Система контроля состояния здоровья лошадей
Описание процесса разработки устройства, предназначенного для контроля здоровья лошади. Разработана схема и топология печатной платы. Также спроектирован печатный узел на базе микропроцессора Atmega8-16AU с передачей информации по радиопередатчику.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.12.2019 |
| Размер файла | 4,9 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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»
Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова
Выпускная квалификационная работа
по направлению 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Система контроля состояния здоровья лошадей
студента образовательной программы бакалавриата «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Куницына Елена Николаевна
Рецензент - к.т.н., доцент ДКИ Полесский С.Н.
Научный руководитель - д.т.н. Иванов И.А.
Москва 2019
Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе представлено описание процесса разработки устройства, предназначенного для контроля здоровья лошади. Особенность данного электронного прибора заключается в использовании нового метода определения фаз сна, основанного на анализе положения тела в пространстве через определенные промежутки времени. В результате проведенной работы был проведен обзор и анализ существующих аналогов устройства и была выявлена необходимость в данном типе приборов. Разработана схема и топология печатной платы, и кроме того, был разработан печатный узел на базе микропроцессора Atmega8-16AU с передачей информации по радиопередатчику.
Annotation
This final qualification paper presents a description of the development of a device designed to monitor the health of a horse. The peculiarity of this electronic device is the use of a new method for determining the phases of horse's sleep, based on an analysis of the position of the body in space at certain intervals. As a result of the work carried out, a review and analysis of existing analogues of the device was made and the need for this type of devices was identified. A layout and topology of the printed circuit was also developed, and in addition, a printed circuit was developed based on the Atmega8-16AU microprocessor with the transfer of information via a radio transmitter.
Введение
История разведения лошадей берет свое начало еще в 4 тысячелетии до н.э., когда лошади стали постоянными помощниками человека в выполнении сельскохозяйственных работ, а также в военном и транспортном деле. С течением времени сельскохозяйственное и военное значение лошадей пошло на спад и, на сегодняшний день самая большая сфера использования лошадей - это спортивная верховая езда. Эффективность и успех лошади на соревнованиях напрямую зависит от состояния ее здоровья, которое несмотря на размер и массу лошади является достаточно хрупким: лошадь подвержена большому количеству различных заболеваний, недомоганий и травм. Таким образом, здоровье лошади требует постоянного контроля и надзора со стороны конюхов и ветеринаров. В больших конезаводах такая забота о каждом животном является достаточно трудоемким процессом, и поэтому было разработано большое количество различных устройств для автоматического регулирования различных параметров, отвечающих за здоровое состояние лошади.
Однако существующие на данный момент устройства для усовершенствования коневодства не предлагают каких-либо аналогов для контроля сна лошади в частности и здоровья лошади в целом. Наличие такого типа устройств является актуальным для конезаводов с большим количеством особей в табуне, так как данное устройство дает возможность уменьшить количество рабочей силы необходимой для контроля большого количества животных. Кроме того, данный прибор также будет актуален для частных заводчиков, так как облегчит задачу содержания животного.
В рамках дипломной работы будет описан вопрос развития новых технологий, которые позволят упростить процесс разведения лошадей. Целью данной работы является создание устройства, которое по определенным выбранным характеристикам будет осуществлять контроль состояния животного.
Оглавление
- Глава 1
- 1.1 Обзор оборудования
- 1.2 Анализ оборудования для контроля здоровья животных
- 1.3 Анализ характеристик здоровья лошади
- 1.4 Постановка цели и задач
- Глава 2. Разработка прототипа устройства
- 2.1 Подбор комплектующих
- 2.1.1 Микроконтроллер
- 2.1.2 Акселерометр
- 2.1.3 Радиопередатчик
- 2.1.4 GPS-модуль
- 2.1.5 Кварцевый резонатор
- 2.1.6 Линейный стабилизатор напряжения
- 2.1.7 Обвязочные элементы
- 2.2 Разработка схемы
- 2.2.1 Микроконтроллер
- 2.2.2 Кварцевый резонатор
- 2.2.3 Питание
- 2.2.4 Спецификация элементов
- 2.3 Разработка топологии печатной платы
- 2.4 Разработка модели корпуса
- 2.4.1 Чертежи
- 2.4.2 3D-модель
- 2.4.3 Исследование на вибрационную устойчивость
- 2.5 Разработка печатного узла
- Глава 3. Разработка алгоритма работы устройства
- 3.1 Определение характеристик
- 3.1.1 Диффузная сонливость
- 3.1.2 Поверхностный сон
- 3.1.3 Глубокий сон
- 3.2 Алгоритм
- Заключение
- Список литературы
Глава 1
1.1 Обзор оборудования
Наиболее распространенным оборудованием являются устройства для регуляции микроклимата в конюшне. Максимально полная система регуляции включает в себя: [1][2]
1. Термометры, которые измеряют температуру внутри и снаружи помещения.
В холодный сезон температура в конюшнях должна составлять в среднем от +5 градусов до +15 градусов.
2. Шумомеры, которые измеряют уровень шума.
3. Различные анализаторы газового состава атмосферы конюшен, которые измеряют уровни содержания газов (СО2, СО и NH3 и др.)
Наибольшие проблемы для конюшен вызывает аммиак по двум причинам: во-первых, данный газ крайне токсичен, во-вторых, он является компонентом выделений лошадей. Концентрация аммиака в конюшне не должна превышать 15-20 мг/куб. м., концентрация углекислого газа - не более 0,25%.
4. Анемометры для измерения подвижности воздуха в помещении.
Подвижность воздуха в помещении, где находятся лошади крайне важна, так как она отводит вредные газы, а также уменьшает воздействие сквозняков на животных. Очевидным показателем плохой подвижности воздуха (включая вентиляцию и теплоизоляцию) является конденсат, образующийся на стенах. Относительная подвижность воздуха комфортная для животных - 0,1-0,5 м/с.
5. Психрометры для измерения уровня влажности.
Относительная влажность воздуха в конюшне должна составлять 60-75%
6. Люксометры для измерения уровня освещенности помещения. Освещенность денников должна подходить внешним условиям. Основное освещение происходит при помощи естественного света через окна, соотношение которых к площади конюшни должно составлять 1:15.
7. Барометры для измерения атмосферного давления
Вторым прибором по частоте использования является система защиты табуна от насекомых. Примером такого оборудования является программируемая система управления насекомыми Shoo-fly, которая в удобное для пользователя время распыляет мелкий туман инсектицидов в местах скопления мух и комаров и эффективно убивает их.[3] Рекомендуемая длительность распыления длится 45-60 секунд и может происходить так часто, как это необходимо для того, чтобы обезопасить область от вредителей.
Данная система использует 2 основных вида инсектицидов:
1. Смесь 1, состоящая из природного инсектицида, который представляет собой комбинированную смесь пиретрима и пиперонил бутоксида, используется для быстрого уничтожения насекомых без грязных остатков. Данная смесь может быть использована в конюшнях, молочных амбарах, питомниках и других местах содержания животных, а также в любых пищевых и непродовольственных областях предприятий пищевой промышленности, консервных заводов, промышленных установок, пекарен, рисовых и пшеничных мельниц, табачных складов, элеваторов, складов и мест хранения для контроля и уничтожения вредных насекомых. Защищает животных от различных видов мух, комаров, мошек и клещей.
2. Смесь 2, являющийся сильной смесью комбинирования синтетических пиретроидов и пиперонил бутоксида, используется для создания долговременного и экономически эффективного раствора для борьбы с насекомыми, такими как моль, жуки, тараканы, муравьи, блохи, клещи, вши, постельные клопы, конские мухи и домашние мухи.
Рисунок 1 - Проводной цифровой таймер системы Shoo-fly
Вторым примером систем данного типа является прибор H-TRAP[4], который также предназначен для защиты лошадей от насекомых однако используется в корне отличную систему отпугивания.
H-TRAP устанавливается на улице, где работает без необходимости использования химикатов или электричества. Устройство состоит из большого черного шара, накрытого полупрозрачным колпаком. Шар сконструирован таким образом, что насекомые оценивают его как большое животное, соответственно большое количество насекомых слетается на него и пытается прокусить, и при неудачне взлетают вверх, где попадают в водяную ловушку. Обширные независимые испытания показали снижение количества мух лошади на 90-95% в областях, защищенных H-TRAP.
Рисунок 2 - H-trap. Полная сборка
А также популярными являются трекинговые системы, с помощью которых местонахождение животных можно отслеживать постоянно. Системы основаны на GPS, поэтому не нуждаются в дополнительном оборудовании. Один из видов таких систем - это цифровой воротник. Данное устройство помещается на шею животного и состоит из разных датчиков, GPS-модуля, и регулируемого ремня. [5]
Рисунок 3 - Digitanimal лошадиный GPS-трекер
Другой вариацией трекинговых систем являются электроизгороди, которые служат для похожих целей, однако имеют другой тип работы. Наиболее популярной системой подобного типа является Электроизгородь OLLI.
Электроизгородь для лошадей - это эффективный помощник для коннозаводчиков и фермеров, которые позволяют защитить животных от столкновения с автомобилем, случайно оказавшись на шоссе, при отсутствии принесения вреда полям.
Принцип действия данного устройства: через оголенный провод пропущен ток высокого напряжения растягивается по периметру охраняемой зоны, площадь которой не должны покидать лошади. вследствие того, что лошадь при соприкосновении с изгородью получает болезненный, но совершенно безвредный разряд, у животного отпадает желание заходить за изгородь. Соответственно исследованиям, даже дичащиеся особи, рвущиеся несколько раз, через две-три попытки пройти через изгородь принимают границы и не пытаются вырваться.
Электрический провод протягивается через столбики к генератору с заземлением, который которые генерирует импульсы заданной частоты и мощности. Обычно интервал между разрядами может составлять меньше секунды. Данная система для лошадей также является экономичной и универсальной в плане подведения питания. В качестве питания могут быть использованы:
· в сеть на 220B;
· аккумулятор на 12В;
· солнечные батареи [6]
1.2 Анализ оборудования для контроля здоровья животных
устройство контроль здоровье лошадь
Наибольшее развитие системы для контроля животных получили в сфере разведения и содержания коров, так как во-первых, на данный момент выращивание коров мясных и молочных пород на продажу является очень прибыльным бизнесом, а во-вторых, данные животные так же как и лошади требуют постоянного контроля за их здоровьем, что крайне сложно реализуемо в рамках человеческих ресурсов.
Одной из наиболее известных систем является SCR HEATIME PRO+. Данная система -- это мощная, но простая в использовании система на базе ПК для расширенного мониторинга стад молочных коров. Благодаря расширенным возможностям мониторинга, отслеживанию истории каждой особи на протяжении всей жизни и широким возможностям анализа данных, она устраняет ошибки и несоответствия в оценке репродуктивного здоровья, состояния питания и состояния здоровья каждой коровы. Это позволяет заблаговременным и упреждающим действиям смягчить все последствия инцидентов, которые мешают коровам достичь своего потенциала генетической продуктивности. Система обладает интуитивно понятным интерфейсом, а также поддержкой мобильного доступа, что позволяет легко получить доступ ко всем основным повседневным задачам из любого места и в любое время.
Основные направления, для которых применяется устройство:
· Повышение продуктивности всего стада с помощью мощного мониторинга состояния животных в режиме реального времени
· Раннее выявление проблем со здоровьем для проактивного, индивидуального управления здоровьем, что также включает в себя оценку проблем рациона
· Анализ факторов окружающей среды для поддержания оптимальных условий содержания
· Получение моментальных отчетов о состоянии здоровья, а также построения данных по истории
Таблица 1 - Основные характеристики SCR HEATIME PRO+. [7]
|
Наибольшее количество подсоединенных меток |
До 6000 |
|
|
Сохраненная и обрабатываемая история |
В течении жизненного цикла животного |
|
|
Группы |
Устройство позволяет разделять стадо на отдельные группы |
|
|
Животная карта |
В программе на каждое животное создается отдельная карта, где сохраняются все данные |
|
|
Предупреждения |
Все предупреждения отправляются владельцу на мобильный телефон или e-mail |
|
|
Языки |
Китайский, Английский, Японский, Русский, Турецкий |
|
|
Интерфейс |
Основным интерфейсом является интерфейс владельца, однако может быть создано несколько дополнительных виртуальных интерфейсов |
|
|
Покрытие дистанции |
Среднее покрытие SCR Radio Frequency Base Unit: 200-500 m |
1.3 Анализ характеристик здоровья лошади
У лошадей, как и людей, часто могут возникать различные проблемы со здоровьем - простуды, аллергии, стертые ноги, переломы, инфекционные болезни или разного рода боли. Безусловно, болезнями лошадей занимаются профессиональные специалисты, однако в большим конно-спортивных комплексах постоянная доскональная проверка каждой лошади может занимать достаточное большое количество времени, и поэтому некоторые характеристики можно проверять автоматически. Возможность распознавать признаки болезней при помощи аппаратного комплекса поможет ветеринару, а также опытному владельцу и коннику поддерживать здоровье животного, а также позволит поставить диагноз и повысить шансы успешного выздоровления.
Для начала стоит определить основные характеристики здоровья лошади, по которым автоматическая система может выдать анализ состояния.
Самый простой показатель здоровья - это температура тела. У здоровой лошади она находится в пределах 37,5-38,5 градусов, у жеребят же температура тела может достигать 39 градусов. Частота дыхания у взрослой лошади 8-16 вдохов и выдохов в минуту, в то время как пульс составляет 24-42 удара в минуту. У жеребят перечисленные выше показатели варьируются в большем диапазоне: дыхание может доходить до 16-20 вдохов и выдохов в минуту, пульс новорожденного жеребенка может достигать 130 ударов в минуту.
Однако стоит учитывать, что на изменения физических показателей тела могут повлиять не только болезнь, но и различные внешние факторы. К примеру, обстановка окружающей среды, температура воздуха. Так же важно знать породу лошади и тип ее нервной системы, так как в зависимости от этих двух характеристик данные могут варьироваться. Так у верховых и легкоупряжных пород температура тела, частоты дыхания, и пульс будут выше, чем у лошадей тяжеловозных пород, имеющих спокойный нрав.
Также явным показателем нездоровья лошади являются различные выделения из носа и глаз. При многих заболеваниях поведение лошади становится неадекватным и хаотичным.
Все заболевания лошадей делятся на инфекционные, паразитарные, и причиненные внешними повреждениями.
Таблица 2 - Основные заболевания лошадей
|
Инфекционные |
Паразитарные |
Причиненные внешними повреждениями |
|
|
Сибирская язва |
Аноплоцефалидозы |
Болезни костей |
|
|
Бешенство |
Оскуриоз |
Переломы |
|
|
Туберкулез |
Парафляриоз |
Бурсит |
|
|
Пастереллез |
Пироплазмоз |
Меозит |
|
|
Лептоспироз |
Токсоплазмоз |
Дерматит |
|
|
Листериоз |
Псороптоз |
Пододерматит |
|
|
Оспа |
Гастрофиллез |
Конъюктивит |
|
|
Ботулизм |
Стоматит |
||
|
Столбняк |
Гастроэнтерит |
Чрезвычайно важным показателем здоровья лошади является сон. [8]
С течением эволюции лошади, как хрупкие травоядные животные, выработали специальный особый паттерн сна, который позволял им одновременно отдыхать и находиться в достаточной безопасности от хищников. Лошадиный сон можно условно подразделить на четыре основных фазы:
1) Диффузионная сонливость - то, что часто принимается за основной сон, так как может проходить достаточно продолжительное время в течение дня, само животное ни на что не реагирует, разве что хвост и уши иногда дергаются. Однако это состояние не является настоящим сном лошади.
Причина такого вертикального сна - необходимость в безопасности. Если животное находится в стрессе или окружено раздражителями, которыми в том числе могут являться вольеры, загоны и загородки, создаваемые человеком, лошадь, будучи свободным, стайным животным, привыкшим к большим просторам и просматриваемым полям, находится в наблюдении за окружающей средой, чтобы защититься от хищников. Инстинкт подсказывает животному, что при первой же опасности необходимо оперативно сорваться с места и бежать, скрываясь от хищников, которые в реальном мире, в дикой природе, могут появиться в любой момент. Из такой дремы лошадь выходит практически мгновенно. Поэтому большую часть сна лошади проводят стоя.
Данная система сна возможна благодаря особому строению коленных суставов, которые могут блокироваться при необходимости, фиксируя связки и кости), животное имеет возможность равномерно распределять вес тела между четырьмя ногами, почти не чувствуя своей тяжести при релаксации мышц. В таком состоянии, с немного прогнутой поясницей, опущенной головой, репицей хвоста и немного отвисшей нижней губой животные и дремлют.
Данный сон легко определить по нескольким отличительным чертам:
· Расположение конечностей (они параллельны друг другу и стоят прямо).
· Поясница прогнута.
· Хвост расслаблен.
· Голова наклонена.
В данном положении лошади проводят от 4 до 15 часов в день. Находясь в легкой (быстрой) фазе сна, лошади могут видеть сны.
2) Промежуточная фаза - короткая фаза, в течение которой лошади непосредственно ложатся, становясь бдительными и исследующими свое окружение. Только убедившись в полной безопасности окружающей среды они могут лечь.
3) Поверхностный сон - это фаза сна, которая наступает после того, как лошадь легла. Убедившись в безопасности, лошадь переходит из промежуточного сна в диффузную сонливость, после чего в поверхностный сон. В данной фазе сна лошади лежат прямо на груди с поджатыми под себя ногами и слегка приподнятой головой. В данной фазе сна животное все еще находится начеку и может оперативность подняться с места при возникновении малейшей опасности.
4) Парадоксальная фаза сна (или глубокий сон) -- это сон на боку. Только полностью расслабив спину и шею лошади впадают в глубокую фазу сна, в которой происходит восстановление ресурсов организма. В данном типе сна лошади проводят от нескольких минут до 4 часов в день. [9]
Крайне важным является то, что лошади не могут находиться в глубокой фазе сна продолжительное время по еще одной причине. Масса тела лошади достаточно большая, при этом кости достаточно хрупкие и тонкие, что ведет к тому, что они не могут лежать достаточно долго. Соответственно если лошадь пролежит больше 6 часов (данные усреднены), то может наступить отек легких. [10]
Тем не менее сон на боку в глубокой фазе сна крайне важен для лошади, так, как только в данной фазе организм лошади восстанавливается полностью. Для владельцев и конюхов важно наблюдать, чтобы лошадь хотя бы несколько часов могла находиться в состоянии полного покоя и переходила в глубокий сон. [12][13]
Сон лошади происходит не одним длинным промежутком времени, а эпизодами или циклами. Изначально цикл сна рассматривается без учета диффузной сонливости и промежуточной фазы вследствие того, что в состоянии первой фазы лошадь может находиться, достаточно долго не входя в цикл сна, и промежуточная фаза - по той причине, что в зависимости от особи она может являться опциональной. Следственно, цикл сна по своей природе достаточно короткий - 5 минут продолжается фаза поверхностного сна, за ней следуют 5 минут глубокого сна, затем снова 5 минут поверхностного сна. После чего лошадь обычно просыпается на 45 минут, после чего снова проходит цикл сна с начала. Однако, включая фазы промежуточного сна и диффузной сонливости, цикл подразделяется на 6,4- минутный поверхностный сон и 4,2-минутный глубокий сон. [13]
Общее время сна составляет всего от 2,5 до 5 часов за ночь. Таким образом лошадь проходит от 5 до 7 эпизодов, каждый по 30-40 минут по длительности. В фазе глубокого сна лошадь находится примерно 45 мнут, что составляет 25% от общего времени сна.
Так же, согласно исследованию Теодора Беллинга лошади проходят цикл сна по ночам в примерном временном диапазоне от 12 до 2 часов ночи. Максимально полезным для лошади является сон в промежутке с 8 часов вечера до 5 часов утра. [13]
Крайне важно отслеживать количества сна лошади в различных фазах, а также необходимо контролировать какое количество лошадь проводит в фазе глубокого сна, так как это напрямую влияет на ее здоровье.
1.4 Постановка цели и задач
Разведение лошадей на данный момент является исключительно популярно отраслью. И как было описано выше, появляется все большее количество устройств позволяющих частично автоматизировать процесс ухода за табуном лошадей. Однако на данный момент не существует устройств, контролирующих какие-либо сферы здоровья лошади и оказывающих помощь ветеринару-коннику.
Цель
Целью данной работы является обеспечение непрерывности мониторинга состояния здоровья лошадей на основе анализа ее положения в пространстве.
Задачи
1) Обзор и анализ систем контроля здоровья животных
2) Разработка структурной схемы системы контроля состояния здоровья лошадей
3) Разработка принципиальной электрической схемы устройства контроля состояния здоровья лошадей
4) Разработка топологии печатной платы устройства контроля состояния здоровья лошадей
5) Разработка конструкции устройства контроля состояния здоровья лошадей
6) Разработка алгоритма функционирования системы контроля состояния здоровья лошадей
7) Изготовление прототипа устройства контроля состояния здоровья лошадей
Глава 2. Разработка прототипа устройства
Разрабатываемая система будет условно разделена на несколько основных блоков:
· Микроконтроллер, который предназначен для обработки информации полученной с различных сенсоров
· Акселерометр, который считывает информацию о положении тела лошади в пространстве.
· GPS-модуль, который отслеживает наличие движения и местоположение лошади по площади конного комплекса.
· Радиопередатчик, который отправляет полученные и обработанные данные на основной компьютер.
· Блок питания, который питает всю работающую систему.
Рисунок 4 - Основные блоки схемы
2.1 Подбор комплектующих
2.1.1 Микроконтроллер
В качестве микроконтроллера будет использован ATmega8-16AU. Данный микроконтроллер является восьмиразрядным и входит в семейство AVR компании Atmel. Отличительным качество данного микроконтроллера является низкое энергопотребление, однако поддерживающее хорошую производительность. К данному микроконтроллеру можно адаптировать большое множество различных датчиков и модулей расширения, при этом размеры микроконтроллера достаточно малы, а скорость опроса подключаемых устройств велика по сравнению с аналогами. ATmega8-16AU может работать на частоте от 4МГц до 20МГц, что зависит от величины подаваемого напряжения (от 1.8В до 5.5В). Обеспечен внутренним источником тактирования, который, однако, на практике не используется из-за неточности (чаще подключают внешний источник тактирования на 16 -20МГц).
Для программирования ATmega8-16AU используются стандартные для внутрисхемного программирования (ISP) выводы MISO, SCK, MOSI, GND, RESET.
Данный микроконтроллер имеет ряд преимуществ перед другими микроконтроллерами. Во-первых, это максимально подходящее соотношение между достаточным для системы быстродействием и надежностью микроконтроллера и его стоимостью. Во-вторых, наличие большого количества датчиков и сенсоров, подходящих для работы. И в-третьих, удобная кросс-платформенная среда программирования.
Таблица 3 - Основные характеристики микроконтроллера
|
Ширина шины данных |
8-bit |
|
|
Максимальная тактовая частота |
16 МГц |
|
|
Размер программной памяти |
8 КБ |
|
|
Кол-вл входов/выходов |
23 I/O |
|
|
Рабочее напряжение питания |
4.5В - 5,5 В |
|
|
Диапазон рабочей температуры |
-40 - +85 С |
|
|
Тип интерфейса |
SPI, TWI, USART |
|
|
Кол-во таймеров |
3 |
|
|
Размер |
1мм x 7мм x 7мм |
|
|
Вес |
72,8 мг |
Рисунок 5 - Схема ATmega8-16AU в корпусе TQFP32
В ATmega8-16AU предусмотрено 23 программируемые линии ввода/вывода, которые можно объединить в 3 группы:
Порты типа B (PB0 - РВ7) - это порты цифрового назначения, которые предназначены для
PB0, PB1 - общего применения,
PB2 - PB5 - внутрисхемного программирования,
PB6, PB7 - подключения внешнего кварцевого резонатора.
Порты типа C (PC0 - РС6) - порты аналогового назначения, которые предназначены для
PC0 - PC5 - общего применения,
PC6 - перезапуска МК.
Порты типа D (PD0 - PD7) - порты используемы для общего применения.
2.1.2 Акселерометр
В качестве акселерометра будет использован гироскоп-акселерометр MPU-6050, так как данный сенсор является достаточно надежным, а также позволяет получить значения мгновенной угловой скорости с разрешением до 2000 градусов в секунду.
Таблица 4 - Основные характеристики акселерометра
|
Напряжения питания |
2,375 - 3,46 В |
|
|
Потребляемый ток |
4 мА |
|
|
Интерфейс передачи данных |
I2C |
|
|
Максимальная скорость I2C |
400 кГц |
|
|
Внутренний генератор |
8 МГц |
Рисунок 6 - Распиновка модуля MPU6050 и рабочая схема микрочипа соответственно
2.1.3 Радиопередатчик
В качестве радиопередатчика будет использован радио модули FS1000A. Основным преимуществом данного передатчика является то, что он может передавать как аналоговый так и цифровой сигнал на минимальном расстоянии (то есть без использования дополнительной антенны) в 100 метров. А также, крайне важной для данного проекта характеристикой является размер, который составляет всего 2 грамма.
Таблица 5 - Основные характеристики радиопередатчика
|
Рабочая частота |
433.920 МГц |
|
|
Тип модуляции |
ASK |
|
|
Дальность передачи |
до 100 м (без антенны) |
|
|
Выходная мощность |
до 40 мВт |
|
|
Напряжение питания |
3 ... 12 В |
|
|
Ток потребления в режиме ожидания |
0 мА |
|
|
Ток потребления в режиме передачи |
20 .. 30 мА |
|
|
Рабочая температура |
-10 ... 70 °C |
|
|
Габариты |
19х19х8 мм |
|
|
Вес |
2 г |
Рисунок 7 - Передатчик радиомодуля FS100A
2.1.4 GPS-модуль
В качестве GPS-модуля был выбран модуль NEO-6m. Данный модуль превосходит другие модули по двух значащим характеристикам: во-первых, он обладает достаточной точностью, и во-вторых, имеет малый размер и вес.
Таблица 6 - Основные характеристики GPS-модуля
|
Скорость старта |
< 1 секунды |
|
|
Чувствительность отслеживания |
-162 dBm |
|
|
Скорость обновления местоположения |
5Hz |
|
|
Размеры: |
22ммX30мм |
|
|
Вес |
15 гр |
Рисунок 8 - Принципиальная схема NEO-6m
2.1.5 Кварцевый резонатор
Кварцевые резонаторы предназначены для стабилизации напряжения и выделения электрических колебаний определённой частоты или полосы частот в аналогово-цифровых цепях. Принцип работы резонатора состоит в том, что в широкой полосе частот сопротивление прибора имеет ёмкостной характер, в то время как на рабочих частотах имеет широко выраженный резонанс (т.е. уменьшение сопротивления).
Кварцевый резонатор обладает лучшими характеристиками, чем другие приборы для стабилизации частоты (такие как колебательные контуры, пьезокерамические резонаторы). Стабильность по частоте и температуре у них выше, чем у всех других типов стабилизаторов.
Таблица 7 - Основные характеристики кварцевого резонатора
|
Резонансная частота, МГц |
16 |
|
|
Температурный коэффициент, Ктх10-6 |
50 |
|
|
Нагрузочная емкость,пФ |
32 |
|
|
Рабочая температура,С |
-20…70 |
|
|
Корпус |
hc-49s |
|
|
Длина корпуса L.,мм |
11.05 |
2.1.6 Линейный стабилизатор напряжения
Напряжение питания всех элементов схемы должно быть 5В. Вследствие того, что источник питания дает много большее напряжение питания необходим линейный стабилизатор напряжения.
Таблица 8 - Основные характеристики линейного стабилизатора напряжения
|
Полярность |
положительная |
|
|
Тип выхода |
фиксированный |
|
|
Выходное напряжение, В |
5 |
|
|
Максимальный ток нагрузки, А |
1.5 |
|
|
Падение напряжения при Iвых, В (А) |
2(1) |
|
|
Максимальное входное напряжение, В |
25 |
|
|
Рабочая температура,°C |
0…+125 |
|
|
Корпус to-220 |
2.1.7 Обвязочные элементы
Резисторы, катушки, и конденсаторы различных номиналов были выбраны в CMD варианте, по причине их компактности, которая позволит минимизировать размеры конечного разрабатываемого устройства.
2.2 Разработка схемы
Разработка электрической схемы производилась при помощи программного обеспечения Dip Trace, которое предоставляет возможность изначально выбрать типы корпусов всех элементов для последующей разработки трассировки печатной платы.
2.2.1 Микроконтроллер
Питание микроконтроллера условно подразделяется на аналоговое (AVCC выход) и цифровое (VCC выход). В проведенной работе к микроконтроллеру подводится питание с напряжением примерно составляющим 5В, которое будет подаваться через линейный стабилизатор напряжения. Необходимо отметить такой вывод, как AREF. Данный вывод отвечает за величину опорного напряжения для аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера. На АЦП будет подаваться также напряжение в 5В.
Данная схема включения питания МК является стандартной и применима для большинства МК из семейства AVR, разница может заключаться лишь в нумерации выводов.
Вследствие того, что периодически возникают ситуации, когда требуется переинициализация микроконтроллера, в чипе Atmega328P предусмотрен специальный вывод RESET. На него устанавливается тактовая кнопка. Когда на данном выводе отсутствует напряжение (кнопка нажата), производится переинициализация с установкой всех регистров в изначальное состояние. Для стабилизации данного процесса и защиты от случайного сброса устанавливается резистор в 10кОм между линией сброса и питанием. Для сглаживания внешних помех также устанавливается конденсатор в 100нФ.
2.2.2 Кварцевый резонатор
Для работы выбранного микроконтроллера необходим кварцевый резонатор, так как он задает внутреннее тактирование. К нему необходимы нагрузочные емкости.
Внутренний кварцевый резонатор микроконтроллера Atmega328P обладает сильной неточностью и имеет частоту всего 8 МГц, что недостаточно для его стабильной работы. Поэтому для улучшения точности и увеличения частоты кварцевого резонатора микроконтроллера был выбран внешним резонатор на 16МГц. Микроконтроллер имеет специально зарезервированные для внешнего резонаторы выходы, к которым он и будет подключен. Для стабилизации работы и сглаживания помех кварцевый резонатор будет заземлен при помощи двух конденсаторов емкостью 22пФ
На схеме данного устройства отображен чип микроконтроллера, который в последствии должен быть запрограммирован, для чего в схему включен ISCP программатор.
Рисунок 9- Часть схемы (основные элементы)
2.2.3 Питание
В качестве питания для микроконтроллера и всей схемы в целом было выбрано для литий-ионных аккумулятора по 3,7В соединенных последовательно. Для получения уменьшения напряжения до 5В и его стабилизации будет использован линейный стабилизатор напряжения. Для Atmega8-16AU подходит стабилизатор напряжения TL780. Он способен входное напряжение из диапазона в 3.5В - 25В преобразовать в напряжение 5В, при этом разброс вокруг этого значения будет минимален. Для сглаживания высокочастотных и низкочастотных помех устанавливаются емкости.
Рисунок 10 - Часть схемы (питание)
В схему так же включены GPS-модуль, радиомодуль и акселерометр с необходимой обвязкой.
Рисунок 11 - Часть схемы (Сенсоры и передатчики)
2.2.4 Спецификация элементов
Таблица 9 - Спецификация элементов
|
Название |
Номинал |
Тип Корпуса |
Количество |
|
|
Общие элементы системы |
||||
|
Конденсаторы |
||||
|
С8 |
2,2 нФ |
0805 |
1 |
|
|
С10 |
1 мкФ |
0805 |
1 |
|
|
С12 |
10 мкФ |
0805 |
1 |
|
|
С13 |
0,1мкФ |
0805 |
1 |
|
|
С11, С2 |
22 мкФ |
0805 |
2 |
|
|
С3, С4 |
18 пФ |
0805 |
2 |
|
|
С1, С9, С5, С6, С7 |
100 нФ |
0603 |
5 |
|
|
Резисторы |
||||
|
R4 |
10 КОм |
0805 |
1 |
|
|
R1, R5 |
4,7 КОм |
0805 |
2 |
|
|
Катушки |
||||
|
L2 |
470 нГн |
0805 |
1 шт. |
|
|
Микроконтроллер |
||||
|
ATmega8-16AU |
- |
TQFP-32 |
1 шт. |
|
|
Кварцевый резонатор |
||||
|
16 МГЦ |
16 МГЦ |
16 МГЦ |
1 шт. |
|
|
Тактовая кнопка |
||||
|
KLS7-TS6601-5.0-180 |
- |
- |
1 шт. |
|
|
Акселерометр |
||||
|
MPU-6050 |
- |
- |
1 шт. |
|
|
Радиопередатчик |
||||
|
FS100A |
- |
- |
1 шт. |
|
|
GPS |
||||
|
NEO-6m |
- |
- |
1 шт. |
Полная схема устройства:
Рисунок 12 - Полная схема
2.3 Разработка топологии печатной платы
Трассировка печатных плат -- является одним из этапов проектирования радиоэлектронной аппаратуры, который заключается в определении местоположения проводников между элементами на печатной плате. Трассировка может производиться:
· ручным методом, при помощи которого проектировщик сам наносит новые контакты в специализированной САПР;
· автоматическим методом, при котором специальное оборудование просчитывает и наносит все необходимые дорожки автоматически;
· а также интерактивным методом, при котором САПР подготавливает черновую работу по прорисовке цепи и проводников на простых участках, а также контролирует выполнение правил трассировки, в то время как человек определяет последовательность действий на сложных участках трассировки, проверяет полученные варианты работы шаг за шагом. В данной работе был использован описанный выше интерактивный метод.
Рисунок 13 - Черновой чертеж трассировки с контактами без компоновки
Рисунок 14 - Вариант чернового чертежа трассировки с проведенным автоматическим размещением, ошибки отмечены синими линиями
Используя программный комплекс DipTrace, была разработана трассировка платы по данной схеме.
Толщина дорожки была использована 0,33 мм. Часть контактов, включая контакт земли были проложены в виде контактных областей. Данный вид контактов дает возможность более компактного соединения компонентов, а также дает меньшую нагрузку при производстве методом фрезерования. По причине большого количества элементов печатная плата была выполнена в двустороннем варианте. На верхней стороне платы находятся все присутствующие элементы, и часть контактов. На нижней стороне платы находятся выводы с верхней части платы и контактные дорожки.
Все выводы для подключения внешних элементов распределены по краям платы для удобства использования, а также уменьшения размера корпуса проектируемого устройства. Так B1 - это вывод для подключения внешнего питания, а J2, J3 - это выводы для подключения GPS- модуля и модуля радиопередатчика соответственно. Так же сверху на плате выведены контакты для подключения ISCP программатора - J4.
Рисунок 15 - Трассировка (Вид сверху)
Рисунок 16 - Трассировка (Вид снизу)
В данной трассировке также были использованы тепловые отверстия, предназначенные для уменьшения нагревания посредством соединения с контактной областью при помощи четырех проводников под углом в 45°. Такой вид контактов позволит более эффективно рассеивать скапливающееся тепло, не повреждая контактов платы. По углам расположены четыре ножки диаметром 3мм для крепления платы к корпусу.
Далее в программном обеспечении ZofzPCB была собрана 3D-модель разрезки будущей печатной платы по слоям.
Рисунок 17 - Модель печатной платы полностью - вид сверху
Рисунок 18 - Модель печатной платы - (нижний слой маски и меди)
Рисунок 19 - Модель печатной платы - разбивка по слоям
2.4 Разработка модели корпуса
2.4.1 Чертежи
Для разработки корпуса были проведены расчеты, которые позволили сконструировать максимально компактный размер устройства.
Чертежи будущего корпуса:
Рисунок 20 - Чертеж средней детали, вид сверху
Рисунок 21 - Чертеж средней детали (вид снизу)
2.4.2 3D-модель
С использованием программного обеспечения SolidWorks по приведенным чертежам для конечного устройства был разработан корпус.
Рисунок 22 - Корпус устройства, справа- вид спереди, слева - вид справа
Рисунок 23 - Корпус устройства, слева - вид сверху, справа - вид снизу
Рисунок 24 - Корпус устройства, слева - без крышки, справа - с крышкой
Рисунок 25 - Корпус в разборке, углом, спереди, сбоку
Корпус разделен на 4 основные детали:
1) Верхняя деталь корпуса - крышка устройства. Прикрепляется к нижней части корпуса при помощи 4 саморезов, расположенных по углам. Данный тип крепления имеет несколько преимуществ. Во-первых, крепление таким способом приводит к большей устойчивости и прочности корпуса устройства, что является крайне важным фактором, так как устройство будет все время находится на шее животного и подвергаться различным движениям и вибрациям. Во-вторых, корпус становится возможным к разборке для замены питания.
2) Плата
3) Средняя часть корпуса - часть, на которую крепятся все рабочие детали. При помощи стандартных креплений сверху к этой детали прикреплена плата, однако стандартные цилиндры увеличены на 2 мм, что дает возможность естественного вентилирования и теплоотвода от платы. Так же сверху к плате крепятся часть внешних датчиков. Снизу прикреплен стандартный бокс для источника питания при помощи клея. В данной конструкции клеевого слоя достаточно, как как в собранном устройстве бокс также стоит на нижней части корпуса, что приводит к устойчивому креплению.
4) Нижняя часть корпуса - служит основой для верхней и средней части корпуса. На данной детали имеется 4 цилиндра, на которые крепится средняя часть корпуса. Также для стабилизации конструкции добавлены два параллелепипеда по бокам. Данный тип крепежа обеспечивает максимальную устойчивость и прочность устройства. Снизу на данной части находятся 2 отверстия для крепления к стандартной брезентовой лошадиной сбруе. Данные отверстия имеют люфт в 1 мм с каждой стороны, что ведет к тому, что устройство будет достаточно крепко держаться на ленте.
2.4.3 Исследование на вибрационную устойчивость
Данное устройство спроектировано таким образом, что наиболее оптимальным местом его расположения на теле лошади является шея. Лошадь является живым крайне подвижным объектом, что приводит к необходимости проектирования устройства с учетом ее различных движений.
Для исследования воздействия данных движений на устройство необходимо вычислить некоторые ключевые параметры.
Таблица 10 - Исследование характеристик лошади
|
Тип движения(*) |
Кол-во шагов/мин |
Скорость |
Ускорение |
|
|
Шаг |
168 (или 28ш/10сек) |
3,5-7 км/ч |
1,5g |
|
|
Рысь |
144 (или 24ш/10 сек) |
15-20 км/ч |
- |
|
|
Галоп |
480 (или 80ш/10сек) |
15-60 км/ч |
3g |
*данные исследования получены эмпирическим путем и усреднены для лошадей разных пород (включая тягловых и скоростных) в возрасте от 1 до 3 лет.
При помощи программного комплекса Асоника было произведено моделирование гармонического воздействия на прибор.
Рисунок 26 - Заданное воздействие
Рисунок 27 - Полученное воздействие
Полученные результаты показывают, что прибор практически не испытывает воздействия от различных движений животного. Данный феномен можно логически объяснить, обратив внимание на строение костного и мышечного скелета лошади. Мышцы шеи животного оберегают мозг, для чего амортизируют все толчки и вибрации от столкновения копыт с землей. Таким же образом и прибор, находящийся близко к голове животного, получает минимальное воздействие от движения.
2.5 Разработка печатного узла
На плате присутствует два типа элементов: выводные и SMD -элементы. Монтаж SMD-элементов был проведен в технике «птичий ключ», который включает в себя три основных действия:
· "Прихватывание" детали - на данном этапе деталь зажимается пинцетом и слегка припаивается, стабилизируя деталь на плате
· Пайка противоположного "прихваченному" конца - на данном этапе деталь припаивается с противоположного конца
· Возврат к пайке "прихваченного" конца
Монтаж планарных компонентов был произведен стандартным методом, при котором деталь продевается в спроектированные на плате отверстия и припаивается с противоположного конца.
Пайка была проведена при помощи паяльной станции ELEMENT 852D++, пропоем с канифолью (состав: олово, свинец, канифоль). Также была использована паяльная кислота - флюс паяльный активный.
Рисунок 28 - Печатная плата вид сверху (слева), вид снизу (справа)
Рисунок 29 - Печатная плата вид в изометрии
Глава 3. Разработка алгоритма работы устройства
Проектируемое устройство контролирует время нахождения лошади в различных фазах сна, подвиды которых были описаны в главе 1. Как уже было сказано, для поддержания здоровья лошади, животное в обязательном порядке должно проходить все фазы сна в установленном порядке.
Выделим основные критерии проверки:
1) Лошадь должна находиться в парадоксальной фазе сна не менее часа в день
2) Лошадь должна находиться в парадоксальной фазе сна не более 6 часов в день (точный диапазон определяется для каждой лошади индивидуально в течение первых дней использования)
Дополнительные критерии отчетности:
1) Диапазон времени, в течение которого лошадь находится в состоянии диффузной сонливости
2) Диапазон времени, в течение которого лошадь находится в состоянии поверхностного сна
Методы измерения характеристик
Как было описано выше положение тела лошади различно для разных фаз сна, таким образом, измерив положение тела в конкретный момент времени, можно определить какую фазу сна претерпевает животное. Такое измерение будет проведено при помощи акселерометра.
3.1 Определение характеристик
3.1.1 Диффузная сонливость
В данной фазе лошадь стоит, однако в отличие от бодрствования тело максимально расслабленно, поясница прогнута и голова наклонена. Положение тела будет определяться по положению шеи, и соответственно акселерометра.
Рисунок 30 - Положение устройства на бодрствующей лошади
Рисунок 31 - Положение устройства на лошади в фазе диффузной сонливости
Однако для более точного определения различия между диффузной сонливостью и бодрствованием в устройстве предусмотрен GPS-трекер. Такой подход предусматривает ситуацию, в которой лошадь бодрствует с опущенной головой, например, щиплет траву.
3.1.2 Поверхностный сон
В данной фазе сна положение тела лошади - лежа с подогнутыми ногами. Положение будет определяться при помощи изменения высоты нахождения акселерометра.
Рисунок 32 - Положение устройства на лошади в фазе поверхностного сна
3.1.3 Глубокий сон
Положение тела лошади в фазе парадоксального сна характеризуется тем, что лошадь полностью расслаблена и лежит на боку вытянув ноги.
Рисунок 33 - Положение устройства на лошади в фазе парадоксального сна
3.2 Алгоритм
При первом использовании должно быть проведена инициализация и сохранение параметров для определенной особи. Сразу после включения происходит настройка, при которой сохраняются координаты акселерометра отдельно для положений лошади (стоя, в диффузной фазе, в фазе поверхностного сна, в фазе парадоксального сна)
Сокращения, используемые в алгоритме:
· GPS - данные о местоположении животного, полученные от GPS-модуля
· GPS1…GPSn - итерации этих данных
· ACCEL - данные о положении акселерометра, т.е. значения по осям x,y,z
· ACCELdif - x,y,z диффузного сна
· ACCELslow - x,y,z поверхностного сна
· ACCELparad - x,y,z парадоксального(глубокого) сна
· ParadoxTime - время непрерывного нахождения в парадоксальной фазе
· Pt - переменная проверки непрерывности парадоксального сна
В первом блоке происходит включение устройства, то есть подача питания и инициализация всех систем. Во втором блоке инициализируются переменные для циклов сохранения данных GPS, общего пакета данных и непрерывности парадоксального сна соответственно. В третьем блоке происходит получение данных о местоположении животного от GPS-модуля, а также переинициализация проверочной переменной цикла, отвечающего за сохранение двух значений местоположения лошади. Далее в четвертом блоке происходит проверка того, чтобы было получено именно два значения о местоположении. Если получено меньше двух значений, то цикл возвращается и получает еще одно значение, если же условие достаточно то действие алгоритма переходит к пятому блоку, в котором происходит сравнение первого и второго полученного значения местоположения. Если значения равны, что означает, что животное не перемещается, то в блоке 6 происходит сохранение имеющихся данных в переменную количества часов бодрствования, а также инициализируется переменная непрерывности глубоко сна, показывая, перерыв в данном типе сна. Если значения равны, что означает, что животное не изменяло местонахождения, то алгоритм переходит к блоку 7, в котором получает данные от акселерометра. Далее в блоке 8 происходит сравнение полученных данных с заранее сохраненными для конкретной лошади значениями акселерометра для диффузного сна.
Рисунок 34 - Алгоритм работы устройства
Если значения равны, то в блоке 9 сохраняются данные о количестве диффузного сна, а также инициализируется переменная непрерывности глубокого сна, показывая, перерыв в данном типе сна. Если не равны, то в блоке 10 происходит сверка этих данных с сохраненными значениями поверхностного сна, если значения равны, то в блоке 11 сохраняются данные о количестве поверхностного сна, а также инициализируется переменная непрерывности глубокого сна, показывая, перерыв в данном типе сна. Если не равны, то в блоке 12 11 сохраняются данные о количестве глубокого сна. Далее в блоке 13 происходит проверка непрерывности глубокого сна, а также контроль, чтобы количество данного сна за один непрерывный период не превышало шести часов. Если оба условия верны, то происходит отправка сообщения об опасном времени нахождения в фазе глубокого сна. Если же хоть одно условие неверно, то алгоритм переходит к блоку 15. Блоки 6,9,1, и 14 также ведут к блоку 15, где происходит отправка всех полученных данных на сервер. Далее в блоке 16 происходит проверка, есть ли сигнал, что по завершению цикла устройство должно выключиться. Если нет, то алгоритм возвращается к началу, если есть, то завершается.
Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был проведен анализ существующих приборов и устройств для контроля здоровья лошадей и других животных, также были изучена основная теория сна лошади и ее влияние на здоровье животного. На основе полученных данных была рассчитан новый метод определения фаз сна животного по положению тела в пространстве. Далее для полученного метода была разработана структурная и принципиальная электрическая схема, на основе которой была разработана топология печатного узла в программном обеспечении DipTrace. Для проверки расположения и правильного компоновки в программном обеспечении ZofzPCB была разработана 3D-модель будущего печатного узла. После чего с использованием планарных и smd-компонентов было произведено изготовление печатного узла.
При помощи программного комплекса SolidWorks был разработан компактный и эргономичный комплекс устройства, который был также исследован на вибрационные внешние воздействия при помощи программы Асоника-ТМ. Проведенный анализ выявил, что вибрационные воздействия достаточно малы, и не окажут губительного влияния на корпус и на устройство в целом. В последнем этапе был разработан алгоритм для программирования спроектированного устройства.
Список литературы
1. Основные требования к безопасности и микроклимату на конюшне // Equilife URL: http://equilife.ru/the-horse/health/stables_guidelines (дата обращения: 01.04.2019).
2. Health Care for Horses // Extension URL: https://articles.extension.org/pages/20168/health-care-for-horses (дата обращения: 01.04.2019).
3. Shoo-fly URL: https://shoo-fly.com/ (дата обращения: 01.04.2019).
4. H-Trap. Horsefly controlling system URL: https://www.h-trap.net/ (дата обращения: 01.04.2019).
5. Digitanimal URL: https://digitanimal.com (дата обращения: 05.04.2019).
6. Электроизгородь для лошадей // Olli-yug URL: https://olli-yug.ru/magazin/folder/loshadi (дата обращения: 05.04.2019).
7. Heatime® Pro+ System // SCR by Allfex URL: http://www.scrdairy.com/herd-intelligence/scr-heatime-hr-system.html (дата обращения: 05.04.2019).
8. Болезни лошадей: полный перечень болезней // Selo-Exp URL: https://selo-exp.com/loshadi/bolezni-loshadej.html#i (дата обращения: 15.04.2019).
9. Equine Sleep Patterns from A to Zzzzzzzzz // the HORSE URL: https://thehorse.com/113753/equine-sleep-patterns-from-a-to-zzzzzzzzz/ (дата обращения: 15.04.2019).
10. Equine Sleep // Live Journal URL: https://masterok.livejournal.com/1663442.html (дата обращения: 15.04.2019).
11. Какой сон предпочтителен для лошадей // СелоМое URL: https://selomoe.ru/loshadi/kak-spyat.html (дата обращения: 15.04.2019).
12. Сон лошади // Fer...
Подобные документы
Проектирование POST Card PCI, предназначенного для диагностики неисправностей при ремонте и модернизации компьютеров типа IBM PC. Описание блок–схемы устройства. Параметры печатной платы. Технология изготовления и трассировка печатной платы с помощью ЭВМ.
дипломная работа [482,6 K], добавлен 11.04.2012Разработка устройства контроля позиционирования исполнительного механизма. Проектирование принципиальной схемы и программного обеспечения микропроцессора, печатной платы. Аппаратные диагностические средства для проверки работоспособности устройства.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 19.12.2010Технические характеристики, описание конструкции и принцип действия (по схеме электрической принципиальной). Выбор элементной базы. Расчёт печатной платы, обоснование ее компоновки и трассировки. Технология сборки и монтажа устройства. Расчет надежности.
курсовая работа [56,7 K], добавлен 07.06.2010Исследование материалов, используемых при изготовлении печатной платы. Выбор типа и класса точности печатной платы. Электрическая схема прерывателя для подключения обычного светодиода. Создание посадочного места резистора. Вывод на печать чертежей платы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 21.02.2013Основные возможности микропроцессора AT91SAM9260, проектирование на его базе программно-аппаратного комплекса (ПАК) для облегчения процесса отладки устройств. Описание функциональной схемы. Разработка топологии печатной платы и программного обеспечения.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 10.09.2011Блок 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 07.06.2021Краткие сведения о резисторах. Выбор элементной базы. Разработка функциональной схемы системы контроля резисторов. Подключение микроконтроллера к последовательному порту персонального компьютера. Метод дискретного счёта. Расчёт размера печатной платы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.03.2012Описание схемы электрической принципиальной и принципа работы узла. Обоснование выбора класса точности и способа пайки печатной платы. Элементы внешней коммуникации узла. Способы обеспечения влагозащиты платы. Расчет проводников по постоянному току.
курсовая работа [989,4 K], добавлен 21.03.2013Анализ создания электрической принципиальной схемы. Программные средства разработки для микроконтроллера. Описание технологии изготовления печатной платы. Мероприятия по устранению или уменьшению влияния вредных факторов при производстве печатных плат.
дипломная работа [855,4 K], добавлен 13.06.2021Согласование уровней сигналов функциональных схем. Электрический расчёт узлов устройства. Схема преобразователя тока в напряжение. Проверка узлов схемы на Electronics Workbench. Разработка печатной платы одного из фрагментов электронного устройства.
курсовая работа [301,2 K], добавлен 15.08.2012Автоматизация - качественно новый этап в совершенствовании производства. Система сигнализации как функция контроля за состоянием объектов. Назначение и состав устройства, его принцип действия. Описание технологии монтажа, изготовление печатной платы.
курсовая работа [325,3 K], добавлен 04.05.2009Обзор генераторов сигналов. Структурная схема и элементная база устройства. Разработка печатной платы модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза. Выбор технологии производства. Конструкторский расчет; алгоритм программы.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 25.04.2015Разработка 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 31.05.2023Компоновка узлов на печатной плате игровой приставки. Технологический процесс монтажа микросхем на печатной плате. Выбор рационального места расположения элементов устройства. Расчет теплоотвода конвекцией. Расчет надежности печатной платы приставки.
курсовая работа [88,2 K], добавлен 11.03.2013Разработка конструкций и технологического процесса изготовления печатной платы устройства, расчетное обоснование выбора элементной базы и разработка структуры технологического процесса. Схемотехническое решение и конструктивное исполнение устройства.
курсовая работа [117,3 K], добавлен 11.05.2009Анализ схемы электрической особенности высококачественного усилителя мощности звуковой частоты, его конструктивные элементы и функциональное назначение. Выбор элементарной базы, конструкции, покрытия, а также основные принципы компоновки печатной платы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 15.09.2014Проектирование устройства контроля функционального состояния на базе беспроводной передачи сигналов от первичных преобразователей, размещаемых на обследуемом пациенте, к системе автоматизированной обработки данных, его практическое использование.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 25.12.2010Структурная схема приемника прямого усиления. Применение, классификация, назначение, показатели устройств. Разработка структурной схемы. Исследование принципа работы приемника. Изготовление печатной платы устройства, порядок расположения деталей.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 20.05.2013Модернизация более ранней разработки устройства на базе микроконтроллера MCS-48, предназначенного для увлажнения дыхательной смеси. Проектная процедура ПЛИС типа SOPC, реализованная на базе микроконтроллера MCS-48. Проектирование структурной схемы.
курсовая работа [523,2 K], добавлен 03.05.2015Разработка блок-схемы и программы работы микропроцессорного устройства для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Разработка принципиальной схемы функционирования устройства в среде САПР P-CAD.
курсовая работа [709,6 K], добавлен 24.05.2015
