С4 останется разряженным, поэтому высокий уровень будет и на входе FV контроллера DA2. В результате на выходах контроллера напряжение будет близким к нулю. Полевой транзистор VT1 закрыт.

Пока конденсатор С2 заряжается, устройство не реагирует на сигналы от пироэлектрического датчика, а светодиод HL1 включен, сигнализируя о том, что оно находится в режиме ожидания. За это время необходимо покинуть охраняемое помещение. Погасание светодиода означает, что сторож перешел в режим охраны.

При появлении теплокровного объекта в зоне чувствительности датчика примерно на 5 с после последней фиксации объекта на выходе коммутатора блока датчиков устанавливается низкий уровень. Так как за время ожиданияконденсатор С1 зарядился (через резисторы R2, R4), то начнется его разрядка через резистор R2 и коммутатор датчика. Время разрядки конденсатора С1 выбрано несколько большим пяти секунд для того, чтобы повысить помехоустойчивость устройства. Таким образом, объект должен двигаться в зоне чувствительности датчика несколько секунд.

Если низкий уровень на выходе коммутатора продлится более 1...8 с, то конденсатор С1 разрядится до низкого уровня на входе триггера Шмитта DD1.1, DD1.2, он переключится и на входе С D-триггера DD2.1 низкий уровень сменится высоким. Триггер переключится в единичное состояние, и на его инверсном выходе появится низкий уровень. Разряженный конденсатор С4 начнет заряжаться. Время на его зарядку необходимо для того, чтобы хозяин имел возможность отключить сторожевое устройство до момента перехода его в режим "Тревога".

По мере зарядки конденсатора С4 напряжение на входе FV контроллера DA2 будет уменьшаться. Как только оно достигнет низкого уровня, на выходах контроллера появятся прямоугольные импульсы частотой около 1 кГц. С выхода О1 они поступят на затвор полевого транзистора VT1, и зазвучит сигнал тревоги.

Чтобы ограничить по времени длительность сигнала тревоги, введена цепь VD1R5. Через нее импульсы напряжения с выхода О2 контроллера начинают разряжать конденсатор С2. Когда напряжение на резисторе R6 достигнет высокого уровня, формирователь DD1.3, DD1.4 переключится, высокий уровень с выхода элемента DD1.4 переведет триггер DD2.1 обратно в нулевое состояние и на его инверсном выходе снова будет высокий уровень. Светодиод HL1 включится, сигнализируя о том, что устройство находится в режиме ожидания.

Конденсатор С4 начнет разряжаться, и через некоторое время на входе FV контроллера появится высокий уровень, звуковой сигнал прекратится. К этому моменту конденсатор С2 разрядится, на входе R триггера будет низкий уровень и сторож вернется в режим охраны.

Для указанных на схеме номиналов элементов время ожидания равно примерно 100с, задержка подачи сигнала после обнаружения объекта -- около 50 с, длительность звучания сигнала тревоги -- 4...5 мин. Ток, потребляемый устройством в режиме охраны, -- 5...6 мА.

В устройстве можно применить любой переключательный низковольтный полевой транзистор с n-каналом и изолированным затвором, у которого сопротивление открытого канала не превышает 1 Ом. Диод VD1 -- любой из серий КД522, КД521, КД102. Светодиод -- малогабаритный сверхъяркий, который уже при токе 0.5...1 мА способен обеспечить требуемую яркость свечения.

Разделительные диоды VD2, VD3 подойдут любые малогабаритные выпрямительные, желательно с барьером Шотки, которые выдерживают ток, потребляемый устройством. Разъем Х1 годится любой.

Звукоизлучателем может служить одна или две последовательно включенные динамические головки общим сопротивлением от 8 Ом и более. Головки являются главным потребителем тока, поэтому и определяют выбор блока питания, диодов VD2, VD3 и батареи аккумуляторов GB1.

Все детали сторожа, кроме динамической головки, светодиода и батареи аккумуляторов, размещены на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 0,5 мм. Чертеж платы показан на рис. 2. Выводы деталей припаяны непосредственно к печатным проводникам; никаких отверстий в ней не предусмотрено. Собранную плату размещают в корпусе датчика движения взамен платы блока питания. С внешними элементами ее соединяют проводниками с разъемом Х1.

Следует отметить, что резервная аккумуляторная батарея GB1 в устройстве работает только на разрядку. Поэтому необходимо контролировать ее напряжение и вовремя заряжать.

Перед налаживанием движки обоих регуляторов на плате датчиков поворачивают в положение минимума (по стрелке-указателю). Далее устанавливают, если необходимо, временные задержки: от момента включения до перехода в режим охраны подборкой конденсатора С2, а от момента срабатывания датчика до сигнала тревоги -- С4. Высоту звука сигнала тревоги можно корректировать подборкой резистора R9, а ограничить громкость звучания -- включением последовательно с динамической головкой токоограничивающего резистора.

В тех случаях, когда требуется, чтобы сигнал тревоги звучал сразу после обнаружения движущегося объекта, конденсаторы С1 и С4 исключают, а резисторы R2 и R7 заменяют перемычками. Если в качестве исполнительного элемента необходимо использовать какое-либо устройство, требующее постоянного напряжения питания (например, реле), контроллер DA2 можно удалить, соединив затвор полевого транзистора VT1 с прямым выходом триггера DD2.

Устройство устанавливают в таком месте, чтобы оно было по возможности незаметным и контролировало пространство, подлежащее охране, двери, окна и т. п. Вблизи сторожа не должно быть источников тепла, на его чувствительные элементы не должны попадать солнечные лучи.

1.2 Составление структурной схемы

Для более наглядного вида работы устройства, составим структурную схему, которая покажет принцип работы разрабатываемой конструкци, а так же облегчит дальнейшее проектирование. Структурная схема охранного устройства показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Структурная схема

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор элементной базы

Резисторы:

R1, R9марки С2-23-0,125Вт-100кОм-5%

R2марки С2-23-0,125Вт-51кОм-5%

R3марки С2-23-0,125Вт-750кОм-5%

R4марки С2-23-0,125Вт-30кОм-5%

R5, R7марки С2-23-0,125Вт-390кОм-5%

R6марки С2-23-0,125Вт-1,5МОм-5%

R8марки С2-23-0,125Вт-10кОм-5%

Рисунок 2.1 - Габаритные размеры резисторов

Вариант установки 010 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,6	0,9	1,8	С18*0,9
2	0,6	0,9	1,8	С18*0,9

Конденсаторы:

С1-С5 марки К50-35мини-16В-100мкФ



Рисунок 2.2 - Габаритные размеры конденсаторов

Вариант установки 180 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,6	0,9	1,8	С18*0,9
2	0,6	0,9	1,8	С18*0,9

С6 марки К50-35-10В-1000мкФ

Рисунок 2.3 - Габаритные размеры конденсатора

Вариант установки 180 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,6	0,9	1,8	С18*0,9
2	0,6	0,9	1,8	С18*0,9

Транзисторы:

VT1 марки IRLR2905

Рисунок 2.4 - Габаритные размеры транзистора

Вариант установки - поверхностный монтаж (SMD)

Микросхемы:

DD1марки К561ЛА7 - 4 логических элемента "2И-НЕ"

Рисунок 2.5 - Габаритные размеры микросхемы

Вариант установки 330по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1-14	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

DD2 марки К561ТМ2 - D-триггер с динамическим управлением

Рисунок 2.6 - Габаритные размеры микросхемы

Вариант установки 330по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1-14	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

DA1 марки 78I08 - стабилизатор напряжения

Рисунок 2.7 - Габаритные размеры стабилизатора

Вариант установки 190 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1-3	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

DA2марки КР1211ЕУ1 - двухтактный контроллер ЭПРА

Рисунок 2.8 - Габаритные размеры микросхемы

Вариант установки 330по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1-8	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

Диоды:

VD1 марки КД522Б

Рисунок 2.9 - Габаритные размеры диода

Вариант установки 010по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,5	0,8	1,6	С16*0,8
2	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

VD2-VD3марки 1N5819 - диоды Шоттки

Рисунок 2.10 - Габаритные размеры диодов

Вариант установки 010по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,9	1,2	2,4	С24*12
2	0,9	1,2	2,4	С24*12

HL1 - марки L-934SRC-E - светодиод красный

Рисунок 2.11 - Габаритные размеры светодиода

Вариант установки 180по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,5	0,8	1,6	С16*0,8
2	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

HA1 - излучатель звукамарки HCM1201A-6,5 Ом - 1,5В

Рисунок 2.12 - Габаритные размеры звукоизлучателя

Вариант установки 180 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1	0,6	0,9	1,8	С18*0,9
2	0,6	0,9	1,8	С18*0,9

SA1 - переключатель марки KN3(B) - 201 - A1

Рисунок 2.13 - Габаритные размеры переключателя

Вариант установки 190 по ГОСТ 29.137-91

№ вывода	ш вывода	ш отверстия	ш КП	Тип
1-3	0,5	0,8	1,6	С16*0,8

Корпус для батареек типа "АА"

Рисунок 2.14 - Габаритные размеры корпуса для батареек

Формовку выводов и установку изделий электронной техники на ПП следует проводить в соответствии с вариантами, приведёнными в таблице 2.1.

Таблица 2.1Установка изделий электронной техники на печатную плату

Типовое конструктивное исполнение	Обозначение варианта формовки и установки	Характеристика ИЭТ
	010	Резисторы, конденсаторы, диоды в цилиндрических и прямоугольных корпусах с двумя выводами
	180	Конденсаторы, диоды,дроссели в прямоугольных и цилиндрических корпусах с двумя выводами
	190	Транзисторы и стабилизаторы в прямоугольных и цилиндрических корпусах с тремя однонаправленными выводами
	330	Микросхемы и другие ИЭТ

2.2 Расчет площади печатной платы

Таблица 2.2Размеры и габариты элементов

Наименование	Кол-во	Длинна L, мм	Ширина B, мм	Диаметр D, мм	Площадь S=L*B, мм2	Площадь N, эл-ов S*N мм2	Диаметр выводов d, мм
Резисторы С2-23-0,125Вт	9	6	2,3	-	13,8	124,2	0,6
Конденсаторы К50-35мини-16В-100мкФ	5	11	-	5	55	275	0,6
Конденсатор К50-35-10В-1000мкФ	1	16	-	10	160	160	0,6
Транзисторы IRLR2905	1	6,8	6,6	-	44,88	44,88	SMD
Микросхема К561ЛА7, К561ТМ2	2	20	7,6	-	152	304	0,5
Стабилизатор напряжения 78I08	1	8	4,9		39,2	39,2	0,5
Микросхема КР1211ЕУ1	1	9,4	6,2	-	58,28	58,28	0,5
Диод КД522Б	1	3,8	-	1,9	7,22	7,22	0,5
Диоды 1N5819	2	5,2	-	2,7	14,04	28,08	0,9
Светодиод L-934SRC-E	1	4,6	-	3	13,8	13,8	0,5
Излучатель звука HCM1201A	1	9	-	12	108	108	0,6
Переключатель KN3-201-A1	1	14,2	8,3	-	117,86	117,86	0,5
Корпус для батареек типа "АА"	1	58	31	-	1798	1798	-

1) Из таблицы получаем суммарную площадь:

2) Определяем установочную площадь всех элементов на плате, если К_уст. = 1,2



3) Определяем площадь ПП, которая необходима для установки элементов с учетом расстояния между элементами и выводами, а так же для обеспечения нормальных тепловых режимов работы по формуле:

К_исп. = 0,9

4) Определяем площадь, необходимую для размещения элементов крепления, принимаем, что плата установлена на 4 - штифта:

5) Определяем общую площадь ПП, она будет состоять из:

6) Исходя из полученной площади, выбираем ширину платы B=80, мм, тогда длинна платы будет L

Из расчета площади печатной платы выяснили, что плата получается прямоугольной формы, так как ширина платы (B) составляет 80 мм, а длинна (L) равна примерно 100 мм.Поэтому получаем печатную плату с габаритами 100х80 мм.

2.3 Особенности компоновки

В результате анализа требований технического задания и конструкторского анализа работы схемы выяснили, что устройство предназначено для эксплуатации в помещениях, при комантной температуре и нормальной влажности. Конструкция крепится к поверхности. Проведя анализ схемы, приняли решение выполнить печатную плату с двухсторонним печатным монтажом, которая будет устанавливаться в корпус, показанный на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 - Габаритные размеры корпуса конструкции

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Конструктивный расчет печатного монтажа

1) Расчет диаметров монтажных отверстий, номинальные значения диаметров монтажных отверстий рассчитывается по формуле (3.1) [2]:

(3.1)

где: d_э. - максимальный диаметр вывода, устанавливаемый ЭРЭ, мм;

?d_н.о. - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r- разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого вывода.

Печатная плата спроектирована по третьему классу точности.

Для допусков ПП третьего класса точности с диаметром (d)? 1 мм нижнее предельное отклонение (?d_н.о.) ? 0,05.

Разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ примем r=0,2 мм.

Для диодов 1N5819:

d_э.= 0,9

Для резисторов С2-23, конденсаторов К50-35мини, конденсатора К50-35, излучателя звука:

d_э.= 0,6

Для микросхем К561ЛА7,К561ТМ2,КР1211ЕУ1, стабилизатора напряжения 78I08, диода КД522Б, светодиода L-934SRC-E и переключателя KN3:

d_э.= 0,5

Таким образом, получили 3 диаметра монтажных отверстий: d=1,2 для диодов 1N5819, d = 0,9 для резисторов С2-23, конденсаторов К50-35мини, конденсатора К50-35, излучателя звука и d = 0,8 для микросхем К561ЛА7,К561ТМ2,

КР1211ЕУ1, стабилизатора напряжения 78I08, диода КД522Б, светодиода L-934SRC-E и переключателя KN3.

2) Расчет диаметров контактных площадок (КП) рассчитывается по формуле (3.2):

(3.2)

где: ?d_в.о. - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b_H - гарантийный поясок, мм;

?t_в.о - верхнее предельное отклонение ширины проводника;

?t_н.о - нижнее предельное отклонение ширины проводника;

д_d - допуск на расположение монтажных отверстий;

д_p.- допуск на расположение контактных площадок;

?d_т.р.- допуск на подтравливание диэлектрика МПП = 0,03

Для допусков ПП третьего класса точности длинной менее 180мм с диаметром монтажного отверстия d?1мм или ?1мм:

3) Расчет ширины печатного проводника рассчитывается по формуле (3.3):

(3.3)

Для допуска ПП третьего класса точности :

t_м.д. = 0,25 мм;

?t_н.о. = -0,05

t = 0,25+|-0,05| = 0,3

4) Расчет расстояния между соседними элементами проводящего рисунка.

Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка рассчитывается по формуле (3.4):

(3.4)

где: S_м.д - минимальное допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка, мм;

?t_в.о- верхнее предельное отклонение ширины проводника;

д₁ - допуск на расположение печатных проводников, мм.

Для допуска ПП третьего класса точности длинной менее 180мм:

S_м.д = 0,25 мм.

?t_в.о=0,03

д₁ = 0,05 мм.

5) Расчет минимального расстояния для прокладки одного проводника между двумя отверстиями с КП D₁,D₂,D₃вычислим минимальное расстояние (3.5):

(3.5)



В ходе конструктивного расчета печатного монтажа, получили: 3 диаметра монтажных отверстий (1,2; 0,9; 0,8) и 3 диаметра контактных площадок (D1=2.38; D=1,46; D=1.36), ширину печатного проводника (t=0,3), расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (S=0,33) и минимальное расстояние для прокладки одного проводника между двумя отверстиями (L1=2,93; L2=2,88; L=2,42).

3.2 Расчет надежности печатной платы

Надежность - одно из важнейших свойств изделий, в том числе электронных устройств, которое определяет их эксплуатационную пригодность. Расчет надежности производился на сайте: http://skr.radioman.ru/depend/orient.php[6]

После окончания расчета стали известны такие параметры как:

интенсивность отказа узла/блока ?=6,375000 час^-1;

среднее время безотказной работы Т_срб=156862,744544 ? 18 лет.

Вид графика вероятности безотказной работы показан на рисунке 3.2.

Интенсивность отказов для:

- пайки ?=0,01*10^-6;

- проводников ?=0,2*10^-6;

- соединителей ?=0,16*10^-6;

- индикаторы ?=0,2*10^-6;

- коммутационные изделия ?=0,39*10^-6.



Рисунок 3.2 - График вероятности безотказной работы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте было спроектировано сторожевое устройство на базе датчика движения. В процессе выполнения проекта была выполнена разработка конструкции радиоэлектронного устройства (рисунок 2.15), составлена структурная схема устройства (рисунок 1.2), разработан чертёж печатной платы, проведены основные конструкторские расчёты, такие как:

- расчет площади печтаной платы, вследствии которого выяснили габариты печатной платы (100х80);

- конструкторские расчеты, в ходе которых получили: 3 диаметра монтажных отверстий (1,2; 0,9; 0,8) и 3 диаметра контактных площадок (D1=2.38; D=1,46; D=1.36), ширину печатного проводника (t=0,3), расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (S=0,33) и минимальное расстояние для прокладки одного проводника между двумя отверстиями (L1=2,93; L2=2,88; L=2,42).

- расчет надежности, который показал интенсивность отказа блока (?=6,375000 час^-1) и среднее время безотказной работы разрабатываемой конструкции (Т_срб=156862,744544? 18 лет).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Выполнение электрических схем по ЕСКД: справочник/ Усатенко С.Т., Каченюк Т. К. Терехова М.В.- М.: Издательство стандартов,1989.-325с.

2. Конструирование радиоэлектронных средств: учеб. для радиотехнич. спец. вузов./ Ненашев А.П.- М.: Высш. шк., 1990.-432с.: ил.

3. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: справочник/ Э.Т. Романычева, А.К. Иванов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой- М.: Радио и связь,1989.

4. Справочник конструктора РЭА. Компоненты, механизмы, надежность./под ред. Р.Г. Варламова-М.: Радио и связь, 1985- 384с.

5. Журнал "Радио" №03 2008 г.: И. Начаев. Сторожевое устройство на базе датчика движения.

6. http://skr.radioman.ru/depend/orient.php - Ориентировочный расчет надежности узлов и блоков РЭС.

Размещено на Allbest.ru

...