Пеленгатор системы радиомониторинга

В зависимости от условий эксплуатации, изготовленные печатные платы защищают от внешних воздействующих факторов, при этом различают: покрытие платы со стороны печатных проводников; двухстороннее покрытие печатной платы, в том числе и компонентов; заливка блока и платы в целом.

5.4 Реализация требований к конструкции приемника

В предыдущем разделе была разработана схема электрическая принципиальная , следующий этап - разработка печатной платы, на которой будет производиться монтаж элементов узлов приемника.

Разработка печатной платы осуществлялась с использованием современных средств проектирования на ПЭВМ в программной среде PCAD 2006.

Применение в рассматриваемом синтезаторе так называемых бескорпусных элементов позволило значительно увеличить плотность упаковки последних, а следовательно, в 5…10 раз уменьшить объём конструкции при одинаковой функциональной сложности по сравнению с узлами, выполняемых на обычных, корпусных элементах.

Печатная плата выполнена на фолгированном стеклотекстолите марки СТПА (зарубежный аналог FR-4) с диэлектрической проницаемостью =4.7.

Плата состоит из восьми слоев, три из которых является экранирующим. Размеры платы составили 100*160 мм.

Несмотря на повышенную плотность монтажа, практически все элементы приемника, расположены на одной (верхней) стороне платы, что является большим преимуществом при настройке и обеспечивает высокую ремонтопригодность блока, причем вторая (нижняя) сторона платы, выполняет роль дополнительного теплоотвода, находясь в непосредственной близости от поверхности корпуса блока синтезатора.

Согласно разработанного технологического процесса, учитывающего условия эксплуатации изделия, на поверхности печатной платы, после изготовления, наносится защитное покрытие, обеспечивающее защиту проводников платы от воздействия внешних факторов. При этом, все применяемые элементы, согласно ТУ на их эксплуатацию, не нуждаются в какой либо дополнительной защите и обеспечивают функционирование изделия в диапазоне температур минус 0… плюс 40.

На плату крепится защитные экраны стопорящимися винтами диаметром 1.6 мм в количестве 20 шт, тем самым обеспечивается множество контактных точек для снижения уровня излучения из щели между платой и корпусом.

С учетом проведенного анализа и синтеза для линейной части приемника было выбрано исполнение в платы СompactPCI 3U (100 х 160 мм) общий вид представлен на рисунке 5.2.

Данная плата размещается в корпусе стандарта 3U представленного на рисунке 5.3



Рисунок 5.2 -Общий вид приемника

Рисунок 5.3 - Корпус стандарта 3U/

6. Технико-экономическое обоснование

6.1 Обоснование целесообразности разработки и выбор аналога

Радиомониторинг -- деятельность по изучению и контролю радиообстановки. Измерения и контроль за радиоэлектронными средствами, предназначенными для передачи (излучения) электромагнитных волн различных диапазонов, с целью обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) различных средств связи, выполнения санитарных норм и законодательных ограничений.

Основным назначением средств радиомониторинга является постоянный или переодический контроль загрузки эфира в широком диапазоне частот, обнаружение и анализ новых излучении, определение местоположения этих источников, оценка их опасности или ценности, выявление непредномеренных или специально организованных радиоканалов утечки информации. Каждая их этих задач - многоэтапная, решается в условиях сложной электромагнитной обстановки и требует использования широкой номенклотуры радиотехнических средств выполняющих определенные функции.

Важной частью любой такой системы является объект разработки данного проекта --пеленгатор системы радиомониторинга.

В настоящее время известно множество типов приемных устройств. Наиболее близкий по своим функциональным параметрам к разрабатываемому является R&S®EB500.

Сравнительные характеристики новой разработки и аналога R&S®EB500 в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Сравнительные характеристики

№ пп	Параметры	Новая разработка	Аналог (R&S®EB500)
1	Диапазон рабочих входных частот, ГГц	0.02-6	0.95-7
2	Минимальный шаг перестройки, МГц	1	10
3	Масса	0,5	7
4	КСВН входа и выходов	1,5	2

6.2 Техническая подготовка производства

Расчет затрат на техническую подготовку производства приведен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Расчет затрат на техническую подготовку

Этап разработки	Исполнитель	Трудоемкость, час.	Часовая ставка, р/час	Ст-ть, руб.
1. Разработка ТЗ, подготовка исходных данных	ведущий инженер	20	284,1	5682
2. Изучение литературы	инженер	10	170,5	1705
3. Выбор конструкции и расчет	ведущий инженер	2	284,1	568,2
	инженер	10	170,5	1705
4.Изготовление макета	инженер	2	170,5	341
5. Подготовка измерительной аппаратуры	инженер	10	170,5	1705
6. Снятие характеристик	инженер	8	170,5	1364
7. Составление отчета	ведущий инженер	5	284,1	1420,5
	инженер	10	170,5	1705
Итого основная заработная плата разработчиков	16195,7
Дополнительная заработная плата	1781,5
Итого	17977,2
Страховые взносы (30,2% от суммы основной и дополнительной заработных плат)	5393,1
Всего	23370,3

Затраты времени на техническую подготовку производства отображен на ленточном графике выполнения работ (рисунок 6.1).

Расчет материалов и комплектующих (Таблица 6.3)

Стоимость покупных комплектующих, на данный момент, составила 9809.06 рублей. Расчет основной заработной платы производственных рабочих (таблице 6.4)



Рисунок 6.1- Ленточный график выполнения работ

Таблица 6.3 - Расчет материалов и комплектующих

Комплектующие изделия и материалы	Марка, тип	Ед. изм.	Кол-во на изделие	Цена за ед.	Ст-ть
Комплектующие
1Розетка	SSMA	шт	1	504.12	504.12
2Вилка	ММCX	шт	1	35.60	35.60
3Микросхема	HMC536LP2	шт	1	1200	1200
4Микросхема	MGA-62563	шт	2	400.81	801.62
5Микросхема	SGC-6489Z	шт	2	704.4	1408.8
6Микросхема	HMC241LP3	шт	4	609.13	2436.52
7Микросхема	HMC536LP2	шт	2	800.50	1601
8Микросхема	SW- 439	шт	1	347.60	347.60
9Конденсатор	2222 912 15763	шт	5	3.40	17
10Конденсатор	2222 912 13676	шт	12	3.40	40.8
11Конденсатор	2222 240 15654	шт	10	3.40	34
12Конденсатор	NFM21PC	шт	6	5	30
13Резистор	2322 705 70203	шт	8	1.20	9.6
14Резистор	2322 705 70562	шт	4	1.20	4.8
15Резистор	2322 705 70101	шт	5	1.20	6
16Резистор	2322 705	шт	14	1.20	16.8
17Индуктивность	EPL2014	шт	2	7	14
18Индуктивность	LQW18AN	шт	1	18	18
19Индуктивность	LQH43MN	шт	4	21	84
20Индуктивность	B82496	шт	3	14	42
Материалы
1. Стеклотекстолит	ГОСТ 12652-74	КГ	0,25	828.00	207
2. Компаунд	К-153 А	Кг	0.1	350	35
3. Припой	ПОС 61	Кг	0.04	120	4.8
4. Флюс нейтральный	ЛТИ 120	Кг	0.02	100	2
5. Хлорное железо	Гост 11159-85	Кг	0.1	100	10
6. Растворитель 646	Гост 18188-72	Кг	0.2	30	6
Итого	8917.06
Траспортно-заготовительные расходы ( 10% от общей суммы затрат на материал)	892
Всего	9809.06

Таблица 6.4 - Расчет основной заработной платы

Вид работ	Трудоемкость, час	Средняя часовая тарифная ставка, руб.	Сумма, руб.
Монтаж	0.5	1000	500
Регулировка	2	1000	2000
Технический контроль	1	1000	1000
Итого основная зарплата	3500

Калькуляция полной себестоимости устройства (таблица 6.5)

Таблица 6.5 - Определение возможной рыночной цены

Наименование статьи калькуляции	Сумма, руб.
1. Сырье и материалы	250
2. Покупные комплектующие изделия	9809.06
Итого	10059.06
3. Основная заработная плата	3500
4. Дополнительная заработная плата (10-15 % )	350
5. Социальные отчисления ( 30,2%)	1050
6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования ( 130%)	4550
7. Цеховые расходы (140 %)	4900
8. Общезаводские расходы ( 100%)	3500
Производственная себестоимость	17850
8. Внепроизводственные расходы ( 5%)	892.5
Полная себестоимость	28801.56

Определение возможной рыночной цены (Таблица 6.6)



Рисунок 6.2-График полной себестоимости

Таблица 6.6 - Определение возможной рыночной цены

Наименование статьи калькуляции	Сумма, руб.
Полная себестоимость	28801.56
Закладываемая прибыль (50 %)	14400.78
Итого, продажная цена без НДС	43202.34
НДС, за вычетом уплаченного НДС по приобретенным материалам и комплектующим табл. 4.2 - 4.3 (18 %)	7776.42
Итого, продажная цена с НДС	50978.76

Расчет эксплуатационных расходов

Определим затраты на электроэнергию по формуле

где W - потребляемая мощность;

Т_эф - время действия в календарный период;

С_к - действующая тарифная ставка (стоимость 1 кВт/ч электроэнергии), С_к = 3,5 руб.

- КПД.

В случае, когда макет пеленгатора будет работать в качестве лабораторной установки 26 часов в неделю, получим Т_эф = 1248 час. в год.

КПД разработанного приемника равен 97%., в то время как аналога равен 80%.

Значит, затраты на электроэнергию для разрабатываемого приемника составят: руб. В то время как затраты на аналог будут составлять: руб.

Средняя зарплата при обслуживании антенн составляет 5% от годового бюджета (таблица 6.7).

Таблица 6.7 - Средняя зарплата при обслуживании антенн

Устройство	Обслуживающий персонал	Месячная ставка	Процент занятости	Зарплата на обслуживании за год, руб
АПС с коррекцией	Лаборант	20000	5	12000
АПС без коррекции	Лаборант	20000	5	12000

Затраты на текущий ремонт макета, в основном, сводятся к замене активного элемента и рассчитываются по формуле

где Ц - стоимость активного элемента;

В - срок службы активного элемента (для АПС с коррекцией В=5000 часов, для R&S®EB500В=4000 часов);

N - количество активных элементов, необходимых на срок службы установки.

Для разрабатываемого приемника: руб.

ДляR&S®EB500:

руб.

Эксплуатационные расходы составляют для разработанного приемника

руб.

ДляR&S®EB500: руб.

Вычисление интегрального стоимостного показателя (Таблица 6.8)

Таблица 6.8 - Вычисление интегрального стоимостного показателя

Наименование статьи калькуляции	Аналог сумма, руб.	Разработка сумма, руб.
Полная себестоимость AC	220000	28801.56
Продажная (покупная) цена Цо	220000	51842.81
Итого, единовременные капитальные затраты К	220000	51842.81
Итого, затраты на эксплуатацию за все время работы изделия Зэ	232072,8	63860,28
Итого, интегральный стоимостный показатель (цена потребления) Ic	1	0.3

Интегральный технико-экономический показатель определяется как

,(9)

где - интегральный технико-экономический показатель;

- интегральный стоимостный показатель (цена потребления).

Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки

,(10)

где - сравнительная технико-экономическая эффективность разработки;

- интегральный технико-экономический показатель разработки;

- интегральный технико-экономический показатель аналога.

Расчет сравнительной технико-экономической эффективности разработки (Таблица 6.9)

Таблица 6.9 - Расчет сравнительной технико-экономической эффективности разработки

№ п/п	Параметры и характеристики	Весовой коэффициент	Аналог	Проект
			показатель	значение	показатель	значение
1	Диапазон рабочих входных частот, ГГц	0.3	1,0	0.3	0.5	0.15
2	Минимальный шаг перестройки, Гц	0.3	1,0	0.3	1	0.3
3	Масса	0.2	1,0	0.2	3.5	0.7
4	КСВН входа и выходов	0.2	1,0	0.2	1.1	0.22
	IT		-	1	-	1.37
	Ic		-	1,0	-	0.8
	Iтэ		-	1	-	1.71
	Эср		-	-	-	1.71

В результате проведенного, в разделе "Технико-экономическое обоснование проекта", анализа, были рассмотрены следующие вопросы:

- состав, продолжительность и стоимость выполняемых работ на этапе проектирования приемника, в результате чего составлен график организации работ во времени и выяснено что общая продолжительность работ составляет 77 часов, а полные затраты составляют 28801.56руб.;

- по исходным данным рассчитано общее необходимое количество и стоимость основных и вспомогательных материалов на этапе изготовления опытного образца приемника, которая составила 250 руб.;

- рассчитана стоимость комплектующих и полуфабрикатов приемника, которая составила 9809.06 руб.;

- в соответствии с выполняемыми, при производстве приемника, работ, их продолжительностью и стоимостью, рассчитана полная заработная плата производственных рабочих, которая составила 17850 руб.;

- в соответствии с имеющимися расчетными данными, получена полная себестоимость опытного образца приемника, которая составила 28801.56 руб. и цена, учитывающая предполагаемую прибыль в 14400.78 руб., составляющая 43202.34 руб.;

В результате этого подтверждено, что разработанный приемник является экономичным и конкурентно-способным изделием, и его внедрение экономически эффективно и целесообразно.

7. Безопасность и экологичность

7.1 Системный анализ надежности и безопасности при эксплуатации проектируемой системы

Устройство, рассматриваемое в данной работе, предназначено для работы в непрерывном режиме и относится к аппаратуре группы 1.3 ГОСТ РВ20.39.304-98 исполнения «О» в части климатических воздействий со следующими ограничениями:

- рабочая температура от +5 до +40С;

- относительная влажность 98% при температуре +25С;

- пониженная предельная температура -40С;

- повышенная предельная температура +60С.

Для повышения безопасности и надежности (безотказности) работы системы необходимо эффективным образом проанализировать возможные аварийные ситуации и причины, их вызывающие. И, как следствие, принять меры по предотвращению таковых.

Проведем анализ функционирования устройства в соответствии со структурной и функциональной схемами. Для анализа необходимо определить функции выполняемые подсистемами. Во избежание громоздкости получаемой модели необходимо проранжировать вышеупомянутые причины в порядке их важности и подвергать дальнейшей проработке лишь наиболее весомые и вероятные причины и т.д. Таким образом, будет определена древовидная структура опасностей.

В качестве общего уровня, на котором должны быть рассмотрены все события, являющиеся нежелательными для нормальной работы системы, определим уровень функционального взаимодействия блоков системы. Этот уровень оправдан, с одной стороны, полным описанием возможных причин дисфункции тех или иных узлов системы, и, с другой стороны, компактностью описания.

Главным событием, которое должно быть предотвращено, определим отказ системы. Это событие будет определено при осуществлении одного из следующих событий:

- вышло из строя антенное устройство;

- неисправность приемного блока;

- вышло из строя устройство комутации;

- внешняя помеха;

- отсутствие питающего напряжения.

Рассмотрим более подробно выход из строя приемного блока. Это событие может произойти по следующим причинам:

- отсутствие питающего напряжения;

- вышел из строя синтезатор частот;

- вышел из строя приемник.

Отсутствие сигнала может быть вызвано отказом в электрической схеме приемника:

-дефект сборки:

-отсутствие теплоотвода при монтаже;

-перегрев дорожек;

-перегрев элементов;

-некачественная пайка.

-некачественные элементы:

-дефект измерительной аппаратуры;

-отсутствие контроля.

-нарушение правил эксплуатации:

-несоответствие температурному режиму;

-повышенная влажность.

На основе проведенного анализа и синтеза, с помощью логических знаков и символов строим "дерево отказов", изображенное на рисунке 7.1.



Рисунок 7.1-Дерево отказов

7.2 Мероприятия по повышению надежности и безопасности проектируемой системы

После составления "дерева отказов " необходимо наметить некоторые мероприятия по повышению надежности и безопасности системы определения местоположения излучающих объектов.

1) Для общей профилактики отказов рекомендуется перед установкой каждой детали проверять ее на соответствие номиналу.

2) Для уменьшения вероятности выхода из строя элементов необходимо при пайке не перегревать их, пользоваться теплоотводами, следить за температурой паяльника.

3) Для предотвращения электростатического пробоя при пайке (этому подвержены в основном полупроводниковые приборы) следует использовать специальные заземляющие браслеты.

При производстве печатной платы.

1) Необходимо контролировать химическую пригодность растворов, время травления, качество непосредственно защитного лака, а также качество нанесения защитного лака на плату.

Чтобы избежать нарушения крепления антенны.

1) Использовать металлические элементы фиксации в крепежной конструкции;

2) Для предотвращения расстройки в антенном тракте, виточные, проволочные катушки индуктивности необходимо залить техническим парафином.

3) Для предотвращения обрыва монтажного провода его длину необходимо выбирать с небольшим запасом.

4) Плохой монтаж и дефект пайки устраняются использованием качественных припоев и флюсов.

5) Во избежание перегрева отдельных элементов (особенно это касается схем) следует применять радиаторы с возможным вентиляторным

охлаждением, если это необходимо.

6) При разработке конструкции всей темы рекомендуется предусмотреть специальные отверстия и прорези для естественного охлаждения блоков и элементов.

7.3 Пожарная безопасность при производстве проектируемой системы

Производство проектируемой системы согласно Строительным нормам и правилам (СНиП 21.07-97*, СП 12.1313-30.2009) по пожарной опасности и степени огнестойкости конструкции относится к категории «Г», I и II степени огнестойкости В процессе работы в лаборатории существует опасность возникновения пожара. Причины пожара могут быть электрического характера.

К причинам электрического характера, следующие причины:

- искрение в электрических устройствах, возникающее в результате перепадов напряжений или повышенной влажности;

- токи коротких замыканий, нагревающие проводники до высокой температуры, при которой может возникнуть воспламенение их изоляции, а также значительные электрические перегрузки проводов и обмоток электрических приборов;

-плохие контакты в местах соединения проводов, когда вследствие большого переходного сопротивления выделяется большое количество тепла.

Причиной пожара неэлектрического характера может быть курение в необорудованных для этого помещениях.

Защита сети от короткого замыкания обеспечивается плавкими предохранителями электроприборов и устройствами автоматического отключения. Предусмотрены выключатели для отключения всех приборов в лаборатории.

Коридоры, проходы, основные и запасные выходы, тамбуры, лестничные клетки должны постоянно содержаться в исправном состоянии, ничем не загроможденные, а в ночное время освещаться. Для быстрого вызова городской пожарной части в случае возникновения пожара влаборатории следует иметь телефон. В лаборатории должен быть один эвакуационный выход из помещения.

Из числа противопожарных средств в лаборатории необходим огнетушитель ОП 2(3)-ABCE, который предназначен для тушения небольших очагов пожара. Огнетушитель подвергается периодической проверке и перезарядке, находится на видном месте, и к нему в любое время суток должен быть обеспечен беспрепятственный доступ. Для обнаружения загорания и оповещения службы пожарной охраны используют систему автоматической пожарной сигнализации (АПС). Комнаты с ПЭВМ, измерительной аппаратурой, копировально-множительной техники и т.п. необходимо оборудовать дымовыми пожарными извещателями. В других помещениях (в машинных залах дизель генераторов и лифтов, трансформаторных и кабельных каналах, воздуховодах) допускается применение тепловых пожарных извещателей.

При возникновении пожара необходимо немедленно выключить электропитание лаборатории рубильником и воспользоваться огнетушителем.

При возникновении пожара, помимо принятия мер по его ликвидации, необходимо также осуществить эвакуацию из опасной зоны работающего персонала.

7.4 Защита окружающей природной среды при производстве проектируемой системы

До завершения эксплуатации устройство проходит несколько этапов своего существования: изготовление, эксплуатация и утилизация. При проектировании устройства необходимо учитывать ущерб, который это устройство нанесет при прохождении в своем жизненном цикле всех этих трех этапов.

При этом ущерб, наносимый природной среде, считается недопустимым, если он может нанести вред окружающей среде.

При производстве системы, наиболее вредными процессами являются изготовление печатной платы и пайка при монтаже радиоэлементов.

Большинство материалов, применяемых при изготовлении печатныхплат, являются опасными для здоровья и жизни человека и окружающей среды.

Нагрев химических растворов приводит к парообразованию, как следствие, к попаданию вредных веществ в атмосферу производственных помещений, а далее в атмосферу Земли. Процессы обезжиривания, травления, электрохимической обработки и химического фрезерования сопровождаются выделением паров щелочей. При цианистом меднении и серебрении образуется цианистый водород (чувствуется запах миндаля), являющийся сверхтоксичным веществом, которое поступает в атмосферу. А при реагенной очистке отработанных вод от соединений циана может образоваться хлорциан - вещество, так же относящееся к высшей группе опасности.

В настоящее время почти все электромонтажные соединения радио-электронной аппаратуры осуществляются пайкой. При монтаже устройства в результате формовки выводов радиодеталей, удаления изоляции всегда остаются твердые отходы, которые необходимо удалять в централизованном порядке.

Для нейтрализации вредных выделений необходимо в производственных помещениях применять вентиляцию, а чтобы вредные вещества не попадали в атмосферу, на вентиляцию следует устанавливать очистительные устройства - сухие пылеуловители типа конических циклонов СК-ЦИ-33, СК-ЦИ-34М и фильтры типа "Фильтр 550", улавливающего пыль мокрым способом.

В процессе проектирования и окончания службы устройства образуется большое количество отходов. При соответствующей обработке образовавшиеся отходы могут быть вновь использованы как сырье для производства промышленной продукции.

Так как проектируемое устройство является эксперементальным, то переработку отходов и устройств, вышедших из строя, целесообразно перерабатывать по месту изготовления.

Основные операции первичной обработки отходов - сортировка:заключается в разделении лома и отходов по видам металлов), разделка (разделка лома состоит в удалении неметаллических деталей) и механическая обработка (включает рубку, резку, пакетирование и брикетирование напрессах).

В результате вышеперечисленных действий при производстве разрабатываемого устройства нанесение ущерба природе и человечеству будет снижено до минимального уровня.

Заключение

В ходе проделанной работы разработан линейная часть приемника СВЧ в комплекс АСМИРИ. Все требования технического задания были выполнены. Был произведен расчет схемы электрической принципиальной.

В разделе технико-экономического обоснования был произведен расчет экономической целесообразности внедрения данного устройства.

В результате этого подтверждено, что разработанный приемник является экономичным и конкурентно-способным изделием, и его внедрение экономически эффективно и целесообразно.

Проведён анализ безопасности и экологичности разработки. На всех этапах проектирования и производства при соблюдении всех необходимых требований система безопасна для окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Справочник по управлению использованием спектра на национальном уровне. МСЭ 2005. -- Женева, 2005. -- 329 с.

2. Справочник по компьютерным технологиям управления использованием радиочастотного спектра. МСЭ 2005, -- 160 с.

3. Handbook Spectrum Monitoring. ITU Radiocommunication Bureau. Edition 2010. -- Geneva, 2011. -- 678 p.

4. Recommendation ITU-R SM.1537. Automation and integration of spectrum monitoring systems with automated spectrum management.

5. Recommendation ITU-R SM.1370. Design guidelines for developing advanced automated spectrum management systems.

6. Recommendation ITU-R SM.1139. International monitoring system.

7. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства/ Под редакцией А.М. Рембовского. -- 4-е изд., испр.. -- М.: Горячая линия - Телеком, 2015. -- 640 с.

8. Киселев Д.Н., Перфилов О.Ю. Радиомониторинг и распознавание радиоизлучений. Учебное пособие для вузов. -- М.: Горячая линия - Телеком, 2015. -- 90 с.

Размещено на Allbest.ru

...