63632 (588990), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Функції енергозбереження реалізовано за допомогою комутації живлення для GPS приймача, переходу CPU в сплячий режим та ввімкненням режиму енергозбереження в модемі. Основні технічні характеристики розробленого терміналу наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Основні технічні характеристики розроблюваного терміналу

Напруга живлення, В	6…36
Струм споживання середн./макс. , мА	110/250
Габаритні розміри блоку, мм	1357030
Типи зовнішніх датчиків, кількість входів/виходів	10/4
Діапазон робочих температур	-30…65 ˚C
Об’єм внутрішньої пам’яті, Mb	128
Ресурс пам’яті	100000 циклів запис/стирання
Інтервал дискредитизації запису, с	0,02
Час автономної роботи, год.	≥24

1. Опис електричної схеми мікрофонного тракту мобільного терміналу

В більшості існуючих мобільних терміналів, зокрема в розглянутих вище, відсутні тракти прийому та передачі звукової інформації. Призначенням розробленого мікрофонного тракту є зйом та передача стану звукового становища в підконтрольних транспортних засобах до ДЦ в якості достатній для його аналізу та однозначного сприйняття голосових повідомлень. Наявність мікрофонного тракту збільшує функціональність терміналу та зручність його експлуатації, а також зменшує додаткові фінансові витрати на пристрої, які забезпечують обмін голосовими повідомленнями між підконтрольним транспортним засобом та ДЦ.

3.3.1 Мікрофонний підсилювач тракту передачі звукової інформації

Для роботи мобільного терміналу використовується два мікрофонних підсилювача. Один з них (МП1) встановлений безпосередньо в мобільному терміналі, а інший поруч з мікрофоном, забезпечуючи основне підсилення та покращуючи відношення сигнал-шум на вході другого підсилювача (МП2).

Схема частини мікрофонного підсилювача наведена на рис. 4.1. В схемі використано два однакових підсилювача.

3.4 Опис електричної схеми тракту живлення і керування енергозбереженням мобільного терміналу

3.4.1 Перетворювач на мікросхемі L6902D

Для розробки мобільного терміналу використовувалися інтегральні мікросхеми високого ступеня інтеграції та готові модулі (GSM та GPS). Оскільки кожен елемент схеми має певні вимоги до джерела живлення як по пульсаціям, так і по допустимим коливанням напруги, а також необхідно враховувати мобільність терміналу (забезпечення низьких втрат при перетворенні напруги) застосовано двохступінчате пониження напруги за допомогою імпульсних інтегральних понижуючих перетворювачів. Баланс струмів споживання першого з них на мікросхемі L6902 приведено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2 – Баланс струмів споживання для L6902

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., А
MAX1692	1	3,2–6	300
GC864	1	3,4–4,25	500
GSP103448	1	3,0–4,2	200

Стабілізатор перетворює вхідну напругу, що може змінюватися в діапазоні 8…36 В у стабілізовану 4,2 В. Він також живить другий стабілізатор з вихідною напругою 3,15 В, заряджає внутрішній акумулятор та живить GSM модем. Має внутрішнє обмеження струму на рівні 1 А.

Вибір саме L6902 обумовлений наступними її можливостями:

• до 1 А вихідний струм з обмеженням (стабілізатор струму);

• діапазон вхідних напруг 8 – 36 В;

• джерело опорної напруги 3,3 В з нестабільністю 2 %;

• 5 % нестабільність по обмеженню вихідного струму;

• регульована вихідна напруга 1,235 – 34 В;

• фіксована частота генерації 250 кГц;

• робота у режимі холостого ходу;

• регульоване обмеження максимального струму;

• захист від обриву зворотного зв’язку;

• інтегрований термозахист;

• розроблена спеціально для застосування в якості зарядного пристрою для акумулятора.

1. Перетворювач на мікросхемі МАХ1692

Для роботи інших елементів схеми використовується перетворювач на мікросхемі МАХ1692. Він стабілізує напругу 3,15 В з 4,2 В. Баланс струмів споживання цього джерела живлення на мікросхемі МАХ1692 приведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 – Баланс струмів споживання для мікросхеми МАХ1692

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., мА
OP496	1	2,6–5,0	3
MSP430	1	2,0–5,5	3
CD4052	2	2,0–15	1
LEA-4H	1	2,7–3,6	100

Вибір саме МАХ1692 обумовлений наступними її можливостями:

• стабілізування напруги від 5,5 В до U_IN ;

• ефективність перетворення до 95%;

• гарантований вихідний струм 600 мА;

• інтегрований діод Шотткі;

• струм споживання не більше 85 мкА;

• інтегрований термозахист;

• фіксована 750 кГц частота генерації;

• джерело опорної напруги 1,25 В з нестабільністю 1,2 %;

• мініатюрний корпус.

4. Обґрунтування конструктивних параметрів пристрою та вибір матеріалів

Конструктивно виріб виконаний у вигляді розбірного корпусу, який складається з двох частин – основи та кришки, які виготовлені з алюмінієвого П-подібного профілю, до якого з торців за допомогою чотирьох гвинтів М2,5 прикручені пластини. У паз нижньої кришки вставлена плата з радіоелементами. Габаритні розміри мобільного терміналу складають, ДхШхВ, мм 135×70×30 (див рис. 4.1).

З лицевої сторони знаходяться двох-, восьми- та двадцяти контактні НЧ роз’єми, два ВЧ роз’єми «GPS» та «GSM», три світлодіоди та тримач SIM-картки.

На задній стороні виробу знаходиться десятиконтактний НЧ роз’єм, два отвори для підстроювальних резисторів та отвір до кнопки вмикання/вимикання пристрою.

Вибір матеріалу для несучої конструкції (корпусу) обумовлений його високі антикорозійні властивості, легкістю обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Конструкція передбачає зручну та надійну фіксацію та монтаж друкованої плати (ДП) в середині корпусу у процесі складання. Монтаж мобільного терміналу здійснюється в салоні ТРЗ, наприклад, під приладовою панеллю автомобіля, або у багажнику, з допомогою текстильної застібки та пластикових джгутів.

1. Обґрунтування вибору елементної бази

Однією з основних задач, поставлених при виконанні розробки даного пристрою, окрім забезпечення необхідних параметрів схеми, які б гарантували необхідні режими та надійність роботи пристрою, було створення малогабаритного, загальнодоступного, відносно дешевого модуля з використанням сучасної компонентної бази зо всіма її перевагами. ДП мобільного терміналу повинна мати якомога більший ступінь інтеграції.

За сучасного ступеню розвитку монтажу плат, повсякчас використовується автоматичний SMT, DIP та BGA монтаж, тому ще одним з критеріїв вибору радіоелементів була можливість автоматизації збирання плат на сучасних автоматичних лініях та підвищення характеристик надійності.

Суміщена активна GPS/GSM антена виконана з удароміцної пластмаси у пилозахищеному виконанні. Вона має самоприклеювальну основу для встановлення на рухомий об’єкт без використання засобів кріплення. З корпусу антени виходять два ВЧ кабелі довжиною по 5 метрів з роз’ємами типу SMA на кінцях. Зовнішній вигляд GPS/GSM антени наведений на рис.4.2.

Вибір активної антени зумовлений необхідністю максимізувати чутливість пристрою до слабких сигналів GPS та GSM мережі в умовах міської забудови та всередині залізобетонних приміщень.

GPS/GSM антена – покупний виріб. Її габаритні характеристики та спосіб кріплення обрані з огляду на необхідність прихованого встановлення на ТРЗ та забезпечення надійного зв’язку через канали GPS та GSM.

Антена встановлюється на горизонтальній поверхні таким чином, щоб у верхній полусфері були відсутні затінення та перешкоди для проходження радіосигналів від супутників.

1. Електричні розрахунки основних функціональних вузлів

1. Розрахунок мікрофонного підсилювача

Проведемо розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення та ширини смуги пропускання сигналу [15] для частини мікрофонного підсилювача наведеній на рис. 4.1.

Коефіцієнт підсилення для цієї схеми становить:

Для забезпечення смуги пропускання 150 – 8000 Гц, необхідно розрахувати і ємність С3. Частота зрізу становитиме:

Вихідні дані для розрахунку зведені до табл. 4.1.

Таблиця 4.1 – Вихідні дані для розрахунку підсилення

Чутливість мікрофону, дБ·В/Па	-45
Вхідний опір диференційний, кОм	25
Номінальна вхідна чутливість, мВ	50
Максимальна вхідна напруга, мВ	360
Смуга пропускання (-3 дБ), Гц	150 - 8000

В умовах нормальної розмови на відстані 7 см від джерела акустичного сигналу створюється тиск в -4,7дБ для мікрофону з чутливістю -45 дБ·В/Па. При такому акустичному тиску вихідна напруга від мікрофону становить:

U_ВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),

що відповідає

U_ВИХ=10^(-49,7/20)=3,3 (мВ)

Щоб забезпечити сигнал з амплітудою 50 мВ на вході наступного каскаду підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення:

Відповідно при підсиленні в 15 разів (24 дБ). При вхідному опорі розрахованого підсилювача в 10 кОм необхідний опір R₄ буде дорівнювати:

R₄=К_ПІДС·R₃=10·10³·15=150·10³(Ом)

Промислові значення цих опорів з ряду Е96 складають 10 кОм та 150 кОм.

Відповідно значення ємності конденсатора С3:

(Ф);

З огляду на необхідну смугу пропускання, обираємо найближче значення С3 з ряду Е24 – 120 пФ.

Значення для другого каналу підсилювача ідентичні першому.

1. Розрахунок стабілізаторів напруги

1. Розрахунок перетворювача на мікросхемі L6902D

Розрахуємо загальну потужність втрат P_TOT на мікросхемі L6902 за формулою.

Вихідні умови:

• вхідна напруга U_IN = 12 В;

• вихідна напруга U_OUT = 4,2 В;

• вихідний струм I_OUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);

• опір внутрішнього ключа R_DSON = 0,4 Ом (середнє значення);

• час перемикання типовий T_SW = 70 нс;

• струм споживаний самою ІС I_Q = 2,5 мА;

Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де T_J – температура кристалу мікросхеми, T_А – температура навколишнього середовища та R_{th J-A} тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 42 ˚C/Вт [32]. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C [16].

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 4,2 В.

Характеристики

Список файлов ВКР