Охранная система с дистанционным управлением

Содержание

Введение

1. Обзор существующих схем

1.1 Простейшая система оповещения

1.2 Ультразвуковое охранное устройство

1.3 Охранная система с голосовым оповещением по телефонной линии

1.4 Определение требований к охранной системе

2. Построение структурной схемы

3. Выбор и обоснование элементной базы

3.1 Особенности отечественных однокристальных микроконтроллеров

3.2 Особенности микроконтроллеров фирмы Atmel

3.3 Особенности микроконтроллеров фирмы Microchip

3.4 Основные характеристики PIC18F452

3.5 Выбор микроконтроллера

4. Построение принципиальной схемы

4.1 Построение блока питания

4.2 Построение блока индикации

4.3 Построение преобразователя уровня.

4.4 Подключение различных датчиков

4.5 Построение блока управления

4.6 Построение ПДУ

4.7 Расчёт потребляемой мощности

4.8 Расчёт блока питания

4.9 Расчет быстродействия

4.10 Расчёт надёжности

5. Разработка печатной платы

6. Базовое программное обеспечение

6.1 Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера

6.2 Разработка программы поддержки

6.3 Среда проектирования

7. Экономическая часть

7.1 Расчёт себестоимости

7.2 Расчет заработной платы и статей калькуляции

8. Охрана труда и техника безопасности

8.1 Анализ опасных и вредных факторов при изготовлении устройства

8.2 Подготовка программ.

8.3 Изготовление печатной платы

8.4 Мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда при изготовлении устройства

8.5 Организационные мероприятия

8.6 Технические мероприятия

8.7 Вопрос экологии

8.8 Выводы по охране труда

Заключение

Список литературы

Приложение А. Листинг программы

Введение

Реализация концепции RISC-архитектуры в 8-разрядных микроконтроллерах существенно расширила среду их применения. К традиционным приложениям таких МК (телекоммуникации, системы сбора данных, системы охраны, автоэлектроника, системы отображения информации и т. д.) сегодня прибавляются такие, где раньше использовались только более мощные 16- и 32-разрядные процессоры с функцией цифровой обработки сигналов, например, обработка видеосигналов и векторное управление электроприводом. Продвижение 8-разрядных RISC-микроконтроллеров на этот рынок произошло во многом благодаря тому, что они нередко предлагают оптимальное соотношение производительности и цены.

Современные 8-разрядные RISC-микроконтроллеры занимают промежуточную нишу по своим техническим характеристикам между классическими 8-разрядными микроконтроллерами и их 16-разрядными кузенами. Высокая производительность и меньшая, чем у 16-разрядных МК, цена превращают RISC-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения эффективных многофункциональных контроллеров, используемых в самых разнообразных приложениях. Особенно большую популярность RISC-микроконтроллеры получили в построении охранных систем.

На сегодняшний день различные охранные устройства пользуются большой популярностью. Их устанавливают в квартирах, учреждениях, на промышленных объектах. В связи с бурным развитием компьютерных технологий в последние годы, большинство учебных заведений широко внедряет в учебный процесс использование компьютеров. Закупаются новые компьютерные классы, и обновляется старый парк вычислительных машин. Стоимость современных компьютерных классов достаточно высока и в связи с этим возникает необходимость их охраны. Помимо охраны имущества от хищения необходима также защита от возникновения пожара.

Существует немало фирм, которые предлагают потребителю различные модификации охранных систем. Все они существенно различаются как функциональным возможностям, так и по цене. Большинство современных охранных систем имеют достаточно высокую стоимость, если имеют большой набор функций.

Целью данного дипломного проекта является создание недорогой многофункциональной охранной системы (далее ОС), отвечающей современным требованиям безопасности.

Основные задачи дипломного проекта следующие:

Обзор аналогов, определение требований к ОС.

Выбор элементной базы;

Разработка принципиальной схемы и печатной платы;

Разработка программного обеспечения;

Расчет себестоимости ОС.

1. Обзор существующих схем

1.1 Простейшая система оповещения

Схема простейшего охранного устройства приведена на рисунке 1.1.1. Объект, нуждающийся в охране, окружают по периметру медным обмоточным проводом диаметром 0,1...0,3 мм. Концы шлейфа подключают к электронному автомату через гнезда XS1. Пока шлейф не поврежден, через его небольшое сопротивление база транзистора VT1 соединена с эмиттером. В это время транзистор и тиристор VS1 закрыты, потребляемый устройством ток (около 100 мкА) определяется в основном сопротивлением резистора R1 и начальным током коллектора транзистора. При обрыве шлейфа на базу транзистора через резистор R1 подается отрицательное напряжение смещения, которое открывает транзистор. Через открывшийся транзистор и резистор R3 поступает положительное напряжение на управляющий электрод тиристора VS1.

Тиристор при этом открывается, срабатывает электромагнитное реле К1 и своими контактами (на схеме не показаны) включает звуковой сигнализатор, например электрический звонок. После устранения обрыва провода автомат устанавливают в исходное состояние (дежурный режим) кратковременным выключением питания (SA1).

Рисунок 1.1.1 - простейшее охранное устройство.

1.2 Ультразвуковое охранное устройство

Устройство состоит из датчика перемещения, звукового сигнала и автономного блока питания. Срабатывание звукового сигнала происходит при перемещении какого-нибудь предмета, при этом вначале подается короткий предупреждающий звуковой сигнал. Если в помещение зашел хозяин, этот сигнал предупредит его, что устройство сработало и его нужно выключить. Если же этого не сделать, то через минуту устройство подаст громкий звуковой сигнал, звучащий в течение нескольких минут, а затем снова перейдет в режим охраны.

Схема устройства показана на рисунке 1.2.1.. Генератор излучателя построен по схеме емкостной трехточки. Излучатель BQ1 включен в цепь обратной связи транзистора VT1, Частота колебаний генератора зависит от резонансной частоты излучателя BQ1 и параметров контура L1С1. Мощность излучения регулируют подбором резистора R3, а подстройку частоты производят подбором конденсатора С1.

Рисунок 1.2.1 - ультразвуковое охранное устройство.

Приемник состоит из ультразвукового микрофона ВМ1, усилителя принимаемого сигнала на ОУ DA1.1, детектора на элементах R11, VD2, С8, R13, усилителя продетектированного сигнала на ОУ DA1,2 и транзисторного ключа VT2VT3. Параметры детектора подобраны таким образом, чтобы подавление несущей частоты в диапазоне 25...35 кГц было максимальным, а ослабление низкочастотных пульсаций 1...100 Гц -- минимальным. Цепь C7R12C9R14 задает коэффициент усиления и полосу пропускания ОУ DA1.2, При появлении переменного напряжения на его выходе положительная полуволна через конденсатор С10 открывает транзисторный ключ VT2VT3, а отрицательная полуволна через диод VD3 перезаряжает конденсатор С10.

Сигнальное устройство включает в себя триггер Шмидта на элементах DD1 .1, DD1.2, узел управления на элементах DD1.3, DD1.4, усилитель тока на транзисторах VT5, VT6, тиристор VS1 и излучатель звукового сигнала BF1, При включении питания заряжается конденсатор С12, Примерно через 1 ,,,1,5 мин на выводе 2 элемента DD1 .1 возникает высокий уровень. Теперь, если сработает детектор перемещения, транзисторы VT2, VT3 и VT4 откроются, высокий уровень на выводе 1 элемента DD1.1 переключит триггер. На выходе DD1.1 возникнет низкий уровень, а на выходе триггера (вывод 4 DD1.2) -- высокий. Цепь С13R23 задает длительность короткого звукового сигнала -- 0,1 с, а цепь R21С1 4 -- задержку подачи длительного звукового сигнала -- 60 с. Цепь R20C12 определяет длительность звукового сигнала и задержку работы устройства после включения питания.

1.3 Охранная система с голосовым оповещением по телефонной линии

Данное устройство позволяет охранять помещение от посторонних при помощи лазерного датчика. При пересечении лазерного луча устройство выдает сигнал тревоги, производит набор номера телефона и выдаёт голосовое сообщение в телефонную линию. Устройство также позволяет защитить охраняемый объект от возникновения пожара.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 1.3.2. Устройство построено на базе микропроцессора Z80 и состоит из следующих функциональных блоков, изображённых на рисунке 1.3.1.

Рисунок 1.3.1 - Блок схема охранной системы

Блок управления состоит из микропроцессора, ОЗУ статического типа и ПЗУ, в котором зашита программа. Интерфейс ввода-вывода выполнен на микросхеме КР580ВВ55А, которая представляет собой программируемый интерфейсный адаптер (ПИА). К нему подключены клавиатура, дисплей, охранные датчики а также аналоговый компаратор, выполняющий функции модема. Для воспроизведения звука использован программируемый генератор звуков фирмы Yamaha.

Все настройки вводятся с клавиатуры. Устройство позволяет задавать пароль, ввод которого отключает режим охраны, громкость выдаваемого голосового сообщения а также номер телефона, по которому устройство будет звонить и сообщать сигнал тревоги.

Устройство позволяет использовать не только 6-значный городской номер, но и федеральный номер мобильного телефона а также междугородний. При вводе федерального номера нужно вводить цифру 8 для выхода на межгород.



Рисунок 1.3.2 - охранная система с голосовым оповещением.

Поскольку набор производится программой, есть возможность отслеживать состояние телефонной линии и в том случае если она занята, производить повторный набор. После того как номер набран, выдерживается пауза в 5 секунд, в течение которых проверяется снята трубка или идут длинные гудки. Если прошло 6 длинных гудков и трубка не была снята, набор возобновляется.

1.4 Определение требований к охранной системе

Требования, предъявляемые к охранной системе следующие:

Большое количество подключаемых датчиков;

Универсальность и широкий набор функций;

Высокая надёжность устройства;

Удобный пользовательский интерфейс;

Низкая себестоимость устройства.

Исходя из требований, указанных выше, необходимо построить ОС на базе микроконтроллера с использованием современной элементной базы. Для обеспечения эргономичного пользовательского интерфейса необходимо иметь возможность подключения данной ОС к персональному компьютеру. Кроме того, должна быть возможность использования приведенных выше схем в качестве дополнения к данному устройству, что позволит сделать его более универсальным. Кроме того, для удобства в эксплуатации, система должна иметь возможность управления с пульта дистанционного управления (ПДУ).

2. Построение структурной схемы

Охранная система с дистанционным управлением построена на микроконтроллере, который осуществляет опрос датчиков, вывод на экран текущего состояния системы и температуры охраняемого объекта, управление 4-мя независимыми каналами освещения, а также обеспечивает обмен данными с персональным компьютером. Подключение к ПК осуществляется через интерфейс RS-232 на скорости 9600 кбит/с. Структурная схема ОС приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - структурная схема ОС с дистанционным управлением.

ОС контролирует состояние 9 входов, к которым могут быть подключены датчики различных типов. Если на одном из входов появляется лог. “1” и разрешено срабатывание данного датчика, то ОС переходит в режим тревоги, выдавая соответствующую команду на ПК. Кроме того, к микроконтроллеру подключен цифровой термометр по интерфейсу I2C. Кварцевый резонатор задаёт тактовую частоту работы микроконтроллера. Блок питания выдаёт напряжение питания устройства.

Ниже приведены электрические параметры ОС:

- Напряжение питания5 В

- Ток потребления304 мА

- Тактовая частота4 МГц

- Диапазон рабочих температур-10…+70 С

3. Выбор и обоснование элементной базы

Прежде всего, нужно выбрать микроконтроллер, на базе которого построена вся работа ОС.

3.1 Особенности отечественных однокристальных микроконтроллеров

Среди однокристальных микроконтроллеров (ОМК) отечественного производства наиболее перспективными являются БИС серии К1816, которые имеют два базовых элемента: К1816ВЕ48 (ВЕ48) и К1816ВЕ51 (ВЕ51).

Семейство ВЕ48 состоит из БИС ВЕ35, ВЕ39, ВЕ48 и ВЕ49. Каждая БИС представляет 8-разрядный ОМК, содержащий центральный процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) данных, ПЗУ программ (не у всех БИС), многоканальный интерфейс ввода / вывода, восьмиразрядный таймер счетчик, векторную систему прерываний с приоритетом, тактовый генератор, устройство синхронизации. Микросхемы семейства ВЕ48 имеют идентичную структуру и отличаются лишь организацией внутренней памяти. Данные об ОМК семейства ВЕ48 приведены в таблице 3.1.

В ОМК ВЕ48 пользователь имеет возможность самостоятельно производить запись информации в память программ с последующим стиранием ультрафиолетом, в отличие от ВЕ49, где операции записи осуществляются с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления БИС.

В каждом ОМК предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4 Кбайт, памяти данных до 384 байт и увеличения числа линий ввода / вывода за счет подключения внешних БИС.

Таблица 3.1.1 - БИС семейства К1816Вехх

Тип БИС	Память программ, Кбайт	ОЗУ, Байт	Тактовая частота, МГц
ВЕ35	-	64	6
ВЕ39	-	128	11
ВЕ48	1	64	6
ВЕ49	1	128	11

Семейство ВЕ51 представляет собой дальнейшее расширение семейства ВЕ48 и состоит из БИС ВЕ31 и ВЕ51. Их отличие в том, что ВЕ31 не имеет внутренней памяти программ, а ВЕ51 имеет (4 Кбайт).

В состав ОМК ВЕ51 входят центральный 8 - разрядный процессор, ПЗУ программ (4 Кбайт), ОЗУ данных (128 байт), 32 линии прямого ввода / вывода, четыре тестируемых входа, канал последовательного ввода / вывода, два 16 - разрядных таймера / счетчика и двухуровневая система прерывания с пятью источниками запросов. Эти средства образуют резидентную часть ОМК, размещенную непосредственно в кристалле. Предусмотрена возможность расширения памяти программ до 64 Кбайт и памяти данных до 64 Кбайт, что реализуется подключением дополнительных БИС ПЗУ и ОЗУ.

БИС семейства К1816ВЕ51 изготавливаются по N-МОП-технологии, при этом они имеют значительный ток потребления, который составляет 150 мА. Этого недостатка лишены БИС семейства К1830ВЕ51. Эти БИС изготавливаются по КМОП-технологии и имеют малый ток потребления (18 мА при напряжении питания +5 В). Во всем остальном БИС семейства К1830ВЕ51 схожи с БИС семейства К1816ВЕ51.

3.2 Особенности микроконтроллеров фирмы Atmel

AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр-аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.

32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, между регистром и константой или непосредственно с регистром.

Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. 6 из 32-х регистров могут использоваться как три 16-разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Старшие микроконтроллеры семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель.

Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Инструкции битовых операций включают инструкции установки, очистки и тестирования битов.

Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную FLASH ROM с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный 4-проводной интерфейс.

Периферия МК AVR включает: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, параллельные порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), интерфейсы UART и SPI, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

Classic AVR -- основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH ROM программ 2-8 Кбайт, ЕEPROM данных 64-512 байт, SRAM 128-512 байт;

mega AVR с производительностью 4-6 MIPS для сложных приложений, требующих большого обьёма памяти, FLASH ROM программ 64-128 Кбайт, ЕEPROM данных 64-512 байт, SRAM 2-4 Кбайт, SRAM 4 Кбайт, встроенный 10-разрядный 8-канальный АЦП, аппаратный умножитель 8ґ8;

tiny AVR -- низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении имеют встроенную схему контроля напряжения питания, что позволяет обойтись без внешних супервизорных микросхем.

AVR-микроконтроллеры поддерживают спящий режим и режим микропотребления. В спящем режиме останавливается центральное процессорное ядро, в то время как регистры, таймеры-счётчики, сторожевой таймер и система прерываний продолжают функционировать. В режиме микропотребления сохраняется содержимое всех регистров, останавливается тактовый генератор, запрещаются все функции микроконтроллера, пока не поступит сигнал внешнего прерывания или аппаратного сброса. В зависимости от модели, AVR-микроконтроллеры работают в диапазоне напряжений 2,7-6 В либо 4-6 В (исключение составляет Attiny12V с напряжением питания 1,2 В).

Средства отладки. ATMEL предлагает программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхемным эмулятором. AVR-studio доступен с WEB-страницы ATMEL, содержит ассемблер и предназначен для работы с эмуляторами ICEPRO и MegaICE. Ряд компаний предлагают свои версии Си-компиляторов, ассемблеров, линковщиков и загрузчиков для работы с микроконтроллерами семейства AVR. Микроконтроллеры ATMEL широко применяются в России и, как следствие, программируются многими отечественными программаторами. Ряд российских фирм предлагает также различные аппаратные средств отладки AVR-микроконтроллеров

3.3 Особенности микроконтроллеров фирмы Microchip

Система команд базового семейства PIC165x содержит только 33 команды. Все команды (кроме команд перехода) выполняются за один машинный цикл (или четыре машинных такта) с перекрытием по времени выборок команд и их исполнения, что позволяет достичь производительности до 5 MIPS при тактовой частоте 20 МГц.

Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации.

В настоящее время MICROCHIP выпускает четыре основных семейства 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, совместимых снизу вверх по программному коду:

базовое семейство PIC15Cx с 12-разрядными командами, простые недорогие микроконтроллеры с минимальной периферией;

PIC12Cxxx с 12-разрядными командами со встроенным тактовым генератором, выпускаемые в миниатюрном 8-выводном исполнении.

Mid-range PIC16x/7x/8x/9x с 14-разрядными командами. Наиболее многочисленное семейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными периферийными устройствами, в число которых входят аналоговые компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счётчики, модули захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, сторожевые таймеры, супервизорные схемы и так далее;

High-end PIC17C4x/5xx высокопроизводительные микроконтроллеры с расширенной системой команд 16-разрядного формата, работающие на частоте до 33 МГц, с объёмом памяти программ до 16 Кслов. Кроме обширной периферии почти все микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл.

* PIC18. Новое семейство FLASH-микроконтроллеров с функцией самопрограммирования; работающие на частоте до 40 МГц, с объёмом памяти программ до 64 Кслов. Быстродействие 10 MIPS при тактовой частоте 10 МГц; Архитектура и система команд оптимизирована под компилятор Си; Аппаратное умножение 8-разрядных чисел за один машинный такт. Большой объем памяти на кристалле. Многообразие встроенных периферийных модулей.

* DsPIC30. 16-и разрядные цифровые сигнальные микроконтроллеры. Имеют свыше 64 кбайт слов, 8 кбайт RAM и 4 кбайт EEPROM - памяти. Быстродействие свыше 30 MIPS.

Особый акцент MICROСHIP делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц -- ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0…6,0 В.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпускаются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и универсальные: UNIPRO, СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные версии PIC.

Выбор микроконтроллера.

Для определения типа микроконтроллера необходимо подсчитать нужное количество портов ввода-вывода. Для управления ЖК-дисплеем необходимо 11 линий ввода-вывода (8 линий - шина данных, 3 линии - управляющие сигналы). Для подключения термодатчика по I2C интерфейсу требуется 2 линии ввода-вывода, для подключения к ПК - 2 линии. Для подключения приёмника ИК-сигналов - 1 линия. Для использования системы импульсно-фазового управления требуется 1 лини порта, на который через делитель будет подаваться пульсирующее напряжение, снимаемое с блока питания до стабилизатора. Для управления высоковольтной нагрузкой - 4 линии. Для подключения внешних датчиков и управления ведомой ОС - 12 линий ввода-вывода. Исходя из этого, выбираем микроконтроллер PIC18F452 (рисунок 3.1), который имеет 33 линии ввода-вывода, аппаратную поддержку интерфейсов USART и I2C.

Рисунок 3.1 - микроконтроллер PIC18F452

В таблице 3.4.1 приведено функциональное назначение выводов микроконтроллера PIC18F452.

После выбора микроконтроллера необходимо выбрать остальные элементы принципиальной схемы.

Для построения цепи питания микросхем будет использована типовая схема включения стабилизатора напряжения LM7806, на выходе которого получаем +5В. На вход стабилизатора допускается подача напряжения до 20В. Непосредственно перед стабилизатором стоит цепочка VD2, C7. Конденсатор С7 служит для сглаживания пульсаций питающего напряжения, полученного с диодного моста VD1. Диод VD2 необходим для правильного функционирования системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Конденсатор C8 служит для подавления высокочастотных помех по питанию.

Для стабильной работы микроконтроллера будет использована цепочка внешнего генератора, состоящей из кварцевого резонатора на 4 МГц и конденсаторов С1,С2, емкостью 20 пФ, рекомендованной фирмой Microchip.

Таблица 3.4.1 - назначение выводов микроконтроллера

Обозначение вывода	№ вывода	Тип I/O/P	Тип буфера	Описание
OSC1/CLKIN	13	I	ST/CMOS	Вход генератора / вход внешнего тактового сигнала
OSC2/CLKOUT	14	O	-	Выход генератора. Подключается кварцевый или керамический резонатор.
-MCLR/VPP	1	I\P	ST	Вход сброса микроконтроллера или вход напряжения программирования. Сброс микроконтроллера происходит при низком логическом уровне сигнала на входе.
RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF- RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/-SS/AN4	2 3 4 5 6 7	I/O I/O I/O I/O I/O I/O	TTL TTL TTL TTL ST TTL	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTA. RA0 может быть настроен как аналоговый канал 0 RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1 RA2 может быть настроен как аналоговый канал 2 или вход отрицательного опорного напряжения RA3 может быть настроен как аналоговый канал 3 или вход положительного опорного напряжения RA4 может использоваться в качестве входа внешнего тактового сигнала для TMR0. Выход с открытым стоком. RA1 может быть настроен как аналоговый канал 1 или вход выбора микросхемы в режиме ведомого SPI
RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD	33 34 35 36 37 38 39 40	I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O	TTL/ST TTL TTL TTL TTL TTL TTL\ST TTL\ST	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTB. PORTB имеет программно подключаемые подтягивающие резисторы на входах. RB0 может использоваться в качестве входа внешних прерываний. RB3 может использоваться в качестве входа для режима низковольтного программирования. Прерывания по изменению уровня входного сигнала. Прерывания по изменению уровня входного сигнала. Прерывания по изменению уровня входного сигнала. Тактовый вход в режиме программирования. Прерывания по изменению уровня входного сигнала.
Таблица 3.4.2 - продолжение
RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT	15 16 17 18 23 24 25 26	I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O	ST ST ST ST ST ST ST ST	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTC. RC0 может использоваться в качестве выхода генератора TMR1 или входа внешнего тактового сигнала для TMR1. RC1 может использоваться в качестве входа генератора для TMR1 или вывода модуля CCP2. RC2 может использоваться в качестве вывода модуля CCP1. RC3 может использоваться в качестве входа/выхода тактового сигнала в режиме SPI и I2C. RC4 может использоваться в качестве входа данных в режиме SPI или вход/выход данных в режиме I2C. RC5 может использоваться в качестве выхода данных в режиме SPI. RC6 может использоваться в качестве вывода передатчика USART в асинхронном режиме или вывода синхронизации USART в синхронном режиме. RC6 может использоваться в качестве вывода приемника USART в асинхронном режиме или вывода данных USART в синхронном режиме.
RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7	19 20 21 22 27 28 29 30	I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O	ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTD или ведомый параллельный порт для подключения к шине микропроцессора
RE0/-RD/AN5 RE1/-WR/AN6 RE2/-CS/AN7	8 .9 10	I/O I/O I/O	ST/TTL ST/TTL ST/TTL	Двунаправленный порт ввода/вывода PORTE. RE0 может использоваться в качестве управляющего входа чтения PSP или аналогового канала 5 RE1 может использоваться в качестве управляющего входа записи PSP или аналогового канала 6 RE2 может использоваться в качестве управляющего входа выбора PSP или аналогового канала 7
VSS	12,31	P	-	Общий вывод для внутренней логики и портов ввода/вывода
VDD	11,32	P	-	Положительное напряжение питания для внутренней логики и портов ввода/вывода

В качестве индикатора используется жидкокристаллический модуль, который позволяет отображать две строки по 16 символов. Для управления ЖКИ выделим порты D и E.Порт D подключен к шине данных модуля, порт Е к управляющим входам модуля.

Для подключения устройства к последовательному порту ПК необходимо преобразовать логические уровни сигналов уровни, используемые в интерфейсе RS-232. Для этого необходим преобразователь, собранный на микросхеме MAX232.

Цифровой термометр подключен к 3 и 4 битам порта C.

Силовые ключи на симисторах подключены к 1, 2, 3 5 битам порта C.

ИК-приёмник подключен к 0 биту порта B. К 1 биту данного порта подведена линия от выпрямителя для подачи пульсирующего напряжения для синхронизации в режиме СИФУ.

Внешние датчики подключены к остальным линиям портов ввода-вывода.

4. Построение принципиальной схемы

По построенной структурной схеме и выбранной элементной базе строю принципиальную схему. Схема электрическая принципиальная и перечень элементов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ В.

За ядро всего устройства выбран PIC контроллер серии PIC18F452. Данный выбор придаёт устройству гибкость, низкую стоимость, упрощает процесс проектирования. Частоту тактового генератора для микроконтроллера выбираю 4 МГц для оптимальной настройки внутренних таймеров, используемых при опросе ИК-приёмника, внешних датчиков и обмене данными с ПК.

4.1 Построение блока питания

Блок питания состоит из трансформатора Т1, диодного моста VD1, ограничивающего диода VD2, конденсаторов C1 и C2, стабилизатора в интегральном исполнении LM7806. Переменное напряжение с трансформатора поступает на диодный мост, выпрямляется и через диод VD2 поступает на стабилизатор. Данный диод необходим для того, чтобы сглаживающий конденсатор C1 не оказывал влияние на пульсирующее напряжение, подаваемое на вход синхронизации для работы СИФУ.

4.2 Построение блока индикации

Для построения блока индикации использован ЖК-модуль MT16S2D фирмы МЭЛТ. Данный ЖКИ позволяет отображать две строки по 16 символов и имеет встроенный знакогенератор, что значительно упрощает написание процедуры для вывода информации на дисплей. Данный ЖКИ имеет сравнительно невысокую стоимость, малое энергопотребление и, что самое главное, наглядное отображение информации. Резистор R19 необходим для задания контрастности ЖКИ. Чем меньше сопротивление данного резистора, тем выше контрастность и наоборот.

4.3 Построение преобразователя уровня

В качестве преобразователя уровня использована микросхема MAX232 фирмы MAXIM. Она преобразует сигналы ТТЛ уровня в уровни последовательного порта ПК. Данная микросхема имеет малое количество внешних элементов, сравнительно невысокую стоимость и не требует настройки. Конденсаторы C3…C6 необходимы для задания рабочего режима микросхемы.

В качестве ИК-приёмника использована микросхема TSOP1730 фирмы VISHAY TELEFUNKEN. Данный приёмник имеет на входе частотный фильтр на 36 кГц, который необходим для подавления помех от нагревательных приборов и иных источников инфракрасного излучения. Данный приёмник позволяет производить приём данных на скорости до 1200 бит\с.

4.4 Подключение различных датчиков

Цифровой термометр выполнен на микросхеме DS1621 фирмы Dallas semiconductor. Данная микросхема подключается по интерфейсу I2C в качестве ведомого устройства и позволяет производить обмен данными на скорости до 400 кГц (высокоскоростной режим работы). Микросхема имеет встроенную функцию термостата и позволяет подключать к сильноточному порту вывода ключ для управления нагрузкой. Максимальный втекающий ток порта 1мА, вытекающий - 4мА. Диапазон измеряемых температур лежит в пределах от -55о до +125о С. Подтягивающие резисторы R17 и R18 необходимы для правильного функционирования интерфейса I2C.

Оптроны DA3 и DA4, подключенные к портам микроконтроллера, служат для гальванической развязки при подключении внешних датчиков разбития окна и открывания двери. К остальным входам портов подключены подтягивающие резисторы R4, R9…R16, которые служат для создания потенциала логического “0”. Оптроны на данных входах отсутствуют. Это сделано для снижения себестоимости всего устройства и при необходимости гальваническая развязка может быть установлена вне ОС.

К портам ввода вывода могут быть подключены различные датчики. Если один из датчиков срабатывает, он должен выставлять на данный порт логическую “1”, в противном случае он остается в состоянии логического “0”. На каждой линии ввода-вывода, куда подключаются датчики, установлены подтягивающие резисторы для исключения влияния наводок и помех на работу микроконтроллера.

4.5 Построение блока управления

Для управления нагрузкой используются силовые ключи, выполненные на оптосимисторах DA6…D8 и мощных симисторах VS1…VS4. Оптосимисторы необходимы для гальванической развязки микроконтроллера с высоковольтной частью схемы. Резисторы R21…R22 служат для ограничения тока, протекающего через внутренние светодиоды оптосимисторов. Мощные симисторы позволяют коммутировать нагрузку, мощностью до 1 кВт на каждый канал, если установлены на теплоотвод.

4.6 Построение ПДУ

Для управление ОС необходимо создать ПДУ, которое будет выдавать четыре различных команды. Его схема приведена на рисунке 4.6.1.



Рисунок 4.6.1 - принципиальная схема ПДУ.

ПДУ построено на микроконтроллере PIC16F630. Данный микроконтроллер выбран из-за его низкой стоимости.

К порту RC4 подключен ик-диод, формирующий импульсы, которые создают пакет данных. К порту RC5 подключен красный светодиод, предназначенный для индикации рабочего режима. RA0, RA2, RA3 подключены к разъёму внутрисхемного программирования. Это позволяет производить перепрограммирование памяти данных микроконтроллера, в которой храниться передаваемый пароль. Формат передаваемого пакета подробно описан в разделе 6.1. Для передачи команды необходимо сначала нажать клавишу “ON”, после чего загорится светодиод на 5 секунд. В это время необходимо нажать клавишу для передачи команды, иначе светодиод погаснет и ПДУ переходит в SLEEP режим для снижения энергопотребления. Это сделано для того чтобы увеличить срок службы батарей, от которых питается ПДУ.

4.7 Расчёт потребляемой мощности

Потребляемая мощность схемы определяется по формуле:

(4.7.1)

где Рсх - потребляемая мощность схемы, Вт;

Рпот. I - потребляемая мощность i-ой группы элементов, Вт;

n - количество групп.

Потребляемая мощность группы элементов определяется по формуле:

Рпот = Р * m, (4.7.2)

где Р - потребляемая мощность одним элементом, Вт;

m - количество элементов.

Вначале считаем мощность потребляемую резисторами по формуле:

(4.7.3)

где- мощность i-ого резистора, мВт;

- ток, протекающий через резистор;

U - напряжение на i-том резисторе.

Ток, протекающий через i-й элемент рассчитывается по формуле:

(4.7.3)

где - сопротивление i-ого резистора, мВт;

- ток, протекающий через i-й резистор;

U- напряжение на i-ом резисторе.

Все расчеты, произведённые по данным формулам занесены в таблицу 4.7.1.

Таблица 4.7.1 - расчёт мощности на резисторах

№	Сопротивление, Ом	Протекающий ток, мА	Потребляемая мощность, мВт
1	10000	0,5	2,5
2	10000	0,5	2,5
3	10000	0,5	2,5
4	10000	0,5	2,5
7	270	18,5	92,4
8	270	18,5	92,4
9…16	10000	0,5	2,5
17, 18	10000	0,5	2,5
19	1000	5	25
20…23	270	18,5	92,4
24…27	1000	5	25
28	24000	0.21	1

Мощность, потребляемая резисторами составляет 715 мВт.

Далее производим расчёт потребляемой мощности активными элементами схемы. Список активных элементов приведен в таблице 4.7.2.

Таблица 4.7.2 - расчёт потребляемой мощности активными элементами.

Обозначение	Ток потребления, мА	Мощность, мВт
DD1	4	20
DD2	36	180
DD3	1	5
DA3, DA4	40	200
DA5…DDA8	80	400
DA9	1	1

Мощность, потребляемая активными элементами схема составляет 806 мВт.

Общая мощность, потребляемая схемой составит:

715мВт + 806мВт = 1521мВт.

4.8 Расчёт блока питания

Ток нагрузки вычисляется по формуле:

где P - потребляемая мощность;

Uн - напряжение нагрузки.

A

Расчёт выпрямителя.

Исходными данными для расчета служат: требуемое напряжение на нагрузке () и потребляемый ток ().

1.Определяю переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора по формуле:

(4.8.1)

где Uн - постоянное напряжение на нагрузке, В;

B - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблице 4.8.1:

Таблица 4.8.1

Коэффициент	Ток нагрузки, А
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2
B	0,8	1	1,2	1,4	1,5	1,7	1,9
C	2,4	2,2	2	1,9	1,8	1,8	1,7

(4.8.2)

2. По току нагрузки определяю максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

(4.8.3)

где Iд - ток через диод, А;

С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяется по таблице 4.8.1).

IД=0,5*2*400=400 мА

3. Подсчитываю обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

(4.8.4)

где Uобр - обратное напряжение, В;

Uн напряжение на нагрузке, В.

Uобр=1,5*5=7.5 В

4. Выбираю диоды, у которых значение выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетное.

Выбранным выпрямителем будет диодный мост КЦ407А, так, как он удовлетворяет всем требованиям.

5. Определяю емкость конденсаторного фильтра:

(4.8.5)

где -емкость конденсаторного фильтра, мкФ;

максимальный ток нагрузки, А;

-напряжение на нагрузке, В;

Сф=3200*0,304*10-3/5*10-3=787,602*10-6

-коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и нашем случае он равен .

и выбираю конденсатор: так, как нет предела в 757мкФ выбираю предел в 1000мкФ типа К50-18

Расчет трансформатора.

1.Определяю значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

(4.8.6)

где -ток через обмотку II трансформатора, А;

-максимальный ток нагрузки, А.

(4.8.7)

2.Определяю мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

(4.8.8)

где -максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;

-напряжение на вторичной обмотке, В;

-максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

3.Подсчитываю мощность трансформатора:

(4.8.9)

где -мощность трансформатора, Вт;

-максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

4.Определяю значение тока, текущего в первичной обмотке:

(4.8.10)

где -ток через обмотку I, А;

-подсчитанная мощность трансформатора, Вт;

-напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

.

5.Расчитываю необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

(4.8.11)

где S-сечение сердечника магнитопровода, ;

-мощность трансформатора, Вт.

6.Определяю число витков первичной (сетевой) обмотки:

(4.8.12)

где -число витков обмотки;

-напряжение на первичной обмотке, В;

S-сечение сердечника магнитопровода, .

7.Подсчитываю число витков вторичной обмотки:

(4.8.13)

где - число витков обмотки;

- напряжение на первичной обмотке, В;

S - сечение сердечника магнитопровода, .

8.Определяю диаметр проводов обмотки трансформатора:

(4.8.14)

где d - диаметр провода, мм;

I - ток через обмотку, мА.

мм

Выбор стабилизатора питания.

Исходя из произведённых расчётов потребляемой мощности, в качестве стабилизатора питания будем использовать интегральную микросхему КР142ЕН5А. На выходе данного стабилизатора обеспечивается напряжение 5В. На вход стабилизатора допускается подача напряжения до 20В.

4.9 Расчет быстродействия

Быстродействие характеризуется наибольшей частотой входных сигналов, при которой не нарушается функционирование схемы. На быстродействие влияет также длительность задержки сигнала, которая рассчитывается по формуле:

(4.9.1)

где

длительность задержки сигнала

задержка сигнала при переключении с лог. “1” на лог.”0”

задержка сигнала при переключении с лог. “0” на лог.”1”

Быстродействие определяется по формуле:

(4.9.2)

задержка сигнала устройством

задержка сигнала каждым элементом

Таблица 4.9.1 - время задержки сигнала отдельных элементов

Тип элемента	, нс	, нс	Количество	Общее
PIC18F452	25	50	1	50
MT16S2D	50	50	1	50
DS1621	50	50	1	50
MAX232	50	50	1	50
TSOP1730	50	50	1	50

Быстродействие составляет

250 нс

быстродействие также характеризуется задержкой сигнала самой длинной цепи, которая определяется по формуле:

,(4.9.3)

где

N - общее количество входов логических элементов, подключенных к линии,

L - длина линии связи от источника сигнала до приемника, для каждого определяется время задержки l=5(K-1), где К - число корпусов интегральных микросхем, включая микросхемы источников сигнала. длина линии связи от источника сигнала до приемника, для каждого определяется время задержки l=5(K-1), где К - число корпусов интегральных микросхем, включая микросхемы источников сигнала.

l=5(9-1)=40,

5.34 нс

общее быстродействие определяется по формуле:

,(4.9.4)

в результате получаем общее быстродействие всего устройства:

5.34+250=255.34 нс

4.10 Расчёт надёжности

Расчет надежности производят на этапе разработки объекта для определения его соответствия требованиям. В результате расчета должны быть определены количественные характеристики надежности объектов. Расчет производится по известным данным об интенсивности отказов элементов, составляющих рассматриваемый объект; в частности, надежность какой-либо сборочной единицы ЭВМ определяется значениями интенсивности отказов ЭРЭ и элементов конструкции, составляющих сборочную единицу.

Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя в единицу времени.

Интенсивность отказов объекта есть сумма интенсивностей отказов всех входящих в объект элементов iэ:

о = iэ ,(4.10.1)

i=1

где о - интенсивность отказов объекта, 1/час;

iэ - интенсивность отказов элементов i-го типа и режима использования, 1/час;

k - количество разновидностей элементов по типам и режимам использования.

Интенсивность отказов э ЭРЭ в реальных условиях эксплуатации связана с величиной интенсивности отказов н ЭРЭ при номинальном электрическом режиме, коэффициентом нагрузки Кн, температурным коэффициентом Кт и количеством элементов N с интенсивностью отказов iэ соотношением:

э = нКнКтN ,(4.10.2)

где э - интенсивность отказов ЭРЭ в реальных условиях эксплуатации, 1/час;

н - интенсивность отказов ЭРЭ при номинальном электрическом режиме, 1/час;

Кн - коэффициент нагрузки - отношение количества используемых ножек микросхемы к общему числу ножек микросхем;

Кт - температурный коэффициент;

N - количество элементов с интенсивностью отказов н, шт.

Все данные, необходимые для расчета интенсивности отказов объекта, сводятся в таблицу 4.10.1, вычисление э будет вестись по формуле (4.10.2).

Таблица 4.10.1 - данные для расчёта интенсивности отказов

Наименование и тип элемента	н10-6, 1/час	Кн	Кт	N, шт	э10-6, 1/час
Микросхема TSOP1730	0,1	1	0,1	1	0,0075
Микросхема MT16S2D	0,1	1	0,1	1	0,02
Микросхема PIC18F452	0,1	0,875	0,1	1	0,02
Микросхема MAX232	0,1	1	0,1	1	0,00875
Микросхема DS1621	0,1	1	0,1	1	0,0078
Пайка выводов микросхем	0,0001	-	-	115	0,0115
Пайка выводов резисторов	0,0001	-	-	68	0,0068
Пайка выводов конденсаторов	0,0001	-	-	6	0,0006
Пайка выводов кварцевого резонатора	0,0001	-	-	2	0,0002

Подставив значение э в формулу (6.3), определяется о:

о=0,0075+0,02+0,02+0,00875+0,0115+0,0068+0,0006+0,0002=0,0753510-6 1/час.

Средняя наработка на отказ, или среднее время безотказной работы, есть ожидаемая наработка объекта до первого отказа.

Средняя наработка на отказ То обратно пропорциональна интенсивности отказов объектов о:

То = 1/о , (4.10.3)

где То - средняя наработка на отказ, час;

о - интенсивность отказов объекта, 1/час.

Подставив значение о в формулу (4.10.3) определяется То:

То = 13,2714106 час.

Вероятность безотказной работы объекта Ро(t) - это вероятность того, что в пределах заданной наработки, т. е. заданного интервала времени, отказ объекта не возникнет.

Величина Ро(t) определяется выражением

Ро(t) = е-t , (4.10.4)

где Ро(t) - вероятность безотказной работы в течении t часов;

о - интенсивность отказов объекта, 1/час;

е - основание натурального логарифма.

По формуле (4.10.4) рассчитывается вероятность безотказной работы устройства в течение 1000 часов:

Ро(1000) = 0,9999447 99,99%.

Таким образом, существует 99,99% вероятности безотказной работы устройства в течение 1000 часов.

Произведя расчёты, пришли к выводу, что данная схема надёжная, достаточно быстродействующая, потребляет относительно малую мощность.

5. Разработка печатной платы

Печатные платы являются основными конструктивными единицами любой радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры, так как печатный монтаж обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу дает возможность точно и просто идентифицировать установленные на плату элементы и обеспечивает высокую надежность изделий за счет использования стандартных хорошо отработанных технологических процессов их изготовления. Преимущество печатного монтажа заключается также в компактности аппаратуры и уменьшении ее массы.

Кроме того, технология печатного монтажа не зависит от функционального назначения аппаратуры, т.е. технология изготовления печатных плат для радиовещательной аппаратуры, телевизионных приемников, персональных ЭВМ одинакова. Поэтому возможны механизация и автоматизация как технологических процессов изготовления самих плат , так и процессов установки на них компонентов и сборки аппаратуры.

Печатные платы изготовляют из хромированных под высоким давлением слоистых пластиков, к которым с одной или двух сторон приклеивают медную фольгу. Такой пластик состоит из слоев волокнистого материала, склеенных между собой термореактивной смолой под давлением и при повышенной температуре. Материалом может быть диэлектрическая бумага, пропитанная фенольной смолой, или стеклоткань с непрерывными волокнами, склеенная компаундом на основе эпоксидной смолы. За рубежом такие материалы имеют фирменные названия, а в нашей стране первый материал получил название “фольгированный гетинакс”, а второй - “ фольгированный стеклотекстолит”.

Материалы на бумажной основе легче поддаются технической обработке, однако по сравнению со стеклотекстолитом они менее стойки к температурным перепадам и другим внешним воздействиям.

К печатным проводникам применимы те же способы выполнения монтажа, которые используются в обычных конструкциях. Однако если при монтаже изолированным проводом возможны пересечения проводников, то при печатном монтаже их размещают только в одной плоскости, а в результате этого невозможно их пересечение.

Чтобы в точках пересечения проводников возникали контакты, необходимо изменять пути прокладки проводников.

В некоторых случаях для избежания контакта при пересечениях применяют переходы на противоположную сторону с помощью металлизированных переходных отверстий.

При выборе формы проводников используют один из вариантов: либо применяют плавные линии печатных проводников, которые обеспечивают кротчайшие соединения элементов, либо вычерчивают рисунок печатных проводников в виде прямых линий и прямых углов. Этот метод характеризуется тем, что место каждой линии заранее определяется координатной сеткой, рисунок проводников получается простым.

Существует большое количество методов изготовления печатных плат, основными из которых являются:

1. Химический метод, который в зависимости от способа нанесения защитного рисунка делится на:

1.1. фотохимический способ;

1.2. сеточно-химический способ;

1.3. офсетно-химический способ;

2. Электрохимический метод:

2.1. фотоэлектрохимический способ;

2.2. сеточно-электрохимический способ;

2.3. офсетно-электрохимический способ;

3. Комбинированный метод:

3.1. комбинированный позитивный способ;

3.2. комбинированный негативный способ;

4. Метод переноса.

5. Метод вжигания серебра.

6. Метод копирования и т.д.

Для односторонних печатных плат применяются фотохимический или электрохимический метод. Для двусторонних печатных плат - комбинированный метод.

При стандартной технологии печатные платы изготовляют на фольгированном диэлектрике комбинированным позитивным или комбинированным негативным методом. Их называют комбинированными потому, что в обоих случаях вытравливания рисунка печатных проводников производится химическим способом, а наращивание меди на проводники и контактные площадки - электрохимическим.

Рассмотрим комбинированный позитивный метод. Последовательность основных операций изготовления печатных плат позитивным методом: заготовка из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса покрывается слоем фоторезиста.

Фоторезист - это высокомолекулярное соединение, которое изменяет свои свойства под действием ультрафиолетового излучения.

С одной стороны, смещение спектральной чувствительности в коротковолновую область спектра - это хорошо, так как позволяет обходиться без темного помещения и работать при свете обычных ламп накаливания. C другой стороны, чувствительность к ультрафиолетовым лучам вызывает необходимость использования ртутных ламп в кварцевом баллоне, которые менее удобны в использовании, чем обычные.

Под действием излучения происходит фотополимеризация слоя, в результате которой пропадает растворимость в обычных растворителях, поэтому после проявления на освещенных участках поверхности образуется защитный рельеф, а на защищенных - слой фоторезиста остается без изменения и в дальнейшем вымывается. Из-за чувствительности соединений к свету и способности сопротивляться действию травителей их называют фоторезистами.

Экспонирование фоторезистов, нанесенных на поверхность фольгированного диэлектрика, производится через фотошаблон, в котором система прозрачных и непрозрачных участков образует требуемый рисунок проводников и контактных площадок. При последующем проявлении удаляется часть фоторезиста и образуется защитный рельеф с рисунком и размерами, определяемыми фотошаблоном. При этом методе защитный слой фоторезиста сохраняется на пробельных участках, а проводники и контактные площадки остаются открытыми. Поскольку фотошаблон при пробном процессе соответствует позитивному изображению печатной платы (темные проводники на светлом фоне), то и сам метод называют позитивным.

После проявления рисунка схемы плату покрывают слоем лака для защиты от механических повреждений и направляют на сверление отверстий. Эта операция нарушает непрерывность процесса, так как сушка и задубливание лака занимает несколько часов. Затем сверлят переходные и монтажные отверстия и производят их химическое меднение. Далее следует удаление защитного слоя и гальваническое осаждение меди на проводники, контактные площадки и в отверстия.

При электролитическом наращивании соединение с катодом осуществляются сплошным слоем медной фольги, покрывающим диэлектрик. Этот слой защищает также поверхность диэлектрика от воздействия электролита.

На следующем этапе поверх медного слоя гальваническим способом наносят защитное покрытие из сплава олово - свинец, после чего с пробельных мест удаляют защитный слой фоторезиста и стравливают фольгу.

Изготовление печатной платы завершается химической обработкой защитного покрытия для улучшения его способности к пайке.

Позитивный метод позволяет изготовить печатные платы с повышенной плотностью монтажа, например, с расстоянием между проводниками в узких местах 0,35 - 0,5 , с хорошими электрическими параметрами и высокой прочностью сцепления проводников с основанием.

При комбинированном негативном методе защитный слой фоторезист наносят на проводники и контактные площадки, поэтому фотошаблон имеет негативное изображение платы (прозрачные проводники на темном фоне). Порядок операций при этом измениться, но их количество и общий характер сохраняются.

После покрытия платы лаком для ее защиты от механических повреждений производят сверление отверстий и их химическую металлизацию.

Следующей операцией является гальваническое осаждение меди на проводники и отверстия. Для обеспечения электрического контакта с катодом создают дополнительные проводники и прошивают отверстия платы медным проводом.

В некоторых случаях применяют специальные рамки и другие приспособления, обеспечивающие электрический контакт со всеми участками, на которые медь должна наращиваться гальваническим способом. Последовательность технологических операций при негативном комбинированном методе изготовления почти такой же, как и при позитивном методе.

Основной недостаток негативного метода заключается в том, что щелочные и кислотные растворы, применяемые при металлизации отверстий, воздействуют на участки диэлектрика, не защищенные медной фольгой, что может привести к ухудшению электрических параметров готовой платы. В то же время негативный метод менее трудоемок, чем позитивный. Потому в тех случаях, когда к платам не предъявляют повышенных требований, применяют комбинированный негативный метод.