kurskoluk1 (Проектирование РЭС)

1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1. Заявка на разработку

1.1.1 Назначение: малогабаритный цифровой частотомер предназначен для измерения частоты электрических колебаний.

1.1.2 Выполняемые функции: измерение частоты.

1.1.3 Основные параметры функционирования:

• чувствительность по уровню входного сигнала при измерениях частот до 600 кГц – 8мВ; от 600 кГц до 2,5 МГц – 30 мВ; свыше 2,5 МГц до 100 МГц – около 100МВ;

• абсолютная погрешность измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц составляет 3 Гц; от 20 кГц до 2 МГц – 10 Гц; свыше 2 МГц – 100 Гц;

• потребляемый ток от источника питания при измерениях частот до 2,5 МГц ток не превышает 5мА (при выключенной индикации) или 60 мА (при включенной индикации);

• напряжение питания частотометра 9В.

1. Условия эксплуатации:

• температура: Т min = -40С; T max = +60С;

• удары: длительность ударного импульса 5 …. 10мс, максимальное ускорение 98 м/с² , частоты ударов 40….80мин^-1

• вибрации: диапазон частот 10 …. 70 Гц, виброускорение до 37 м/с² ;

• пониженное атмосферное давление: 61 кПа;

• влажность: 93% при Т = 25С;

1.1.5 Транспортировать любым видом транспорта по территории РФ.

1.1.6 Конструктивные особенности: разборный корпус, лицевая панель.

1.1.7 Критерии качества: масса, габариты, стоимость.

1.1.8. Цель разработки: создание многофункционального цифрового портативного частотомера со сниженными массо-габаритными характеристиками, уменьшение его стоимости, повышенной надёжности и эффективности, а также удовлетворяющего требованиям настоящего технического задания.

1. АНАЛИЗ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПА.

2.1 Анализ существующих конструкций частотомеров

Количество аналогов частотомера в мире не поддаётся исчислению.В целом все частотомеры 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. Ведь предел измерения можно повысить до 1,2 ГГц, а используя универсальность микроконтролеров и немалое количество денег функции частотомера ограничиваются только фантазией и интеллектом разработчика! В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития частотомеров.

Анализ аналогов и прототипа Таблица 2.1.

Ниже приводятся схемы приведенных выше аналогов.

Схема №1 – простой аналоговый частотомер, собранный на одновибраторе К155АГ1

Схема №2 – частотомер с использованием микроконтролера К1816ВЕ31

Схема №3 – малоэргономичный комбинированный частотомер, позволяющий измерять ещё и индуктивность различных катушек, резонансную частоту контуров, емкость конденсаторов.

Схема прототипа:

2.2. Анализ разрабатываемой конструкции частотомера

Электрическая принципиальная схема частотомера представленна в Приложении 1.

Разрабатываемый частотомер включает в себя:

• входное формирующие устройство, предназначенного для усиления, преобразования входного сигнала.

• задающего кварцевого генератора с делителем частоты для получения фиксированных и стабильных интервалов времени.

• счётчик делитель частоты импульсов сигнала с цифровыми индикаторами, предназначенного для измерения и отображения измеряемой частоты.

• устройство управления, обеспечивающего установку счётчика на нуль перед измерением и поступление на его вход последовательности импульсов для счёта в течение фиксированного интервала времени,

• блок питания.

В отличае от обычно используемых схем цифровых частотомеров в данной схеме измерение частоты производится однократно, в течении только одного периода нормиронного интервала времени. Третий и последующие положительные перепады напряжения, поступающие на управляющее устройство не изменяют состояния триггеров и клапана. Поэтому измеренное количество импульсов сигнала высвечивается индикатором постоянно. Для повторного измерения следует снова нажать пусковую кнопку SA3, после чего процесс повторяется.

Для питания использованных микросхем требуется 2 напряжения 9 и 5 вольт. Для получения 5 В используется стабилизатор напряжения.

Несколько оригинально осуществляется индикация результатов измерения. Счётчик-индикатор собран из пяти микросхем, каждая их которых содержит счётчик импульсов по модулю 10, дешифратор и семисегментный светодиодный цифровой индикатор с запятой, которая включается по одному из входов 9 в зависимости от положения переключателя SA1.2 Показания счётчика считываться в килогерцах. С помощью тумблера SA4 в процессе между отсчётами индикацию можно выключить, чем достигается экономия энергии элемента питания. На пределе измерения 10Мгц, когда переключатель SA2 находиться в положении, показанном на схеме, показания индикатора необходимо умножать на 10.

Из всего вышесказанного следует, что большинство схем объединено общими недостатками: все они стационарные приборы, имеют сравнительно большие габариты и потребляют значительный ток от источника питания, что вынуждает питать их от сети переменного тока и не допускает использования автономного батарейного питания. Разрабатываемая схема цифрового частотомера лишена указанных недостатков и позволяет создать недорогой многофункциональный малогабаритный прибор.

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 частотомера представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Для замены неисправного или отслужившего срок своей годности элемента питания предусматривается отдельное расположение его в правом нижнем углу корпуса в отдельном отсеке, снабжённым съемной крышкой, таким образом получается доступ к батарейке без разбора корпуса. Семисегментные индикаторы вклеиваются в отверстия в корпусе, а переключатели закрепляются в отверстиях с помощью винтового соединения.

Остальные элементы блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолиста толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока паралельно, 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.

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

2. Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на каждой плате:

S_уст = 1,3 S_устi ( 1.1)

S_уст = 1,3 4725,6 = 5624 мм²;

1. Определение площадей печатных плат:

S _n.n. = , (1.2)

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