62952 (Разработка системы подачи электропитания по расписанию)

МИНИСТРЕТСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж им. Ленинского комсомола Белоруссии»

Отделение: «Электронные вычислительные средства»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

Разработка системы подачи электропитания по расписанию

Учащийся группы ЭВС-42 Р.В. Сувалов

Руководитель Д.С. Минин

Консультант по экономическому разделу

Л.П. Дворак

Гомель, 2010

Содержание

Введение

1. Расчётно-проектировочный раздел

1.1 Назначение и область применения проектируемого устройства

1.2 Разработка структурной схемы

1.3 Разработка функциональной схемы

1.4 Разработка принципиальной схемы

1.4.1 Расчёт узлов и блоков

1.4.2 Выбор элементной базы

1.4.3 Описание принципа действия

1.4.4 Расчёт потребляемой мощности

1. Конструкторско-технологичекий раздел

2.1 Разработка печатной платы

2.2 Выбор способа изготовления печатной платы

2.3 Разработка компоновки устройства

2.4 Поиск и устранение неисправностей

1. Экономический раздел

2. Охрана труда

3. Энерго- и материалосбережение

4. Охрана окружающей среды

Заключение

Введение

Написание дипломного проекта и последующая его защита является заключительной стадией обучения в средних специальных учебных заведениях. Дипломный проект является обобщающей проверкой всех знаний накопленных за время учебы в техникуме. Он охватывает такие предметы как: экономика, схемотехника ЭВМ, экология, энергосбережение и некоторые другие предметы, характерные для отделения «Вычислительная техника». Темой дипломного проекта является разработка, какого либо электронного устройства, в данном случае устройство подачи электропитания по расписанию. Для разработки устройства требуются знания теории, подкрепленной практическим опытом. Разработка устройства включает в себя:

1. Выбор и обоснование элементной базы.

2. Разработка структурной схемы.

3. Разработка принципиальной схемы.

4. Расчет узлов и блоков.

5. Выбор ИМС и радиоэлектронных элементов.

6. Расчет потребляемой мощности.

7. Расчет быстродействия.

Для практического исполнения устройства требуются практические навыки, полученные при прохождении практик:

1. Электромонтажная.

2. Электроизмерительная.

3. Производственно-технологическая.

4. Преддипломная.

Навыки, полученные при прохождении электромонтажной практики (пайка, нанесение печатного монтажа на платы, травление плат) нужны для изготовления печатной платы устройства и припаивания микросхем и радиоэлементов к печатному монтажу.

Навыки, полученные при прохождении электроизмерительной практики нужны для поиска и устранения неисправностей в готовом устройстве.

Навыки, полученные при прохождении производственно-технологической практики, требуются для изготовления и проверки на работоспособность устройства, но с использованием знаний опытных инженеров-электроников, что позволяет сократить затрачиваемое время на изготовление устройства и поиск неисправностей в нем.

Преддипломная практика требуется в основном для сбора и подготовки материалов к дипломному проекту.

После написания и защиты дипломного проекта молодые специалисты могут приступать к трудовой деятельности.

1. Расчетно-проектировочный раздел

1. Назначение и области применения проектируемого устройства

Тема моего дипломного проекта «Разработка системы подачи электропитания по расписанию». Это устройство предназначено для автоматического регулирование освещением в помещении либо на улице. Разрабатываемое мной устройство может найти применение в учебных заведениях либо на производстве.

1. Разработка структурной схемы

Разработка структурной схемы является начальным этапом проектирования любого электронного устройства.

Структурной называется схема, которая определяет основные функциональные части изделия и связи между ними. Структурная схема лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей, а также взаимосвязи между ними, и служит лишь для общего ознакомления с изделием.

Составные части проектируемого устройства изображаются упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы, т. е. с применением условно-графических обозначений. Внутри каждого прямоугольника, функционального узла устройства, указаны наименования, которые очень кратко описывают предназначение конкретного блока. Структурная схема разрабатываемого устройства для автоматизации управления освещением, представлена на рис.1.

Структурная схема разрабатываемого устройуства состоит из следующих блоков:

Рис. 1 Структурная схема

«Блок управления» - предназначен для управления сервисом и временными задержками в автоматическом режиме.

«Реле времени» - этот блок предназначен для отсчета времени.

«Объект управления» - производит декодирование информации в двоичный код и, сравнивая исходную и декодированную информацию, выдает сигнал об ошибке, при наличии таковой.

«Блок питания» - осуществляет электропитание всех составных частей учебного стенда.

На основании данной схемы разрабатываются другие типы схем, которые имеют более конкретную специализацию и гораздо более подробно описывают принцип действия устройства.

1. Разработка функциональной схемы

Следующим этапом проектирования данного устройства является разработка его функциональной схемы. Функциональная схема должна более детально раскрывать внутреннее устройство наиболее важных блоков и узлов устройства автоматического включения освещения.

Для реализации необходимых функций и выше приведенной структурной схемы предлагаю использовать микроконтроллер производства Microchip Technology Inc как самый простой и доступный из представленных на рынке. Кроме того, его использование позволит существенно упростить проектирование самого устройства, сделать его изготовление очень простой задачей.

Ввиду использования такого решения, предлагаю следующую схему разделения функций по компонентам системы:

В данном устройстве предусмотрена возможность переключения в трёх режимах. Функциональная схема показывает основные принципы функционирования устройства автоматического включения освещения и структуру наиболее важных его блоков, что существенно упрощает построение принципиальной схемы.

1. Разработка принципиальной схемы

1.4.1 Расчет узлов и блоков

Для микросхем используются стандартные подключения.

Понятно, что ток при таком включении будет незначительный, поэтому не требуется включения ограничивающего резистора в цепи транзистора VT1.

Рассчитаем ограничивающий резистор в цепи транзистора VT2. Максимальный ток для транзистора – 30 мА. Исходя из этого, выберем рабочий ток 20 мА. Тогда по закону Ома:

R = U/I = 5 / 0,02 = 250 Ом.

При этом токе выделяемая мощность составит:

P = UI = 5 * 0,02 = 0,1 Вт.

В цепи питания, параллельно микроконтроллеру должен быть включён керамический конденсатор номиналом 0,1 мкФ.

Далее, в соответствии со стандартным подключением.

R2 = 22 Мом, 0,125 Вт

R3 = 510 кОм, 0,125 Вт

ZQ1 = 32 кГц

С1 = 62 пФ

С2 = 3..15 пФ

С3 = 4..20 пФ

С4 = 12 пФ

ZQ2 = 1 МГц.

1. Выбор элементной базы

Выбор микроконтроллера был продиктован его функциональными возможностями, которые являются оптимальными для разрабатываемой системы, а также его сравнительно низкой стоимостью.

Выбор микросхемы PIC12F675 был обусловлен тем, что она содержит все необходимые моей системе компоненты в максимально интегрированном виде.

Выбор реле был продиктован уровнем управляющего напряжения и коммутируемой мощностью. Последний параметр был значителен, и чем выше он был, тем лучше. Тем больше электро-лампочек можно было подключить. Я использовал реле с максимальным током в 5 А, что на мой взгляд более чем достаточно даже для большого количества лампочек.

Все конденсаторы должны выдерживать напряжение 10 В. Резисторы, кроме R17, мощность 0,125 Вт. R17 – 0,25 Вт.

Ключ S1 – с фиксацией в обоих положениях.

Ключ SB1,SB2 и SB3 – кнопки без фиксации в нажатом состоянии или ключ. Должна выдерживать напряжение 220 В и ток 5 А.

2. Описание принципа действия

При разработке принципа действия данного устройства, я решил отказаться от использования реального времени и контрольных точек. Разработка устройства по этому пути была бы неоправданно сложной и затратной. Поэтому я решил использовать принцип таймера и реализовать схему с использованием микроконтроллера PIC12F675.

Принцип действия основан на трёх режимах:

1. Ручное управление освещением подъезда по таймеру (1-60минут). Перемычка S1 в нижнем по схеме положении. Включение исполнительного реле К1 осуществляется с помощью кнопок управления и подсветки (включенных параллельно) и располагаемых на каждом этаже подъезда.

2. Автоматическое управление уличным освещением. Для этого необходимо замкнуть контакты разъёма Х2. Порог включения исполнительного реле К1 настраивается с помощью сервисной кнопки SB3 (перемычка S1 в нижнем положении).

3. Программируемый (1-60 минут) таймер для управления исполнительным реле К1. Настройка времени выдержки производится с помощью сервисной кнопки SB3 при подключении перемычки S1 в верхнее положение. Включение таймера осуществляется кнопками управления и подсветки, подключаемыми к разъёму Х2, перемычка S1 должна в этом случае находиться в нижнем положении. Контакты разъёма Х3 в этом режиме, как настройки, так и работы должны быть замкнуты. Настройка порога включения исполнительного реле в этом режиме (с замкнутыми контактами разъёма Х3) также необходима.

1. Расчет потребляемой мощности

Потребляемый ток микроконтроллера, в соответствии с технической документацией, в рабочем режиме составляет 0,3 мА. При напряжении питания 12 В. Рассчитаем мощность:

P = UI = 12* 0,0003 = 0,0036 Вт.

Ток на резисторах R1-R7 незначителен, поэтому примем потребляемую ими мощность как 0,05 Вт.

Итого потребляемая мощность схемы:

P = 0,05 + 0,0036 = 0,0536 Вт.

2. Конструкторско-технологический раздел

2.1 Разработка печатной платы

Печатная плата была разработана на основе принципиальной схемы с помощью программы RuLay. Ниже приведен её рисунок:

Рис. 4 Печатная плата. Реальный размер платы 5х7см.

2.2 Выбор способа изготовления печатной платы

Печатные платы представляют собой диэлектрическую основу с нанесенным на нее токопроводящим рисунком (печатным монтажом) и отверстиями для монтажа элементов.

Печатный монтаж – это нанесение на изоляционное основание тонких электропроводящих покрытий (печатных проводников), выполняющих функции монтажных проводов для соединения элементов схемы.

Печатные платы служат для размещения и закрепления элементов устройства на одном основании, а печатный монтаж обеспечивает связь между этими элементами в соответствии с принципиальной схемой устройства.

Наряду с традиционным проводным монтажом печатные платы являются основным этапом в подготовке устройства к производству и имеют ряд преимуществ, т. е. они позволяют:

• Увеличить плотность монтажных соединений и возможность миниатюризации компоновки радиоэлементов и блоков внутри устройства;

• Организовать изготовление печатных проводников и электрорадиоэлементов в одном технологическом цикле;

• Гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик;

• Повышенная стойкость устройства к климатическим и механическим воздействиям;

• Провести унификацию конструкторских и технологических решений;

• Увеличить надежность;

• Организовать комплексную автоматизацию работ по изготовлению устройства;

По конструктивному исполнению все печатные платы можно подразделить на: односторонние, двухсторонние, однослойные и многослойные.