Диссертация (1137287), страница 11
Текст из файла (страница 11)
САПР - это система,реализующая проектирование, при котором все проектные решения или ихчасть получают в результате вычисления и составления математическихмоделей на ЭВМ. Для решения задач, описанных в методе и инженернойметодике необходимо использовать комплекс CAD систем, так как единойсистемыдляпроектированияэлектронныхустройств,механическихустройств и проведения различных инженерных расчетов на текущий моментне существует.По назначению использования их можно разделить на следующиегруппы ПО [87]:Computer-aidedengineering(CAE)—средстваавтоматизацииинженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов,осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизациюизделий.
Комплексные CAE системы, которые позволяют проводитьразличные виды анализов: NASTRAN, COMSOL, ANSYS, COSMOS-M,Асоника и др.Mechanical computer-aided design (MCAD) для автоматизированногопроектированиямеханическихустройств.Применяютсявавтомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности,производстве товаров народного потребления, включают в себя разработкудеталей и сборок (механизмов) с использованием параметрическогопроектированиянаосновеконструктивныхэлементов,технологийповерхностного и объемного моделирования.
Данный рынок ПО наиболееразвит среди CAD систем и здесь можно выделить следующие программные77продукты: Dassault Systemes "SolidWorks", Dassault Systemes "CATIA",Siemens "NX", Autodesk "Inventor", Аскон "Компас 3D" и др.Electronic design automation, electronic computer-aided design (EDA,ECAD) для автоматизированного проектирования электронных устройств ирадиоэлектронных средств.
Среди представителей данной области CADсистем для проектирование печатных плат можно выделить: Altium "AltiumDesigner", Novarm "Diptrace", CadSoft "EAGLE", Mentor Graphics "PADSLayout/Expedition",CadenceDesignSystems"Allegro/OrCAD",Zuken"CADSTAR" и др. Так как необходимо реализовать комплекс моделей длявзаимодействия между системами MCAD и ECAD, определим в таблице 4форматы, через которые это возможно сделать.Таблица 4. Краткая сравнительная характеристика ECAD систем и форматоввзаимодействия с MCADПриложениеAltiumОперационная системаWindowsЯзыкФорматыинтерфейсаэкспортаМногоязычный,STEP, IDFесть русскийDesignerDiptraceWindows/MacМультиязычный,STEP, VRMLесть русскийEAGLE4 языка,Windows/Mac/LinuxIDFрусского нетPADSWindowsАнглийскийIDFCADSTARWindowsАнглийскийIDFAllegroWindows/LinuxАнглийскийIDFОтдельныесистемыECADмогутпредоставлятьвозможностивзаимодействия с MCAD путем использования специализированных средств,например, как это сделано у Altium с помощью ПО MCAD CO-DESIGNER,78которое обеспечивает двустороннюю связь с средой MCAD SolidWorks.
Востальных же случаях для передачи модели проекта ECAD системы следуетиспользовать IDF или STEP формат, так как их поддерживает абсолютноебольшинство современных MCAD систем.Выборконкретногопрограммногообеспечениядлярешенияпоставленных задач по проектированию электрической и механическойсоставляющей радиоохранной системы и получения комплекса моделейзависит от многих факторов. Для получения данных моделей необходимоприменятьчисленныеметодыдлярасчетаразличныхпараметровконструкции печатного узла.
При решении этой задачи одним из наиболееэффективных является метод конечных элементов, так как для такогопечатного узла достаточно сложно построить расчетную модель, хорошоотражающую его физические и динамические свойства. Также междусистемамипроектированияианализадолжнообеспечиватьсявзаимодействие, несмотря на то, что каждая из них имеет свою базу данных(БД) компонентов и материалов, Рисунок 19.Рисунок 19 – Взаимодействие компонентов ПО для создания комплексамоделей79Стоитотметить,чтоесливыборECADисистемыMCADпроектирования часто связан с личными предпочтениями инженера илиполитикойпредприятияпоисторическисложившимсясценариямиспользования САПР в отделах и практически не накладывает ограниченийдля реализации конечного продукта, то применение CAE универсальныхсистем требует серьезной теоретической подготовки и опыта использования.Это обусловлено тем, что отсутствие специализированных баз данных попараметрам материалов конструкций РЭС, а также по параметрамрадиоэлементов увеличивает время построения и ставит под сомнениеадекватность моделей, создаваемых в универсальных программах.
Поэтомудля решения задач внешних механических и тепловых воздействий напечатный узел рекомендуется применять системы с уже проверенными иадаптированными к конкретной задаче моделями, например, Асоника-ТМ,SolidWorks Simulation, ANSYS Icepak и пр. Для реализации методики былвыбран следующий набор ПО MCAD-ECAD-CAE: SolidWorks, AltiumDesigner, SolidWorks Simulation/ANSYS Icepak.3.2 Разработка инженерной методики проектированияПредлагается методика проектирования РОСА на основе использованиятехнологии GPS/ГЛОНАСС, GSM и Интернет [52]. Методика также должнапредусматривать оценку конечного изделия (модуля РОСА) на соответствиезаданным требованиям по механической прочности, тепловому режимуработы, электромагнитной совместимости. Эта методика позволяет инженерупроектировать бортовую РОСА по заданным техническим требованиям иусловиям.
На Рисунок 20 представлена IDEF0–диаграмма для этой методики,построенная в ПО Microsoft Visio. Указателем «молния» показанырезультатыиспользованияразличныхпрограммныхсредств.Рисунок 20 - IDEF0–диаграмма инженерной методики проектирования бортовой радиоохранной системыИсходными данными здесь являются техническое задание (ТЗ) итехнические условия (ТУ) на бортовую радиоохранную систему. На всехэтапах методики.Методика включает четыре этапа: оценка возможности реализации преобразователей; моделирование вариантов структурной реализации; проектирование печатного узла; изготовление печатного узла; экспериментальное испытание опытного образца.На первом этапе проводится принципиальная оценка возможностиреализации бортовой РОСА при заданных в техническом задании (ТЗ)ограничениях и характеристиках доступной элементной базы.
При этомучитываются показатели электронных компонентов в части соответствиятребованиям по энергопотреблению и массогабаритным характеристикам, атакже по надежности и стоимости. Основные требования предъявляются кмодулю РОСА.Вслучаеположительногозавершенияэтапа1проводитсямоделирование вариантов структурной реализации РОСА (этап 2) сиспользованием программы Visio (для построения структурных схем) исреды математического моделирования MATLAB для реализации алгоритмаподбора оптимальной элементной базы, комбинаций и параметров, согласномодели, описанной в главе 2. Затем решается задача многокритериальнойоптимизации по заданным параметрам и ограничениям.
На 3-ем этапе(проектированиепечатногоузла)разрабатываетсяэлектрическаяпринципиальная схема и топология печатной платы (ПП) модуля РОСА сиспользованием САПР Altium Designer. Расчет волнового сопротивлениявысокочастотных линий осуществляется в САПР Polar Si9000 PCBTransmission Line Solver или AppCAD.
Затем имитационная модельконструкции печатного узла модуля РОСА проверяется на тепловые82воздействия (в САПР ANSYS Icepak или Асоника Т) и механические - вСАПР Асоника М или модуле SolidWorks Simulation. Результатомиспользования методики является протестированная на различные видывоздействий модель конструкции печатного узла.Рассмотрим эти этапы несколько более подробно.Этап 1. Элементная база для модуля РОСА представляет собой набормикросхем и их «обвязку», а именно следующие объекты: микроконтроллер,Flashпамять,ГЛОНАСС/GPSприемник,GSMмодем,трансивер,акселерометр, CAN драйвер, DC-DC преобразователь, антенны [51].Структура модуля РОСА и алгоритм выбора оптимальной элементной базыпредставленынамикроконтроллер,Рисунокреализующий21.ОсновнымалгоритмыэлементомработыРОСА.являетсяКнемуподключаются датчики, приемо-передающие и навигационные модули.Телеметрическая информация о скорости движения, состоянии цепизажигания, дверей и пр.
в микроконтроллер поступает через шину CAN. Длясопряжения с ней необходима микросхема драйвера интерфейса, котораяпредставляет собой двунаправленный приемопередатчик для согласованияуровней сигналов между шиной и CAN интерфейсом микроконтроллера.Flash-память нужна для сохранения параметров конфигурации системы,запоминания треков передвижения и данных телеметрии.
ГЛОНАСС/GPSприемник состоит из антенны, приемного модуля и вычислителя. Причемантенна может быть как внешней, так и внутренней - в виде топологии PCBили отдельного элемента [99]. Вычислитель определяет местоположениеобъекта и передает данные географических координат микроконтроллеру.GSM модем содержит приемопередающий модуль и антенну [99].
С внешнейантенной он сопрягается через разъем. Передатчик радиоканала метки433/868/2400 МГц представляет собой трансивер и также снабжаетсяантенной. Акселерометр необходим для определения ударной нагрузки вслучае столкновения или удара по автомобилю. В общем случае83целесообразно использование трехкоординатного датчика-акселерометра.Для обеспечения микросхем модуля РОСА питанием от автомобильногоаккумулятора с постоянным напряжением 10-48В применяются DC-DCпреобразователи.
Дополнительные электрорадиоэлементы для микросхем,состоящие из пассивных R, L, C компонентов и транзисторов, подбираются всоответствии с их спецификациями.Началоа)ЗаданиефункциональныхограниченийСортировкавариантов по возр.целевой функцииВыбор вариантовпо тех. и фун.ограничениямВыбор средивариантов с наим.значениемцелевой функцииВычислениецелевой функциидля каждоговариантаКонецб)Рисунок 21 - Структура модуля РОСА (а) и алгоритм выбора оптимальнойэлементной базы (б)При выборе элементной базы следует рассматривать преимущественнокомпоненты с SMT/SMD монтажом, которые существенно экономят местона ПП и упрощают технологию сборки.
Корпуса типа DIP имеет смыслиспользовать только, если нет иных альтернатив. По условиям эксплуатациипечатный узел модуля РОСА следует изготавливать по 2 – ому классужесткости и с учетом климатических воздействий по ГОСТ 23752-79 (от 40оС до +85оС). Также при выборе следует учитывать потребляемуюэлементом мощность, занимаемую на печатном узле площадь и стоимость.84Высотой микросхем и их массой можно пренебречь, так как они являютсядостаточно плоскими и легкими.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
