Разработка конструкции печатного узла анализатора концентрации угарного газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Анализ технического задания
• 1.1 Постановка задачи
• 1.2 Требования к анализатору угарного газа
• 1.3 Анализ условий эксплуатации и групп жесткости
• 1.4 Источник разработки
• 2. Обоснование выбора элементной базы
• 2.1 Выбор элементной базы
• 2.2 Обоснование выбора элементной базы
• 3. Обоснование выбора конструкции, материалов, покрытий
• 3.1 Выбор материала печатной платы
• 3.2 Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы
• 3.3 Выбор способа изготовления печатной платы
• 3.4 Определение геометрии печатного монтажа
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Угарный газ - один из наиболее токсичных продуктов горения. Он входит в состав дыма и выделяется при тлении и горении всех органических и углеродосодержащих веществ.

Это очень ядовитый газ. У него нет ни цвета, ни запаха, что делает его особо опасным, затрудняя своевременное обноружение. Человек может почувствовать наличие угарного газа в воздухе лишь по первым симптомам отравления им, а это очень уже поздно.

Человек сталкивается с опасным ядом каждый день, не только в городе и на предприятии, а также и дома.

Поэтому разработка устройства по обнаружению угарного газа является актуальным в любое время [1].

1. Анализ технического задания

1.1 Постановка задачи

Целью курсового проекта является создание оборудования способного обнаружить токсичные продукты горения в рабочем помещения и предупредить персонал об опасности.

Для решения данной проблемы требуется создать устройства, которое оповещает по средству звукового сигнала пользователя о наличии в воздушном пространстве углекислого газа посредству датчика. [1]

1.2 Требования к анализатору угарного газа

Данное устройство должно быть простым в использовании, как специалистом, так и человеком, не имеющим должного навыка, а также работать в автономном режиме в течение продолжительного времени, должен отвечать условиям по помехозащищенности и исключать помехи и наводки на другие приборы, особенно при использовании в измерительном комплексе.

1.3 Анализ условий эксплуатации и групп жесткости

Изделие относится к 2-ой группе 1-ого класса. Т.е. изделие должно эксплуатироваться в закрытых отапливаемых и не отапливаемых помещениях. Должно сохранять работоспособность при температуре от минус 60 до плюс 85 0С при отсутствии агрессивных сред. Исходя из этого по ГОСТ 23752-78 разработанный печатный узел должен соответствовать 2-ой группе жесткости эксплуатации. [2]

1.4 Источник разработки

Журнал "Радио". - 2014. №5. - с. 36-37 Анализатор концентрации угарного газа. [1]

2. Обоснование выбора элементной базы

2.1 Выбор элементной базы

Для осуществления работы устройства требуется осуществить выборку элементов, которые смогут осуществить ее функциональную задачу.

Перечень выбранных резисторов обозначен в таблице 1.

Таблица 1 - Выбор резисторов

Перечень выбранных конденсаторов обозначен в таблице 2.

Таблица 2 - Выбор конденсаторов

Перечень выбранных транзисторов обозначен в таблице 3.

Таблица 3 - Выбор транзисторов

Перечень выбранных микросхем обозначен в таблице 4.

Таблица 4 - Выбор микросхем

2.2 Обоснование выбора элементной базы

В качестве индикатора угарного газа был использован недорогой и надежный электрохимический датчик этого газа с электролитом TGS542. Работает в интервале температур от -40 до 70 при концентрации угарного газа от 0 до 10000 ppm.

В качестве датчика был выбран именно он потому что он имеет ряд таки преимуществ как:

а) в нем использован слабощелочной электролит;

б) отсутствуют утечки электролита из корпуса;

в) износ электродов;

г) расход химических материалов датчика в процессе работы.

Для отображения результата измерения был использован трехразрядный семисегментный индикатор LTD-5122, который способен показывать концентрацию углерода в воздухе от 1 до 999 миллионных долей.

Для отображения информации используется семисегментный индикатор т.к. для использования жк-индикаторов требуется особые навыки в схемотехнике таких устройств. Поэтому дешевле и проще использовать светодиодные семисегментные индикаторы.

При выработке звукового сигнала о превышении концентрации углерода используется излучатель звука SMB-17 CC S.

Данный излучатель имеет возможность для подстройки частоты звукового сигнала, а также для изменения рабочей частоты предлагаемых преобразователей достаточно всего лишь изменить емкость конденсатора в задающей цепи.

Преимущество излучателей SMB серии - это возможность программирования нескольких рабочих частот.

В качестве аналогового ключа используется MAX 9001 ESD т.к. такая сема обеспечивает прохождение двупалярны сигналов без искажений и имеет корпус меньших размеров, чем у своих предшественников, а также имеет малую паразитивную емкость.

Транзистор IRLML6402 используется для того, чтобы открыться при повышении напряжения с выода операционного устройства и пустить сигнал на излучатель звука. Схема защиты с N-канальным транзистором обычно обеспечивает меньшее падение напряжения, чем схема с р-канальным транзистором.

В качестве цифрового вольтметра используется микросхема CA3162E с интервалом измерений от 0 до 999 мВ, оснащенный динамической индикацией результатов. Для его работы семисегментным индикатором требуется добавить лишь преобразователь кода CA3161E и три транзистора 2N3906.

Чтобы предотвратить поляризацию датчика, при включенном питании необходимо соединять его выводы между собой. Для этого предназначен p-канальный транзистор J177, который способен быть открытым в отсутствии питания и закрываться при подаче на него + 5 В относительно истока.

Подстроечным резистором R4 добиваются нулевых показателей индикатора.

При подаче на выв. 11 постоянное напряжение + 999 мВ и подобранным подстроечным резистором R5 устанавливают на индикаторе число 999.

Сопротивление R1 изменяется пропорционально коэффициенту индивидуального коэффициента датчика TGS5042 к 2 нА / ppm.

С помощью грамотной подборкой резисторов R2 и R3 можно достичь образцовое напряжение на входе компаратора.

Резисторы R1-R3 желательно использовать с предельным отклонением сопротивления от номинала не хуже . [1]

3. Обоснование выбора конструкции, материалов, покрытий

3.1 Выбор материала печатной платы

При изготовлении печатной платы был использован фольгированный стеклотекстолит Ф-2-35Г-2 ГОСТ 10316-78. Диапазон рабочих температур стеклотекстолита позволяет его применять в аппаратуре 2-ой группы жесткости эксплуатации. Толщина стеклотекстолита (2 мм) выбрана в первом приближении по минимальному диаметру монтажного отверстия и по классу точности печатной платы, а также исходя из требований обеспечения механической прочности печатного узла. [3]

3.2 Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы

Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП:

а) односторонняя печатная плата (ОПП) - ПП, на одной стороне которой выполнен проводящий рисунок;

б) двусторонняя печатная плата (ДПП) - ПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения;

в) многослойная печатная плата (МПП) - ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения;

г) гибкая печатная плата (ГПП) - ПП, имеющая гибкое основание;

д) гибкий печатный кабель (ГПК) - система параллельных печатных проводников, размещенных на гибком основании.

Класс точности выбирается в соответствии с рекомендациями ОСТ 4.010.022-85. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется наименьшими номинальными значениями основных параметров для узкого места - это участок ПП, на который элементы печатного проводящего рисунка и расстояние между ними могут быть выполнены только с минимальными допустимыми значениями.

Ширину печатных проводников рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники - без вздутий, отслоений, разрывов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление и др.

Расстояние между элементами проводящего ресурса (например, между проводниками) зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связана с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.

Печатная плата будет двусторонней. Двусторонние печатные платы обладают меньшими габаритами по сравнению с односторонними, так как с их помощью можно реализовывать большую плотность упаковки. [4]

Для изготовления платы в программе Altium Desinger требуется создать схему электрическую пренципиальную рис. 2, после чего перенести ее в PCB Board Wizard в соответствии со всеми правилами из раздела 4 и расставить элементы на обеих поверхностях в соответствии с требованиями к печатной плате.

а) Верхний слой б) Нижний слой

Рисунок 1 - Плата печатная

По окончании работы в программе Altium Desinger требуется экспортировать чертежи рис. 1 а) и б) в программу 3D Компас для оформления чертежей ВлГУ 758724.001 и ВлГУ 413621.001 СБ.

3.3 Выбор способа изготовления печатной платы

Печатные платы изготавливаются позитивным фотохимическим способом, следующим образом: на двустороннюю фольгированную заготовку наносится слой фоторезиста. Через фотошаблон производиться экспонирование, затем фоторезист удаляется с участков, где будут расположены проводники или контактные площадки. Потом сверлятся отверстия. Следующим этапом является осаждение защитного слоя оловянно - свинцового припоя (ПОС) на будущие проводники и контактные площадки. Потом следует удаление задубленного фоторезиста и травление меди с незащищенных мест (субтрактивная операция).

Данный способ получил наибольшее применение т.к. имеет простую и отработанную технологию для всех типов производств, обладает высокой точностью изготовления печатного рисунка. [5]

3.4 Определение геометрии печатного монтажа

Для определения ширины печатного проводника в программе Altium Designer требуется: анализатор угарный газ конструкция

а) Создать схему электрическую принципиальную рис. 3 на основе рис. 2 используя элементы из уже готовых библиотек с нужными номиналами из пункта 3.1.

Рисунок 2 - Чертеж ВлГУ 413621.001 ЭЗ

Рисунок 3 - Схема электрическая принципиальная

б) провести моделирование замкнутых контуров, вследствие чего по графикам определить максимальную силу тока в схеме рис 4.

Рисунок 4 - График максимального потребления тока схемой

Так как дисплей является самым энергопотребляемым элементом цепи, то по его максимальному значению потребления рассчитываем толщину проводника.

Ширина печатных проводников рассчитывается по формуле:

t = ,

где t - ширина проводников;

- толщина проводника;

- плотность тока в проводнике.

t = = 0,28 мм.

Так как дисплей устанавливается навесным монтажом, значит j_доп = 10 A/мм².

Так как напряжение малы то расстояние между проводниками и контактными площадками выбираются исходя из класса точности печатной платы. [6]

Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:

,

где - диаметр отверстия;

- допуск на диаметр отверстия;

- расстояние от края отверстия до края контактной площадки;

- допуск на ширину печатного проводника;

- позиционный допуск, погрешность в размещении центров отверстий;

- позиционный допуск, погрешность в размещении контактных площадок.

Для плат 3-го класса точности имеем следующие значения параметров:

Если , = 0,05 мм.

?d0 = ±0,05 мм;

если d0 > 1 мм, ?d0 = ±0,1 мм;

b min = 0,1 мм в 3- м классе.

Погрешность ширины проводника = 0,1 мм.

= 0,08 мм.

= 0,16 мм.

Диаметр отверстия 0,6 мм:

.

Диаметр отверстия 0,9 мм:

.

Диаметр отверстия 2 мм:

.

Заключение

В данном курсовом проекте разработана конструкция изделия 1-ого уровня (узел печатный).

Оформлена конструкторская документация, изучены методы компоновки и технология изготовления для данных изделий. Разработанный в курсовом проекте печатный узел удовлетворяет требованиям по условиям эксплуатации, условиям электромагнитной совместимости, имеет хорошие массогабаритные характеристики, отвечает требованиям по точности, требованиям ГОСТов и ОСТов.

Относительно простая конструкция и использование недорогих и распространенных материалов и радиоэлементов, а также выбранный метод изготовления делают его пригодным для массового производства.

Список использованной литературы

1. Журнал "Радио". - 2014. №5. - с 36-37 Анализатор концентрации угарного газа.

2. ГОСТ 16962-71. Изделия электронной техники и электротехники. Механические и климатические воздействия и методы испытаний.

3. ГОСТ 10316-78. Гетинакс и стеклотексталит фольгированные. Технические условия.

4. ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции.

5. ГОСТ Р 53386-2009. Государственный стандарт. Платы печатные

6. ГОСТ Р МЭК 61188-5-1-2012. Печатные платы и печатные узлы. Проектирование и применение.

Размещено на Allbest.ru