3 Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции

Выбор элементной базы унифицированных узлов необходимо производить исходя из условий эксплуатации устройства. Таким образом, ко всем электрорадиоэлементам (ЭРЭ) схемы, ко всем конструкционным материалам и изделиям предъявляются те же требования, что и ко всему устройству в целом. [2]

Выбор ЭРЭ и материалов производится на основе требований к аппаратуре, в частности, кинематических, механических и других воздействий при анализе работы каждого ЭРЭ и каждого материала внутри блока, и условий работы каждого блока конструкции. От выбора элементов зависят габаритные размеры, надёжность изделия, потребление энергии электроприбором, стоимость изделия, а также его приспособленность к климатическим условиям.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ является: Технические параметры:

-номинальные значения параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

-допустимые отклонения величин ЭРЭ от номинальных значений;

-допустимые рабочие напряжения ЭРЭ;

-допустимые рассеиваемые мощности ЭРЭ;

-диапазон рабочих частот ЭРЭ;

-коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

Эксплуатационные параметры:

-диапазон рабочих температур;

-относительная влажность воздуха;

-давление окружающей среды;

-вибрационные нагрузки.

Выбор унифицированной элементной базы позволяет сократить стоимость изделия, срок проектирования, исключить специальные оснастки, улучшить производственную и эксплуатационную технологичность.

Для проектируемого устройства из справочной литературы выбираем следующие элементы:

1) Выбор конденсаторов:

Электролитические неполярные (биполярные) конденсаторы предназначены для использования в цепях с переменной полярностью. Алюминиевые электролитические конденсаторы, благодаря электрохимическому принципу работы, обладают следующими преимуществами: высокая удельная емкость; высокий максимально

10

допустимый ток пульсации; высокая надежность. Параметры для конденсаторов TECAP приведены в таблице 3.1:

Таблица 3.1 Параметры конденсаторов TECAP

Конденсаторы GRM219F51H474ZA01D предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. GRM219F51H474ZA01D - незащищённые керамические конденсаторы, предназначены для поверхностного монтажа. Параметры для конденсаторов GRM219F51H474ZA01D приведены в таблице 3.2:

Таблица 3.2 Параметры конденсаторов GRM219F51H474ZA01D

2) Выбор резисторов:

Бескорпусные толстопленочные резисторы (чип-резисторы, smdрезисторы) предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Используются для поверхностного монтажа. Параметры для чип резисторов 0805 приведены в таблице 3.3:

Таблица 3.3 Параметры чип резисторов 0805

11

Резисторы подстроечные 3362P - пассивные электронные компоненты, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от положения центрального контакта. Подстроечные резисторы используются для регулировки и подстройки параметров электронной схемы и подразделяются на однооборотные и многооборотные. Обычно, регулировочный вал не доступен без разборки РЭА. Параметры для чип резисторов 3362P приведены в таблице 3.4:

Таблица 3.4 Параметры резисторов подстроечных 3362P

3) Выбор диодов:

Диод КД522 обладает следующими параметрами: прямой ток – не менее 150мА, обратное напряжение 100В и высокая скорость переключения – не более 4 нс. Эти параметры, а также дешевизна и относительно небольшой корпус DO-35 позволили стать ему одним из самых распространенных диодов. Параметры для диодов КД522 приведены в таблице 3.5:

Таблица 3.5 Параметры диодов КД522

4) Выбор стабилизатора напряжения:

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы. Параметры для стабилизатора напряжения LM7895CT приведены в таблице 3.6:

Таблица 3.6 Параметры стабилизатора напряжения LM7895CT

5) Выбор кнопочных переключателей:

Переключатели кнопочные нажимные, коммутируют цепи сигнализации, питания и управления с напряжением до 250В, силой тока от 1х10-6А до 5А и коммутируемой мощностью до 500Вт. Кнопки выполняют функции включения и отключения от 1-го до 8-ми направлений с возможностью фиксации толкателя кнопки и сопровождающейся одно-, двухцветной индикацией. Кнопки крепятся в отверстии на панели путём фиксации с помощью резьбового соединения. Параметры для кнопочных переключателей KAN0611 приведены в таблице 3.7:

13

Таблица 3.7 Параметры кнопочных переключателей KAN0611

6) Выбор замыкающих герконов:

Контакты герконов МКА-14103 находятся в полностью герметичном стеклянном корпусе, что позволяет использовать их в условиях повышенной влажности, запыленности и в широком диапазоне рабочих температур (от - 60°С до 100°С). Герконы широко применяются в коммутационных изделиях, таких как: управляемые контакты реле, магнитные выключатели, различные датчики в бытовой, промышленной и специальной аппаратуре, измерительные приборы. На пределе коммутационного ресурса могут возникать отказы срабатывания – явления сваривания или залипания контактов. Это происходит вследствие механического, химического (коррозии) и электротермического воздействия. Параметры для замыкающих герконов МКА-14103 приведены в таблице 3.8:

Таблица 3.8 Параметры замыкающих герконов МКА-14103

14

7) Выбор разъема питания:

Параметры для разъема питания MSTB2,5/6-G-5,08 приведены в таблице 3.9:

Таблица 3.9 Параметры разъема питания MSTB2,5/6-G-5,08

8) Параметры микроконтроллеров: Микроконтроллер PIC12F675-I/P:

Микроконтроллер PIC12F675-I/P представляет собой однокристальный 8-разрядный FLASH CMOS микроконтроллер.

Тип корпуса: DIP-8.

Основные характеристика микроконтроллера PIC12F675-I/P:

•Высокопроизводительная RISC архитектура;

•35 команд;

•Все команды выполняются за один цикл, кроме команд переходов, выполняемых за два цикла;

•Тактовая частота:

-DC - 20МГц, частота тактового сигнала;

-DC - 200нс, длительность машинного цикла;

•Память:

-1024 х 14 слов Flash памяти программ;

-64 х 8 память данных;

-128 х 8 EEPROM памяти данных;

•Система прерываний;

•16 аппаратных регистров специального назначения;

•8-уровневый аппаратный стек;

•Прямой, косвенный и относительный режим адресации.

Микроконтроллер STM32F103C8T6

Данный курсовой проект построен на основе контроллера STM32F103C8T6, работающего на ядре ARM Cortex-M3. Мощное ядро способно работать на частоте до 72 МГц с производительностью до 1,25

15

DMips, то есть этот микроконтроллер мощнее типовой Arduino более чем в 5,5 раз. Всего у данного микроконтроллера 64 Кб памяти программ и 20 Кб ОЗУ - теперь можно не экономить на строках. Микроконтроллер располагает богатым набором внешних интерфейсов - SPI (до 18 Мбит/с), USART, I2C, причём все они высокоскоростные и способны передавать данные без участия ЦП - с помощью ПДП (DMA), что значительно повышает скорость передачи. Также имеется CAN интерфейс - он позволит организовать передачу по проводам на большие расстояния. Контроллер обеспечен аппаратным интерфейсом USB 2.0 Full Speed, то есть на его основе удобно создавать проекты, подключающиеся к компьютеру - и больше никаких последовательных портов. АЦП контроллера способен совершать преобразование за наносекунду с точностью до 12 бит, а 37 каналов вводавывода позволяют навсегда забыть о расширителях портов. Помните, что выводы имеют логический уровень 3,3 В (но некоторые имеют совместимость с 5 В).

Спецификация:

Процессор: STM32F103C8T6 - ARM Cortex-M3, 32-бит;

Тактовая частота: 72 МГц;

Конвертер USB-UART: CH340G;

Загрузчик: Arduino Nano;

ППЗУ (Flash Memory): 64 КБ;

ОЗУ (SRAM): 20 КБ;

Цифровые каналы ввода/вывода: 37 (из которых 20 обеспечивают вывод ШИМ);

Аналоговые каналы ввода: 10;

АЦП 12 бит: 2;

Поддержка интерфейсов: 3хUART, 1хCAN, 1хUSB;

Часы реального времени: 1;

Рабочее напряжение: 5 В (от USB);

Входное напряжение (рекомендуемое): 2 - 3,6 В;

Размер (ДхШхВ): 53 x 23 x 19 мм;

Вес: 9 гр;

9)Выбор унифицированных узлов и установочных изделий:

Выбор унифицированных узлов и установочных изделий проводим на основании одного из требований технического задания к уровню унификации и стандартизации. На основании вышесказанного основное предпочтение отдается стандартизированным изделиям крепежа - практически все крепежные изделия стандартны.

16

10) Выбор материалов:

Выбор материалов разрабатываемой конструкции проводим согласно требованиям, изложенных в техническом задании. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:

иметь малую стоимость;

легко обрабатываться и быть легкими;

обладать достаточными прочностью и жесткостью;

внешний вид материалов корпуса, лицевой и задней панелей должны отвечать требованиям технической эстетики;

сохранять физико-химические свойства в процессе эксплуатации.

Применение унифицированных материалов в конструкции, ограничение номенклатуры применяемых деталей позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшить производственную и эксплуатационную технологичность. Изготовление деталей конструкции типовыми технологическими процессами также позволяет снизить затраты при серийном выпуске изделий в промышленности. [3]

При изготовлении элементов несущих конструкций широко применяются алюминиевые сплавы. Наибольшее применение в электротехнике получили малолегированные сплавы системы Аl—Мg—Si: АД31, АД31Е и их аналоги (АВЕ, 01327, АЕ1/АЕ2). Известны также сплавы на основе алюминия, опробованные в промышленных и полупромышленных условиях. В основном это сплавы систем Аl—Fе—В(Ni), Аl—РЗМ, Аl—

Мg(Сu), Аl—Zr, Аl—Si (01017, 01417, 01527, 01117 и др.).

При более низкой удельной проводимости (56—59% от отожженной меди) алюминиевые проводниковые сплавы имеют преимущественно то же назначение, что и электротехнический алюминий, и их используют при необходимости обеспечения более высокой прочности, теплопрочности, сопротивления ползучести и других специальных требований.

Материал для изготовления печатной платы должен иметь следующие показатели (в заданных условиях эксплуатации РЭС): большую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, обладать химической стойкостью к действию химических растворов, используемых в техпроцессах изготовления платы. Для изготовления плат общего применения в РЭС наиболее широко используется стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолит представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный на основе ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным связующим на основе эпоксидной смолы, и облицованный с одной стороны медной электролитической оксидированной или гальваностойкой фольгой (изготавливают листами толщиной: до 1 мм - не менее 400х600мм; от 1,5 и более - не менее 600х700мм). На основании

17

вышеприведенного, для изготовления печатной платы может использоваться следующий материал:

FR4 50х100мм 18/0 (1.5мм, 18мкм), стеклотекстолит фольгированный. Это наиболее распространенный и качественный материал, применяемый для изготовления печатных плат высокого качества. Стеклотекстолит типа FR4 - это диэлектрик на основе нескольких слоев стеклоткани пропитанных эпоксидной смолой и имеющий степень горючести равную нулю (V - 0). Хорошие диэлектрические свойства, стабильность характеристик и размеров, высокая устойчивость к воздействию неблагоприятных климатических условий. Высокие физические и химические характеристики сделали этот материал самым востребованным.

18