2018-03-09
264
Расчёт размеров печатной платы
Печатную плату сигнализатора загазованности воздуха предполагается выполнить в виде двухсторонней печатной платы (ПП). Разводка платы выполнена при помощи программы PCAD 2002.
В качестве материала печатной платы используется стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35-1,5 ГОСТ 10319-78. В соответствии с действующим ГОСТ 23751-86 рекомендуется использовать платы прямоугольной формы, размеры каждой её стороны должны быть кратны: 2,5, 5, 10 при длине соответственно до 100, 350 и более 350 мм. Максимальный размер любой из сторон не может превышать 470 мм, а соотношение сторон должно быть не более 3:1.
Расчет размеров платы сводится к нахождению суммарных установочных площадей малогабаритных, среднегабаритных, крупногабаритных элементов. А для этого необходимо знать габаритные размеры каждого элемента.
К малогабаритным относят все миниатюрные элементы, это значит, резисторы (Р ≤ 0,5Вт), малогабаритные конденсаторы, диоды и т.д.
К среднегабаритным – микросхемы в прямоугольных корпусах, резисторы (Р ≥ 0,5Вт), электролитические конденсаторы и т.д.
|
|
|
К крупногабаритным – переменные резисторы и конденсаторы, полупроводниковые приборы на радиаторах и т.д.
Габаритные размеры, а также установочная площадь всех элементов, которые размещены на плате, указаны в таблице 3.1
Таблица 3.1 – Габаритные размеры элементов и их установочная площадь
| Название элемента | Тип элемента | Габаритные размеры, мм | Σ Установочная площадь, мм2 | Габариты |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| DA1,DA2 | 7805,7806 | 4,5×3,2 | 28,8 | Cг |
| DD1 | PIC16F627 | 6,2×22,6 | 76 | Сг |
| B1 | MQ214 | Ø9,2 | 66,4 | Cг |
| HL1 | алс331а | Ø5,8 | 26,4 | Cг |
| HG1 | CPD-05231UR | 37,8×17,5 | 661,5 | Кг |
| R1…R16 | 0805 | 1,2×2,0 | 14,4 | Mг |
| C1,C4 | К10-17Б | 4,2×3,8 | 47,8 | Мг |
| C2,C3,C5 | К50-35 | Ø8 | 50,2 | Cг |
| VT1…VT3 | KT 3142 A | Ø 4,95 | 57,7 | Сг |
| Гнездо питания X1 | 11456 | 2,1×5,5 | 11,5 | Мг |
| X2 | Pls-2r | 2,5×3,4 | 8,5 | Мг |
| SB1 | SS03 | 7,7×12,4 | 95,4 | Кг |
| HA1 | HCM1205X | Ø 12 | 113 | Кг |
Исходя из данных, которые приведены в таблице 3.1, рассчитываем площадь монтажной зоны S мз, см2, по формуле:
S мз= 4 · S мг + 3 · S сг + 1,5 · S кг, (3.1)
где S мз – площадь рассчитываемой монтажной зоны, см2;
S мг – суммарная площадь, которую занимают малогабаритные радиоэлементы, см2;
S сг – суммарная площадь, которую занимают среднегабаритные радиоэлементы, см2;
S кг – суммарная площадь, которую занимают крупногабаритные радиоэлементы, см2.
S мз = 4·82,2+ 3·305,5+ 1,5·869,9 = 2550,1 мм2
Суммарная площадь печатной платы должна быть не менее 25 см2.
Полагая монтажную зону прямоугольной формы находим её линейные размеры при низкой плотности монтажа. Таким образом размеры печатной платы будут 50´55 мм.[16],[18],
|
|
|
Разработка печатной платы
Функциональная компоновка – размещение и установка функциональных элементов на печатных платах с учетом функциональных и энергетических требований, а также плотности компоновки и установки элементов, плотности топологии печатных проводников. Функциональная компоновка проводится для определения основных размеров печатной платы, выбора способов ее проектирования и изготовления. Прежде чем приступить к изготовлению печатной платы, нужно сделать её рисунок, т.е. скомпоновать все радиоэлементы и микросхемы. Компоновка устройства подразумевает под собой примерное расположение на печатной плате радиоэлементов и микросхем, входящих в состав устройства.Для определения положения элементов на плате в первую очередь делают рисунок платы в соответствии с заданными габаритами устройства, далее компонуются все радиоэлементы и микросхемы на рисунке в соответствии с их реальными размерами.
После расположения радиоэлементов и микросхем наносятся отверстия для контактных площадок и отверстия для крепления печатной платы в корпусе устройства.
Заключительным этапом является проведение соединительных линий (печатных проводников) в соответствии с принципиальной схемой устройства.
Внутренняя компоновка – размещение входящих в состав нашего устройства блоков внутри его корпуса с учетом требований удобства сборки, контроля, ремонта, механического и электрического соединения, требований по обеспечению оптимального теплового режима и эргономики.
Разработка конструкции прибора
Общий вид сигнализатора загазованности воздуха представлен на чертеже БНТУ. 31303113.100 ВО.
Сигнализатор загазованности воздуха состоит из корпуса унифицированного пластмассовогоBOS400ASCс размерами 100х50х24(позиция 1).
На лицевой панели прибора рядом с находящимся на плате датчиком опасных газов MQ214 имеются сквозные прорези, закрытые сеткой, предусмотренные для циркуляции воздуха.
Так же на лицевой панели сигнализатора располагаются: двухцветный светодиод (позиция 2), движковый переключатель (позиция 3) и семисегментный индикатор (позиция 4).
На задней панели находятся крышка батарейного отсека (позиция 5) и подставка для прибора.
Печатного узла (позиция 6), расположенного на бобышках, предусмотренных в конструкции корпуса. Печатный узел крепится к бобышкам при помощи четырёх винтов для пластика(позиция 7).
В правой боковой стенке корпуса имеется гнездо для питания
(позиция 8) дляAC/DCпреобразователямаркиGS06E. Надписи на корпусе прибора наносятся с помощью наклеек. В гнезде имеются устройство переключения питанияX2 (позиция 9).[2],[3]
Расчёт надёжности
Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.Надежность является комплексным свойством, которое включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность или определяем сочетание этих свойств.
Для всех устройств важнейшим показателем надежности является вероятность безотказной работы. В составе любого устройства можно выделить n-простейших элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всего устройства в целом.
Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, характеризует способность прибора работать до первого отказа.
Показателями безотказности приборов могут служить средняя наработка до первого отказа и вероятность безотказной работы.
|
|
|
Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе техобслуживания и ремонта.
Работоспособное состояние - это состояние объекта, при котором все параметры, характеризующие способность объекта выполнять заданные функции соответствующие нормативным требованиям.
В сигнализаторе загазованности воздуха устройстве можно выделить n-групп элементов, суммарная интенсивность отказов которых определяется по формуле:
, (3.2)
где nj – число элементов j -ой группы, шт;
l j – интенсивность отказов элемента j -ой группы, 1/час;
аj – коэффициент, учитывающий эксплуатационные факторы
(температуру, влажность и т.д.).
Условия эксплуатации:
Определяем вероятность безотказной работы P(t) при:
–t=1000-6000 часов;
– температуре окружающей среды t =10-30°С;
– влажности 70-90%;
– влияние высоты h (0-1)км;
– прибор не герметизирован;
– не амортизирован;
– P(t) заказчика равно 0,8.
Прибор будет изготовлен с использованием печатного монтажа.
Таблица 3.2 – Данные по расчёту надёжности
| Номер группы | Наименование и типы элементов | Количество элементов в схеме nj, шт | Интенсив-ность отказов, li ·10-6 , ч-1 | Эксплуата-ционный коэффициент ai | Произве-дение li · ni·ai 10-6 ч-1 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | ПП цифровые ИС 4-й степени интеграции | 1 | 0,45 | 1,35 | 0,61 |
| 2 | ПП аналоговые ИС 1-й степени интеграции | 2 | 0,55 | 1,35 | 1,49 |
| 3 | Светодиод | 1 | 0,70 | 0,315 | 0,22 |
| 4 | Индикаторы цифробуквенные на основе светодиодов | 1 | 3,00 | 1,35 | 4,05 |
| Продолжение таблицы 3.2 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 5 | Резисторы постоянные непроволочные, Рном<0.5 Вт, ток постоянный | 16 | 0,05 | 1,62 | 1,29 | ||
| 6 | Конденсаторы керамические | 2 | 0,05 | 0,126 | 0,02 | ||
| 7 | Транзисторы кремниевые малой мощности | 3 | 0,40 | 1,44 | 1,73 | ||
| 8 | Конденсаторы электролитические танталовые | 3 | 0,25 | 1,44 | 1,08 | ||
| 9 | Соединители штепсельные | 1 | 0,20 | 1,026 | 0,41 | ||
| 10 | Кнопки | 1 | 0,4 | 1,8 | 0,72 | ||
| 11 | Датчик газа | 1 | 3,2 | 1,8 | 5,76 | ||
| 12 | Лепесток контактный | 2 | 0,20 | 1,8 | 0,72 | ||
| 13 | Гнездо | 1 | 0,70 | 1,8 | 1,26 | ||
| 14 | Звукоизлучатель | 1 | 0,25 | 1,8 | 0,45 | ||
| 15 | Плата печатного монтажа | 1 | 0,2 | 1,8 | 0,36 | ||
| 16 | Места пайки | 101 | 0,004 | 10 | 4,04 | ||
| 17 | Корпус | 1 | 1,1 | 1,8 | 1,98 | ||
| LS=∑niliai
| 26,19·10-6 ч-1 | ||||||
1.2 Рассчитываем эксплуатационный коэффициент ai:
a 1=1,5·1,2·1·1·0,75=1,35;
a 2=1,5·1,2·1·1·0,75=1,35;
a 3=1,5·1,2·1·1·0,175=0,315;
a 4=1,5·1,2·1·1·0,75=1,35;
a 5=1,5·1,2·1·1·0,9=1,62;
a 6=1,5·1,2·1·1·0,07=0,126;
a 7=1,5·1,2·1·1·0,8=1,44;
a 8=1,5·1,2·1·1·0,8=1,44;
a 9=1,5·1,2·1·1·0,57=1,026;
a 10=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 11=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 12=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 13=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 14=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 15=1,5·1,2·1·1=1,8;
a 16=5·2·1=10;
a 17=1,5·1,2·1·1=1,8.
Вероятность безотказной работы прибора P(t) в течении заданного промежутка времени определяется формулой:
, (3.3)
где е – основание натурального логарифма;
λ – интенсивность отказов устройства, ч-1;
t – заданный промежуток времени, час.
По полученным данным строим график зависимости вероятности безотказной работы Р = f (t), который приведен на рисунке 3.1
График зависимости P=f(t)
Рисунок 3.1 – График зависимости P=f(t)
При вероятности безотказной работы 0,8 наработка на отказ 8000 часов.
