Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Разработка блока управления электромеханическим замком

Разработка блока управления электромеханическим замком

исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухом и очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350-80, в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше плюс 40 °С, и сочетание температуры, равной или выше О °С, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 1 часов в сутки за непрерывный период более двух месяцев в году.

Изделия в различных климатических исполнениях в зависимости от места размещения при эксплуатации в воздушной среде на высотах до 4300 м изготавливают по категориям размещения изделий.

Разрабатываемый блок управления замком электромеханическим предназначен для эксплуатации в помещениях (объемах) с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, ветра, песка, пыли наружного воздуха, отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги), а конкретнее - в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях. Следовательно, блок управления замком электромеханическим относится к категории исполнения 4.2.

Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации изделий принимают равными следующим значениям:

верхнее рабочее значение температуры окружающего

воздуха при эксплуатации, °С +35;

нижнее рабочее значение температуры окружающего

воздуха при эксплуатации, °С +10;

  • верхнее предельное рабочее значение температуры

окружающего воздуха при эксплуатации, °С +40;

  • нижнее предельное рабочее значение температуры

окружающего воздуха при эксплуатации, °С +1;

  • величина изменения температуры окружающего воздуха

за 8 ч., °С 40;

верхнее значение относительной влажности при температуре

плюс 25 °С, % 80;

  • среднегодовое значение относительной влажности при

температуре плюс 20 °С, % 60;

среднегодовое значение абсолютной влажности, гм 10;

верхнее рабочее значение атмосферного

давления, кПа (мм рт. ст.) 106,7 (800);

  • нижнее рабочее значение атмосферного давления,

кПа (мм рт. ст.) 86,6 (650);

  • нижнее предельное рабочее значение атмосферного

давления, кПа (мм рт. ст.) 84,0 (630).

Указанное верхнее значение относительной влажности воздуха нормируется также при более низких температурах; при более высоких температурах относительно влажность ниже.

Так как нормированное верхнее значение относительной влажности 80%, то конденсация влаги не наблюдается.

Содержание в атмосфере на открытом воздухе коррозионно-активных реагентов:

сернистый газ, мг/м, не более 0,025;

хлориды, мг/м, не более 0,00035.

Содержание коррозионно-активных реагентов в атмосфере помещений категории 4 в 2-5 раз меньше указанного и устанавливается на основании измерений, но так как данные измерений отсутствуют, то содержание коррозионно-активных агентов принимаем равным 30 % указанного.

За нормальные значения факторов внешней среды при испытаниях изделия (нормальные климатические условия испытаний) принимаются следующие:

температура, °С +25±10%;

относительная влажность воздуха, % 45...80;

атмосферное давление, мм рт. ст. 630...800.

Так как блок управления замком электромеханическим предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения климатических факторов указанные выше.

За эффективную температуру окружающей среды (при тепловых расчетах) принимается максимальное значение температуры.

За эффективные значения сочетания влажности и температуры при расчетах параметров изделия, изменение которых вызывается сравнительно длительными процессами, принимаются среднемесячные значения сочетаний влажности и температуры в наиболее теплый и влажный период (с учетом продолжительности их воздействия ).

За эффективные значения концентрации агрессивной среды принимают среднее логарифмическое значение содержания коррозионно-активных реагентов, соответствующего данному типу атмосферы.

За эффективное значение давления воздуха принимается среднее значение давления.

Группа условий эксплуатации по коррозионной активности для металлов и сплавов без покрытий, а также с неметаллическими и неметаллическими неорганическими покрытиями - 1.

Группа условий эксплуатации в зависимости от климатического исполнения к категории размещения изделия (УХЛ 4.2) - 1.

Условия хранения изделий определяются местом их размещения, макроклиматическим районом и типом атмосферы и характеризуется совокупностью климатических факторов, воздействующих при хранении на упакованные или законсервированные изделия. Согласно ГОСТ 15150-69, для проектируемого изделия удовлетворительными являются условия хранения в отапливаемых и вентилируемых складах, хранилищах с кондиционированием воздуха, расположенных в любых макроклиматических районах.

Обозначения такого хранилища: основное - 1, буквенное - Л, текстовое “отапливаемое хранилище”. Климатические факторы, характерные для данных условий хранения:

температура воздуха, °С +5...+40;

максимальное значение относительной влажности

воздуха при температуре плюс 5 °С, % 80;

среднегодовое значение относительной влажности

воздуха при температуре плюс 20 °С, % 60;

пылевое загрязнение незначительно;

действие солнечного излучения, дождя, плесневых грибков отсутствует.

Условия транспортирования данного изделия являются такими же, как и условия хранения. Транспортировка осуществляется в закрытых транспортных средствах, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе.

Климатические факторы, характерные для данных условий транспортировки:

температура воздуха, °С ±50;

  • максимальное значение относительной влажности

воздуха при температуре минус 50 °С, % 100;

- среднегодовое значение влажности воздуха при

температуре + 20 °С, % 60;

пылевое загрязнение незначительно.


2.3 Анализ дестабилизирующих факторов


По ГОСТ 11478 - 88 аппаратуру в зависимости от условий эксплуатации подразделяют на 4 группы. Разрабатываемое устройство относится к группе 1 (условия эксплуатации - в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях).

На аппаратуру этой группы действуют следующие дестабилизирующие факторы:

синусоидальные вибрации;

различные механические воздействия при транспортировке;

пониженная и повышенная температура среды;

повышенная влажность воздуха;

воздействие пыли.

Для того чтобы выяснить, как поведет себя аппаратура при воздействии этих факторов, а также для проверки соответствия ее установленным в техническом задании требованиям, проводят испытания аппаратуры на воздействие внешних механических и климатических факторов.

Испытания, проводимые для данной группы аппаратуры и значения механических и климатических факторов, которые она должна выдерживать, указаны в ГОСТ 11478-88.

При испытании на воздействие пониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ на аппаратуру допускается по согласованию с заказчиком устанавливать значения рабочей пониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанных в ГОСТ 11478-88.

При испытании на воздействие пониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ на аппаратуру допускается по согласованию с заказчиком устанавливать значения рабочей пониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанных в ГОСТ 11478-88.

Испытания рекомендуется проводить на одних и тех же образцах аппаратуры в следующей последовательности:

механические испытания;

испытание на воздействие повышенной температуры среды;

испытание на воздействие повышенной влажности;

испытание на воздействие пониженной температуры среды.

Испытания на воздействие пыли и на прочность при падении рекомендуется проводить на образцах аппаратуры, которые не подвергались испытаниям других видов.

Испытание включает следующий ряд операций, проводимых последовательно:

начальная стабилизация (если требуется);

начальные проверки и начальные измерения (если требуется);

выдержка;

конечная стабилизация (если требуется);

  • заключительные проверки и измерения (если требуется).

До и после испытания значения параметров и характеристик должны соответствовать требованиям для нормальных климатических условий, установленных в стандартах на аппаратуру.

Аппаратуру считают выдержавшей испытание, если:

не нарушена сохранность внешнего вида;

  • после испытания характеристики и параметры аппаратуры соответствуют требованиям, установленным в стандартах или ТУ на аппаратуру и в ПИ для испытаний данного вида.


2.4 Анализ электрической схемы

В данной работе поставлена задача разработки только одного блока системы контроля доступа в помещение (СКДП) - электронного блока управления (ЭБУ). Однако для анализа исходных данных необходимо рассмотреть систему в целом. Схема электрическая структурная ЭБУ приведена в приложении В.

Замок электромеханический предназначен для ограничения доступа в охраняемые помещения и может эксплуатироваться как автономно, так и в составе охранных устройств и устройств "электронный вахтер". Замок является врезным дверным замком и устанавливается непосредственно в саму дверь.

Система разработана по модульному принципу и включает в себя следующие блоки:

  • блок управления (БУ);

  • электромеханическое запирающее устройство – исполнительный механизм (ЭЗУ);

  • электронные карточки-ключи.

Блок управления STEGO 01.010, в дальнейшем БУ, предназначен для управления релейными замками с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В. Управление замками осуществляется посредством электронных карточек таблеточной конструкции DS1990, DS1992, DS1994 фирмы DALLAS (США).

БУ обладает функциями автономной охраны двери, что обеспечивается подключением стандартного магниточувствительного дверного датчика и внешнего звукового или светового оповещателя.

БУ состоит из следующих составных функциональных частей:

  • электронный блок управления (ЭБУ);

  • накладка внешняя;

  • накладка внутренняя;

ЭБУ и накладки выполнены в виде самостоятельных конструктивных единиц, что позволяет в зависимости от планировки помещения, типа дверей и т.п. устанавливать эти составные части по месту.

Электронный блок управления, является основной частью БУ, выполнен в разборном металлическом корпусе. На передней панели блока установлены светодиодные индикаторы сети и наличия аккумулятора резервного питания. Для питания ЭБУ используется сетевое напряжение 220В или аккумулятор резервного питания напряжением 12В.

Электронный блок управления осуществляет все необходимые функции, связанные с запоминанием и опознаванием ключей, индикацией режимов, выдачей сигналов управления на ЭЗУ.

В корпусе ЭБУ располагаются:

  • базовый модуль;

  • модуль световой и звуковой индикации;

  • микропроцессорный модуль.


Микропроцессорный модуль управляет режимами работы БУ, принимает и обрабатывает сигналы ключей, датчика, кнопок, обеспечивает хранение кодов ключей, выдает сигналы управления замком, оповещения и тревоги.

Базовый модуль обеспечивает:

  • формирование напряжений необходимых для работы БУ, исполнительного реле замка, выносного звукового или светового оповещателя;

  • автоматическую подзарядку и подключение аккумулятора резервного питания, при пропадании напряжения сети;

  • согласование модуля контроллера с внешними устройствами;

  • усиления сигналов управления замком, индикации, оповещения и тревоги.

Блок управления устанавливается в помещении, в удобном для доступа месте, но не далее 10 м от двери.

Накладка внешняя, конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит: плату с контактным устройством ключей и светодиодным индикатором режимов, вызывную кнопку.

Устанавливается на внешней стороне двери и закрепляется посредством двух винтов со стороны внутренней накладки.

Накладка внутренняя, конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит кнопку открывания замка и коммутационную переходную плату для подключения накладки внешней, магниточувствительного датчика и ЭБУ.

Электронные карточки выполняют функцию ключей и представляют из себя электронную схему, встроенную в герметичный корпус таблеточной конструкции. Каждая карточка имеет записанный в ней индивидуальный 48 разрядный код, который не может быть изменен. Большое число комбинаций кодов исключает возможность их подбора и повторения

Кроме обычных карточек, которые пользователь может приобретать независимо, замок комплектуется специальной карточкой ("мастер-ключ") посредством которой осуществляется задание режимов работы БУ, а также программирование и стирание кодов ключей.

Производитель карточек - американская фирма "DALLAS" гарантирует их безотказную работу в течение 10 лет.

Электромеханическое запирающее устройство, является исполнительным механизмом замка. В качестве ЭЗУ используется механизм с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В (таких марок как COMMAX, CISA, ABLOY).

Схема электрическая принципиальная ЭБУ приведена в приложении В.


2.4.1 Основные технические параметры

  • количество электронных карточек-ключей, программируемых в память БУ - 32;

  • режим программирования и стирания ключей - списковый, избирательный;

  • максимальный пусковой ток управления замком, при напряжении 12 В, не более, А - 1,5;

  • напряжение питания - ( 220 ± 22)В;

  • потребляемая от сети мощность в дежурном режиме, не более, Вт - 1,5;

  • максимальная мощность подключаемого выносного звукового или светового оповещателя, не более В·А-4,0;

  • резервный источник питания - аккумулятор 1,2 А·ч; (автоматические подключение и подзарядка);

  • время автономной работы с резервным источнком

питания ч, не менее 36;

  • габаритные размеры БУ, не более, мм 185х135х80;

  • масса БУ без резервного источника питания, не более, кг 3.


2.4.2 Принцип работы

Работа ЭБУ предполагает:

  • формирование и выдачу сигналов управления замком;

  • запись и хранение кодов электронных карточек-ключей;

  • стирание кодов ключей, утративших полномочия;

  • задание и отмену режимов работы;

  • обработку сигналов дверного датчика;

  • управление оповещателями в режиме охраны.


Принцип работы БУ основан на использовании в качестве ключей электронных карточек, каждая из которых имеет свой уникальный код. Обработка, запись и стирание кодов, а также управление всеми режимами работы БУ осуществляется микроконтроллером ЭБУ. Передача кодов с электронной карточки на микроконтроллер осуществляется при касании ею контактного устройства по командам микроконтроллера. Коды ключей, обладающих полномочиями на управление БУ записываются в энергонезависимую память ЭБУ и сохраняются при полностью обесточенном устройстве не менее 10 лет. Поскольку, микроконтроллер осуществляет только чтение кодов электронных карточек, полностью исключена возможность внешнего несанкционированного доступа к записанным кодам ключей и вмешательства в режимы работы БУ.

Установка режимов, запись и стирания карточек осуществляется посредством специальной карточки - "мастер-ключ", входящей в комплект замка. Каждый БУ имеет единственный "мастер-ключ".

Открывание замка с внутренней стороны осуществляется нажатием кнопки внутренней накладки, или выносной кнопки.

БУ выдает звонковый сигнал посещения, при нажатии кнопки внешней накладки.

Светодиодный индикатор контактного устройства индицирует состояние замка/двери. Цвет индикатора меняется с красного на зеленый при открывании замка. Обратная смена цвета произойдет только при открывании и последующем закрывании двери.

В режиме охраны встроенный звуковой оповещатель БУ выдает длинные прерывистые сигналы оповещения, при незакрытой двери более 20 сек. При несанкционированном открывании двери (без предъявления электронной карточки, нажатия внутренней кнопки) звуковой оповещатель выдает непрерывные короткие звуковые сигналы и осуществляет выдачу сигналов на внешний световой или звуковой оповещатель мощностью не более 4 В·А с частотой 1 Гц. Отключение сигналов тревоги возможно только запрограммированным ключом.

Светодиоды на передней панели ЭБУ индицируют наличие сети и аккумулятора резервного питания:

  • красный и зеленый - есть сеть, есть аккумулятор;

  • только красный - есть сеть, нет аккумулятора;

  • отсутствие свечения обоих индикаторов - нет сети.

В последнем случае о наличии аккумулятора можно судить по свечению индикатора контактного устройства.

БУ не предназначен для эксплуатации в помещениях для хранения активно действующих химикатов, а также в помещениях, содержащих пыль и примеси, вызывающие коррозию металлических частей и повреждение электрической изоляции.


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

3.1 Выбор и обоснование элементной базы


Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании (блока управления замком электромеханическим) и использовании в режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваются допустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов, не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.

Влияние Э.Д.С. шумов, коэффициентов нелинейности, паразитных емкости и индуктивности и др., должны учитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения.

Для правильного типа элементов необходимо на основе требований к установке в части климатических, механических и др. воздействий проанализировать условия работы каждого элемента и определить:

эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);

значения параметров и их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);

  • допустимые режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и т.д.);

  • показатели надежности, долговечности и сохраняемости;

Критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям работы и эксплуатации.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:

а) технические параметры:

  • номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

  • допустимые отклонения величин ЭРЭ от их номинального значения;

  • допустимое рабочее напряжение ЭРЭ;

  • допустимое рассеивание мощности ЭРЭ;

  • диапазон рабочих частот ЭРЭ;

  • коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

б) эксплуатационные параметры:

  • диапазон рабочих температур;

  • относительная влажность воздуха;

  • давление окружающей среды;

  • вибрационные нагрузки;

  • другие (специальные) показатели.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются:

  • унификация ЭРЭ;

  • масса и габариты ЭРЭ;

  • наименьшая стоимость;

  • надежность.

Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а также конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:

  • значительно сократить сроки и стоимость проектирования.

  • сократить на предприятии изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочных единиц, увеличить применяемость и масштаб производства.

  • исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭА, т.е. упростить подготовку производства.

  • создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий.

  • улучшить эксплуатационную и производственную технологичность.

  • снизить себестоимость выпускаемого изделия.

Учитывая вышесказанное, перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого блока управления электромеханического замка.

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого блока управления приведена в приложении В.

Здесь применены:

  • микросхемы КР561ТЛ1, КР142ЕН5А;

  • процессор ЭКР1830ВЕ31;

  • память D27С64;

  • ППЗУ ЭКР1568РР1;

  • регистр ЭК1554ИР22;

  • резисторы С2-23-0,125, С2-23-0,5, С2-23-2;

  • конденсаторы типа К50 35, МО21;

  • транзисторы КТ3102ГМ, КТ3107ГМ, КТ973А;

  • диоды КД243, КД522А;

  • светодиоды АЛ307;

  • резонатор кварцевый на 4МГц;

  • трансформатор;

  • вставка плавкая ВП1-1;

  • головка динамическая 0,5ГДШ – 2 – 8Ом.

Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационных параметров ЭРЭ используемых в данных модулях.

Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации аналоговых микросхем серии КР142:


  • интервал рабочих температур

-20...+850С

  • многократное циклическое изменение температуры


-20...+850С

  • относительная влажность воздуха при температуре 200С


до 98%

  • атмосферное давление

0.67...31кПа


Сопоставляя заданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации микросхем данной серии, заключаем, что выбранная серия микросхем пригодна для эксплуатации в данных условиях.

Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации конденсаторов следующих типов:


а) для конденсаторов типа К50 35:


  • температура окружающей среды

-20...+700С

  • относительная влажность воздуха при 400С

до 98%

  • тангенс угла потерь при нормальных климатических условиях


15...40%

  • атмосферное давление

от 0.67 до 31 кПа

  • минимальная наработка при температуре 700С

2000 часов

  • срок сохраняемости

5 лет


б) конденсаторов типа М021:


  • температура окружающей среды

от -60 до 1500С

  • относительная влажность воздуха при 350С

до 98%

  • атмосферное давление

от 10-6 до 800 мм.рт.ст.

  • минимальная наработка

10000 часов


Сопоставляя условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации предлагаемых типов конденсаторов, заключаем, что данные типы пригодны для эксплуатации в заданных условиях.

Из справочной литературы [19] имеем данные об условиях эксплуатации применяемых в устройстве транзисторов КТ3102:


  • граничная частота при Vкб=5В, Iэ=10мА

не менее 900МГц

  • постоянное напряжение Vкэ при Rэб<3кОм

15В

  • постоянный ток коллектора

30мА

  • температура окружающей среды

от 213 до 398К

  • рассеиваемая мощность при Т=213...338К, р<665Па


150мВт

  • при Т=398К

60мВт


Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации резисторов типа С2-23:


  • интервал рабочих температур

-60...+1550С

  • относительная влажность воздуха при температуре 400С


до 98%

- давление окружающей среды, мм. рт.ст.

5...2280


Сопоставляя заданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации резисторов, заключаем, что выбранный тип пригоден для эксплуатации в данных условиях.

Из справочной литературы [18] имеем следующие данные об условиях эксплуатации диодов типа КД522:


  • интервал рабочих температур

-60...+1250С

  • относительная влажность воздуха при температуре 200С


до 98%

  • давление окружающей среды, мм.рт.ст.

5...800


Сопоставляя заданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации диодов, заключаем, что выбранный тип пригоден для эксплуатации в данных условиях.

Сопоставление характеристик остальных ЭРЭ (микросхем, диодов, транзисторов, и т.д.), используемых в модулях замка, с условиями эксплуатации, позволяет заключить, что названные ЭРЭ пригодны для эксплуатации в заданных условиях.

Сравнительный анализ по использованию элементной базы в данных модулях согласно предложенной схеме электрической принципиальной показал соответствие эксплуатационных и технических характеристик ЭРЭ заданным условиям эксплуатации.

В результате сопоставления условий эксплуатации разрабатываемого прибора и условий эксплуатации применяемых в нем ЭРЭ провели выбор элементной базы. Выбранная элементная база является унифицированной.


    1. Выбор материалов конструкций

Выбор материалов конструкций разрабатываемого изделия проводим согласно требованиям, изложенным в ТЗ.

Материалы конструкций должны обладать следующими свойствами:

  • иметь малую стоимость;

  • легко обрабатываться;

  • быть легким;

  • обладать достаточной прочностью и легкостью;

  • внешний вид материала кожуха, лицевой и задней панелей должен отвечать требованиям ТЗ;

  • сохранять свои физико-химические свойства.

Применение унифицированных материалов конструкций, ограничения номенклатуры применяемой детали позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшить производственную и эксплуатационную технологичность.

Сохранение физико-химических свойств материалов в процессе их эксплуатации достигается выбором для них необходимых покрытий. При выборе покрытий для материалов конструкций необходимо руководствоваться рекомендациями и требованиями изложенными в ГОСТ9.303 84 и ОСТ4ГО.014.000. Изготовление деталей конструкции типовыми технологическими операциями также позволяет снизить затраты при серийном выпуске изделия в промышленности. При изготовлении РЭА наиболее широкое применение нашли следующие технологические операции:

  • штамповка;

  • точечная электросварка;

  • и другие.

Для разрабатываемого прибора, учитывая программу выпуска целесообразно применение деталей, изготовленных штамповкой.

Холодная штамповка относится к наиболее прогрессивным способам изготовления заготовок деталей из листа и ленты вырубкой, вытяжкой, проколкой, гибкой, раздачей и т.д. Однако целесообразность её применения определяется рядом условий и прежде всего серийностью выпуска изделия, конфигурацией детали, механическими свойствами материала, требуемой точностью изготовления детали.

Детали из листового материала в наиболее общем виде можно разделить на плоские, гнутые и объемные (полые), а соответствующие операции холодной штамповки - на вырубку гибку и вытяжку. Плоские заготовки, получаемые холодной штамповкой, основанные на резании материалов (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, зачистка и т.п.), можно изготовлять из всех металлов и их сплавов, а также из многих неметаллических материалов. Гнутые и объемные (полые) детали, получаемые пластическим деформированием материалов целесообразнее изготовлять из материалов со сравнительно малым пределом текучести, низкой твердостью и большим относительным удлинением.

Анализ наиболее распространенных конструкций заготовок деталей, изготовляемых холодной штамповкой, позволяет установить некоторые технологические особенности их конструирования, в соответствии с которыми следует:

  • шире применять штампосварные конструкции;

  • учитывать технологические особенности различных штамповочных операций;

  • для увеличения прочности деталей применять ребра жесткости, загибку фланцев, отбортовку и закатку кромок;

  • избегать сложных кривых (окружностей), внутренних откосов;

  • обеспечивать конфигурацию деталей или её развертки, дающей наивыгоднейшее использование листового материала и позволяющее применять малоотходный или безотходный раскрой; если отходы неизбежны, то желательно придавать им конфигурацию, соответствующую другой детали, согласованием конфигурации и расположения наружного контура одной детали с наружным контуром другой или использование отходов внутреннего контура;

  • снижать трудоемкость изготовления детали применением стандартных профилей;

  • максимально унифицировать марки материала и уменьшать номенклатуру применяемых толщин материала.

Плоские детали из листового материала толщиной от 0.05 до 25мм можно отрезать на гильотинных ножницах, в отрезных штампах и вырубать в штампе на прессе.

Способ получения детали зависит от контура детали или развертки. Унификация размеров вырубаемых элементов (отверстий, пазов, выступов, радиусов сопряжений) позволяет использовать поэлементно штамповку. Минимальная ширина детали для отдельных участков её контура зависит от толщины металла и его механических свойств. Толщина материала заготовки, её ширина также влияет на конструктивные формы заготовок при изготовлении их рассматриваемым способом.

Основные технологические требования к конструкции гнутой детали заключаются в обеспечении формы гибки. Наиболее технологичны Г образные и П образные сечения, т.е. детали типа уголков и скоб.

При выборе конструкции детали, изготовленной гибкой, рекомендуется:

  • при гибке твердых и малопластичных металлов (бронза, сильно наклепанная латунь, лента пружинной стали и др.) линию сгиба располагают перпендикулярно направлению проката;

  • минимально допустимые радиусы применять только при необходимости;

  • если деталь имеет П образную форму и скошенные до зоны деформации боковые стороны, то происходит неполный изгиб, а в месте изгиба - смятие заготовки.

Штампованные детали изготавливаются двумя группами технологических операций: разделительные и формообразующие. К первой группе относятся операции отрезки, вырубки, пробивки и т.п. Ко второй группе относятся операции гибки, вытяжки, высадки и т.п. Стоимость штампованной детали тем меньше, чем проще её форма и размеры. Для изготовления деталей из листовых материалов применяют разнообразные материалы, как металлические, так и неметаллические. Из металлических сплавов широкое применение получили алюминиевые сплавы из стали, используется также латунь и магниевые сплавы. Учитывая специальные требования к прочности прибора, рекомендуется изготавливать кожух и основание прибора из стали толщиной 1.5...2мм. Исходя из вышесказанного, выбираем сталь марки Ст08кп.

Для изготовления печатных плат в РЭА наиболее широкое распространение получили стеклотекстолит и гетинакс. Материал для изготовления печатной платы должен иметь следующие показатели (в заданных условиях эксплуатации РЭС):

  • большую электрическую прочность;

  • малые диэлектрические потери;

  • допускать штамповку;

  • выдерживать кратковременное воздействие температуры до плюс 2400С в процессе пайки на плате ЭРЭ;

  • иметь высокую влагостойкость;

  • быть дешёвым;

  • обладать химической стойкостью к действию химических растворов, используемых в техпроцессах изготовления платы.

Для изготовления плат общего применения в РЭС наиболее широко используется стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолит представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный на основе ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным связующим на основе эпоксидной смолы, и облицованный с одной стороны медной электролитической оксидированной или гальваностойкой фольгой (изготавливают листами толщиной: до 1 мм - не менее 400х600мм; от 1,5 и более - не менее 600х700мм). На основании вышеприведенного, для изготовления печатной платы может использоваться следующий материал:

  • СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78 - стеклотекстолит фольгированный предназначен для изготовления печатных плат с повышенными диэлектрическими свойствами.

Поверхностное электрическое сопротивление после кондиционирования в условиях 96ч/плюс 40°C/ 93%, Ом не менее 1010

В таблице 3.2.1 приведены материалы, используемые для изготовления блока управления замком на электронных ключах.


Таблица 3.2.1 – Применяемые материалы.

Наименование изделия

Марка материала

Покрытие

Корпус

Ст08кп

Эмаль ГФ 245-ПМ светло-серая

Крышка

Ст08кп

Эмаль ГФ 245-ПМ светло-серая

Плата печатная

СФ-2 35

Сплав «Розе»


4 Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов и

принципов конструирования


4.1 Выбор компоновочной схемы

Основная компоновочная схема изделия определяет многие важнейшие характеристики РЭС: габариты, вес, объем монтажных соединений, способы защиты от полей, температуры, механических воздействий, ремонтопригодность.

Различают три основные компоновочные схемы РЭС [1]:

  • централизованная;

  • децентрализованная;

  • централизованная с автономными пультами управления.

Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками.

При централизованной компоновке все элементы сложной системы располагаются в одном отсеке на специальных этажерочных конструкциях или шкафах, длина и количество межблочных соединений сведены к минимуму, ремонт и демонтаж наиболее удобны, легче выполнить качественные системы охлаждения и амортизации. Такая компоновочная схема требует более тщательной экранировки, вызывает затрудненность компоновки изделия, часто требующей доработки его, обладает относительно меньшей надежностью систем охлаждения, герметизации, виброзащиты [1].

Децентрализованная компоновочная схема обеспечивает относительно большую легкость размещения элементов изделия на объекте, не требуется тщательная экранировка отдельных блоков, при соответствующих схемных решениях может быть более надежной, сохраняя частичную работоспособность при выходе из строя отдельных элементов изделия. Недостатком является значительная длина межблочных соединений, затруднен полный демонтаж системы, для каждого отдельного блока необходимо предусматривать автономные системы охлаждения, виброзащиты [1].

Наиболее распространен способ централизованной компоновки, при котором все элементы сложной РЭС, кроме входных и управляющих устройств, распологают в одном участке или отсеке блока. Однако внутри этого отсека компоновка выполняется в виде совокупности отдельных блоков и приборов [1]


4.2 Выбор и обоснование метода и принципа

конструирования


На основе проведенного разбиения электрической схемы и анализа существующих конструкций выбирается метод конструирования устройства в целом и его частей. Существующие методы конструирования РЭС подразделяются на три взаимосвязанные группы [2]:

по видам связей между элементами;

по способу выявления и организации структуры связей между элементами;

по степени автоматизации конструирования РЭС - зависит от назначения аппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровня унификации, автоматизации и т.д.

Рассмотрим кратко сложившиеся методы конструирования РЭС.

Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы и геометрических свойств твердого тела [2].

Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положена структура механических связей между элементами, представляющая собой систему опорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструирования устройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которых неизбежны вследствие этого большие деформации [2].

Топологический метод. В основу метода положена структура физических связей между ЭРЭ. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, где связности элементов может быть сопоставлен граф [2].

Метод проектирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, он применяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) с оригинальными элементами [2].

Базовый (модульный) метод конструирования. В основу метода положен модульный принцип проектирования. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями, схемной конструкторской унификацией структурных уровней (модулей функциональных узлов, блоков). Базовый метод является основным при проектировании современной РЭА, он имеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций [2]:

на этапе разработки позволяет одновременно вести работу над многими узлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок; упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, так как работа любого функционального узла определяется работой известных модулей, резко упрощается конструирование и макетирование; сокращает объем оригинальной конструкторской документации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренных изменений конструкции; упрощает и ускоряет внесение изменений в схему, конструкцию и конструкторскую документацию;

на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производства аппаратуры; упрощает сборку, монтаж, снижает требования к квалификации сборщиков и монтажников; снижает стоимость аппаратуры благодаря широкой механизации и автоматизации производства; повышает степень специализации производства;

при эксплуатации повышает эксплуатационную надежность РЭА, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.

При компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость, стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить к разборке всей конструкции или ее составных частей. Для устойчивого положения изделия в процессе эксплуатации центр тяжести должен находиться, возможно, ближе к опорной поверхности. При компоновке модулей всех уровней необходимо выделить достаточно пространства для межсоединений.

При проектировании необходимо придерживаться следующих рекомендаций [2]:

  • минимальный внутренний радиус изгиба проводника должен быть не менее диаметра провода с изоляцией;

  • провода питания переменного тока следует свивать для уменьшения возможности наводок;

  • провода, подводящие к сменным элементам должны иметь некоторый запас по длине, допускающий повторную заделку провода;

  • провода не должны касаться острых металлических кромок;

  • монтажные провода целесообразно связать в жгут, при этом обеспечивается возможность расчленения монтажных операций на более простые.

Для разъемного варианта конструкции большое распространение получило использование объединительной печатной платы, что позволяет существенно уменьшить габаритные размеры изделия, упростить сборку.

При компоновке РЭС необходимо решать вопросы электромагнитной совместимости элементов, в частности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех.

При защите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значение сигналов помехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линиях входа-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, для элементов РЭС разрабатывают кожухи-экраны.

В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.

Исходя из сказанного проведем деление схемы электрической принципиальной на функционально законченные узлы. Схему прибора целесообразно разделить на 3 узла:

  • базовый модуль;

  • микропроцессорный модуль;

  • модуль звуковой и световой индикации.

Радиоэлементы каждого функционального узла предлагается разместить на отдельных печатных платах. Силовой трансформатор необходимо закрепить непосредственно на плате базового модуля. Связь между базовым и микропроцессорным модулем обеспечивается с

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: