Диссертация (1137287), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Поскольку в спецификациях на элементыприводятся только типы корпусов и потребляемые токи в различныхрежимах работы, введем формулы для грубого расчета площади S корпуса сконтактными выводами и грубой оценки потребляемой мощности в режименепрерывной работы (P):S= Д×Ш [мм2],(32)где Д и Ш – длина и ширина корпуса [мм] соответственно;P = (Umin+Umax)×(Imin+Imax) × 0,25 [мВт],(33)где (Umin;Umax) [В] и (Imin;Imax) [мА] – диапазоны напряжений питания итоков потребления в режиме непрерывной работы соответственно.Этап 2. В соответствии с алгоритмом на Рисунок 21 б) проводится выбороптимальных электронных компонентов для структуры на рисунке 3а покритериям, соответствующим ТЗ и ТУ.В общем виде система состоит из N модулей M 1 ,..., M N с n параметрамиkP1 ,..., P n , из которых P 1приоритета.КаждыйM iji V i  M1i ,..., M Li i...

Pkn являются ключевыми в порядкеP k2модульивыбираетсякаждомуизмножествавариантусоответствуют наборы Fi , ji  Fi , ji ,..., Fi , ji  0,11mmвариантов:M iji V iмодуляи Pi , ji  Pi , ji ,..., Pi , ji .1nЗдесь Fi , ji  1 тогда и только тогда, когда ji вариант i -ого модуля обладаетkk –ой функцией. В соответствие с алгоритмом рисунке 3б получаемаффинную целевую функцию T , которую требуется минимизировать(  inf ):85 n,PkkT  a, P  b    a  L1  ...  LN  b   infkPi , j k 1i, jгде a  a1 ,..., a nфункции)– набор «весов» параметров (чувствительность целевойзадаётся с помощью экспертной оценки, причём a k  0 k ,a k1  a k2  ...  a kn , b  0 , L1  ...  LN – нормирующие коэффициентыпараметров.Накладываем ограничения на интегральные значения параметров:Bk ( P k )  Q k , k  1,..., n .Выбором соответствующих функцийBkможно задавать различныеограничения – «жёсткие» (типа неравенств) или «мягкие» (типа штрафныхфункций).

В результате получаем оптимальный по заданным критериямперечень элементной базы или сообщение, что она не может быть подобранапри заданных ограничениях.Этап 3. В САПР Altium Designer разрабатывается принципиальнаяэлектрическаясхема.НаееосновепроектируетсяПП,готовитсядокументация на модуль РОСА для подготовки производства его печатногоузла. Сначала создается библиотека элементов, входящих в принципиальнуюэлектрическую схему и ПП. Каждый элемент такой библиотеки содержитусловноеграфическоеобозначение(УГО)дляпринципиальнойэлектрической схемы (файл *.SchLib) и посадочное место (footprint) на ПП(файл *.PcbLib). Эти данные можно найти на сайте производителякомпонента или в его спецификациях (datasheet) – которые обычно доступнычерез Интернет.Затем,приготовностибиблиотекидлявсехэлементов,создаетсяпринципиальная электрическая схема устройства.

Далее формируется проектПП в которую все элементы библиотеки вносятся автоматически (каждомуУГО элемента на принципиальной электрической схеме соответствует86выбранное посадочное место на ПП). После проведения расстановкиэлементов выполняется и их соединение дорожками печатных проводников.Правильностьсоединений,оптимальностирасположенияпечатныхпроводников обеспечивается средствами среды Altium Designer.

Расчетволнового сопротивления ВЧ линий проводится (как уже говорилось) вAppCAD или Polar PCB Transmission Line Solver. В соответствие срезультатами этого расчета может быть скорректирована топологияпечатных проводников (т.е. возможен возврат к этапу расчета ихрасположения в Altium Designer).Таким образом в результате проектирования в среде Altium Designerсоздаются файлы принципиальной электрической схемы (*.SchDoc) итопологии ПП (*.PcbDoc).

Из них генерируется текстовый файл форматаGerber,представляющийсобойспособописанияпроектаППдляизготовления фотошаблонов (обычно - для реализации фотолитографическихпроцессов) при изготовлении печатных плат на самом разнообразномоборудовании. Указанный подход является общепринятым стандартомпередачи проекта в электронной форме производителю ПП.Этап 4. Для проведения теплового численного моделирования готовыйпроект ПП в Altium Designer (*.PcbDoc) конвертируется в формат STEP илиIDF, содержащий геометрию платы и расположение совокупности элементов- для взаимодействия с ПО Ansys Icepak.

Затем в среде Icepak создаетсямодель для проведения анализа теплового режима работы печатного узла.Затем рассчитываются данные по перегреву компонентов для заданногорежима работы устройства, краевых (начальных и граничных) условий.Ansys Icepak позволяет анализировать стационарный и нестационарныйтепловыережимывынужденнойаппаратуры,конвекцияхвработающейвоздушнойсреде;приприестественнойинормальномипониженном давлениях. Последний вариант может быть актуальным дляусловий использования разработки в высокогорье.87Для проведения в САПР Асоника-М [58] численного моделированиямеханическихвоздействий(статическойпрочностиидинамическогоповедения конструкции), также как и в случае с тепловым моделированием,необходимо осуществить импорт геометрии ПП с элементами.

Форматимпорта зависит от используемой среды моделирования, но большинствопрограммных средств допускают импорт в универсальном формате *.sat или*.iges. Далее задаются механические нагрузки (статические) или режимыизменения динамических нагрузок. В ходе моделирования получают полянапряжений и деформаций для заданной конструкции ПП и элементов,размещенных на ней.По результатам этих расчетов делаются выводы о соответствии расчетныхнапряжений тому, что может выдержать ПП и размещенные на нейэлементы.

Если деформации оказываются чрезмерно большими (например,могут угрожать целостности печатных проводников, надежности паяныхсоединений и пр.), то следует возврат к одному из предыдущих этаповпроектирования. Особую опасность могут представлять повторяющиесязнакопеременные нагрузки – например, связанные с движением автомобиляпо неровной дороге.3.3 Разработка программного обеспечения бортовой радиоохраннойсистемыНесмотря на основную направленность исследования в областипроектирования аппаратной части конструкции печатного узла бортовогорадиоохранного модуля (БРМ), объект представляет собой аппаратнопрограммную систему, в которой программное обеспечение (ПО) такжевлияет на процесс и определяет характер проектирования аппаратной части.88ВпроцессеразработкипрограммногообеспечениядляБРМприходится решать следующие основные задачи: выбор уровней иерархии для реализации основных функций; сопряжение модулей на программном уровне; синхронизация процессов обработки данных и управления; распределение вычислительных мощностей между модулями; задачи программной интеграции.Требования к ПО БРМ: ПО должно выполнять следующий набор функций – приемданныхотдатчиков,взаимодействиесприемникамирадиоканала, навигационных данных и модемом; вычислительные мощности ПО БРМ не должны превышатьвозможностей доступной элементной базы; ПО должно эффективно реализовывать программные алгоритмыиучитыватьтребованияпоэнергопотреблениюимассогабаритным показателям БРМ.В соответствии с предъявленными общими требованиями предлагаетсяследующая структура ПО, Рисунок 22.89Рисунок 22 - Структурная схема (архитектура) ПО БРМПО БРМ состоит из микропрограммного (МП) ядра управления исинхронизацииинесколькихподпрограммвзаимодействие с функциональными(ПП),реализующихмодулями.

ПП взаимодействия сприемником ПДУ обеспечивает прием и сравнение метки радиоканала припостановке/снятииохранногонавигационным модулемрежимаБРМ.ППвзаимодействиясобеспечивает управление режимами, прием ирасшифровку навигационных данных. ПП взаимодействия с GSM модемомформирует сеансы связи и передачи данных в глобальную сеть. ППрегистрацииданныхотдатчиковобеспечиваетвводидемультиплексирование пакетов сенсорной информации, например отакселерометра.

ПП буферизации и хранения обеспечивает регистрациюслужебной информации на встроенную в БРМ флэш-память.Поскольку все аппаратные модули БРМ соединены стандартизованнымиинтерфейсами сопряжения, схема потоков данных для ПО БРМ, будетсоответствовать логике аппаратной части (рисунок 23).90Рисунок 23 - Схема потоков данных БРМЗдесь потоки данных в формате стандартизованных интерфейсов(NMEA,I2C,CAN)поступаютнамногопотоковыйадаптивныйдемультиплексор, реструктурирующий входную информацию из пакетов, итранзакций на шинах в составной буфер, из которого формируются пакетыGSM/GPS, квитирования для ПДУ и файлы для устройства хранения.

Всепроцессы скоординированы блоком управления и синхронизации.Можно выделить следующие варианты распределения вычислительнойнагрузки ПО между микросхемами бортовой радиоохранной системы –классическая структура с микроконтроллером и усеченная структура безмикроконтроллера. Распределение программных модулей БРМ для этихвариантов реализаций иллюстрирует Рисунок 24.91а)б)Рисунок 24 - Реализация программных модулей (а) классическая (б) безмикроконтроллераВ классической структуре (с микроконтроллером), в микропрограммеуправления все подпрограммы реализуются и функционируют в области ПОмикроконтроллера. Остальные микросхемы выполняют пассивную роль“ведомых”.Преимуществомтакогоклассическоговариантаявляетсяпростота реализации ПО, множество существующих готовых решений в видепрограммного кода и описаний, стандартные этапы разработки и отладкиПО.Недостатокзаключаетсявнезадействованиипотенциальныхвычислительных мощностей других микросхем БРМ, а, следовательно,ограничение возможностей минимизации его аппаратной части с цельюуменьшения энергопотребления системы в целом.В предлагаемом варианте структуры без микроконтроллера МПуправления, ПП для ввода данных от датчиков и навигационного приемникаи др.

реализуются в микроконтроллере GSM модема, который зачастуюсодержит мощное вычислительное ядро, недогруженное основными прииспользовании по основному назначению функциями. Следует заметить, чтонизко затратные ПП, например ПП взаимодействия с ПДУ, могут быть92интегрированы и в микросхему передатчика радиоканала метки. Очевидно,что такой вариант позволит значительно уменьшить энергопотребление,габариты и стоимость БРМ.

Характеристики

Список файлов диссертации