Электронный кодовый замок
Анализ существующих аналогов кодового электронного замка, основанных на использовании микропроцессорной техники с повышенной степенью защиты. Разработка электрической структурной, принципиальной, функциональной схем. Выбор элементной базы печатной платы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.05.2013 |
| Размер файла | 591,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Электронный кодовый замок
1. Характеристики оборудования
1.1 Технические характеристики
Напряжение источников питания, В:
Постоянного напряжения………………………………………….……9
Переменного напряжения…………………………………….………220
Ток, потребляемый от источника питания 9В, мА………………..35-50
Количество возможных комбинаций кода срабатывания…………..512
Габаритные размеры, мм………………………………………….125х80
Время между двумя смежными попытками набора кода, с…………. 4,8
Средний срок службы изделия - не менее 3 лет.
Срок сохраняемости изделия - не менее 1 года.
1.2 Список возможных сокращений
1 - А-Ампер;
2 - мА - мили Ампер (10-3 Ампер);
3 - мкА - микро Ампер (10-6 Ампер);
4 - В-Вольт;
5 - Вт - Ватт;
6 - мВт - мили Ватт (10-3 Ватт);
7 - Гц - Герц;
8 - МГц - мега Герц (103 Герц);
9 - К - инфракрасный;
10 - КОм - кило Ом (103 Ом);
11 - с - секунда;
12 - Ф - Фарад
13 - пФ - пика Фарад (10-12 Фарад);
14 - ?C - градус Цельсия;
15 - СК - емкость коллектора транзистора;
16 - IКБО - ток коллектор-база обратный;
17 - IК max - максимальный ток коллектора;
18 - IК, И max - импульсный максимальный ток коллектора;
19 - fГР - граничная частота усиления транзистора;
20 - h21э - коэффициент усиления транзистора при включении с общим эммитером;
21 - РК - максимальная рассеиваемая мощность коллектором;
22 - ТMAX - максимальная рабочая температура транзистора;
23 - UКЭНАС - напряжение коллектор-эммитер в режиме насыщения;
24 - UКЭО max - максимальное напряжение коллектор-эммитер обратное;
25 - UКБО max - максимальное напряжение коллектор-база обратное;
26 - UЭБО max - максимальное напряжение эммитер-база обратное.
2. Анализ существующих аналогов
В настоящее время рынок наполнен всевозможными охранными системами, основанными на использовании микропроцессорной техники с повышенной степенью защиты. В подобных устройствах используются микроконтроллеры различных фирм-изготовителей таких, как Atmel, Microchip, Dallas Semicondacter, Phillips, Siemens и других, которые не являются взаимозаменяемыми. Управляющие программы в таких микроконтроллерах защищены от копирования и перезаписи, в результате чего при повреждении устройства практически неремонтопригодны.
В служебных помещениях, не имеющих высокого уровня секретности, но обладающих повышенной опасностью для жизни человека, доступ к которым должны иметь только квалифицированные специалисты., нет необходимости устанавливать дорогостоящие охранные системы повышенной сложности. Поэтому существует необходимость в разработке охранного устройства на стандартных взаимозаменяемых логических элементах, легко поддающихся ремонту специалистам среднего уровня и обладающих сравнительно невысокой стоимостью.
Таким устройством является разработанный в данном курсовом проекте кодовый электронный замок, использующий стандартную логику КМОП: микросхемы К176ЛА9, К176ТМ2, К176ИД1, К176ИЕ2.
3. Разработка и анализ схем оборудования
3.1 Разработка электрической структурной схемы
Электрическая структурная схема кодового электронного замка представлена на чертеже, имеющем код. Э1.
Принцип действия устройства основан на подсчете девятиразрядной кодовой комбинации, представляющей собой произвольное чередование логических уровней 0 и 1. Дешифрированное последнее (девятое) состояние счетного узла служит сигналом включения исполнительного механизма.
Устройство ввода (блок 1) организовано на контактных переключателях без фиксации положения, с помощью которых осуществляется набор кода доступа. Так как при использовании механических контактов возникает явление дребезга контактов, целесообразно включить в схему разрабатываемого устройства блок подавления дребезга контактов (блок 2). На вход блока 2 сигнал поступает от устройства ввода, с выхода данного блока - на вход устройства разрешения работы (блок 4). С формирователя импульсов (блок 3) сигнал поступает на счетчик импульсов (блок 5). Если работа разрешена, введенный код проверяется на соответствие с ключом, установленном в дешифраторе (блок 6). Девятиразрядный код доступа задается распайкой перемычек так, что его невозможно изменить без механического вмешательства. В случае совпадения набранного кода с заданным срабатывает блок управления исполнительным устройством (блок 7), исполнительное устройство (блок 8), блок индикации 9, сигнализирующий об исправной работе кодового электронного замка.
Если набранный код не совпадает с ключом, установленным в дешифраторе, с выхода дешифратора на блок 3 поступает сигнал, запрещающий формирование и дальнейший счет импульсов вводимого кода. Устройство разрешения работы позволяет повторить попытку набора кода доступа только через определенный временной интервал. Если начать набор кода до истечения этого интервала, замок не сработает даже при безошибочном наборе. При номиналах элементов, указанных в схеме, задержка времени составляет 4,8 с.
Рисунок 3.1 - Скриншот электрической структурной схемы
3.2 Разработка электрической функциональной схемы
Электрическая функциональная схема кодового электронного замка представлена на чертеже, имеющем код. Э2.
Электрический импульс, сформированный кнопочными переключателями SB1, SB2 проходит на RS-триггер, организованный на элементах DD1.1, DD1.2 (подавитель дребезга контактов) и на устройство, формирующее импульсы для кодового счетчика DD2.1, DD2.2.
До набора кода выход устройства разрешения счета импульсов DD1.3, R5, VD1, R6 находится в состоянии логической «1», блокируя счетчик DD4 по входу R. При нажатии одной из кнопок на выходе устройства разрешения счета импульсов появляется сигнал логического «0», разрешающий прохождение импульсов на вход счетчика.
Последовательность логических уровней, возникающая на выходах счетчика, поступает на входы дешифратора DD3, а затем - на кодирующую матрицу, состоящую из элементов VD2…VD10, S1…S9, с помощью которой происходит сравнение набранного кода с установленным ключом.
В случае правильной последовательности набора кода на блок управления исполнительным устройством (R7, R8, VT1, R10, U1, R11, R12, VD11…VD14) поступает сигнал с логическим уровнем «1» и на блок индикации (HL1, R9). Исполнительное устройство Y1 срабатывает.
При первом неверном наборе в последовательности кода с выхода декодирующей матрицы уровень логической «1» поступает на D-входы триггера DD2, и при последующем нажатии на одну из кнопок на инверсном выходе триггера DD2.1/2 появляется уровень логического нуля, что приводит к загрузке счетчика импульсов DD4 нулями и дешифратор DD3 выходит в начальное состояние. На блок управления исполнительным устройством поступает уровень логического «0», исполнительное устройство не срабатывает.
Рисунок 3.2 - Скриншот электрической функциональной схемы
3.3 Разработка электрической принципиальной схемы
Разрабатываемая схема является аналоговой, с возможностью самовозбуждения, во избежание которого следует минимизировать длину связей, теплонагруженных элементов нет.
Определим электрические параметры схемы, которые необходимы при расчете элементов печатного монтажа:
· Источник питания: маломощный стабилизированный источник 12В.
· Рассеиваемая мощность: 0,36Вт
· Максимально допустимый ток в статике Iтах =30 мА
· Максимально допустимый ток в динамике Imaxd = 10 * Iтах = 300 мА
· Максимальное напряжение в схеме: Ud =12В
· Максимально допустимое падение напряжения Up = 0.1* Ud = 1.2 В
· Сопротивление изоляции: 20 МоM
Электрическая принципиальная схема кодового электронного замка представлена на чертеже, имеющем код Э3.
Кодирующий узел содержит две кнопки SB1, SB2 с переключающими группами контактов, не фиксируемые в нажатом положении. Девятиразрядный шифр задают распайкой перемычек S1 - S9 на выходе дешифратора DD3. Наличие перемычки соответствует сигналу 1, отсутствие - 0.
Узел защиты от дребезга контактов кнопок собран на элементах DD1.1, DD1.2. Он представляет собой RS-триггер, срабатывающий от первого замыкания контактов и поэтому не реагирующий на остальные дребезговые переключения.
Счет импульсов вводимого кода ведет счетчик DD4. Узел, собранный на триггерах DD2.1, DD2.2, запрещает дальнейший счет импульсов вводимого кода при ошибке в наборе. В устройство введен узел задержки времени, состоящий из элементов VD1, R5, R6, C1, DD1.3 (конденсатор С1 должен быть выбран с малым током утечки). При ошибке в наборе кода этот узел позволяет повторить попытку только через определенный временной интервал. Если начать набор кода до истечения этого интервала, замок не сработает даже при безошибочном наборе. Минимальный разрешаемый интервал времени между двумя смежными попытками набора кода устанавливают соответствующим выбором номиналов разрядной цепи R5C1.
Для гальванической развязки двух источников, питающих цифровой блок и исполнительный механизм, а также для обеспечения электробезопасности пользования замком при сетевом питании применен фототиристорный оптрон U1. Исполнительный электромагнит Y1 срабатывает после открывания тиристора VS1, управляемого фотодинистором оптрона.
Импульсы с узла набора кода переключают RS-триггер узла антидребезга, а с выхода элемента DD1.1 триггера поступают на счетный вход счетчика DD4, а затем - на входы дешифратора DD3. Если последовательность набора кода правильная, то есть соответствует распайке перемычек на выходе дешифратора, то на прямом выходе триггера DD2.2 действует низкий уровень напряжения, разрешающий работу счетчика DD4 до полного набора кода.
Если набираемый код не совпал с установленным в любом разряде счетчика, то на выходе триггера DD2.2 появляется высокий уровень, который запрещает дальнейший счет. Последующие нажатия на кнопки уже не изменят состояния счетчика до тех пор, пока замок не перейдет в исходное положение. После прекращения нажатий на кнопки по истечении временной задержки на выходе инвертора DD1.3 появляется высокий уровень, переключающий триггер DD2.2 и счетчик DD4 в состояние 0.
Таким образом, достаточная надежность охраны обеспечена как большой глубиной комбинационного набора, так и возможностью регулирования длительности возвращения замка в исходное состояние после каждой ошибки в наборе.
При правильном наборе кода сигнал высокого уровня с выхода дешифратора DD3 открывает ключевой транзистор VT1, что приводит к срабатыванию оптрона, а затем - тиристора, включающего питание исполнительного электромагнита - замок сработает. По истечении временной задержки замок возвращается в исходное состояние, соответствующее нулевому состоянию триггера DD2.2 и счетчика DD4.
Для индикации срабатывания замка в коллекторную цепь ключевого транзистора VT1 включают светодиод HL1 с токоограничительным резистором R9.
Цифровой блок замка питается от стабилизированного источника напряжением 9В. Питание исполнительного узла - от сети переменного тока напряжением 220В.
Рисунок 3.3 - Скриншот эдектрической принципиальной схемы
3.4 Выбор элементной базы
Перечень электронных компонентов кодового электронного замка представлен в документе, имеющем код ПЭ3.
В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ -0,125 (R1… R10), МЛТ - 0,25 (R11), МЛТ - 0,5 (R12); электролитический конденсатор К53-30 (С1); диоды КД522А (VD1…VD10) и КД202Н (VD11…VD14); светодиод АЛ307АМ (HL1); тиристор КУ202Н (VS1); оптрон АОУ103Б (U1); транзистор КТ340А (VT1); микросхемы К176ЛА9 (DD1), К176ТМ2 (DD2), К176ИД1 (DD3), К176ИЕ2 (DD4); электромагнитное реле МИС1100Е (Y1); вставка плавкая ВП1-1 (FU1, FU2); переключатели КМ1-1 (SB1, SB2).
Отметим возможные замены некоторых элементов схемы. Диоды КД522А на КД520А; переключатели КМ1-1 на ПКн2-1Т или КМД1-1; светодиод АЛ307АМ на другой такого же типа с любым буквенным индексом или на диод типа КИПМ01А-1К.
Конденсатор С1 должен быть выбран с малым током утечки.
Подбирая резисторы R1…R3 (в пределах 27 - 300 кОм), следует стремиться к увеличению их сопротивления, но не в ущерб четкости работы цифрового блока. Надо иметь ввиду, что если кнопки кодонабирателя по тем или иным причинам приходится отнести на большое расстояние от цифрового блока, то при этом повышается чувствительность устройства к действию помех от цепей исполнительного узла. В этом случае не рекомендуется чрезмерно увеличивать сопротивление этих резисторов.
Таблица 3.1 - Элементная база
|
№ |
Тип компонента |
Символ на ЭЗ |
Конструкция, тип корпуса |
|
|
1 |
Резистор МЛТ - 0,125 |
L=6, A=12,5, D=2,2, d=0,6 |
||
|
2 |
Резистор МЛТ - 0,25 |
L=7, A=12,5, D=3, d=0,6 |
||
|
3 |
Подстроечный резистор СП4-1 |
D=11 |
4. Разработка печатной платы
4.1 Выбор компоновочной структуры и типа печатной платы
Исходя из способа монтажа элементов на ПП и элементной базы, выбираем компоновочную схему.
· Тип компоновочной схемы: Тип 1 (компоненты устанавливаются на одну сторону ПП).
· Класс компоновочной схемы: Класс А (компоненты монтируются в отверстия).
Отсюда компоновочная структура нашей схемы: 1А. Теперь необходимо определить тип печатной платы.
Типы печатных плат могут быть:
· односторонние ОПП,
· двухсторонние ДПП,
· многослойные МПП.
Для компоновочной схемы 1А целесообразно применять ОПП и ДПП.
Функциональная сложность разрабатываемого модуля: средняя (>20 у. е.). При средней сложности целесообразно применять ДПП и МПП.
Для данного изделия необходимо использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными переходными отверстиями. Несмотря на высокую стоимость, ДПП с металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы и позволяет уменьшить габаритные размеры платы за счет плотного монтажа навесных элементов.
Сопоставив эти рекомендации, выбираем тип ПП: ДПП (двухсторонняя ПП).
4.2 Выбор класса точности ПП
По российским стандартам (ГОСТ 23751-86) существует 5 классов точности выполнения элементов печатного монтажа.
При выборе класса точности мы руководствуемся следующими доводами:
· конструктивная сложность изделия средняя, поэтому следует выбирать 1 -3 классы точности;
· у нас нет БИС, СБИС, бескорпусных микросхем, которые требуют применения 3-5 классов точности;
· массо-габаритные характеристики: нет необходимости применять высокие классы точности, так как не было задано требования компактности ПП;
· стоимость: высокий класс точности требует более дорогостоящего оборудования, что приводит к повышению стоимости изделия;
· условия эксплуатации: этот фактор является решающим для нас, так как наше изделие может находиться в очень суровых условиях (перепады температур, влажность). Поэтому для обеспечения надежности следует применять более высокий класс точности;
Проанализировав все «за» и «против» выберем 3 класс точности, с параметрами, описанными в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Параметры 3 го класса точности
|
Название параметра |
Условное обозначение |
Значение |
|
|
Наименьшая номинальная длина проводника |
t (мм) |
0,25 |
|
|
Наименьшее номинальное расстояние между проводниками |
S (мм) |
0,25 |
|
|
Минимально допустимая ширина контактной площадки |
b (мм) |
0,10 |
|
|
Отношение минимального диаметра контактной площадки к толщине платы |
d\H |
0,33 |
|
|
Верхнее предельное отклонение ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения (без покрытия) |
?tvo (мм) |
+0,05 |
|
|
Верхнее предельное отклонение ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения (с покрытием) |
?tvo (мм) |
+0,10 |
|
|
Нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения (без покрытия) |
?tno (мм) |
-0,05 |
|
|
Нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения (с покрытием) |
?tno (мм) |
-0,10 |
|
|
Позиционный допуск на размещение проводника |
Tr (мм) |
0,05 |
Указанные допустимые значения необходимо соблюдать в узких местах платы. Узкое место ПП - это участок ПП, на котором элементы печатного проводящего рисунка выполняются с минимально допустимыми значениями. На остальных участках ширина печатных проводников и расстояния между ними могут выполняться большего размера, чем указанный размер по данному классу.
4.3 Выбор метода изготовления ПП
Для изготовления ДПП используют следующие технологические процессы:
· комбинированный позитивный,
· комбинированный негативный,
· аддитивный,
· фотоформирование,
· электрохимический,
· тентинг процесс.
Для средней конструктивной сложности применяют комбинированные методы изготовления печатных плат.
Для 3-4 классов точности используют комбинированные методы.
Для изготовления печатной платы в соответствии с ГОСТ 4.010.022 и, исходя из особенностей производства и класса точности, выбираем комбинированный позитивный метод, т. к. по сравнению с остальными методами он обладает лучшим качеством изготовления, достаточно хорошими характеристиками, и есть возможность реализации металлизированных отверстий.
Габаритные размеры печатных плат должны соответствовать ГОСТ 10317-79. Для ДПП максимальные размеры могут быть 400х400 мм. Габаритные размеры данной печатной платы удовлетворяют требованиям данного ГОСТа.
4.4 Расчет габаритов ПП
На печатной плате имеются следующие зоны:
· зона для размещения компонент;
· зона для размещения элементов крепления модуля;
· зона маркировки;
· краевые поля ПП.
Расчет площади зоны для размещения компонент
Зона размещения компонент рассчитывается по следующей формуле:
где - установочная площадь i-го элемента.
При расчёте площади, занимаемой компонентом, берётся площадь прямоугольника, включающая корпус элемента и монтажные площадки. Площадь определяется по формуле:
где и - стороны прямоугольника (в мм).
- коэффициент, зависящий от типа конструкции платы и приоритетных требований к конструкции. Для ДПП берется в интервале (1,5…2,5). Поскольку нашим требованием является низкая себестоимость, примем коэффициент = 2,5.
Тогда площадь зоны размещения компонент будет равна:
Зона для размещения элементов крепления модуля
В нашем случае элементами крепления модуля служат винты. Размеры зон выбираются по формуле:
где площадь элемента крепления.
- площадь краевого поля, которая берется по периметру площади, занимаемой элементом крепления.
Для крепления платы используются винты М3 (диаметр резьбы 1,3 мм). Тогда
Ширина краевого поля равна 5 мм, тогда
Площадь зоны размещения элементов крепления
Зона для маркировки
Маркировка наносится в зоне для установки компонент. Это делается для маркировки позиционных обозначений компонент, их номиналов, типа компонента.
Краевые поля ПП.
Краевые поля ПП - это поля по периметру платы, на которых не могут размещаться элементы печатного монтажа. Выберем краевые поля, равные 5 мм. Теперь необходимо скомпоновать конструкторско-технологические зоны. Сначала выбираем размеры зоны для размещения компонент 120x60 мм (7500 мм2). Осталось по периметру ПП ввести краевые поля шириной 5 мм.
В результате мы получили габариты нашей ПП: 130x70 мм.
Полученные размеры ПП удовлетворяют требованиям ГОСТ:
· соотношение длины к ширине не более 3,
· размер по ширине рекомендуется выбирать из ряда: 20, 30, 40, 45, 50, 60, 75, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140,150, 160, 170, 200 мм.
4.5 Размещение компонент на ПП
Задача компоновки и размещения компонент на плоскости платы является сложной комбинаторной задачей, при решении которой конструктор должен предусмотреть:
· обеспечение наиболее простой трассировки,
· обеспечение требуемой плотности размещения,
· учет тепловых режимов,
· учет механических воздействий,
· обеспечение быстродействия,
· обеспечение технологических требований.
Необходимо выполнять следующие рекомендации:
1. Компоненты, имеющие большое число внешних связей располагать ближе к соединителю.
1. Компоненты, имеющие большое число взаимных связей, устанавливать рядом.
2. Крупногабаритные компоненты устанавливать ближе к элементам крепления модуля.
3. Микросхемы по возможности располагать рядами с одинаковой ориентацией.
4. Дискретные компоненты располагать в ортогональных направлениях.
5. Выводы компонент располагать в узлах координатной сетки. Если шаг выводов компонента не соответствует шагу координатной сетки, то в узле располагается первый вывод компонента.
6. Теплонагруженные элементы располагать равномерно по площади платы.
7. Помехочувствительные компоненты не размещать рядом с компонентами, которые могут быть источниками помех.
8. Если схема содержит цифровую и аналоговую части, то следует их на плате по возможности разместить на разных участках, так как чувствительные аналоговые элементы, например, компараторы, могут ложно срабатывать при переключении цифровых схем.
9. Если схема содержит последовательные каскады, то целесообразно их размещать в той же последовательности.
10. При наличии в схеме информационных шин, компоненты подключаемые к этой шине, стараться расположить по возможному направлению шины.
11. Компоненты, требующие особых мест размещения, например, цифровые индикаторы, органы управления, устанавливаемые на печатной плате, должны быть строго привязаны к заданным координатам.
4.6 Определение толщины ПП
1. Толщина платы выбирается из условий:
2. Толщину платы рекомендуется выбирать из предпочтительного ряда значений толщины для ОПП и ДПП. Предпочтительными являются значения: 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм для стеклотекстолита и 1,0; 1,5; 1,0; 3,0 мм для гетинакса.
3. Отношение минимального диаметра отверстия к толщине должно быть не менее величины установленной стандартом для данного класса. Например, для 3-го класса точности это отношение должно быть не менее 0,33. Для качественной металлизации отверстий рекомендуется отношение для всех классов брать не менее 0,4.
4. Длина штыревого вывода, выступающего из отверстия платы должна быть не менее 0,5 мм для обеспечения надежной пайки.
5. Учет механических нагрузок. При значительных механических нагрузках (Ударных, вибрациях) толщину платы необходимо брать больше.
6. Учет конструктивных особенностей модуля и способа его закрепления в конструкции 2-го уровня. Для бескаркасных конструкций толщину платы необходимо взять не менее 1 мм. Для жесткого крепления платы, например точечное крепление винтами, толщину платы можно брать небольшой, например 0,8-1 мм.
7. Толщина платы определяется используемым материалом для основания ПП. Для стеклотекстолита берутся меньшие толщины, чем для гетинакса.
Из ряда значений для толщины ПП для ДПП выбираем ширину 1,5 мм. Данное значение удовлетворяет критерию соотношения минимального диаметра отверстия к толщине ПП. Выбранное значение также удовлетворяет критериям, учитывающим конструктивные особенности модуля и возможные механические нагрузки.
4.7 Выбор материала основания ПП
При выборе материала основания ПП учитываем тип конструкции ПП, класс точности, климатические и механические воздействия, стоимость. Необходимо выбрать либо гетинакс, либо стеклотекстолит. Для уменьшения себестоимости следовало бы выбрать гетинакс, но он обладает невысокими диэлектрическими свойствами и неустойчив к влаге, что недопустимо для заданных климатических условий. Стеклотекстолит же имеет более устойчивые электрические характеристики, лучшие механические характеристики, более устойчив к внешним воздействиям. Поэтому в качестве материала основания ПП выбираем стеклотекстолит СФ-2-50. Толщина медной фольги 50 мкм.
4.8 Расчет элементов печатного рисунка
Диаметр монтажного отверстия
Диаметр рассчитывается с учетом диаметра вывода компонента, точности позиционирования отверстия, и необходимого зазора для обеспечения свободной установки вывода компонента при монтаже.
где: - максимальное значение диаметра вывода компонента. Если сечение вывода имеет сложную форму, то в качестве диаметра принимается диаметр описываемой окружности;
- зазор (разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода). Зазор выбирается конструктором для ручного монтажа из интервала (0,1-0,4) мм, а для автоматизированного монтажа и установки компонент - из интервала (0,4 - 0,5) мм.
- нижнее предельное отклонение диаметра отверстия.
=0,10.
У нас имеются следующие разновидности диаметров выводов компонентов:
= 0,354 мм, 0,6 мм, 0,8 мм.
Для каждого диаметра выводов найдем диаметр монтажного отверстия.
=0,2: 0,354+0,2+0,10=0,654 =0,654 мм
=0,1: 0,6+0,1 +0,10=0,8 =0,8 мм
=0,2: 0,8+0,2+0,10=1,1 =1,1 мм
После определения размеров диаметров необходимо проверить условие:
где - толщина ПП,
- коэффициент, определяемый классом точности, для 3 класса точности равен 0,33.
Если соотношение не выполняется, то диаметр увеличивают.
= 1,5*0,33=0,495
Условие выполняется.
Расчет расстояния от среза платы или от не металлизированного отверстия до элемента печатного рисунка.
Расстояние от края платы, от среза платы или от не металлизированного отверстия до элемента печатного рисунка определяется классом точности и толщиной платы. Необходимость расчета этого расстояния обусловлена необходимостью задания барьеров для трассировки.
Это расстояние можно посчитать отдельно для печатного проводника и отдельно для контактной площадки. С целью унификации выполняется расчет только для контактной площадки, так как это расстояние оказывается больше, чем для проводника.
где: - величина скола (определяется по таблице);
- расстояние от скола (определяется классом точности). Для 1,2 классов принимается равной 0,3 мм, для 3,4 классов - 0,15 мм, для 5-го класса -0,1 мм.
Td - позиционный допуск расположения центра отверстия (определяется по таблице);
Tp - позиционный допуск расположения центра контактной площадки (определяется по таблице).
?tvo - верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки (определяется по таблице).
Таблица 4.2 - Определения зоны скола края платы
|
Толщина платы |
Класс точности |
|
|
3 |
||
|
До 0,5 мм включительно |
0,15 |
|
|
0.5-0.8 мм |
0,2 |
|
|
0,8-1,0 мм |
0,25 |
|
|
1,0-1,5 мм |
0,35 |
|
|
1,5-2,0 мм |
0,5 |
|
|
2,0-2,5 мм |
0,7 |
Таблица 4.3 - Определения позиционного допуска центра контактной площадки
|
Размер ПП по большей стороне |
Класс точности |
|
|
3 |
||
|
До 180 мм |
0,15 |
|
|
180-360 мм |
0,20 |
|
|
Свыше 360 мм |
0,25 |
Таблица 4.4 - Определения позиционного допуска центра отверстия
|
Размер ПП по большей стороне |
Класс точности |
|
|
3 |
||
|
До 180 мм |
0,08 |
|
|
180-360 мм |
0,10 |
|
|
Свыше 360 мм |
0,15 |
В нашем случае = 0.35 мм, Td = 0.08 мм, Tp = 0.15 мм, ?tvo = 0.1 мм.
Расчет ширины проводника.
При расчете ширины проводника учитывают:
· класс точности,
· допустимый ток нагрузки,
· допустимое падение напряжения.
Ширина проводника выбирается из условия:
где - расчетное значение ширины,
- минимальная ширина проводника. Для заданного класса точности = 0.25
- ширина проводника, рассчитанная из условия допустимого тока.
- ширина проводника, рассчитанная из условия заданного допустимого падения напряжения.
- нижний допуск на ширину проводника. = 0.10
Расчет ширины проводника исходя из условия допустимого тока
где - максимальный ток через проводник.
- плотность тока;
- толщина проводника.
Плотность тока определяется материалом проводника. Для медной фольги:
=100 А/мм2, = 50 мкм.
=300 мА
= 300/100 * 50= 0,06 мм
Расчет ширины проводника исходя из условия допустимого падения напряжения
где - удельное сопротивление слоя металла, для медной фольги равно 0,0000000172 Ом/м;
- максимальная длина проводника на печатной плате, принимается равной сумме двух сторон платы: 130+70 = 200 мм,
- допустимое падение напряжения на проводнике, для цифровых схем берется 10% от питающего напряжения = 1,2 В.
= 300 мА
Выбираем среди найденных значений максимальное значение ширины проводника 0,25 мм.
Таким образом, ширина проводника =0,4
Ширину шин питания выбираем равную 1 мм.
Расчет размеров контактных площадок
Расчет для контактных площадок со сквозными отверстиями ведется по формуле:
где - диаметр отверстия,
= 0,10 - гарантированный поясок. Определяется для выбранного класса по таблице.
= 0,10 - верхнее отклонение ширины проводника. Определяется по таблице.
= 0 - отклонение диаметра отверстия. Определяется по таблице.
У нас имеются следующие разновидности диаметров отверстий: = 0,354 мм, 0,6 мм, 0,8 мм.
Для каждого диаметра отверстия найдем диаметр контактной площадки.
Расчет расстояния между элементами печатного рисунка
Наименьшее расстояние между элементами печатного рисунка определяется по формуле:
где - верхнее предельное отклонение ширины проводника из таблицы,
- позиционный допуск расположения печатных проводников из таблицы,
- минимально допустимое расстояние между элементами печатного рисунка. Определяется по таблице.
S = 0,325 мм.
Рисунок 4.1 - Скриншот вида печатной платы со стороны навесных болтов
Рисунок 4.2 - Скриншот вида печатной платы со стороны навесных болтов
Рисунок 4.3 - Условные обозначения
Рисунок 4.4 - Условные обозначения
Список литературы
кодовый замок плата электронный
1. Ю. Дайлидов. Панорамный индикатор. - Радиомир. KB и УКВ, 2002
2. В. Скрыпник. Прибор для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры. - М.: Патриот, 1990
3. D. DeMaw and W. Hayward. Solid State Design for the Radio Amateur, 2nd Edition (Newington, ARRL), 1986
4. Журнал «Радио» №1, 2004 г.
5. Разевинг В.Д. «Система P-Cad», М.: «Нолидж», 2000 г.
6. Уваров А.С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Разработка электронного кодового замка с использованием микроконтроллера PIC16F676. Назначение отдельных функциональных блоков. Возможные варианты структурных схем. Обоснование выбора структурной схемы устройства. Алгоритм работы структурной схемы.
курсовая работа [334,9 K], добавлен 18.06.2012Разработка электронного кодового замка, предназначенного для запирания дверей, с возможностью ввода кодовой комбинации. Системотехническое и схемотехническое проектирование. Расчет условных размеров печатной платы. Комплексные показатели технологичности.
курсовая работа [333,3 K], добавлен 26.12.2014Электронный замок: общая характеристика и принцип действия. Анализ вариантов реализации устройства. Разработка алгоритма функционирования, структурной и электрической принципиальной схемы электронного замка. Блок-схема алгоритма работы программы.
курсовая работа [363,3 K], добавлен 10.05.2015Принцип работы кодового замка. Проектирование кодового замка с возможностью звуковой сигнализации при попытке подбора кода, на базе микроконтроллера с архитектурой MCS-51. Функциональная схема устройства, составление программы для микроконтроллера.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 14.11.2010Построение структурной, функциональной и принципиальной схем электронного термометра на основе микроконтороллера, выбор элементной базы, оптимальной для реализации поставленных задач по диапазону характеристик, алгоритм работы системы и программный код.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 27.12.2009Выбор и обоснование элементной базы, структурной и принципиальной схем, компоновки устройства. Расчет узлов и блоков, потребляемой мощности и быстродействия. Выбор интегральной микросхемы и радиоэлектронных элементов, способа изготовления печатной платы.
дипломная работа [149,1 K], добавлен 23.10.2010Технические характеристики, описание конструкции и принцип действия (по схеме электрической принципиальной). Выбор элементной базы. Расчёт печатной платы, обоснование ее компоновки и трассировки. Технология сборки и монтажа устройства. Расчет надежности.
курсовая работа [56,7 K], добавлен 07.06.2010Анализ электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы. Выбор резисторов, конденсаторов, транзисторов и печатной платы. Конструкторско-технологический расчет печатной платы. Конструкторские расчеты печатного узла. Расчет теплового режима.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.02.2013Проект структурной и принципиальной схем автомобильного радиомаяка. Создание конструкторской документации и эскиза печатной платы, выбор элементной базы, расчет узлов, выходного каскада и сопряжения с антенной. Программа для управляющего микроконтроллера.
курсовая работа [474,6 K], добавлен 30.08.2014Разработка печатной платы на основании схемы электрической принципиальной и трассировка электронного прибора "Тахометр-3". Анализ метода производства печатной платы, определение ее основных характеристик. Техника безопасности производства прибора.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 22.01.2014
