Проектирование РЭС

Введение


В настоящее время цифровые частотомеры получили широкое распространение не только у радиолюбителей, но и у профессионалов. Лаборатория современного радиолюбителя просто немыслима без частотомера, ведь прибор для измерения частоты – прибор первой необходимости. Это объясняется возрастающей потребностью измерения частоты. Современные частотомеры используются не только как устройства для измерения частоты, но и в качестве цифровой шкалы, а также в качестве составляющих многих других более сложных РЭА.








РГР-2068757-20.08-ПР7-16-00






Изм.

Лист

докум

Подп.

Дата

Студент

Мелехин Т




Лит.

Лист

Листов

Руковод.

Колуков




Ур


4


Консульт.





Гр. ПР7

УКП Стромынка

Н. контр.




Зав. каф

Сахаров




1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ


    1. Заявка на разработку

1.1.1 Назначение: малогабаритный цифровой частотомер предназначен для измерения частоты электрических колебаний.

1.1.2 Выполняемые функции: измерение частоты.

1.1.3 Основные параметры функционирования:

  • чувствительность по уровню входного сигнала при измерениях частот до 600 кГц – 8мВ; от 600 кГц до 2,5 МГц – 30 мВ; свыше 2,5 МГц до 100 МГц – около 100МВ;

  • абсолютная погрешность измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц составляет 3 Гц; от 20 кГц до 2 МГц – 10 Гц; свыше 2 МГц – 100 Гц;

  • потребляемый ток от источника питания при измерениях частот до 2,5 МГц ток не превышает 5мА (при выключенной индикации) или 60 мА (при включенной индикации);

  • напряжение питания частотометра 9В.

      1. Условия эксплуатации:

  • температура: Т min = -40С; T max = +60С;

  • удары: длительность ударного импульса 5 …. 10мс, максимальное ускорение 98 м/с2 , частоты ударов 40….80мин-1

  • вибрации: диапазон частот 10 …. 70 Гц, виброускорение до 37 м/с2 ;

  • пониженное атмосферное давление: 61 кПа;

  • влажность: 93% при Т = 25С;

1.1.5 Транспортировать любым видом транспорта по территории РФ.

1.1.6 Конструктивные особенности: разборный корпус, лицевая панель.

1.1.7 Критерии качества: масса, габариты, стоимость.

1.1.8. Цель разработки: создание многофункционального цифрового портативного частотомера со сниженными массо-габаритными характеристиками, уменьшение его стоимости, повышенной надёжности и эффективности, а также удовлетворяющего требованиям настоящего технического задания.


  1. АНАЛИЗ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПА.


2.1 Анализ существующих конструкций частотомеров

Количество аналогов частотомера в мире не поддаётся исчислению.В целом все частотомеры работают по одному принципу: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени. И в разных схемах этот принцип реализуется по разному. Отсюда и идёт такое разнообразие конструкций. Новое направление в развитии измерительной техники даёт использование микроконтролёров (например схема № 2). Хотя их использование повышает цену прибора во много раз, но пользовательская выгода также возрастает не в меньшее количество раз. Ведь предел измерения можно повысить до 1,2 ГГц, а используя универсальность микроконтролеров и немалое количество денег функции частотомера ограничиваются только фантазией и интеллектом разработчика! В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития частотомеров.


Анализ аналогов и прототипа Таблица 2.1.

Частотомер


Крит. качества

№1 №2 №3 Прототип Разрабатываемая конструкция
Стоимость Высокая Очень высокая Средняя Высокая Невысокая
Эргономичность - + - + +
Многофункциональность - - + - -
Дискретность (Гц) 10 10 25 1 1
Габариты Большие Средние Маленькие Большие Меньше всех
Диапазон измерений 10Гц-100КГц 1Гц-200МГц 50Гц-500КГц 600кГц-100МГц 600кГц-100МГц
Вид обрабатываемого сигнала Аналоговый Цифровой Цифровой Цифровой Цифровой
Масса Большая средняя средняя большая Наименьшая

Ниже приводятся схемы приведенных выше аналогов.


Схема №1 – простой аналоговый частотомер, собранный на одновибраторе К155АГ1





Схема №2 – частотомер с использованием микроконтролера К1816ВЕ31





Схема №3 – малоэргономичный комбинированный частотомер, позволяющий измерять ещё и индуктивность различных катушек, резонансную частоту контуров, емкость конденсаторов.





Схема прототипа:




2.2. Анализ разрабатываемой конструкции частотомера

Электрическая принципиальная схема частотомера представленна в Приложении 1.

Разрабатываемый частотомер включает в себя:

  • входное формирующие устройство, предназначенного для усиления, преобразования входного сигнала.

  • задающего кварцевого генератора с делителем частоты для получения фиксированных и стабильных интервалов времени.

  • счётчик делитель частоты импульсов сигнала с цифровыми индикаторами, предназначенного для измерения и отображения измеряемой частоты.

  • устройство управления, обеспечивающего установку счётчика на нуль перед измерением и поступление на его вход последовательности импульсов для счёта в течение фиксированного интервала времени,

  • блок питания.

В отличае от обычно используемых схем цифровых частотомеров в данной схеме измерение частоты производится однократно, в течении только одного периода нормиронного интервала времени. Третий и последующие положительные перепады напряжения, поступающие на управляющее устройство не изменяют состояния триггеров и клапана. Поэтому измеренное количество импульсов сигнала высвечивается индикатором постоянно. Для повторного измерения следует снова нажать пусковую кнопку SA3, после чего процесс повторяется.

Для питания использованных микросхем требуется 2 напряжения 9 и 5 вольт. Для получения 5 В используется стабилизатор напряжения.

Несколько оригинально осуществляется индикация результатов измерения. Счётчик-индикатор собран из пяти микросхем, каждая их которых содержит счётчик импульсов по модулю 10, дешифратор и семисегментный светодиодный цифровой индикатор с запятой, которая включается по одному из входов 9 в зависимости от положения переключателя SA1.2 Показания счётчика считываться в килогерцах. С помощью тумблера SA4 в процессе между отсчётами индикацию можно выключить, чем достигается экономия энергии элемента питания. На пределе измерения 10Мгц, когда переключатель SA2 находиться в положении, показанном на схеме, показания индикатора необходимо умножать на 10.

Из всего вышесказанного следует, что большинство схем объединено общими недостатками: все они стационарные приборы, имеют сравнительно большие габариты и потребляют значительный ток от источника питания, что вынуждает питать их от сети переменного тока и не допускает использования автономного батарейного питания. Разрабатываемая схема цифрового частотомера лишена указанных недостатков и позволяет создать недорогой многофункциональный малогабаритный прибор.


3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОГО КОНСТРУКТОРСКОГО РЕШЕНИЯ


3.1. Внутреннее конструирование.

3.1.1. Внутренняя компоновка.

3.1.1.1. Выбор схемы расположения элементов конструкции и их расположение внутри корпуса блока.

Электрическая схема частотомера представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Для замены неисправного или отслужившего срок своей годности элемента питания предусматривается отдельное расположение его в правом нижнем углу корпуса в отдельном отсеке, снабжённым съемной крышкой, таким образом получается доступ к батарейке без разбора корпуса. Семисегментные индикаторы вклеиваются в отверстия в корпусе, а переключатели закрепляются в отверстиях с помощью винтового соединения.

Остальные элементы блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолиста толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока паралельно, с помощью уголковых скобок и 4-х винтов.

3.1.1.2. Выбор и обоснование компоновочных характеристик ячейки.

В данном случае под ячейкой понимается печатная плата с установленными на ней элементами. Способ установки ЭРЭ – односторонний. Конструкция ячеек - бескорпусная. Форму печатных плат выбираем прямоугольную, что облегчает определение их компоновочных характеристик. Компоновочные характеристики печатных плат – ориентировочное определение массогабаритных характеристик.

При размещении ЭРЭ-тов на печатных платах, ЭРЭ-ты заменяют установочными моделями. При определении площади печатных плат посадочное место ЭРЭ представляет собой проекцию установочной площади на плату. В сумме установочные площади определяют размеры печатных плат. При этом произведение сторон печатной платы должно соответствовать площади печатной платы.

3.1.1.3. Определение массо-габаритных размеров ячейки.

  1. Определение установочной площади Sуст элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из приложения 1, из таблицы «Перечень элементов схемы и их характеристики».

  2. Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на каждой плате:

Sуст = 1,3Sустi ( 1.1)

Sуст = 1,34725,6 = 5624 мм2;


  1. Определение площадей печатных плат:


S n.n. = , (1.2)


где Ks – коэффициент заполнения площади печатной платы, Ks = 0,8


Sn.n = = 7033 мм2;


  1. Определение габаритных размеров печатных плат. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали плату со следующими размерами:

1 плата 65х110;


  1. Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки:

В = 65 мм, L = 110 мм;

Высота ячейки равна:

Н = max Hэ + hn.n , (1.3)


где max Hэ – высота самого высокого элемента на плате,

H – толщина печатной платы.


Н = 9 + 1,5 = 10,5 мм,


  1. Определение массы ячеек.

Масса каждой ячейки состоит из массы печатной платы и массы элементов, расположенных на ней.

Масса каждого элемента mi представлена в приложении 1 в таблице 1.


mяч = mnn + mi , (1.4)


где mnn = ρхV – масса печатной платы, кг,

ρ – плотность материала платы, кг/м3

V – объем ячейки, м3


mnn = 2,4х1039,9х10-6 = 0,02376 кг.,

mяч = 0,04025 + 0,02376 = 0,06401 кг.,


Вывод: найдены массо-габаритные размеры ячеек.

3.1.1.4. Выбор способов крепления плат.

Горизонтально расположенную плату крепят на двух П-образных скобках с помощью 4 винтов и гаек, причем винты проходят через плату, скобки и основание.

Скобки изготовлены из алюминия.

3.1.2. Анализ и уточнение варианта.

3.1.2.1. Определение компановочных характеристик корпуса частотомера включает в себя 2 этапа:

  1. Определение габаритных размеров корпуса блока,

  2. Определение общей массы конструкции блока.

Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений.

Определяем ориентировочный объем проектируемой конструкции:


V = Vустi, (1.5)


где Кv – обобщенный коэффициент заполнения объема,

Vустi – установочный объем i-го элемента.

В качестве установочного объема i-го элемента выбираем объем ячейки. Тогда формула примет вид:


V = Vяч i (1.6)


Vячi = HiLiBi (1.7)


Vяч1 = 6511010,5=75075 мм3 = 750,710-6м3,


V = 750,710-6 = 93810-6м3.


Высота корпуса блока определяется по формуле:


H = Hяч 12, (1.8)

где Hяч – высота ячейки,

Hяч=95 мм,

Х1, Х2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,

Х1 = 5,5 мм, Х2 = 5 мм.


H = 10,5 + 5,5 + 5 = 21 мм.


Ширина корпуса блока определяется по формуле:


B = Bяч + Y1 + Y2, (1.9)

где Bяч – размер ячейки,

Bяч = 65 мм,

Y1,Y2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,

Y1 = 2,0 Y2 = 3 мм

B = 65 + 2,0+3 = 70 мм.


Длина корпуса блока определяется по формуле:


L = Lяч + Z1 + Z2, (1.10)


где Lяч – размер ячейки, Lяч = 110 мм

Z1, Z2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячеек в блок,

Z1 = Z2 = 2,5 мм

L = 110 + 2,5 + 2,5 = 115 мм

Масса конструкции блока определяется по формуле:

m = mяч + mк + mосн + mдоп, (1.11)

где mяч– масса ячейки, кг,

mк – масса корпуса блока, кг,

mосн – масса основания блока, кг,

mдоп – масса дополнительных элементов, кг.


m = 0,06401 + 0,102 + 0,076 + 0,0165 = 0,25 кг.


Вывод: Определены габариты блока HLB,

2111570,

и масса m = 0,25 кг.


3.1.2.2. Расчет теплового режима блока.

Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа:

  1. определение температуры корпуса блока tк;

  2. определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з.

Для выполнение расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:

  • размеры корпуса:

- ширина B = 0,070 м;

- длина L = 0,115 м;

- высота H = 0,050 м;


  • размеры нагретой зоны lbh, 0,1100,0600,01;

  • величина воздушных зазоров между

нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса hн = 0,005 м,

нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса hв = 0,0055 м;

  • мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Ро = 2,6 Вт;

  • мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Рк = 2 Вт;

  • температура окружающей среды tо = 25оС


Этап 1. Определение температуры корпуса.

  1. Рассчитываем удельную поверхность мощность корпуса блока:

qк = Po/Sк , (2.0)

где Sк – площадь внешней поверхности корпуса блока,

Sк = 2(HB+BL+HL)

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: