98225

Проект термореле для контроля и поддержания теплового режима в системе Умный дом

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Внешне кабель ничем не отличается от антенного шнура. Задача нагревательного кабеля не передача электроэнергии, а преобразование её в тепловую энергию. Удельное тепловыделение теплого пола является основной характеристикой.

Русский

2015-10-30

341.31 KB

4 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 9

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 11

1.1 Характеристика объекта проектирования 11

1.2 Выбор и обоснование принципиальной схемы устройства 12

1.3 Выбор элементной базы устройства 13

2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ 21

2.1 Расчет габаритов печатной платы устройства 21

2.2 Расчет печатного монтажа платы устройства 22

2.3 Расчет показателей надежности и качества устройства (изделия) 24

2.4 Расчет ударопрочности печатной платы устройства 26

2.6 Проектирование устройства с использованием средств и методов автоматизированного проектирования 28

3 ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 33

4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЕ ТРУДА 36

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ 41

ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ 42


ВВЕДЕНИЕ

Тепловой режим в доме является ключевой частью проживания в нем. Для поддержания и контроля теплового режима в системе уютный дом используется тёплый пол. Теплый пол обеспечивает равномерное распространение тепла по всей комнате, что делает ее более комфортной для отдыха или трудовой деятельности. Теплый электрический пол имеет ряд преимуществ, в частности быстрый монтаж, простота в эксплуатации, экономия за счет дешевой электроэнергии. Кроме того, обогрев пола в такой способ является наилучшим выбором для стран с суровой, холодной зимой. При радиаторном водном отеплении поток теплого воздуха поднимается вверх, практически под самый потолок, а внизу оказывается достаточно прохладно, что естественно и вызывает ощущение дискомфорта. Также существенным недостатком является и сама батарея, которая достаточно громоздкая, занимает определенную площадь в помещении. Отопительные секции, как правило, находятся под окном, в самом холодном месте комнаты, потому только в радиусе двух метров воздух в помещении будет прогреваться до нужной температуры. Ну что ж достаточно веские причины, чтобы отказаться от центрального отопления и перейти на «теплый пол». Рассмотрим, какие же плюсы имеет напольное обогревание. Здесь все с точностью наоборот. Так как греется пол, то теплый воздух находится всегда в низу, где–то 1–1,5 м от источника тепла. А температура в помещении на уровне головы взрослого человека будет на несколько градусов ниже. Это просто идеальные температурные условия для комфортного проживания. Так как кабель, который нагревает пол, расположен по всей комнате, то обогревается вся площадь равномерно.

Полы с подогревом – это целый набор оборудования, необходимый для создания комфортной атмосферы в вашей комнате.

Чаще всего в комплекты тёплого пола входят: нагревательный кабель, термореле;

Внешне кабель ничем не отличается от антенного шнура. Задача нагревательного кабеля не передача электроэнергии, а преобразование её в тепловую энергию. Удельное тепловыделение теплого пола является основной характеристикой. Данный показатель колеблется в диапазоне от 15 Вт/м до 20 Вт/м и зависит от производителя. Изоляционный слой, покрывающий кабель, как правило, при нагреве выдерживает температуру более 100 градусов. Эта необходимость вызвана тем, что кабель находится в стяжке и должен хорошо нагреваться, чтобы передать тепло, но никак не повредить изоляционный слой.

Источником нагрева кабеля является электричество и чтобы контролировать процесс нагрева, в системе используется термореле, его работа заключается в прерывание подачи электричества, когда кабель достигнет нужной температуры.

Для фиксирования температуры используется термодатчик, который устанавливается в полу рядом с кабелем. Обычно в качестве такого датчика используется NTC терморезистор.

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика объекта проектирования

Принцип работы любого термореле заключается в автоматическом поддержании заданной температуры. На физическом уровне работа сводится к замыканию и размыканию электрической цепи, и здесь можно заметить очевидное сходство термореле с обычным выключателем света. Однако в отличие от выключателя работа термореле не требует участия человека – коммутация электрической цепи происходит автоматически, по внешнему управляющему сигналу.

При включении теплого пола в работу начинает прогреваться кабель. Вслед за ним нагревается пол и датчик температуры, установленный в полу между витками кабеля. Изменение температуры фиксирует датчик – это выражается в снижении его сопротивления при нагревании.

Этот процесс отслеживает термореле: при снижении сопротивления датчика до определенного значения (соответствующего определенной температуре) происходит совпадение этого значения с заданной температурой на реле и термореле отключает нагревательный кабель от сети.

После отключения нагрева пол постепенно охлаждается, вместе с ним охлаждается и датчик — его сопротивление начинает расти, что снова приводит к переключению термореле в режим нагрева.

Таким образом, работа термореле представляет собой последовательность циклов по включению/отключению, направленных на поддержание заданной температуры.

Оно безопасно в обращении, поскольку работает от батарей или трансформа–торного выпрямителя на напряжение 9 В, а его нагрузка изолирована от схемы управления.

К достоинствам термореле можно отнести широкий рабочий диапазон. С его помощью можно регулировать температуру от 0 до 150оС. Мощность нагрузки зависит от типа электромеханического реле, которое вы используете.

Технические характеристики

Диапазон предварительной установки температуры: 0…150oС

Максимально допустимый ток нагрузки, не менее, А: 10

Напряжение питания устройства, В: 9…12


1.2 Выбор и обоснование принципиальной схемы устройства

Термореле выполнено на основе триггера Шмидта (VT1, VT2), что позволяет исключить ложные срабатывания. В качестве датчика используется терморезистор R13. С помощью резистора R1 устанавливается порог срабатывания триггера. Выходной каскад термореле выполнен на ключевом транзисторе VT3, нагрузкой которого служит электромагнитное реле К1. Светодиод VD1 используется для индикации срабатывания реле и облегчает настройку устройства.

Для того, чтобы изменить зависимость включения и выключения реле от температуры на обратную, терморезистор R13 необходимо подключить к контактам. 1, 2 печатной платы. Для повышения надежности устройства, при работе вне помещения или при повышенной влажности, на печатной плате предусмотрена установка постоянных резисторов R3 или R4, определяющих порог срабатывания, при этом R1 не устанавливается. При подключении R13 к контактам. 2, 3 необходимо опытным путем подобрать R3 (R4 не устанавливать), при подключении R13 к контактам 1, 2 подберите и установите R4 (R3 не устанавливать). Для управления внешними электронными устройствами термореле имеет дополнительный выход (контакт 5) типа «открытый коллектор». При его использовании элементы VD1, VD2, R12, K1 не устанавливаются.

К контактам 4 и 9 подключается питание термореле, к «нормально замкнутым» контактам 6,7 подключается разрыв кабеля питания нагревательного кабеля, тем самым будет производиться замыкание и размыкание цепи, что будет приводить к нагреву и охлаждению кабеля

Конструктивно устройство выполнено на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с размерами 45х30 мм.

Рисунок 1 – Принципиальная схема

1.3 Выбор элементной базы устройства

Для данного объекта проектирования были выбрана элементная база. Параметры и характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Элементная база.

Обозначение

Тип

Номинал

Аналог

R1

Подстроечный

резистор

22 кОм

CA9V

R2,R7

резистор

100 Ом

МЛТ 0,25

R5

резистор

1 кОм

R6

резистор

3,3 кОм

R8,R9,R10

резистор

10 кОм

R11

резистор

2,7 кОм

R12

резистор

470 Ом

VD1

Светодиод красный

Led 5мм

АЛ102БМ

VD2

Выпрямительный диод

IN4001

VT1,VT2

Биполярный

транзистор

КТ3102А

VT3

Биполярный

транзистор

КТ814А

R13

Терморезистор

10 кОм

ТРП 2–4

K1

Электромагнитное реле 9VDC

BS115c

Подстроечный резистор СA9V: угольный, однооборотный подстроечный резистор закрытого типа со степенью зашитыIP5 (пылезащищенные).

Из особенностей:

  1.  специализированный конструктив корпуса и выводов обеспечивает легкий монтаж (ручной или автоматизированный) на печатную плату;
  2.  Высокая долговечность подвижных контактов
  3.  Металлизированное основание – высокая рассеиваемая мощность
  4.  Луженые выводы, облегчает монтаж на печатную плату
  5.  Высокостабильный электрический контакт благодаря широкому поверхностному контакту между выводами и резистивным элементом

Рисунок 2 – Подстроечный резистор СА9V

Резисторы МЛТ–0,25 с металлодиэлектрическим проводящим слоем. Используется как элемент навесного монтажа в цепях переменного, импульсного и постоянного тока. Резистор МЛТ относится к типу неизолированных. Эти резисторы по сравнению с резисторами ВС при одной и той же мощности имеют значительно меньшие габаритные размеры.

Основные технические характеристики резисторов МЛТ–0,25:

  1.  Диапазон номинальных сопротивлений: 1 Ом... 10 Мом
  2.  Номинальная мощность: 0,25 Вт
  3.  Предельное напряжение: 250 В
  4.  Допускаемые отклонения сопротивлений: ±1; ±2; ±5; ±10 %
  5.  Диапазон температур: –60... +70 °С
  6.  Срок сохраняемости: 25 лет

Рисунок 3 – Резистор МЛТ 0,25

Диоды АЛ102БМ светоизлучающие, фосфидогаллиевые, эпитаксиальные.

Предназначены для визуальной индикации.

Выпускаются в стеклянном корпусе.

Масса диода не более 0,25 г.

Основные технические параметры светодиода АЛ102БМ:

  1.  Цвет излучения: красный;
  2.  Сила света: не менее 0,2 кд/м2;
  3.  Постоянное прямое напряжение: не более 2,8 В;
  4.  Максимум спектрального распределения: 0,69 мкм;
  5.  Максимально допустимый постоянный прямой ток: 20 мА;
  6.  Максимальный импульсный ток при заданной длительности импульса: 60 мА при 2 мс;
  7.  Максимально допустимое обратное постоянное напряжение: 2 В;
  8.  Максимально допустимое импульсное обратное постоянное напряжение: 2 В.

Рисунок 4 – Светодиод АЛ102БМ

Диод 1N4001 – это мощное полупроводниковое устройство. Основная его задача – преобразовать переменное напряжение в постоянное. Принцип работы диода заключается в следующем. В одном направлении он открыт, и по нему без проблем проходит сигнал. Если же поменять полярность сигнала, то он закроется и практически ничего через себя не пропустит.

Основные характеристики диода 1N4001:

  1.  вес 0,35 г;
  2.  максимальная температура при пайке 250 70 °С не более 10 секунд;
  3.  катод обозначается специальным кольцом, которое нанесено на корпус;
  4.  максимальное напряжение – не более 1000 В;
  5.  диапазон рабочих температур в пределах от –55 до +125 70 °С;
  6.  наибольшее значение тока через устройство не должно превышать 1 А;
  7.  максимальное падение напряжения при открытом p–n переходе не более 1 В при значении тока 1 А

1N4001 отличается высокой надежностью, невысокой стоимостью, а также универсальностью.

Рисунок 5 – Диод IN4001

Транзистор КТ3102А кремниевый, эпитаксиально–планарный. Предназначен для применения в низкочастотных устройствах с малым уровнем шумов, переключающих, усилительных и генераторных устройствах средней и высокой частоты.

Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.

Масса транзистора не более 0,5 г.

Характеристики транзистора КТ3102А:

  1.  Структура n–p–n;
  2.  Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор–база 50 В;
  3.  Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор–эмиттер 50 В;
  4.  Максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 100(200) мА;
  5.  Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода(с теплоотводом) 0,25 Вт;
  6.  Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 100–200;
  7.  Обратный ток коллектора <=0.05 мкА;
  8.  Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером 150 МГц;
  9.  Коэффициент шума транзистора <=10 дБ,

Рисунок 6 – Транзистор КТ3102А

Транзисторы КТ814А кремниевые, мезаэпитаксиально–планарные, структуры p–n–p, усилительные. Предназначены для применения в усилителях низкой частоты, операционных и дифференциальных усилителях, преобразователях, импульсных устройствах.

Корпус пластмассовый с жесткими выводами.

Масса транзистора не более 1 г.

Основные технические характеристики транзистора КТ814А:

  1.  Структура транзистора: p–n–p;
  2.  Рк т max – Постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом: 10 Вт;
  3.  fгр – Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером: не менее 3 МГц;
  4.  Uкэrmax – Максимальное напряжение коллектор–эмиттер при заданном токе коллектора и заданном сопротивлении в цепи база–эмиттер: 40 В (0,1кОм);
  5.  Uэбоmax – Максимальное напряжение эмиттер–база при заданном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора: 5 В;
  6.  Iкmax – Максимально допустимый постоянный ток коллектора: 1,5 А;
  7.  Iк и max – Максимально допустимый импульсный ток коллектора: 3 А;
  8.  Iкбо – Обратный ток коллектора – ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор–база и разомкнутом выводе эмиттера: не более 0,05 мА (40В);
  9.  h21э – Статический коэффициент передачи тока транзистора для схем с общим эмиттером: более 40;
  10.  Ск – Емкость коллекторного перехода: не более 60 пФ;
  11.  Rкэ нас – Сопротивление насыщения между коллектором и эмиттером: не более 1,2 О

Рисунок 7 – Транзистор КТ814А

Фольговые терморезисторы ТРП–2 поверхностного типа предназначены для измерения температуры поверхности тел различной конфигурации, а также для теплового контроля радиоэлектронной аппаратуры и бытовой техники.

ТРП – 2 терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Основные технические характеристики терморезистора ТРП–2:

  1.  Номинальное сопротивление, Ом 50,100,200,1000
  2.  Допускаемое отклонение номинального сопротивления, % 0.
  3.  Диапазон температур,°С–60+200
  4.  Предел допускаемой погрешности измерения, °С ±1
  5.  Габаритные размеры без учета d от 13x38x0.1
  6.  длина выводов, мм до 33x74x0.1
  7.  Измерительный ток, мА 1.0
  8.  Наработка на отказ, час  50000
  9.  Показатель тепловой инерции, °С  5

Рисунок 8 – Терморезистор трп 2

Реле BS–115C герметичное, двухпозиционное, одностабильное, с одной переключающей группой контактов, предназначено для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока.

Условия эксплуатации:

  1.  Температура окружающей среды от –30°С до +55°С.
  2.  Вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот: от 10 до 50 Гц – с амплитудой 1,5 мм.
  3.  Ударная устойчивость минимум 100 м/с2

Технические характеристики реле BS–115C:

  1.  Максимальное коммутируемое постоянное напряжение 60 В
  2.  Максимальное коммутируемое переменное напряжение 240 В
  3.  Максимальный коммутируемый ток 12А
  4.  Минимальная переключаемая нагрузка 100мА, 5В
  5.  Сопротивление контактов 0,1 Ом
  6.  Сопротивление изоляции 100 Мом
  7.  Испытательное переменное напряжение частотой 50/60 Гц между контактами 750 В (1 минута),между контактами и обмоткой 1500 В (1 минута)
  8.  Время срабатывания, максимум 10 мс
  9.  Время отпускания, максимум 5мс
  10.  Износостойкость механическая (без нагрузки) 5000000 циклов
  11.  Износостойкость электрическая (без нагрузки) 100000 циклов

Рисунок 9 – Электромагнитное реле BS115C


2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет габаритов печатной платы устройства

Исходными данными для расчета габаритов печатной платы являются справочные данные о корпусах использованных элементов. Исходные данные для расчета габаритов печатной платы устройства приведены в таблице 2

Таблица 2 – Исходные данные для расчета габаритов печатной платы устройства

Наименование элемента

Количество, шт

Площадь одного элемента Si, мм2.

R1

1

100

R2,R5–R12

9

20

VD1

1

27

VD2

1

14

VT1,VT2

2

22

VT3

1

20

K1

1

290

  1.  Производим расчет установочной площади печатной платы по формуле (2.1).

Sуст = Si,                                                            (2.1)

где Si – площадь одного элемента.

Sуст = 100+20*9+27+14+22*2+20+290=675мм²

  1.  Определяем полную площадь печатной платы по формуле 2.2:

Sполн = Sуст* Кисп,                                                      (2.2)

где Кисп – коэффициент использования печатной платы (2…3)

Sполн = 675*2=1350мм²

  1.  Определяем длину и ширину печатной платы по значению Sполн подбором.

где H – высота самого высокого элемента с учетом зазоров и толщины печатной платы

В – ширина печатной платы,

L – длина печатной платы.

Sполн=1350мм²

L=45

B=30

H=15

  1.  Определяем объем печатной платы по формуле (2.3):  

V = 1.5*B*L*H                                                               (2.3)

V = 1,5*30*45*15=30375мм³

2.2 Расчет печатного монтажа платы устройства

Двусторонняя печатная плата изготавливается электрохимическим методом и имеет 3–й класс точности.

Исходными данными для расчетов являются следующие справочные данные:

  1.  Толщина фольги   t
  2.  Максимальный ток через проводник  Iмах
  3.  Максимальная длина проводника  l
  4.  Допустимое падение напряжения на проводнике Uдоп
  5.  Максимальный диаметр выводов элементов  dэ
  6.  Расстояние между выводами микросхемы   L0
  7.  Допустимая плотность тока jдоп
  8.  Удельное сопротивление  

  1.  Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току в цепях питания и заземления с учетом данных по формуле (2.4):

bmini =                                                                   (2.4)

bmini=  = 0,71мм.

  1.  Определяем минимальную ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем по формуле (2.5):

bmini= (p*Imax*l)/(t*Uдоп)                                                    (2.5)

bmini=  =  = 3,57мм.

  1.  Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий по формуле (2.6):

d = dэ +| но|+r.                                                          (2.6)

где dэ–максимальный диаметр вывода МС

dно–нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия

r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода МС, выбирается в пределах 0,1–0,4мм

  1.  При выборе значения диаметра отверстия следует учитывать, что должно выполняться неравенство:

dminHрасч*

где Нрасч–расчетная толщина платы (2 мм)

–отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы (0,33)

dmini Hрасч *

dmini 2*0,33

dmini 0,66

0,8 0,66 – неравенство выполняется.

  1.  Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок по формуле (2.7):

Dmin = Dmin1 + 0,66t                                                        (2.7)

Dmin = 1,67 + 1,5 * 0,035 =1,7мм.

гдеDmin1 – минимальный эффективный диаметр площадки:

Dmin1=2*(bm+dmax/2+d+р)

где bm – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (0,035 мм)

d и р – допуски на расположение отверстий и контактных площадок (0,1 мм и 0,25мм соответственно)

dmax – максимальный диаметр просверленного отверстия

dmax=d+d+(0,1…0,15)

где d – допуск на отверстие (0,1 мм)

dmax= d + d + 0.1 = 0.8+0.1+0.1 = 0,1

  1.  Определяем максимальный диаметр контактной площадки по формуле (2.8):

Dmax = Dmin + 0.03                                                        (2.8)

Dmax = 0,66 + 0.03 = 0,69мм.

  1.  Определяем минимальную ширину проводников по формуле (2.9):

bmin= bmin3 + 0,03                                                          (2.9)

bmin= 0,03 + 0,18 = 0,21мм.

  1.  Определяем максимальную ширину проводника по формуле (2.10):

bmax= bmin + 0.03                                                         (2.10)

bmax= 0,21 + 0.02 = 0.23мм.

  1.  Определяем минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой по формуле (2.11):

S1min=L0-Dmax/2 – p – bmax/2 – l                                         (2.11)

где L0 – расстояние между центрами рассматриваемых элементов

S1 min = 2.5мм –  – 0,23 – – 0,1 = 1,18мм.

  1.  Определяем минимальное расстояние между двумя контактными площадками по формуле (2.12):

S2min=L0–Dmax – 2p                                                   (2.12)

S2 min = 2.5 – 0,03 – 2 *0,1 = 2,27мм.

  1.  Определяем минимальное расстояние между двумя проводниками по формуле (2.13):

S3min = L0bmax– 2l                                                  (2.13)

где l – допуски на расположение проводников (0,1 мм)

S3 min = 2,5 – 0,23 – 2*0,1 = 2,07мм.

2.3 Расчет показателей надежности и качества устройства (изделия)

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации приведенных в таблице 3.

Таблица 3 – Характеристики надежности компонентов

Наименование элемента

Количество элементов, шт

0i, (10–6 1/ч)

аi(Т,кн)

Транзисторы

3

0,5

0,5

Выпрямительный диод

1

0,2

0,5

Светодиод

1

0,5

0,5

Резисторы

9

0,02

0,5

Реле

1

0,25

1,5

Подстроечный резистор

1

0,25

0,8

  1.  Определяем интенсивности отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия по формуле (2.14):

i= 0i1234i(Т,кн)                                                (2.14)

где 0i – номинальная интенсивность отказов

к1 и к2 – поправочные коэффициенты, зависящие от воздействия механических факторов (для стационарных РЭА равны 1.04 и 1.03 соответственно)

к3 – поправочный коэффициент, зависящий от воздействия влажности и температуры (при влажности 60–70% и температуре воздуха 20–40 ºС равен 1.0)

к4 – поправочный коэффициент, зависящий от давления воздуха (при давлении воздуха 80–100кПа равен 1.0)

аi(Т,кн) – поправочный коэффициент, зависящий от температуры поверхности элемента (Т) и коэффициента нагрузки (кн)        

i= 3*0,5*1,04*1,03*1*1*0,5=0,8*10–61

2=1*0,2*1*04*1,03*1*1*0,5=0,1*10–61

3=1*0,5*1,04*1,03*1*1*0,5=0,3*10–61

4=9*0,02*1,04*1,03*1*1*0,5=0,1*10–1 6

5=1*0,25*1,04*1,03*1*1*1,5=0,4*10–61

6=1*0,25*1,04*1,03*1*1*0,8=0,21*10–61

  1.  Определяем интенсивность отказов блока по формуле (2.15):

блока = элементов                                                       (2.15)

блока = 10–6*(0,8+0,1+0,3+0,1+0,4+0,2)=1,9*10–61

  1.  Определяем среднее время наработки на отказ по формуле (2.16):

Тср = 1/блока                                                          (2.16)

Тср = 1/1,9*10–6=0,526*106= 526000ч

  1.  Определяем вероятность безотказной работы в течении 10000 ч. (для нерезервированных систем) по формуле (2.17):

Р(tр) = ехр(–блока*tр)                                                   (2.17)

Р(tр) = ехр(–1,9*10–2)=exp(0.00019)=0,99

2.4 Расчет ударопрочности печатной платы устройства

Рассчитаем ударное воздействие на печатную плату при падении ее с некоторой высоты.

  1.  Определяем частоту собственных колебаний печатной платы, закрепленной в четырех точках по формуле (2.18):

                                        (2.18)

где а и b – длина и ширина пластины, а = 0,045 м, b = 0,03 м

М – масса пластины с элементами М = 0,15 кг.

D – цилиндрическая жесткость, рассчитаем по формуле (2.19)

(2.19)

где Е – модуль упругости (3,02*109 Н/м )

h – толщина пластины h = 1 мм = 0,001м.

– коэффициент Пуассона (0,22)

  1.  Определяем условную частоту ударного импульса по формуле (2.20):

                                                               (2.20)

где  – длительность ударного импульса (0.5 с)

  1.  Определяем коэффициент передачи при ударе для полусинусоидального импульса по формуле (2.21):

                                                 (2.21)

где   – коэффициент расстройки

  1.  Определяем ударное ускорение по формуле (2.22):

                                                                                   (2.22)

где   Ну – амплитуда ускорения ударного импульса

где h” – высота падения платыh” = 2 м,

g – ускорение свободного падения

  1.  Определяем максимальное относительное перемещение для полусинусоидального импульса по формуле (2.23):

                                        (2,23)

  1.  Проверяем выполнение условия ударопрочности для элементов  типа пластин по формуле (2.24):

                                                       (2.24)

где  доп – допустимая стрела прогиба фольгированных материалов (22 мм)

2.6 Проектирование устройства с использованием средств и методов автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно–техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР. Первая советская/российская система автоматизированного проектирования была разработана в конце 80–х годов XX века рабочей группой Челябинского политехнического института, под руководством профессора Кошина А. А.

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

  1.  сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
  2.  сокращения сроков проектирования;
  3.  сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
  4.  повышения качества и технико–экономического уровня результатов проектирования;
  5.  сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
  6.  Достижение этих целей обеспечивается путем:
  7.  автоматизации оформления документации;
  8.  информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
  9.  использования технологий параллельного проектирования;
  10.  унификации проектных решений и процессов проектирования;
  11.  повторного использования проектных решений, данных и наработок;
  12.  стратегического проектирования;
  13.  замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
  14.  повышения качества управления проектированием;
  15.  применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Подсистемы

По ГОСТ 23501.101–87, составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема — это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально–законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

Обслуживающие подсистемы— объектно–независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.

Проектирующие подсистемы— объектно–ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:

  1.  Объектные— выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.
  2.  Инвариантные— выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

  1.  подсистемы управления проектными данными
  2.  обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР
  3.  подсистемы графического ввода–вывода
  4.  система управления базами данных(СУБД).

Компоненты и обеспечение

Каждая подсистема, в свою очередь, состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.

Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.).

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

  1.  Техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).
  2.  Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:
  3.  математические методы и построенные на них математические модели;
  4.  формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
  5.  Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное:
  6.  прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР).
  7.  Общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система.

Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР — базы данных.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) — совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога "проектировщик — ЭВМ" и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS).

Методическое обеспечение (МетО)— описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ЛО.

Организационное обеспечение (ОО) — совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования. В ОО входят штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.

В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.

Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.

Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.

Проектирование устройства производилось с помощью системы автоматического проектирования Proteus Professional.

Proteus Professional — пакет программ для автоматизированного проектирования электронных схем. Пакет представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся на основе моделей электронных компонентов принятых в PSpice. Отличительной чертой пакета Proteus Professional является возможность моделирования работы программируемых устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и прочее. Дополнительно в пакет Proteus Professional входит система проектирования печатных плат. Proteus Professional может симулировать работу следующих микроконтроллеров: 8051, ARM7, AVR, Motorola, PIC, BasicStamp. Библиотека компонентов содержит справочные данные.

Proteus 8 состоит из одного приложения с большим количеством модулей (ISIS, BOM, ARES, 3D Viewer и т.д.).

Модули можно открывать во вкладках в окне приложения, можно перетаскивать и создавать дополнительные окна, а также просматривать несколько вкладок сразу.

Это позволяет работать не только с ISIS и ARES, как это было в предыдущих версиях, но и с другими модулями, например ISIS и VSM Studio для отладки, ISIS и спецификация для отчета, ARES и 3D Viewer для проверки.

Единая база данных компонентов обеспечивает обмен данными между модулями Proteus в текущем проекте.Элементы представляют собой физические компоненты на печатной плате и в то же время представляют собой логические элементы на схеме.

Живой список соединений доступный всем модулям, позволяет отражать изменения в реальном времени. Изменения схемы приводят к изменениям печатной платы и в свою очередь, к изменению спецификации.

При 3D просмотре, помимо OpenGL поддерживается графика DirectX, добавлена многопоточность для увеличения скорости визуализации. Также используется живой список соединений, поэтому изменения внесенные в ARES отображаются в 3D Viewer.

Рисунок 10 – 3D модель термореле


3 ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Целью экономического расчета дипломного проекта является определение величины экономического эффекта от использования разработанного оборудования, качественная и количественная оценка экономической целесообразности создания и использования устройства.

Перечень работ и задание на разработку электронного изделия можно представить в виде таблицы 3.

Таблица 3 – Перечень работ и задание на разработку электронного изделия

№ п\п

Наименование работы

Должность исполнителя

Количество исполнителей, чел.

Продолжительность работы в днях (часах)

Трудоемкость работы, дней (часов)

1

2

3

4

5

6

1

Подготовка технического задания на разработку электронного устройства

Инженер–проектировщик

1

1(8)

1(8)

2

Выбор комплекса технических и программных средств разработки и проектирования изделия

1(8)

1(8)

3

Оформление необходимой технической документации

1(8)

1(8)

4

Разработка технического обеспечения

1(8)

1(8)

ИТОГО

1

4 (24)

4 (24)

Рассчитаем Фонд оплаты труда инженера – проектировщика.


Таблица 4  Расчет ФОТ

№ п\п

Должность исполнителя

Количество исполнителей, чел.

Оклад

Кол–во рабочих часов в месяц

Часовая тарифная ставка

Итого ФОТ (руб.)

1

Инженер–проектировщик

1

5965

168

35,36 руб.

848,64

Приобретение комплектующих на разработку оборудования и стоимость комплектующих берется из оптовых справочников исходя из минимальных затрат.

Таблица 6  Затраты на материалы и оборудование

Наименование

Количество, шт.

Цена за единицу, руб.

Итого затраты, руб.

Резисторы

9

8

72

Подстроечный резистор

1

14

14

терморезистор

1

120

120

Транзисторы

3

29

87

Диод

1

30

30

Светодиод

1

5

5

Релей

1

73

73

ИТОГО:

401

Рассчитаем смету затрат на проектирование и установку оборудования. Результаты оформим в таблице 7.


Таблица 7 – Смета затрат на проектирование и установку оборудования

№ п\п

Наименование статьи затрат

Сумма, руб.

1

Материальные затраты

401

2

ФОТ

846,64

3

Отчисления на социальное страхование (30% от ФОТ)

254,59

4

Затраты на электроэнергию (0,5 кВт\ч в смену)

0,95р

5

Связь

100

ИТОГО

1603,18


4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЕ ТРУДА

1 Требования безопасности до начала работы.

Пользователь ПЭВМ до начала работы обязан:

1.1 Осмотреть оборудование, рабочий стол и навести порядок для чего:

отрегулировать освещенность рабочего места;

– убедиться в отсутствии отражений на экране монитора и встречных световых потоков;

– проверить правильность подключения оборудования в электросеть;

– убедиться в отсутствии дискет в дисководах процессора;

– проверить правильность установки стола, стула, угла наклона экрана, положения клавиатуры и «мыши».

1.2 При включении ПЭВМ пользователь обязан соблюдать последовательность подключения оборудования:

– системный блок (процессор);

– монитор;

– принтер (сканер).

1.3 Пользователю ПЭВМ предоставляется право не приступать к работе в случае:

– обнаружения неисправностей в любом устройстве;

– отсутствие заземления на мониторе или другом устройстве (по признакам: в электрической розетке отсутствует контакт «нулевого» провода, удлинитель от розетки до системного блока (принтера, сканера) не имеет на вилке и в розетках клемм «нулевого» провода);

– нарушении норм расположения ПЭВМ (расстояние между рабочими столами с видео мониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора) менее 2,0 метра, а расстояние между боковыми поверхностями соседних мониторов менее 1,2 м);

– освещенность рабочего места и экрана монитора недостаточна и составляет менее 300Лк.

2 Требования безопасности во время работы.

2.1 Пользователь ПЭВМ во время работы обязан:

– выполнять только ту работу, которая ему поручена и по которой он был проинструктирован;

– располагать клавиатуру на расстоянии не менее 100 мм от края стола, а экран монитора от глаз на удалении 600–700мм, но не ближе 500мм;

– настраивать монитор таким образом, чтобы изображение было стабильным, ясным и четким, не иметь мерцаний символов и фона, на экране не должно быть бликов и отражений светильников.

2.2 Оператору во время работы запрещается:

– прикасаться к задней панели системного блока при включенном питании;

– переключать разъемы интерфейсных кабелей периферийных устройств при включенном питании;

– закрывать оборудование бумагами и посторонними предметами;

– допускать скапливание бумаг на рабочем месте;

– производить отключение питания во время выполнения активной задачи;

– снимать защитный фильтр с экрана монитора;

– допускать попадание влаги на поверхность устройств;

– производить самостоятельное вскрытие и ремонт оборудования;

– производить вскрытие или заправку на рабочем месте картриджей принтеров и копировальной техники без отключения их от сети питания;

– прикасаться к нагретым элементам принтеров и копировальной техники;

– работать со снятыми кожухами оборудования, являющегося источником лазерного и ультрафиолетового излучения;

– располагаться при работе на расстоянии менее 50 см от экрана монитора.

2.3. Виды трудовой деятельности с ПЭВМ разделяются на три группы:

– группа А – работа по считыванию информации с экрана ВДТ с предварительным запросом;

– группа Б – работа по вводу информации;

– группа В – творческая работа в режиме диалога с ПЭВМ.

При выполнении в течение рабочей смены работ, относящихся к разным видам трудовой деятельности, за основную работу с ПЭВМ и ВДТ следует принимать такую, которая занимает не менее50% времени в течение рабочей смены или рабочего дня.

Для видов трудовой деятельности устанавливаются три категории тяжести и напряженности работы с ПЭВМ, которые определяются:

– для группы А – по суммарному числу считываемых знаков за рабочую смену, но не более 60000знаков за смену;

– для группы Б – по суммарному числу считываемых или вводимых знаков за рабочую смену, но не более 40000 знаков за смену;

– для групп В – по суммарному времени непосредственной работы с ПЭВМ за рабочую сену. Но не более 6 часов за смену.

В зависимости от категории трудовой деятельности (I–III) и уровня нагрузки за рабочую смену при работе с ПЭВМ устанавливается суммарное время регламентированных перерывов в соответствии с таблицей п.1.2. приложения 7 СанПиН 2.2.2/2.4.1340–03 (приложение №1):

2.4 Продолжительность обеденного перерыва определяется правилами внутреннего трудового распорядка организации.

2.5 При наличии ионизаторов их использование допускается только во время перерывов в работе и при отсутствии людей в помещении.

3 Требования безопасности в аварийных ситуациях:

3.1 В случае появления неисправности в работе ПЭВМ, любого периферийного устройства, произвести отключение в установленном порядке и сообщить руководителю о возникшей неисправности;

3.2 При возникновении у пользователя зрительного дискомфорта или других неблагоприятных ощущений следует ограничить время работы, провести корректировку в режиме работы и отдыха, провести смену деятельности на работу не связанную с ПЭВМ;

3.3 При поражении пользователя электрическим током немедленно отключить ПЭВМ от электросети, оказать пострадавшему первую помощь и при необходимости доставить его в медпункт или вызвать скорую помощь;

3.4 В случае возгорания оборудования отключить питание, сообщить в пожарную охрану и руководителю, после чего приступить к тушению пожара имеющимися средствами.

4. Требования безопасности по окончанию работы.

4.1. По окончании работы оператор обязан соблюдать следующую последовательность отключения оборудования:

– закрыть все выполняемые на ПЭВМ задачи;

– отключить питание в последовательности, установленной инструкциями по эксплуатации оборудования, с учетом характера выполняемых работ.

4.2. Убрать со стола рабочие материалы и привести в порядок рабочее место.

Время регламентированных перерывов в течение рабочего дня (смены) в зависимости от его (ее) продолжительности, вида и категории трудовой деятельности.

Установлены следующие виды трудовой деятельности:

– группа А — работа по считыванию информации с экрана ПК с предварительным запросом;

– группа Б — работа по вводу информации;

– группа В — творческая работа в режиме диалога с ПК.

При выполнении в течение рабочего дня работ, относящихся к разным группам, за основную работу с ПК следует принимать такую, которая занимает не менее 50% времени в течение рабочего дня (смены).


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного дипломного проекта было спроектировано термореле для контроля и поддержания теплового режима в системе Умный дом.

Выполнены все задачи:

  1.  Выбрана элементная база устройства;
  2.  Выбрана принципиальная схема;
  3.  Произведены конструкторские расчеты;
  4.  Выполнена трассировка и компоновка изделия в САПР;
  5.  Выполнено технико–экономическое обоснование проекта.

Термореле можно использовать для подогрева парника, жилого дома или сауны. Оно безопасно в обращении, поскольку работает от батарей или трансформаторного выпрямителя на напряжение 9 В, а его нагрузка изолирована от схемы управления.

К достоинствам термореле можно отнести широкий рабочий диапазон. С его помощью можно регулировать температуру от 0 до 150оС. Мощность нагрузки зависит от типа электромеханического реле, которое вы используете.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ

  1.  Бессарабов, Б.Ф. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения [Текст]: Справочник/ Бессарабов, Б.Ф., Федюк, В.Д., Федюк, Д.В. – Воронеж: ИПФ Воронеж, 1994. – 720 с.
  2.  Масленников, М.Ю. Справочник разработчика и конструктора РА. Элементная база. Книга 1 [Текст] / Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В., Соловейчик Л.Ф., Переверзева А.В., Федотов Б.А. – М.: типография ИТАР–ТАСС, 1993. – 156 с.
  3.  Масленников, М.Ю. Справочник разработчика и конструктора РА. Элементная база. Книга 2 [Текст] / Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В., Соловейчик Л.Ф., Переверзева А.В., Федотов Б.А. – М.: типография ИТАР–ТАСС, 1993. – 143 с.
  4.  Нефедов, А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. [Текст] Справочник. Т.7. – М.: ИП РадиоСофт, 2000. – 512 с.
  5.  Нефедов, А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. [Текст] Справочник. Т.9. – М.: ИП РадиоСофт, 1999. – 512 с.
  6.  Пирогова, Е.В. Проектирование и технология изготовления печатных плат. [Текст]/учебник – М.: Высшая школа, 1986. – 245 с.
  7.  Фрумкин, Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. [Текст]/учебник – М.: Высшая школа, 1977. – 238 с.
  8.  http://forum.homedistiller.ru/index.php?topic=478.0
  9.  http://masterkit.ru/zip/nm8036.pdf
  10.  http://radio–hobby.org/modules/instruction/instr.php?..
  11.  http://smarthouse2.ru/umnyjj–dom–otoplenie.php
  12.  http://www.chipdip.ru/catalog/do–it–yourself/
  13.  http://www.goandsee.ru/otoplenie/proshivka–bloka–nm80..
  14.  https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_автоматизирован..

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(Обязательное)

ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73746. Теоретичні засади анімації в туризмі 74.5 KB
  Анімаційна діяльність у сфері туризму є невід’ємною частиною культурно-дозвіллєвої діяльності соціуму взагалі і окремої людини зокрема. Для розуміння анімаційних процесів необхідно чітко визначитись з більш ґрунтовними поняттями, з поняттям „дозвілля”.
73749. История становления социального партнерства в мире 36.5 KB
  Регулирование социально-трудовых отношений в этот период носит одно сторонник характер. С легитимацией профсоюзов наемные работники получили своего официального представителя в процессе регулирования социально-трудовых отношений.
73750. Організація нормативно-правового забезпечення бухгалтерського обліку 147.5 KB
  Нормативноправову основу організації бухгалтерського обліку; порядок формування і документального оформлення облікової політики підприємства. Після вивчення теми 2 студент повинен вміти: пояснити рівні нормативноправового регулювання бухгалтерського обліку; розробити положення про облікову політику; охарактеризувати організаційні методичні та технічні складові облікової політики. Ключові слова Структура нормативноправового регулювання бухгалтерського обліку облікова політика...
73751. Зародження та розвиток анімаційних форм дозвілля 160.5 KB
  На відміну від сучасної людини, якій не важко відокремити свій вільний час від робочого, первісні люди сприймали життя як єдиний безперервний процес виживання свого роду і племені у ворожому і багато в чому незрозумілому світі.
73752. Социальные тенденции развития социального партнёрства 44 KB
  Тенденции развития социально трудовых отношений в развитых странах Основные результаты социально-трудовых отношений индустриальной эпохи. Социально трудовые отношения несмотря на наличие различных механизмов их регулирования продолжают оставаться противоречивыми. Эти противоречия кроются в самой природе социально-трудовых отношени...
73753. ГЕОЕКОЛОГІЧНЕ, ГІДРОГЕОЛОГІЧНЕ, ГЕОЛОГІЧНЕ ТА ІНЖЕНЕРНО – ГЕОЛОГІЧНЕ КАРТУВАННЯ 27.5 KB
  Загальні принципи і методи картування. Геологічне картування або геологічна зйомка –вивчення геологічної будови земної кори тобто головна мета – це складання різних карт того чи іншого регіону. Також при картуванні використовується аерофотометоди на основі яких можливо з високою точністю встановити на місцевості і відобразити на геологічній карті межі та інші деталі геологічної будови об`єкта картування.