Розроблення конструкції частотоміра

 Зміст:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Метою даного курсового проекту  є розроблення конструкції частотоміра, що працює по принципу підрахунку кількості імпульсів.

Постає завдання створення зручного переносного пристрою, що буде мати широке застосування. Він повинен мати невелику масу, ергономічний корпус, автономне живлення.

 

1. Опис схеми електричної принципової

Рисунок 1. Схема електрична

 

На вході пристрою встановлений компаратор DA1, який увімкнений по типовій  схемі з інвертуючим входом. Поріг  спрацювання компаратора змінюється підборкою резистора R4, чим більший  його опір тим більше поріг. Робота компаратора керюється сигналом на вході LATCH DA1, який поступає з лінії порта RA3 і дозволена при низькому логічному рівні на цьому вході. Порт В мікроконтролера DD1 задіяний для подачі напруги на елементи a — h індикаторів HG1, HG2, а порт С — для підключення катодів цих індикаторів до загального виводу. Резистор R7 є допоміжним для лінії порта RA0, a R6 — зменшує вплив на компаратор DA1 імпульсів, що поступають на вхід дільника в режимі дорахунку. Резистори R8 — R15 струмообмежуючі від їх опору залежить яскравість горіння індикаторів.

Вхідний сигнал перетворюється компаратором DA1 в прямокутні імпульси з рівнями  ТТЛ, які поступають на вхід мікроконтролера  для їх наступного підрахунку.  Восьмирозрядні регістри дільника, таймера NMR0 та двох лічильників преривання по переповненню TMR0 підраховують ці імпульси. Інтервал вимірювання задає таймер TMR1.

Інформація про регістри таймера TMR0 та лічильників доступна для читання, а склад високочастотного (до 90 МГц) регістру дільника недоступно. Тому для вилучення інформації, що зберігається в ньому, застосований класичний спосіб дорахунку імпульсів до переповнення дільника. Після зупинення лічення значення TMR0 зберігається в цифровому компараторі. Число поданих на вхід дільника імпульсів підраховується, і після кожного імпульса порівнюється поточне та збережене значення TMR0. При зміні поточного значення TMR0 подача імпульсів на дільник зупиняється. Накопичене у молодшому регістрі число, перетворене в додатковий код і буде тим числом, яке було в дільнику. Двійковий код на виходах чотирьох восьмирозрядних регістрів перетворюється у двійково-десятковий, а потім для керування семисегментними індикаторами.

Після подання напруги живлення виконується ініціалізація регістрів  мікроконтролера. Частота переключення розрядів при динамічній індикації повинна

 бути такою, щоб не було  видно мерехтіння індикатора. Ця частота повинна бути не менше 25 Гц. Обрана тривалість індикації одного розряду на індикаторі складає 3 мс, тому частота перемикання складає 41,7 Гц. При такій частоті мерехтіння індикатора не помітно.

Частотомір керується за допомогою мініатюрних кнопок. Живлення здійснюється від двох стандартних батарейок AAА.

 

2. Аналіз ТЗ

Метою розробки є створення функціонально  закінченого пристрою, що характеризувався б мінімальними розмірами, низькою собівартістю та мав естетичний зовнішній вигляд. Враховуючи вищевказані особливості, а також вимоги ТЗ, потрібно прийняти рішення по забезпеченню всіх норм.

Умови експлуатації:

Кліматичне виконання виробу УХЛ 4.2 – за ГОСТ 15150-69

 

• Робочі температури мінімальна -10СМаксимальна+40С Середня+25С Граничні температури Мінімальна+15С Максимальна+45С Гранична відносна вологість, при 25 С 100% Середня відносна вологість, при 20С 75%

Норми механічного впливу за ГОСТ 25467-82

• діапазон частот, Гц1-35. Прискорення, не більше, 5 (0.5) м/с² (g), амплітуда вібропереміщення, не більше, 0,8 мм, тривалість ударного імпульсу 10 мс, пікове ударне прискорення 70(7) м/с²(g),  загальне число ударів тривалістю 2-15 мс, не більше 10000, тривалість одиночних ударів з прискоренням 15g, не більше 3 мс.

 

Основні положення:

   Склад, структура побудови і функції частотоміра повинні бути технічно і економічно обґрунтовані. Виріб повинен працювати стабільно у заданих умовах.

Вимоги до складових частин, сировини, вихідних матеріалів:

Вибір сировини, матеріалів і радіоелементів робити згідно  відповідних переліків, що розповсюджені на сучасному ринку. Максимально використовувати покупні  вироби. Умови і функціональне  позначення повинні задовольняти стандарту ГОСТ 25874-83 “Аппаратура радиоэлектронная, электронная и электротехническая. Условные функциональные обозначения”.

Розглянемо основні обмеження  на проектування. Даний пристрій відносится до категорії переносної апаратури, тому потрібно враховувати вимоги на віброміцність та удароміцність.

Оскільки прилад переносний, то потрібно прагнути до найменших розмірів та маси. Для підвищення технологічності  потрібно, щоб найбільша кількість  складальних частин виробу була уніфікованою і стандартизованою. По міцності вимоги не актуальні оскільки прилад має невелику масу. Щодо матеріалу корпусу, то основні вимоги направлені на використання недорогих матеріалів, за рахунок чого можна зменшити вартість виробу.

Користувач повинен мати доступ тільки до органів курування, які знаходяться на верхній кришці корпусу.

Всі елементи повинні бути встановлені  так, щоб була забезпечена можливість їх заміни без пошкодження інших  деталей. Прилад буде мати розбірний корпус і відповідно буде забезпечуватися доступ до плати з елементами.

3. Вибір елементної бази та матеріалів

1. Вибір радіоелементів

Обов’язковими частинами будь – якого пристрою є елементи. Частина цих елементів є складовою конструкції пристрою і призначена для різних механічних з’єднань, їх називають конструктивними елементами або деталями. Інша частина елементів поєднує виконання механічних операцій з електричними. Це – різні штепсельні роз’єми, перемикачі. І нарешті, третя частина елементів утворює електричну схему. Згідо ГОСТ 2701 – 68 їх називають елементами схеми. До них належать резистори, конденсатори, різні напівпровідникові і електричні пристрої. Такі елементи можуть мати досить складне улаштування, але не допускають розділу на частини, які мають самостійне функціональне призначення.

Елементи загального призначення є виробами масового виробництва, тому вони піддалися досить широкої нормалізації і стандартизації. Стандартами і нормами установлені техніко – економічні показники, параметри і розміри. Такі елементи називають типовими. Вибір типових елементів проводиться по параметрам і характеристикам, які описують їх властивості, як при нормальних умов експлуатації, так і при різних впливах (кліматичних, механічних і т. д.).

Основними електричними параметрами є: номінальне значення величини, характерної для даного елементу (опір резисторів, ємність конденсаторів) і межі допустимих відхилень; параметри, які характеризують електричну міцність і здатність довгий час витримувати електричне навантаження; параметри, які характеризують втрати, стабільність і надійність.

Конденсатори, резисторі та інші елементи вибираються відповідно до наступних вимог показників якості: вони повинні бути  надійними, стійкими до зовнішніх впливів, витримувати заданий діапазон температур (-15...+45°С), мати мінімальну ціну та бути малогабаритними.

Позначення	Тип ЕРЕ	Елементи що були обрані	Елементи запропоновані  в ТЗ
С1	Конденсатори	BC1178TR-ND	К50-35 220мкФ  10В
С2-С5		490-3505-2-ND	К10-17Б 0,1мкФ  10%
С4		2220GA221KAT1A	К10-7В-М1500-220пФ 10%
IC1	Мікросхеми	PIC16F873	PIC16F873
IC2		AD8611R	AD8611ARZ
HL1, HL2	Індикатори	A 564 SR	RL-F030GDAW
R1	Резистори	P10.0KHCT-ND	С2-23-0,125-10кОм ± 2%
R2		P39.0KHTR-ND	С2-23-0,125-39кОм ± 2%
R3		P47KGTR-ND	С2-23-0,125-47кОм ± 2%
R4		P1.00KHTR-ND	С2-23-0,125-1кОм ± 2%
R5		P100KGTR-ND	С2-23-0,125-100кОм ± 2%
R6		P1.00KHTR-ND	С2-23-0,125-1кОм ± 2%
R7		P270HTR-ND	С2-23-0,125-56кОм ± 2%
R8-R15		P270HTR-ND	С2-23-0,125-270Ом ± 5%
VD1, VD2	Діоди	CGRM4001-G	КД522Б
S1, S2	SMD Dip Switch	563-1192-6-ND	B170G
J1, J2	Роз’єми	DCJ0303	Djk 02ab
Z1	Кварц	SM49	HC-49U

 

Еленемти які запропоновані  в технічному завданні забезпечують потрібний режим роботи, але замінивши  їх на більш сучасні, отримуемо менші габарити, більшу механічну міцність внаслідок зменшення маси, більшу надійність та меншу розсіювану потужність. При виборі елементів оріентуемость на використання елементів вироблених провідними світовими фірмами, такими як Kermet, Philips та ін. Всю необхідну інформацію можна знайти в документації на ці елементи (DataSheet).

 

 Мікроконтролер:

У пристрої використаний мікроконтролер PIC16F873, який виконаний у пластиковому корпусі DIP та має 28 виводів. Блок-схема  його зображена  на    мал. 2. Цей мікроконтролер задовольняє вимоги щодо кількості портів виводу, пам’яті, тактової частоти. Встановлюється мікроконтролер на плату вже запрограмований та не передбачає зміни програмного коду, тому гніздо для нього не використовується, а встановлення відбувається за допомогою пайки.

Мал. 2

2. Вибір матеріалу плати

Матеріали, що використовуються основою  друкованих плат, повинні мати високі властивості електроізоляції, високу механічну міцність, стабільність при  дії агресивних середовищ і кліматичних  умов. При наявності перенавантажень та забезпечення постійної працездатності треба забезпечити гарну адгезію до струмопровідного покриття, задля того щоб не було відшарування доріжок від матеріалу основи. Матеріал, що використовується для виробництва плат повинен допускати можливість обробки різанням та штампуванням оскільки зазвичай матеріал випускається листовий з подальшим його різанням до потрібного розміру. Найбільш розповсюдженими в наш час залишаються фольговані гетинакси та склотекстоліти (Табл. 3):

Табл. 3 Матеріали ДП

Найменування показників	Гетинакс	Склотекстоліт
Межа міцності на розтяг кгс/см2, не менше	800	2000
Щільність, р/см3	1,3	1,6
Влагопоглинання, %,не більш	4	3
Питомий об'ємний електричний опір, Ом/см	1012	1013
Тангенс кута діелектричних втрат при частоті 106 Гц	0,038	0,025
Середня електрична міцність при температурі, +20 ¸ - 5оС, кв/мм	33	12
Товщина	1-3 мм	0,8-3 мм

 

Друковані плати з склотекстоліту мають меншу деформацію, більшу максимальну  робочу температуру та опір ізоляції, більшу вологостійкість, ніж друковані плати з фенольного та епоксидного гетинаксу. Отже для виготовлення друкованої плати варто застосувати епоксидний склотекстоліт склотекстоліт.

Габаритні розміри плати повинні  відповідати ГОСТ 10317-79 і не перевищувати співвідношення  3:1.

Наступним пунктом варто вибрати  метод та матеріал металізації поверхні вибраного матеріалу. Плати призначені для поверхневого монтажу компонентів  виконують за адитивною технологією, що  дозволяє створювати конфігурацію більш вузьких провідників і проміжків між ними.

Для металізації використовують, мідну  електролітичну фольгу товщиною до 35-50 мкм. Для даного випадку застосуємо фольгу товщиною 35 мкм, оскільки під  час протравлення плати отримаємо  найменше бокове протравлення, а відповідно надійність конструкції підвищується. Визначимо товщину друкованої плати з ряду значень: 0.8; 1.0; 1.5; 2.0. Щоб забезпечити більшу твердість треба застосувати більшу товщину плати, відповідно для забезпечення належної умови жорсткості, якщо така вимога не ставиться, то можливе застосування меншої товщини. Оскільки на плату не будуть встановлюватись елементи з великою масою використаємо  товщину 1,0мм. Даним вимогам відповідає фольгований склотекстоліт марки СФ-2-35Г ГОСТ 10316-78:

• діапазон робочих температур  –  -60 – +85°C
• час стійкості до припою – 20с;
• твердість на відслоєння – 3Н;
• модуль пружності - 5.7·10¹⁰  Н/м²;
• густина - 2.67·10³ кг/ м³

Для вибору способу отримання друкованого  рисунку на друкованій платі  обираємо комбінований позитивний метод.

Після збирання друкованого вузла відбувається покриття плати лаком для зниження впливу вологи та механічних ушкоджень. Повинен бути забезпечений надійний захист від тривалої дії вологи. Матеріал покриття повинен забезпечувати високу адгезію та еластичність плівки після нанесення. Враховуючи всі вимоги при виготовленні даного приладу можна використати покривний лак КО-938В, його робоча температура -60...+250°С, час висихання – 1 година при температурі 85 °С, тангенс кута діелектричних втрат 0,009, діелектрична проникливість 4,5...6.

3. Вибір матеріалу корпусу

 

     3 урахуванням умов  експлуатації і механічних впливів, а також враховуючи серійність виробництва до матеріалу корпуса висуваються наступні вимоги: