kurskoluk (Проектирование РЭС)

МГАПИ

Расчетно-графическая работа

Группа ПР-7

Специальность 2008

Студент

2002 г.

Содержание

1. Разработка и анализ технического задания.

1. Назначение цифровой велоодометр - измеритель пройденного расстояния на велосипеде

2. Выполняемые функции (радиотехнические) генерирование ипреобразование импульсов.

3. Основные параметры функционирования: потребляемая мощность — не более 0,8 Вт, напряжение питания — 4,5 В.

4. Условия эксплуатации:

Температура: T_min=-40 °C, T_max=60 °C

Удары:

-длительность: 5... 10 мс;

-ускорение: 197 м/с;

-частота: 40...80 ^-1 мин.

Вибрации :

-диапозон частот: 40... 80 Гц;

-виброускорение: 78.5 м/с²

Линейные ускорение: 3.12м/с

Пониженное атмосферное давление:61 кПа

Относительная влажность: 93% при 25°С.

5. Конструктивные особенности: для крепления к рулю велосипеда используется пластмассовый крепеж;

На лицевой панели предусмотрена кнопка для сброса показаний счетчика, а также выключатель питания прибора.

6. Показатели качества, критерии:

-дешевизна пользования;

-удобство пользования;

-надежность эксплуатации

2. Анализ аналогов и прототипа

2.1 Анализ существующих конструкций велоодометров.

В целом все велоодометры работают по одному принципу: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени. И в разных схемах этот принцип реализуется по-разному. Отсюда и идёт такое разнообразие конструкций. Новое направление в развитии измерительной техники даёт использование микроконтролёров (например схема № 2). Хотя их использование повышает цену прибора во много раз, но пользовательская выгода также возрастает не в меньшее количество раз. Используя универсальность микроконтролеров и можно сэкономить немалое количество денег, функции велоодометра ограничиваются только фантазией и интеллектом разработчика! В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития велоодометров.

Таблица 2.1.

Схема №1 – простой аналоговый велоодометр, собранный на ждущем мультивибраторе (ЖМВ) на микросхеме КР1006ВИ1

Схема №2 – велоодометр с использованием микроконтролера

Схема №3 – малоэргономичный комбинированный велоодометр

С хема прототипа.

2.2 Анализ разрабатываемой конструкции велоодометра.

Этот прибор разработан для велотуристов и спортсменов-велосипедистов, но его можно использовать и для измерения площади сельскохозяйственных угодий, садовых и лесных участков, разметки дорог, измерения дистанций для соревнований в различных видах спорта. Устройство установлено на велосипеде и позволяет непосредственно во время движения регистриро­вать пройденный путь.

Пользуясь велоодометром, можно измерять расстояние от 0,1 до 600 км. Принцип изме­рения длины отрезка пути основан на подсчете числа и. -пульсов датчика за один оборот колеса. С целью повыше­ния точности измерения датчик этих импульсов установлен на вилке заднего колеса велосипеда, так как оно значительно точнее повторяет проходимый путь, чем переднее.

Четыре постоянных магнита, расположенные на спицах(около втулки) заднего колеса, проходя мимо геркона, замыкают его контакты и пере­ключают формирователь им­пульсов. Например, длина окружности 27-дюймового колеса (с шиной) спортивного велосипеда равна 2,16 м, то при наличии четырех магнитов каждый импульс на выходе формирователя появляется в конце прохождения отрезка пути длиной 0,54 м.

При прохождении стометрового отрезка формирователь вырабатывает 185 управляющих импульсов, которые подсчитывает делитель частоты с коэффициентом деления 185. На вход счетчика пути поступает каждый 185-й импульс.

Геркон SF1 через формирователь счетных импульсов (DD1.1—DD1.2)связасс входом делителя частоты (DD3—DD5, DD1.3, DD1.4). Цепь R1R2 вместе с конденсатором С2 обе­спечивает надежную работу формирователя независимо от качества контактов геркона и наличия помех. Выходной сигнал делителя частоты управляет работой счетчика пути (DD6 — DD9, HG1). Так как ЖК индикатор необходимо питать переменным током, то в устройстве предусмотрен генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах DD2.1, DD2.2. Импульс, обнуляющий счетчики DD3 — 005,формируется на выходе элемента DD1.4 в момент установления сигнала 1 на входах элемента DD1 3. До тех пор пока велосипедист с начала движения не проедет 100 метров, на выходе одного из счетчиков DD3 или DD5 и на выходе элемента DD1.4 будет присутствовать сигнал 0. Сигнал низкого уровня, поступая на входы R счетчиков делителя, разрешает его работу.

Требуемый коэффициент деления получен включением в цепь обратной связи делителя элементов DD1.3, DD1.4. Выходной импульс делитель формирует в момент обнуления всех счетчиков DD3 — DD5. Сигнал 1 на выходе Р счетчика DD5 появляется после 6Х X 6Х5= 180 входных импульсов. После прихода следующих пяти входных импульсов сигнал 1 появляется и на входе счетчика DD3 и происходит обнуление делителя. После этого на выходах счетчиков DD3, DD5 вновь появляется сигнал 0 и начинается очередной цикл измерения следующих 100 метров пути.

Отрицательные перепады на выходе делителя переключают триггеры счетчика пути (DD6 — DD9). Выходы дешифраторов указанных микросхем соединены с входами индикатора HG1.

Для снижения потребляемой одометром мощности и обеспечения высокой контрастности изображения цифровой информации при высоком уровне освещенности в приборе использован жидкокристаллический индикатор. Частоту выходных импульсов генератора (DD2.1, DD2.2) устанавливают в пределах 50...60 Гц, подбирая резистор R3. При поступлении сигнала низкого уровня на входы S счетчиков DD6 — DD9 на их выходах устанавливается прямой семиэлементныи код, а при единичном уровне — инверсный. При этом включаются лишь те элементы, напряжение на которых будет в противофазе с напряжением на общем проводе индикатора

Перед началом измерения расстояния велоодометр устанавливают в исходное состояние нажатием на кнопку SB1. В исходном положении SB1 конденсатор СЗ заряжен и на нижнем входе элемента DD1.4 будет сигнал 1, а на выходе — 0. При нажатии на кнопку за­ряженный конденсатор СЗ под­ключается к входам R счетчиков DD6 — DD9, обнуляет их и разряжается через резистор R5. Табло индикатора отображает нули. После отпускания кнопки на нижнем входе эле­мента DD1.4 на короткое вре­мя появляется сигнал 0, а на выходе— 1, который обнуляет счетчики DD3 — DD5.

В устройстве вместо микросхем серии К176 применимы их аналоги из серии К561 или К164.

Одометр собран на монтажной плате и помещен в пластмассовую коробку размерами 95Х50Х30 мм, устанавливаемую на руль велосипеда. Верхняя панель коробки имеет пря­моугольное отверстие для индикатора, в которое вклеена прозрачная защитная пластина, а нижняя — два отверстия для выключателя питания и кнопки обнуления. Снизу к коробке приклеены две пластмассовые дугообразные защелки, с помощью которых прибор крепят к рулю велосипеда. С целью уменьшения габаритов прибора применен на­весной способ монтажа микросхем, при котором выводы микросхем заранее формуют (кроме выводов 5—7 и 14), а микросхемы собирают одну над другой и присоединяют. Выводы питания микросхем, соединяясь, образуют две линии. Остальные выводы соединяют пайкой непосредственно или гибкими проводниками

ЖК индикатор и элементы его крепления вместе с печатной платой используют от не­исправных наручных электронных часов. Печатную плату часов необходимо незначительно доработать. Для этого следует выпаять конденсаторы и кварцевый резонатор, а БИС высверлить. Через образовавшееся отверстие проводники платы соединяют с выводами микросхем счетчика пути гибкими проводниками. Прибор питают от аккумуляторной батареи 7Д-0,1.

Благодаря малому току потребления (не превышающему 0,3 мА) одометр можно оставлять включенным на несколько дней, а затем продолжать измерение. При этом в памяти счетчиков метража будет сохраняться результат уже измеренного отрезка пути.

3. Выбор и обоснование принципиального конструкторского решения.

3.1. Внутреннее конструирование.

3.1.1. Внутренняя компоновка.

3.1.1.1. Выбор схемы расположения элементов конструкции и их расположение внутри корпуса блока. Электрическая схема велоодометра представлена в Приложении 1.

Переключатели закрепляются в отверстиях с помощью винтового соединения. Остальные элементы блока смонтированы на двух печатных платах из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока параллельно, с помощью уголковых скобок и 4-х винтов.

3.1.1.2. Выбор и обоснование компоновочных характеристик ячейки.

В данном случае под ячейкой понимается печатная плата с установленными на ней элементами. Способ установки ЭРЭ — односторонний. Конструкция ячеек — бескорпусная. Форму печатных плат выбираем прямоугольную, что облегчает определение их компоновочных характеристик. Компоновочные характеристики печатных плат — ориентировочное определение массогабаритных характеристик.

При размещении ЭРЭ-тов на печатных платах, ЭРЭ-ты заменяют установочными моделями. При определении площади печатных плат посадочное место ЭРЭ представляет собой проекцию установочной площади на плату. В сумме установочные площади определяют размеры печатных плат. При этом произведение сторон печатной платы должно соответствовать площади печатной платы.

3.1.1.3. Определение массо-габаритных размеров ячейки.

Определение установочной площади S_уст элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из приложения 1, из таблицы «Перечень элементов схемы и их характеристики»

Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на первой плате:

Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на второй плате:

Определение площадей печатных плат.

где K_s — коэффициент заполнения площади печатной платы, K_s=0,8

Первая плата:

Вторая плата:

Определение габаритных размеров печатных плат. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали платы с размерами 40х80.

Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки:В=40 мм, L=80 мм.

Высота ячеек равна:

где max H_э — высота самого высокого элемента на плате,

H –— толщина печатной платы.