Блок управления электромеханическим замком на электронных карточках, позволяющий контролировать доступ в помещение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Блок управления электромеханическим замком на электронных карточках, позволяющий контролировать доступ в помещение.

Аннотация

В данном дипломном проекте было предложено разработать блок управления электромеханическим замком на электронных ключах, позволяющий контролировать доступ в помещения.

В дипломном проекте был произведен анализ существующих, а также обзор отечественных и зарубежных разработок. Был произведен подробный анализ климатических и дестабилизирующих факторов и анализ электрической схемы, приведен принцип работы разрабатываемого блока и его основные технические параметры.

Работа выполнена в полном соответствии с техническим заданием на проектирование.

В соответствии с заданием на дипломное проектирование произведен выбор и обоснование метода и принципов конструирования, методов изготовления печатных плат, способа охлаждения на ранних стадиях проектирования, экранирования, герметизации и виброзащиты, а также произведен выбор компоновочной схемы. В проекте выполнены также: компоновочный расчет блоков РЭС, расчет теплового режима, расчет конструктивно-технологических параметров печатных плат, расчет механической прочности и системы виброударной защиты, расчет электромагнитной совместимости, полный расчет надежности и расчет показателей технологичности. Был разработан технологический процесс сборки печатного узла. Рассмотрены мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок и приведено технико-экономическое обоснование конструкции. Также выполнены необходимые расчеты по разделу охраны труда и окружающей среды.

Введение

Широкое использование радиоэлектронной аппаратуры в различных областях науки и техники приводит к необходимости обеспечения высокой надёжности её работы при разнообразных климатических и механических воздействиях. Трудность выполнения данного требования связана с различным назначением РЭС, местом её установки и условиями эксплуатации. Об уровне надёжности принято судить по способности РЭС безотказно работать в течении заданного времени в определённых условиях. Поэтому для оценки степени соответствия РЭС предъявляемым к ней требованиям осуществляют технический контроль и испытание на всех этапах конструирования и производства. Полученная при этом информация о качестве работы РЭС и о причинах её отказов совместно с данными реальной эксплуатации позволяет принять своевременные меры по совершенствованию схемы и конструкции, а так же технологии производства.

Правильно организованный технический контроль и испытания способствуют значительному повышению надёжной работы РЭС. В связи с этим особую актуальность приобретают радиотехнические устройства, предназначенные для испытания и контроля, посредством которых проверяется работоспособность и пригодность к эксплуатации различного оборудования и приборов.

В последние годы с развитием электроники усложняется радиоаппаратура. Характерен переход от отдельных радиоаппаратов к сложным комплексам и системам. Однако создание подобной аппаратуры ставит перед её разработчиками различные проблемы: снижения веса, объёмов и габаритов; надёжности и долговечности; производства и серийности; экономичности. Для преодоления этих проблем необходимо их комплексное решение на общей технической базе. Такой базой в настоящее время является комплексная механизация с применением микроэлектроники, внедрением унификации и стандартизации. Разработка схемы конструкции и технологии становится единым процессом создания аппаратуры.

Данный дипломный проект в учебном плане подготовки завершает цикл конструкторских и технологических дисциплин. Задача проекта состоит в том, чтобы, используя знания, полученные при изучении данных дисциплин научиться создавать и моделировать конструкции радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, обеспечивая совместимость с объектом установки и с оператором, с учётом патентной чистоты и патентоспособности; обеспечивать надёжность конструкций по четырем составляющим - безотказности, долговечности, сохранности и ремонтопригодности. Всё это должно органически перенестись в единое целое в данном дипломном проекте.

Современный этап научно-технического прогресса характеризуется массовым распространением микропроцессорной техники. Она настолько широко распространилась во всех областях, что трудно представить, как обойдутся без нее все процессы автоматизации и управления. Применение ЭВМ, реализующих на одной микросхеме функции ввода-вывода, хранения и обработки данных, позволяет достигать максимальной простоты и дешевизны систем управления. Одним из возможных вариантов применений ЭВМ можно считать использование их для систем охранно-пожарных сигнализаций и контроля доступа в помещения.

Использование в системах контроля доступа в помещения кодовой последовательности, обрабатываемой ЭВМ, полностью исключает подбор кода, а возможность подключения в качестве исполнительного устройства релейного замка с курковым механизмом взвода ригеля обеспечивает надежную фиксацию двери, что гарантирует достаточно надежную защиту от взлома. Существует, однако, и более надежный способ защиты - установка централизованной системы охранно-контрольнной сигнализации. Однако главное препятствие для их широкого внедрения - это необходимость наличия телефонного номера на объекте охраны и недостаток соответствующего оборудования у правоохранительных органов, что и не позволяет решать проблему массовой охраны квартир и служебных помещений. Поэтому в дипломном проекте будет разработан блок управления электромеханическим замком на электронных карточках, позволяющий контролировать доступ в помещение.

Раздел 1. Конструкторский

1. Разработка технического задания

1.1 Наименование и область применения.

1.1.1 Блок управления электромеханическим замком.

1.1.2 Областью применения блока является управление доступом в помещение посредством электромеханического замка (типа COMMAX, ABLOY, CISA).

1.1.3 Предусматривается использование изделия на производстве и в частных квартирах, коттеджах.

1.3 Цель и назначение разработки

1.3.1 Целью разработки является создание блока управления электромеханическими релейными замками с курковым механизмом взвода ригеля и пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В, отвечающего современным требованиям.

1.3.2 Назначение разработки - создание конструктивно законченного устройства.

1.3.3 Разработка должна обеспечить создание базовой модели блока управления замком электромеханическим.

1.3.4 Дальнейшее развитие разработки должно выполняться путем создания модификаций базовой модели, отличающихся элементной базой и другими показателями.

1.3.5 Блок управления (БУ) замком электромеханическим предназначен для работы при температурах от минус 10 до плюс 40°С, относительной влажности воздуха до 80% и атмосферном давлении от 84 до 106 кПа

1.3.6 Изделие предназначено для мелкосерийного изготовления.

1.4 Источники разработки

1.4.1 Источниками разработки является схема электрическая принципиальная блока управления замком электромеханическим(приложение 1).

1.5 Технические требования

1.5.1 Состав изделия и требования к конструктивному исполнению устройства

1.5.1.1 Блок управления(в дальнейшем БУ) должен содержать следующие составные части:

Модуль базовый;

Модуль процессорный;

Модуль световой и звуковой индикации.

1.5.1.2 БУ должен изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТов, соответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторской документации.

1.5.1.3 Принцип построения блока управления замком электромеханическим должен обеспечивать:

взаимозаменяемость сменных одноименных составных частей;

ремонтопригодность.

1.5.1.4 По внешнему виду блок должен соответствовать опломбированному и утвержденному образцу.

1.5.1.5 Габаритные размеры корпуса блока должны быть не более, м :

длина - 0,185;

ширина - 0,135;

высота - 0,08.

1.5.1.6 Масса блока без источника резервного питания должна быть не более 3 кг.

1.5.1.7 Конструкция блока должна обеспечивать:

удобство эксплуатации;

возможность ремонта;

доступ ко всем элементам, узлам, требующим регулирования или замены в процессе эксплуатации.

1.5.1.8 Структура блока и его конструктивное выполнение должны обеспечивать объединение составных частей в единый базовый конструктив.

1.5.1.9 Блок должен быть работоспособным при электропитании от однофазной сети переменного тока номинальным напряжением 220В и частотой переменного тока 50 Гц, при этом нормы качества электрической энергии при электропитании от государственной энергетической системы - по ГОСТ 13109-67.

1.5.1.10 Электрическая прочность изоляции блока управления замком электромеханическим между токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусом в нормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствие пробоев и поверхностных перекрытий изоляции.

1.5.1.11 По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающей среды блок интерфейсных адаптеров должен соответствовать климатическому исполнению к категории размещения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69.

1.5.1.12 Для антикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и блока в целом применять гальванические и лакокрасочные покрытия.

1.5.1.13 Корпус должен быть изготовлен из листовой стали.

1.5.1.14 Корпус, передняя панель и другие детали наружной поверхности блока должны иметь защитное покрытие и не иметь дефектов, портящих внешний вид изделия (вмятин, следов коррозии, царапин, трещин и других механических повреждений).

1.5.1.15 Блок должен эксплуатироваться в производственных помещениях категории Д по СНиП 11-90-81.

1.5.2 Показатели назначения

1.5.2.1 БУ предназначен для управления доступом в помещения.

1.5.2.2 БУ предназначен для подключения к электромеханическими релейными замками с курковым механизмом взвода ригеля и пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В.

1.5.2.3 Потребляемая мощность блока, Вт не более 2.

1.5.2.3 Питание блока от однофазной сети переменного тока напряжением 220В10% частоты 500,5Гц с возможностью работы от источника резервного питания напряжением 12В.

1.5.3 Требования к надежности

1.5.3.1 Блок по обеспечению надежности должен удовлетворять требованиям ОСТ4.205.029-83.

1.5.3.2 Показатели должны соответствовать заданным значениям при нормальных климатических условиях (температура окружающей среды плюс 20С, относительная влажность 60 %, атмосферное давление (84...1037)10² Па); с отклонениями напряжения сети 220В от плюс 10% до минус 15% от номинального значения, частотой (501) Гц.

1.5.3.3Средняя наработка на отказ, ч, не менее 20000.

1.5.3.4Вероятность безотказной работы 0,9.

1.5.3.5Среднее время восстановления, ч 1.

1.5.3.6 Блок должен выдерживать воздействия внешних механических и климатических факторов в соответствии с ГОСТ 11478-88 для 1 группы аппаратуры.

1.5.3.7 После восстановления работоспособности, по окончании ремонтно-восстановительных работ, изделие должно сохранять показатели назначения, изложенные в настоящем документе.

1.5.4 Требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки

1.5.4.1 Параметры блока управления замком электромеханическим должны контролироваться с помощью стандартных измерительных приборов обслуживающим персоналом средней квалификации.

1.5.4.2 Требования к технологичности должны соответствовать ГОСТ 14.201-83.

1.5.4.3 Конструкция изделия должна обеспечивать возможность выполнения монтажных работ с соблюдением требований технических условий на установку и пайку комплектующих изделий.

1.5.4.4 Конструкция изделия в целом и отдельных сложных узлов должна обеспечивать сборку при изготовлении без создания и применения специального оборудования.

1.5.4.5 При изготовлении блока управления замком электромеханическим должны применяться стандартные методы и универсальные средства измерений, серийное испытательное оборудование. Допускается для проведения климатических проверок при технологическом прогоне применять специально приготовленную камеру или специально оборудованное оборудование.

1.5.4.6 Конструкция блока должна обеспечивать его сборку и монтаж при подготовке к эксплуатации без применения специального оборудования, приспособлений и инструмента.

1.5.4.7 Трудоемкость изготовления устройства - не более 5 часов.

1.5.5 Требования к уровню стандартизации и унификации

1.5.5.1 В качестве комплектующих единиц и деталей (коммутационные, изделия электроники, крепежные, установочные) должны применяться серийно выпускаемые изделия.

1.5.5.2 Сборочные единицы типа монтажных плат, панелей, крепежных и установочных узлов должны быть унифицированными.

1.5.5.3 В конструкции блока должны быть заимствованы сборочные единицы, узлы и детали из ранее разработанных изделий.

1.5.5.4 Коэффициент унификации стандартных и заимствованных деталей должен быть не менее 0,5.

1.5.6 Требования безопасности и требования по охране природы

1.5.6.1 Конструкцией блока управления замком электромеханическим должна быть обеспечена безопасность персонала при эксплуатации. Общие требования электрической и механической безопасности по ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 25861-83.

1.5.6.2 По способу защиты человека от поражения электрическим током блок должен быть изготовлен в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007-75 и ГОСТ 25861-83. Класс защиты - 1.

1.5.6.3 Меры защиты от поражения электрическим током должны соответствовать требованиям ГОСТ 25861-83 и ГОСТ 12.1.019-75.

1.5.6.4 В блоке управления замком электромеханическим должна быть обеспечена защита от коротких замыканий.

1.5.6.5 Общие требования к обеспечению пожарной безопасности в производственных помещениях по ГОСТ 12.1.004-85.

1.5.6.6 Конструкция устройства должна исключать возможность неправильного присоединения его сочленяемых токоведущих и составных частей.

1.5.6.7 В качестве основного источника питания должна применяться сеть переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В, в качестве резервного источника питания - аккумулятор напряжением 12В, со временем автономной работы не менее 36ч.

1.5.6.8 Присоединительные разъемы электрических цепей должны быть снабжены надписями, соответствующими их принадлежности и назначению.

1.5.6.9 Коммутационные изделия, устанавливаемые в цепях повышенного напряжения, должны быть конструктивно выделены и не должны одновременно коммутировать другие цепи.

1.5.6.10 Конструкция устройства должна исключать попадание внутрь посторонних предметов.

1.5.6.11 В эксплуатационных документах по требованиям техники безопасности должны быть соблюдены правила технической эксплуатации электроустановок потребителем и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем.

1.5.7 Эстетические и эргономические требования

1.5.7.1 Блок по своим эргономическим показателям должен обеспечивать удобство эксплуатации.

1.5.7.2 Органы индикации должны быть расположены с достаточным обзором.

1.5.8 Требования к патентной чистоте

1.5.8.1 Патентная чистота блока должна быть обеспечена в отношении стран СНГ и стран - возможных импортеров изделия.

1.5.9 Условия эксплуатации, требования к техническому обслуживанию и ремонту

1.5.9.1 Блок управления замком электромеханическим должен быть выполнен для климатического исполнения УХЛ 4.2 согласно ГОСТ 15150-69 и нормально функционировать при следующих климатических условиях:

верхнее значение температуры окружающей среды, С плюс 35;

нижнее значение температуры окружающей среды, С минус 10;

относительная влажность воздуха при температуре 20С, % 60.

1.5.9.2 Предельно допустимые условия эксплуатации блока должны соответствовать:

верхнее значение температуры окружающей среды, С плюс 40;

нижнее значение температуры окружающей среды, С минус 15;

относительная влажность воздуха при температуре п 20С, % 80;

атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.) 84,0...107,0 (630...800).

1.5.9.3 Время подготовки блока к эксплуатации после транспортировки и хранения не должно превышать 1 часа.

1.5.9.4 Рабочий режим в блоке должен устанавливаться не более чем через 1 минуту после включения.

1.5.9.5 Ремонт блока должен производиться в специализированной ремонтной организации или по месту эксплуатации высококвалифицированным радиомехаником.

1.5.10 Требования к маркировке и упаковке

1.5.10.1 Маркировка блока управления замком электромеханическим должна соответствовать требованиям ГОСТ 26828-86.

1.5.10.2 Маркировку выполняют любым способом. Способ и качество выполнения маркировки должно обеспечивать четкое и ясное изображение ее в течении срока службы блока.

1.5.10.3 Маркировка устройства и входящих составных частей должна содержать :

товарный знак или наименование предприятия-изготовителя;

полное торговое наименование по ГОСТ 26794-85;

порядковый номер изделия и составных частей;

необходимые поясняющие и предупреждающие надписи, выполненные по ГОСТ 12.2.006-87.

дату изготовления.

1.5.10.4 Упаковка должна быть выполнена в виде картонного ящика с пенопластовыми вкладышами.

1.5.10.5 На таре должны быть нанесены манипуляционные знаки "Боится сырости", "Соблюдение интервала температур", по ОСТ14192-77 и знак высоты штабелирования по ОСТ4.ГО.417.209-82.

1.5.10.6 Упаковка должна обеспечивать сохранность изделия при погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании, хранении и необходимую защиту от внешних воздействий.

1.5.10.7 Каждое изделие в упаковке должно фиксироваться в транспортной таре.

1.5.10.8 При поставке изделия на экспорт все надписи выполняются на языке, оговоренном в договоре на поставку.

1.5.11 Требования к транспортированию и хранению

1.5.11.1 Упакованные изделия перевозить только в закрытом транспорте.

1.5.11.2 Требования к виду транспорта не предъявляются.

1.5.11.3 Условия транспортирования изделия в таре для транспортирования должны соответствовать следующим требованиям:

температура окружающего воздуха, С 50;

относительная влажность воздуха при плюс 30С, % 95;

атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.) 84,0...107,0 (630...800).

1.5.11.4 Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечивать их устойчивое положение, исключить возможность ударов их друг о друга.

1.5.11.5 Блок управления замком электромеханическим должен храниться в упаковке в складских помещениях у изготовителя и потребителя при температуре воздуха от плюс 5 до плюс 35С и относительной влажности воздуха не более 85 %. В помещениях для хранения не должно быть агрессивных примесей (паров, кислот, щелочей), вызывающих коррозию.

1.5.11.6 Расстояние между стенами, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100 мм, а между отопительными устройствами не менее 0,5 м.

1.6 Экономические показатели

1.6.1 Срок окупаемости блока должен быть не более 3 лет.

1.6.2 Предполагаемый годовой выпуск до 1 тыс. штук в год.

1.7 Порядок контроля и приемки

1.7.1 Для приемки работы на этапе проведения испытаний необходимо представить три образца блока управления замком электромеханическим.

1.7.2 Испытания должны проводиться по программе и методике испытаний.

1.7.3 Для приемки представляются следующие документы:

техническое задание;

комплект конструкторской документации;

ведомость покупных изделий;

программа и методика испытаний;

эксплуатационные документы;

методики проверки.

1.7.4 Приемочные испытания проводит разработчик, приемосдатчик, изготовитель.

1.7.5 Приемочные испытания опытного образца производятся в сроки, согласованные с заказчиком.

1.7.6 В случае несоответствия основных параметров блока, его отправляют в ремонт. После ремонта проводят проверку и настройку блока.

2. Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции

2.1 Анализ существующих разработок

В обзоре существующих разработок будут использованы материалы открытых выставок, а также материалы специализированны журналов и рекламные материалы того либо иного производителя подобной продукции.

Прежде чем произвести обзор систем, рассмотреть их основные достоинства и недостатки, дадим определение электронного замка.

Электромеханический замок (в дальнейшем ЭМЗ) -совокупность совместно действующих технических средств для управления доступом в помещение.

2.1.1 Обзор отечественных разработок

Замок кодовый электронный ЗКЭ-4-10

Структурная схема этой системы приведена на рисунке 2.1.1

Рисунок 2.1.1 - Структурная схема электромеханического замка

На рисунке 2.1.1 приняты следующие обозначения:

УК - устройство кодовое. Предназначено для хранения кодовой последовательности;

УЗ - устройство запирающее;

КК - ключ кодовый. Содержит: кодонобиратель (клавиатура) и сигнальную лампу.

К достоинствам стоит отнести высокую степень вандалозащищенности.

Главный недостаток данной системы - это то, что она предназначена для внутренних помещений и обеспечивает фиксацию двери только в одной точке. К существующим недостаткам устройства можно отнести так же ограниченное количество вариантов кода (5040) и большое энергопотребление. Слабо выполнена защита от подбора кода.

2.1.2 Обзор зарубежных разработок

В большинстве зарубежных разработок используются электронные ключи Touch Memory.

Данный тип электронных ключей производится американской компанией Dallas Semiconductor. Он получил широкое распространение в России благодаря высоким потребительским свойствам при относительно невысокой стоимости. Ранее использовался в профессиональных системах управления доступом. Сейчас широко применяется в системах безопасности жилья.

Ключи Touch Memory (произносится "Тач Мэмори" с ударением на первом слоге) обладают следующими качественными характеристиками: Считывание производится простым прикосновением ключа к считывателю. Прочный герметичный корпус, поэтому электронный ключ обладает высокой стойкостью к механическим повреждениям, не боится магнитных и электростатических полей. Ее можно носить на брелоке вместе с механическими ключами. Touch Memory отличает высокая надежность. Производитель дает на нее 10 - летнюю гарантию. На практике срок службы электронного ключа практически не ограничен, поскольку для работы ей не требуется источник питания. Длина кода ключа гарантирует очень высокую стойкость к попытке взлома системы путем перебора вариантов кода - 2 в 48 степени комбинаций кода. Если ежедневно каждому жителю Земли выдавать новый, отличающийся кодом от остальных и ранее выданных, ключ, то его код сможет повториться только через 100 лет!

Электронный кодовый замок Smart Guard Plus

Достоинства:

возможность использования в наружных дверях;

индивидуальное программирование времени и полномочий доступа для каждого из 900 пользователей;

идентифицирование пользователя по уникальному 48-разрядному коду персонального электронного ключа Touch Memory.

Недостатки:

сравнительно высокая стоимость для отечественных потребителей;

обеспечивает фиксацию двери в одной точке.

Таких же недостатков не лишен и автономный комплекс контроля доступа в помещение Smart Latch.

Особенно высокая стоимость, наряду с отсутствием аналогичных отечественных систем, сдерживает внедрение зарубежных систем для контроля доступом в помещение.

Raikmann CD-2225.

Аудиодомофон CD-2255 производства фирмы Raikmann - надежная и удобная в эксплуатации система ограничения доступа на защищаемую территорию (подъезд). Имеет продуманный пользовательский интерфейс - система звуковых сообщений, подсветка в ночное время клавиш наборного поля и считывателя, двухсторонняя громкая связь с любой из квартир и с консьержем (при его наличии), для чего предусмотрена возможность включения в контур управления пульта консьержа. Изготовлен на современных импортных комплектующих и имеет цифровую адресацию вызова (связь по всему подъезду осуществляется через общий двухжильный кабель). Впускается в трех модификация - на 36, 64 и 255 квартир. Существует модификация домофона и с координатным способом организации связи, что позволяет использовать относительно недорогие абонентские устройства, однако в этом случае подключение пульта консьержа уже не возможно.

Описание работы:

Жильцам предоставляется возможность выбора способа входа в подъезд. Первый - путем набора четырехзначного кода, индивидуального для каждой квартиры, после чего магнитный замок открывается. Второй - использованием электронных ключей Touch Memory. Третий - подача вызова в собственную квартиру и дистанционное отпирание двери вашими домочадцами. В первом и втором способах входа абонентское устройство в квартире подает короткий звуковой предупредительный сигнал - "к вам идут те, кто знает ваш код" (или члены семьи с электронными ключами).Для посетителей вход в подъезд доступен только после набора ими на панели домофона номера требуемой квартиры и успешного завершения аудиопереговоров с ее хозяевами. Такие переговоры завершаются нажатием кнопки отпирания двери на квартирном абонентском устройстве, после чего домофон негромким звуковым сигналом приглашает ко входу.

Главный недостаток - высокая стоимость системы, не позволяющая использовать ее повсеместно.

2.2 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 и соответствующей конструкторской документации.

2.3 Анализ электрической схемы

В данной работе поставлена задача разработки только одного блока системы контроля доступа в помещение (далее СКДП) - электронного блока управления (далее ЭБУ). Однако для анализа исходных данных необходимо рассмотреть систему в целом. Схема электрическая структурная ЭБУ приведена в приложении 1.

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 (далее ЭЗУ);

электронные ключи Touch Memory.

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 Semiconductor.

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 считывания 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 ключи 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 1.

2.4.1 Основные технические параметры

количество электронных карточек-ключей, программируемых в память БУ - 128;

режим программирования и стирания ключей - списковый, избирательный;

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

напряжение питания - ( 220 10)В;

потребляемая от сети мощность в дежурном режиме, не более 2 Вт;

максимальная мощность подключаемого выносного звукового или светового оповещателя, не более ВА-4,0;

резервный источник питания - аккумулятор 1,2 Ач; (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 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 способа идентификации электронные ключи, каждый из которых имеет свой уникальный код. Обработка, запись и стирание кодов, а также управление всеми режимами работы БУ осуществляется микроконтроллером ЭБУ. Передача кодов с электронного ключа на микроконтроллер осуществляется при касании ключом 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 ключей осуществляется посредством специального уникального "мастер-ключа", входящего в комплект замка. Каждый БУ имеет единственный "мастер-ключ", который невозможно изменить.

Открывание замка с внутренней стороны осуществляется нажатием кнопки на внутренней накладке, 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 ВА 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.

3. 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 друг на друга.

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 (далее 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 1.

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 [11] 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 [10] 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.

3.2 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. 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 методом штамповки.

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 более полное 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 40C/ 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	СФ2_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].