44344

Система санкционированного доступа

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Исходя из функционального назначения устройства санкционированного доступа должна соответствовать группе по механическим воздействиям – М3 (на дверях городских квартир и на стационарных объектах, закрытых от прямого воздействия атмосферных осадков и повышенной относительной влажности).

Русский

2013-11-11

1.46 MB

26 чел.

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра радиоэлектронных средств

Факультет компьютерного проектирования

 

"К защите допустить"

Заведующий кафедрой РЭС

профессор

_________ Н.С. Образцов

"___"_________ 2007 года

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту на тему:

"Система санкционированного доступа"

Дипломник

Руководитель                                                                  

Консультанты:

 по специальности                                                         

 по охране труда и ЭБ                                                   

 по экономике                                                                

 по технологии                                                              

Рецензент                                                                            

Д. А. Шостак

В. М. Алефиренко

В. М. Алефиренко

Л. А. Гончарик

С. В. Наркевич

Минск 2007

Учреждение образования

БЕЛАРУСКИЙ ГОРУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет Компьютерного Проектирования

Кафедра радиоэлектронных средств

"УТВЕРЖДАЮ"

Заведующий кафедрой РЭС

______________Н.С.Образцов

«_____»____________2007 года

Задание

 по дипломному проектированию

Фамилия, имя, отчество  Шостака Александра Федоровича

(полностью)

1 Тема проекта: «Система санкционированного доступа»

утверждена приказом по университету от 26 января 2007 года № 57-с

2 Срок сдачи студентом законченного проекта: 15 июня 2007 года.

3 Исходные данные к проекту:

3.2 Схема электрическая принципиальная.

3.3 Электрические параметры:

3.3.1 Потребляемая мощность не более 3 Вт;

3.3.2 Сопротивление линии связи не более 5 Ом;

3.3.3 Диапазон воспроизводимых частот аудиосистемы системы не уже 300-3000Гц;

3.3.4 Питание 12В +/- 10% 50Гц переменного тока.

3.4 Требования к климатическим условиям по ГОСТ 15150-69 УХЛ 3.1.

3.5 Конструкторские требования:

3.5.1 Габаритные размеры, не более   20514035   мм;

3.5.2 Коэффициент заполнения по объему, не менее Кз = 0,65;

3.5.3 Масса изделия, не более   1,5  кг.

3.6 Требования к надежности по ГОСТ 27.003-90.

3.7 Наработка на отказ не менее 15000 часов.

3.8 Годовая программа выпуска   10000  шт.

3.9 Остальные требования уточняются в процессе проектирования.

4 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):

Титульный лист. Задание. Аннотация. Содержание.

Введение.

4.1 Разработка и анализ технического задания.

4.2 Аналитический обзор литературы и научно-технической информации по теме дипломного проекта.

4.3 Описание схемы электрической принципиальной.

4.4 Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции.

4.5 Выбор и обоснование мероприятий по защите от коррозии, влаги, электрических пробоев и механических нагрузок.

4.6 Выбор способов и методов теплозащиты, герметизации, виброзащиты и экранирования.

4.7 Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы.

4.8 Конструкторские расчеты.

4.9 Технологическая часть

4.10 Технико-экономическое обоснование дипломного проекта.

4.11 Охрана труда и экологическая безопасность.

Выводы. Литература. Приложения.

5 Перечень графического материала  (с указанием обязательных чертежей и графиков):

5.1 Плакат (1 лист формата А1);

5.2 Схема электрическая принципиальная (1 лист формата А1).

5.3 Чертеж платы печатной (1 лист формата А1).

5.4 Сборочный чертеж  печатной платы (1 лист формата А1).

5.5 Сборочный чертеж (1 лист формата А1).

5.6 Сборочный чертеж корпуса (1 лист формата А1).

5.7 Технологическая схема сборки (1 лист формата А1).

5.8 Чертежи нестандартных деталей (1 лист формата А2).

5.9 Чертеж внешнего вида (1 лист формата А2).

6 Содержание задания по технико-экономическому обоснованию:

 

Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

Задание выдал: _______________________(Наркевич С.В.)

7 Содержание задания по производственной и экологической безопасности:

Разработка эргономических требований к организации рабочих мест и их

влияние на работоспособность человека.           

Задание выдал: _______________________(Корбут Л.А.)

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№№  п / п

Наименование этапов дипломного проекта

Срок

выполнения

этапов проекта

Примечание

7.1

Разделы 4.1.-4.2., 5.1.,5.2.

20.03.2007

7.2

Разделы 4.5. –4.7.,5.3

03.04.2007

7.3

Разделы 4.8. –4.10.,5.4-5.6

24.04.2007

7.4

Нормоконтроль

15.05.2007

7.5

Рабочая комиссия

01.06.2007

Дата выдачи задания __________________ Руководитель_________________

         (подпись)

Задание принял к исполнению ______________________________

      (дата и подпись студента)

Аннотация

УДК 621.396.6

Шостак АФ.

Система санкционированного доступа. Дипломный проект – Мн.: БГУИР, 2007. – 157 с.

В данном дипломном проекте было разработано устройство, препятствующее проникновению посторонних лиц в подъезд через одну дверь, в одном направлении. Разрабатываемое устройство относится к классу домофонных систем.

В дипломном проекте излагаются краткие сведения о системах санкционированного доступа, проводится анализ дестабилизирующих факторов, воздействующих на систему. Описывается устройство и работа системы санкционированного доступа. Выбирается элементная база и материалы для изготовления устройства. Приводится полный расчет надежности, расчет массы системы и ряд других расчетов. Рассматриваются мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок.

Помимо этого, в пояснительной записке содержатся разделы посвященные вопросам охраны труда и экологической безопасности, в котором рассматриваются вопросы разработки эргономических требований к организации рабочих мест, и раздел, посвященный расчету экономической эффективности от проведения данной разработки.

Графическая часть дипломного проекта представлена на шести форматах А1.

Пояснительная записка содержит: рисунков – 14, таблиц –33 . Количество использованных источников – 32.

Содержание

Введение

1 Анализ исходных данных

1.1 Разработка технического задания

2 Аналитический обзор литературных источников по системам санкционированного доступа и её элементами

2.1  Общая характеристика систем контроля доступа

2.2 Контроллеры

2.3 Структура систем контроля доступа

2.4 Считыватели магнитных карт

2.5 Датчики движения

2.6 Охранные датчики

2.7 Тревожный оповещатель

2.8 Система видеонаблюдения

2.9 Датчики двери

2.10 Электрический замок

2.11 Вспомогательные системы контроля доступа

2.11.1 Турникеты и калитки

2.11.2 Автоматические ворота и шлагбаумы

2.11.3 Биометрические системы распознавания

3 Описание структурной и электрической схемы электронного кодового замка

3.1 Описания принципа работы электронного кодового замка

3.2 Описание электрической схемы электронного кодового замка

4 Выбор и обоснование элементной базы и материалов конструкции

4.1  Выбор и обоснование элементной базы

4.2 Выбор материалов конструкции

5 Выбор и обоснование методов и способов по защите электронного кодового замка от внешних воздействий

5.1 Выбор и обоснование способов по защите от коррозии , влаги , электрических пробоев и нагрузок

5.2  Выбор способов и методов теплозащиты , герметизации и экранирования

5.2.1 Выбор способов теплозащиты

5.2.2 Выбор способов и методов герметизации

5.2.3 Выбор способов и методов виброзащиты

5.2.4 Выбор способов и методов экранирования

6  Расчетная часть

6.1 Расчет надежности электронного кодового замка

6.2 Расчет массы габаритных характеристик размеров электронного кодового замка

6.3 Расчет эргономических и инженерно – психологических характеристик электронного кодового замка

6.4 Композиционное и цветовое решение панели управления электронного кодового замка

7 Разработка структуры системы санкционированного доступа

8 Экономика

9 Охрана труда

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Санкционированный доступ человек использует повсеместно. Уходя из дому, он закрывает дверь, чтобы ограничить доступ посторонних. В метро, проходя через турникет, он использует проездной билет или жетон... Примеров множество, устройства же, выполняющие задачу "пропускать тех, кому разрешено, и не пропускать тех, кому не разрешено", относятся к системам санкционированного доступа. 

В крупных банках, гостиницах, на военных базах и других особо важных объектах часто используют электронные средства доступа, которые, в отличие от людей, не нуждаются в зарплате, не боятся мороза и круглосуточной работы, не имеют пристрастий и вредных привычек. Системы санкционированного доступа могут применяться и в области ограничения доступа к ресурсам вычислительной техники, средствам управления и связи.

Применение систем санкционированного доступа в системах связи можно проиллюстрировать примером использования для телефонов-автоматов и мобильных телефонов специальных карточек, которые являются своеобразным видом допуска.

Системы санкционированного доступа, обеспечивающие разграничение доступа к средствам управления, еще более многообразны. Так, во многих современных автомобилях, оснащенных противоугонными системами, для запуска двигателя используют специальный ключ. Это слово следует понимать в самом широком смысле: от потайной кнопки до голосового пароля или кода, переданного по пейджерной связи. За последнее время придумана система, позволяющая автомобилю узнавать хозяина. Помогают ей в этом карточка с правильным кодом, которую должен иметь человек за рулем. Если ее нет, машина моментально блокируется.

Некоторые системы санкционированного доступа могут разграничивать доступ к ресурсам вычислительной техники, блокируя работу отдельных участков. Иногда блокируются только устройства переноса и копирования информации.

Таким образом, современные системы санкционированного доступа являются интенсивно развивающимся направлением в технике обеспечения безопасности.

Задачей дипломного проекта  является разработка конструкции системы санкционированного доступа.

По заданию на дипломный проект в ходе его выполнения  предстоит выполнить ряд расчетов  конструкторского и технологического плана, являющихся неотъемлемой частью опытно-конструкторской разработки, а выполнение технико-экономического обоснования проекта покажет экономическую целесообразность (или не целесообразность) проведения данной работы. Кроме того, необходимо будет разработать комплект конструкторской документации на систему санкционированного доступа.

Основными исходными данными для выполнения проекта являются:

  •  схема электрическая принципиальная с перечнем входящих электрорадиоэлементов;
  •  электрические требования с указанием данных, наиболее характерных для разрабатываемого устройства;
  •  конструкторские требования: компоновочные данные (габариты, масса, координаты точек крепления), показатели надежности; технологичность конструкции;
  •  условия эксплуатации задаются объектом эксплуатации;
  •  технико-экономические требования задаются серийностью производства устройства и группой изделия в зависимости о  стоимости его разработки и производства.

При выполнении дипломного проекта будет использоваться вычислительная техника и пакеты систем автоматизированного проектирования (САПР) современного уровня.

1 Анализ исходных данных

Разработку устройства санкционированного доступа следует начинать с анализа исходных данных задания на дипломное проектирование.

Напряжение питания устройства 12 В +/- 10% переменного тока частотой 50Гц, потребляемая мощность не более 3 Вт, сопротивление лини связи с абонентскими устройствами не более 5 Ом, диапазон воспроизводимых частот аудиосистемы не уже 300-3000 Гц.  

По устойчивости к климатическим и механическим воздействиям система санкционированного доступа  должна соответствовать группе УХЛ 3.1 (ГОСТ 15150-69) – эксплуатация в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в нерегулярно отапливаемых помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе. УХЛ 3.1 предусматривает следующие параметры климатических  дестабилизирующих факторов:

  •  Предельные значения  температур окружающей среды -10…+60С;
  •  Предельная относительная влажность воздуха  до 98% при 35С;
  •  атмосферное давление  52…106 мм рт.ст.;

Исходя из функционального назначения устройства санкционированного доступа должна соответствовать группе по механическим воздействиям – М3 (на дверях городских квартир и на стационарных объектах, закрытых от прямого воздействия атмосферных осадков и повышенной относительной влажности). Группа М3 предусматривает следующие механические дестабилизирующие факторы и их максимальные значения:

  •  синусоидальные вибрации: 30 … 100Гц;
  •  ускорение при синусоидальных вибрациях до 1g.

Видно, что ССД будет работать в агрессивной среде при достаточно больших механических воздействиях. Поэтому необходимо предусмотреть защиту от температуры, влажности и механических воздействий.

Габаритные размеры устройства должны быть не более чем 205х140х35мм. Коэффициент заполнения по объему не менее 0,65, при массе изделия не более 1,5кг.

Наработка на отказ не менее 15000 часов. Годовая программа выпуска: 10000 шт.

На основании исходных данных было составлено техническое задание.

  1.  Разработка технического задания

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

 

Согласовано

Представитель заказчика

_____________________

" ___ " __________ 2004г.

Утверждаю

Зав. кафедры РЭС

Образцов Н.С.

_____________________

" ___ " __________ 2004г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на выполнение опытно-конструкторской работы

по теме «Система санкционированного доступа»

Представители заказчика        Представители исполнителей

__________________     ______________________

__________________     ______________________

__________________     ______________________

Минск 2007

1 Наименование и область применения.

1.1 Система санкционированного доступа (в дальнейшем ССД) предназначено для ограничения доступа посторонних лиц в подъезды жилых домов.

2 Основания для разработки.

2.1 Основанием для разработки устройства является задание на дипломное проектирование.

2.2 Тематическая карточка на разработку не предусматривается.

2.3 Период выполнения ОКР: 26.01.2004 – 15.06.2004 г.

3 Исполнители ОКР.

3.1 Белорусский Государственный университет информатики и радиоэлектроники. Кафедра РЭС.

4 Источники финансирования.

4.1. Государственный бюджет Республики Беларусь.

5 Цель и назначение разработки.

5.1 Целью работы является создание конструкции системы санкционированного доступа.

5.2 Создание ССД  преследует цель упростить конструкцию и улучшить технические характеристики систем санкционированного доступа.

5.3 Дальнейшее развитие разработки должно выполняться путем создания модификаций базовой модели, отличающихся конфигурацией и изменениями функций на основе частных технических заданий.

5.4 Изделие предназначено для серийного производства.

6 Технические требования.

6.1 Состав комплекта системы санкционированного доступа и требования  к конструктивному исполнению.

6.1.1 Состав комплекта приведен в таблице 1:

Таблица 1 – Состав комплекта системы санкционированного доступа

Наименование

Кол-во

Назначение

Система санкционированного доступа.

1

Обеспечение ограничения доступа.

Комплект эксплуатационной документации.

1

Обеспечение правильной эксплуатации и обслуживания системы.

Укладочный ящик.

1

Хранение и транспортирование устройства.

Состав комплекта устройства, в том числе и состав ЗИП, уточняется на стадии разработки конструкторской документации.

6.1.2 При конструировании ССД должны выполняться требования действующих в отрасли стандартов нормативно-технических документов по стандартизации.

6.1.3 Требования к конструкции разрабатываемой системы вытекают из его функционального назначения и условий эксплуатации.

6.1.4 Конструктивно ССД должна быть выполнена в корпусе, размерами, мм (не более) 205х140х35.

6.1.5 Конструкция ССД должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки, а также возможности замены сменных элементов и составных частей.

6.1.6 Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

6.1.7 Масса ССД не должна превышать 1,5 кг.

6.2 Требования к параметрам и характеристикам

6.2.1 Режим работы ССД – непрерывный при сохранении электрических параметров и характеристик в пределах норм, заданных в ТЗ.

6.2.2 Мощность, потребляемая ССД не более 3 Вт.

6.2.3 Напряжение питания ССД – 12 В +/- 10%.

6.2.4 Количество подключаемых абонентов – не менее 20.

6.2.5 Максимальный набираемый номер абонента – 60000.

6.2.6 Связь с абонентом должна быть в дуплексном режиме. Тип канала связи – 2-х проводная линия.

6.2.7 Сопротивление линии связи не более 5 Ом.

6.2.8 Диапазон воспроизводимых частот аудиосистемы системы не уже 300-3000Гц.

6.2.9 Количество знаков в цифровом коде отмычке не более 8.

6.2.10 ССД  должна обеспечивать требуемые параметры и характеристики через 1 минуту с момента включения питания.

6.3 Требования к надежности.

6.3.1 Вероятность безотказной работы должная быть не менее 0,8 за 5000 часов работы.

6.3.2 Средняя наработка на отказ должна быть не менее 15000 ч. по ГОСТ 21317-87. Количественное значение наработки на отказ уточняется по результатам контрольных испытаний на надежность опытных образцов.

6.3.3 Среднее время восстановления силами специального обслуживающего персонала должно быть не более 4 часов.

6.3.4 После восстановления работоспособности, по окончании ремонтно-восстановительных работ при ее отказе, должна сохранять показатели назначения, изложенные в настоящем документе.

6.3.5 В эксплуатационной документации должны быть указаны периодичность проверки и требования к техническому обслуживанию.

6.4 Требования к технологическому и метрологическому обеспечению разработки, производства и эксплуатации

6.4.1 Показатели технологичности конструкции изделия должны соответствовать ГОСТ 14.201-73.

6.4.2 Конструкция изделия должна обеспечивать возможности выполнения монтажных работ с соблюдением требований ТУ на установку и пайку комплектующих изделий.

6.4.3 Конструкция изделия в целом и отдельных сложных узлов должна обеспечивать сборку при изготовлении без создания и применения специального оборудования. Допускается применение специальных приспособлений.

6.4.4 При изготовлении устройства должны применяться стандартные методы и универсальные средства измерений, серийное испытательное оборудование.

6.4.5 Конструкция изделия должна обеспечивать ее сборку и монтаж при подготовке к эксплуатации без применения специального оборудования, приспособлений и инструментов.

6.5 Требования к уровню унификации и стандартизации

6.5.1 В качестве комплектующих единиц и деталей (коммутационные, изделия электроники, крепежные, установочные) должны применяться серийно выпускаемые изделия.

6.5.2 Сборочные единицы типа монтажных плат, панелей, крепежных и установочных узлов должны быть унифицированными.

6.5.3 В конструкции устройства должны быть заимствованы сборочные единицы, узлы, детали из ранее разработанных изделий.

6.6 Требования безопасности и требования по охране природы

6.6.1 Устройство должна соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 26104-84.

6.6.2 Устройство по способу защиты человека от поражения электрическим током должна относиться к классу 0I согласно ОСТ 4.275.003-77.

6.6.3 Конструкция устройства должна исключать возможность неправильного присоединения его сочленяемых токоведущих и составных частей.

6.6.4 Органы управления должны быть снабжены надписями соответствующими их принадлежности и назначению.

6.6.5 Присоединительные разъемы электрических цепей должны быть снабжены надписями соответствующими их принадлежности и назначению.

6.6.6 Конструкция устройства должна исключать возможность попадания внутрь посторонних предметов.

6.6.7 Требования по обеспечению охраны природы не предъявляются.

6.7 Эстетические и эргономические требования

6.7.1 Конструкция устройства по эргономическим показателям должна обеспечивать удобство работы.

6.7.2 Органы управления и индикации должны быть расположены в местах с достаточным обзором и удобством обслуживания согласно ГОСТ 23000-78.

6.8 Требования к патентной чистоте.

6.8.1 Патентная чистота устройство должна быть обеспечена в отношении РБ.

6.9 Требования к составным частям продукции, сырью, исходным эксплуатационным материалам.

6.9.1 В конструкции устройства должны использоваться материалы, комплектующие изделия, разрешенные для применения при выпуске продукции народно-хозяйственного назначения.

6.9.2 Применение дефицитных материалов и сплавов, кроме комплектующих изделий электроники содержащих эти материалы, должно быть ограниченным, а при необходимости применения обоснованным.

6.10 Условия эксплуатации требования к техническому обслуживанию и ремонту

6.10.1 Устройство должно быть выполнено для климатического исполнения УХЛ группа 3.1 ГОСТ 15150-69 и нормально функционировать при следующих климатических условиях:

  •  верхнее значение температуры окружающего воздуха – плюс 45 0С;
  •  нижнее значение температуры окружающего воздуха – минус 10 0С;
  •  среднее рабочее значение температуры окружающего воздуха –плюс 20 0С;
  •  относительная влажность воздуха - 80% при температуре плюс 20 0С;

6.10.2 Предельно допустимые условия эксплуатации изделия согласно ГОСТ 15150-69  должны соответствовать:

  •  верхнее значение температуры окружающего воздуха – плюс 60 0С;
  •  нижнее значение температуры окружающего воздуха – минус 25 0С;
  •  относительная влажность воздуха - до 98% при +35 0С;
  •  атмосферное давление от 52.0 до 107.0 кПа.

6.10.3 Обслуживание должно быть установлено периодическим, не реже 1 раза в квартал.

6.10.4 Обслуживание устройства рекомендуется выполнять силами сервисной службы завода-изготовителя.

6.11 Требования к маркировке и упаковке

6.11.1 Маркировка устройства должна соответствовать требованиям ГОСТ 21552-84.

6.11.2 Маркировка устройства должна содержать:

  •  торговый знак и (или) наименование предприятия изготовителя;
  •  месяц и год выпуска;
  •  отметку ОТК предприятия-изготовителя;
  •  предупредительные знаки по ГОСТ 12.2.006;

6.11.3 Место и способ нанесения маркировки устанавливаются в ТУ на устройство конкретного типа.

6.11.4 Потребительская маркировка индивидуальной тары или наклеиваемая на нее этикетка должны содержать:

  •  полное торговое наименование устройства по ГОСТ 26794-85;
  •  торговый знак и (или) наименование предприятия-изготовителя;
  •  месяц и год выпуска;
  •  отметку ОТК предприятия изготовителя;
  •  гарантийный срок хранения;
  •  вид отделки и цвет корпуса устройства;
  •  массу устройства в упаковке;
  •  указание высоты штабелирования.

6.11.5 Маркировка транспортной тары должна соответствовать требованиям ГОСТ 14192-77 с нанесением манипуляционных знаков и указанием высоты штабелирования. Содержание транспортной маркировки указывают в ТУ на устройство.

6.11.6 Устройство должно быть упаковано в индивидуальную потребительскую тару, обеспечивающую ее сохранность при транспортировании и хранении и изготовленную по рабочим чертежам на конкретный вид тары.

6.11.7 Упаковка изделия согласно требованиям ГОСТ 21552-84.

6.11.8 В одной транспортной таре должно быть упаковано одно изделие.

6.12 Требования к транспортированию и хранению

6.12.1. Упакованные изделия транспортируют транспортом всех видов в условиях группы 5 по ОСТ 22261-82.

6.12.2. Транспортирование следует осуществлять в универсальных контейнерах или закрытых вагонах, закрытых автомашинах, трюмах судов, отапливаемых отсеках авиационного транспорта.

6.12.3. Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечивать их устойчивое положение, исключать возможность ударов друг о друга, а так же о стенки транспортных средств.

6.12.4 Хранение изделия на земляном полу не допускается.

6.12.5 Расстояние между стенками, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100 мм, а между отопительными устройствами хранилища и изделием - не менее 0.5 м.

6.12.6 Требования к обслуживанию во время хранения не предъявляются. Срок хранения не более 18 месяцев.

7 Экономические показатели

7.1 Предполагаемый годовой выпуск 10000 шт.

7.2 Устройство по сравнению с аналогичными должно имеет следующие преимущества:

- высокая экономичность и надежность;

- стабильность параметров.

8 Стадии и этапы разработки

8.1 Стадии разработки и этапы проведения работ в соответствии с ГОСТ 2.103-68 приведены в таблице 2:

8.2 Метрологическая аттестация (МА) опытного образца должна проводиться до начала работы приемной комиссии. Допускается совмещение МА с приемочными испытаниями.

8.3 На экспертизу предоставляется конструкторская и эксплуатационная документация в составе:

- сборочный чертеж;

- схемы электрические;

- спецификации;

- ведомость покупных изделий;

- паспорт;

- ведомость ЭД;

- ведомость ЗИП.

8.4 Экспертиза документации проводится во время приемочных испытаний.

8.5 Разработка новых или пересмотр действующих стандартов не требуется.

9 Требования к разрабатываемой документации

9.1 Конструкторская документация должна соответствовать ЕСКД.

9.2 Технологическая документация должна соответствовать ЕСТД.

9.3 Ремонтная   документация  должна соответствовать   требованиям ГОСТ 2.601-68 в объеме для среднего ремонта. Ремонтная документация разрабатывается на стадии серийного производства по отдельному договору.

10 Порядок контроля и приемки

10.1 Приемка устройства должна осуществляться по ГОСТ 21194-87.

10.2 Испытания должны проводиться по программе и методике испытаний.

10.3 Для приемки представляются следующая документация:

- техническое задание;

- комплект конструкторской документации;

- ведомость покупных изделий;

- программа и методика испытаний;

- эксплуатационные документы;

- программа метрологической аттестации;

- методика проверки.

Таблица 1.2  – Стадии и этапы разработки проекта

Стадии работы

Этапы и их краткое содержание

Чем заканчивается работа

1

2

3

Техническое задание

Разработка технического проекта с присвоением документам литеры "Т"

ТЗ на ОКР. Изготовление и испытание макета

Рабочая конструкторская документация

Разработка конструкторской документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца изделия, предназначенного для серийного производства опытного образца без присвоения литеры “О”

Номенклатура документов, разрабатываемых в соответствии со стандартом, устанавливающим комплектность этих документов в отрасли.

Изготовление и предварительное испытание опытного образца

Корректировка конструкторской документации по результатам изготовления и предварительных испытаний опытного образца с присвоением литеры "О"

Акт об испытании опытного образца.

Приемные испытания опытного образца

Корректировка конструкторской документации по результатам приемочных испытаний опытного образца с присвоением документам литеры "О"

Акт о завершении стадии серийного производства.

Проведение приемочных испытаний

Изготовление и испытание установочной серии по документации с литерой "О"

Акт о завершении работ в целом по договору.

10.4 Согласованию подлежит техническое задание. Согласовывает только заказчик.

10.5 Паспорт на изделие разрабатывается совместно с инструкцией по эксплуатации и техническим описанием согласно ГОСТ 2.601-68.

10.6 Приемочные испытания проводит разработчик, приемо-сдаточные - изготовитель.

10.7 Приемочные испытания опытного образца проводятся в сроки, согласованные с заказчиком.

10.8 Подтверждение требований ТЗ на надежность осуществляется по результатам опытной эксплуатации.

10.9 Метрологическая аттестация предусматривается совместно с Белорусским центром стандартизации и метрологии. Аттестацию опытного образца проводит разработчик с участием заказчика, остальных образцов - изготовитель.

11 Требования по обеспечению скрытности и секретности проведения ОКР

11.1 При проведении работы принятия мер скрытности и секретности не требуется.

2 Аналитический обзор литературных источников по системам санкционированного доступа и её элементами

    

Важной составляющей современных систем охраны и безопасности, наряду  с другими компонентами: системами видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации, аудиодомофонами и интеркомами, системами аварийно-пожарного оповещения являются системы контроля доступа. Санкционированный доступ человек использует повсеместно. Уходя из дому, он закрывает дверь, чтобы ограничить доступ посторонних. В метро, проходя через турникет, он использует проездной билет или жетон... Примеров множество, устройства же, выполняющие задачу "пропускать тех, кому разрешено, и не пропускать тех, кому не разрешено", относятся к системам санкционированного доступа. В крупных банках, гостиницах, на военных базах и других особо важных объектах часто используют электронные средства доступа, которые, в отличие от людей, не нуждаются в зарплате, не боятся мороза и круглосуточной работы, не имеют пристрастий и вредных привычек.

Системы санкционированного доступа могут применяться и в области ограничения доступа к ресурсам вычислительной техники, средствам управления и связи. Применение систем санкционированного доступа в системах связи можно проиллюстрировать примером использования для телефонов-автоматов и мобильных телефонов специальных карточек, которые являются своеобразным видом допуска. Системы санкционированного доступа, обеспечивающие разграничение доступа к средствам управления, еще более многообразны. Так, во многих современных автомобилях, оснащенных противоугонными системами, для запуска двигателя используют специальный ключ. Это слово следует понимать в самом широком смысле: от потайной кнопки до голосового пароля или кода, переданного по пейджерной связи. За последнее время придумана система, позволяющая автомобилю узнавать хозяина. Помогают ей в этом карточка с правильным кодом, которую должен иметь человек за рулем. Если ее нет, машина моментально блокируется. Некоторые системы санкционированного доступа могут разграничивать доступ к ресурсам вычислительной техники, блокируя работу отдельных участков. Иногда блокируются только устройства переноса и копирования информации, что позволяет системам санкционированного доступа становиться все более важными и в тоже время очень нужными в наше время.

          Таким образом, современные системы санкционированного доступа являются интенсивно развивающимся направлением в технике обеспечения безопасности. Задачей дипломного проекта  является разработка конструкции системы контроля доступа. По заданию на дипломный проект в ходе его выполнения  предстоит выполнить ряд расчетов, являющихся неотъемлемой частью опытно-конструкторской разработки, а выполнение технико-экономического обоснования проекта покажет экономическую целесообразность (или не целесообразность) проведения данной работы. Кроме того, необходимо будет разработать комплект конструкторской документации на систему контроля доступа. При выполнении дипломного проекта будет использоваться вычислительная техника и пакеты систем автоматизированного проектирования (САПР) современного уровня.

2.1 Общая характеристика систем контроля доступа

          

Системы контроля доступа(CКД) – это сложные и многоплановые электронные системы, поэтому точно и однозначно сформулировать их назначение не просто. По сути, обычная дверь с механическим замком или механический турникет с вахтером тоже являются своего рода системами контроля доступа, но ведь невозможно поставить охранника на каждую дверь. Вот тут и выручают системы ограничения доступа, предназначенные, прежде всего, для обеспечения санкционированного прохода в помещения и охраняемые зоны. Но это только одна из функций любой современной системы. Главным направлением развития современных СКД является их интеллектуализация – передача максимально возможного количества функций по сбору, обработке информации и принятию решений аппаратными средствами СКД и компьютерам. Это позволяет освободить человека от рутинного труда, что особенно важно в процессе обеспечения безопасности объектов, где цена ошибки, а подчас элементарной невнимательности, очень велика. И в то же время аппаратные средства позволяют обеспечить работников службы безопасности максимально полной и точной информацией о происходящих на объекте событиях, что важно для безошибочного и своевременного принятия оперативных решений. Эти системы прошли длительный эволюционный путь, от простейших кодонаборных устройств, управляющих дверным замком, до сложных компьютерных систем. Традиционно принято считать, что СКД– это инструмент обеспечения безопасности. Действительно, сегодня это один из самых эффективных способов. Но вместе с этим, данные системы выполняют ряд дополнительных функций, в том числе:

  •  Повышение трудовой дисциплины;
  •  Рациональное расходование фонда заработной платы (только за реально отработанное время;
  •  Сокращение трудозатрат на ведение табельного учета, кадрового учета и выдачу пропусков;
  •  Сокращение количества хищений;
  •  Проведение служебных расследований;

   Помимо прямого экономического эффекта (СКД окупается за 2-4 месяца), она обеспечивает соответствие предприятия современным корпоративным стандартам, увеличивая инвестиционную привлекательность предприятия и его конкурентоспособность в условиях рыночной экономики. При выборе СКД необходимо задаться следующими вопросами:

  •  Какие помещения должны быть оборудованы СКД?
  •  Нужно ли устанавливать считыватели на вход (на выход работает кнопка выхода)?
  •  Какие используются средства для прохода .  Где устанавливается шлюз, и в каком виде?
  •  Нужно ли бюро пропусков?
  •  Нужна ли шлагбаумная система?
  •  Должна ли быть объединена система управления доступа с ОПС и СТВ?
  •  Требования, предъявляемые к аппаратуре обработки информации?
  •  Нужен ли вывод информации на компьютер?
  •  Сколько времени должна работать система СКД на аварийном электропитании?

 В результате, СКД обычно принято понимать совокупность программно-технических средств и организационно-методических мероприятий, с помощью которых решается задача контроля и управления посещением отдельных помещений, а также оперативный контроль за персоналом и временем его нахождения на территории объекта. И это действительно так, поскольку современные системы контроля доступа позволяют не только обеспечить возможность доступа определенных лиц в определенные помещения и в то же время ограничить доступ лиц, не имеющих права доступа в соответствующие зоны, но и значительно снизить бесконтрольное перемещение сотрудников в различные помещения, не связанные с их обязанностями.

В настоящее время такие автоматизированные системы управления доступом находят самое широкое применение на различных предприятиях: в офисах и банках, в магазинах и производственных помещениях. Простейшими электронными системами доступа являются кодонаборные панели и автономные считыватели карточек. В качестве исполнительных устройств системы контроля доступа могут использоваться электрозамки различных типов, турникеты, автоматические двери и т.п. Объектом доступа может быть не только человек, но и автомобиль, с закрепленным на нем специальным устройством. Исполнительными механизмами доступа в этом случае являются шлагбаумы и автоматические привода ворот.

Самой простейшей СКД является замок на двери. Это не просто замок, а замок «интеллектуальный». Под понятием «интеллектуальный» может скрываться масса устройств: собственно замок (электромеханический или электромагнитный, электромеханическая защелка), контроллер, управляющий открытием замка, считыватель – устройство, дающее команду контроллеру на открывание ( или не открывание) замка. Если добавить к этому идентификатор (это может быть магнитная, проксимити -   карточка, электронный ключ, брелок и т.д.) и кнопку «Выход», устанавливаемую около двери с внутренней стороны, то мы получим простейшую автономную систему ограничения доступа. В этом случае СКД будет называться совокупность программно-технических средств и организационно-методических мероприятий, с помощью которых решается задача контроля и управления посещением отдельных помещений, а также перемещением персонала и времени его нахождения на территории объекта. То есть СКД это и аппаратура, и программное обеспечение, и система управления движением персонала.Условно принцип ее функционирования заключается в следующем. Каждый сотрудник (посетитель) фирмы получает идентификатор («электронный ключ») – пластиковую карточку или брелок с содержащимся в ней индивидуальным кодом (рис 1):

Рис.  2.1 Электронный ключ (пластиковая карточка)

Идентификатор выдается перечисленным лицам в результате регистрации с помощью средств системы. При этом паспортные данные, фотография и присвоенный ему код заносятся в персональную электронную карточку базы данных. Далее, присвоенный сотруднику код с помощью программного обеспечения «прописывается» в «базах» соответствующих контроллеров, установленных в системе (например, на входе в здание или в подлежащее контролю помещение). И все. Можно проходить на территорию. Считыватели, установленные в определенных местах, называемых «точками прохода» (на любом предприятии таких точек как минимум четыре: проходные, офисные помещения, помещения особой важности, и въезды/выезды автотранспорта) будут передавать полученную от «электронного ключа» информацию (код) контроллерам, а оттуда в компьютер, который будет сверять полученную информацию с «базой» прав доступа владельца «ключа» и передавать результаты сверки обратно в контроллер. То есть, компьютер фактически принимает решение – открывать владельцу «ключа» замок данной двери или нет.

В зависимости от ситуации, при которой была предъявлена карточка, система может принимать и такие решения, как блокировать двери (или другие исполнительные механизмы), перевести помещение в режим охраны, включить сигнал тревоги и т.д. Все факты предъявления карточек и связанные с ними действия (разрешение или запрещение прохода, «тревога» и т.д. фиксируются в контроллере и сохраняются в компьютере. И эта информация о событиях может быть получена от компьютера в виде отчета о нарушении административной или трудовой дисциплины, табеля рабочего времени и т.д.

2.2 Контроллеры

Контроллер СКД – это устройство, опрашивающее считыватели и управляющее замком или турникетом. Все контроллеры СКД объединяются в общую сеть, где каждый имеет свой уникальный адрес. Центральное устройство (обычно персональный компьютер), имеет возможность обращаться к каждому контроллеру, используя его адрес и специальную систему команд. В современных системах СКД предусмотрена возможность удаленного контроля, то есть доступа к данным с другого компьютера через сеть. Удаленный компьютер (клиент) может иметь полный доступ к данным сервера СКД, причем информация на нем динамически обновляется по мере того, как происходят те или иные события. Каждое событие доступа, будь то предъявление идентификатора или нажатие кнопки запроса на выход, фиксируется контролером СКД. В случае разрешения допуска, контролер системы приводит в действие исполнительные устройства, такие как электромагнитные замки, турникеты, автоматические шлагбаумы, электроприводы ворот. В противном случае исполнительные устройства блокируются, включается сигнализация и оповещается охрана. В системе предусмотрены различные возможности для предоставления доступа людей в помещения: групповой и индивидуальный доступ, круглосуточный доступ и доступ по расписанию, постоянный доступ и доступ на определенный период.

Контроллер может иметь входы для охранных шлейфов, выход управления сиреной, кнопку запроса на выход и кнопку аварийного выхода. Эти кнопки необходимы для возможности выхода при утере идентификатора и выхода в случае пожара. Функция контроля входа/выхода служит для контроля присутствия сотрудников на рабочих местах. Программное обеспечение контролера СКД позволяет составлять ежедневный отчет, куда можно включать периоды отсутствия сотрудников в течение дня.
Таким образом сердце любой системы СКД —  контроллер ( устройство, предназначенное для обработки информации от считывателей идентификаторов, принятия решения, и управления исполнительными устройствами), что и продемонстрировано на (рис 2):

Рис. 2.2  Общий вид контроллера

                   

                          

Контроллер предназначен для работы в системе контроля доступа для управления электромагнитным или электромеханическим замком. К контроллерам можно подключить:

  •  считыватель контактных ключей;  
  •  считыватель бесконтактных "Proximity" – карт;  
  •  датчик положения двери;
  •  светодиод и зуммер; 
  •  кнопка открывания замка; 
  •  электромагнитный или электромеханический замок; 

К особенностям контроллеров данного типа можно отнести:

  •  простота установки и настройки; 
  •  ключи могут быть "простые", "мастер" и "блокирующие";
  •  возможность записи списка ключей из контроллера в ключ и обратно;

Контроллеры СКД можно разделить на три класса: автономные , сетевые и комбинированные .

Автономные контроллеры – полностью законченное устройство, предназначенное для обслуживания одной, максимум двух точек прохода. Рассчитаны они на применение в паре с самыми разными типами считывателей. Как мы убедились в прошлый раз, встречаются самые разнообразные их вариации: контроллеры, совмещенные со считывателем, встроенные в замок и т.д. Рассчитаны автономные контроллеры, как правило, на обслуживание небольшого количества пользователей. Автономный контроллер доступа может  быть подключен к компьютеру, на котором ведется база ключей и можно оперативно загружать/выгружать список ключей (для этого необходим компьютерный адаптер.

Сетевые контроллеры – контроллеры с возможностью работы в сети и даже под общим управлением компьютера. В этом случае функции принятия решения ложатся уже не на сам контроллер, а на управляющий компьютер. Естественно, компьютер управляет цепью контроллеров с помощью специализированного программного обеспечения. Сетевые контроллеры применяются для создания СКД любой степени сложности. И именно в таких системах администрация предприятия (учреждения) получает огромное количество дополнительных возможностей:

  •  Иметь электронную картотеку данных о сотрудниках, включая их фотографии;
  •  Сформировать временной график - кто, куда и в какое время имеет право ходить;
  •  Получить отчет о наличии или отсутствии сотрудников на работе;
  •  Практически мгновенно узнать, в каком месте находится сотрудник в данный момент;
  •  Автоматически составит табель учета рабочего времени;

Сетевой контроллер может применяться для оборудования одной двухсторонней (вход-выход) точки прохода или двух односторонних (только вход) точек прохода. Контроллер поддерживает все распространенные типы считывателей и может использоваться для управления практически любыми исполнительными устройствами (электромагнитными и электромеханическими замками, турникетами, воротами, шлагбаумами). Контроллер обеспечивает гибкое определение прав доступа пользователей, поддерживается до 8 недельных расписаний доступа, в том числе полный доступ (в любой день в любое время). Номера всех пользовательских ключей, карт, прописанных в контроллер и расписания доступа хранятся во внутренней энергонезависимой памяти контроллеров. Все события также записываются во внутреннюю память контроллера. Максимальное количество ключей и событий в зависимости от модификации контроллера составляет 1000, 2000, 4000 и 8000.

Контроллеры могут функционировать в двух вариантах: автономно и в составе сети под управлением компьютера. В первом варианте для выполнения настройки контроллера в нем предусмотрен специальный режим «автономного программирования», позволяющий добавлять новые ключи, стирать уже прописанные ключи (по одному или все сразу), регулировать время срабатывания управляющих реле.

В сетевом режиме контроллеры объединяются в линию с использованием интерфейса или через преобразователь интерфейса подключаются к последовательному порту управляющего компьютера. В одну линию может быть подключено до 255 контроллеров. Для управления системой используется специализированное программное обеспечение. Необходимо особо отметить, что и в автономном, и в сетевом варианте решение о предоставлении допуска принимает сам контроллер, поэтому работоспособность системы полностью сохраняется при выключении компьютера и при повреждении сети связи.

Комбинированные контроллеры — совмещают в себе функции сетевых и автономных контроллеров. При наличии связи с управляющим компьютером (on line) контроллеры работают как сетевое устройство, при отсутствии связи – как автономные. Таким образом, современные системы контроля доступа являются интенсивно развивающимся направлением в технике обеспечения безопасности и главной задачей дипломного проекта является разработка конструкции системы санкционированного доступа на примере электронного кодового замка.

2.3 Структура системы контроля доступа

Любая система включает в себя отдельные элементы , каждая из которых обладает своими свойствами. Обычно любая система предназначена для выполнения определенных функции и обладает определенными свойствами. Однако свойства любой системы не являются суммой функции составляющих её элементов. Свойства любой системы не являются суммой свойств элементов, а образовываются путем объединения этих элементов, которые и составляют систему.

Удаление одного из элементов, в принципе может не изменить функцию свойств системы, и она может продолжать функционировать. При удалении всех элементов системы теряет свойства и не может выполнять функцию, при этом элементы оставляют свои свойства неизменными. Система санкционированного доступа, предназначенная для охраны собственности так же должна состоять из отдельных элементов обладающих собственными свойствами. Одна из важнейших структур наиболее часто используемых показана на (рис.3). Как видно из (рис. 3) основными элементами являются:

  •  Датчик присутствия человека;
  •  Тревожный оповещатель;
  •  Информационное табло;
  •  Видеокамера;
  •  Компьютер;
  •  Видеомагнитофон;
  •  Охранный датчик;
  •  Считыватель магнитных карт;
  •  Электрический замок;

Кроме этих элементов система может включать дополнительные элементы:

  •  Шлагбаумы;
  •  Калитки;
  •  Турникеты;
  •  Автоматические ворота;
  •  Биометрические системы;

Рассмотрим наиболее подробно каждую из этих элементов.

 

Рис. 2.3 Система контроля доступа с помощью электронного кодового ключа

Исходя из этой схемы мы рассмотрим все составляющие данной цепи по очереди и в конечном итоге подойдем к главной части дипломного проекта — электронный кодовый ключ, что позволит нам сделать выводы о каких-то его данных и показателях судя из других, и так же нужных, составляющих СКД. Судя из схемы, начнем наш обзор со считывателей магнитных карт.  

2.4 Считыватели магнитных карт

Современным средством идентификации клиентов в сфере торговли и услуг являются пластиковые карты. С помощью пластиковых карт можно предоставить скидку на покупку, принять оплату от клиента на кассе или зарегистрировать клиента в базе данных посетителя клуба.

Считыватель представляет собой устройство, которое позволяет считывать информацию, записанную на идентификаторе т.е. магнитной карте. Эту информацию он передает на контроллер, который принимает решение о допуске человека в помещение. Устройства контроля доступа позволяют распознавать персональный код доступа при поднесении идентификатора к считывателю. Наиболее удобной является бесконтактная технология Proximity – она обеспечивает считывание кодовой информации через такие материалы, как одежда, сумки, кошельки и даже стены. Высокая помехоустойчивость обеспечивает надежную работу устройств контроля доступа, исключая влияние брелоков, ключей, зажигалок и прочих предметов, на передачу кода с идентификатора. Одним из таких приборов является ридер (рис 4):

Рис. 2.4 ридер

Ридеры магнитных карт считывают магнитные карты в двух направлениях и имеют встроенный декодер. Присутствие в названии модели индекса BR или BK указывает на интерфейс подключения ридера к ПК.BR (BK) предназначены для применения в составе устройств электронных платежей и банковских терминалов, в приложениях контроля доступа, охранных системах. Это Устройство чтения/записи контактных смарт-карт, которое использует для работы стандартный дисковод для 3,5" дискет. Невысокая цена и удобство в использовании обеспечило смарт-картам широкое использование в различных приложениях, включая программы идентификации личности и ограничения доступа к ресурсам, шифрования данных, электронной торговли и др.

Щелевой считыватель информации с магнитных пластиковых карт  предназначен для считывания информации с магнитных дорожек пластиковых карт в стандарте ISO и я является одним из важнейших устройств считывания магнитных карт (рис 5.)

Рис. 2.4.1 Щелевой считыватель

Наличие двойного интерфейса и "в разрыв клавиатуры" делает данную модель чрезвычайно привлекательной для любого применения. Для выбора интерфейса достаточно подключить необходимый кабель. Тип клавиатуры или параметры легко устанавливаются с помощью DIPP-переключателей, находящихся на задней стороне считывателя.
           Настройки считывателя могут быть изменены с помощью SETUP-программы. При этом считыватель должен быть подключен к компьютеру через последовательный интерфейс. Setup-программа позволяет запрещать/разрешать передачу старт-стоповых символов, задавать до 4-х разделительных символов, блокировать чтение конкретной дорожки ,и др. Для считывания карточку следует провести сквозь щель считывателя. Декодирование и передача данных в компьютер (кассовый аппарат, платежный терминал и др) происходит автоматически. Считывание данных происходит через сканер. Он выпускается в виде двух модификаций - одна из них предназначена для считывания штрих-код в красном диапазоне спектра, другая - в инфракрасном.

В силу невысокой стоимости, по-прежнему большой популярностью пользуются пропускные системы на основе карточек с невидимым человеческому глазу штрих-кодом — штрих-код закрыт черной непрозрачной полосой, что исключает возможность его "ксерокопирования". Вместе с тем, такой код остается, виден в инфракрасном диапазоне. Сканер идеально подойдет для считывания штрих-кода с таких карточек.

Для считывания штрих-кода с термобумаги (термочеки и др.) необходимо использовать модификацию, которая работает в видимом (красном) диапазоне. Иногда не целесообразно устанавливать приборы для считывания информации, если в день надо пропустить несколько человек, поэтому для определенных целей существуют ручные считыватели магнитных карт (рис 6.):

Рис. 2.4.2 Ручной щелевой считыватель

Ручной щелевой считыватель/энкодер магнитных карт. Данное устройство предназначено для записи информации на магнитную полосу пластиковой карты. Модель позволяет энкодировать карточки. Управление устройствами осуществляется ESC-последовательностями с компьютера посредством стандартного интерфейса (Формат команд доступен и может быть использован для написания собственного управляющего ПО). Кроме того, в комплект поставки входит программное обеспечение для DOS и Windows, позволяющее кодировать магнитную полосу карточек в нескольких стандартных форматах (в т.ч. ISO), а также в любом ином формате, задаваемом пользователем.

2.5 Датчики движения (присутствия человека)

Пассивные инфракрасные датчики движения срабатывают при попадании движущегося объекта, излучающего тепло (например, человека), в зону чувствительности датчика движения. Датчики отличаются, в основном, формой зоны чувствительности и устойчивостью к ложным срабатываниям. В техническом описании датчиков движения приводятся диаграммы, которые наглядно демонстрируют зоны чувствительности датчиков движения. Диаграмма датчика движения может быть изменена. В соответствии с расположением датчика движения и особенностями плана помещения изменить диаграмму можно используя прилагаемые к датчику движения сменные линзы Френеля или накладки, которые перекрывают часть чувствительного элемента датчика движения.   

Недостаток самых простых и дешевых датчиков в том, что они срабатывают при определенной скорости изменения теплового потока. Например, при включении/выключении батареи отопления, на сквозняке, из-за нагрева солнцем определенных поверхностей в помещении и т.д. датчик движения может сработать. Более совершенные (и более дорогие) датчики движения не имеют этих недостатков. Их надежность и стойкость к тепловым помехам обеспечивается многоканальными чувствительными головками и сложной обработкой сигнала в самом датчике движения. В простых моделях обработка сигналов проводится аналоговыми методами, а в более сложных - цифровыми, например, с помощью встроенного процессора. Полностью программируемые цифровые датчики движения преобразовывают, усиливают и обрабатывают сигнал от PIR-сенсоров в цифровом виде (нет аналоговых цепей, что исключает наличие шума и потери сигнала).

2.6 Охранные датчики

Охранные датчики представляют собой либо отдельные устройства в собственном небольшом пластиковом корпусе, либо могут быть интегрированы в базовый блок автосигнализации. Типов датчиков довольно много, и попытаемся рассказать о наиболее важных:

Датчик удара (шок-сенсор). Датчик фиксирует удары, постукивание, хуже - покачивание, звон стекла. Эффективен для извещения об ударах по кузову и стеклам, о неудачной парковке соседа по стоянке, о попытках механического взлома, о попытках проникновения в салон через разбитое окно.

Датчик движения.Датчик фиксирует перемещение автомобиля в нескольких координатах, в том числе наклоны кузова. Эффективен для извещения о любом несанкционированном движении автомобиля, например, об эвакуации автомобиля со стоянки, о попытке буксировки, о включенной передаче при дистанционном старте двигателя, о хищении (демонтаже) колес.

           Ультразвуковой датчик (ультрасоник). Правильнее называть такой датчик датчиком объема. Датчик фиксирует перемещение объектов внутри акустически замкнутого пространства, например, в салоне автомобиля с закрытыми окнами.
Эффективен для извещения о проникновении в салон или кузов (только при закрытых плотно окнах и дверях).

Датчик объема. Другие названия – радарный, радиоволновый, микроволновый датчик.
Конечно, такие датчики не являются датчиками объема в буквальном смысле этого слова.
 Датчик фиксирует перемещение объекта в радиусе чувствительности. В отличие от ультразвукового, рабочая зона действия существует как в закрытом объеме объекта, так и за его пределами. Эффективен для извещения о проникновении в салон, кузов, или опасно близком приближении к самому автомобилю. Часто используется для раннего предварительного оповещения о приближении к автомобилю.

Хорошо себя зарекомендовали Комбинированные датчики, сочетающие в себе анализ сразу нескольких физических событий. Как правило, такие датчики дают меньшее количество ложных извещений о тревожных событиях.

Магнито-контактный датчик  состоит из магнито-контактной группы и радиопередатчика.  Магнито-контактная группа состоит из отдельного магнита и контактной пары нормально-замкнутого типа с проводным подсоединением. В нормальном состоянии магнит удерживает контактную пару в замкнутом состоянии. Когда дверь или окно открываются, контакт размыкается и датчик посылает сообщение базовой станции (при этом загорается красный светодиодный индикатор)

 Датчик, предназначенный для защиты дверей и окон, должен монтироваться таким образом, чтобы радиопередатчик и контактная пара были расположены на неподвижных элементах конструкции, а магнит на подвижной части двери или окна.
Его на крепить в наиболее удобное и безопасное для датчика место. Размещайте как можно выше. Это максимально увеличит дальность радиопередачи. Не стои распологать магнито-контактную группу на металлических поверхностях. При монтаже датчика на металлические конструкции зазор между контактной парой и магнитом не должен превышать 3мм, когда дверь или окно находятся в закрытом состоянии. Для деревянных конструкций этот расстояние может составлять до 8мм., но в любых случаях надо стараться делать его минимальным. Для  подъемных  окон контактная пара и магнит не должны скользить вдоль друг друга, а должны  располагаться таким образом, чтобы движение окна приводило к появлению зазора между ними.

Современная элементная база позволяет сегодня создавать датчики с использованием цифровой обработки. Этот путь открыли однокристальные микроконтроллеры, те же, что могут управлять самой сигнализацией. По сложности управляющая программа датчика зачастую превосходит программу, которая управляет процессором базового блока всей сигнализации. Словом, разработка хорошего датчика относительно сложна, прежде всего, с математической точки зрения.

2.7 Тревожный оповещатель

Тревожный оповещатель — это чувствительный прибор, преобразующий контролируемый параметр в электрический сигнал (рис 7.). Особенность датчиков для систем охранной сигнализации состоит в том, что они реагируют, в основном, на неэлектрические составляющие. Измерение неэлектрических величин - очень сложная задача и при этом приборы должны обеспечивать высокую надежность и достоверность контроля, которые достигаются за счет применения новейших разработок в области обработки сигнала, а также сочетания двух и более различных физических принципов обнаружения в одном приборе — это устройства, оповещающие о нарушениях шлейфов. По принципу действия различаются на:

  •  световые;
  •  звуковые (звонки громкого боя или пьезоэлектрические сирены);
  •  устройства автодозвона (отправляют речевые сообщения о тревоге по нескольким запрограммированным телефонным номерам);      
  •  устройства сдачи на пульт централизованного наблюдения                                            

Рис. 2.7 тревожные извещатели

                                                                                                                  

 

Пожарная сигнализация предназначена для регистрации очагов возгорания на территории охраняемого объекта (квартиры, офиса, складов и т.д.) и оповещения о нем (подачей световых или звуковых сигналов, передачей сигнала о возгорании на пост Охраны или в Пожарную Часть). Охранно-пожарная сигнализация любой степени сложности состоит из трех основных компонентов: датчиков (извещателей), приемно-контрольного прибора (ПКП) и оповещателей различного принципа действия. Хотя охранная сигнализация и пожарная сигнализация выполняют различные задачи, принцип построения этих систем одинаков. Более того, некоторые компоненты (например, ПКП, оповещатели) могут быть использованы в обоих типах сигнализации. Возможно построение единой охранно-пожарной сигнализации на одном (или группе однотипных) ПКП.

Контрольная панель - центральное устройство системы охранной сигнализации. Как правило, выполняются на базе микропроцессора, который и определяет все функции системы. Параметры программы задает пользователь, в зависимости от поставленной задачи и логики построения всей системы в целом. По способу подключения датчиков к приемно-контрольным панелям охранные устройства подразделяются на:

  •  проводные
  •  беспроводные.

В проводных системах связь между всеми устройствами системы осуществляется по кабелю. В беспроводных системах каждый датчик оснащается собственным передатчиком, а контрольная панель - многоканальным приемником. Беспроводные системы охранной сигнализации более удобны при монтаже и последующей эксплуатации. Они могут дополняться сервисными устройствами дистанционного управления и контроля. Исполняющие устройства - подключаются к центральному пульту управления с помощью проводной или беспроводной связи и представляют собой практически любые электротехнические приборы: акустические сирены, управление освещением, системы видео наблюдения, системы оповещения, системы управления доступом и пр.

2.8 Система видеонаблюдения

Системы видеонаблюдения на предприятиях и учреждениях уже не новинка и не дань моды, а необходимость. Они помогают отслеживать производственные процессы, помогают контролировать трудовую дисциплину, технику безопасности, сохранность и безопасность собственности. Следует отметить, что активней они внедрены на предприятиях и в организациях с частной формой собственности. В Республике Беларусь распространены в основном системы на базе видеорегистраторов и плат видеоввода. Видеорегистраторы представляют собой записывающее устройство видеосигнала на жесткий диск (винчестер) в цифровой системе. Они отличаются качеством видеосигнала при просмотре и при записи, а так же количеством ввода видеокамер. Плата видеоввода представляет собой плату, которая встраивается в персональный компьютер. Они так же отличаются качеством обработки видеосигнала и количеством ввода видеокамер. Качество видеосигнала зависит так же от качества видеокамеры, от качества объективов, усилителей и др. Современные системы видеонаблюдения обладают высокой надежностью, большой функциональностью, простотой интерфейса и стабильностью работы. Системы видеонаблюдения позволяют организовать визуальный контроль происходящих событий на проходных, на производстве, в местах массового скопления граждан, в офисах и т. д.

Отображение видеоинформации производится на мониторе либо на стандартном компьютерном дисплее, имеются функции настраиваемого полноэкранного изображения, возможно отображение любого количества телекамер на экране. Существует возможность до 16-ти кратного и большего увеличения в цифровом формате. В режиме увеличения пользователь может перемещать отображаемый участок сцены. Можно выделять и увеличивать произвольный фрагмент сцены, что удобно для детального анализа событий и идентификации людей, предметов, номерных знаков автомобилей и т.п. Встраиваются функции ручной и автоматической коммутации видеокамер, в том числе обусловленной приходом сигналов тревоги, наличие движений в кадрах и т. п. Возможен удаленный сетевой мониторинг и управление с помощью ПО клиента или WEB-браузера. Функция виртуального видеомагнитофона в режиме запись/просмотра видеоинформации позволяет работать с обычным видеомагнитофоном. Все функции - запись, воспроизведение, перемотка и т.п. легко доступны оператору через кнопки экранного интерфейса. Прямой мгновенный поиск нужной информации реализуется путем задания номера канала, времени и даты интересующей видеозаписи. Любое экранное изображение видеокадра может быть распечатано на подключенный к системе принтер или экспортирован в формате BMP или JPG на дискету, флэш-память для изучения. Видеозаписи, сделанные системой, могут быть экспортированы в формат AVI и просмотрены на другом компьютере. Запись видеоданных производится на внутренние дисковые накопители по принципу ленты, замкнутой в кольцо, когда текущие (самые свежие) видеоданные замещают самые старые. Записи осуществляются одновременно по всем камерам, могут осуществляться непрерывно, по сигналу детектора движения или по команде оператора. Имеется возможность использования для каждой камеры настройки сигнальных условий, продолжительности интервала записи и частоты кадров для автоматической регистрации охранных событий. Используются алгоритмы сжатия видеоинформации, что позволяет в режиме реального времени сжимать цифровую информацию в двадцать и более раз. Возможна настройка коэффициента сжатия, исходя из степени важности каждого видеоканала, общего количества информации, подлежащей сохранению, размера свободного дискового пространства и пропускной способностью каналов передачи данных.

2.9 Датчик двери и однодверные системы доступа

 Датчик двери предназначен для своевременного информирования обслуживающего персонала о несанкционированном проникновении в помещение.Датчик двери представляет собой электромеханическое устройство к планке  с одной стороны крепится корпус, внутри которого расположен шток. На штоке  с помощью штифта  закреплен экран. С другой стороны к планке  крепится корпус, в отверстии которого расположена пружина сжатия, а на лыске корпуса закреплен постоянный магнит. В скобе  установлена колодка  с герметизированными контактами. К выводам герметизированных контактов припаяны проводники кабеля. Для исключения залипания герметизированных контактов во время транспортирования и хранения датчика постоянный магнит  зашунтирован экраном  с помощью штифта. Перед эксплуатацией штифт  удаляется из штока. Корпус  и скоба  закрыты кожухом, который крепится к корпусу  винтом. До начала работы датчика двери необходимо удалить штифт  из штока. При закрывании двери шток  перемещается поступательно, экран  полностью перекрывает постоянный магнит, в результате чего герметизированные контакты размыкаются.При открывании двери шток  с экраном  под действием пружины  выталкивается. В этом случае герметизированные контакты замыкаются, т.к. экран освободил магнит.При последующих закрываниях и открываниях двери герметизированные контакты соответственно размыкаются-замыкаются.

Однодверные системы  предназначены для защиты помещений от прохода посторонних лиц и обеспечения быстрого и удобного доступа персонала. Эти системы эффективны при установке на входные двери, двери кабинетов и служебных помещений офисов, банков, магазинов. Они не требуют подключения к компьютеру, все операции осуществляются ими автономно.Однодверные системы  имеют энергонезависимую память для хранения списка карт доступа и могут управлять одним электрическим замком. Программирование списков доступа осуществляется с помощью специальных мастер-карт. Эти системы, в силу своей экономичности, особенно удобны для небольших учреждений и организаций с малым количеством дверей и штатом сотрудников 20–30 человек.

Принцип действия их заключается в: контроллер системы управляет замком, установленным на дверь. Доступ в помещение осуществляется при поднесении карты к считывателю на расстояние до 13 см (в зависимости от модели системы), при этом карту не обязательно вынимать из бумажника или сумки. При необходимости возможна скрытая установка контроллера (антенны) в стене или с обратной стороны двери, т.к. бесконтактные карточки срабатывают через бетон, дерево и другие неметаллические материалы. Список карт, открывающих замок, устанавливается и изменяется с помощью специальной карты программирования. Системы могут работать с любыми электрическими замками и защелками они могут использоваться в сочетании с сетевыми системами контроля доступа, если находящиеся на вашей территории объекты требуют различных уровней контроля. При этом одна и та же карточка может служить пропуском на все объекты. Одной из разновидностей таких систем являются видеодомофоны, которыне предназначены так же для контроля доступа к дверям, но в отличие от однодверных систем видеодомофоны позволяют смотреть и записывать информацию про посетителей или нарушителей.

Видеодомофоны с бесконтактными картами (брелками) доступа предназначены для обслуживания входных дверей офисов, подъездов и квартирных блоков жилых зданий, коттеджей, бизнес-центров и обеспечивают защиту от доступа в помещения посторонних. Отличительные особенности видеодомофонов: повышенная вандалозащищенность, удобство монтажа, работа с любыми типами электрических замков, возможность установки в стену здания и на различные типы дверей, удобство открывания замка бесконтактной карточкой, высокое качество изображения и звука, удобный набор номера и вызова квартиры, четкая и крупная индикация, позволяющая видеть набираемый номер квартиры в любое время суток. Оптимально рассчитанные временные параметры работы обеспечивают наибольшее удобство пользования, поставка в аудио- и аудио-видео- вариантах.

Многоабонетские домофоны предназначены для обслуживания подъездов многоквартирных жилых домов и бизнес-центров. Вместо обычных ключей, кодового набора или магнитных брелков используются бесконтактные, срабатывающие на расстоянии электронные брелки или карты. Дальность считывания карт - до 5 см., что позволяет жильцам не доставать их из бумажника или сумки для того, чтобы открыть дверь в подъезд. Наружный блок домофона имеет вандалозащитное исполнение. Грамотно установленный видеодомофон поможет Вам обеспечить безопасность в Вашем офисе или квартире, оградит Вас от подозрительных лиц, непрошеных посетителей, просто неприятных Вам людей, а так же внесёт некоторый комфорт в Ваш быт и прекрасно впишется в любой интерьер. Но видеодомофон не является законченной охранной системой. И если Вы ставите задачу обеспечения полноценной защиты, то помимо видеодомофона рекомендуется установить и систему контроля доступа.
           В состав современных видеодомофонов входят следующие базовые компоненты:

  •  блок вызова;
  •  встроенная видеокамера с инфракрасной подсветкой ;
  •  видеомонитор;
  •  электромагнитный/электромеханический замок; 

Блок вызова это сердце любого видеодомофона. Блок вызова включает в себя: встроенную видеокамеру с инфракрасной подсветкой, динамик и микрофон для связи с посетителем. Видеокамера находится в прочном металлическом корпусе вызывного блока, который покрыт ударопрочной порошковой эмалью, металлический козырек дает дополнительную защиту от атмосферных осадков и избыточного освещения, что помогает обеспечить долгий срок службы. Точечное выходное отверстие видеокамеры сводит к минимуму возможность механического повреждения линзы.Инфракрасная подсветка дает возможность увидеть посетителя в полной темноте на расстоянии 1 метра.
В блоке вызова предусмотрена защита от хищения: при попытке демонтажа или обрыва провода блока вызова громкоговоритель монитора видеодомофона издаст громкий сигнал тревоги.

Задача видеомонитора – показывать, что происходит за вашей дверью, и осуществлять двустороннюю аудиосвязь с посетителем. Важным фактором в обеспечении безопасности является то, что Вы можете в любой момент времени увидеть, а, сняв трубку и услышать, что происходит перед Вашей дверью. Монитор видеодомофона может иметь блок памяти на 16 или 64 кадра с генератором даты и времени, который автоматически срабатывает при нажатии кнопки вызова на панели, либо может производить запись в ручную, при нажатии кнопки «запись» на мониторе. Просмотр записанных кадров производится последовательно, начиная с последнего кадра. При полном заполнении памяти стирается самый первый кадр и поверх его записывается новый. Современные мониторы видеодомофона обладает высокой надежностью и хорошими техническими характеристиками, а качественное изображение позволяет Вам безошибочно распознать посетителя.

2.10 Электрический замок

По своей конструкции электрические замки относятся к группе замков, в которых перемещение ригеля осуществляется с помощью электромагнита (соленоида) (рис.8). За счет применения ригеля оригинальной конструкции эти замки надежно защищают дверь от взлома и обеспечивают быстрое открытие и закрытие двери. Разработчики рекомендуют устанавливать электрические замки на сплошные внутренние и уличные двери офисов и зданий, которые будут находится под управлением системы контроля доступа (СКД).

Рис. 2.10.1 Электромеханический замок (а), замки электромагнитные (б)

(а)                                                                            (б)

Доводчики дверей (в), Защелки электрические (г)

 

(в)                                                                 (г)


           В электрических замках применен облегченный ригель специальной конструкции, состоящей из двух симметричных подвижных деталей особой формы. Благодаря такому техническому решению, после закрытия двери обе детали ригеля входят в ответную часть замка и фиксируются, блокируя дверь и защищая ее от открытия и взлома. Кроме того, такой ригель обеспечивает быстрое закрытие и открытие замка, что особенно важно для входных уличных и внутренних дверей с высокой частотой открывания.
Для сплошных внутренних дверей рекомендуется использовать электрический
замок, поскольку он является «нормально открытым» и при отсутствии управляющего напряжения дверь всегда находится в отпертом состоянии.

Для дистанционного запирания всех дверей с такими замками, например в ночное время суток, контроллер СКД подает на электрические замки напряжение питания, и замки одновременно запирают двери, которые можно открыть только ключем или внутренней ручкой.Электрозамки управляются дистанционно, путем подачи напряжения 12 В постоянного тока, и могут быть использованы совместно с аудио- и видео- домофонами любых типов, кодовыми панелями, считывателями магнитных карт и электронных ключей и т.п. Электрозамки могут применяться для построения "шлюзовых" систем из двух и более дверей, а также в любых других случаях, когда необходимо дистанционно открывать дверь.

Различают два основных класса электрозамков: электромагнитные и электромеханические. Электромагнитные замки - это электромагнит в чистом виде: при подаче на него напряжения ответная механическая планка притягивается. Если нет напряжения, то нет и удержания. За счет отсутствия механически перемещающихся деталей и простоты конструкции электромагнитные замки имеют самую высокую надежность. Усилие отрыва для электромагнитных замков исчисляется несколькими сотнями килограмм .К недостаткам электромагнитных замков можно отнести то, что они открываются при отсутствии напряжения. Но это можно легко исправить, используя бесперебойный источник питания,  который с аккумулятором 7Ач обеспечивает работоспособность замка без отсутствия сетевого напряжения более 15 часов.Часто электромагнитные замки используются в составе многоквартирных аудиодомофонных систем, например .В этом случае, он открывается либо кодом с вызывной панели, или с трубки из квартиры или просто кнопкой внутри подъезда перед выходом. Также он может открываться контроллерами с помощью соответствующих ключей. В отличие от электромагнитных, электомеханические замки работают не непрерывно, а в импульсном режиме, то есть напряжение на замок подается кратковременно при его открытии, а все остальное время замок обесточен. При отсутствии напряжения открыть электромеханические замки изнутри можно расположенной на них механической кнопкой, а снаружи - ключом, который входит в комплект поставки. Конструктивно электромеханические замки бывают накладные и врезные.

Для питания электромеханических замков не обязательно использовать стабилизированное напряжение, но необходимо обратить внимание, чтобы источник питания был рассчитан на достаточно большие токи, необходимые для открытия электромеханических замков. Можно рекомендовать блок питания, рассчитанный на ток до 2 А.Следует также отметить, что использовать электрозамки как средство от злоумышленников не стоит. Они ставятся для удобства, для того, чтобы не бегать каждый раз к калитке встречать очередного гостя. На ночь или на время длительного отсутствия следует дублировать электрозамки обычными механическими.Совместно с электрозамками можно использовать дверные доводчики.

Электромагнитные замки закрываются, прижимая с помощью сильного магнитного поля металлическую пластину, закрепленную на двери к установленному на дверной коробке замку. При отключении питания такой замок автоматически открывается, что соответствует требованиям пожарной безопасности. Электомеханические замки  надежно защищают дверь от взлома и обеспечивают быстрое открытие и закрытие двери. Разработчики рекомендуют устанавливать электрические замки  на сплошные внутренние и уличные двери офисов и зданий, которые будут находится под управлением системы контроля доступа (СКД). В отличие от аналогов, в новых замках A применен облегченный ригель специальной конструкции, состоящей из двух симметричных подвижных деталей особой формы. Благодаря такому техническому решению, после закрытия двери обе детали ригеля входят в ответную часть замка и фиксируются враспор, блокирую дверь на несанкционированное открытие и взлом. Кроме того, такой ригель обеспечивает быстрое закрытие и открытие замка, что особенно важно для входных уличных и внутренних дверей с высокой частотой открывания. Для сплошных внутренних дверей тоже   рекомендуется использовать электрический замок. Для дистанционного запираний всех дверей с такими замками, например в ночное время суток, контроллер СКД подает на электрические замки напряжение питания и замки одновременно запирают двери, которые можно открыть только ключем или внутренней ручкой, после чего замки снова автоматически запираются до снятия напряжения. Помимо управления с контроллера СКД на электрический замок можно подавать напряжение, используя кнопку выхода или таймер. Но наиболее эффективно управлять замками будет контроллер СКД, который помимо управления состоянием замка протоколирует все факты его отпирания или запирания, используя информацию микропереключателя замка, фиксирующего положения ригеля. В случае выхода из строя, один электрический замок можно заменить на другой в считанные минуты.

2.11 Вспомогательные системы контроля доступа

2.11.1 Турникеты и калитки

Отличительные особенности электромеханических турникетов и калиток:

  •  Турникеты и калитки обладают высокой пропускной способностью;
  •  Обеспечивают контроль доступа в обоих направлениях. Для каждого направления можно задать различные режимы работы;
  •  Управление турникетами и калитками может осуществляться как от пульта дистанционного управления (радиопульта), так и от системы контроля доступа;

Встроенные оптические датчики поворота планок (створок) фиксируют реальный факт прохода через турникет, что обеспечивает корректный учет рабочего времени в системах контроля доступа.

Возможность выбора режима управления – импульсный или потенциальный - обеспечивает корректную работу турникетов и калиток PERCo в СКУД любых производителей. В турникетах и калитках реализован плавный автоматический доворот   планок (створок) в исходное положение после каждого прохода. Отсутствие инерции и плавность работы механизма вращения. Встроенные светодиодные блоки индикации с пиктограммами служат для указания направления прохода и состояния турникета/калитки. Механическая разблокировка с помощью ключа обеспечивает свободное вращение преграждающих планок/створок турникетов в обоих направлениях и позволяет быстро освободить проход.

Для экстренной разблокировки турникетов предусмотрена возможность подключения устройств аварийной разблокировки (пожарной сигнализации).

Дополнительно организовать свободный проход через турникеты в экстренных ситуациях возможно за счет применения планок  «Антипаника» и дополнительных поворотных секций ограждений Антипаника.

Дополнительно к турникетам могут быть подключены датчики контроля зоны прохода и сирена, которые сообщают о попытке несанкционированного прохода через турникет. Турникеты и калитки имеют низкую потребляемую мощность и безопасное для человека напряжение питания. Турникеты монтируются на анкерных болтах в прочных бетонных полах (основаниях) без закладных элементов фундамента. Возможность комплектации ограждениями, сочетающимися по дизайну и вариантам исполнения с турникетами и калитками PERCo,  позволяет оформить интерьер проходных в едином стиле, организовать дополнительный аварийный выход и сформировать зоны прохода любой необходимой конфигурации, исходя из размеров проходной, планировки и требований безопасности (рис 9).

Рис. 2.11.1 Калитка механическая односторонняя



             Калитка представляет собой вертикальную стойку из хромированной трубы диаметром 60 мм и высотой 1020 мм. Внизу стойки расположен фланец диаметром 190 мм, на котором имеются 3 отверстия диаметром 11мм для крепления стойки калитки к полу. Сверху фланец закрывается декоративным колпаком из нержавеющей стали, скрывающим фланец и крепежные болты.На стойке калитки расположены 2 вращающихся кольца, к которым крепится дуга. Сама стойка неподвижна, что позволяет непосредственно к ней крепить поперечные трубы ограждений. Стыковка осуществляется с помощью специальных муфт, которые крепятся к стойке винтами. Поперечная труба может вставляться в муфту и фиксироваться винтом. На верхнем кольце находятся 2 стопорных винта, позволяющих фиксировать дугу как в закрытом так и в открытом положениях. Могут быть установлены как винты под отвертку, так и винты с головкой диаметром 15 мм для закручивания рукой. Калитка укомплектована дугой из нержавеющей стали с пластиковой вставкой. Ширина калитки с установленной дугой - 860мм. Диаметр трубы из которой сделана дуга - 25мм. Стандартный размер дуги - 700х183мм. При необходимости возможно изготовление дуг других размеров.
Дуга крепится к стойке калитки с помощью узла, представляющего собой два прочных стальных стержня диаметром 21.5 мм, на которые дуга одевается и фиксируется винтами М8. Материал из которого изготовлена вставка в стандартном варианте - ПВХ пластик белого цвета, толщиной 4мм. На вставке нанесены информационные знаки: с одной стороны изображена белая стрелка на синем круге, на другой стороне - белый прямоугольник на красном круге. Знаки наносятся методом шелкографии.

Сверху на изображение наклеивается прозрачная защитная пленка.
Калитки выпускаются правые и левые. Дуга правой калитки р поворачивается только в одну сторону, по часовой стрелке (при виде сверху). Дуга левой калитки - против. При попытке пройти в обратном направлении дуга представляет собой преграду.

2.11.2 Автоматические ворота и шлагбаумы

Автоматические ворота – это не только надежное средство защиты дома, но и незаменимый элемент вашего комфорта. Неоспоримым преимуществом откатных, сдвижных или секционных ворот является то, что они открываются автоматически, то есть при нажатии кнопки пульта. Это облегчает ежедневный ритуал въезда-выезда в гараж и на территорию участка. Летом оценить это преимущество сложнее, но когда погода оставляет желать лучшего – льет дождь или на улице сильная метель, а вам не надо вылезать из теплого салона автомобиля, чтобы долго возиться с воротами – вот тогда вы сможете по-настоящему оценить, что автоматические ворота - это гораздо больше, чем просто дань моде.

Шлагбаум используется в тех местах, где необходимо ограничить поток и доступ автомобилей, а использование ворот является нецелесообразным. Шлагбаумы устанавливают для автоматизации въезда-выезда в крупных жилищных комплексах, автоматические шлагбаумы часто можно встретить на автостоянках и паркингах, в гаражах, на железнодорожных переездах и на любых других объектах, где требуется контроль движения автотранспорта (рис 10).

Конструкция шлагбаума: автоматический шлагбаум состоит из четырех основных элементов: корпуса с силовым механизмом, блока управления, стрелы и подставки для стрелы. Стрелы для шлагбаумов производятся из алюминия, на них крепятся защитные резиновые накладки, а также могут быть прикреплены дополнительные лампы освещения и сигнализация. Подставка для стрелы может быть установлена рядом со шлагбаумом или может перемещаться вместе со стрелой.Модельный ряд автоматических шлагбаумов варьируется в зависимости от условий в которых будет работать шлагбаум: от ширины проезда, интенсивности движения транспорта и необходимой скорости открытия шлагбаума (рис 10).

Рис. 2.11.2 шлагбаумы и системы автоматического управления доступам

2.11.3Биометрические системы распознавания

Биометрические системы распознавания - основаны на анализе индивидуальных биометрических признаков человека: отпечатков пальцев, тембра голоса, рисунка сетчатки глаза, формы кисти руки. Надо отметить, что биометрические системы распознавания, использующие для распознавания индивидуальные характеристики человека (в данном случае, отпечаток пальца), являются наиболее надежными и удобными системами. Такой  «пропуск» поистине уникален – его нельзя забыть, потерять или передать другому. Он не изнашивается, его просто невозможно украсть.

Например, устройства дактилоскопического доступа устанавливаются перед входом в охраняемое помещение. При установке системы регистрируется администратор, который в дальнейшем может регистрировать и удалять пользователей. Для идентификации и прохода в помещение достаточно нажать кнопку ввод, после чего включится сканер, и приложить зарегистрированный палец к стеклу сканера. В случае положительной идентификации электрозамок откроется, в противном случае система вернется в первоначальное положение. Вся процедура идентификации и входа в помещение занимает до 5-ти секунд.

И даже поврежденная поверхность пальца, менее чем на 30%, не повлияют на идентификацию. В случае серьезного повреждения надо просто зарегистрировать другой палец. Вероятность снятия и подделки отпечатка равна нулю, т.к. для этого необходима специальная технология, дорогостоящее оборудование и участие в процедуре самого хозяина пальца.

Еще лучший результат дает комбинирование идентификации по отпечатку пальца и проксимити - карте. Это обеспечивает 100% защиту от несанкционированного доступа.

Таким образом в данной части дипломного проекта мы рассмотрели различные виды СКД и попытались по немного рассказать о каждом из них. Как видно ,все выше изложенные СКД являются просто необходимыми для обеспечения безопасности, будь то офис, банк, гараж или жилой дом. Я попытался в полной мере предоставить информацию о наиболее нужных СКД с точки зрения доступа в подъезд или жилой дом. Из прочитанной мной информации и различных технических характеристик ,как мне кажется ,наиболее подходящий контроль доступа для двери является кодовый замок . Поэтому в следующем этапе дипломного проекта я попытаюсь в полной мере изложить достаточное количество информации для того , что бы полностью убедить вас о необходимости использования разработанного мной элемента СКД — электронного кодового замка.

3.Описание структурной и электричкой схемы электронного кодового замка

4 Выбор и обоснование элементной базы и материалов конструкции

4.1  Выбор и обоснование элементной базы

Критерием выбора радиоэлементов в любом РЭС является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик РЭС заданным условиям работы и условиям эксплуатации.

Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационных параметров радиоэлементов, используемых в данном изделии.

Из технических условий на РЭС и справочной литературы [8] имеем следующие данные об условиях эксплуатации применяемой элементной базы:

Основными критериями выбора типа конденсаторов являются:

  •  номинальная емкость и допустимые отклонения емкости;
  •  номинальное напряжение;
  •  тангенс угла потерь;
  •  сопротивление изоляции и ток утечки;
  •  температурный коэффициент емкости;
  •  Масса-габаритные параметры;

Конденсаторы по возможности следует выбирать с минимальными габаритами и массой.

В качестве задающего конденсатора (С9 220пФ 1%) следует выбрать тип К10-43, т.к. только этот тип имеет необходимый допуск на номинальное значение. Остальные конденсаторы типа К10-17 (керамические низковольтные). Электролитические конденсаторы типа К50-27, кроме С7 и С8 – К50-35.

Основными критериями выбора типа резисторов являются:

  •  номинальная мощность и предельное напряжение;
  •  номинальное сопротивление и допуск;

Таблица 4.1 – Основные электрические и габаритные параметры некоторых типов конденсаторов

Тип

Номинальное напряжение, В

Группа ТКЕ

Диапазон номинальных емкостей,

* - пФ

^ - мкФ

Допуск, % (ряд промежу-

точных емкостей)

Габаритные размеры

диаметр (ширина)

длина

Высота

К10-17

25;

50

25;

40

П33

М47

Н50

Н90

2,2…10000*

2,2…12000*

680…2200000*

2200…220000*

5;10;

20

(Е24)

+50/-20;

(Е6)

1,5…12

1,3…8,6

1,8…5,5

К10-43

50

МП0

21,5…44200*

1; 2;5

(Е192)

4…16,5

2,9…12

2,4…6,5

К50-27

160

450

---

10…470 ^

2,2…220 ^

-10/+30

(Е3)

9…34

34…92

---

К50-35

25

---

22…2200 ^

-20/+50

(Е3)

6…18

12…40

---

Таблица 4.2 – Основные климатические и надежностные  параметры некоторых типов конденсаторов

Тип

Диапазон рабочих температур, оС

Предельная относительная влажность воздуха

Предельное атмосферное давление

Минимальная нараборка, ч.

К10-17

-60…+150

До 95% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

К10-43

-60…150

До 95% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

К50-27

-20…+75

До 95% при 40оС

1,3…2500ГПа

2000*

К50-35

-20…+75

До 95% при 40оС

1,5…2500ГПа

1500*

Примечание: * - при температуре 70 оС.

  •  температурный коэффициент сопротивления;
  •  различные функциональные характеристики;
  •  соответствие температурному режиму работы;
  •  ряд промежуточных значений;
  •  габаритные размеры;

Рассмотрим три пита постоянных резисторов (Табл. 4.3):

  •  С2-33Н;
  •  С2-10;
  •  МЛТ;

Таблица 4.3 –  Основные параметры резисторов типа С2-33Н,С2-10,МЛТ

Тип

Ном. мощ-ность, Вт

Темпер. режим работы, 0С

Пред. отн. Влажность, %

Диапазон ном. сопротивлений

Допуск, %

(ряд пром. знач.)

Габаритные размеры, мм

ширина

длина

С2-33Н

0,125

0,25

0,5

1

2

-30…125

98 при 40оС

1ом …3Мом

1ом …5,1Мом

1ом …5,1Мом

1ом …10Мом

1ом …10Мом

1;2;

5; 10

ряд Е24; Е96

2,2

3

4,2

6,7

8,8

6

7

10,2

13

18,5

С2-10

0,125

0,25

0,5

1

2

-20…125

98% при 40С

10ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

0,1;

0,5;

ряд  Е192

2

3

4,2

6,6

8,6

6

7

10,8

13

18,5

МЛТ

0,125

0,25

0,5

1

2

-30…125

98% при 40С

8,2ом …3Мом

8,2ом …5,1Мом

1ом …5,1Мом

1ом …10Мом

1ом …10Мом

2;5; 10

ряд Е24; Е96

2,2

3

4,2

6,6

8,6

6

7

10,2

13

18,5

Из табл. 4.3 видно, что параметры резисторов практически одинаковы.  

Резисторы выбираем типа С2-33Н, т.к. они имеют более широкий диапазон рабочих температур, в этом типе есть резисторы точные +/- 1% и общего назначения +/-10%, диапазон номинальных сопротивлений шире, чем у остальных типов резисторов.

Два резистора R2 (47Ком) и R24 (2,2Ком) – переменные. Основные требования, предъявляемые к ним следующие: соответствие номинальной мощности, диапазон номинальных сопротивлений, габаритные размеры.

Рассмотрим некоторые типы  переменных резисторов (см. таблицу 4.4):

Таблица 4.4 – Основные параметры переменных резисторов типа СП5-16ВА, СП3-1, СП5-16ВВ

Тип

Ном. мощ-ность, Вт

Диапазон ном. сопротивлений

Допуск, %

(ряд пром. знач.)

Габаритные размеры

ширина, мм

длина, мм

высота, мм

СП5-16ВА

0,25

0,5

1

3,3ом …22Ком

3,3ом …33Ком

4,7ом …47Ком

5; 10

Е6;

11

13

16,5

11,5

11,5

11,5

---

СП3-1

0,25

470ом…1Мом

20; 30

Е6;

15,5

16,5

8,2

СП5-16ВВ

0,125

0,05

10ом …6,8Ком

47ом …47Ком

---

8

6

6

4,2

---

Выбираем резисторы типа СП5-16ВВ. Их главное преимущество: минимальные габаритные размеры и, следовательно масса.   

Основными критериями выбора типа диодов являются:

  •  прямое предельное напряжение и ток;
  •  обратное предельное напряжение и ток;
  •  масса;

Таблица 4.5 – Основные параметры диодов  типа КД 209А, КД 247А,

КД 522Б.

Тип

Iпр.ср.,А

Uобр.max.

Uпр.ср.,В

Iпр.ср.,А

Iобр.ср.,mA

Масса, г

КД 209А

0,7

400

1

0,7

0,1

0,5

КД 247А

0,3

200

1

0,4

0,05

0,5

КД 522Б

0,1

60

1,1

0,1

5

0,15

 

Данные диоды удовлетворяют требованиям прямого и обратного предельного напряжение и тока, обладают небольшой массой и габаритными размерами. Внешний вид диодов  типа КД 209А, КД 247А, КД 522Б представлен на (рис 4.1) [9]:

Рис 4.1 Внешний вид диодов КД 209А, КД 522Б, КД 247А

             

Выбираем стабилитрон VD13 на 5,6В. Это КС 456А (рис 4.2), его основные параметры:

  •  Напряжение стабилизации – 5,6В;
  •  Максимальный (минимальный) ток стабилизации – 55(3) мА;
  •  Масса  —  1г.
  •  В качестве светодиода VD20 выбираем АЛ336К. Его основные параметры:
  •  Предельный ток – 10 мА;
  •  Предельное напряжение питания – 2В;
  •  Масса – 0,35г;

Рис 4.2 Внешний вид стабилитрона КС 456А

В ССД все транзисторы, кроме VT1 используются в режиме ключей, поэтому основными параметрами для выбора являются:

  •  Максимальная рассеиваемая мощность транзистора;
  •  Uкэ не менее 12В;
  •  Iк не менее 200мА;
  •  Uкэ нас не более 0,3В при Iкэ=50мА;
  •  Максимальная частота  f  не более 4МГц;

VT1 используется как в режиме ключа, так и в режиме усиления, поэтому кроме перечисленных параметров, для него важной характеристикой является коэффициент усиления. В качестве транзисторов выбираю КТ 6114А, КТ6115Б.

Таблица 4.6 – Основные параметры транзисторов  типа КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А

Тип

Uкбо(и)

Uкэо(и), В

Iкmax(и), мА

Iкбо, мкА

Pкmax(т), Вт, при t=25оС

Масса, г

КТ 6115Б

p-n-p

40

25

1500

150

1

0,25

КТ 6114А

n-p-n

40

25

1500

150

1

0,25

КП 505А

p-n-p

300

300

1000

100

1

0,25

Таблица 4.7 – Основные климатические и надежностные  характеристики  транзисторов  типа КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А.

Тип

Диапазон рабочих температур, оС

Предельная относительная влажность воздуха

Предельное атмосферное давление

Минимальная нараборка, ч.

КТ 6115Б

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

КТ 6114А

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

КП 505А

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

Рис 4.3 Внешний вид корпуса транзисторов КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А

Выбираемый микроконтроллер должен обладать минимум 16 цифровыми линиями  ввода вывода и шестью аналоговыми. Также он должен довольно легко программироваться (по возможности без программатора).

С точки зрений программирования очень привлекательны микроконтроллеры, в которых реализована так называемая ISP-технология (In-System Programming — внутрисхемное программирование). Для того чтобы загрузить в микроконтроллер новый программный код, его не нужно вынимать из платы: программирование производится внутрисхемно через специальные выводы. Более того, для некоторых модификаций не нужен даже программатор — "прошивка" осуществляется через параллельный порт компьютера. Естественно, что наиболее приемлемое решение — использование в системе именно такого микроконтроллера, который не требует дополнительных средств для прошивки.

Для реализации поставленной задачи выбран микроконтроллер PIC16F870-4/4IP.

Он имеет 8 Кбайт внутрисхемно программируемой флэш-памяти программ с ресурсом 1000 циклов перезаписи, 2 Кбайт встроенной EEPROM (электрически стираемой программируемой постоянной памяти), 256 байт ОЗУ, 16 линии ввода/вывода, три таймера, сторожевой таймер, аппаратно поддерживает SPI интерфейс. Тактовая частота — 0...24 МГц (один машинный цикл выполняется за 12 тактов, следовательно, максимальная производительность — два миллиона операций в секунду).

Выбор именно этого микроконтроллера обоснован следующим. Микроконтроллеры имеют обширный набор инструкций, что облегчает программирование на низком уровне (например, поддерживаются операции над отдельными битами). ISP-технология ускоряет отладку и облегчает разработку, аппаратная поддержка SPI интерфейса позволяет подключать флэш-память без дополнительного протокола. 2 Кбайт встроенной EEPROM  можно использовать для хранения информации, сохранность которой должна быть обеспечена независимо от наличия внешнего питания. 16-х линий ввода/вывода вполне достаточно для реализации описываемой системы.

Сторожевой таймер гарантирует работоспособность системы при воздействии сильных электромагнитных помех, которые могут привести к зависанию контроллера. Сторожевой таймер представляет собой независимую подсистему в микроконтроллере, которая каждые N тактов проверяет состояние одного бита в статус-регистре микропроцессора. Если этот бит, установлен, происходит сбрасывание микроконтроллера в начальное состояние, а если сброшен, — устанавливается в 1 и проверка прекращается. Соответственно выполняемая программа должная с периодичностью не более N тактов сбрасывать этот бит. Если этого не происходит, значит, работа микроконтроллера была нарушена внешней помехой и при следующем срабатываний сторожевого таймера микроконтроллер будет сброшен в начальное состояние.

Структурная схема микроконтроллера PIC16F870-4/IP приведена на рис.4.4 [10].

Проведем анализ приведенных характеристик ЭРЭ на предмет их соответствия заданным условиям работы изделия.

Рис 4.4 Структурная схема микроконтроллера PIC16F870-4/IP

Заданный температурный диапазон -10…+60С. Очевидно, что все элементы удовлетворяют данному требованию, т.к. их интервалы рабочих температур шире заданного. То же имеем и с диапазоном давлений и относительной влажностью воздуха – задано 80% влажность, а большинство элементов работают при влажности до 98%.

4.2 Выбор материалов конструкции

Выбор материалов конструкции производится согласно требованиям, изложенным в ТЗ. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:

  •  иметь малую стоимость;
  •  легко обрабатываться; 
  •  быть легкими;
  •  обладать достаточной прочностью и жесткостью;
  •  сохранять свои физико-химические свойства в процессе эксплуатации;
  •  удовлетворять требованиям технической эстетики; 

Приступая к проектированию прибора, конструктор, прежде всего, должен выбрать материал деталей, определить параметры их изготовления и способы соединения, как сборочных единиц, так и в сборке прибора и его устройств. Выбор материала на начальной стадии проектирования характерен как для машиностроения, так и для приборостроения [11].

Техническая характеристика и работоспособность приборов во многом зависит от правильности выбора материалов для отдельных деталей. В приборостроении применяют обширную номенклатуру технических материалов. Специфика их работы состоит в том, что они испытывают разнообразные внешние воздействия: механическую нагрузку, электрические и магнитные поля, световые потоки, радиационное облучение и т.д. Часто эти факторы действуют одновременно, поэтому при выборе материалов для отдельных деталей приборов приходится учитывать до 20-30 характеристик разных свойств материалов.

При выборе материала для детали прибора необходимо предварительно сформулировать требования, к материалу исходя из конкретных условий работы данной детали, представить весь ее технологический цикл обработки и влияние этого цикла на характеристики собираемого материала [11]. Все применяемые в приборостроении материалы делят на металлические и неметаллические. Металлические в свою очередь, подразделяют на конструкционные сплавы общего назначения (черные и цветные металлы) и специальные сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные материалы, сплавы с малым и заданным температурным коэффициентом расширения, сплавы с особыми упругими свойствами и т.д.). Неметаллическими могут быть материалы органического и неорганического происхождения. К первым относятся пластмассы и волокнистые изоляционные материалы, ко вторым стекла, слюда, керамика. Иногда классифицируют материалы по их применению: оптические, контактные, смазочные и т.д.

Покрытия в приборостроении помогают улучшить характеристики применяемых в приборостроении материалов. Детали с покрытиями лучше противостоят вредному действию коррозийно-агрессивных сред, атмосферы, изнашиванию, циклическим контактным нагрузкам и т.д.. Они имеют хорошие декоративные свойства. По выполняемым функциям покрытия подразделяют на защитные, защитно-декоративные, декоративные и специальные. По виду наносимого материала – на металлические, неметаллические, неорганические, неметаллические полимеры и лакокрасочные. Особое место среди покрытий занимает покрытие для защиты от коррозии.

ГОСТ 9.306-5 на покрытия металлические и неметаллические органические классифицирует покрытия по способу получения, функциональным и декоративным свойствам, а также способу дополнительной обработки покрытия. Покрытия классифицирую еще в зависимости от условий эксплуатации.

При выборе покрытий следует учитывать изменение размеров деталей, а так же изменение свойств материала детали в процессе нанесения покрытий и разность потенциалов между металлом покрытия и деталью, и между покрытиями сопрягаемых деталей.

Корпус должен обеспечивать требуемую жесткость и прочность при малой массе, поэтому в процессе его производства чаще всего  применяют прокат толщиной до 2мм в виде листов, лент, гнутых профилей из сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов [11]. Рассмотрим марки некоторых типовых представителей номенклатуры материалов, применяемых в производстве корпусов.

Сталь 10 КП ГОСТ 1050-74 – низкоуглеродная, конструкционная, высокой пластичности; хорошо сваривается и деформируется в холодном состоянии. Применяется для изготовления статически умеренных нагруженных деталей и узлов, когда при их производстве необходимы значительные пластические деформации: гибка, высадка, холодная штамповка, обработка и др.

Наиболее высокопластичный из алюминиевых сплавов – альминиево-марганцовый АМц ГОСТ 4784-74, обладающий повышенной коррозийной стойкостью. Как и другие алюминиевые сплавы, он в три раза легче стали; для обеспечения мягкости и вязкости при штамповке и гибки применяется в отожженном состоянии; рекомендуется для изготовления деталей, когда необходима высокая пластичность и свариваемость.

Более прочный и более жесткий,  чем АМц, сплав Д16 используется в виде плакированных листов (при изготовлении они покрываются с двух сторон тонкими листами мягкого коррозийно-стойкого алюминия). Из Д16 производятся несущие конструкции, постоянно не соприкасающиеся в морской водой, воспринимающие средний механические нагрузки и работающие при нормальных температурах.

Титан обладает высокой прочностью и жесткостью , сравнимой с твердостью стали, коррозийно стоек (последнее свойство выше чем у нержавеющей стали), почти в два раза легче стали. Однако в морской воде в контакте с медными сплавами и нержавеющей сталью подвержен электрохимической коррозии. Его теплопроводность в 4 раза ниже, чем у стали, электропроводность – в  30 раз слабее, чем у меди. Для штамповки применяют листы марки ВТ1-0 ОСТ1 90013-71, причем изготовление деталей несущей конструкции затрудняется из-за быстрого износа оборудования. Стоимость титана и его сплавов значительно выше стоимости стали. ВТ1-0 применяют для изготовления несущих конструкций, к которым предъявляют требования высокой прочности, коррозионной стойкости, а также производства элементов, работающих в условиях высоких температур до 573о…623оК.

Пресс-материал АГ-4 ГОСТ 20437-75 производится на основе модифицированной феноло-формальдегидной смолы и минерального наполнителя. В зависимости от  последнего материал выпускается в виде спутанного волокна или ленты, покрытых смолой. АГ-4 имеет высокие механические и электрические свойства, мало зависящие от температуры и влажности; из него изготавливают детали РЭС, работающие при повышенной влажности и температуре, требующие высокой механической прочности и электроизоляции, элементов, эксплуатируемых в условиях тропического климата.Основную роль в несущей конструкции ССД играет корпус, в связи с этим прочность конструкции будет зависеть от материала корпуса. Обычно ответственные детали несущих конструкций выполняют из сталей.

Для этих целей используется сталь углеродистая качественная конструкционная марок 05,08, 10, 15, 10, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60, с содержанием углерода от 0,06 до 0,65 %. Обозначение марки соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. По степени раскисления выпускается сталь спокойная (в обозначении не указывается) полуспокойная – пс марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс, и кипящая – кп марок 05кп, 10кп, 15кп, 20кп.

Поставляется горячекатаная и калиброванная – круглая, квадратная, шестигранная, в виде листов, полос, лент, проволоки и др.

По качеству отделки поверхности выпускается материал следующих групп:

  •  I – особо высокой отделки – холоднокатаный, поверхность без следов коррозии и цветов побежалости, Rа 0,8…1,6, на лицевой стороне дефекты не допускаются;
  •  II – высокой отделки – холоднокатаный, без следов коррозии, цвета побежалости не более 50 мм от края;
  •  III – повышенной отделки – холоднокатаный, поверхность без следов коррозии, допускаются цвета побежалости по всей поверхности;
  •  IV – обычной отделки – горячекатаный, поверхность травленая или не травленая, допустимы следы изгиба, общая рябизна, тонкий не отделившийся слой окалины;

При листовой штамповке предусмотрены стали: по способности вытяжки для глубокой – Г и нормальной – Н вытяжки, при требовании контроля штампуемости – ШТ.; по точности проката – лист нормальный – Б и повышенной – А точности; по плоскостности – особо высокой – ПО, высокой – ПВ, улучшенной – ПУ и нормальной – ПН точности. Исходя из вышеуказанного запишем сортамент и марку стали для изготовления корпуса:

     Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

Лист 5-II – Г-10КП ГОСТ 16523-70  - лист холоднокатаный, нормальной точности (Б), нормальной плоскостности (ПН) толщина 1,5 мм из стали категории 5 по контролируемым свойствам, качество поверхности по группе II , для глубокой вытяжки (Г) марка стали 10КП, свойства и качество поверхности по ГОСТ 16523-70.

Их анодных покрытий по стали наибольшее применение нашли цинковое и кадмиевое, которые защищают сталь от коррозии. У цинкового покрытия скорость коррозии в промышленной атмосфере ниже, чем у кадмиевого и составляет 1…1,5 мкм/год. Покрытие обладает декоративными свойствами, цвет серый или серебристо-серый. Хроматирование увеличивает декоративность, цвет зеленовато-желтый с радужными оттенками или черный с зеленоватым оттенком (черное хроматирование).

Выбор материалов для производства печатной платы нашего устройства необходимо производить исходя из условий его эксплуатации и условий проведения испытаний на прочность.

Материал печатной платы должен обладать механической прочностью на изгиб и растяжение. Кроме этого материал печатной платы должен иметь диапазон рабочих температур не меньший, чем у всего устройства.

В качестве материала для печатной платы следует выбрать стеклотектстолит на эпоксидной основе т.к. он обладает лучшими параметрами по следующим показателям (см. таблицу 4.8):

  •  Относительная диэлектрическая проницаемость;
  •  Тангенс угла диэлектрических потерь;
  •  Объемное удельное сопротивление;
  •  Интервал рабочих температур;
  •  Коэффициент теплопроводности;
  •  Тепловой коэффициент линейного расширения;

Таблица 4.8 – Параметры материалов печатных плат

Параметр

Гетинакс

Текстолит на капроновой основе

Стеклотектстолит на эпоксидной основе

1

2

3

4

Плотность без фольги, кг/м3

1300…1400

1300…1500

1600…1900

Относительная диэлектрическая проницаемость

4,5…6

4,5…6

5…6

Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте f=106 Гц

0,008…0,02

0,03…0,04

0,005…0,02

Объемное удельное сопротивление, Ом*см

1012…1014

1012…1014

1014…1015

Интервал рабочих температур, оС

-60…+80

-60…+70

-60…+100

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)

0,25…0,3

0,23…0,34

0,34…0,74

ТКЛР, 10-6 К-1

22

22

8…9

Печатные платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-2-35Г.

При выборе припоя следует учитывать , что припой должен быть легкоплавким, недорогим и технологичным. Кроме этого припой должен обладать хорошей адгезией к меди, а также иметь малое переходное сопротивление. Выберем наиболее распространенный оловянно -свинцовый припой марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Характеристики этого припоя приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 – Характеристика припоя марки ПОС. – 61

Характеристика

Значение

Температура полного расплавления, 0С

190

Электросопротивление, мкОм/м

0,12

Прочность паяемых соединений, МПа

30…40

Для электрических соединений между платой и другими элементами, а также между элементами устройства необходимо использовать провода. Они должны быть изолированными, для предотвращения коротких замыканий и коррозии. Выберем в качестве такового провод марки МНВ, который является стойким к воздействию влаги и повышенной температуры.

Проанализировав ТЗ на наше изделие делаем вывод о том, что панель должна иметь не только защитное, но и декоративное покрытие, должна быть довольно прочной, т.к. входит в состав несущей конструкции. Для этой цели лучше подходит сплав алюминия с медью и магнием (дюралюминий), который обладает хорошей обрабатываемостью давлением, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью и прочностью. Сортамент – лист Д16 АТ – 2,0 ГОСТ 21631-76. Буква А в обозначении говорит о том, что лист из алюминиевого сплава с нормальным плакированием, Т - закаленная и, естественно, состаренная. Цифра 2,0 – толщина в мм. Для защитных покрытий по алюминию и его сплавам рекомендуется: Ан. Окс. хром гр ж, Ан. Окс. хром, Ан. Окс. нхр, Ан. Окс. ч. Для защитно-декоративных покрытий – Ан. Окс. краситель, Аноцвет 351, краситель.

Анодно-оксидное покрытие – защитное покрытие пленкой окислов основного материала, полученной в электролите. Свойства пленки зависят от основного материала и электролита.Покрытия по алюминию и его сплавам имеют пористое строение и сравнительно высокую твердость. При наполнении красителями возможно получение широкой гаммы цветов. Следовательно, для передней панели применим анодно-оксидное покрытие с добавкой черного красителя. В конструкции системы санкционированного доступа необходимо использовать крепежные винты. Т. к. винт имеет резьбу, то сталь должна быть повышенной износостойкости, прочной, а так же с достаточной вязкостью сердцевины. Этим требования соответствует среднеуглеродистая качественная сталь 45. После изготовления детали ее необходимо закалить в масле и отпустить, или закалить токами высокой частоты.

Сортамент – стальной горячекатаный прокат диаметром 14мм. Покрытие должно защищать винт от механических воздействий, обладать стойкостью к окислительной атмосфере, обладать высокой износостойкостью и декоративными свойствами. Этими свойствами обладает хромовое покрытие, которое является катодным по отношению к сталям и защищает их механически. Для эстетического вида этому покрытию необходимо придать светло-серый цвет (молочный). Обозначение этого покрытия – Хмол 9.

Материалы, применяемые в данной конструкции, сведены в таблицу 4.10:

Выбранные материалы являются унифицированными и их номенклатура ограничена до минимально возможной, чтобы обеспечить применение типовых технологических процессов и малую себестоимость конструкции.

Таблица 4.10 –  Применяемые материалы

Наименование детали

Марка материала

Покрытие

Корпус

Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

М9.Н6.Х

Печатная плата

СФ-2-35Г

ПОС- 61 ГОСТ 21931-76

Крепежные винты

Пруток Ст.45 ГОСТ 1050-74

Хмол 9

4.2 Выбор материалов конструкции

Выбор материалов конструкции производится согласно требованиям, изложенным в ТЗ. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:

иметь малую стоимость;

легко обрабатываться;

быть легкими;

обладать достаточной прочностью и жесткостью;

сохранять свои физико-химические свойства в процессе эксплуатации;

удовлетворять требованиям технической эстетики; 

Приступая к проектированию прибора, конструктор прежде всего должен выбрать материал деталей, определить параметры их изготовления и способы соединения как сборочных единиц, так и в сборке прибора и его устройств. Выбор материала на начальной стадии проектирования характерен как для машиностроения, так и для приборостроения [11].

Техническая характеристика и работоспособность приборов во многом зависит от правильности выбора материалов для отдельных деталей. В приборостроении применяют обширную номенклатуру технических материалов. Специфика их работы состоит в том, что они испытывают разнообразные внешние воздействия: механическую нагрузку, электрические и магнитные поля, световые потоки, радиационное облучение и т.д. Часто эти факторы действуют одновременно, поэтому при выборе материалов для отдельных деталей приборов приходится учитывать до 20-30 характеристик разных свойств материалов.

При выборе материала для детали прибора необходимо предварительно сформулировать требования, к материалу исходя из конкретных условий работы данной детали, представить весь ее технологический цикл обработки и влияние этого цикла на характеристики собираемого материала [11]. Все применяемые в приборостроении материалы делят на металлические и неметаллические. Металлические в свою очередь, подразделяют на конструкционные сплавы общего назначения (черные и цветные металлы) и специальные сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные материалы, сплавы с малым и заданным температурным коэффициентом расширения, сплавы с особыми упругими свойствами и т.д.). Неметаллическими могут быть материалы органического и неорганического происхождения. К первым относятся пластмассы и волокнистые изоляционные материалы, ко вторым стекла, слюда, керамика. Иногда классифицируют материалы по их применению: оптические, контактные, смазочные и т.д.

Покрытия в приборостроении помогают улучшить характеристики применяемых в приборостроении материалов. Детали с покрытиями лучше противостоят вредному действию коррозийно-агрессивных сред, атмосферы, изнашиванию, циклическим контактным нагрузкам и т.д.. Они имеют хорошие декоративные свойства. По выполняемым функциям покрытия подразделяют на защитные, защитно-декоративные, декоративные и специальные. По виду наносимого материала – на металлические, неметаллические, неорганические, неметаллические полимеры и лакокрасочные. Особое место среди покрытий занимает покрытие для защиты от коррозии.

ГОСТ 9.306-5 на покрытия металлические и неметаллические органические классифицирует покрытия по способу получения, функциональным и декоративным свойствам, а также способу дополнительной обработки покрытия. Покрытия классифицирую еще в зависимости от условий эксплуатации.

При выборе покрытий следует учитывать изменение размеров деталей, а так же изменение свойств материала детали в процессе нанесения покрытий и разность потенциалов между металлом покрытия и деталью, и между покрытиями сопрягаемых деталей.

Корпус должен обеспечивать требуемую жесткость и прочность при малой массе, поэтому в процессе его производства чаще всего  применяют прокат толщиной до 2мм в виде листов, лент, гнутых профилей из сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов [11]. Рассмотрим марки некоторых типовых представителей номенклатуры материалов, применяемых в производстве корпусов.

Сталь 10 КП ГОСТ 1050-74 – низкоуглеродная, конструкционная, высокой пластичности; хорошо сваривается и деформируется в холодном состоянии. Применяется для изготовления статически умеренных нагруженных деталей и узлов, когда при их производстве необходимы значительные пластические деформации: гибка, высадка, холодная штамповка, обработка и др.

Наиболее высокопластичный из алюминиевых сплавов – альминиево-марганцовый АМц ГОСТ 4784-74, обладающий повышенной коррозийной стойкостью. Как и другие алюминиевые сплавы, он в три раза легче стали; для обеспечения мягкости и вязкости при штамповке и гибки применяется в отожженном состоянии; рекомендуется для изготовления деталей, когда необходима высокая пластичность и свариваемость.

Более прочный и более жесткий,  чем АМц, сплав Д16 используется в виде плакированных листов (при изготовлении они покрываются с двух сторон тонкими листами мягкого коррозийно-стойкого алюминия). Из Д16 производятся несущие конструкции, постоянно не соприкасающиеся в морской водой, воспринимающие средний механические нагрузки и работающие при нормальных температурах.

Титан обладает высокой прочностью и жесткостью , сравнимой с твердостью стали, коррозийно стоек (последнее свойство выше чем у нержавеющей стали), почти в два раза легче стали. Однако в морской воде в контакте с медными сплавами и нержавеющей сталью подвержен электрохимической коррозии. Его теплопроводность в 4 раза ниже, чем у стали, электропроводность – в  30 раз слабее, чем у меди. Для штамповки применяют листы марки ВТ1-0 ОСТ1 90013-71, причем изготовление деталей несущей конструкции затрудняется из-за быстрого износа оборудования. Стоимость титана и его сплавов значительно выше стоимости стали. ВТ1-0 применяют для изготовления несущих конструкций, к которым предъявляют требования высокой прочности, коррозионной стойкости, а также производства элементов, работающих в условиях высоких температур до 573о…623оК.

Пресс-материал АГ-4 ГОСТ 20437-75 производится на основе модифицированной феноло-формальдегидной смолы и минерального наполнителя. В зависимости от  последнего материал выпускается в виде спутанного волокна или ленты, покрытых смолой. АГ-4 имеет высокие механические и электрические свойства, мало зависящие от температуры и влажности; из него изготавливают детали РЭС, работающие при повышенной влажности и температуре, требующие высокой механической прочности и электроизоляции, элементов, эксплуатируемых в условиях тропического климата.

Основную роль в несущей конструкции ССД играет корпус, в связи с этим прочность конструкции будет зависеть от материала корпуса. Обычно ответственные детали несущих конструкций выполняют из сталей.

Для этих целей используется сталь углеродистая качественная конструкционная марок 05,08, 10, 15, 10, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60, с содержанием углерода от 0,06 до 0,65 %. Обозначение марки соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. По степени раскисления выпускается сталь спокойная (в обозначении не указывается) полуспокойная – пс марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс, и кипящая – кп марок 05кп, 10кп, 15кп, 20кп.

Поставляется горячекатаная и калиброванная – круглая, квадратная, шестигранная, в виде листов, полос, лент, проволоки и др.

По качеству отделки поверхности выпускается материал следующих групп:

  •  I – особо высокой отделки – холоднокатаный, поверхность без следов коррозии и цветов побежалости, Rа 0,8…1,6, на лицевой стороне дефекты не допускаются;
  •  II – высокой отделки – холоднокатаный, без следов коррозии, цвета побежалости не более 50 мм от края;
  •  III – повышенной отделки – холоднокатаный, поверхность без следов коррозии, допускаются цвета побежалости по всей поверхности;
  •  IV – обычной отделки – горячекатаный, поверхность травленая или не травленая, допустимы следы изгиба, общая рябизна, тонкий не отделившийся слой окалины;

При листовой штамповке предусмотрены стали: по способности вытяжки для глубокой – Г и нормальной – Н вытяжки, при требовании контроля штампуемости – ШТ; по точности проката – лист нормальный – Б и повышенной – А точности; по плоскостности – особо высокой – ПО, высокой – ПВ, улучшенной – ПУ и нормальной – ПН точности. Исходя из вышеуказанного запишем сортамент и марку стали для изготовления корпуса:

     Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

Лист 5-II – Г-10КП ГОСТ 16523-70  - лист холоднокатаный, нормальной точности (Б), нормальной плоскостности (ПН) толщина 1,5 мм из стали категории 5 по контролируемым свойствам, качество поверхности по группе II , для глубокой вытяжки (Г) марка стали 10КП, свойства и качество поверхности по ГОСТ 16523-70.

Их анодных покрытий по стали наибольшее применение нашли цинковое и кадмиевое, которые защищают сталь от коррозии. У цинкового покрытия скорость коррозии в промышленной атмосфере ниже, чем у кадмиевого и составляет 1…1,5 мкм/год. Покрытие обладает декоративными свойствами, цвет серый или серебристо-серый. Хроматирование увеличивает декоративность, цвет зеленовато-желтый с радужными оттенками или черный с зеленоватым оттенком (черное хроматирование).

Выбор материалов для производства печатной платы нашего устройства необходимо производить исходя из условий его эксплуатации и условий проведения испытаний на прочность.

Материал печатной платы должен обладать механической прочностью на изгиб и растяжение. Кроме этого материал печатной платы должен иметь диапазон рабочих температур не меньший, чем у всего устройства.

В качестве материала для печатной платы следует выбрать стеклотектстолит на эпоксидной основе т.к. он обладает лучшими параметрами по следующим показателям (см. таблицу 4.8):

  •  Относительная диэлектрическая проницаемость;
  •  Тангенс угла диэлектрических потерь;
  •  Объемное удельное сопротивление;
  •  Интервал рабочих температур;
  •  Коэффициент теплопроводности;
  •  Тепловой коэффициент линейного расширения .

Таблица 4.8 – Параметры материалов печатных плат

Параметр

Гетинакс

Текстолит на капроновой основе

Стеклотектстолит на эпоксидной основе

1

2

3

4

Плотность без фольги, кг/м3

1300…1400

1300…1500

1600…1900

Относительная диэлектрическая проницаемость

4,5…6

4,5…6

5…6

Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте f=106 Гц

0,008…0,02

0,03…0,04

0,005…0,02

Объемное удельное сопротивление, Ом*см

1012…1014

1012…1014

1014…1015

Интервал рабочих температур, оС

-60…+80

-60…+70

-60…+100

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)

0,25…0,3

0,23…0,34

0,34…0,74

ТКЛР, 10-6 К-1

22

22

8…9

Печатные платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-2-35Г.

При выборе припоя следует учитывать , что припой должен быть легкоплавким, недорогим и технологичным. Кроме этого припой должен обладать хорошей адгезией к меди, а также иметь малое переходное сопротивление. Выберем наиболее распространенный оловянно -свинцовый припой марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Характеристики этого припоя приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 – Характеристика припоя марки ПОС. – 61

Характеристика

Значение

Температура полного расплавления, 0С

190

Электросопротивление, мкОм/м

0,12

Прочность паяемых соединений, МПа

30…40

Для электрических соединений между платой и другими элементами, а также между элементами устройства необходимо использовать провода. Они должны быть изолированными, для предотвращения коротких замыканий и коррозии. Выберем в качестве такового провод марки МНВ7, который является стойким к воздействию влаги и повышенной температуры.

Проанализировав ТЗ на наше изделие делаем вывод о том, что панель должна иметь не только защитное, но и декоративное покрытие, должна быть довольно прочной, т.к. входит в состав несущей конструкции. Для этой цели лучше подходит сплав алюминия с медью и магнием (дюралюминий), который обладает хорошей обрабатываемостью давлением, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью и прочностью. Сортамент – лист Д16 АТ – 2,0 ГОСТ 21631-76. Буква. А в обозначении говорит о том, что лист из алюминиевого сплава с нормальным плакированием, Т - закаленная и, естественно, состаренная. Цифра 2,0 – толщина в мм.

Для защитных покрытий по алюминию и его сплавам рекомендуется: Ан. Окс. хром гр ж, Ан. Окс. хром, Ан. Окс. нхр, Ан. Окс. ч. Для защитно-декоративных покрытий – Ан. Окс. краситель, Аноцвет 351, краситель.

Анодно-оксидное покрытие – защитное покрытие пленкой окислов основного материала, полученной в электролите. Свойства пленки зависят от основного материала и электролита.

 Покрытия по алюминию и его сплавам имеют пористое строение и сравнительно высокую твердость. При наполнении красителями возможно получение широкой гаммы цветов. Следовательно, для передней панели применим анодно-оксидное покрытие с добавкой черного красителя.

В конструкции системы санкционированного доступа необходимо использовать крепежные винты. Т. к. винт имеет резьбу, то сталь должна быть повышенной износостойкости, прочной, а так же с достаточной вязкостью сердцевины. Этим требования соответствует среднеуглеродистая качественная сталь 45. После изготовления детали ее необходимо закалить в масле и отпустить, или закалить токами высокой частоты.

Сортамент – стальной горячекатаный прокат диаметром 14мм. Покрытие должно защищать винт от механических воздействий, обладать стойкостью к окислительной атмосфере, обладать высокой износостойкостью и декоративными свойствами. Этими свойствами обладает хромовое покрытие, которое является катодным по отношению к сталям и защищает их механически. Для эстетического вида этому покрытию необходимо придать светло-серый цвет (молочный). Обозначение этого покрытия – Хмол 9.

Материалы, применяемые в данной конструкции, сведены в таблицу 4.10:

Выбранные материалы являются унифицированными и их номенклатура ограничена до минимально возможной, чтобы обеспечить применение типовых технологических процессов и малую себестоимость конструкции.

Таблица 4.10 –  Применяемые материалы

Наименование детали

Марка материала

Покрытие

Корпус

Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

М9.Н6.Х

Печатная плата

СФ-2-35Г

ПОС- 61 ГОСТ 21931-76

Крепежные винты

Пруток Ст.45 ГОСТ 1050-74

Хмол 9

5.Выбор и обоснование методов и способов по защите замка от внешних воздействий

5.1 Выбор и обоснование способов по защите от коррозий ,влаги, электрических пробоев и нагрузок.

В процессе эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры под влиянием внешней среды происходит разрушение металлов и сплавов. Это явление называется коррозией. Оно заключается в окислении металла и превращении его в соответствующее химическое соединение [11].

Для защиты металлов конструкции от коррозии, получения требуемой декоративной отделки или придания поверхностному слою необходимых свойств применяются различные виды покрытий.Покрытия подразделяются по назначению на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначаются для защиты основного материала деталей  от коррозии и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.Защитно-декоративные покрытия используются для защиты от вредного влияния окружающей среды деталей, требующих красивой внешней отделки.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают основной материал деталей от влияния особых сред.

В зависимости от способа получения покрытия и материала различают металлические и неметаллические покрытия.

К металлическим относятся следующие покрытия: гальванические, нанесенные горячим способом, диффузионные и металлические на диэлектриках.

К неметаллическим относятся покрытия эмалями, лаками, грунтовками. К ним же можно отнести и противокоррозионные покрытия пластмассами.

Покрытия выбираются в зависимости от функционального назначения деталей, материала, способа изготовления и условий дальнейшей эксплуатации.

Специальные покрытия обладают следующими свойствами: улучшение светопоглощающей или отражательной способности поверхности, улучшение электропроводности, а также многими другими.

Гальванические покрытия представляют собой пленки, осаждаемые на металле при выделении из растворов солей металлов под действием электрического тока. Вследствие этого, деталь покрывается чистыми металлами и сплавами.

Химическое покрытие представляет пленку определенного химического состава, которая образуется на поверхности металла в результате действия на него химических реагентов. Наибольшее распространение получили окисные и фосфатные пленки.

Цинковое покрытие применяют для защиты деталей от коррозии. Оно обладает высокими защитными свойствами в атмосферных условиях. Имеет серебристобелый цвет. Обладает средней твердостью, выдерживает изгибы. Оно не пригодно для деталей, работающих на трение, плохо подвергается пайке и сварке.

Кадмиевое покрытие применяют для защиты деталей, эксплуатируемых в среде насыщенной морскими испарениями и в морской воде. Имеет серебристобелый цвет. Оно мягкое, обладает высокой эластичностью, хорошо паяется и сваривается. Его применяют для деталей из стали, меди и ее сплавов, требующих плотной сборки, хорошей притираемости с одновременной защитой от коррозии.

Никелевое покрытие применяют для защитной, защитно-декоративной и специальной отделки стальных, медных и алюминиевых деталей, контактных пружин и токопроводящих деталей из меди и ее сплавов. Покрытия противостоят действию слабых кислот и щелочей.

Хромовое покрытие применяют для защитно-декоративной отделки деталей и повышения их износостойкости. Это покрытие имеет прочное сцепление с основным металлом, отличается высокой твердостью и термостойкостью, хорошо полируется. Многослойное хромовое покрытие применяют для повышения коррозионной стойкости, а также для деталей, требующих специальной декоративной обработки.

Серебряное покрытие применяется для токонесущих и контактирующих деталей, работающих при трении под токами высокой частоты. Его можно легко паять с применением бескислотного флюса, оно обладает хорошим сцеплением с основным металлом, хорошо полируется. Для декоративного эффекта отделки применяют оксидирование серебряного покрытия в черный цвет.

Окисное химическое покрытие стали применяют для защиты деталей от коррозии и их декоративной отделки только в условиях умеренного климата внутри помещения. Цвет пленки — черный с синеватым или коричневым оттенком. Для нержавеющих и высоколегированных сталей, деталей, имеющих паяные швы, окисные покрытия не применяются.

Фосфатное покрытие применяют для защиты деталей от коррозии, получения электроизоляционного слоя на трансформаторных пластинах. Это покрытие применяют для защиты от коррозии деталей, работающих внутри помещения, а также как грунтовку под лакокрасочное покрытие для эксплуатации в атмосфере.

Лакокрасочные покрытия основаны на образовании пленки из органического вещества и пигмента, определяющего цвет покрытия. Эти покрытия, нанесенные на поверхность металла в виде одного или нескольких слоев эмали или лака, после высыхания образуют непрерывные защитно-декоративные пленки. Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями эксплуатации, материалом покрываемого изделия, качеством и цветом его поверхности, требуемой точности покрытия, допустимой температурой сушки изделия.

Для улучшения внешнего вида покрытия, заполнения всех неровностей и углублений применяют шпаклевку [11]. Она должна прочно приставать к грунту, легко шлифоваться, быть достаточно эластичной и при сушке не давать трещин. Для гладко обработанных деталей шпаклевка не применяется.

 Последующие слои краски и эмали, наносимые на загрунтованную или зашпаклеванную поверхность, придают покрытию устойчивость и улучшают внешний вид изделия.

Для получения глянца на окрашенной поверхности, применяют лакировку. Дополнительной лакировкой придают лакированной поверхности зеркальный блеск.

Исходя из вышеуказанных требований и разновидности покрытия можно сделать вывод о том, что для нашего устройства, в качестве защитного покрытия можно выбрать лакокрасочное покрытие эмалью МЛ--12 ГОСТ 9754-76. Оно применяется для деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе умеренного климата, а также промышленной атмосфере. Эта эмаль сушится при температуре 120 градусов, наносится краскораспылителем на предварительно загрунтованную поверхность. В качестве грунтовки используется химическое оксидное покрытие. Оно используется для деталей сложной сварной конфигурации.

Обеспечение заданной прочности конструкции при минимальной массе выполняется с помощью следующих конструктивных решений:

  •  выбором наиболее прочных материалов;
  •  обеспечением равнопрочности сечений элемента конструкции путем удаления малонагруженного материала;
  •  обеспечение        равнопрочности          сечений   элемента конструкции благодаря одинаковому сечению детали при работе на растяжение/сжатие или равнопрочности сечения при изгибе;
  •  выбором конструкции с максимальным моментом сопротивления;
  •  заменой    работы  элементов  конструкции  на изгиб работой на растяжение/сжатие;
  •  дополнительным   креплением  узлов и компонентов с помощью держателей, клея, мастик, заливкой пенопластом и т. д.

Проблема обеспечения электрической прочности РЭА, особенно актуальна для мощной аппаратуры, в которой используются высокие питающие напряжения, а также для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.

Явление образования под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. Напряжение такого пробоя зависит от природы, окружающей диэлектрик среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнений на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу (например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений.

Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства. При массовом производстве необходимо использовать высокопроизводительные методы: обволакивание, опрессовки полимерами, обработку корпусных деталей штамповкой, прессованием, литьем под давлением.

5.2 Выбор способов и методов теплозащиты ,герметизации , вибро и экронирования

5.2.1 Выбор способов теплозащиты

Теплозащитой называется создание таких условий при которых количество тепла, рассеиваемое РЭС в окружающую среду будет равно мощности тепловыделения аппаратуры Теплозащита необходима для того чтобы аппаратура нормально функционировала в заданном диапазоне температур Причина отказов аппаратуры при отсутствии теплозащиты заключается в различных физических процессах которые при повышении температуры либо развиваются лавинообразно либо приводят к усиленному старению материалов поэтому при проектировании устройства особое внимание нужно уделять защите его от воздействия тепла те. обеспечить тепловой режим устройства Для этого выбирают способ охлаждения элементы и устройства охлаждения оценивают вероятность обеспечения заданного теплового режима [12] Для выбора способа охлаждения рассмотрим какие виды охлаждения существуют

Отвод тепла от нагретой поверхности элементов конструкции может производиться

контактным способом (за счет теплопроводимости);

естественным воздушным охлаждением;

жидкостным охлаждением;

испарением жидкости;

за счет использования эффекта Пельтье;

за счет излучения

Сущность контактного способа состоит в том что от нагретой части конструкции тепло передается через контакт к более холодной которая в свою очередь может таким же путем передавать тепло к еще более холодной части или той части конструкции которая обладая лучшими условиями отдачи тепла в окружающую среду обеспечит хороший теплообмен Качество контактного способа теплообмена зависит от ряда факторов Прежде всего важно качество контакта между двумя поверхностями частей конструкции которое определяется его электрическим сопротивлением Чем меньше электрическое сопротивление контакта тем меньше его термическое сопротивление и следовательно тем лучше осуществляется передача тепла Если охлаждающая часть конструкции не имеет условий для хорошего теплообмена с окружающей средой то использовать ее для охлаждения теплонагруженной части нельзя Чем меньше теплопроводимость охлаждающей части конструкции тем больше времени понадобится для устранения процесса теплообмена Охлаждающая часть конструкции обычно выполняется из меди или алюминия Недостаток  этого способа охлаждения заключается в том что охлаждающая часть конструкции может сама перегреваться и контакт с ней будет перегреваться Этот способ охлаждения можно применять для отвода тепла от наиболее теплонагруженных элементов схемы (мощных транзисторов и микросхем) но не для охлаждения всей аппаратуры

К естественному воздушному охлаждению относится охлаждение внешней средой поверхности прибора вентиляция естественным проникающим через плоскость прибора окружающим воздухом и естественно испарительное охлаждение испарениямиЕстественное охлаждение прибора осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха омывающего наружные стенки приборного корпуса Естественная вентиляция осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха поступающего во внутреннюю полость прибора Отверстие закрывают стенкой перфорированным листом или жалюзи В сравнении с другими видами охлаждения естественная вентиляция благодаря своей простоте имеет значительное преимущество Однако возможности такой вентиляции ограниченны рассеиванием тепла с единицы поверхности прибора Кроме того этот способ охлаждения применим лишь в том случае если внешнее давление окружающей среды не ниже чем 56000Па К принудительному охлаждению относится принудительная продувка внутренней зоны прибора воздухом наружный обдув его поверхности перемешивание воздуха внутри герметичного прибора

Принудительная вентиляция осуществляется потоком холодного воздухах с необходимым скоростным напором Напор воздуха создается вентиляторами или встречным потоком воздуха при движении объекта Такая вентиляция может быть местной или общейПервая осуществляется вентиляторами установленными внутри прибора в местах наибольшего выделения тепла или непосредственно у входных или выходных вентиляторных отверстий вторая при подключении комплекса приборных стоек к общей вентиляционной системе По характеру работы принудительная вентиляция делится на приточную вытяжную и приточно-вытяжную Приточная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха очищенного от пыли и нормальной влажности. При этом нагретый воздух вытесняется из прибора естественно через выходные отверстия

Вытяжная вентиляция осуществляется вытяжкой нагретого воздуха из прибора со свободным замещением его более холодным При этом воздух поступающий снаружи, должен быть очищен от пыли для чего входные отверстия покрывают пылезащитным фильтром Этот вид вентиляции по сравнению с предыдущей более эффективен так как вентилятор работает в среде более холодного а следовательно более плотного воздуха Приточновытяжная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха с одновременной вытяжкой из него нагретого воздуха Этот способ более эффективен но сложен по исполнению

Недостатками методов охлаждения (принудительного) является использование вентиляторов что увеличивает габариты и вес конструкции увеличивает ее сложность

Жидкостное охлаждение используется в тех случаях когда необходимо интенсифицировать теплоотвод при одновременном снижении уровня шума

Жидкий хладоген имеет более высокий коэффициент теплоотдачи те его скорость может быть снижена, что влечет за собой снижение уровня шума. Однако поглощение выделенной теплоты окружающей средой требует применение жидкостно-воздушного теплообмена создающего шум, но расположенного вне охлаждаемого объекта Уровень шума можно уменьшить, используя теплообменник типа, жидкость Хладоген в жидкостных системах может быть изолирован от охлаждаемых элементов и транспортироваться с помощью трубопроводов либо непосредственно омывать охлаждаемый элемент.В качестве таких жидкостей в настоящее время применяются фторорганические жидкости Фреоны позволяют осуществить теплоотвод при сравнительно низких температурах Недостатком жидкостных систем охлаждения является их высокая сложность, а также и стоимость

В жидкостных испарительных системах охлаждения отвод тепла осуществляется за счет циркуляции охлаждающей жидкости через специальные каналы в шасси блоков через радиаторы а также каналы образованные в корпусах приборов

Теплоотвод за счет излучения возможен только в теплопрозрачных средах В жидкости он практически отсутствует При излучении тепловая энергия переносится электромагнитными волнами Количество  энергии отводимой излучением пропорционально четвертой степени температуры тела Для увеличения интенсивности теплоотвода излучением можно увеличивать площадь излучения степень черноты поверхности или температуру поверхности излучающих компонентов

Способ охлаждения изделия ЭВА выбирается по графику на (рисунке 6.1). За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения принимается плотность теплового потока.

Рисунок 6.1 Рекомендации по выбору способа охлаждения, проходящего через поверхность теплообмена

                    , оС

          100             1                      2                         3

           

                  

0              500       1000          1500            ,  Вт/см2

Из графика:  

1 - естественное воздушное охлаждение;

2 - естественное или принудительное охлаждение;

3 - принудительное охлаждение.

При расчете теплового режима исходим из данных ТЗ и некоторых дополнительных допущений:

  •  температура корпуса ССД считается изометрической, т.е. одинаковой в различных частях;
  •  величину однородных коэффициентов теплоотдачи всех внутренних поверхностей ССД считаем одинаковой;
  •  суммарная мощность P, рассеиваемая в блоке P =  3Вт;
  •  диапазон возможного изменения температуры окружающей среды Тсmax, Tcmin; (Из раздела 1 имеем: Tcmax=60°C, Tcmin= минус 10°C);
  •  пределы измерений давления окружающей среды Pmax, Pmin; из ранее сказанного имеем Pmax=106.7кПа, Pmin=84кПа;
  •  время непрерывной работы T; будем считать, что режим работы длительный, т. е. T велико;
  •  допустимые температуры элементов Ti;
  •  коэффициент заполнения блока Kv=0,65;
  •  размеры корпуса электронного блока согласно ТЗ: L1=205 мм, L2=140 мм, L3=35 мм.

Определим площадь условной поверхности теплообмена:

 ,

               (6.1)

где L1, L2, L3- соответственно длина, ширина и высота блока; Kv - коэффициент заполнения объёма корпуса.

(6.2)

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

,

    (6.3)

     где P-суммарная мощность, рассеиваемая блоком с поверхности теплообмена; Kp - коэффициент, учитывающий давление воздуха. Для указанного диапазона давлений; Kp=1.

Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев элементов в блоке:

dT=Ti min-Tc ,

                                   (6.4)

где   Ti min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента; Tc - температура окружающей среды.

Для естественного охлаждения:

Tc=Tc max

   (6.5)

Согласно данным, приведённым в подразделе 4.1, наименее теплостойкими  элементами  являются  конденсаторы  типа  К50-27  и К50-35. Для них Tmax=75°С.

Таким образом:

dTc=75-40=35°C

Далее,  используя  график  зависимости  dTc=f(q),  приведённый  на рисунке 6.1, выбираем предпочтительный способ охлаждения.

Рассчитанным выше значениям q и dT соответствует область, для которой целесообразно применение естественного воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения системы санкционированного доступа выбираем естественное воздушное охлаждение. Такое охлаждение является наиболее простым, надёжным и дешёвым способом охлаждения и осуществляется без затрат дополнительной энергии.

5.2.2 Выбор способов и методов герметизации

Герметизацияизоляция от воздействия внешней среды По назначению герметизация делится на следующие группы [14]

  •  пылезащитная;
  •  водозащитная;
  •  влагозащитная;
  •  вакуумная

Пылезащитная герметизация предназначена для защиты узлов и блоков аппаратуры от проникновения в них пылиПроникающая способность мелкодисперсной пыли достаточно большая и швы защищаемой конструкции должны быть достаточно плотными

Водозащитная герметизация для обычных условий эксплуатации выполняется без больших затруднений Если объект рассчитывается для работы при повышенном давлении воды то получение водонепроницаемой конструкции усложняется с увеличением давления Водонепроницаемая конструкция обладает хорошей теплозащитой

Влагозащитная герметизация рассчитывается на такую плотность швов при которой они не должны пропускать влажного воздуха

Вакуумная герметизация предполагает защиту от влажного воздуха но и от агрессивных сухих газов Такая защита является наиболее сложной и дорогостоящей

Так как наше устройство имеет климатическое испытание УХЛ по ГОСТ 1515069 то герметизацию от воды и агрессивных сухих газов можно не производить Нам необходимо провести только влагозащитную герметизацию

Для обеспечения надежности функционирования РЭА при воздействии влаги требуется применять влагозащитные конструкции которые разделяются на две группы монолитные и полые [15] Монолитные пленочные оболочки используются в основном как технологическая защита без корпусных элементов подлежащих герметизации в составе блока а также компонентов с улучшенными частотными свойствами Монолитные оболочки из органических материалов выполняющие функции несущих конструкций изготавливается методом опрессовки пропитки обволакивания и заливки

В нашем же случае не нужно предусматривать применение влагозащитных конструкций так как все элементы нашей схемы и конструкции выдерживают воздействия относительной влажности до   98 %

5.2.3 Выбор способов и методов виброзащиты

В процессе производства эксплуатации и хранения РЭА могут испытывать те или иные механические динамические воздействия которые качественно делятся на удары вибрации и линейные ускорения

Под вибрацией РЭС обычно понимают длительные знакопеременные процессы в ее конструкции которые влияют на работу РЭА [16]

Ударкратковременное воздействие сопровождающееся колебанием системы на частоте в момент удара а после негона собственной частоте конструкции

Линейные ускорения характерны для всех объектов движущихся с переменной скоростью 

Защита РЭА от механических воздействий осуществляется следующими группами методов

  •  уменьшается интенсивность источников механических воздействий (путем балансировки виброизоляции самого источника механических воздействий);
  •  уменьшение величины передаваемых РЭА воздействий (путем его виброизоляции демпфирования устранения резонанса);
  •  использование более прочных и жестких компонентов и узлов

Методы первой группы применяют специалисты по транспортным средствам

Методы второй и третьей группы используют конструкторы РЭА но методы активной виброзащиты имеют ограниченное применение при высокой сложности технических решений

Виброизоляция осуществляется путем установки между РЭА и основанием упругих опор образующих вместе с конструкцией РЭА сложную колебательную систему которая обладает свойствами демпфирования которое заключается в погашении механических колебаний за счет трения в материале конструкции упругой опоры (резине поролоне вибропоглащающем покрытии) сочленение амортизатора (сухом демпфере) Частотная селекция механических колебаний заключается в том что система виброизоляции в за резонансной области является фильтром нижних частот а при совпадении собственной частоты системы и частоты внешних воздействий приходит в резонансный режим

Наиболее перспективным и распространенным способом демпфирования конструкций РЭА является одноили двухсторонняя заливка или введение высокоэффективных вибропоглащающих материалов в структуру несущих оснований [16] Эти способы основаны на способности материалов этого вида рассеивать большое количество энергии при растяжении изгибе или сдвиге за счет упругих свойств. К недостаткам данных способов относятся следующие факторы худшая ремонтопригодность при заливке худший теплоотвод от залитых  элементов сильная зависимость демпфирующих свойств от температуры возможность возникновения больших внутренних напряжений в компаунде при изменении температуры изменение свойств полимеров при воздействии радиации

Так как устройство управления эксплуатируется в стационарных условиях, то предполагаем, что для обеспечения виброзащиты необходимо  применение виброизоляторов.

5.2.4 Выбор способов и методов экронирования

Между двумя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга могут возникнуть электромагнитные связи через

  •  электрическое поле;
  •  магнитное поле;
  •  электромагнитное поле излучения;
  •  провода соединяющие эти цепи

Поэтому при конструировании РЭА возникают следующие задачи

  1.  разрабатываемая аппаратура не должна мешать нормальному действию окружающей ее аппаратуры за исключением случаев принципиальной невозможности осуществления этого;
    1.  в разрабатываемой аппаратуре должны быть приняты меры к тому чтобы окружающая аппаратура ей не мешала

Для решения первых двух задач необходимо встраивать помехоподавляющие  элементы (экраны фильтры развязывающие цепи) во все вероятные источники наводки Это гарантирует отсутствие наводок не только на данное устройство но и на все остальные

Подавление паразитных наводок сводится к полному устранению или устранению до допустимых величин паразитных связей между источниками и приемниками наводок

Способы такого ослабления элементарны

  •  размещение вероятных источников и приемников наводок на максимально возможном расстоянии друг от друга;
  •  правильная взаимная ориентация их деталей и контуров;
  •  сведение к минимуму их сопротивлений которые могут оказаться в цепях;
  •  изъятие посторонних проводов которые могут связать источник и приемник и тд

При недостаточности всех этих средств и мер приходится прибегать к экранированию

Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в пределах определенного пространства достигаемая путем преграждения распространения ее всеми возможными способами и средствами

Различают магнитостатическое и электромагнитное экранирование и экранирование от  электрических полей Магнитостатическое экранирование предназначено для защиты от постоянного тока и медленно изменяющегося переменного магнитного поля с помощью  экранов изготовленных из ферромагнитных материалов (пермоллоя или стали) с большой относительной магнитной проницаемостью При наличии такого  экрана линии магнитной индукции проходят в основном по его стенкам которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с воздушным пространством внутри  экрана Качество экранирования зависит от магнитной проницаемости экрана. Этот вид экранирования используется редко [17]

Электромагнитное  экранирование применяется для защиты от переменного высокочастотного магнитного поля и производится с помощью экранов изготовленных из немагнитных и ферромагнитных металлов Оно основано на использовании того же явления магнитной индукции которое приводит к возбуждению наведенных ЭДС и токов

Экранирование полей выполняется с помощью листового металлического экрана соединенного с корпусом прибора Физический смысл этого вида  экранирования заключается в создании короткого замыкания на корпус для большей части паразитной емкости имеющейся между экранируемыми друг от друга точками Качество  экранирования сильно зависит от качества соединения экрана с корпусом прибора и частей  экрана друг с другом

Особенно важно не иметь соединительных проводов между частями  экрана и корпусом Эффективность  экранирования электрического поля не зависит от толщены и материала  экрана Причиной  этого является незначительная величина токов текущих по экрану

В процессе эксплуатации ССД будет подвергаться воздействию различных факторов, отрицательно влияющих на его надёжность. К ним относятся: нагрев и охлаждение, изменение давления, влажности, химического и биологического состава среды, попадание пыли и песка, находящихся в земной атмосфере, солнечная и искусственная радиация, вибрации и удары. Для повышения надёжности блока необходимо в той или иной степени защитить его от воздействия этих факторов. Таким образом, выбранные способы и методы защиты следующие:

  •  защитное покрытие корпуса –  эмаль МЛ –12  ГОСТ 9754-76;
  •  охлаждение системы санкционированного доступа –   естественное воздушное охлаждение;
  •  для обеспечения виброзащиты – применение виброизоляторов.

6 Расчетная часть

                        6.1 Расчет надежности

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия в основном закладывается в процессе его  конструирования     и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. Опираясь на выше сказанное,  следует определять необходимость специальных мер для повышения или стабилизации показателей надежности.

В зависимости от назначения устройства и условий его эксплуатации, надежность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Для конкретных же объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Применительно к разрабатываемому устройству наиболее  часто употребляются следующие показатели надежности:

  •  вероятность безотказной работы  -  вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет;
  •  средняя наработка на отказ  -  отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки
  •  заданная наработка  (заданное время безотказной работы) - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций;
  •  интенсивность отказов  -  вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицу времени после заданного момента времени при условии, что до этого отказ не возникал. Другими словами - это число отказов в единицу времени отнесенное к среднему  числу элементов, исправно работающих в данный момент времени.

Посредством этих понятий можно судить о надежностных характеристиках проектируемого устройства. Произведем расчет надежности по [23], приняв следующие допущения:

  •  отказы случайны и независимы;
  •  учитываются только внезапные отказы;
  •  имеет место экспоненциальный закон надежности.

Последнее допущение основано на том, что для аппаратуры, в которой имеют место только случайные отказы, действует экспоненциальный закон распределения - закон Пуассона - и вероятность работы в течение времени  равна:

(8.42)

Учитывая то что с точки зрения надежности все основные функциональные узлы и элементы в изделии соединены последовательно и значения их надежностей не зависят друг от друга, т.е. выход из строя одного элемента не меняет надежности другого и приводит к внезапному отказу изделия, то надежность изделия в целом  определяется как произведение значений надежности для отдельных  элементов:

,

(8.43)

С учетом (8.42) получим:

,

  (8.44)

где - интенсивность отказов - го элемента с учетом режима и условий работы, .

Учет влияния режима работы и условий эксплуатации изделия при расчетах производится с помощью поправочного коэффициента  - коэффициента эксплуатации и тогда  в формуле (8.44) выразится как:

,

 (8.45)

где  - интенсивность отказов - го элемента при лабораторных условиях работы и коэффициенте электрической нагрузки .

Для точной оценки  нужно учитывать несколько внешних и внутренних факторов: температуру корпусов элементов; относительную влажность; уровень вибрации, передаваемый на элементы и т.д. С этой целью может быть использовано следующее выражение:

,

(8.46)

где - поправочный коэффициент, учитывающий - ый фактор; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности;  - поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий.

Все  определяются из справочных зависимостей и таблиц, где они приведены в виде  и , как объединенные   с  и  с .

После этого можно определить значение суммарной интенсивности отказов элементов изделия по формуле:

,

 (8.47)

 где  - число элементов в группе;  - интенсивность отказа элементов в -ой группе, ;  - коэффициент эксплуатации элементов в -ой группе;  - общее число групп.

Исходные данные по группам элементов, необходимые для расчета показателей надежности приведены в таблице 8.3:

Таблица 8.3 –  Справочные и расчетные данные об элементах конструкции

Наименование комплектующего или полуфабриката

Кол-во элем. в гр. nj

Спр-е знач. λ01, х10-6 1/ч

К1,2

К3,4

Кэ

Знач. λj, x10-6 1/ч

nj·λj  x10-6 1/ч

Знач. τj, ч

Произв. nj·τj·λj, x10-6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Элементы коммутации:

Разъем (30 штырей)

1

6,0

0,5

1,07

0,54

3,21

3,21

2

6,42

Микросхемы:

цифровые 4-й ст.инт-ции

1

0,6

3,0

1,07

3,21

1,93

1,93

0,5

0,96

цифровые 3-й ст.инт-ции

3

0,5

3,0

1,07

3,21

1,61

4,82

0,5

2,41

аналоговые 1-й ст.инт-ции

4

0,45

4,0

1,07

4,28

1,93

7,70

1,2

9,24

Резисторы:

постоянные

57

0,05

0,7

1,07

0,75

0,04

2,13

0,5

1,07

переменные

2

0,5

0,3

1,07

0,32

0,16

0,32

1,2

0,39

Конденсаторы:

электролитические

7

0,55

0,15

1,07

0,16

0,09

0,62

0,5

0,31

керамические

19

0,05

0,2

1,07

0,21

0,01

0,20

1,1

0,22

Диоды и стабилитроны:

стабилитроны

1

0,9

1,2

1,07

1,28

1,16

1,16

0,5

0,58

маломощные

5

0,2

1,2

1,07

1,28

0,26

1,28

0,4

0,51

светодиоды

1

0,7

1,1

1,07

1,18

0,82

0,82

0,6

0,49

Продолжение табл. 8.3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

транзисторы

23

0,45

0,25

1,07

0,27

0,12

2,77

0,8

2,21

терморезистор

1

0,2

0,3

1,07

0,32

0,06

0,06

0,4

0,03

дроссель

2

0,2

1,1

1,07

1,18

0,24

0,47

1,4

0,66

динамик

1

0,3

0,7

1,07

0,75

0,22

0,22

1

0,22

микрофон

1

0,25

0,6

1,07

0,64

0,16

0,16

0,5

0,08

кварцевый резонатор

1

0,37

0,4

1,07

0,43

0,16

0,16

0,5

0,08

плата

1

0,2

1

1,07

1,07

0,21

0,21

3

0,64

соединение пайкой

513

0,04

1

1,07

1,07

0,04

21,96

0,5

10,98

провод монтажный

5

0,3

1,5

1,07

1,61

0,48

2,41

0,3

0,72

несущая конструкция

1

3

1

1,07

1,07

3,21

3,21

1

3,21

При составлении таблицы 8.3 коэффициенты электрической нагрузки ЭРЭ были определены из следующих соображений:

  •  для резисторов и конденсаторов максимальное напряжение 12 В;
  •  для транзисторов максимальное напряжение 12 В и максимальный ток 20 мА;
  •  для платы, соединений пайкой, и корпуса Кэ=1.

Воспользовавшись данными таблицы 8.3 по формуле (8.47) можно определить суммарную интенсивность отказов , 1/час.

Далее найдем среднюю наработку на отказ , применив следующую формулу:

  (8.48)

Итак, имеем:

часов.

Вероятность безотказной работы определяется исходя из формулы  (4.3.15), приведенной к следующему виду:

,

  (8.49)

где t= 1000 часов - заданное по ТЗ время безотказной работы.

Итак, имеем:

Среднее время восстановления определяется последующей формуле:

,

 (8.50)

где - вероятность отказа элемента i-ой группы; - случайное время восстановления элемента i-ой  группы, приближенные значения которого указаны в таблице 8.3.

Подставив значения в формулу (8.50), получим среднее время восстановления:

ч-1

Далее можно определить вероятность восстановления по формуле:

,

  (8.51)

где TB=4ч. – заданное время восстановления. Следовательно, по формуле (8.51) определим , что больше   .

Таким образом, полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надежности, так как при заданном времени непрерывной  работы    ч проектируемый блок будет работать с вероятностью . При этом он будет иметь среднюю наработку на отказ ч и вероятность восстановления,  следовательно. Следует отметить, что расчетная вероятность безотказной работы меньше заданной, но расчет производился при условии работы ССД при t = 60 оС, при средней рабочей температуре 25 оС  вероятность безотказной работы будет в пределах нормы. Поэтому дополнительных мер по повышению надежности разрабатываемого устройства не требуется.

6.2 Расчет массы габаритных характеристик размеров электронного кодового замка

Масса РЭС, применяемых в ССД приведена в таблице 8.1.

Таблица 8.1 – Масса РЭС системы санкционированного доступа

Вид элемента и основная характеристика

Тип, типономинал

Масса, г

Кол-во

1

2

3

4

Конденсаторы

22-470 пФ

К10-17

0,25

5

10-22 нФ

К10-17

0,3

3

0,01-0,22 нФ

К10-17

0,35

10

15 нФ

К10-43

2,3

1

1-47 мкФ

К50-27

1

5

470 мкФ

К50-35

2,4

1

1000 мкФ

К50-35

3,2

1

Транзисторы

КТ 6114

0,25

21

КТ 6115

0,25

1

КП 505

0,25

1

Диоды

КД 209А

0,5

7

КД 247А

0,5

2

КД 522А

0,15

9

Стабилитрон

КС 456А

1

1

Светодиод

АЛ 336К

0,35

1

Процессор

PIC16F870-4/4ip

6,8

1

Микросхемы

КР 1554 ИР33

4,8

3

КР 1436 УН1

1,92

1

КР1181ЕН12А

2

1

КР 1180 ЕН5А

0,25

1

Продолжение табл. 8.1

1

2

3

4

К140 УД12

1,92

1

Дроссель

ДР 100 мГн

0,7

2

Терморезистор

TR519

0,5

1

Разъем

ЖРВИ 3-30

12

1

Кварцевый резонатор

HC4/U

1

1

Динамик

0,5ГДШ-35

100

1

Микрофон

МКЭ-333

2,4

1

Общий вес РЭС составляет 175г. Вес ЭРЭ, устанавливаемых на плату, будет составлять 60,6г. Т.е. за вычетом разъема, динамика и микрофона. Массу печатной платы можно определить, зная плотность материала, из которого она изготавливается и ее размер:

,

 ( 8.1)

где  r - плотность материала печатной платы, для стеклотекстолита 1,6 г/см 3;

      A, B, h – соответственно длина, ширина и толщина печатной платы, см.

Однако, помимо массы РЭС необходимо учесть массу устанавливаемых деталей конструкции: корпуса, проводов, несущих конструкций, элементов крепления и т.д. Она составляет около 854,1г. Таким образом, масса разрабатываемого нами устройства составляет:

Му = МЭРЭ + МППдет = 175+19,4+854,1=1048,5 (г)

Расчетное значение массы устройства не превышает заданное значение mmax =1,5кг.

6.3 Расчет эргономических и инженерно – психологических характеристик электронного кодового замка

7 Разработка структуры системы санкционированного доступа

8   Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

8.1   Обоснование объема продаж и расчетного периода

Система санкционированного доступа  предназначено для ограничения доступа посторонних лиц в подъезды жилых домов.

Разработанное устройство ориентировано на рынок устройств автоматизации. Причем, имеется ввиду рынок стран СНГ и Балтии. Потребность в таких устройствах существует, прежде всего, у частных  потребителей. Можно даже рассчитывать на появление спроса со стороны зарубежных производителей подобного рода продукции. Поэтому проект признается высокорентабельным и доходным.

Лучшей методикой технико-экономического обоснования будет сравнение разрабатываемого устройства с аналогом зарубежных стран производителей по единовременным и экспериментальным затратам. Эти затраты определяют себестоимость и цену продукта. Значительно снизить цену устройства можно, используя в производстве не только отечественные комплектующие и материалы, но и зарубежные, включая комплектующие и материалы производства стран СНГ. Достигнув оптимальных соотношений “ цена-качество”, можно заставить конкурентов оставить эту нишу рынка. По этим причинам методика сравнения выявит реальную экономическую эффективность. Большой разрыв в ценах (не менее 50% цены аналога) необходим для случая, если во время  начала производства проектируемого устройства на рынке появится новый аналог этих производителей.

Таким образом, можно прогнозировать появление аналогов с лучшим, чем у своих прототипов, соотношения “цена-качество”, не опасаясь ошибиться в расчетах экономической эффективности с помощью данной методики. Исследование рынка  сбыта позволило определить реальный объем продаж 10 000 штук в каждый год расчетного периода, который составит 4 года. Расчет произведен на 22.03.2004 года.

10.2  Определение себестоимости и отпускной цены  единицы изделия

Расчёт затрат по статье “Сырьё и материалы за вычетом возвратных отходов” представлен в таблице 10.1

Таблица 10.1 – Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы

Наименование

Материала

Ед.

изм.

Цена, руб.

Норма расхда

Сумма,  руб

Стеклотекстолит

м2

8000

0,02

160

Припой ПОС-61

кг

7000

0,04

280

Хлорное железо

кг

1500

0,05

75

Флюс ЛТИ-120

кг

1400

0,07

98

Лак УР-231

кг

4360

0,03

130,8

Спирт этиловый

л

3900

0,04

156

Краска маркировочная

кг

5500

0,06

330

ИТОГО:

1229,8

Стоимость материалов с транспортно-заготовительными расходами равняется 1243,32 рублей; возвратные отходы составят 12,43 рублей при Ктр=1,1%

Расчёт затрат по статье “Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера” представлен в таблице 10.2

Таблица 10.2 – Расчёт затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

Наименование комплектующих

Кол-во, шт

Цена, руб.

Сумма, руб

Резисторы

С2-33Н

57

95

5415

СП5-16ВА

2

740

1480

Конденсаторы

К10-17

19

510

9690

К10-43

1

990

990

Продолжение таблицы 10.2

К50-27

4

470

1880

К50-35

2

590

1180

Транзисторы

КТ 6114

21

215

4515

КТ 6115

1

215

215

КП 505

1

515

515

Диоды

КД 209А

7

105

735

КД 247А

2

215

430

КД 522А

9

155

1395

Стабилитроны

КС 456А

1

1100

1100

Светодиоды

АЛ 336К

1

260

260

Микроконтроллер

PIC 16F870-4/4ip

1

5900

5900

Микросхемы

КР 1554 ИР33

3

1590

4770

КР 1436 УН1

1

2310

2310

КР 1181 ЕН12А

1

1400

1400

КР 1180 ЕН5А

1

1700

1700

К140 УД12

1

1590

1590

Дроссели

ДР 100 мГн

2

250

500

Терморезисторы

TR519

1

315

315

Разъем

ЖРВИ 3-30

1

1300

1300

Резонатор кварцевый

HC4/U

1

510

510

Динамик

0,5ГДШ-35

1

1620

1620

Микрофон

МКЭ-333

1

730

730

Всего:

52445

Стоимость комплектующих с транспортно-заготовительными расходами (К=1,15)

60311

Расчёт затрат по статье “Основная заработная плата производственных рабочих” представлен в таблице 10.3

Таблица 10.3 – Расчет основной заработной платы производственных рабочих по видам работ

Вид работы

(операция)

Разряд работы

Часовая тарифная ставка р/ч

Норма времени по операции, нормо-час

Расценка

(прямая зарплата), р.

1. Заготовительные

III

275,5

0,2

55,1

2. Механо-обрабатываемые

III

275,5

0,15

41,32

3. Фрезерные

III

275,5

0,1

27,55

4. Гальванические

IV

343,44

0,2

68,69

5.Сборочно-монтажные

V

380,63

0,4

152,25

6.Регулировка

VI

415,63

0,5

207,81

Итого

552,72

Премия (27%)

165,816

Всего с премией  

718,54

Расчёт затрат по статье “Дополнительная заработная плата основных производственных рабочих” осуществляется по формуле

,  

(10.1)

где HД – процент дополнительной заработной платы производственных рабочих, равный 20 %.

Тогда дополнительная заработная плата производственных рабочих

Зд = 718,54 · 0,2=143,71 рублей.

Расчёт затрат по статье “Отчисления в Фонд социальной защиты населения”

Согласно действующему законодательству ставка отчислений составляет 35%, тогда затраты по этой статье равны

РСОЦ = (718,54 + 143,71) · 0,35 = 301,79 рублей.

Расчёт единого налога  от фонда оплаты труда

РНО = (115,8 + 23) · 0,05 = 7 р.

Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции представлен в таблице 10.4:

Таблица 10.4 – Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Наименование статей затрат

Услов-ное обоз.

Значение,

Руб.

Примечание

1

2

3

4

1. Сырье и материалы за вычетом отходов

Рм

1243,32

см табл.10.1

2. Покупные  комплектующие изделия, полуфабрикаты

Рк

60311

см. табл.10.2

3. Основная заработная плата производственных рабочих

Зо

718,54

см. табл.10.3

4. Дополнительная заработная плата производственных рабочих

Зд

143,71

Зд=Зо20%

5. Отчисление органам социальной защиты и в фонд занятости

Рсоц

301,79

Рсоц=(Зо+Зд)35%

6. Единый налог от фонда оплаты труда

Рно

7

Рно =(Зо+Зд)*Нно

7.  Общепроизводственные расходы

Робп

1293,97

Робп=Зо180%

8.  Общехозяйственные расходы

Робх

1437,08

Робх= о200%

9. Прочие производственные расходы

Рпр

14,37

Рпр=Зо2%

Производственная себестоимость

Спр

65542,63

Спр=Рм+Рк+Зо+ +Зд+Рсоц+Рчн+ +Робп+Робх+ Рпр

10.  Коммерческие расходы

Рком

1966,28

Рком=45550,53 3/100%

Полная себестоимость

Сп

67508,91

Сп =Спр+Рком

Продолжение таблицы 10.4

11. Плановая прибыль на единицу продукции

Пед

16877,22

Пед=46917,04 25/100 %

12. Оптовая цена предприятия

Цопт

84386,14

Цопт=Сп+Пед

13.  Отчисления в местный бюджет

Омб

970,44

Омб=Цопт 1,15/100

14.  Отчисления в республиканские фонды

Орб

2560,69

Орб = (Цопт + Омб) 3/ 100

Итого Ц*

Ц*

87917,27

Ц* = Цопт + Омб + Орб

15.  Налог на добавочную стоимость (НДС- 18%)

Ндс

15825,11

НДС = Ц* 18/100%

Отпускная (свободная) цена

Цотп

103472,3

Цотп= Ц* + Ндс

10.3  Расчет стоимостной оценки затрат

Затраты в сфере производства включают единовременные предпроизводственные затраты (Кппз) и  капитальные вложения  в производственные фонды завода-изготовителя (КВ).

Расчет  предпроизводственные затрат

Затраты на НИОКР и освоение производства согласно данным предприятия–разработчика составили Кппз = 25 500 000 рублей.

Расчет единовременных  капитальных вложений

Единовременные капитальные вложения расчитываются по формуле

КВ = Кок + Кос,

   (10.2)

                                                                                                                                                     где Кок – капитальные вложения в основной капитал; Кос – капитальные вложения в оборотный капитал.                               

    Расчет капитальных вложений в основной капитал осуществляется по формуле:

                Кок = Коб + Кзд + Кло + Кинс + Кпр,

(10.3)

где   Коб – капитальные  вложения в технологическое оборудование; Кзд – капитальные  вложения в здания; Кло – капитальные  вложения в лабораторное и нестандартное оборудование; Кинс -  капитальные вложения  в инструмент и технологическую оснастку, включаемые в основные фонды;          Кпр -  прочие  капитальные вложения;      

    Оборудование, необходимое для производства продукции, представлено в таблице 10.5                             

 Таблица 10.5 –   Оборудование, необходимое для производства изделия

Вид работы

(операция)

Норма времени по операции, нормо-час

Наименование оборудования

Отпускная цена единицы оборудования,

р.

Площадь, занимаемая единицей оборудования, м2

1. Подготовительная операция

0,03

Сборочный стол

800 000

6

2. Установка элементов на печатную плату

0,1

Сборочный стол

600 000

6

Продолжение таблицы 10.5

3. Пайка волной

0,05

Установка пайки волной

3 200 000

12

4. Контроль печатной платы

0,02

Сборочный стол

650 000

6

5. Разводка проводов внутри корпуса

0,1

Монтажный стол

550 000

8

6. Распайка проводов

0,3

Монтажный стол

700 000

8

7. Контроль

0,02

Стол для контроля

345 000

6

8. Изготовление передней панели

0,02

Монтажный стол

450 000

8

9. Сборка