Разработка программируемого термостабилизатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение и сфера применения

2. Расчётно-проектировочный раздел

2.1 Выбор и обоснование аналога устройства

2.2 Разработка структурной схемы

2.3 Выбор элементной базы

2.4 Разработка принципиальной схемы

2.5 Разработка блока электропитания

2.6 Расчет мощности

2.7 Разработка программного обеспечения

3. Конструкторско-технологический раздел

3.1 Компоновка и трассировка печатной платы

3.2 Выбор метода производства печатной платы

3.3 Поиск и устранение неисправностей

3.4 Расчёт эксплуатационных характеристик

4. Экономический раздел

4.1 Расчёт затрат на сырьё и материалы

4.2 Расчёт затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

4.3 Итого материальные затраты

4.4 Расчёт тарифной заработной платы производственных рабочих

4.5 Расчёт основной заработной платы производственных рабочих

4.6 Расчёт дополнительной заработной платы производственных рабочих

4.7 Расчёт отчислений от заработной платы производственных рабочих

4.8 Итого прямые затраты

4.9 Расчёт накладных расходов

4.10 Расчёт отпускной цены проектируемого устройства

5. Мероприятия по энерго- и материалосбережению

6. Охрана труда и окружающей среды

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Дипломное проектирование - заключительный этап обучения учащихся технических специальностей в учреждении образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии».

Тема дипломного проекта ориентируется на решение конкретной технической или организационной задачи.

Дипломный проект состоит из 6 разделов, описывающих конструкторско-технологические,расчётно-проектировочные, экономические аспекты выполненной работы, а также комплекс мероприятий по энерго - и материалосбережению, охране труда и окружающей среды.

В соответствии с заданием на дипломный проект была поставлена задача разработать программируемый термостабилизатор. Устройство служит для поддержания заданной температуры воды в аквариуме, воды в системе электрического водяного отопления, в системе отопления предприятия, контроля температуры теплообменников подогрева воды, регулирования подачи теплоносителя и теплоприёмника и т.д.

1. Назначение и сфера применения

Термостабилизаторы, или, терморегуляторы, предназначены для поддержания заданной температуры. Терморегулятор может контролировать воздух в теплице, в отпускных печах, в жилом помещении и пр. Принцип работы любой терморегуляции состоит в плавном или скачкообразном изменении мощности нагревательного элемента, срабатывания электроклапана или электрически управляемой водяной задвижки в зависимости от температуры датчика контролируемой среды. Существуют терморегуляторы со скачкообразным изменением мощности, при нагрузке которых нагревательный элемент отключается, как только температура датчика достигает определенного значения, и выключается при понижении температуры до ее заданного значения. Нагревательный элемент при этом находится в одном из двух состояний: включен или выключен, поэтому регулятор с таким законом управления часто называют релейным. При прохождении производственной преддипломной практики схожий терморегулятор используется для контроля воды теплообменника в системе теплоноситель-теплоприёмник, при подогреве воды, а также для нужд предприятия. Терморегулятор регулирует подачу теплоносителя в теплообменник в зависимости от температуры измеренной датчиками. С помощью электрически управляемой водяной задвижки (маломощный 12 Вольтный электродвигатель постоянного тока в качестве исполнительного механизма) производится регулировка подачи горячей воды в теплообменник, где она нагревает до установленной на контроллере температуры воду потребляемую работниками. Терморегулятор также используется в закалочных и отпускных печах предприятия, где в качестве исполнительного устройства (механизма) применены воздушные тены или нихромовая спираль. В данном дипломном проекте реализована микропроцессорная система на базе микроконтроллера для терморегулятора. Проект основывается на микроконтроллере PIC16F84А.

2. Расчетно-проектировочный раздел

2.1 Выбор и обоснование аналога устройства

В качестве аналога проектируемого мною устройства я выбрал следующий терморегулятор(термостабилизатор), он выпускается частным предприятием «Энергосбережение».

Терморегулятор ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителя в холодильной технике, сушильных шкафах, печах, и т. д.

Терморегулятор ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании.

Основные функции измерителя-регулятора ТРМ 1 представлены в таблице 2.1.1

№	Функции
1	УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВХОД для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и т. п.
2	РЕГУЛИРОВАНИЕ входной величины: -- двухпозиционное регулирование; -- аналоговое П-регулирование.
3	ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И КОРРЕКЦИЯ входного сигнала, масштабирование шкалы для аналогового входа
4	ВЫЧИСЛЕНИЕ И ИНДИКАЦИЯ КВАДРАТНОГО КОРНЯ из измеряемой величины (например, для регулирования мгновенного расхода)
5	ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ ТОКА 4…20 мА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ измеренной величины (модификация по типу выхода И)
6	ВОЗМОЖНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКОЙ (модификация по типу выхода С3)
7	ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 90-245 В, 47-63 Гц
8	ВСТРОЕННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 24 В для активных датчиков, выходных аналоговых устройств (ЦАП) и др.
9	ПРОГРАММИРОВАНИЕ кнопками на лицевой панели прибора
10	СОХРАНЕНИЕ НАСТРОЕК при отключении питания
11	ЗАЩИТА НАСТРОЕК от несанкционированных изменений

Таблица 2.1.1 - Основные функции измерителя-регулятора ТРМ

2.2 Разработка структурной схемы

В данном разделе необходимо представить структурную схему (рис.2.2.1) разрабатываемого нами усилителя на микроконтроллере.

Структурная схема регулятора температуры приведена на рисунке Рис.2.1.1

Рис.2.2.1 Структурная схема программируемого термостабилизатора

В её состав входят следующие функциональные блоки:

ТЭН- трубчатый электронагреватель, применяется для нагревания различной среды (воздуха, газов, воды и т.д.) посредством конвекции, теплопроводности, излучения тепла путем преобразования электроэнергии в тепловую.

ОП- оптопара(оптрон) используются для гальванической развязки цепей- передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты.

МК- микроконтроллер, центральный блок управления, который согласует все блоки входящие в структурную схему и выполняет заданную программу.

Д- микроконтроллерный термометрический датчик, задающий алгоритм который в дальнейшем будет обрабатывать микроконтроллер.

ЖКИ- жидкокристаллический индикатор, представляет собой дисплей, необходимый для визуальной индикации включения питания, режимов работы.

ПУ- пульт управления, предназначенный для контроля и управления работой устройств и процессов, три кнопки и выключатель питания.

С- стабилизатор напряжения(преобразователь электрической энергии), позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

2.3 Выбор элементной базы

В дипломном проекте был выбран однокристальный 8-разрядный Flash CMOS микроконтроллер PIC16F84А.

PIC16F84А - это 8-pазpядные микpоконтpоллеpы с RISC аpхитектуpой, пpоизводимые фирмой Microchip Technology. Это семейство микpоконтpоллеpов отличается низкой ценой, низким энеpгопотpеблением и высокой скоpостью. Микpоконтpоллеpы имеют встpоенное ЭППЗУ пpогpаммы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных коpпусах.

Микpоконтpоллеpы семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инстpукций. Все инстpукции выполняются за один цикл, за исключением условных пеpеходов и команд, изменяющих пpогpаммный счетчик, котоpые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инстpукции состоит из 4 пеpиодов тактовой частоты.

Таким образом, пpи частоте 4 МГц, вpемя выполнения инстpукции составляет 1 мксек. Каждая инстpукция состоит из 14 бит, делящихся на код опеpации и опеpанд.

Обзор характеристик микроконтроллера PIC16F84А представлен в таблице 2.3.1.

№	Характеристики
1	Имеет только 33 простых команды
2	Все команды выполняются за один цикл(200ns), кроме команд перехода- 2 цикла
3	Рабочая частота 0Гц - 20МГц(200 нс цикл команды)
4	12- битовые команды
5	8- битовые данные
6	512 - 2К х 12 программной памяти на кристалле EPROM
7	25 - 72 х 8 регистров общего использования
8	7 специальных аппаратных регистров SFR
9	Двухуровневый аппаратный стек
10	Прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд
11	12 - 20 линий ввода-вывода с индивидуальной настройкой
12	8 - битный таймер/счетчик RTCC с 8-битным программируемым предварительным делителем
13	Автоматический сброс при включении
14	Таймер запуска генератора
15	Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором, обеспечивающим повышенную надежность
16	EPROM бит секретности для защиты кода
17	Экономичный режим SLEEP
18	Программируемые EPROM биты для установки режима возбуждения встроенного генератора
19	RC генератор : RC
20	Обычный кварцевый резонатор : XT
21	Высокочастотный кварцевый резонатор : HS
22	Экономичный низкочастотный кристалл : LP
23	Экономичная высокоскоростная КМОП EPROM технология
24	Статический принцип в архитектуре
25	Широкий диапазон напряжений питания: - коммерческие: 2,0 в до 5.5 в - промышленные: 2,0 в до 5.5 в
26	Низкое потребление: -20mA типично для 6В, 20МГц -2mА типично для 5В, 4МГц -15мкА типично для 3В, -32КГц мкА типично для SLEEP режима при 3В, 0 - 70 С

Таблица 2.3.1 - Обзор характеристик микроконтроллера PIC16F84А

Устройство отличается от известных измерителей температуры на DS1820 возможностью одновременной регулировки температуры в двух точках с точностью ±0,5° в интервале температур от -10 до +85 °С, малым временем реагирования 11,4 мс по сравнению с 1 с у прототипов.

Микроконтроллерный термометрический датчик DS1820 рассчитан на измерение температуры от -55 до +125 °С, но на границах предела точность измерения ухудшается до +2 °С. Управление нагревателями выполняется по принципу цифрового компаратора.

На однорядном ЖК-дисплее индикатора можно одновременно наблюдать текущую температуру в двух точках, температуру в различных точках и ее установленное значение. Прием данных, их обработка и выдача на индикатор выполняются микроконтроллером PIC16F84A.

На рисунке 2.4.1 предоставлена информация о расположения выводов микроконтроллера

Рисунок 2.4.1 - Расположение выводов микроконтроллера

Работа с терморегулятором сводится к установке температуры регулирования для обоих датчиков. При включении устройства на дисплее появится значение температуры первого и второго датчика с указанием стрелочкой (>) номера датчика. Нажатием кнопки «Режим» на дисплее последовательно будут появляться изображения, левые цифры показывают текущую температуру соответствующих датчиков, а правые цифры -- установленные значения температур. При включении режимов работы микроконтроллер переходит в режим установки. В этом режиме под устанавливаемым разрядом появляется мигающий курсор. Кнопкой «Разряд» перемещают курсор по разрядам, а кнопкой «Установка» устанавливают необходимое значение температуры.

При установке нет ограничения по максимуму и минимуму, поэтому необходимо быть внимательным. Можно установить знак минус и не дождаться включения нагревателя, и наоборот, установить температуру регулирования более +125° и не дождаться выключения нагревателя. Во время установки сравнение температур не прекращается, поэтому нагреватели в это время желательно отключить. Поскольку установленные значения запоминаются в энергонезависимой памяти, то нагреватели можно подключить при выключенном напряжении.

При индикации и установке температур для 100 в разряде десятков будет индикация двоеточия (:), для 110 -- точка с запятой (;), для 120 -- обратная стрелка (<).

Технические характеристики используемых оптронов MOC3043 представлены в таблице 2.3.2

Характеристики
Температура хранения-55 +150C
Рабочая температура-40 +100C
ВХОДНОЙ ДИОД: -Прямой ток 50mA -Обратное напряжение 6V -Рассеяние мощности 120 мВт
ВЫХОДНОЙ ФОТО ДВУСТОРОННИЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ: -Негосударственное выходное напряжение терминала 400V -Прямой ток (Пик) 1A -Рассеяние мощности 150 мВт
РАССЕЯНИЕ МОЩНОСТИ: -Рассеяние Суммарной мощности 250 мВт

Таблица 2.3.2 - Технические характеристики оптронов MOC3043

Технические характеристики используемого ЖКИ DV-16100-S2FBLY-H/R22 представлены в таблице 2.3.3

Характеристики	Значение
Количество Символов	16 ґ 1
Точка размеры(мм)	0.55 0.75ґ
Точка расстояние(мм)	0.08
Высота Символов(мм)	3.07ґ 6.56
Размеры модуля (Горизонтальная ґ Вертикальная ґ Толщина, мм)	80.0ґ 36.0ґ 14.5max
Область просмотра (По горизонтали ґ Вертикаль, мм)	65.0ґ 14.0
Активная область (Горизонтальная ґ Вертикальная, мм)	59.62ґ 6.56

Таблица 2.3.3 - Технические характеристики ЖКИ DV-16100-S2FBLY-H/R22

Технические характеристики используемых микроконтроллерных термометрических датчиков представлены в таблице 2.3.4

Параметры	Характеристики	Примечание
Интерфейс	1-wire	требует только одного вывода порта для связи
Питание	-от 3.0 до 5.5 В	Может получать питание от линии данных.
Измерение температуры от	-55 C до° +125°C (-67°F до +257°F)
Точность	±0.5°С от -10°C до +85 C°
Разрешающая способность	9-бит
Время преобразования	750 мс
		Каждое устройство имеет уникальный 64-битный серийный код который хранится в бортовой ROM

2.4 Разработка принципиальной схемы

На основе структурной схемы, представленной в разделе 2.2, разработана принципиальная схема программируемого термостабилизатора.

Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема -- графическое изображение с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства. В отличие от разводки печатной платы не показывает взаимного (физического) расположения элементов, а лишь указывает на то, какие элементы с какими соединяются. Обычно при разработке радиоэлектронного устройства процесс создания является промежуточным звеном между стадиями разработки функциональной схемы и проектированием печатной платы.

Принципиальная схема программируемого термостабилизатора представлена на рисунке 2.4.1

Рис. 2.4.1 - Принципиальная схема программируемого термостабилизатора

2.5 Разработка блока электропитания

Для обеспечения электропитания термостабилизатора будет использоваться блок питания со стабилизированным напряжением 5В. Характерной чертой этого блока питания является простота. Принципиальная схема блока электропитания представлена на рисунке 2.5.1

Рис. 2.5.1 - Принципиальная схема блока электропитания

Блок питания предназначен для питания стабилизированным напряжением 5В программируемого стабилизатора с током потребления до 0,5 А. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ20Х32. Сетевая содержит 1650 витков провода ПЭВ-1 d=0,1 мм, обмотка II - 55 витков ПЭВ-1 d=0,47. Вообще же для блока питания можно использовать подходящий готовый трансформатор мощностью 7 Вт, обеспечивающий на обмотке II переменное напряжение 8...10 В при токе не менее 500 мА. Регулирующий транзистор VT2 укреплен на Г-образной дюралюминиевой пластине размерами 50х50 и толщиной 2 мм.

2.6 Расчет мощности

Расчет потребляемой мощности является весомым фактором для выбора источника питания, а также по результатам этих расчетов будет видно, является ли целесообразным вообще собирать устройство.

Каждый из элементов входящих в состав нашего устройства потребляет различную мощность. Расчеты будут производится для максимального рабочего напряжения элементов.

Потребляемая мощность рассчитываться по формуле:

P = I Ч U; (2.6.1)

где I - ток потребления , U - рабочее напряжение.

Потребляемая мощность элементов представлена в Таблице 2.6.1

Название элемента	Диапазон напряжения питания	Потребляемая мощность
Микроконтроллер PIC16F84A	2,0…5.5 В	20 mA
Термодатчик DS1820	3,0…5,5 В	4…11 mA
Термодатчик DS1820	3,0…5,5 В	4…11 mA
ЖК индикатор DV1 1610062F	4,0…5,0 В	1 mA

Таблица 2.6.1 - Потребляемая мощность элементов

Расчет потребляемой мощности программируемого термостабилизатора:

Pмк = 5,5Ч0,02= 0,11 Вт

Pд1 = 5,5Ч0,011= 0,0605 Вт

Pд2 = 5,5Ч0,011= 0,0605 Вт

Pжки = 5,0Ч0,001= 0,005 Вт

Робщ= Pмк + Pд1+ Pд2+ Pжки

Робщ= 0,11+0,0605+0,0605+0,005=0,236 Вт

Разработан блок питания мощностью 5 Вт

2.7 Разработка программного обеспечения

Для программирования используется макpоассемблеp MPASM, он содеpжит все необходимые нам возможности. MPASM входит в пакет программ Microchip MPLAB фирмы Microchip Technology. Запись осуществляется пpи помощи пpогpамматоpа и пpогpаммы Pic-prog. Микросхема микроконтроллера вставляется в панель программатора. Программатор подключается к порту LPT1. Необходимо запустить программу Pic_prog.exe. Подать питание на программатор. Выполнить команду 'ЗАПИСАТЬ / ПАМЯТЬ ПРОГРАММ'. В течение следующих нескольких секунд будит выполняться процесс программирования, а затем проверка правильности записанных в микроконтроллер данных.

Листинг программы показан в Приложении . Блок схема алгоритма работы терморегулятора показана на Рис.2.7.1

Рис.2.7.1 - Блок схема алгоритма работы программируемого термостабилизатора.

После пуска и инициализации регистров микроконтроллера выполняется самая продолжительная инициализация ЖК-дисплея. Далее проверяется состояние флага установки. Если установки нет, то на индикацию выводятся значения регистров текущего режима. Если идет установка, то проверяется флаг курсора. Если флаг курсора установлен, то индицируется курсор. При установке индикация курсора и значений регистров индикации выполняется поочередно.

После индикации программа переходит к инициализации и считыванию температуры с первого датчика DS1820. Микроконтроллер принимает девять бит информации с кодом знака температуры в девятом бите и значением десятых долей температуры в первом бите. Если девятый бит равен единице, то знак измеренной температуры отрицательный. При единичном первом бите десятые равны пятерке. Двоичное значение принятой температуры сравнивается с установленной температурой. Если измеренная температура больше установленной, то выключается управляющий выход. В противном случае выход включается. Для отрицательных установок при понижении температуры управляющий выход включается. Далее двоичное значение температуры перекодируется в двоично-десятиричный код для индикации (на рис. 6 не показано).

Аналогично первому выполняются считывание температуры из второго датчика и установка второго управляющего выхода. Поскольку вывод на индикацию занимает довольно много времени (8 мс), то он выполняется после шести циклов считывания температуры через 68 мс. Когда счетчик циклов будет равен нулю, проверяется состояние кнопок управления и по установленному режиму заполняются регистры индикации. После этого цикл индикации и измерения температуры повторяется. Цикл измерения температуры и установка управляющих выходов обоих датчиков выполняются за 11,4 мс. Таким образом, управление каждым нагревателем будет выполняться минимум один раз за период сетевого напряжения.

3. Конструкторско-технологический раздел

3.1 Компоновка и трассировка печатной платы

Для трассировки печатной платы была использована программа

Sprint Layot 5.0.

Компоновка основной печатной платы устройства представлена на рисунке 3.1.1

Рис 3.1.1 - Компоновка печатной платы

Трассировка основной печатной платы представлена на рисунке 3.1.2

термостабилизатор температура регулирование холодильный



Рис 3.1.2 - Трассировка печатной платы

Габаритные размеры печатной платы составляют 74Ч77 (мм).

Диаметр всех контактных отверстий печатной платы равен 0,4 (мм).

Толщина всех дорожек составляет 0,5 (мм).

3.2 Выбор метода производства печатной платы

Для производства печатной платы выбран фоторезистивный метод изготовления печатной платы.

Используемые материалы для фоторезистивного метода:

Фоторезист -- это специальное полимерное вещество, которое под воздействием света разлагается (позитив), либо наоборот, становится более устойчиво к действию растворителей(негатив).

Фольгированный текстолит и стеклотекстолит -- материал для изготовления печатных плат. Получается путем спрессовывания пропитанных смолами обычной либо стеклоткани. Имеет более высокие показатели электрической прочности и сопротивления, а самое главное -- повышенную термоустойчивость.

Прозрачная пленка для печати на принтере. Для печати используется обычный струйный принтер имеющий разрешение 600-1200pdi и пленку для принтера.

Химикаты:

· Для травления требуется либо хлорное железо. Хлорное железо действует от 10 минут до нескольких часов.

· Для проявки была выбрана стиральная сода.

· Для очистки печатной платы от фоторезиста используется едкая щелочь - в виде средства для очистки труб.

Оборудование:

Компьютер+ПО для трассировки

Для трассировки печатной платы была использована программа

Sprint Layot 5.0.

Принтер

Используется струйный принтер модели Canon IP1000.

Вакуумный столик для экспонирования состоит из трех частей:

· Мощная лампа ДРЛ-400 и дроссель к ней.

· Параллелограмм из фанеры, с рабочей стороны просверленный сотни раз. Сбоку -- отверстие для вытяжки воздуха.

· Пылесос -- вытягивает воздух из камеры, плотно прижимая шаблон к печатной плате

Ванночка для травления и тазики для промывания. Ванночек требуется как минимум две -- один с раствором стиральной соды, второй -- соды каустической.

Процесс

Подготовив разводку печатной платы в программе Sprint Layot 5.0 выполняем печать шаблона. После этого включение прогрева лампы и в другой комнате вырезаем заготовку печатки нужного размера и отчищаем мелкой наждачкой. Протираем спиртом. Теперь приглушаем свет. Отрезаем от рулона фоторезиста кусок необходимого размера. Ножом подцепляем матовую пленку и освобожденный на сантиметр фоторезист прикладываете к фольге. Аккуратно приглаживаем.

Экспонирование

Используюем специальный кожух, которым закрываем лампу при установке экспонируемого материала. Кладем печатную плату на столик, включаем пылесос и кладем фотошаблон. Между печаткой и шаблоном не должно быть никакого воздушного пространства. Центруем шаблон, ставим таймер на 90 секунд и открываем лампу.Время экспонирования зависит от мощности лампы и расстояния между ней и столиком. Осуществляем откалибровку. По истечению времени закрываем/выключаем лампу, выключаем пылесос и достаем печатную плату.

Проявка

В ванночке с теплой водой (температура порядка 25-28 градусов) разводим стиральную соду из расчета две горсти на 10 л воды Снимаем с печатной платы верхний слой пленки и кладем в ванночку. В это время идем ставить воду в чайнике. По истечению времени нагрева чайника идем к тазику и тряпочкой оттираем лишнее с печатной платы.

Травление

Разводим хлорное железо. Подогреваем раствор. Кладем печатную плату в раствор. Как только все стравилось, достаем печатную плату и промываем в воде. После промывки кладем в раствор едкого натра на 10 минут. Фоторезист слезет сам. Сверлим отверстия мини-дрелью и залуживаем печатную плату. Для хорошей прилипаемости олова печатную плату нужно снова протереть спиртом и покрыть флюсом.

3.3 Поиск и устранение неисправностей

Изделие считается неисправным, если оно не отвечает хотя бы одному требованию нормативно-технической документации. Изделие приходит в неисправное состояние, если произошел отказ.

В случае отказа изделие требует ремонта. Изделие считается ремонтопригодным, если оно приспособлено к предупреждению, обнаружению и устранению отказов.

Отказ - это событие, после которого изделие перестает выполнять свои функции. Отказ может быть полным или частичным.

Отказ в изделие может произойти по причине обрывов, коротких замыканий, превышения предельных режимов работы, несоблюдение правил эксплуатации, а также по причине старения электронных компонентов.

Неисправности, возможные в программируемом термостабилизаторе, а также способы их устранения приведены в таблице 3.3.1

№ п/п	Характеристика неисправности	Возможные причины неисправности	Способы устранения неисправности
1	Не горит индикатор «Сеть»	Неисправен предохранитель FU1	Заменить FU1
		Проверить переключатель «сеть»
		Проверить первичную обмотку трансформатора VT2	При пробое перемотать первичную обмотку
		Перебит шнур	Проверить сетевой шнур на обрыв
2	Нагреватель среды не функционирует	Нагреватель перегорел	Проверить сопротивление, в случае неисправности заменить
3	Не задается температура	Отказ датчика	заменить датчик
		Обрыв в цепях питания	Проверить тестером цепи питания
4	Нагреватель постоянно работает	Проверить DD3, VS1, VS2

Таблица 3.3.1 - Таблица возможных неисправностей

3.4 Расчет эксплуатационных характеристик

Произведем расчет надежности программируемого термостабилизатора.

Надежность - свойство объекта выполнять требуемые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного периода времени. Надежность представляет собой комплексное свойство, сочетающее в себе:

Работоспособность - представляет собой состояние ОБ, при котором он способен выполнять свои функции.

Безотказность - свойств ОБ сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность ОБ, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.

Долговечность - свойство ОБ сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.

Ремонтопригодность - определяет приспособляемость ОБ к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - свойство ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.

Рассчитаем один из основных количественных показателей надежности - интенсивность отказов. Этот параметр иногда называют - характеристикой и определяют по формуле:

(3.4)

где n(t) - количество элементов, которые вышли из строя в рассматриваемый промежуток времени t;

N(t) - количество элементов в исправном состоянии к началу промежутка времени t.

Величина (t) показывает, какая часть элементов выходит из строя в единицу времени.

Теперь выполним необходимые расчеты для определения надежности программируемого термостабилизатора. Для того, чтобы упростить процесс расчет надежности, его выполним в следующем порядке:

Выполним разделение проектируемого устройства на группы однотипных элементов и подсчитаем количество элементов Ni в каждой из групп.

Затем вычислим величину интенсивности отказов ин для каждого элемента или группы однотипных элементов.

И после вычислим интенсивность отказов для каждой группы элементов по следующей формуле:

Ni ин (3.4.1)

Результаты расчетов представлены в таблице 3.4.1

Таблица 3.4.1 - Результаты расчёта интенсивности отказов

Наименование и тип элементов	Количество Ni, шт.	Интенсивность отказов, *10-5, 1/ч
		ин10-6 1/час	Niин10-6 1/час
ИМС	4	0,02	0,08
Резисторы	8	0,5	4
Конденсаторы	2	2,4	4,8
Соединения пайкой	89	0,01	0,89
Симисторы	2	2	4
Печатная плата	1	0,7	0,7
Кварцевый резонатор	1	0,6	0,6

Таким образом основываясь на данных таблицы 3.4.1 определим суммарную интенсивность отказов проектируемого устройства по следующей формуле:

KЭ Ч Ч ИС, (3.4.2)

где Кэ - коэффициент учета воздействий условий эксплуатации на надежность устройства (принимаем Кэ=1, так как расчет выполняется без учета условий эксплуатации).

1*(0,08+4+4,8+0,89+4+0,7+0,6)*10-5= 15,07* 10-5 (1/час)

Среднее время безотказной работы проектируемого устройства определим по формуле:

, час (3.4.4)

Tср = = 6635,7 час (3.4.5)

Поскольку расчет выполняется без условий эксплуатации, то время Тср на порядок выше, чем при эксплуатации устройства в реальных условиях.

Вероятность безотказной работы программируемого терморегулятора определяется по формуле:

P(t)= (3.4.6)

Где е - основание натуральных логарифмов e 3;

t - промежуток времени, для которого определяется вероятность безотказной работы устройства, час.

Пусть t=5000 час., тогда:

= (3.4.7)

Таким образом, из проведенных выше расчетов видно, что разработанный программируемый терморегулятор, имеет достаточный параметр надежности.

4. Экономический раздел

В экономическом разделе выполнен расчёт материальных и прямых затрат, накладных расходов, а также расчёт себестоимости и отпускной цены проектируемого устройства.

В расчётах использовались данные Республиканского унитарного предприятия «Гомель ВТИ» по состоянию на апрель 2011 г., в частности:

тариф первого разряда - 193 120 (руб);

уровень плановой рентабельности - 20%;

отраслевой коэффициент повышения тарифных ставок - 1,1.

При расчёте затрат на сырьё и материалы были взяты цены за единицу измерения согласно источникам [2], [3].

При расчёте затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты были взяты цены за единицу согласно источникам [2], [3].

4.1 Расчет затрат на сырьё и материалы

Расчет себестоимости и отпускной цены проектируемого устройства

1. Расчет затрат на сырье и материалы.

См = Нi * Цi, (4.1.1)

где См --стоимость сырья и материалов, руб.;

Нi -- норма расхода i-го материала, в натуральных показателях;

Цi -- цена за единицу измерения i-го материала, руб.

Расчёт затрат на сырьё и материалы приведён в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Расчет затрат на сырье и материалы

№	Наименование материала	Единицы измерения	Норма расхода на устройство	Цена за единицу измерения, руб.	Сумма, руб.
1	Ацетон (УАЙТ - СПИРИТ) ГОСТ 2603 - 79	кг	0,08	8 800	704
2	Канифоль сосновая ГОСТ 19113 - 72	кг	0,04	33 600	1 344
3	Лак УР - 231 ТУ6 - 10 - 863 - 76	кг	0,08	7 050	564
4	Обезжириватель ДХТИ - НТ ТУ6 - 00 - 5800151 - 160 - 89	кг	0,08	1 500	120
5	Припой ПОС 61 ГОСТ 21931 - 76	кг	0,12	113 660	13 639,2
6	Сплав РОЗЕ 4 ТУ6 - 09 - 4065 - 75	кг	0,06	80 818	4 849,08
7	Стеклотекстолит СФ - 2 - 35Г - 1,5 1с ГОСТ 10316 - 78	м2	0,014	174 000	2 436
8	Флюс ФКТ ОСТ 4ГО.033.020	кг	0,04	7 200	288
9	Фоторезист СПФ - ВЩ -2 - 50 ТУ 16 - 503 - 244 - 84	м2	0,014	183 600	2 570,4
10	Хлорное железо ТУ6 - 09 - 3084 - 82	кг	0,08	49 152	3 932,16
11	Краска ТНПФ - 53 черная	кг	0,02	14 240	284,8
Итого:	30 731,64

4.2 Расчёт затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

Затраты на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты рассчитываются по формуле:

Ск = (Кi * Цi), (4.2.1)

где Ск -- стоимость покупных комплектующих изделий на одно устройство, руб.

Кi -- количество комплектующих изделий i-го наименования на одно устройство, шт.

Цi -- цена за единицу, руб.

Расчет затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты представлен в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Расчет затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

№ п/п	Наименование комплектующих изделий	Количество на 1 устройства	Цена за единицу	Сумма (рб.)
1	Микроконтроллер PIC16F84A	1	12000	12000
2	ЖКИ DV116100S2F-BLY-H/R	1	10000	10000
3	Оптрон MOC3043	2	4050	8100
4	Термодатчик DS1820	2	6000	12000
5	Симистор BTA140	2	6450	12900
6	Стабилизатор 7805	1	3000	3000
7	Транзистор KT898A	1	500	500
8	Транзистор KT817	1	550	550
9	Транзистор KT503	1	500	500
10	Кварцевый резонатор ZQ1 4096 МГц	1	700	700
11	Конденсатор С1, С2- ЗЗ00 пФ±-30; +60%	2	300	600
12	Конденсатор С3-0,01мФ±10%	1	300	300
13	Конденсатор С4-47пФ±3%	1	700	700
14	Резистор R1,R3 - 68 Ом	2	500	1000
15	Резистор R2, R4, R5 - 1 кОм	3	200	600
16	Резистор R6, R7 -4,7 кОм	2	200	400
17	Резистор R8 - 5,6 кОм	1	300	300
	ИТОГО			64150

4.3 Итого материальные затраты

М = См + Ск + Стзр, (4.3.1)

где М -- материальные затраты, руб.

М = 1 162,4 + 64150 + 1306,248= 66618,648 руб

4.4 Расчёт тарифной заработной платы производственных рабочих

Тарифная заработная плата производственных рабочих рассчитывается по формуле:

Зтар = (Счij * Тei), (4.4.1)

где Зтар -- тарифная заработная плата производственных рабочих, руб.; Счij -- часовая тарифная ставка i-той операции, j-го разряда работ, руб.;

Тei -- трудоемкость i-той операции, чел-час.;

Расчёт тарифной заработной платы производственных рабочих приведён в таблице 4.3.

№	Наименование операции	Разряд работ	Часовая тарифная ставка, руб.	Трудоёмкость операции, чел-час.	Сумма тарифной зарплаты, руб.
1	Слесарные	2	1 458,98	0,5	729,49
2	Механические	2	1 458,98	1	1 458,98
3	Гальванические	2	1 458,98	1	1 458,98
4	Лакокрасочные	2	1 458,98	1	1 458,98
5	Монтажные	3	1 697,95	1,5	2 546,93
6	Регулировочные	3	1 697,95	0,5	848,98
7	Контрольные	3	1 697,95	1	1 697,95
Итого заработная плата тарифная (ЗПтар):	10 200,29

Таблица 3 - Расчет тарифной заработной платы производственных рабочих

4.5 Расчёт основной заработной платы производственных рабочих (ЗПосн)

Основная заработная плата производственных рабочих рассчитывается по формуле:

ЗПосн = 1,3 Ч ЗПтар (4.5.1)

где ЗПосн -- основная заработная плата производственных рабочих, руб.;

где 1,3 -- коэффициент, учитывающий премии основным производственным рабочим

ЗПосн = 1,3 Ч 10 200,29=13260,37 руб

4.6 Расчёт дополнительной заработной платы производственных рабочих (ЗПдоп)

ЗПдоп = ЗПосн Ч 11,3 / 100, (4.6.1)

где 12,3 - % дополнительной зарплаты по предприятию

ЗПдоп =10 200,29 Ч12,3/100=1254,63 руб

4.7 Расчёт отчислений от заработной платы производственных рабочих (Озп)

а) в фонд соц.защиты -- 34% от заработной платы;

б) отчисления по обязательному страхованию - 0,44 %.

Озп = 0,3444 (ЗПосн + ЗПдоп) (4.7.1)

Озп = 0,3444(13260,37+1254,63)= 2150,1 руб.

4.8 Итого прямые затраты (Зпр)

Зпр = М + ЗПосн + ЗПдоп + Озп (4.8.1)

Зпр=66618,648 +13260,37+1254,63+2150,1 = 83283,74 руб.

4.9 Расчёт накладных расходов (Нр)

(4.9.1)

где 193,88-- процент накладных расходов по предприятию за базисный период,%.

Нр = 13260,37/100Ч193,88 = 25709,2 руб.

4.10 Расчёт отпускной цены проектируемого устройства

Расчёт отпускной цены индикатора мощности лазерного излучения представлен в таблице 4.4.

Таблица 4 - Расчет отпускной цены проектируемого устройства

№ n/n	Статьи затрат калькуляции	Условные обозначения	Сумма, руб.
	Материальные затраты	М	66618,64
	Заработная плата производственных рабочих	ЗПосн + ЗПдоп	14515
	Отчисления от заработной платы производственных рабочих	Озп	2150,1
	Итого прямые затраты	Зпр	83283,74
	Накладные расходы	Нр	25709,2
	Итого полная себестоимость ( Сп = Зпр + Нр)	С	108992,94
	Плановая прибыль (П = Ур * Сп / 100 ; где Ур - уровень плановой рентабельности 20%)	П	21798,58
	Итого стоимость проектируемого устройства без НДС Сндс = Сп + П	Сндс	130791,52
	Налог на добавленную стоимость НДС = (Сп + П ) Ч 20 , 100	НДС	26158,3
	ИТОГО отпускная цена проектируемого устройства с учетом НДС Цо = Сп + П + НДС,	Цо	178748,4

В результате проведённых расчётов были определены следующие экономические показатели:

полная себестоимость - 108992,94 (руб);

отпускная цена с учётом НДС - 178748,4 (руб).

5. Мероприятия по энерго-и материалосбережению

Рыночная экономика требует максимально эффективного использования материальных ресурсов и энергии.

С целью экономного использования электрической энергии все предприятия, связанные с разработкой электронных устройств, проектируют выпускаемые в массовое производство устройства таким образом, чтобы они как можно меньше потребляли электроэнергии. Для этого, например, проводятся попытки к миниатюризации отдельных элементов, что позволяет комбинировать их в единые блоки небольших размеров.

Чтобы повысить экономическую привлекательность спроектированного устройства, были применены следующие меры по энергосбережению:

1. Использованы резисторы малой мощности, а, следовательно, с небольшим потреблением электроэнергии;

2. Для всех элементов использован один источник питания;

3. Микросхемы подобраны и подключены так, чтобы они потребляли минимальное количество электроэнергии.

При разработке программируемого термостабилизатора были применены следующие материалосберегающие меры:

1. Тщательно произведён расчёт схемы для исключения лишних функциональных узлов;

2. Уменьшен размер печатной платы путем более плотной компоновки радиоэлементов, что сэкономит использование текстолита, применяемого при изготовлении платы;

3. Оптимизирована конструкция устройства в соответствии с поставленной задачей, максимально упрощено его изготовление, использовано минимально необходимое количество деталей.

6. Охрана труда и окружающей среды

К работам по установке устройства должны допускаться лица, обученные правилам техники безопасности. Для предохранения от поражения высоким напряжением запрещается выполнять электромонтажные работы в работающей радиоаппаратуре. Подключение и выключение интерфейсного кабеля между устройствами производится при выключенном питании обоих устройств.

1) Перед началом работы необходимо:

- произвести внешний осмотр устройств, шнуров питания и интерфейса.

При обнаружении механических повреждений корпусов, шнуров питания и интерфейса пользователь должен незамедлительно обратится в ремонтную службу.

2) По окончании работы следует отключить разъем питания.

3) Запрещается эксплуатировать технику:

- имеющую повреждения проводов

- имеющую механические повреждения корпусов;

Негативное влияние на окружающую среду от отходов промышленного производства очевидно,для уменьшения негативного влияния отходы должны утилизироваться, рассмотрим способы утилизации некоторых отходов:

- раствор хлорного железа (FeCl3), который используется для травления печатных плат. Чтобы минимизировать вред наносимый природе, при утилизации данного вещества наиболее эффективным является применение гашеной извести.

Необходимо постепенно добавлять гашёную известь в раствор, в пропорции на 1 моль раствора 3 моля извести. После нейтрализации жидкую часть можно вылить в канализацию разбавив большим количеством обычной воды - в таких количествах она не поспособствует засолению почв. А твердую надо высушить, и хорошо прокалить. Эта достаточно простая процедура позволит позволит снизить вредное влияние на окружающую среду. Ещё одним направлением минимизации вредного воздействия на окружающую среду, является утилизация отработавших свой срок электроприборов. В настоящее время самым экологически безопасным и экономически целесообразным способом является утилизация отходов в качестве вторичных материальных ресурсов (рециклинг). Этот способ является достаточно трудоемким, потому что на первом этапе необходимо осуществлять тщательную сортировку отходов с извлечением утильных фракций. Для грамотной утилизации проектируемого устройства, а именно пожарной сигнализации, необходимо выполнить следующие действия:

1. Все пластмассовые части устройства необходимо подвергнуть переработке.

Основными способами переработки пластмассы на сегодняшний день являются:

Пиролиз -- термическое разложение органических соединений без доступа воздуха (древесины, нефтепродуктов, угля и прочего).

Гидролиз -- один из видов химических реакций сольволиза, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение исходной молекулы с образованием новых соединений. Гидролизу подвергаются соединения различных классов: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др.

2. Необходимо выпаять из печатных плат все радиоэлементы, содержащие драгоценные металлы и сдать их на специализированное предприятие для их последующего извлечения.

3. Утилизировать печатную плату на специальном устройстве, где она нагревается до температуры плавления припоя и таким образом жидкий припой отсасывается. Таким образом, на второй этап переходит голая печатная плата. Затем она измельчается в порошок, который затем разделяется с применением двух методов: в воздушной центрифуге и на электростатическом высоковольтном фильтре. Удается выделить более 98% содержавшейся в печатной плате меди; почти 100% стекловолокна и связующих смол подлежит повторному использованию.

Только выполнение этих операций позволит снизить вред, наносимый радиоэлектронной промышленностью окружающей нас природе.

Заключение

В ходе выполнения дипломного проекта на этапе расчётов и проектирования были разработаны структурная и электрическая принципиальная схемы программируемого термостабилизатора. Произведён расчёт потребляемой мощности устройства. На конструкторско-технологическом этапе произведена компоновка и трассировка печатной платы, выбран метод производства печатной платы, составлена инструкция по поиску и устранению неисправностей программируемого термостабилизатора; рассчитаны эксплуатационные характеристики.

Выполнен расчёт материальных и прямых затрат, накладных расходов, а также расчёт себестоимости и отпускной цены проектируемого программируемого термостабилизатора.

Рассмотрены вопросы по энерго- и материалосбережению, а также по охране труда и окружающей среды.

Весь комплекс работы, выполненной учащимся в ходе дипломного проектирования, основан на использовании им теоретических знаний и практического опыта, приобретенных в процессе обучения в учреждении образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии»

Литература

Стандарты

1. ГОСТ 24.601-86. Автоматизированные системы.

2. ГОСТ 24.602-86. Автоматизированные системы управления.

3. ГОСТ 34.201-89. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.

4. ГОСТ 34.602-89. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

Учебники и учебные пособия

1. Белов А.В. Микроконтроллеры АVR в радиолюбительской практике - СП-б, Наука и техника, 2007 - 352с.

2. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин [ и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.

3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры Microchip: практическое руководство/А.В.Евстифеев. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 296 с.

4. Кравченко А.В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 - М., Додэка -ХХ1, МК-Пресс, 2008 - 224с.

5.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью АVR-микроконтроллеров: Пер. с нем - К., МК-Пресс, 2006 - 208с.

6. Мортон Дж. Микроконтроллеры АVR. Вводный курс /Пер. с англ. - М., Додэка -ХХ1, 2006 - 272с.

7. Техническая документация на микроконтроллеры PIC16F84А компании Microchip Technology Incorporated . ООО «Микро -Чип», Москва, 2002.-184 с.

Интернет ресурсы

8. Сайт производителя микроконтроллера - http://www.microchip.com/

9. Сайт с которого взяты технические характеристики используемых

элементов - http://www.datasheetcatalog.com

Приложение

Размещено на Allbest.ru