64118

Технологія зборки та монтажу плати блоку біжучого рядка на світлодіодах

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Яскрава картинка яка динамічно змінюється привертає увагу і допомагає донести велику кількість інформації використовуючи мінімум простору. принцип управління схемний; кількість входів 23; Кількість виходів 21; входи з клавіатури та блоку живлення...

Украинкский

2014-07-01

363.5 KB

1 чел.

Вступ

       Біжучий рядок – це ефективний та недорогий інформаційний засіб. Яскрава картинка, яка динамічно змінюється привертає увагу і допомагає донести велику кількість інформації використовуючи мінімум простору. Біжучий рядок може мати будь який корпус, колір світіння, тип та розмір шрифту, виводити текст на різних мовах та переміщати його з різною швидкість. Можлива реалізація таких візуальних ефектів, як зупинка тексту на деякий час, зсув зображення вверх або вниз. Завдяки можливості створення шрифтів користувачем, можливий вивід логотипів та графічних образів.

       Біжучий рядок може використовуватись для різного роду обяв , табло в касах попередньої продажі квитків.

       Це табло, як правило виконується на інтегральних схемах та з використанням друкованого монтажу. Друкований монтаж дозволяє зменшити розміри біжучого рядка. Використання інтегральних мікросхем дозволяє підвищити надійність при серійному випуску блока.

       В данному дипломному проекті розробляється конструкторська документація для випуску блоку біжучого рядка на світлодіодах.

1 Найменування  та область використання біжучого рядка на світлодіодах.

        Схема біжучого рядка  призначена для рекламно-інформаційних, розважальних та інших подібних цілей. Однією із вимог, поставлених при його розробці, є максимальна простота використання: текст повідомлення готується на комп’ютері , а потім швидко передається на табло біжучого рядка.
2 Підстави для розробки

2.1 Призначення

Конструкція біжучого рядка  призначена для рекламно-інформаційних, розважальних та інших подібних цілей.

2.2 Склад пристрою:

- Мікросхема К561КП2;

- Мікросхема TD62083;

- Мікроконтролер PIC16F628;

- Резистори;

- Транзистори IRF9520;

- Конденсатори  К10-17Б М47;

- Мікросхема К561ИР2;

– сервісна апаратура: паяльна станція, пробник логічний, вимірювальний прилад;

- комплект конструкторської документації, схема електрична структурна Е1, схема електрична принципова Е3, збіркове креслення, плата друкована, специфікація, пояснювальна записка;

- комплект ЗІП;

2.3 Технічні вимоги:

2.3.1Загальні:

- час роботи пристрою – 8 годин в день;

- електрична міцність повинна відповідати ТУ 425000.01 на схему;

- пристрій повинен працювати в нормальних умовах (Т=5-40С, вологість=75%,Р=730- 780 мм.рт.ст.);

- транспортування тільки в належній упаковці;

- Умови збереження повинні відповідати ТУ 425000.01;

- Вимоги до завадозахищеності, електричного опору, ізоляції повинні відповідати ТУ 425.000.01

- Забезпечення зручності і безпеки експлуатації;

2.3.2 Власні вимоги:

- джерело живлення – 5В;

- рівень логічної 1 дорівнює +5В;

- рівень логічного нуля дорівнює 0,3В.

- принцип управління схемний;

- кількість входів – 23;

- Кількість виходів - 21;

- входи з клавіатури та блоку живлення;

2.4 Вимоги по надійності:

- розрахована надійність не повинна бути меншою від вимог замовника;

- строки виконання розрахунку надійності повинні бути вказані лабораторією  надійності;

- місце випробування пристрою на надійність повинні проводитися в спеціальних лабораторіях;

- час відновлення роботопридатності не більше 30хв;

- міри підвищення надійності виконуються за рахунок резервування.

2.5 Конструктивні вимоги:

- мінімальна номенклатура мікросхем;

- максимальна уніфікація елементів схеми;

- доступність до елементів керування і регулювання ;

- мінімальна кількість органів управління;

- конструкція повинна мати високу технологічність;

- мінімальна кількість органів контролю;

- максимально використовуються стандартизовані та нормалізовані деталі;

- пристрій повинен бути виконаний на одній платі розміром не більше

200 x 150 мм;

- мінімальна номенклатура деталей, які кріплять в вузол.


3 Вибір та опис електричних схем

3.1 Опис схеми електричної структурної (Е1)

На схемі КІСТ 468.239.014 Е1 зображена схема електрична структурна біжучого рядка на світлодіодах. Схема електрична структурна складається з блоку управління, трьох зсувних регістрів та трьох світлодіодних матриць.

Через блок управління інформація потрапляє на світлодіодну матрицю, яка її відображає, зсувний регістр зсуває образ пам’яті на один байт.


3.2 Опис схеми електричної принципової(Е3)

     Починаючи вивід чергового кадру інформації, програма встановлює високий логічний рівень на вхід Е (вивід 6) демультиплексора D2, закриваючи таким чином транзистори VT1-VT8 и гасячи все табло. Далі вона витягує з першого байту нульовий розряд , видаючи його значення на лінію порта RB0 та формує синхронізуючий імпульс на лінії порта RB3. Ця операція повторюється з усіма 96 байтами. Потім на виходах RA0-RA2 формується код, згідно з з’єднанням входу IN мікросхеми D2 з виходом 5. При встановленні низького рівня на її вході 6 рівень напруги на вході 5 стане високим, що відкриє составний транзистор в мікросхемі D3 та польовий транзистор VT1. Цим буде подана напруга живлення на аноди першого ряду світлодіодів.

     Після необхідної витримки операція повторюється з першими розрядами и другим розрядом світлодіодів, а потім з іншими розрядами.

     Закінчивши вивід всього кадру, програма зсуває образ пам’яті  на один байт, а на вільне місце записує інформацію про стан стовпця  світлодіодів, який повинен зявитися  в правій частині табло в наступному кадрі. Досягнувши останнього стовпця зображення символа, лічильник стовпців обнуляєтся и починається вивід наступного символу повідомлення.


4 Технічні вимоги до пристрою

4.1 Обґрунтування вимог до конструкції виробу

Згідно з завданням плата має мати розмір не більше 200 х 150мм. Відповідно з конструкторським розрахунком деякі елементи довелось розмістити з тильної сторони плати, задля дотримання максимальних розмірів друкованої плати.

4.2  Обгрунтування вимог до умов експлуатації

Приміщення, в якому експлуатується блок повинно мати опалення та кондиційоване повітря. Запиленість повітря в приміщенні, де встановлений блок, не повинна перевищувати 75 мкг/м3 при розмірі частинок не більше 3-х мікрон. Конструкція блоку повинна захистити елементи від осідання на них пилу. Джерело живлення блока повинно використовувати 5 В, f=0 Гц. Джерело живлення для ІМС 5 В. В ТУ на схему повинні бути вказані значення показників надійності, які забезпечують цілодобову роботу блока. Такими показниками являються: наробка на збій у годинах, коефіцієнт технічного використання блоку. Повинні бути вказані вимоги до запасних частин. Розрахунок ЗІП повинен проводитись по встановленим нормам. Середній строк служби блоку 3 роки.4.2 Вимоги до технологічності пристрою :

Впроваджений у виробництво технологічний процес повинен бути найбільш економічним з усіх можливих варіантів.

Оптимальним буде такий технологічний процес, у якому використовуються прогресивні прийоми роботи, високопродуктивне устаткування, технологічна оснастка і засоби контролю, типові і нормалізовані технологічні процеси.

Для прискорення технологічного підготування виробництва до випуску нових виробів і зменшення витрат на підготування застосовують типові технологічні процеси. Типізація технологічних процесів полягає у виборі з усього різноманіття чинних технологічних процесів найбільш продуктивного і рентабельного. Пристрій повинен бути технологічним.

4.3 Вимоги до надійності пристрою:

випробування блоку має проводитись у лабораторних умовах при температурі повітря 20°С та атмосферному тиску 730-780 міліметрів ртутного стовпчика і відносною вологістю повітря 65 +, мінус 15%;

для проведення випробувань на надійність потрібен розроблений для цього графік;

прилад повинен працювати протягом 100 000 годин без перебоїв;

для надійності роботи блоку використовують резервування елементів.

електрична міцність ізоляції повинна без пробою витримувати допустимі в ТУ значення напруги і струму;

збільшення міцності ізоляціі по напрузі повинно бути у 1,5-2 рази вище, ніж розрахункове;

по струму: перетин провідників повинен бути таким, щоб щільність струму не перевищувала 10 А на мм2

відстань між елементами та провідниками повинна бути не менше, ніж зазначена у стандартах та ГОСТах.

4.4 Обгрунтування вимог до завадозахищеності  пристрою

При розробці повинні бути передбачені міри захисту від зовнішнього впливу та завад. В ТУ мають бути зазначені максимальні значення електричних і магнітних полів, що не порушують нормальну роботу блоку. Вузли і блоки, що являються джерелами завад повинні мати заходи, що будуть ефективно захищати від впливу завад навколишні елементи. Джерела повинні мати екран, який з'єднується з загальним проводом і землею. Рівень завад, створюваний  в момент ВКЛ, ВИКЛ і роботи не повинен перевищувати затверджених норм, для цього необхідно живлення шунтувати конденсатором.

Перехідний опір в місцях з’єднання не повинен перевищувати 0,004 Ом.

Провідники на друкованій платі повинні мати довжину не більше 10см.

4.5  Обгрунтування вимог до використання комплектуючих елементів

Збіркові одиниці блоку виготовляються із виробів вітчизняного та закордонного виробника без спеціального відбору по вихідним параметрам. Строк зберігання з моменту їх виготовлення не повинен  перевищувати двох років. Комплект елементів, строк  зберігання яких більше 2 років, повинні встановлюватись у кількості не більше 25% від загальної. Забороняється використовувати елементи в режимах і умовах більш тяжких, ніж в зазначених у ТУ на ці елементи.


5 Розрахунки по проекту

5.1.1 Логічний розрахунок RG

  

Регістрами зсуву називаються регістри з послідовним прийомом або видачею інформації. Регістри зсуву можуть виконувати функції зберігання та перетворення інформації з послідовної в паралельну та навпаки. Вони можуть бути використані для побудови помножувачів і дільників чисел двійкової системи числення, тому що зсув двійкового числа ліворуч на один розряд відповідає множенню його на два, а зсув праворуч – поділенню на два.

Регістри зсуву широко використаються для виконання різних часових перетворень цифрової інформації: перетворення послідовної цифрової інформації в паралельний код або перетворення паралельного коду в послідовний. Регістри зсуву можуть служити також як елементи затримки сигналу, представленого в цифровій формі. Дійсно, регістри з послідовним прийомом і виведенням здійснюють затримку передачі інформації на m тактів ( m - число розрядів регістра) машинного часу.

Логічний вираз для кожного з k-го розрядів регистра зсуву можна записати як

Qkt+1 = Qk-1t   -  для зсуву ліворуч (зворотнього зсуву);

Qkt+1 = Qk+1t   -  для зсуву праворуч (прямого зсуву);

Тут  верхній індекс (t та  t+1 ) показує момент часу.

Таким чином, при кожному з тактових сигналів сінхронізації в кожний з розрядів регістру зсуву заноситься значення попереднього (при зсуві ліворуч) або наступного (при зсуві ліворуч) розрядів, при цьому на вхід Q1 для першого випадку або на вхід Qm для другого випадку надходить вхідний сигнал.

Регистр зсуву можна побудувати на базі будь-якого двоступеневого або синхронізованого фронтом синхроімпульсу тригера. Відповідно до таблиці переходів RS-. JK– та D-тригерів, схеми регістрів зсуву показані на рисунку нижче.

          Табл.1. Таблиця переходів тригерів.

Входи

Вихід

RS-тригер

JK-тригер

D-тригер

S

R

J

K

D

Q(t+1)

0

0

0

0

-

Q(t)

0

1

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

-

-

-

x

-

-

1

1

-

В таблиці:  х – заборонений стан.

Таким чином, для запису в k-й розряд регистра потрібно:

  •  для D-тригерів подати на вхід сигнал з виходу попереднього (наступного) розояду;
  •  для RS-тригерів подати на вхід S сигнал з виходу попереднього (наступного) розояду, на вхід Rінвертований сигнал;
  •  для JK-тригерів подати на вхід J сигнал з виходу попереднього (наступного) розояду, на вхід  Kінвертований сигнал.

Розрядність регістрів зсуву, як і у регістрів зберігання, визначається кількістю тригерів, що входять у їх склад. На рисунку 1 наведені схеми 4-розрядних регістрів зсуву, реалізованих на D-, RS- і JK-тригерах, а часові діаграми, що пояснюють роботу регістра зсуву, наведені на рисунку 2.

Виведення паралельної інформації з регістра зсуву здійснюється при підключенні всіх тригерів регістра до окремих виводів. Як було зазначено раніше, регістри зсуву синхронізуються фронтом тактуючих імпульсів, тобто запис нової інформації в тригери регістра відбувається протягом дуже короткого часу - за час тривалості фронту синхроімпульсу, точніше в момент надходження відповідного фронту синхроімпульсу. Звичайно, це “час” значно менше за час поширення сигналу, тобто час перемикання тригера регістра в новий стан. Роботу регістра зсуву розглянемо на прикладі схеми, наведеної на рис. 1, а.

Можна припустити, що на початку всі тригери регістра перебувають у стані логічного нуля, тобто Q0=0, Q1=0, Q2=0, Q3=0. Якщо на вході D-тригера Т1 має місце логічний 0, то надходження синхроімпульсів на входи “С” тригерів не міняє їхні стани.


Малюнок 1. Схеми 4-розрядних регістрів зсуву, реалізованих на

D-тригерах (а), RS- тригерах(б) і JK-тригерах(в).

Малюнок.2. Часова діаграма регістра зсуву.

 

  Як видно, синхроімпульси надходять на відповідні входи всіх тригерів регістра одночасно та записують в них інформацію з інформаційних входів. На інформаційних входах тригерів Т2, Т3, Т4 - рівні логічного “0”, тому що інформаційні входи наступних тригерів з'єднані з виходами попередніх тригерів, що перебувають у стані логічного “0”, а на вхід “D” першого тригера, за умовою приклада, подається “0” із зовнішнього джерела інформації. При подачі на вхід “D” першого тригера “1”, із надходженням першого синхроімпульсу, у цей тригер запишеться “1”, а в інші тригери - “0”, тому що до моменту надходження фронту синхроімпульсу на виході тригера Т1 ще був присутній логічний “0”. Таким чином, у тригер Т1 записується та інформація (той біт), що була на його вході “D” в момент надходження фронту синхроімпульсу й т.д.

  При надходженні другого синхроімпульсу логічна “1” з виходу першого тригера, запишеться в другий тригер, і в результаті відбувається зсув спочатку записаної “1” із тригера Т1 у тригер Т2, із тригера Т2 у тригер Т3 і т.д. Таким чином, відбувається послідовний зсув інформації, що надходить на вхід регістра (у послідовному коді) на один розряд вправо в кожному такті синхроімпульсів.

         Після надходження m синхроімпульсів (m=4) регістр виявляється повністю заповненим розрядами числа, що послідовно вводиться вхід “D”. Протягом наступних чотирьох синхроімпульсів відбувається послідовне порозрядне виведення з регістра записаного числа, після чого регістр виявляється повністю очищеним.


Розрахунок швидкодії та потужності споживання.

Перелік застосованих інтегральних схем:

 Блок керування (БК)

- PIC16F628 (DD1) – однокристальний мікропроцесор;

-К561КП2 (DD2) – КМОП демультиплексор;

-TD62083 (DD3) – 8-розрядний драйвер;

-AT24C512 (DS1) – електрично перезаписуєма пам’ять

          Блок зсувних регістрів

       -К561ИР2 (DD1, 2, 5, 6) – КМОП подвоєний 4-розрядний регістр зсуву;

       -TD62083 (DD3, 4, 7, 8) - 8-розрядний драйвер.

Короткий опис та параметри швидкодії і споживання елементів.

   Однокристальний мікропроцесор PIC16F628 має в своему складі АЛУ, електрично перезаписуєму енергонезалежну пам’ять програм FMP, оперативну пам’ять,  порти вводу-виводу, три таймери, тактовий генератор, блок послідовного інтерфейсу та ін., що дозволяє будувати на ньому схеми контролерів із мінімумом додаткових елементів. Струм споживання мікропроцесора залежить від тактової частоти та приблизно пропорційний їй, згідно довідковим даним струм споживання при напрузі живлення дорівнює : IDD = 3 мА при частоті Fclk = 20 МГц,  IDD = 0,8 мА при частоті Fclk = 4 МГц. При застосованій частоті 16 МГц струм споживання (без врахування навантаження на виходах) дорівнює     ID1.1 = 3·16/20 = 2,4 мА. Час виконання однієї команди, що відповідає часовому інтервалу між сигналами на віході, дорівнює  tk = 8/Fclk = 0,5 мкс.

     8-канальний КМОП демультиплексор К561КП2 призначений для комутації цифрових та аналогових сигналів. Час затримки перемикання каналу не перевищує τкп2 = 0,15 мкс, струм споживання залежить від частоти перемикання та не перевищує  ID1.2 = 1,5 мА на максимальній частоті.

      8-канальний драйвер TD62083 складається із восьми транзисторів (Дарлінгтонів) із відкримим колектором. Час вмикання та вимикання каналу не перевищує τTD = 4 мкс, струм споживання визначається струмом споживання навантаження. Максимальна потужність, що розсіюється інтегральною схемою, дорівнює 0,4 Вт.

      EEPROM (електрично перезаписуєма постійна пам’ять) AT24C512 із послідовним інтерфейсом має ємність 64к 8-розрядних слів. Струм споживання при напрузі живлення 5 В не перевищує  ID1.4 = 3 мА, час циклу запису - τPROM = 10 мкс.

      Подвоєний КМОП 4-розрядний регістр зсуву К561ИР2 призначений для зсуву ліворуч 4-розрядного слова. Час затримки появи сигналу на виході не перевищує τИР2 = 0,12 мкс, струм споживання залежить від такової частоти та опору і ємності навантаження, та не перевищує  ID2.1 = 2 мА на максимальній частоті.

           Розрахунок швидкоії залежить від того, час виконання якої операції схеми потрібно визначити. Наприклад, визначимо час підготовки всіх 32 стовбців матриці світлодіодів. Він складається з часу занесення поточного біта в першу комірку регістра зсуву та виконання одного зсуву, все це півторюється 32 рази. Сигнали запису та зсуву надходять з мікроконтролера, інтервал між поточним та наступним сигналами становить tk = 0,5 мкс. Час виконання операції зсуву регистром  τИР2 = 0,12 мкс, що меньше поперенього значення, таким чином, час запису однієї комірки визначається мікроконтролером. Мінімальний час запису  однієї комірки дорівнює tk  (видача поточного біта) плюс tk (видача імпульсу зсуву), все це треба повторити 32 рази. Ще через τTD = 4 мкс інформація зявиться на виході драйверів. Загальний час оновлення інформації рядка буде не меньшим за

Tр = 2·tk·32 + τTD = 32 + 4 = 36 мкс

Насправді час оновлення буде більшим, тому що запис одного біта в комірку регістра зсуву потребує більше, ніж дві команди мікроконтролера.

      5.1.2  Розрахунок потужності, що споживає блок

      Потужність споживання всього пристрою залежить від того, яка кількість світлодіодів в даний час працює. Якщо всі світлодіоди погашені, то загальний струм схеми визначається тільки струмом споживання всіх мікросхем та не перевищуює:

IП0 = ID1.1 + ID1.2  + ID1.4 + 4·ID2.1 = 2,4 + 1,5 + 3 + 4·2 =  15 мА

Якщо всі світлодіоди горять, то до цього струму додається струм рядка із 32 світлодіодів, кожний з яких потребує 15 мА, всі 8 рядків працюють почергово завдяки дінамічної індикації.

IСД = 32·15 = 480 мА

Загальний максимальний струм споживання складає

IП1 = 15 + 480 ≈ 500 мА = 0,5 А

Зрозуміло, що при виведені текстової інформації струм споживання буде в 2-3 рази меньшим, тому що коефіцієнт заповнення символом одного знакомісця матриці 8х8 не перевищує 50%.

Потужність на виході блока живлення не перевищує 12·0,5 = 6 Вт.

5.2 Конструктивний розрахунок схеми

5.2.1 Дані для розрахунку

- габаритні розміри елементів схеми;

- схема електрична принципова Е3 з переліком елементів;

- коефіцієнт заповнення плати – 0,5;

- густина струму у друкованому провіднику J = 20А/мм2;

- напруга живлення схеми 5В.

5.2.2 Розрахунок конструкції друкованої плати

5.2.2.1 Розрахунок площі, що займає конденсатор К10-17Б-М47 10пФ

Малюнок 1 – Габаритний розмір конденсатора К10-17Б-М47 10пФ

Sкон = L*d,     (4.1)

де L – довжина конденсатора, мм;

d – діаметр конденсатора, мм.

Sкон = 6*4 = 24 мм2

5.2.2.2 Розрахунок площі, що займають всі конденсатори

Sзаг.кон = Sкон*n,                (4.2)

де Sкон – площа одного конденсатору К10-17Б М47 10пФ, мм2;

n – загальна кількість конденсаторів К10-17Б М47 10пФ, шт.

Sзаг.кон = 24*5= 120мм2

 

5.2.2.3 Розрахунок площі, що займає мікросхема К561ИР2

Малюнок 2 – Габаритні розміри мікросхеми К561ИР2

Sтв1 = L*d,                (4.3)

де L – довжина мікросхеми К561ИР2, мм;

d – ширина мікросхеми К561ИР2, мм.

Sтв1 = 19,5*7,5= 146,25 мм2

5.2.2.4 Розрахунок площі, що займають всі мікросхеми К561ИР2

Sзаг.тм2 = Sтм2*n,               (4.4)

де Sтм2 – площа однієї мікросхеми К561ИР2, мм2;

n – загальна кількість мікросхем К561ИР2, шт.

Sзаг.тв1 = 146,25*4= 585 мм2

5.2.2.5 Розрахунок площі, що займає мікросхема TD62083

Малюнок 3 – Габаритні розміри мікросхеми TD62083

STD = L*d,        (4.5)

де L – довжина мікросхеми TD62083, мм;

d – ширина мікросхеми TD62083, мм.

STD = 19,5*7,5 = 146,25 мм2

5.2.2.6 Розрахунок площі, що займають всі мікросхеми TD62083

STD = Sтм2*n,               (4.6)

де Sтм2 – площа однієї мікросхеми TD62083, мм2;

n – загальна кількість мікросхем TD62083, шт.

STD = 146,25*4= 585 мм2

         5.2.2.7 Розрахунок площі, що займають всі мікросхеми

Sзаг.імс = Sзаг.ир2+Sзаг.TD62083                                                 (4.7)

де Sзаг.ир2 – площа, яку займають всі мікросхеми К561ИР2, мм2;

             Sзаг.TD – площа, яку займають всі мікросхеми TD62083, мм2;

Sзаг.імс = 585+585= 1170 мм2

         5.2.2.8 Розрахунок площі, що займають всі елементи

Sзаг = Sзаг.імс + Sзаг.кон,     (4.10)

де Sзаг.імс – загальна площа всіх мікросхем, мм2;

Sзаг.кон – загальна площа всіх конденсаторів, мм2.

Sзаг = 1170+120 = 1290 мм2

5.2.2.9 Розрахунок площі друкованої плати

Sдп = Sзаг/Кз,     (4.11)

де Sзаг – загальна площа всіх елементів на платі, мм2;

Кз – коефіцієнт заповнення плати, приймаємо 0,5.

Sдп = 1290/0,5 = 2580 мм2

5.2.2.10 Визначення розміру друкованої плати

Задаємось однією зі сторін друкованої плати

a = 80 мм

b = Sдп/a,              (4.12)

де Sдп – площа друкованої плати, мм2;

a– одна із сторін друкованої плати, мм.

b= 6726/80 = 84,075 мм

Отже сторона плати

b= 84 мм

Розрахунковий розмір друкованої плати 80х84 мм. Для учбових цілей приймаємо розмір друкованої плати 140х150 мм.

5.2.2.11 Розрахунок ширини у друкованого провідника у вузьких місцях

Необхідний переріз провідника

Sпр = Imax/J,              (4.13)

де Imax – максимальний струм у друкованому провіднику, А;

J – густина струму на завнішньому слої друкованої плати, А/мм2.

Sпр = 0,45/20 = 0,0225 мм2

5.2.2.12 Розрахунок фактичного перерізу провідника

Sф = a*t,              (4.14)

де a – товщина фольги, мм;

t – ширина друкованого провідника плати другого класу точності, мм.

Sф = 0,05*0,5 = 0,025 мм2

5.2.2.13 Визначення діаметру отвору після металізації

do = dв+(0,15÷0,3),              (4.15)

де dв – діаметр виводу навісного елементу, мм.

do = 0,5+0,2 = 0,7 мм

5.2.2.14 Визначення діаметру отвору під металізацію

dп = do+(0,1÷0,15),              (4.16)

де do – діаметр отвору після металізації, мм.

dп = 0,7+0,15 = 0,85 мм

5.2.2.15 Визначення діаметру контактної площадки у вузькому місці

dk = do+c+2*b,             (4.17)

де b – необхідна радіальна товщина контактної площадки у вузькому місці при виготовленні друкованої плати другого класу точності, мм;

  с – допуск, мм.

dk = 0,7+0,1+2*0,1 = 1мм

 

5.2.2.16 Розрахунок товщини друкованої плати

H = do/γ,              (4.18)

де γ – відношення номінального діаметру найменшого з неметалізованих отворів до товщини друкованої плати другого класу точності.

H = 0,85/0,5 = 1,72 мм

 

Висновок: друкована плата виготовляється з двостороннього фольгованого склотекстоліту марки СФ-2-50 офсетокобмінованим негативним методом. Розміри друкованох плати 140х150 мм. Параметри друкованої плати повинні відповідати другому класу точності. Мінімально допустима ширина друкованого провідника - 0,5 мм. Мінімальна відстань між друкованими провідниками – 0,5 мм.

5.3 Розрахунок надійності схеми

Надійність – це властивість виробу виконувати усі задані функціїу визначених умовах експлуатації при збереженні значень основних параметрів у попередньо встановлених межах. Це фізічна властивість виробу, що залежить від кількості і якості елементів, що входять до нього, від умов, у яких воно експлуатується та від ряду інших причин.

5.3.1 Попередній розрахунок надійності

Попередній розрахунок надійності проводиться під час розробки схеми електричної принципової виробу. Попередній розрахунок надійності не включає в себе залежність від навантаження елемента та монтажні з’єднання.

Таблиця 4.1 – Інтенсивність відмов елементів

Назва елементу

Кількість, n,шт.

Інтенсивність відмов, *10-8, 1/год.

Сумарна інтенсивність відмов, 1/год.

Σ = λ0*ni*10-8

ІМС К561ИР2

4

8

32

ІМС TD62083

4

8

32

Конденсатор К10-17Б М47 10пФ

5

0.03

0,15

Сумарна інтенсивність відмов

  Λ0 = ,             (4.19)

де ni – кількість елементів, шт;

λ0– середня інтенсивність відмов елемента, 1/год.

Λ0= (32+32+0,15)*10-8 = 64,15*10-8 1/год.

Середній час наробки на відмову

Т0 = 1/Λ0,     (4.20)

де Λ0 – загальна інтенсивність відмов всіх елементів, 1/год.

Т0= 1/(64,15*10-8) = 0, 24*106год.

Ймовірність безвідмовної роботи схеми протягом заданого часу

P(t) = e-Λ0*t,              (4.21)

де Λ0– загальна інтенсивність відмов всіх елементів, 1/год.;

t – час роботи схеми, год.

Таблиця 4.2 – Ймовірність безвідмовної роботи схеми

t, год.

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Р(t)

0,9986

0,9972

0,987

0,982

0,978

0,974

0,969

0,956

Малюнок 5 – Ймовірність безвідмовнох роботи схеми за час t при попередньому розрахунку надійності

5.3.2 Кінцевий розрахунок надійності

Кінцевий розрахунок надійності виробу виконується з урахуванням реальних режимів роботи елементів схеми після випробувань макетів та збіркових одиниць виробу або після ретельного розрахунку схеми з урахуванням отворів, провідників та ламелей.

Базується на припущеннях:

- відмова будь-якого елементу виробу приводить до відмови всього виробу;

- відмови елементів є події випадкові і незалежні;

- інтенсивність відмов всіх елементів залежить від часу, тобто відбувається старіння елементів;

- справедливий експоненціальний закон розподілення відмов.

Таблиця 4.3 – Інтенсивність відмов радіоелементів

Назва елементу

Позначення у схемі

Кількість елементів,n, шт.

Інтенсивність відмов λ 10-8, 1/год.

Температура, °С

Поправний коефіцієнт α1

Поправний коефіцієнт α2

Добуток

λ0ере= λ*n*α12

К10-17Б М47 10пФ

С1-С5

5

0,03

25

1

0,03

0,045

Сумарна інтенсивність відмов радіоелементів визначається за формулою

λ0ере= λ*n*α12,             (4.22)

де λ – середня інтенсивність відмов радіоелемента, 1/год;

n – кількість радіоелементів даного типу, шт;

α1 – коефіцієнт впливу навантаження в залежності від температури;

α2 – коефіцієнт впливу тиску і вологості в залежності від температури.

λ0ере= (0,03*5*1*0,3)*10-8 = 0,045*10-8 1/год.

Таблиця 4.4 – Інтенсивність відмов ІМС

Назва ІМС

Інтенсивність відмов λ10-8, 1/год.

Коефіцієнт умов експлуатації

К1

Коефіцієнт проведення заходів підвищення надійності

Кn

Інтенсивність відмов з урахуванням коефіцієнтів впливу λЕ = λ1n*  *10-8, 1/год.

Кількість, n

Добуток

λ0імс = λЕ*n*10-8, 1/год.

К561ИР2

8

1

0,4

4,4

4

17,6

TD62083

8

1

0,4

4,8

4

12,8

Друковані провідники

0,02

-

-

-

100

2

Ламелі

0,04

-

-

-

48

1,92

Отвори

0,02

-

-

-

122

5,96

Інтенсивність відмов для простих ІМС

λЕ = λ1n,              (4.23)

де λ – інтенсивність відмов ІМС при нормальних умовах експлуатації, 1/год;

    К1 – коефіцієнт, який враховує умови експлуатації;

    Кn – коефіцієнт, який враховує проведення заходів по підвищенню надійності.

Загальна інтенсивність відмов ІМС

Λімс = Σλ0імс,     (4.24)

де λ0імс – інтенсивність відмов всіх ІМС даного типу, 1/год.

Λімс = (17,6+12,8+2+1,92+5,96)*10-8 = 40,28 1/год.

Загальна інтенсивність відмов всіх елементів

        Λзаг = Λімс0ере ,    (4.25)

де Λімс - загальна інтенсивність відмов ІМС, 1/год.;

  

       

λ0ере – загальна інтенсивність відмов радіоелементів, 1/год.

Λзаг = (40,28+0,045)*10-8 = 40,32*10-81/год.

Середній час наробки на відмову

        

 Т0 = 1/Λзаг,     (4.26)

де Λзаг – загальна інтенсивність відмов всіх елементів, 1/год.

Т0 = 1/40,32*10-8 = 0,02*106 год.

Ймовірність безвідмовної роботи схеми протягом заданого часу

P(t) = e-Λзаг*t,              (4.26)

де Λзаг – загальна інтенсивність відмов всіх елементів, 1/год.;

t – час роботи схеми, год.

Таблиця 4.5 – Ймовірність безвідмовної роботи схеми

t, год.

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Р(t)

0,999

0,998

0,997

0,996

0,995

0,994

0,993

0,992

Малюнок 6 – Ймовірність безвідмовнох роботи схеми за час t при кінцевому розрахунку

надійності

 

Коефіцієнт готовності схеми до роботи

      Кг = Т0/(Т0в),              (4.27)

де Т0 – середній час наробни ка відмову, год;

  Тв – час на відновлення несправного блоку, год.

Кг = 0,02*106/(0,02*106+20) = 0,400

Коефіцієнт технічного використання блоку

           Ктв = Т0/(Т0впр),              (4.28)

де Тпр – час на профілактику, год.

Ктв = 0,02*106/(0,02*106+20+6) = 0,400

5.4 Розрахунок технологічності схеми

Під технологічністю конструкції розуміється таке поєднання конструктивно-технологічних вимог, яке забезпечує найбільш просте та економічне виробництво виробів при дотриманні всіх технічних та експлуатаційних рішень.

Характер відпрацювання конструкції на технологічність залежить не тільки від стадії проектування, але й від виду виробництва та об’єму випуску, типу та призначення виробу, методів виготовлення, прогресивності обладнання та оснастки.

Таблиця 4.6 – Вихідні дані

Найменування вихідних даних

Умовні позначення

Дані

1 Кількість мікросхем

Німс

8

2 Кількість радіоелементів

Нере

5

3 Загальна кількість монтажних з’єднань

Нм

415

4 Кількість монтажних з’єднань, що виконуються автоматизованими та механізованими методами

Нам

391

5 Загальна кількість операцій контролю та наладки

Нкн

7

6 Кількість операцій контролю та наладки, що виконуються автоматизованими та механізованими методами

Накн

5

7 Кількість типорозмірів радіоелементів

Нтере

1

8 Кількість ЕРЕ та ІМС, підготовка до монтажу яких виконується механізованим або автоматизованим методом

Нмпере

14

9 Загальна кількість конструкціонних деталей

Д

9

10 Кількість деталей, які отримано прогресивними методами формоутворення

Дпр

1

11 Кількість оригінальних радіоелементів

Нтоере

0

12 Загальна кількість технологічних процесів

Нтп

14

13 Кількість типових технологічних процесів

Нттп

15

5.4.1 Розрахунок часних показників технологічності

5.4.1.1 Коефіцієнт використання мікросхеми

   Кімс = Німс/(Німсере),             (4.29)

де Німс – кількість мікросхем, шт;

 

Нере – вількість радіоелементів, шт.

Кімс = 8/(8+5) = 0,61

4.3.1.2 Коефіцієнт механізації та автоматизації монтажу

        Кам = Намм,     (4.30)

де Нам - кількість монтажних з’єднань, що виконуються автоматизованими та механізованими методами, шт;

Нм - загальна кількість монтажних з’єднань, шт.

Кам = 391/415= 0,94

5.4.1.2 Коефіцієнт механізації та автоматизації підготовки радіоелементів

 Кмпере = Нмпере/(Нереімс),    (4.31)

де Нмпере - кількість ЕРЕ, підготовка до монтажу яких виконується механізованим або автоматизованим методом, шт.

Кмпере = 14/(5+8) = 1,07

5.4.1.3 Коефіцієнт механізації та автоматизації наладки

Какн = Накнкн,     (4.32)

де Накн - кількість операцій контролю та наладки, що виконуються автоматизованими та механізованими методами, шт;

  Нкн - загальна кількість операцій контролю та наладки, шт.

Какн = 5/7 = 0, 7

5.4.1.4 Коефіцієнт повторення радіоелементів

          Кпере = 1-Нтереере,            (4.33)

де Нтере - кількість типорозмірів радіоелементів, шт.

Кпере = 1-1/5 = 0,2

5.4.1.5 Коефіцієнт використання радіоелементів

Квере = 1-Нтоереере,     (4.34)

де Нтоере – кількість оригінальних радіоелементів, шт.

Квере = 1-0/5 = 0,2

5.4.1.6 Коефіцієнт прогресивності формоутворення

Кпф = Дпр/Д,                         (4.35)

де Дпр - кількість деталей, які отримано прогресивними методами формоутворення, шт;

Д - загальна кількість конструкціонних деталей, шт.

Кпф = 1/9 = 0,11

5.4.1.7 Коефіцієнт типізації технологічних процесів

       Кттп = Нттптп,     (4.36)

де Нттп - кількість типових технологічних процесів, шт;

 

Нтп - загальна кількість технологічних процесів, шт.

Кттп = 15/14 = 1,07

Таблиця 4.7 – Коефіцієнти вагової значимості часних показників надійності

№ п/п

Показник технологічності

φi

Kiφi

1

Кімс

1

0,61

2

Кам

1

0,94

3

Кмпере

0,75

1,07

4

Какн

0,5

0,7

5

Кпере

0,31

0,2

6

Квере

0,187

0,2

7

Кпф

0,11

0,11


5.4.2 Розрахунок комплексного досягнутого показника технологічності

                                              Ккд = /,                        (4.37)

де Ki – часний показник надійності;

φi–коефіцієнт вагової значимості часного показника надійності.

Ккд = (0,61+0,94+1,07+0,7+0,2+0,2+0,11)/(1+1+0,75+0,5+0,31+0,187+0,11) =

=3,83/3,857=0,99

5.4.3 Розрахунок показника рівня

        Кр = Ккдн,     (4.38)

де Ккд – комплексний досягнутий показник;

Кн – нормативний показник.

Нормативний показник Кн для електронних виробів при крупносерійному виробництві дорівнюе 0,8.

Кр = 0,99/0,8 = 1,23

Так як показник рівня дорівнює 1,23, то конструкція являється технологічною.

6 Розробка та опис конструкції виробу

6.1 Обґрунтування конструкції схеми

Обраний розмір плати складає 140х150 мм, що відповідає конструктивному розрахунку і являє собою оптимальний варіант при розміщенні елементів. Плата, яка розраховується –двостороння друкована. Для уникнення перетину друкованих провідників використовуються монтажні та перехідні отвори.

Вибір конструкції плати обумовлений широкими комутаційними можливостями.

Розміщення елементів на платі – одностороннє. Принцип розміження елементів – у шаховому порядку.

Живлення мікросхем здійснюється по шинам живлення з цілью зручності і технологічних особливостей конструкції.

Розміщення груп отворів під виводи ІМС постійне та фіксоване.

Діаметри отворів всюди однакові. Діаметр отвору до металізації – 0,85 мм, це дозволяє при сверлінні отворів плати використовувати сверло одного діаметру. Отвір під виводи ІМС – металізований, діаметром 0,7 мм.

Вигини друкованих провідників виконуються під кутом 45°.

Встановлення елементів проводиться по ОСТ 4.ГО.014.030-95 за кроком координатнох сітки 2,5 мм по збірковому кресленню КІСТ466.724.011СБ.

З однієї сторони друкована плата закінчується роз’ємом ламелей.

6.2 Обґрунтування вибору матеріалів

Матеріал для друкованої плати повенен мати:

-малу діелектричну проникність для зменшення паразитних ємностей між провідниками;

- температурну стійкість 240-270°С;

- мінімальну вартість;

- механічну міцність;

- рівну поверхню без механічних пошкоджень;

- стабільність електричних параметрів при експлуатації.

Цим вимогам більше всього відповідає склотекстоліт СФ-2-50 ГОСТ 10316-86. Цей матеріал має гарне щеплення зі струмопровідним покриттям та мінімальну деформацію у процесі встановлення та експлуатації.

Припій, який використовується при пайці ІМС та інших елементів, має бути олов’яно-свинцевий марки ПОС-61 ГОСТ 1499-70. Він має низьку температура плавлення - 190°С, що захищає плату та ІМС від перегріву при пайці, забезпечує механічно міцні з’єднання, володіє антикорозійними властивостями.

При пайці не можна використовувати кислотні флюси. Раціонально використовувати безкислотний флюс ФКСП ОСТ 4.ГО.033.200 з гарною флюсуючою дією та відсутністю впливу на опір ізоляції залишків флюсу, що виключає необхідність його вилучення після пайки. При необхідності вилучення його залишків необхідно використовувати ацитон або спитр.

Підготовка, збірка та пайка навісних елементів здійснюється за ОСТ 4.ГО.054-95.

Після регулювання та підвищення стійкості ІМС та вузлів плату покривають захисним лаком.

Даний пристрій слід покривати епоксидним лаком ЕП-730 у три шари.Оптимальна товщина покриття лаком – 35 – 100 мкм. Температура сушки не повинна бути більша за температуру експлуатації ІМС.

Для реалізації перетворювача частоти для асинхронного двигуна використовувати ІМС серії К561 та КР1006. ІМС даних серій мають високу швидкодію та невисоку споживчу потужність. Малі розміри ІМС дозволяють дозволяют сменшити габарити схеми, її масу, а також підвищити надійність.

Надійність забезпечується малою кількістью завнішніх з’єднань і малою потужністю розсіювання.


7 Технологічний розділ проекту

7.1 Технологія зборки та монтажу плати блоку біжучого рядка на світлодіодах.

7.1.1 Вибір типу виробництва

Тип виробництва визначається побудовою та ступінню деталізації розробки технологічних процесів.

Одиничне виробництво - це процес виготовлення одного або декількох виробів, що зовсім не повторюється, або повторюється через невизначені проміжки часу. Таке виробництво характеризується застосуванням універсального устаткування і пристосувань, використанням нормалізованого й універсального вимірювального інструмента, розташуванням устаткування групами по типам верстатів.

Серійне виробництво - це процес виготовлення виробів, що ведеться партіями або серіями через визначені проміжки часу. В залежності від номенклатури виробів, що випускаються і програми їх випуску застосовується як універсальне, так і спеціалізоване устаткування. Крім нормалізованого робочого і вимірювального інструмента застосовується як універсальний, так і спеціалізований робочий і вимірювальний інструмент.

Масовим виробництвом називається таке виробництво, при якому виготовлення виробу ведеться таким чином, що на тих самих робочих місцях повторюються однакові операції.

Для масового виробництва характерно застосування спеціалізованого устаткування з автоматичним циклом роботи, розташованим відповідно до технологічного процесу. Основна умова масового виробництва - здійснення принципу взаємозамінності.

Виходячи з розміру річного випуску N=225900  штук вибираємо масовий тип виробництва. Таймер доцільно випускати на потоковій лінії з тактом 1 хвилина.

             7.2 Обґрунтування вибору технологічного процесу

         Технологічний процес складається з дій, пов'язаних з послідовною заміною форм або стану матеріалу. Технологічний процес ділиться на операції. Для розробки технологічного процесу необхідні:

складальні креслення;

принципові схеми;

монтажні схеми;

специфікації;

технічні умови;

дані про наявне устаткування і його планування;

виробничий план випуску виробів.

Впроваджений у виробництво технологічний процес повинен бути найбільш економічним з усіх можливих варіантів.

Оптимальним буде такий технологічний процес, у якому використовуються прогресивні прийоми роботи, високопродуктивне устаткування, технологічна оснастка і засоби контролю, типові і нормалізовані технологічні процеси. 

Для прискорення технологічного підготування виробництва до випуску нових виробів і зменшення витрат на підготування застосовують типові технологічні процеси. Типізація технологічних процесів полягає у виборі з усього різноманіття чинних технологічних процесів найбільш продуктивного і рентабельного.

Застосовуємо технологічний процес з такими операціями, які відносяться вже до конвеєрного виробництва, тобто до збірки та монтажу плати:

а) електромонтажна, при якій виконують установку виводів ЕРЕ і мікросхем в металізовані отвори друкованої плати відповідно до креслення. ЕРЕ і мікросхеми встановлюються по одну сторону плати завдяки чому можливо застосовувати груповий спосіб пайки;

б) пайка хвилею припою, при якій провідники, ЕРЕ і мікросхеми
з'єднуються між собою сплавами;

в) контроль;

г) допайка елементів;

д) нанесення лаку на плату;

е) остаточний контроль усієї плати.

7.2.1 Розробка маршрутної технології

Основними документами при розробці технологічних процесів є маршрутні карти. В них вказуються структура технологічного процесу і його виконання, послідовність операцій, режими роботи використаного устаткування, технологічна оснастка, порядок монтажу, методи регулювання та контролю.

Маршрутні карти визначають послідовність проходження оброблюваної одиниці (деталі, блоку, виробу) по операціях і містять опис всіх операцій без виділення кожної операції окремим документом.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70999. Електронні таблиці Microsoft Excel 372.41 KB
  Перевагою MS Excel є те, що програма допомагає оперувати більшими обсягами інформації. Робочі книги MS Excel надають можливість зберігання й організації даних, обчислення суми значень у комірках. MS Excel надає широкий спектр методів, що дозволяють зробити інформацію простою для сприйняття.
71001. Анализ финансовых результатов деятельности предприятия 2.72 MB
  Рассмотреть понятие финансовых результатов, их сущность и методику. Сформулировать пути улучшения финансовой деятельности предприятия. Изучить методику анализа финансовых результатов. Выполнить практическое задание по анализу финансового состояния предприятия по данным бухгалтерского баланса и отчета о прибылях и убытках.
71003. Бухгалтерский учет и анализ. Учет и анализ готовой продукции 95.88 KB
  Актуальность и значимость рассмотрения проблемы учета выпуска, отгрузки и реализации готовой продукции заключается в том, что результатом деятельности любого производственного предприятия или организации является выпуск готовой продукции, выполнение работ или предоставление услуг.
71004. Теоретичні та практичні аспекти вдосконалення форм організації праці 259 KB
  Актуальність вивчення основ організації праці та організації виробництва зумовлена тим що сучасне виробництво не може розвиватися інтуїтивно без наукового підходу та ігноруючи закони економіки праці організації виробництва тощо. Зміна техніки і технології виробництва вимагають відповідної...
71005. Расчет ректификационной установки для разделения смеси 50%(масс.) бензола и 50% (масс.) диэтилового эфира 174.64 KB
  Рассчитать ректификационную установку для разделения смеси 50%(масс.) бензола и 50% (масс.) диэтилового эфира. Конечная концентрация эфира 94%(масс.), в кубовом остатке содержится 98%(масс.) бензола. Расход исходной смеси 6т/час.
71006. Ринок і держава 317 KB
  Там де порушувалася гармонія взаємодії ринку і держави країни потрапляли до глибокої кризи. При цьому однак не можна забувати що світова практика будувалася в основному на законах економічної еволюції у ході якої поступово формувалося й удосконалювалося нинішнє...