Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Минский государственный высший радиотехнический колледж»

Курсовой проект

Автомат управления дневными ходовыми огнями автомобиля

по дисциплине

«Основы конструирования электронных устройств»

Учащийся: А.С. Антонов

Преподаватель: И.Н. Чагаева

Минск 2016



Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Назначение изделия и технические возможности

1.2 Требования по устойчивости к внешним воздействующим факторам

1.3 Требования к надёжности

2. Анализ схемы электрической принципиальной

3. Выбор элементной базы

4. Выбор материалов и покрытий

5. Выбор способа монтажа

6. Разработка конструкции печатной платы

7. Технологический раздел

8. Расчёт надёжности

Заключение

Литература



Введение

Предлагаемое устройство предназначено для автоматического управления работой установленных на автомобиле дневных ходовых огней (ДХО).

Оно функционирует в соответствии с техническими требованиями к ДХО, предусмотренными ГОСТ Р-41,48-2004, и включает следующие функции: включает ДХО при запуске и выключает их при остановке двигателя автомобиля; включает ДХО при включении габаритных огней (ближнего света фар); предоставляет водителю автомобиля возможность устанавливать длительность задержки включения ДХО после пуска двигателя; обеспечивает водителю возможность контролировать функционирование ДХО из салона автомобиля с помощью светодиодного индикатора.



1. Анализ технического задания

1.1 Назначение изделия и технические возможности

По некоторым оценкам, движение легкового автомобиля с включёнными фарами заметно повышает расход топлива до 0,5 л на 100 км пройденного пути. Использование так называемых дневных ходовых огней позволит уменьшить указанный дополнительный расход топлива и продлить срок службы ламп фар.

1.2 Требования по устойчивости к внешним воздействующим факторам

Автомат управления дневными ходовыми огнями автомобиля может использоваться в различных местах, но чаще он будет находится в комнатных условиях (данный генератор часто используют радиолюбители), поэтому проектируемое устройство является стационарной радиоэлектронной аппаратурой и относится к группе I (используется в жилых помещениях). В соответствии с ГОСТ 11478-88 проектируемое устройство должно отвечать следующим параметрам:

· Пониженная температура (рабочая + 5 , предельная - 40 );

· Повышенная температура (рабочая + 40 , предельная + 55 );

· Относительная влажность при температуре (25 %);

· Пониженное давление ( Па).

При этом нормальными климатическими условиями являются:

· Температура (+ 25 );

· Относительная влажность (10 %);

· Атмосферное давление (70 кПа).



1.3 Требования к надёжности

Испытание на надёжность данной проектируемой аппаратуры в соответствии с ГОСТ 21317-87 проводится следующим образом.

При проверке работоспособного состояния радиоаппаратуры проводят проверку срабатывания всех органов управление и параметров, перечень и методы измерения которых устанавливаются в ТУ на аппаратуру конкретного типа.

Начинают производить электропрогон радиоаппаратуры. Электропрогон радиоаппаратуры проводят при напряжении питания. Рекомендуемая расчётная длительность электропрогона, используемая для составления плана испытаний, составляет 750 часов.

В течение каждого цикла электропрогона следует проводить проверку каждого аппарата при различных уровнях громкости.

Средняя наработка на отказ данной проектируемой аппаратуры произведена по расчётам в соответствии с ГОСТ 21317-87. Последовательность ориентировочного расчёта приведена в пункте 8 данного курсового проекта.



2. Анализ схемы электрической принципиальной

Контакты колодки ХТ1 соединяют со следующими электрическими цепями автомобиля:

1 (+АКБ) -- с плюсовым выводом аккумуляторной батареи;

2 (+12 В) -- с выключателем бортового напряжения замка зажигания;

3 (ДДМ) -- с датчиком давления масла;

4 (РСТ) -- с линией управления реле стартёра;

5 (ГО) -- с линией питания габаритных огней (ближнего света фар);

6 (-АКБ) -- с минусовым выводом аккумуляторной батареи ("массой" автомобиля);

7 и 8 (ДХО-Л и ДХО-П) -- с линиями питания соответственно левых и правых ДХО.

При замкнутом выключателе SA1 и повороте ключа зажигания в положение "Зажигание" на контакт 2 колодки ХТ1 поступает напряжение бортсети автомобиля.

Оно подаётся на вход интегрального стабилизатора DA1, который формирует на своём выходе стабилизированное напряжение +5 В, необходимое для работы основных узлов устройства.

Конденсаторы С1, С2 сглаживают пульсации напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора. О включении автомата управления ДХО свидетельствует свечение светодиода HL3, рабочий ток которого задан резистором R23.

В таком положении ключа зажигания контакты датчика давления масла, установленного на двигателе, замкнуты.

Поэтому напряжение на контакте 3 колодки ХТ1 равно нулю.

В результате этого электронные ключи на транзисторах VT3 и VT4 закрыты, а цепь зарядки конденсатора СЗ (участок эмиттер-коллектор транзистора VT4, диод VD4 и резисторы R12, R15) обесточена.

Транзисторы VT1 и VT5 также закрыты, поскольку напряжение на контактах 4 и 5 колодки ХТ1 отсутствует.

Напряжение на неинвертирующем входе компаратора напряжения DA2, поступающее с делителя напряжения R18 R19, превышает напряжение на его инвертирующем входе, подаваемое с конденсатора СЗ, вследствие чего на выходе компаратора DA2 устанавливается высокий уровень напряжения.

При этом транзисторы VT7 и VT8 закрыты, обмотка реле К1 обесточена, его контакты К1.1 разомкнуты, напряжение на контактах 7 и 8 колодки ХТ1 отсутствует.

ДХО выключены, а светодиоды HL1 и HL2 не светятся.



3. Выбор элементной базы

Для проектируемого устройства выбираем следующие элементы:

1. Конденсатор C1 - K53-1;

Конденсатор C2 - К53-1А;

Конденсатор С3 - К50-35.

2. Микросхема DA1 - KP142EH5A:

· Выходное напряжение: 5 ±0,1 В;

· Выходной ток: 2 А;

· Входное напряжение: 15 В;

· Нестабильность по току: 1,33 %/А;

· Нестабильность по напряжению: 0,05 %/В;

· Диапазон рабочих температур: -45...+70°С.

Микросхема DA2 - K554CA3A:

· Напряжение питания (от 13,5 В до 16,5 В);

· Значение статического потенциала 200 B;

· Синфазное входное напряжение ±15 В.

3. Приборы световой сигнализации АЛ307ЕМ-желтый;

Прибор световой сигнализации АЛ307ГМ-зеленый.

4. Резисторы R1, R4, R8, R9, R22 - МЛТ-1 (0.125В):

· Предельно рабочая температура (от -55 до +125 );

· Минимальная наработка на отказ 15000 ч;

· Срок хранения 10 лет;

· Максимальное рабочее напряжение 150 В;

· Номинальное сопротивление 15 кОм.

Резисторы R2, R3, R6, R7, R10, R17, R18, R19, R21- МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 4,7 кОм.

Резисторы R5, R20 - МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 1,1 кОм.

Резисторы R11, R24 - МЛТ-1 (0.25В):

· Номинальное сопротивление 620 Ом.

Резисторы R12 - МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 51 кОм.

Резисторы R13- МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 360 кОм.

Резисторы R14 - МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 100 Ом.

Резисторы R15 - переменный СП3-4АМ (0.25В):

· Номинальное сопротивление 470 кОм.

Резисторы R16 - МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 1,8 кОм.

Резисторы R23 - МЛТ-1 (0.25В):

· Номинальное сопротивление 150 Ом.

Резисторы R25 - МЛТ-1 (0.125В):

· Номинальное сопротивление 330 Ом.

5. Диоды VD1, VD5 - КД512А:

· Максимальное постоянное обратное напряжение 200 В;

· Максимальное прямое напряжение 1 В;

· Максимальный постоянный прямой ток 10 А;

· Рабочая температура -65…+125 .

Диоды VD2- VD4, VD6, VD7 - КД512А:

· Максимальное постоянное обратное напряжение 50 В;

· Максимальное прямое напряжение 1,1 В;

· Максимальный постоянный прямой ток 0,1 А;

· Рабочая температура -65…+125 .

6. Транзисторы VT1, VT7 - КТ503Г:

· Максимально допустимый ток 0,15 А.

Транзисторы VT2, VT6 - МП42Б:

· Максимально допустимый ток 0,2 А.

Транзисторы VT3, VT5 - КТ503Д:

· Максимально допустимый ток 0,15 А.

Транзистор VT6 - КТ502Д:

· Максимально допустимый ток 0,15 А.

Транзистор VT8 - КТ502Д:

· Максимально допустимый ток 1,5 А.

7. Электрический предохранитель - FU1:

· Номинальный ток 2 А;

· Номинальное напряжение 250 В.



4. Выбор материалов и покрытий

Исходя из условий эксплуатации и влияющих на данную аппаратуры внешних факторов выбираем предположительно материал основания СТНФ-1-35 (стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный с гальваностойкой фольгой). Представляет из себя слоистый материал, изготовленный на основе стеклоткани пропитанный эпоксидной смолой и покрытый медной гальваностойкой фольгой.

Данный материал чаще применяется для изготовления ОПП и ДПП. Обладает отличной термостойкостью (от -60 до +110 ), имеет высокое удельное сопротивление и малый тангенс угла потерь. Так же обладает незначительной влагостойкостью.

Технология производства фольгированных диэлектриков обеспечивает возможность производства ПП до 5-ой группы жестоки.

У данного материала низкая плотность при высокой прочности и соответственно малый вес, что благоприятно в целом для всего устройства.

автомобиль автоматический управление электрический



5. Выбор способа монтажа

Способ монтажа одна из важнейших задач решаемая на этапе предварительной компоновки изделия. Его тип определяется используемой элементной базой, рабочим диапазоном частот, условие эксплуатации и вариантом конструкции модуля.

Автомат управления ДХО автомобиля имеет диапазон частот ниже 1 кГц, является возимой ЭА и имеет большое количество элементов. Исходя из представленных и прошлых пунктов будет использоваться плоский (печатный) способ монтажа.

Данный способ монтажа чаще используется при конструировании печатных плат. В процессе конструирования печатных плат определяются конфигурация и габаритные размеры печатных плат, рациональное взаимное расположение элементов на печатных платах, осуществляется трассировка соединений. Определение конфигурации и габаритных размеров печатных плат необходимо осуществлять с учетом габаритных размеров разрабатываемого изделия, сложности электрической схемы, применяемых элементов, эксплуатационных требований, предъявляемых к изделию.

Конструирование печатной платы для данного автомата управления ДХО осуществляться автоматизированным методом. Данный метод предполагает размещение навесных компонентов и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ. Для этих целей будет использована система автоматизированного проектирования P-CAD и пакета машинной графики AutoCAD.



6. Разработка конструкции печатной платы

Генератор ЗЧ с батарейным питанием является стационарным устройством и находится будет в комнатных условиях. Данная аппаратура относиться к первой группе жёсткости. Для возимой ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, абразивной пыли, избыточной влажности.

Данная аппаратура должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надёжность электрических соединений и устойчивость к ударам и вибрациям, к возникновению инея и росы, а также ограниченную мощность рассеяния.

Разрабатываемый автомат управления ДХО имеет высокую конструкторскую сложность ФУ (50 установочных элемента на ПП) и требует значительной трассировочной способности ПП, применения ДПП и соответствующих технологических процессов ее изготовление.

Поскольку на ПП устанавливаются 50 ИМС (высокая конструкторская сложность) с выводами, установленными в отверстия, выбираем 3-й класс точности;

Номинальные значения основных параметров:

· Номинальная ширина проводника мм;

· Номинальное расстояние между проводником мм;

· Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки мм;

· Предельное отклонение ширины печатного проводника мм;

· Позиционный допуск расположения печатных проводников мм;

· Отношение диаметра отверстия к толщине ПП .

Учитывая тип конструкции и выбранный класс точности ПП, будет использоваться метод изготовления МПП - метод металлизации сквозных отверстий (ММСО).

Исходя из метода изготовления материал основания МПП будет ФТС-2-18А. Особенности данного материала описаны в 4 пункте данного курсового проекта.

Выбор габаритных размеров ПП осуществляется с помощью расчётов.

1) Выбор типоразмера ПП:

Исходя из имеющихся на плате элементов рассчитываем типоразмер ПП:

По ГОСТ 10317-79 подбираем ширину и длину ПП. Ширина - 110 мм, длинна - 170 мм.

Определение длины электрических связей и число слоев ДПП:

2) Расчёт элементов проводящего рисунка

a) Расчёт диаметра монтажных отверстий:

Номинальный размер диаметра монтажного отверстия определяют по формуле:



b) Расстояние (Q₁) от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учётом допусков на размеры сторон. Q₁ = 2 мм.

c) Расстояние (Q₂) от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяются по формуле:

d) Расчёт ширины печатных проводников. Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле:

e) Диаметр контактных площадок (КП). Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:

Диаметр узкого места КП - 2,0 мм.

f) Расчёт расстояние между элементами проводящего рисунка:



1. Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка определяют по формуле:

2. Наименьшее номинальное расстояние для замещения двух КП номинального диаметра в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 1,95 мм.

3. Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,65 мм - для внутренних слоёв; 2,5 мм - для наружных слоёв.

4. Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D₁ и D₂ определяются по формуле:

Проведя расчёты элементов проводящего рисунка необходимо выбрать последовательность основных операций технологического процесса изготовления ДПП методом комбинированным позитивным.

3) 

7. Технологический раздел

Технологичность конструкции - это совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкции изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества. Эта характеристика, влияющая на точность и себестоимость является одной из важных.

Исходя из условий данных в курсовой работе произведём технологический расчёт генератора ЗЧ с батарейным питанием:

1. Коэффициент применения микросхем и микросборок:

Где - общее число дискретных элементов, заменённых микросхемами и микросборками; - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъёмы, реле и другие элементы.

2. Определение коэффициента автоматизации и механизации монтажа изделия по формуле:

Где - количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке элементов и последующей пайке; - общее количество монтажных изделий. Для ЭРЭ, микросхема, разъёмов, роле и прочих определяется количество выводов.

3. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

Где - количество ИЭТ, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в их число включается ИЭТ. Не требуют специальной подготовки (патроны, реле и т.д.); - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями КД.

4. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

Где - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматически стендах; - общее количество операций регулировки котнполя. Две операции - визуальный контроль и электрический - являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировачные элементы (катушки индуктивности с подстрочными сердечниками), то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.



5. Коэффициент повторяемости ИЭТ:

Где - количество типоразмеров оригинальных Иэт в РЭС. К оригинальным относятся ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по ТУ; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент: - общее количество типоразмеров.

6. Коэффициент применения типовых ТП:

Где - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП; Д, Е - общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.

7. Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

Где - число деталей, изготавливаемых по прогрессивным ТП (штамповка, прогрессирование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т.д.): Д - общее число деталей (без учёта нормализованного крепежа).



Основным показателем, используемым для оценки технологичности конструкции, является комплексный показатель технологичности конструкции изделия, который находится в пределах :

Исходя их условия технологический расчёт проведён верно.



8. Расчёт надёжности

Существует разное количество расчёта показателей надёжности РЭУ и отличаются они по степени точности учёта электрического режима и условий эксплуатации элементов. При ориентировочном расчёте этот учёт выполняется приближённо, с помощью обобщённых эксплуатационных коэффициентов. Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования, когда еще не выбраны эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция, и естественно, существуют результаты конструкторских расчетов (теплового режима, виброзащищённой и т.п.).

Последовательность ориентировочного расчёта:

1. На основе анализа электрической схемы ЭВС формируются группы однотипных элементов;

2. Для каждого типа или вида элементов, определяется значение интенсивности отказов . Значения взяты из справочника "Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС";

3. Для элементов каждой группы по справочникам определяют средне групповое значение интенсивности отказов

4. Подсчитываем значение суммарно интенсивности отказов элементов устройства

где, - значение интенсивности отказов элементов j-й группы;

- количество элементов в j- группе;

k - число сформированных групп однотипных элементов.

5. С использованием обобщённого эксплуатационного коэффициента выполняем приближенный учёт электрического режима и условий эксплуатации элементов.

Суммарную интенсивность отказов элементов ЭВС с учётом электрического режима и условий эксплуатации определяем по следующему выражению

где - обобщённый эксплуатационный коэффициент, выбираемый в зависимости

от вида ЭВС или условий его эксплуатации.

6. Наработка на отказ

Вероятность безотказной работы за заданное время

По данным вычислениям получаем, что данный автомат управления проживёт 219000 часа или почти 10 лет.



Заключение

В результате курсового проекта был спроектирован автомат управления ДХО автомобиля.

Для проектирования был проведен анализ данного устройства, выбрана элементная база, выбран материал и покрытия, выбран способ монтажа, разработана конструкция печатной платы, проведен технологический расчет и расчет надежности.

Приведена схема электрическая принципиальная данного устройства, её изображение на печатной плате и сборочный чертеж печатной платы.



Литература

1. Фещенко Т.И., Сычева Ю.С., Образцова О.Н., Василевская Н.И. Оформление курсовых и дипломных проектов;

2. Достанко А.П., В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев Технология радиоэлектронных устройств и автоматизации производства - «Высшая школа», Минск, 2002;

3. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры - ООО «Группа ИТД», Москва, 2002;

4. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры/ под ред. Шахнова В.А., - Москва, МГТУ им. Баумана, 2002;

5. Конденсаторы: справочник/ ред. И.И. Четверткого.-М.:Радио и связь, 1993;

6. Медведев А.И., Сборка и монтаж электронных устройств - «Техносфера», Москва, 2002;

7. Мухосеев В.В., Сидоров И.Н. Маркировка и обозначение элементов. Справочник. - Москва, Горячая линия - Телеком, 2001;

8. Пикуль М.И., Русак И.М., Цирельчук Н.А. Конструирование и технология производства ЭВМ - «Высшая школа», Минск, 1996;

9. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатный плат - «Форум-Инфо-Н», 2009;

10. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник/ Н.Н. Акимов, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. - Мн.: - Мн.: Беларусь, 1994.

Список Интернет-ресурсов:

1. Википедия - https://ru.wikipedia.org/.

2. ДХО. Требования ГОСТ к дневным ходовым огням. -- URL: http://adrl.ucoz.ru/publ/dkho_trebovanija_gost_k_dnevnym_khodovym_ognjam/1-1-0-1 (23.10.14).

Размещено на Allbest.ru

...