- •1.2Принцип работы
- •1.3 Обоснование выбора элементной базы
- •2.2 Ориентировочная оценка теплового режима
- •2.3 Расчет надежности
- •2.4Описание конструкции.
- •3.2Расчет коэффициентов технологичности технологичности
- •3.3Нормирование сборочно- монтажных работ
- •3.4Технология сборки автомата для откачки воды
- •4.2Расчет стоимости основных материалов и покупных комплектующих изделий.
- •4.3 Расчет себестоимости изготовления радиоэлектронного устройства и нижнего предела цены на него.
- •3.2 Защита от поражения электрическим током
Введение
В настоящее время существует огромное количество различных радиотехнических изделий .Радиотехника нашла свое применение в цифровой, вычислительной измерительной областях науки. В последнее время в быту стало все больше и больше появляться различных и электрических и электронных устройств. К ним можно отнести различные выключатели, освещения охранные устройства, утюги с электронным управлением.
Многие из нас сталкиваются с проблемой затапливания подвалов и погребов водой, появляющейся там как правило с наступлением весеннего паводка. Чаще всего жители решают проблему удаления воды с помощью насоса. Способ удаления воды без управления имеет ряд отрицательных факторов:
-уровень воды в погребе необходимо постоянно визуально контро-лировать;
-несвоевременное включение насоса может привести к порче хра-нящихся там вещей, продуктов, а так же самого объекта затапливания;
-несвоевременное выключение насоса, ведет к его порче;
-постоянный контроль воды на объекте несет за собой массу неудобств и приводит к трате драгоценного времени.
Поэтому мы предлагаем автоматизировать процесс откачки, с помощью автомата для откачки воды.
1 Общая часть
1.1 Анализ технического задания
Разрабатываемое устройство предназначено для людей не имеющих специальных навыков использования электроники. Устройство должно быть простым в подключении и управлении, иметь малые габариты и вес.
Устройство должно иметь следующие технические характеристики:
Технические характеристики устройства:
Напряжение питания, В 220
Потребляемый ток, А 0,36
Мощность, Вт 700
Тип подключаемого насоса однофазный, трехфазный
Габаритные размеры, мм 330х240х110
Вес, кг 3
Частота вибраций, Гц 50
Условия эксплуатации:
Диапазон рабочих температур, С от 0…+50
Относительная влажность воздуха, % 90
Атмосферное давление воздуха, мм рт. Ст. 750±60
Поэтому основное задание дипломного проектирования можно сформулировать так:
- прибор должен быть прост в установке, и управлении;
- прибор должен быть устойчив к атмосферным воздействиям;
- в качестве элементной базы прибора должны использоваться широко распространенные, дешевые, потребляющие малую мощность элементы.
Автомат для откачки воды будет представлять собой стационарное электронное устройство, собранное в герметичном корпусе, компактное, легкое, с предусмотренной звуковой и световой сигнализацией насоса.
1.2Принцип работы
Для контроля количества воды на объекте должны быть установлены датчикинижнего (Н) и верхнего (В) уровней. Впроектируемом автомате датчиком служат два пруткаиз нержавеющей стали диаметром 6мм, закрепленные на текстолитовой пластине толщиной 10мм. Третий провод (общий)- подключается к заземлению объекта.
На элементах DD1.1, DD1.2 микросхемы DD1 собранны формирователи сигналов датчиков. Транзисторы VT1, VT2 образуют логический элемент И, а транзисторы VT3 и VT4 D- триггер (защелка), в выходную цепь которого включен светодиод оптосимистораU1, управляющего более мощным симисторомVS1. Последний включают в цепь питания однофазного двигателя насоса или в цепь управления трехфазного двигателя.
Предположим, что вода в контролируемом объеме отсутствует или её уровень ниже обоих датчиков. В этом случае напряжение на входах элементов DD1.1 и DD1.2 высокое (соответствует логической 1), а на их выводах низкое (лог.0). Все транзисторы и симисторы закрыты, насос выключен.
Как только вода достигнет датчика Н, логическая 1 на входе элемента DD.1.1 сменится на логический 0, а логическая 1 на его выходе приведет к открыванию транзистора VT2. Однако до тех пор, пока вода не достигнет датчика В, транзистор VT1 останется закрытым, а насос- выключенным.
По достижением водой датчика В логический 0 на выходе элемента DD1.2 сменит логическая 1 и транзистор VT1 будет открыт. Напряжение с эмиттера этого транзистора через цепь задержки R9, C7 поступит на базу транзистора VT4 и откроет его. Через излучающий диод оптосимистораU1потечет ток, что приведет к включению насоса.
Насос продолжит работать и после того, как уровень воды опустится ниже датчика «В» и транзистор VT1 будет закрыт. Это произойдет благодаря тому, что установленное на коллекторе транзистора VT4 близкое к нулевому напряжение откроет транзистор VT3, участок коллектор-эмиттер которого подключен параллельно такому же участку транзистора VT1. Откачка воды будет закончена, когда её уровень опустится ниже датчика Н, что приведет к закрыванию транзистора, VT2 и переходу автомата в исходное состояние с выключенным насосом.
В автомате предусмотрена световая и звуковая сигнализация работы насоса.
Резисторы R1, R2 и конденсаторы С1-С4 образуют фильтры, подавляющие помехи, наведенные на провода, соединяющие датчики с автоматом.
1.3 Обоснование выбора элементной базы
Выбор элементной базы является очень ответственным этапом для проектировщика. Так как при этом необходимо уделять большое внимание не только надежности элементов, их габаритам и другим параметрам, но и их стоимости.
Исходными данными при выборе радиоэлементов для проектируемого изделия являются следующие требования:
- название радиоэлемента;
- электрические параметры;
- режим и назначение цепи, в которую включен элемент;
- габаритные размеры элемента;
- условия эксплуатации проектируемого устройства.
При выборе того или иного элемента конструктор должен руководствоваться следующими критериями;
- электрические параметры выбираемого элемента должны удовлетворять параметрам данной схемы;
- технические условия на выбираемый элемент должны соответствовать условиям проектируемой схемы, указанной в техническом задании;
- надежность выбранного элемента должна быть максимальной;
- стоимость выбранного элемента должна быть минимальной;
- при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более миниатюрным элементам.
Выбор транзисторов
При выборе типа транзисторов должны выполнятся следующие условия:
- Uк<Uкmax. доп.;
- Iк<Iкmax. доп.;
- Рк<Ркmax. доп.;
- Uбэ обр.<Uбе обр. доп.;
- Fраб.<<Fграничная.
Тип проводимости транзистора должен соответствовать полярности питающих напряжений. Транзистор выбранного типа должен иметь минимально возможную цену при удовлетворяющих электрических параметрах.
Проанализировав схему электрическую принципиальную, останавливаем свой выбор в пользу транзисторов типа КТ315Г, КТ361Е. Основные максимально допустимые параметры транзисторов приведены в таблице 1
Таблица 1
|
Постоянный ток коллектора, мА, Iк мах:
|
Постоянное напряжение коллектор- база В,Uкб мах |
Постоянное напряжение база- эмиттер В,Uбэ мах |
Постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе при Тс=60…+25оС, мВт
|
Температура перехода,оС
|
Допустимая температура окружающей среды, оС
|
КТ315Г |
100 |
35 |
35 |
150 |
120 |
60…+100 |
КТ361Е |
50 |
20 |
20 |
150 |
120 |
60…+100 |
Рисунок 2
Выбор цифровых микросхем [3]
При выборе цифровых микросхем должны выполнятся основные указанные требования.
- Fраб.тактовая<Fтакт.max.доп.;
- Ттакт.>Ттакт.max.доп.;
- Логика выполняемых функций должна соответствовать логике выбранного типа микросхемы;
- Еисм<=Еисм.пит.допустимого.
При выборе цифровых микросхем стремятся при всех прочих равных условиях выбрать микросхемы с наименьшей потребляемой мощностью.
Необходимо также следить за выполнением соотношения цена / качество.
Проанализировав схему делаем выбор в пользу микросхемы серии К561ЛА7.
Основные характеристики микросхемы:
- диапазон питающих напряжений +3…+15В;
- температура окружающей среды -45…+85оС;
- входное сопротивление 100 Мом.
Выбор полупроводникового стабилизатора напряжения
При выборе полупроводникового стабилизатора напряжения должны выполняться следующие условия:
- Епит=Uвых.стабилизатора;
- Iнагр.<Iвых.стаб.max.;
- Р <Рвых.стаб.max.
Обращаем также внимание на соотношение параметров цена / качество от разных фирм изготовителей. Делаем выбор в пользу стабилизатора типа КР142ЕН8Б.
Основные электрические параметры:
- максимально допустимый ток нагрузки 1,5А;
- коэффициент стабилизации 5000;
- выходное напряжение 12В.
Выбор полупроводниковых диодов
При выборе полупроводниковых диодов должны выполняться следующие условия:
- Uобр.<Uобрат.max.доп.;
- Iраб.<Iраб.max.доп.;
- Рраб.<Рmax.доп.;
- Fраб.<Fmax.доп..
Проанализировав электрическую схему в качестве силового диода- выбираем мост КЦ405Е.
Основные электрические параметры моста КЦ405Е:
- максимально допустимое обратное напряжение 600В;
- прямой ток нагрузки 1,5А.
Выбор светодиодов
При выборе светодиодов должны выполняются следующие условия:
- Iраб<Imax.доп.;
- Рраб<Рmax.доп.;
- Uраб.обратное<Uобр.max.доп.;
- необходимый цвет свечения;
- соотношение цена / качество.
Для индикации включенного состояния прибора будет использоваться светодиод красного света свечения. Для индикации работы насоса будет использоваться светодиод с зеленым светом свечения. Из рядов светодиодов АЛ301А, АЛ302А, АЛ307А, АЛ307БМ, АЛ310А выбираем АЛ307М, так как он имеет малые габариты и массу, невысокую стоимость.
Рисунок 3
Выбор конденсаторов
При выборе конденсаторов должны выполняться следующие основные условия:
- Uраб<Umax.доп.;
- Рреакт.раб.<Pреакт.max.доп.;
- tg?<tg?допустимое;
- точность отклонения параметра (%) должна быть не хуже требуемой;
- соотношение цена / качество.
Делаем выбор в пользу электролитических конденсаторов типа К50-35, в качестве неэлектролитических конденсаторов выбираем конденсаторы типа К10-17.
Выбор резисторов
При выборе резисторов руководствуемся следующими характеристиками:
- Ррассеяния<Ррассеянияmax.доп.;
- Величина предельного отклонения от номинала не ниже требуемой для данной электрической схемы;
- соотношение цена / качество.
Проанализировав эти требования делаем выбор в пользу резисторов типа С23-23.
Основные электрические параметры резисторов типа С2-23:
- относительная влажность воздуха при температуре +35оС до 98%;
- предельное рабочее напряжение постоянного и переменного
тока от 200В (для С2-23 - 0,125) до 750В (дляС2-23 -3);
- минимальная наработка 25000 часов;
- срок сохроняемости 15лет;
- температура окружающей среды -60…+70оС;
Выбор оптрона
При выборе оптрона руководствуемся следующими условиями:
- Iдиода<Iдиодаmax.доп;
- Uдиода обр.<Uдиодаобр.max.доп;
- Uкэ<Uкэmax.доп;
- цена/качество.
Проанализировав электрические параметры оптронов, их конструктивное исполнение и стоимость делаем выбор в пользу оптрона типа МОС3052.
Электрические параметры оптрона МОС3052:
- коммутируемое напряжение, В 30
- напряжение изоляции, В 100
- обратное входное напряжение, В 0,7
- постоянный входной ток при Т=-60…+35оС,мА 30
- амплитуда выходного тока при tи<=10мкс и Т=-60…+35оС,мА 100
- постоянный выходной ток при Т=-60…+35оС, мА 200
- амплитуда выходного тока при tи<=10мкс, мА 200
- средняя рассеиваемая мощность при Т=-60…+35оС,мВт 360
- температура окружающей среды,оС -60….+70
Рисунок 4
Выбор симистора
При выборе симистора должны выполняться следующие условия:
- Iупр.<Iупр.max.доп.;
- Iнагр.<Imax.доп.;
- Ррасс.<Рmax.доп.;
- соотношение цена / качество.
Проанализировав выше указанные требования выбираем симистор типа КУ208Г.
Основные электрические параметры симмистора КУ208Г:
- постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии,В 200
- постоянное обратное напряжение, В 200
- постоянный ток в открытом состоянии А 10
- постоянный ток в режиме переключения при максимальном напряжении; f=50Гц, А 5
- средняя рассеиваемая мощность, Вт; 20
- постоянное обратное напряжение на управляющем электроде 1В;
- температура окружающей среды -60…+125оС.
Выбор пьезоизлучателя
Необходимые данные для выбора пьезоизлучателя:
- напряжение рабочее,В 3
-диапазон резонансных частот. КГц 4,1±0.05
-диапазон рабочих температур -30 - +60
Проанализировав выше указанные требования, выбираем пьезоизлучатель типа ЗП-3.
Выбор трансформатора
Необходимые данные для выбора трансформатора:
- напряжение первичной обмотки, В 220
- напряжение вторичной обмотки, В 12
- номинальный ток, А 1,2
- выходная мощность, Вт 7,2
Проанализировав вышеперечисленные требования, выбираем трансформатор ТП112-12В
2 Расчетно-конструкторская часть
2.1 Компоновка автомата для откачки воды
В процессе компоновки необходимо решить следующие задачи:
- расположение между отдельными узлами и блоками должны быть такими, чтобы отсутствовали паразитные связи между ними, влияющие на технические характеристики изделия
- необходимо решить вопрос тепловых режимов изделия, обеспечения защиты от механических воздействий
- расположение отдельных узлов и элементов должно быть таким, чтобы обеспечивалась технологичность сборки . При этом желательно процесс сборки и монтажа изделия автоматизировать .Учитывается ремонтопригодность изделия и инструментальна доступность. При компановке передней панели(двери корпуса) решаем вопрос эргономики, т.е максимального удобства в использовании. Кроме того решаем вопросы технической эстетики.
В настоящее время аппаратура на объектах компонуется по 3-м схемам: моноблочная или полностью централизованная, многоблочная (децентрализованная, разбросанная ) и частично моноблочная ( каждый блок имеет свой корпус, а все внешние установочные элементы выносятся на единую панель управления).
Достоинство моноблочной конструкции:
- уменьшение веса и габаритов из-за единого корпуса и единых элементов защиты;
- простота управления.
Недостатки моноблочной конструкции:
- возникают сложности в решении вопроса электромагнитной совместимости;
-трудности обеспечения тепловых режимов.
Достоинства много блочной конструкции:
- Упрощается вопрос обеспечения тепловых режимов;
- упрощается решение задачи электромагнитной совместимости.
Недостатки многоблочной конструкции:
- много передних панелей, что вызывает трудности в управлении;
- блоки должны соединяться кабелями и каждый блок имеет свой корпус , что утяжеляет изделие.
Достоинство частично моноблочной конструкции:
- все органы управления располагаются на единой панели;
- легко решаются вопросы тепловых режимов и электромагнитной совместимости;
- удобство расположения на объекте.
Недостатки частично моноблочной конструкции:
- защита каждого блока от механических воздействий;
- блоки должны соединяться кабелями;
- увеличение веса.
Расчет компановки блока
Для определения размеров корпуса используем аналитический метод расчета компановки.
Объем корпуса находится по формуле
, (1)
Где – объем всех составляющих, входящих в конструкцию автомата
– коэффициэнт заполнения объема
Выбирается из справочника и имеет значение от 0,3…..0,8
Объем платы составляет ,
=132*75*58=574,2
Объем 1-го автомата
4*8*3,5=
Объем второго автомата
=4*8*5,5=176
Объем переходника
=1,5*10,5*2=31,5
Объем 4-х кабелеканалов
=(13*1,5*1,5)+(14*1,5*1,5)+(13*1,5*1,5)+(23*1,5*1,5)=29,5+31,5+29,5+51,75=142,25
Объем динрейки
=0,7*3*27=58,8
Объем гофры
=15*3=45
Объем замка
=4*3=12
Находим сумму объемов всех частей
=574,3+112+176+31,5+142,25+58,8+45+12= 1151,85
Коэффициент заполнения объема,выбираем для бытовой аппаратуры равным 0,3
Тогда объем корпуса составит:
= = =3894,8
Выбираем корпус автомата для откачки воды размерами 330х240х110 (мм)