Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Технічне завдання

Анотація

Проведений аналіз методів побудови охоронних систем з використанням можливостей глобальної системи позиціонування GPS та каналів GSM зв'язку; вдосконалений мобільний термінал охоронної системи для автомобіля шляхом введення акустичного каналу передачі даних та модернізації тракту живлення; розрахований мікрофонний тракт та параметри імпульсних джерел живлення, підібрана і обґрунтована елементна база мобільного терміналу охоронної системи; спроектований друкований вузол та проведені розрахунки, які підтверджують його працездатність та відповідність його параметрів вимогам технічного завдання; підтверджена економічна доцільність запуску виробу у виробництво; дана оцінка умовам виробництва та охорони праці.

Результатом проведеної роботи є набір конструкторської документації, необхідний для виготовлення мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Аннотация

Проведен анализ методов построения охранных систем с использованием возможностей глобальной системы позиционирования GPS и каналов GSM связи; усовершенствован мобильный терминал охранной системы для автомобиля путем введения акустического канала передачи данных и модернизации тракта питания; рассчитан микрофонный тракт и параметры импульсных источников питания; подобрана и обоснована элементная база мобильного терминала охранной системы; спроектирован печатный узел и проведены расчеты, подтверждающие его работоспособность и соответствие его параметров требованиям технического задания; подтверждена экономическая целесообразность запуска изделия в производство; дана оценка условиям производства и охраны труда.

Результатом проведенной работы стал комплект конструкторской документации, необходимый для изготовления мобильного терминала охранной системы для автомобиля.

Annotation

The methods ?analysis of security systems construction hardware-assisted with the possibilities of global positioning system GPS and communication channels GSM is carried out; the ?mobile terminal of security system for the car is improved by introduction of an acoustical data channel and reengineering the section of a power supply; the ?microphone section and parameters of pulsed feeding sources are rated; the ?element baseline of the mobile terminal of security system is selected and proved; the printed board assembly is designed and the calculations confirming its service capability and conformity of its parameters to demands of the technical project are carried out; the economic feasibility of production start-up of the hardware product is confirmed; the ?conditions of production and labour safeties are estimated.

The complete set of the design documentation necessary for manufacturing of the mobile terminal of security system for the car became the result of the spent work.

Найменування та область застосування

Мобільний термінал охоронної системи автомобіля для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв'язку стандарту GPRS.

1. Підстава для розробки

Підставою для виконання роботи є навчальний план спеціальності "Виробництво електронних засобів" і завдання на дипломне проектування.

2. Мета та призначення розробки

Метою роботи є розробка мобільного терміналу для дистанційного контролю координат об'єктів, що рухаються, в режимі реального часу в складі охоронної системи, що задовольняє умовам ТЗ, має підвищений рівень точності, надійності, економічності та зручності експлуатації та естетичний зовнішній вигляд.

3. Джерела розробки

Схема електрична принципова КЮГИ.467479.091 РЭ, видана на підприємстві ТОВ "АВІАРМ" м. Київ.

4. Технічні вимоги

4.1. Склад мобільного терміналу

6.2.1. Моноплата;

6.2.2. Корпус;

6.2.3. Акумулятор;

6.2.4. Суміщена GPS/GSM антена.

4.2. Показники призначення

5.2.1. Максимальна кількість контрольованих базою даних об'єктів - 100.

5.2.2. Підтримка систем навігації - GPS, GALILEO.

5.2.3. Використання мереж GSM/GPRS і якості каналу передачі інформації

5.2.4. Максимальний час визначення місцеположення, не більше 30 с

5.2.5. Точність визначення місцеположення, не більше 2,5 м

5.2.6. Автономність роботи мобільного терміналу в режимі GSM/GPRS , не більше 24 год.

5.2.7. Об'єм бази даних мобільного терміналу - до 100000 записів.

5.2.8. Можливість контролю встановлених на автомобілі давачів - відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

5.2.9. Можливість трансляції аудіо інформації на диспетчерський центр.

5.2.10. Напруга живлення…………………………від 9,5 до 35 В.

5.2.11. Середній споживаний струм при напрузі живлення 12 В,

не більше………………………………………………...........110 мА

5.2.10. Час роботи від внутрішньої акумуляторної батареї при температурі 20°С, не менше………………………………………...…4 год.

5.3. Вимоги до електромагнітної сумісності

Пристрій повинен відповідати вимогам до електромагнітної сумісності і індустріальним радіозавадам згідно ГОСТ 22505-83.

5.4. Умови експлуатації

5.4.1. Робоча температура

мінімальна мінус 10 °С

максимальна +40 °С

5.4.2. Гранична температура

мінімальна мінус 25°С

максимальна +55°С

5.4.3. Робоча відносна вологість при температурі +20°С

мінімальна 50%

максимальна 80%

5.4.4. Гранична відносна вологість при температурі +25°С 93%

5.4.5. Атмосферний тиск

мінімальний 84 кПа

максимальний 107 кПа

5.4.6. Синусоїдальна вібрація.

діапазон частот 10-70 Гц

прискорення не більше 40 м/с² 

5.5. Вимоги до надійності

5.5.1. Середній наробіток на відмову, з довірчою ймовірністю , не менше 10000 годин.

5.5.2. Середній час відновлення, не більше 5 годин.

5.5.3. Пристрій повинен бути відновлюваний та ремонтопридатний згідно ГОСТ 27.002-89.

5.5.4. Термін зберігання не менше 3 років.

5.6. Естетичні та ергономічні вимоги

5.6.1. Ергономічні вимоги повинні відповідати ГОСТ 12.2.032-78, ГОСТ 12.2.033-78 і ГОСТ 26.035-78.

5.6.2. Умовні функціональні позначення повинні відповідати ГОСТ 25874-83.

5.6.3. Естетичні вимоги повинні відповідати ГОСТ 23852-79.

5.6.4. На терміналі повинні бути передбачена індикація режимів роботи терміналу для однозначного сприйняття працездатності виробу.

5.7. Вимоги до транспортування та збереження

5.7.1. Транспортування терміналу здійснюється в упакованому виді за умовами ГОСТ 23088-80. Термінал витримує транспортування на будь-які відстані автомобільним, залізничним та повітряним транспортом (у закритих транспортних засобах), а також водним транспортом (у трюмах судів).

5.7.2. При навантаженні та транспортуванні повинні суворо виконуватися вимоги маніпуляційних знаків на тарі.

5.7.3. Норми умов збереження приладу згідно ГОСТ 15150-69.

5.8. Вимоги до безпеки обслуговування

Пристрій повинен задовольняти умовам безпеки згідно ГОСТ 12.2.006-87. Забезпечити відсутність гострих кромок конструкції.

5.9. Вимоги до стандартизації та уніфікації

Рівень стандартизації та уніфікації повинен відповідати ГОСТ 12.201-83. Коефіцієнт стандартизації не менше 0,4. Коефіцієнт уніфікації не менше 0,6.

5.10. Вимоги до технологічності

Вимоги до технологічності згідно ГОСТ 14.201-83. Всі комплектуючі вироби повинні проходити вхідний контроль на відповідність вимогам ТУ.

5.11. Масогабаритні показники

5.11.1. Маса терміналу, не більше 0,23 кг;

5.11.2. Габарити:

довжина, не більше 135 мм

ширини, не більше 70 мм

висота, не більше 30 мм

6. Економічні показники

При розробці терміналу має враховуватися досвід попередніх розробок, техніко-економічні показники повинні бути на рівні кращих вітчизняних і зарубіжних зразків.

При розробці терміналу повинні бути враховані вимоги з мінімізації вартості зразків при їх подальшому тиражуванні.

За результатами розробки необхідно визначити орієнтовну вартість приладів при серійному виробництві.

Обсяг випуску 2000 штук за рік. Відпускна ціна не більше 630 USD.

7. Вимоги до складальних частин конструкції, сировини та експлуатаційних матеріалів

7.2. При розробці терміналу для забезпечення вимог до надійності і термінів активного функціонування повинні застосовуватися комплектуючі вироби, характеристики яких забезпечують виконання вимог ТЗ.

7.3. Матеріали, що входять до складу терміналу, повинні зберігати свої фізико-механічні властивості при дії на них зовнішнього середовища та забезпечувати гарантійні терміни експлуатації, зберігання і транспортування.

7.4. При розробці терміналу допускається застосування матеріалів і комплектуючих виробів як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва, що забезпечують виконання вимог ТЗ.

8. Вимоги до маркування та пакування

Термінал пакувати в індивідуальну тару.

Маркування приладу проводиться згідно ГОСТ 24388-88.

9. Патентно-правові вимоги

9.2. Термінал повинен вільно використовуватися в Україні без інтелектуальних прав власників діючих патентів.

9.3. В процесі розробки терміналу повинна бути передбачена можливість патентування основних технічних рішень.

10. Вимоги до збереження комерційної таємниці

10.2. В даній роботі не повинні використовуватися і міститися відомості, що становлять комерційну таємницю. Всі роботи, що виконуються за даним ТЗ, технічна документація і звіти є відкритими.

10.3. Розробка матеріалів за даним ТЗ повинна проводитися з урахуванням дотримання вимог комерційної таємниці відповідно до існуючих на підприємстві-виконавці керівних документів.

10.4. Відповідальність за забезпечення конфіденційності і комерційної таємниці при розробці терміналу покладається на відповідального виконавця робіт.

11. Вимоги до розробки конструкторської і технологічної документації

Конструкторська та технологічна документація повинні виконуватися відповідно до вимог ЕСКД.

12. Стадії та етапи розробки

1. Технічне завдання

2. Технічна пропозиція

3. Ескізний проект

4. Технічний проект

5. Захист проекту.

Дане ТЗ на всіх етапах розробки може уточнюватися та доповнюватися за погодженням сторін.

Перелік умовних позначень та скорочень

CDMA	-	доступ з кодовим розділенням каналів;
CSD	-	Circuit Switched Data - технологія передачі даних, розроблена для телефонів стандарту GSM;
Ethernet	-	пакетна технологія комп'ютерних мереж;
GALILEO	-	європейський проект супутникової системи навігації;
GPRS	-	General Packet Radio Service - пакетний радіозв'язок загального користування;
GSM	-	Global System for Mobile Communications - глобальний цифровий стандарт для стільникового зв'язку;
GPS	-	Global Positioning System - глобальна система позиціонування
ID	-	ідентифікаційний номер;
ISO	-	міжнародна організація з стандартизації;
SIM	-	ідентифікаційний модуль абонента, який застосовується в мобільному зв'язку;
SMD	-	surface mounted device (елементи поверхневого монтажу);
SMS	-	служба передачі коротких текстових повідомлень;
БД	-	база даних;
БТ	-	базовий термінал;
ДП	-	друкована плата;
ДЦ	-	диспетчерський центр;
ЗСВ	-	відмови на зносостійкість та старіння;
ІВ	-	інтенсивність відмов.
ІСН	-	імпульсний стабілізатор напруги
МК	-	мікроконтролер
МТ	-	мобільний термінал
ОСТ	-	охоронна система
СНВ	-	середнє напрацювання на відмову
ТЗ	-	технічне завдання
ТРЗ	-	транспортний засіб

Вступ

Охоронні системи (ОСТ) для автомобіля с кожним днем стають дедалі складнішими і використовують щоразу нові принципи роботи для забезпечення більшої надійності, безпеки та захисту від злому. На сучасному рівні розвитку таких систем, беручи до уваги наявні технологій виробництва електронних компонентів, їх інтеграція з мережами GSM (Global System for Mobile Communications [28]), GPRS (General Packet Radio Service [29]) та GPS (Global Positioning System [30]) стає економічно обґрунтованим, як в плані реалізації так і в обслуговуванні та надійності передачі даних.

Актуальність впровадження охоронних систем для автомобіля полягає в забезпеченні захисту транспортного засобу, життя та здоров'я водія та пасажирів, а також вантажів, що транспортуються у ньому, включаючи і джерела інформації.

Оскільки технології охоронних систем постійно розвиваються і змінюються, надзвичайно актуальною є розробка дешевих і надійних систем, причому таких, алгоритм роботи котрих можна змінити вже після встановлення завдяки програмному забезпеченню.

Метою роботи є вдосконалення конструкції мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

· провести аналіз схем та конструкцій існуючих GPS/GSM охоронних систем та визначити їх переваги та недоліки;

· вдосконалити функціональну та принципову схеми обраного терміналу шляхом введення додаткових пристроїв, які реалізують акустичний канал зв'язку та тракт живлення, при цьому маючі на меті привнесення мінімальних затрат у собівартість пристрою;

· провести електричні розрахунки основних функціональних вузлів;

· обрати необхідну елементну базу, яка б забезпечила відповідність мобільного терміналу вимогам ТЗ до точності, надійності, економічності та зручності в експлуатації;

· спроектувати друкований вузол, який реалізує привнесені функції терміналу;

· провести розрахунки, що підтверджують працездатність виробу;

· провести аналіз ринку, оцінити рівень якості виробу, визначити собівартість та мінімальний обсяг виробництва;

· провести аналіз умов виробництва та охорони праці на підприємстві-виготовнику.

Новизна роботи полягає в тому, що в спроектованому пристрої об'єднано багато функцій - навігаційних, охоронних, сигнальних, що дає переваги в експлуатації та обслуговуванні, а також економічну вигоду та зручність і надійність при дистанційному керуванні та програмуванні такого пристрою.

Практична цінність полягає в використанні терміналу в складі системи для моніторингу пересувних об'єктів в межах України та країн СНД, можливості застосування її в сфері охорони власності та в логістиці.

Результати роботи можуть бути використані при розробці новітніх охоронних систем із застосуванням GSM каналу зв'язку та GPRS технології, а також в навчальному процесі для вивчення основних принципів побудови подібних автомобільних охоронних систем та сучасної елементної бази, яка дозволяє реалізувати такі системи апаратно.

1. Аналіз технічного завдання

Розроблюваний пристрій - мобільний термінал - є складовою частиною мобільної охоронної системи для автомобіля, яка використовується для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв'язку стандарту GPRS.

Згідно з ТЗ, даний пристрій маєв своєму складі два вбудовані прийомопередавачі, які забезпечують, відповідно, роботу з супутниковими системами навігації GPS та GALILEO, та обмін даними через канали GSM та GPRS і також елементну базу, яка надає можливість підключення 8 логічних та 2 аналогових датчиків.

Живлення пристрою здійснюється від бортових мереж рухомих об'єктів з напругою 9,5 -35 В, а в разі автономної роботи - від акумулятора, що забезпечує роботу терміналу без зовнішнього живлення впродовж 24 годин.

В якості матеріалу для несучої конструкції (корпусу) використовується алюміній через його високі антикорозійні властивості, легкість обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Згідно ТЗ, розроблюваний пристрій призначений для встановлення на рухомих об'єктах у місцях, де відсутні агресивні середовища та є стабільний температурний режим, тому його герметизація не потрібна.

2. Аналіз методів побудови охоронних систем та їх функції

2.1 Огляд сучасних методів побудови охоронних систем

В сучасних умовах до охоронних систем висуваються підвищені вимоги надійності та безпеки. Як правило такі системи розробляються на базі найновіших досягнень науки та техніки. Для охоронних систем, які використовують для передачі даних GSM канал, найбільш прийнятним є використання GPRS режиму передачі даних. Такі системи забезпечують належний захист при передачі даних про стан ТРЗ та дають можливість експлуатації на всій території, де існує покриття GSM мережі.

В найпростішому випадку охоронна система містить:

· датчики охоронної системи (зазвичай не більше трьох);

· мобільний термінал - здійснює обробку сигналів,які надходять від датчиків, приймає дані від GPS приймача та здійснює обмін даними по мережі GSM

· мобільний телефон клієнта.

Дані про стан терміналу надходять на мобільний телефон клієнта у вигляді SMS повідомлень.

Переваги такої системи:

· низьке енергоспоживання;

· простота в експлуатації;

· а також конфіденційність обслуговування.

Недоліки:

· повільний та ненадійний метод передачі даних про стан системи

· неможливість дублювання інформації через інші канали зв'язку.

Більш ефективною та надійною є система з режимом CSD. CSD (Circuit Switched Data) - технологія передачі даних через еквівалент модемного зв'язку в мережі GSM. При використанні CSD інформація передається по одному виділеному та закріпленому за CSD-з'єднанням каналу в мережі GSM. Зона CSD покриття відповідає зоні покриття мережі GSM.

Крім мобільного терміналу та мобільного телефону така система містить:

· базовий термінал, розміщений в диспетчерському центрі (ДЦ);

· сервер бази даних (БД) з картографічним програмним забезпеченням (ПЗ). Сервер БД може бути суміщений з ДЦ [2].

Використання режиму передачі даних CSD та SMS одночасно значно підвищує ефективність охоронної системи.

Недоліками такої системи є - повільна та коштовна передача даних та наявність лише одного сервера БД, це пов'язано з підвищеною небезпекою втрати даних.

Для збільшення надійності та економії ресурсів в якості каналу передачі даних в охоронних системах може використовуватись мережа Internet [3].

За своїм складом такі системи не відрізняються від аналогічних з використанням режиму CSD з деякою відмінністю - модем мобільного терміналу працює виключно в GPRS режимі.

При встановленій на мобільному телефоні карті та наявності доступу до GPRS мережі телефон може виступати в якості спрощеного ДЦ з можливістю моніторингу об'єкту в режимі реального часу.

Недоліками такої системи є:

· використання для передачі даних виключно GPRS режиму;

· недостатня захищеність даних.

Інший підхід реалізовано при реалізації охоронних систем з використанням мобільних та базових терміналів, які працюють в діапазоні УКВ. Головною перевагою таких систем є низька собівартість. З іншого, боку таким системам притаманний головний недолік, з-за якого широкого розповсюдження для охорони мобільних об'єктів такі системи не набули - можливість забезпечення зв'язку лише на відстані до десятків кілометрів.

Найбільш досконалими є системи, в яких їх компоненти (мобільні та базові термінали) працюють одночасно в режимі GPRS та CSD з підтримкою дублювання службою SMS. Завдяки цьому термінал у будь-який момент часу, при наявності покриття стільникової мережі GSM, може здійснювати обмін даними з ДЦ.

Термінал захищений від злому завдяки використанню проміжного сервера (Сервер 1, див. рис 2.1) та захисного екрану локальної мережі. Сервер 2 виступає у ролі БД. В такій системі відсутній обмін даними з мобільним телефоном клієнта.

2.2 Моніторинг рухомих об'єктів

У загальному випадку система моніторингу місцезнаходження об'єктів складається з двох частин - центру моніторингу та управління - ДЦ, та об'єктів моніторингу - деякої кількості транспортних засобів (ТРЗ). На транспортний засіб встановлюється мобільний термінал - реєстратор навігаційних й інших даних.

У ДЦ встановлюється комп'ютер або комп'ютерна мережа з інстальованими засобами, які забезпечують:

· одержання даних від мобільних терміналів;

· зберігання даних;

· відображення та аналіз отриманої інформації;

· можливість дистанційного керування виконавчими пристроями на ТРЗ.

Відомі два основних способи моніторингу рухомих об'єктів: пасивний моніторинг і активний.

Пасивний моніторинг передбачає запис навігаційних і інших даних в енергонезалежну пам'ять мобільного терміналу. Зчитування даних може відбуватись по прибутті ТРЗ до місця призначення.

Активний моніторинг передбачає поточну передачу даних про стан ТРЗ через канали зв'язку GSM мережі до ДЦ.

За сучасного розвитку GSM мереж, які набули широкого розповсюдження, найбільш ефективним є варіант активного моніторингу рухомих об'єктів з використанням технологій GSM/GPRS.

Поєднання активного і пасивного моніторингу дає можливість мінімізувати ймовірність втрати інформації та забезпечити своєчасну передачу необхідної інформації про стан ТРЗ.

2.3 Вимоги до працездатності та надійності систем моніторингу рухомих об'єктів

На повну чи часткову працездатність системи можуть безпосередньо впливати такі фактори:

· наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS;

· наявність сигналу GPS необхідного рівня;

· економічний фактор (оплата послуг оператора GSM)

· наявність напруги живлення системи;

· надійність роботи внутрішнього програмного забезпечення (ПЗ) терміналу;

· якість надання послуг мобільного зв'язку та Internet з боку ДЦ

Наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS.

При відсутності покриття GSM/GPRS, охоронні системи можуть або втрачати зв'язок з ТРЗ внаслідок його виходу із зони обслуговування, або бути взагалі заблокованими. Вирішенням цієї проблеми є дублювання каналів передачі даних.

Наявність GPS сигналу необхідного рівня.

При відсутності прямого супутникового зв'язку з об'єктом зв'язку, що проявляється у відсутності дійсних координат від приймача GPS, координати можна визначати альтернативними, хоча і менш точними методами. Перший з них - це визначення координат за допомогою номера базової станції GSM мережі в межах якої знаходиться ТРЗ. Точність визначення координат обмежена радіусом розташуванням базових станцій. Другий спосіб полягає у використанні спеціальних типів GPS приймачів з можливістю продовження розрахунку місцеположення за допомогою сигналів з гіроскопу та одометру коліс автомобіля. Цей спосіб дозволяє деякий час продовжувати визначати координати, але похибка їх визначення буде зростати з часом через наявність похибки датчиків.

Наявність зовнішнього живлення системи.

Зникнення живлення по будь-яким причинам повністю виводить систему з ладу, тому наявність у мобільному терміналі власного автономного живлення стає просто необхідним. Тривалість підтримки автономності терміналу напряму пов'язана з алгоритмами роботи самої системи. Прийнятною є автономність порядку 24 - 72 годин, що також враховує час на розшук ТРЗ в разі угону.

Надійність роботи внутрішнього ПЗ терміналу

Це один із головних факторів, який напряму впливає на надійність та ефективність охоронної системи. В недостатній мірі протестоване програмне забезпечення веде до часткової чи повної непрацездатності системи охорони.

Якість надання послуг операторів мобільного зв'язку та послуг Internet з боку ДЦ впливає на повну чи часткову втрату працездатності системи. Дублювання каналів зв'язку значно підвищує надійність роботи систем.

2.4 Аналіз функціонування та характеристик існуючих терміналів

На сьогоднішній день вітчизняний ринок насичений багатьма видами різноманітних охоронних систем, у тому числі такими, що використовують канали GPS, GALILEO, GSM та GPRS для моніторингу стану різноманітних об'єктів, зокрема ТРЗ.

Зведену характеристику сучасних мобільних охоронних систем, які займають чинне місце на ринку нашої країни наведемо у вигляді таблиці (див. таблицю 2.1).

Таблиця 2.1 - Зведена характеристика сучасних мобільних охоронних систем

SCAR navi

+/-/-

-

GPS

12

-142

39/35/9

активна

-

1

10…18

55/280

230Ч160Ч47

8/8

-20…55 ?C

16

0,005

10

Trim Track

-/-/+

+

GPS

8

-138

84/42/13

активна

-

1

8…32

25/150

144Ч118Ч30

2/2

-10…60 ?C

2

до 1440

PINSyS

+/-/-

-

GPS

50

-160

29/28/1

активна

-

1

10…18

120/400

240ґ128 ґ80

8/8

-20…60 ?C

32

1

0

Гелікс 2

-/-/-

-

GPS

8

-138

84/42/13

активна

-

2

8…32

100/450

115Ч82Ч32

4/4

-35…85 ?C

4

1

36

МТ-МТ

-/+/+

-

GPS GALILEO

32

-159

34/33/3

пасивна

+

1

6,5…32

90/650

100Ч80Ч45

6/6

-10…55 ?C

16

1

48

ИТЕК-БН 3.0

-/+/+

-

GPS GLONASS

12

-142

39/35/9

активна

-

1

9…36

100/300

60Ч75Ч50

10/2

-30…40 ?C

32

0,1

24

SHS-RICS

+/+/-

-

GPS

8

-130

300/120/45

активна

-

1

8…15

55/150

145Ч104Ч35

8/210/2

-20…55 C

-

-

-

Функції/Тип системи

ПідтримкаGPRS/CSD/SMS

Виявлення глушіння GSM каналу

Підтримка систем навігації

Кількість каналів GPS, шт

GPS чутливість, dBm

Час старту GPS приймача, с

Тип антени GPS

Наявність мікрофонного тракту

Кількість SIM, шт

Напруга живлення, В

Струм споживання середн./макс. , мА

Габаритні розміри блоку, мм

Кількість входів/виходів

Діапазон робочих температур

Об'єм внутрішньої пам'яті, Mb

Інтервал дискретизації запису, с

Час автономної роботи, год.

Перелічимо деякі особливості кожної з розглянутих систем:

Універсальна система SHS-RICS

Ця система використовує мережу GSM та канал GPRS, дозволяє легко підключати обладнання інших розробників та швидко інтегруватись у складні системи.

Особливістю системи є дублювання каналів обміну даними, що забезпечує стабільність та надійність роботи, а також виключає можливу втрату даних [6]

Промисловий накопичувач цифрових даних ИТЕК-БН 3.0

Промисловий контролер/накопичувач ИТЕК-БН 3.0 застосовується при автоматизації на транспорті та дозволяє збирати інформацію та вести контроль над характеристик ТРЗ.

Особливістю цієї системи є реалізований енергозберігаючий адаптивний режим роботи системи. Конфігурація накопичувача ИТЕК-БН 3.0 орієнтована в першу чергу на перевезення циклічного характеру, як вантажні так і пасажирські [7].

МТ-МТ GSM/GPS Terminal

Термінал є типовим для активного моніторингу об'єктів. Для передачі даних використовуються режими CSD та SMS.

Особливостями терміналу є: великий час автономної роботи, використання адаптивних режимів енергоспоживання, висока точність визначення місцеположення підконтрольного об'єкту [8].

Гелікс 2

Особливостями терміналу є наявність роз'ємів для 2х SIM-карток, що дозволяє здійснювати роботи з двома операторами мобільного зв'язку в разі необхідності роботи в умовах нестабільного покриття GSM мережі або для забезпечення дешевого зв'язку у роумінгу [9].

Інтелектуальна система PINSyS

Особливість цього терміналу в відсутності в ньому акумулятора взагалі. Припускається що акумуляторна мережа автомобіля достатньо надійна для його роботи [10].

Трекер Trim Track

Цей мобільний термінал не використовує ДЦ, а працює безпоседньо з мобільним телефоном клієнта та не потребує підключення до автомобільної мережі живлення, працюючи від звичайних батарей. В пристрої реалізована розвинута система енергозбереження, вбудована надчутлива GPS антена та датчик вібрації [11].

Навігаційна система SCARnavi

Комплекс SCARnavi призначений для моніторингу пересування і збору даних про стан вузлів автомобілів з використанням технології GPS і передачею даних по GSM (GPRS) каналах [12].

Проведений аналіз сучасних автомобільних охоронних систем показав, що особливостями мобільного терміналу, що розроблюється, є:

· використання режиму GSM/GPRS для швидкісної передачі даних;

· використання багатоканального зв'язку (до 50) у сучасному модулі GPS/GALILEO для визначення місцеположення об'єкту моніторингу;

· передача звукової інформації;

· напруга живлення терміналу від 9,5 до 35 В;

· автономність терміналу протягом доби;

· можливість контролю встановлених на ТРЗ давачів - відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

До складу системи в найпростішому випадку входять: мобільний термінал та набір охоронних датчиків, ДЦ з набором топографічних електронних карт та базовий термінал. При розширенні охоронної системи кількість мобільних терміналів може бути збільшена до 100, а кількість диспетчерських центрів, які можуть віддалено за ними спостерігати до 5шт.

3. Аналіз електричної схеми

3.1 Опис структурної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Структурна схема пристрою, що розробляється представлена на рис. 3.1.

Датчиками охоронної системи, які використовуються для моніторингу стану об'єкту, можуть бути, як вже встановлені на автомобілі і працюючі зі штатною ОСТ, так і додаткові, спеціально встановлені датчики. Базовими є сенсори удару, руху, відкривання дверей, капоту та сигнали ввімкнення запалення автомобіля.

Базовий GSM термінал призначений для прийому даних від мобільного терміналу в режимі CSD та SMS. Це потрібно у випадку зникнення зв'язку, що здійснюється через GPRS канал, чи при відсутності з'єднання з мережею Internet.

На кожному ДЦ встановлене програмне забезпечення користувача з картографічними модулями. Відповідно до місцеположення програмне забезпечення завантажує з Internet мережі потрібну карту (карти можуть бути доступні з серверу виробника, наприклад компанії Transnavi.com, або з будь-якого іншого, на якому налагоджений доступ до завантаження відповідних карт з мережі Internet) і в подальшому працює з нею. З ДЦ можна встановлювати налаштування для мобільного терміналу та здійснювати прослуховування салону автомобіля в реальному часі. Сервер 1 та сервер 2 (рис. 3.1) виконують захисну та розвантажувальну функції відповідно. Фізично сервер 2 може бути суміщений з ДЦ.

На Рис. 3.1 сервери 1/1, сервер 2/1 - відповідно захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ1; сервери 1/2, сервер 2/2 захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ2; сервери 1/n, сервер 2/n захисний та розвантажувальний сервер для n -го ДЦ.

3.2 Опис функціональної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Термінал складається з декількох функціональних вузлів скомпонованих згідного цільового призначення. Повна функціональна схема наведена на рисунку 3.2. Розглянемо кожний з функціональних вузлів та принципи їх роботи.

3.2.1 Тракт передачі звукової інформації

Обробка звуку проводиться GSM модемом Telit GM868-PY, який, крім того, виконує частину функцій по керуванню мобільним терміналом.

Сигнал з мікрофона М1 (див рис. 3.2) надходить до першого мікрофонного підсилювача МП1, який конструктивно суміщений з ним, де здійснюється його попереднє підсилення. Це підвищує відношення сигнал/шум на вході мобільного терміналу. Потім сигнал подається на вхід “АУДІО” мобільного терміналу, додатково в ньому підсилюється другим малошумлячим мікрофонним підсилювачем МП2 та попадає на вхід GSM модуля. Аудіо канал має схема луно придушення і збалансований вхід для компенсації звукових перешкод, тож для МП1 та МП2 використовується також збалансована схема.

Чутливість мікрофона, який використаний для роботи в мобільному терміналі, становить -45дБ·В/Па. Для нормальної роботи в салоні автомобіля та подачі на вхід аудіо каналу підсилення МП1+МП2 має складати 44 дБ. Смуга робочих частот за рівнем -3 дБ для всього тракту звуку становить 150-8000 Гц.

На Рис. 3.2:

“GSM” - канал передачі даних через стільникову мережу;

“GPS” - канал передачі навігаційних даних через систему NAVSTAR;

GSM модем - модем фірми Telit з підтримкою передачі даних через стільникову мережу;

GPS - приймач з підтримкою навігаційних систем GPS та GLONASS;

Програм. GSM - роз'єм, через який здійснюється програмування GSM модему;

Програм. CPU - роз'єм, через який здійснюється програмування CPU;

NMEA - текстовий протокол звя'зку навігаційного устаткування між собою;

ДТ1 ударн. - датчик ударів;

ДТ2 тепл. -датчик температури;

ДТ3 руху -датчик руху;

ДТ4 ц.з. - датчик центрального замку;

ДТ6 пальн. -датчик пального;

ДТ7 резерв,ДТ8 резерв. - резервні датчики;

ЗК1..7 - захисні кола;

SW1 - вузол, який виконує функції мультиплексора;

DC/DC - перетворювач напруги;

ІСН - імпульсний стабілізатор напруги;

Flash ОЗП - пам'ять;

ДН1, ДН2 - дільники напруги;

ПН1, ПН2 - підсилювачі напруги;

SIM - роз'єм SIM-карти;

МП1, МП2 - мікрофонні підсилювачі;

ДРП1, ДРП2 - аналогові входи;

CPU - центральний оброблювальний процесор;

ПП - попередній підсилювач;

ОР1..4 - оптрони;

К1 бл.ст. - ключ блокування реле стартеру;

К2 бл. зап. - ключ блокування запалення;

К3 сигн. - ключ ввімкнення/вимкнення бортової сигналізації/сирени;

К4 бл. БН - ключ блокування бензонасосу;

VD1..3 - діоди індикації режимів роботи терміналу.

3.2.2 Тракт входів та комутації

Сюди входять вхідні, захисні, вихідні кола та приймач GPS.

В якості приймача координат місцеположення вибрано 50 канальний суміщений GPS/GALILEO приймач LEA-4H фірми Anaris [13]. Його чутливість становить понад -160 dBm, що дозволяє вільно отримувати валідні дані від приймача в умовах міської забудови та навіть всередині залізобетонних приміщень. На сьогоднішній день система GALILEO не працює, тому для визначення місцезнаходження підконтрольних об'єктів використовуються навігаційні сигнали системи GPS NAVSTAR. Коли європейська навігаційна система GALILEO буде введена в дію, то термінал одразу зможе працювати в 2-х системах одночасно, покращуючи точність визначення місцеположення [14].

Оскільки приймач постійно споживає струм близько 100 мА, а це половина всього споживаного струму, використовується система енергозбереження. Вона відключає за допомогою ключа GPS приймач тоді, коли місцеположення визначати непотрібно.

Антена для приймача GPS є активною. Живлення до неї подається по центральній жилі кабелю. Конструктивно вона суміщена з GSM антеною.

Вхідні кола складаються з датчиків ДТ1-ДТ8, сигнали з яких приходять на роз'єм терміналу “IN/OUT”. Далі вони проходять захисні кола ЗК1-ЗК8 та приходять на порти P1 CPU, де інформація обробляється та, при спрацюванні якогось елемента датчика, йде на модем GSM.

Крім восьми цифрових входів мобільний термінал має 2 аналогових входи ДРП1, ДРП2 від датчиків рівня палива, чи інших. З них сигнал йде до роз'єма “AIN” потім ділиться дільниками на багатооборотних резисторах ДН1, ДН2 і йде на підсилювачі напруги ПН1, ПН2, які масштабують напругу, забезпечуючи її необхідний рівень для роботи з внутрішнім АЦП CPU.

Вихідні керуючі кола побудовані з використанням оптичної розв'язки ОР1-ОР4 та керують ключами К1-К4. Ці ключі, зазвичай, використовують для блокування реле стартера, блокування запалення, ввімкнення сирени, блокування бензонасосу чи інших. Логіка роботи ключів програмується диспетчерським центром.

3.2.3 Ядро системи

Ядром системи є GSM модем та CPU. GSM модем працює під керуванням програмного забезпечення, створеного на мові програмування Python. Модем має АЦП та ЦАП, вбудовану внутрішню пам'ять та велику кількість портів вводу-виводу [15]. На нього покладені функції обробки даних від GPS приймача, синхронізація його внутрішнього таймера з часом GPS, робота з двома АЦП, передача звукової інформації, керування вихідними командами та робота з CPU та пам'яттю.

Модем по команді з ДЦ, за допомогою мультиплексора, керує індикацією на світлодіодах VD1-VD3. Реалізовано режим захисту від зависання внутрішнього програмного забезпечення. Модем та CPU стежать за роботою один одного та, якщо стан роботи їх не відповідає заданому відбувається процес вимкнення-вмикання для модему ключем на транзисторі та перезавантаження програми в CPU.

Запис коду програм в CPU при програмуванні у виробника відбувається через роз'єм “JTAG”. Запис коду програми до модему Telit GM868-PY програмною мовою Python відбувається через роз'єм “COM”. Далі код поступає через мультиплексор SW1 на вхід UART модему GSM. Мультиплексором можна вибрати або підключення до модулю GPS, або роз'єм “COM” для програмування модема. Це зроблено, оскільки модем має лише два UART порти. Обмін даними між CPU та пам'яттю Flash пам'яттю (128 МБ), та CPU і модемом відбувається по SPI протоколу.

3.2.4 Тракт живлення та керування енергозбереженням

Для живлення мобільного терміналу використано бортову автомобільну мережу 12-35 В яка напряму подається на роз'єм “PWR”.

Живлення схеми організоване паралельно, тобто поки є бортова напруга 12-35 В термінал працює від неї через DC/DC перетворювач зі стабілізатором струму. Він видає стабілізовану напругу 4,2 В з обмеженням по струму в 1 А, одночасно заряджаючи резервну батарею. На вході цього стабілізатора стоїть захисна схема з обмежувального діоду, діоду та відновлюваного запобіжника. Вона дозволяє захистити мобільний термінал при подачі напруги неправильної полярності та при перевищенні її 36 В.

В якості резервного джерела живлення застосовується літієва акумуляторна батарея G1 напругою 3,6 В і ємністю 1,5А•год.

Використання такого низьковольтного живлення дозволило безпосередньо підключати модем до акумулятора і відмовитись від потужного багатоканального перетворювача напруги для живлення інших елементів. Це подовжило час автономної роботи терміналу. Коли батарея зарядиться вона споживає невеликий струм (декілька мА) для компенсації саморозряду і на роботу терміналу більше не впливає.

Напруга 4,2 В використовується для живлення модему GSM, інші ж елементи схеми живляться від ще одного джерела живлення - імпульсного стабілізатора напруги (ІСН). ІСН перетворює рівень вхідної напруги 4,2 В до 3,15 В. Він має низьке власне енергоспоживання 85 мкА та ККД не нижче 90%, що дозволяє не вимикати його взагалі.

Функції енергозбереження реалізовано за допомогою комутації живлення для GPS приймача, переходу CPU в сплячий режим та ввімкненням режиму енергозбереження в модемі. Основні технічні характеристики розробленого терміналу наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 - Основні технічні характеристики розроблюваного терміналу

Напруга живлення, В	6…36
Струм споживання середн./макс. , мА	110/250
Габаритні розміри блоку, мм	1357030
Типи зовнішніх датчиків, кількість входів/виходів	10/4
Діапазон робочих температур	-30…65 ?C
Об'єм внутрішньої пам'яті, Mb	128
Ресурс пам'яті	100000 циклів запис/стирання
Інтервал дискредитизації запису, с	0,02
Час автономної роботи, год.	?24

3.3 Опис електричної схеми мікрофонного тракту мобільного терміналу

В більшості існуючих мобільних терміналів, зокрема в розглянутих вище, відсутні тракти прийому та передачі звукової інформації. Призначенням розробленого мікрофонного тракту є зйом та передача стану звукового становища в підконтрольних транспортних засобах до ДЦ в якості достатній для його аналізу та однозначного сприйняття голосових повідомлень. Наявність мікрофонного тракту збільшує функціональність терміналу та зручність його експлуатації, а також зменшує додаткові фінансові витрати на пристрої, які забезпечують обмін голосовими повідомленнями між підконтрольним транспортним засобом та ДЦ.

3.3.1 Мікрофонний підсилювач тракту передачі звукової інформації

Для роботи мобільного терміналу використовується два мікрофонних підсилювача. Один з них (МП1) встановлений безпосередньо в мобільному терміналі, а інший поруч з мікрофоном, забезпечуючи основне підсилення та покращуючи відношення сигнал-шум на вході другого підсилювача (МП2).

Схема частини мікрофонного підсилювача наведена на рис. 4.1. В схемі використано два однакових підсилювача.

3.4 Опис електричної схеми тракту живлення і керування енергозбереженням мобільного терміналу

3.4.1 Перетворювач на мікросхемі L6902D

Для розробки мобільного терміналу використовувалися інтегральні мікросхеми високого ступеня інтеграції та готові модулі (GSM та GPS). Оскільки кожен елемент схеми має певні вимоги до джерела живлення як по пульсаціям, так і по допустимим коливанням напруги, а також необхідно враховувати мобільність терміналу (забезпечення низьких втрат при перетворенні напруги) застосовано двохступінчате пониження напруги за допомогою імпульсних інтегральних понижуючих перетворювачів. Баланс струмів споживання першого з них на мікросхемі L6902 приведено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2 - Баланс струмів споживання для L6902

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., А
MAX1692	1	3,2-6	300
GC864	1	3,4-4,25	500
GSP103448	1	3,0-4,2	200

Стабілізатор перетворює вхідну напругу, що може змінюватися в діапазоні 8…36 В у стабілізовану 4,2 В. Він також живить другий стабілізатор з вихідною напругою 3,15 В, заряджає внутрішній акумулятор та живить GSM модем. Має внутрішнє обмеження струму на рівні 1 А.

Вибір саме L6902 обумовлений наступними її можливостями:

– до 1 А вихідний струм з обмеженням (стабілізатор струму);

– діапазон вхідних напруг 8 - 36 В;

– джерело опорної напруги 3,3 В з нестабільністю 2 %;

– 5 % нестабільність по обмеженню вихідного струму;

– регульована вихідна напруга 1,235 - 34 В;

– фіксована частота генерації 250 кГц;

– робота у режимі холостого ходу;

– регульоване обмеження максимального струму;

– захист від обриву зворотного зв'язку;

– інтегрований термозахист;

– розроблена спеціально для застосування в якості зарядного пристрою для акумулятора.

3.4.2 Перетворювач на мікросхемі МАХ1692

Для роботи інших елементів схеми використовується перетворювач на мікросхемі МАХ1692. Він стабілізує напругу 3,15 В з 4,2 В. Баланс струмів споживання цього джерела живлення на мікросхемі МАХ1692 приведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 - Баланс струмів споживання для мікросхеми МАХ1692

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., мА
OP496	1	2,6-5,0	3
MSP430	1	2,0-5,5	3
CD4052	2	2,0-15	1
LEA-4H	1	2,7-3,6	100

Вибір саме МАХ1692 обумовлений наступними її можливостями:

– стабілізування напруги від 5,5 В до U_IN ;

– ефективність перетворення до 95%;

– гарантований вихідний струм 600 мА;

– інтегрований діод Шотткі;

– струм споживання не більше 85 мкА;

– інтегрований термозахист;

– фіксована 750 кГц частота генерації;

– джерело опорної напруги 1,25 В з нестабільністю 1,2 %;

– мініатюрний корпус.

4. Обґрунтування конструктивних параметрів пристрою та вибір матеріалів

Конструктивно виріб виконаний у вигляді розбірного корпусу, який складається з двох частин - основи та кришки, які виготовлені з алюмінієвого П-подібного профілю, до якого з торців за допомогою чотирьох гвинтів М2,5 прикручені пластини. У паз нижньої кришки вставлена плата з радіоелементами. Габаритні розміри мобільного терміналу складають, ДхШхВ, мм 135Ч70Ч30 (див рис. 4.1).

З лицевої сторони знаходяться двох-, восьми- та двадцяти контактні НЧ роз'єми, два ВЧ роз'єми «GPS» та «GSM», три світлодіоди та тримач SIM-картки.

На задній стороні виробу знаходиться десятиконтактний НЧ роз'єм, два отвори для підстроювальних резисторів та отвір до кнопки вмикання/вимикання пристрою.

Вибір матеріалу для несучої конструкції (корпусу) обумовлений його високі антикорозійні властивості, легкістю обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Конструкція передбачає зручну та надійну фіксацію та монтаж друкованої плати (ДП) в середині корпусу у процесі складання. Монтаж мобільного терміналу здійснюється в салоні ТРЗ, наприклад, під приладовою панеллю автомобіля, або у багажнику, з допомогою текстильної застібки та пластикових джгутів.

4.1 Обґрунтування вибору елементної бази

Однією з основних задач, поставлених при виконанні розробки даного пристрою, окрім забезпечення необхідних параметрів схеми, які б гарантували необхідні режими та надійність роботи пристрою, було створення малогабаритного, загальнодоступного, відносно дешевого модуля з використанням сучасної компонентної бази зо всіма її перевагами. ДП мобільного терміналу повинна мати якомога більший ступінь інтеграції.

За сучасного ступеню розвитку монтажу плат, повсякчас використовується автоматичний SMT, DIP та BGA монтаж, тому ще одним з критеріїв вибору радіоелементів була можливість автоматизації збирання плат на сучасних автоматичних лініях та підвищення характеристик надійності.

Суміщена активна GPS/GSM антена виконана з удароміцної пластмаси у пилозахищеному виконанні. Вона має самоприклеювальну основу для встановлення на рухомий об'єкт без використання засобів кріплення. З корпусу антени виходять два ВЧ кабелі довжиною по 5 метрів з роз'ємами типу SMA на кінцях. Зовнішній вигляд GPS/GSM антени наведений на рис.4.2.

Вибір активної антени зумовлений необхідністю максимізувати чутливість пристрою до слабких сигналів GPS та GSM мережі в умовах міської забудови та всередині залізобетонних приміщень.

GPS/GSM антена - покупний виріб. Її габаритні характеристики та спосіб кріплення обрані з огляду на необхідність прихованого встановлення на ТРЗ та забезпечення надійного зв'язку через канали GPS та GSM.

Антена встановлюється на горизонтальній поверхні таким чином, щоб у верхній полусфері були відсутні затінення та перешкоди для проходження радіосигналів від супутників.

4.2 Електричні розрахунки основних функціональних вузлів

4.2.1 Розрахунок мікрофонного підсилювача

Проведемо розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення та ширини смуги пропускання сигналу [15] для частини мікрофонного підсилювача наведеній на рис. 4.1.

Коефіцієнт підсилення для цієї схеми становить:



Для забезпечення смуги пропускання 150 - 8000 Гц, необхідно розрахувати і ємність С3. Частота зрізу становитиме:

Вихідні дані для розрахунку зведені до табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Вихідні дані для розрахунку підсилення

Чутливість мікрофону, дБ·В/Па	-45
Вхідний опір диференційний, кОм	25
Номінальна вхідна чутливість, мВ	50
Максимальна вхідна напруга, мВ	360
Смуга пропускання (-3 дБ), Гц	150 - 8000

В умовах нормальної розмови на відстані 7 см від джерела акустичного сигналу створюється тиск в -4,7дБ для мікрофону з чутливістю -45 дБ·В/Па. При такому акустичному тиску вихідна напруга від мікрофону становить:

U_ВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),

що відповідає

U_ВИХ=10^(-49,7/20)=3,3 (мВ)

Щоб забезпечити сигнал з амплітудою 50 мВ на вході наступного каскаду підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення:



Відповідно при підсиленні в 15 разів (24 дБ). При вхідному опорі розрахованого підсилювача в 10 кОм необхідний опір R₄ буде дорівнювати:

R₄=К_ПІДС·R₃=10·10³·15=150·10³(Ом)

Промислові значення цих опорів з ряду Е96 складають 10 кОм та 150 кОм.

Відповідно значення ємності конденсатора С3:

(Ф);

З огляду на необхідну смугу пропускання, обираємо найближче значення С3 з ряду Е24 - 120 пФ.

Значення для другого каналу підсилювача ідентичні першому.

4.2.2 Розрахунок стабілізаторів напруги

4.2.2.1 Розрахунок перетворювача на мікросхемі L6902D

Розрахуємо загальну потужність втрат P_TOT на мікросхемі L6902 за формулою.

Вихідні умови:

– вхідна напруга U_IN = 12 В;

– вихідна напруга U_OUT = 4,2 В;

– вихідний струм I_OUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);

– опір внутрішнього ключа R_DSON = 0,4 Ом (середнє значення);

– час перемикання типовий T_SW = 70 нс;

– струм споживаний самою ІС I_Q = 2,5 мА;

Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де T_J - температура кристалу мікросхеми, T_А - температура навколишнього середовища та R_{th J-A} тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 42 ?C/Вт [32]. При температурі навколишнього середовища 85 ?C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ?C [16].

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв'язку для одержання вихідної напруги 4,2 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 3,3 кОм R1 має рівнятись:



Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е48 найближче значення 7,87 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що, загалом, цілком влаштовує нас по точності.

4.2.2.2 Розрахунок перетворювача на мікросхемі МАХ1692

Розрахуємо загальну потужність втрат P_TOT на мікросхемі MAX1692.

Вихідні умови:

– вхідна напруга U_IN = 4,2 В;

– вихідна напруга U_OUT = 3,15 В;

– вихідний струм I_OUT = 0,1 А, рівний сумі струмів споживаних елементами схеми, (табл. 3.3);

– опір внутрішнього ключа R_DSON = 0,6 Ом (середнє значення);

– час перемикання типовий T_SW = 50 нс;

– струм споживаний самою ІС I_Q = 85 мкА;

Отже теплові втрати становлять 0,024 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де T_J - температура кристалу мікросхеми, T_А - температура навколишнього середовища та R_{th J-A} тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 280 ?C/Вт. При температурі навколишнього середовища 85 ?C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ?C

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв'язку для одержання вихідної напруги 3,15 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 301 кОм R1 має дорівнювати:

Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е192 найближче значення 470 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що також влаштовує нас по точності [17].

4.3 Проектування друкованого вузла

4.3.1 Визначення площі монтажної поверхні

Визначення площі монтажу малогабаритних деталей

,

де -сумарна площа, яку займають конденсатори; - сумарна площа, яку займають діоди; - сумарна площа, яку займають мікросхеми, - сумарна площа, яку займають індуктивності; - сумарна площа, яку займають резистори; - сумарна площа, яку займають транзистори.

Визначення площі монтажу середньогабаритних деталей

,

де -сумарна площа, яку займають роз'єми; - сумарна площа, яку займають діоди; - сумарна площа, яку займають мікросхеми, - площа, яку займає кварц; - сумарна площа, яку займають резистори.