63593 (Автомобильная система видеонаблюдения)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ технического задания

2. Сравнение с аналогами

3. Разработка структурной схемы

3.1 Блок видеокамер

3.2 Блок оцифровки аналоговых видеосигналов

3.3 Блок памяти

3.4 Блок синхронизации и контроля

3.5 Блок управления

4. Выбор элементной базы

4.1 Выбор дискретных компонентов

4.2 Выбор микроконтроллера

4.3 Выбор видео декодера

4.4 Выбор стабилизатора напряжения

4.5 Выбор микросхемы памяти

5. Разработка схемы электрической принципиальной

5.1 Схема питания

5.2 Оцифровка видеосигнала

5.3 Блок памяти

5.4 Блок синхронизации и контроля

5.5 Блок обработки и управления

6. Разработка печатного узла

6.1 Выбор материала печатной платы

6.2 Выбор типа печатной платы

6.3 Выбор класса точности

6.4 Выбор метода изготовления печатной платы

7. Расчеты конструкции

7.1 Конструкторско-технологический расчет печатной платы

7.2 Электрический расчет печатной платы

7.3 Расчет печатной платы на вибропрочность

7.4 Расчет теплового режима

7.5 Расчет показателей надежности

8. Проектирование печатных плат в САПР P-CAD

9. Технология изготовления печатных плат

9.1 Химический метод

9.2 Электрохимический метод

9.3 Комбинированный метод

10. Технология поверхностного монтажа

10.1 Типы SMT сборок

10.2 Установка компонентов на плату

10.3 Нанесение припойной пасты

10.4 Пайка SMT компонентов

11. Охрана труда

12. Экономическое обоснование

13. Разработка алгоритма работы устройства

Выводы

Литература

ВВЕДЕНИЕ

По данным приведенным департаментом ГАИ Министерства внутренних дел Украины, на дорогах страны происходит более 500 ДТП в сутки. Что примерно равно цифре 180-190 тис. ДТП в год.

Количество автомобилей на дорогах стремительно увеличивается с каждым днем. В сегодняшних условиях даже опытный и аккуратный водитель не застрахован от ДТП, которое может произойти не по его вине. К сожалению, установить истинную картину ДТП и определить меру вины участников происшествия бывает вовсе непросто. Не всегда есть очевидцы происшествия, которые не только согласятся дождаться прибытия инспектора, но и дадут правдивые показания. Из-за этого водителю, пострадавшему в ДТП, очень часто не удается доказать свою невиновность.

Ни для кого не секрет, что выявление сотрудниками ГИБДД виновника ДТП процесс длительный, и зачастую не соответствует действительности. А если учесть тот факт что каждый 20-тый нарушитель скрывается с места происшествия, то иногда и вообще не разрешимый.

Решить вопрос об объективном и своевременном выявлении правонарушителя в данной ситуации помогла бы оперативная видеосъемка, которая осуществляется непосредственно из машины участника движения. При этом не обязательно иметь запись всего пути следования машины, а только запись самой аварии и небольшого промежутка времени перед ней.

Исходя из этого, разработка автомобильной системы видеонаблюдения является очень актуальной на сегодняшний день темой.

Кроме основной области применения устройство может использоваться для повышения безопасности транспортного средства.

Устройство, разрабатываемое в данном проекте, должно быть работать от питания в 12В, иметь компактные размеры, а также обеспечивать циклическую видеозапись в цифровом формате во встроенную ОЗУ

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Исходя из особенностей проектирования прибора и специфики области его применения, рассмотрим основные критерии, которые будут влиять на разработку устройства измерения качества электроэнергии в сетях 220В (далее - устройства).

К основным критериям устройства следует отнести

1. Повышенную надежность и помехозащищенность

2. Малые габариты

3. Относительную дешевизну устройства

Для реализации хорошей надежности и помехозащищенности необходимо обеспечить штатный режим всех узлов и соединений данного устройства, а также конструктивно реализовать защиту прибора от вредных воздействий окружающей среды.

Для получения малых габаритов и обеспечения дешевизны устройства следует использовать широко распространенные типы ИМС а также, по возможности, унифицированные типоразмеры корпусов резисторов, конденсаторов и диодов.

2. СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГАМИ

На сегодняшний день на рынке существует большое разнообразие автомобильных систем видеонаблюдения. Их отличие друг от друга заключается в:

- количестве обрабатываемых потоков видео;

- частоте кадров записываемого видео материала;

- объеме памяти для записи видео материала ;

- функциональных возможностях;

- условиях эксплуатации;

- габаритных размерах;

- сложности использования;

Среди всех аналогов, наиболее удовлетворяющим техническому заданию, является автомобильная система видео наблюдения DRS-1100 производства XDriven. Ниже приведены его технические характеристики. [1]

- Напряжение питания: 12…24 В.

- количество обрабатываемых потоков видео 1.

- Съемная карта памяти SD объемом от 512Мб до 4 Гб.

- возможные разрешения видео кадра 320 х 240, 640 х 480, 1280 х 960.

- Диапазон рабочих температур от 0 до +50 С.

- Размеры печатной платы: 127 х 51 х 25 мм.

Рассмотрим функциональные возможности данного аналога.

После инициализации видео камеры устройство начинает запись видео материала. Запись может производиться с разным разрешением, и частотой видео кадров. Стандартная частота кадров 5к/с, может настраиваться от 1к/с до 30к/с. Видео разрешение тоже может изменятся в трех режимах ( 320 х 240), (640 х 480), (1280 х 960). Запись производится на съемную карту памяти SD объемом от 512Mб до 4Гб в формате MPEG4. В устройстве имеется 2 кнопки. Первая кнопка отвечает за включение устройства. Вторая кнопка отвечает за фиксацию события. Предусмотрена возможность синхронизации с ПК, для снятия видео информации или установки дополнительных настроек.

Преимущества разрабатываемого устройства по сравнению с DRS-1100 заключаются в следующем:

• Четыре потока обрабатываемого видео;

• Наличие индикатора события;

• Возможность считывания на выбор данных от любой из четырех видео камер;

• Запись видео материала 10 секунд после происхождения события.

У разрабатываемого устройства есть и недостатки по сравнению с DRS-1100, но при этом оно полностью удовлетворяет техническому заданию.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Согласно техническому заданию устройство должно выполнять следующие функции:

1. Обеспечивать обработку четырех потоков видео в режиме реального времени.

2. Разрешение записываемого материала 640 х 480.

3. Циклическую запись видео материала.

4. Запись видео материала не менее 30с.

Исходя из требований изложенных выше, функционально проектируемое устройство можно разделить на следующие блоки:

- блок видеокамер;

- блок оцифровки аналоговых видео сигналов;

- блок памяти;

- блок микроконтроллера;

- блок датчиков;

- блок управления;

- блок индикации;

Каждый блок должен выполнять определенные функции и находиться во взаимосвязи с центральным процессором либо передавая ему данные, либо получая от него команды управления или данные.

Рассмотрим функции, которые должен выполнять каждый блок структурной схемы ДК31.424313.001 Э1.

3.1 Блок видеокамер

Блок должен обеспечивать непрерывную съемку видео материала с разрешением не менее 640 х 480. Угол обзора каждой камеры должен быть не менее 70°.

3.2 Блок оцифровки аналоговых видеосигналов

Должна обеспечивать оцифровку четырех аналоговых видео сигналов в режиме реального времени. А также обеспечивать последующую передачу оцифрованных сигналов непосредственно в встроенную ОЗУ

3.3 Блок памяти

Блок памяти должен поддерживать циклическую запись четырех потоков оцифрованного видео материала в режиме реального времени, а также иметь достаточный объем для записи 30 секунд видео с разрешением не менее 640 х 480.

3.4 Блок синхронизации и контроля

Данный блок осуществляет синхронизацию устройства. Также он должен принимать информацию, поступающую со всех датчиков, обрабатывать ее и производить управление всем устройством в целом.

3.5 Блок управления

Данный блок должен обеспечивать управление при начальной инициализации и перенастройке контроллера, а также обеспечить переключение при выборе считываемого материала.

4. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

4.1 Выбор дискретных компонентов

Для применения в разрабатываемом устройстве были выбраны SMD-компоненты мощностью до 0,25 Вт. Выбор был сделан, исходя из соображений достаточной надежности, точности и низкой общей стоимости прибора. SMD-компоненты в достаточной степени удовлетворяют вышеприведенным требованиям и являются одной из наиболее распространенных марок резисторов, что сыграло решающую роль при их выборе. Другие дискретные компоненты выбраны исходя из аналогичных соображений.

4.2 Выбор микроконтроллера

Необходимо подобрать микроконтроллер, который удовлетворяет условию ТЗ. Выберем микросхемы, которые подходят для сравнения, и составим таблицу параметров. К рассмотрению приняты такие параметры как:

- количество линий ввода вывода;

- объём ОЗУ (RAM);

- объём ПЗУ;

- потребляемый ток;

- максимальное напряжение питания.

Параметры подходящих микросхем приведены в таблице 3.1 .

Таблица 4.1

Параметры выбираемых микросхем. [2]

Необходимо выбрать одну из этих микросхем, причем наиболее подходящую. Для этого воспользуемся методом выбора элементов по матрице параметров.[3]

Запишем матрицу параметров:

Параметры в матрице X должны соответствовать такому виду, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее качество ИС. Параметры, не удовлетворяющие такому условию (I_ПОТ, Е_П) пересчитываются по такой формуле:

,(4.1)

Пересчитав эти параметры, получаем такую матрицу Y:

После этого параметры матрицы Y нормируют по такой формуле:

, (4.2)

В результате нормирования получим матрицу A (в ней есть обязательно хотя бы один нуль). Матрица А имеет такой вид:

Для обобщенного анализа системы параметров элементов вводят оценочную функцию:

,(4.3)

где (см. таблицу 3.1).

Определим эти оценочные функции (приведем их в матричном виде):