3.3 Вибір мікроконтролера для центрального блока

Мікроконтролер - мікросхема , призначена для керування електронними пристроями. Ці мікросхеми є основою для побудови вбудованих систем , їх можна зустріти в багатьох сучасних приладах , таких як телефони , пральні машини і т. п. На сьогоднішній день існує більше 200 модифікацій мікроконтролерів. Популярністю у розробників користуються 8 -бітові мікроконтролери PIC фірми Microchip Technology і AVR фірми Atmel, 16 -бітові MSP430 фірми TI , а також ARM. У той час як 8 - розрядні процесори загального призначення повністю витіснені більш продуктивними моделями , 8 - розрядні мікроконтролери продовжують використовуватися. Це пояснюється тим , що існує велика кількість застосувань , в яких не потрібна висока продуктивність.

У розробляється пристрої даної бакалаврської роботи не знадобиться високопродуктивний мікроконтролер (такі як 16-бітові MSP430), так як число завдань у системі оповіщення буде не велике.

Таблица

Характеристики		Attiny2313	PIC16F628A
ШВИДКОДІЯ	Макс. Такт. Частота (МГц)	20	20
	Flash-память програм (байт)	2048	2048
ПАМ'ЯТЬ	EEPROM (байт)	128	128
	SRAM (байт)	128	224
	Число портів вводу/виводу	18	16
	Послідовний інтерфейс	USART	USART
ПЕРЕФИРІЯ	Вбудований тактовий генератор	Є	Є
	Напруга живлення	2,7-5,5 В	3-5,5 В
	Аналоговий компаратор	Є	Є
ДОДАТКОВО	Дитектор пониженого живлення	Є	Є
	Ціна, грн.	12	20

Розглянемо і порівняємо між собою два найбільш популярних 8 - розрядних мікроконтролера , які широко використовуються на даний момент. Мета цього порівняння полягає у виборі потрібного мікроконтролера для центрального блоку розроблюваної системи .

У таблиці представлені основні характеристики двох мікроконтролерів: Attiny2313 і PIC16F628A . Зауважимо , що два даних мікроконтролера , порівнюваних між собою за характеристиками , не сильно відрізняються один від одного. Отже, кожен мікронтроллер може бути використаний для розробки центрального блоку системи оповіщення. Однак ціновий фактор залишається вирішальним. Тому для розроблювального пристрою вибирається Attiny2313 (рисунок 5).

Рисунок 5.ATtiny2313

3.4 Зчитувач ключів

Для постановки / зняття в режим «Охорона « , розроблюваної системи сигналізації , використовуватиметься зчитувач ключів Touch Memory . Touch Memory (буквально , контактна пам'ять) - це електронний ключ - ідентифікатор (у побуті " таблетка" , брелок ) , носій даних для автоматичної ідентифікації унікального коду (малюнок 6 ) .

Ключ Touch Memory - це мікросхема , розміщена в міцному герметичному корпусі , виготовленому з нержавіючої сталі , що забезпечує підвищену стійкість до впливів зовнішнього середовища. Верхня кришка електрично ізольована від решти частини циліндра поліпропіленової втулкою і є контактом даних. Нижня частина циліндра має фланець , для полегшення кріплення , і є загальним контактом .

Ключ Touch Memory в парі "ключ - контролер " є пасивним елементом . Це означає , то ключ не має внутрішнього джерела живлення .

У ключів Touch Memory не існує двох ідентичних виробів ( 64 -х розрядний реєстраційний номер).

Виробник ключів Touch Memory - компанія Dallas Semiconductor , USA (нині підрозділ Maxim Integrated Products ).

Рисунок 6. Ключ Touch Memory

В якості зчитувача ключів буде використовуватися звичайна кнопка запиту даних, зі вбудований світлодіодом КС-05 (рисунок 7).

Таблиця. Технічні характеристики КС-05

Призначення	системи контроля доступом
Матеріал	метал
Використання	накладне
Колір	чорний
Контакти	НР
Розміри	Ш38х10 мм



Рисунок 7. Зчитувач ключів КС-05

3.5 Датчики

У системі, будуть використовувати тільки дискретні датчики : інфрачервоні датчики руху , пожежний димовий датчик і накладної магнітно -контактний датчик для вхідних дверей.

Інфрачервоний датчик руху Pyronix Colt XS :

Сповіщувачі охоронні Pyronix Colt XS призначені для виявлення несанкціонованого проникнення на охоронювані території .

Використовуються для установки в охоронно -пожежні системи [ ОПС ] .

Запатентовані технології , використовувані при розробці та створенні сповіщувача Pyronix Colt XS , дозволили істотно підвищити завадостійкість : досягти оптимального відношення чутливості при стійкості до помилкових спрацьовувань .

Додатково варто відзначити , що дальність дії сповіщувача Pyronix Colt XS становить 15 метрів.

Функціональні параметри Pyronix Colt XS :

* екранувати реле

* Високоякісний двухплощадний піроелемент

* Герметична оптика

* Варіанти лінз: № 1 , № 2 , № 3 , № 4

* Фільтр білого світла

* Перешкодостійкість до радіовипромінюванню

* Світлодіодна індикація спрацьовування

* Перемичка відключення індикації

* Низьке енергоспоживання

* Упереджувальний температурна компенсація [ ATC ]

* Спрацювання по імпульсу будь полярності

* Аналоговий підрахунок імпульсів [ 1 -й , 2 -й або 3-й імпульс ]

* Фіксація плати через шпонковий паз

* Антистатичний корпус з товщиною стінки 3 мм.

* Фіксація лицьовій кришки гвинтом

* Регулювання дальності дії від 5 до 15 м.

* Технологічний паз для укладання сполучних проводів

* Поворотний кронштейн Pyronix EB1 в комплекті

* 5 років заводської гарантії

Технічні параметри Pyronix Colt XS :

* Тип: ІК пасивний

* Монтаж : Настінний

* піроелемент : Двухплощадний

* Максимальна дальність дії: 15 м

* Час видачі тривожного сповіщення : > 1 сек

* Навантаження на контакти реле : до 100 В, до 75 мА

* Навантаження на вихід самоохорони : до 12 В, до 50 мА

* Електроживлення: 9 - 16 В DC

* Енергоспоживання в черговому режимі : 15 мА

* Енергоспоживання в режимі спрацьовування: 15 мА

* Розміри (ШхВхГ): 52x61x40 мм

* Температурний діапазон: -30 ... +70 є C

* Вага: 72 г

* Колір приладу : Білий

* Матеріал корпусу: Пластик

* Оздоблення корпусу: Полірування

Рисунок 8. Зовнішній вигляд датчика і його діаграма спрямованості зони виявлення

Сповіщувач пожежний оптико -електронний димової ІП 212 - 41М :

Датчик призначений для виявлення спалаху , що супроводжується появою диму малої концентрації в закритих приміщеннях. Сповіщувач ІП 212-41 (ДІП - 41 ) працює з приладами приймально-контрольними російського і зарубіжного виробництва з постійним або змінним напругою в шлейфі від 7,5 до 30 В. Сповіщувач формує сигнал «ПОЖЕЖА» зменшенням внутрішнього опору до величини не більше 500 Ом . Скидання сповіщувача зі стану «ПОЖЕЖА» вироблятися зняттям напруги живлення на час не менше 1,5 с. Сповіщувач ІП 212-41 (ДІП - 41 ) має вбудований оптичний індикатор спрацювання і забезпечує можливість підключення виносного пристрою оптичної сигналізації ( ВУОС ) .

Функціональні параметри ІП 212 - 41М :

* Захищає площу - до 85 кв.м.

* Світлодіодний індикатор стану ; в тривожному режимі світиться постійно.

* Чутливість (поріг спрацьовування ) сповіщувача відповідає концентрації диму , що забезпечує ослаблення світлового потоку в межах 0,05 ... 0,2 дБ / м.

* Інерційність спрацювання сповіщувача не більше 5 с.

* При вилученні сповіщувача з розетки в шлейфі приймально- контрольного приладу режиму формується сигнал НЕСПРАВНІСТЬ .

* Можливе підключення виносної оптичної сигналізації ( ВУОС ) .

* Розширений температурний діапазон від -25 ° С до + 55 ° С дозволяє встановлювати ці пожежні сповіщувачі в неопалюваних приміщеннях.

* Ступінь захисту оболонки сповіщувача IP30 .

* Середній термін служби не менше 10 років при дотриманні правил технічного обслуговування.

* Норма середнього напрацювання на відмову з урахуванням техобслуговування - 60 000 ч.

Oсновниe пapaмeтpи :

* Монтaж : Стельовий

* Елeктpопітaніe : 9 ... 30 В DC

* Енepгопoтpeблeніe в дeжуpном peжімe : 50 мА

* Енepгопoтpeблeніe в peжімe сpaбaтивaнія : < 30 мА

* Індікaція тpeвогі : Червоний світлодіод

* Paзмepи [ ШхBхГ ] : Ш 105 Х 60 мм

* Тeмпepaтуpний діaпaзон : -25 ... +55 ° C

Цвeт пpібоpa : Білий



Рисунок 9. Зовнішній вид ІП 212-41М

Датчик магнітно-контактний ІО-102-4:

Загальний опис ІО-102-4:

1 ) ІО - 102 -4 є мініатюрним накладним магніто -контактним сповіщувачем . ІО -102- 4 закріплюють на основу за допомогою гвинтів , він має білий колір. Довжина висновків проводів ІО -102- 4 : 160 - 500 мм. Вони виготовлені з дроту в поліхлорвінілової ізоляції , діаметр провідника становить 0.12 мм або 0.2 мм.

2 ) Відстань спрацьовування ІО -102- 4 мінімум: 1 / 2 дюйма ( 12,7 мм).

Технічні особливості ІВ -102- 4

3 ) Діапазон комутованого змінного і постійного струму при напрузі від 10 до 72 В

4 ) Максимальна кількість спрацьовувань 10 " 6

5 ) Вихідний опір при коммутируемом струмі комутації 100 мА : розімкнутих контактів 200 кОм , замкнутих контактів 0,5 Ом

6 ) Діапазон робочих температур , 0С -50 - +50

7 ) Відстань між магнітом і герконом , мм: понад 45 прирозмиканні , менше 10 при замиканні

8 ) Відносна вологість при 30С , 98 %

9 ) Габарити , мм: 31 х 13 х 6,5



Рисунок 10. Датчик магнитно-контактний ІО-102-4

3.6 Робота системи

Після включення живлення або натискання кнопки Reset пристрій входить в той режим , в якому було востаннє - "очікування постановки на охорону " або " охорона" . Але якщо ж телефон не підключений або з ним якісь проблеми , то світлодіод буде дуже рідко спалахувати ( горить ~ 0,5 с , ~ 5с пауза ) , поки не підключать телефон або проблема не зважитися

У режимі "очікування постановки на охорону" пристрій чекає піднесення ключа до зчитувача . Якщо ключ піднесли , він є в пам'яті , всі зони закриті , то світлодіод моргне довгими спалахами три рази і пристрій стане в режим " охорона" . Якщо ж хоч одна з зон не закрита , то пристрій моргне три рази короткими спалахами і не встане в режим " охорона" . Закритою зоною вважається зона , яка закорочена на землю. Якщо вам не потрібно всі чотири зони , то зайві повинні бути теж закриті. Якщо ж піднесеного ключа немає в пам'яті , то світлодіод також моргне три рази.

У режимі " охорона" світлодіод зрідка моргає , опитуються всі зони на розрив і перевіряється наявність зовнішнього живлення. При розриві будь-який з зон на номери телефонів , занесені в пам'ять мобільного телефону , відправляються СМС і надходять короткочасні виклики. Після чого світлодіод починає швидко моргати , і пристрій очікує виходу з цього режиму дотиком ключа до зчитувача , який є в пам'яті. Якщо в цьому режимі відбудеться відключення зовнішнього живлення , то на всі номери одноразово прийде СМС з текстом " Otklucheno vneshnee pitanie " , а пристрій , як вже було сказано , буде продовжувати роботу від акумулятора мобільного телефону. Вихід з цього режиму і перехід в режим "очікування постановки на охорону" відбудеться при піднесенні ключа , який є в пам'яті.

На рисунку 11. Привведений приклад роботи системи.

Рисунок 11. Робота GSM-сигналізації

Режим програмування і настройки телефона.

У цьому режимі програмуються ключі в пам'ять , і налаштовується телефон для роботи. Для початку слід стерти всі СМС та номери телефонів , що знаходяться в пам'яті телефону і на СІМ карті , з якою працюватиме телефон. Після чого потрібно створити в записнику від одного до трьох телефонів , на які в подальшому будуть надходити дзвінки та СМС . На цьому операції з телефоном закінчені.

Після чого потрібно увійти в режим програмування пристрою . Для чого натисніть кнопку But1 і , утримуючи її , натисніть і відпустіть кнопку Reset. Опустіть кнопку But1 . Світлодіод на зчитувачі почне моргати : один раз спалахнув , потім пауза і т.д. Це свідчить про вхід в першу режимі програмування.

У першому режимі програмування заносяться ключі , які використовуватимуться в пам'ять пристрою. Для занесення ключа в пам'ять , торкніться їм зчитувача . Світлодіод моргне три рази - це говорить про успішне програмуванні ключа в пам'ять. І так до трьох ключів. Для переходу в другій режим програмування натисніть кнопку But1 , поки світлодіод не перестане моргати , після чого опустіть кнопку . Світлодіод на зчитувачі почне моргати : два рази спалахнув , потім пауза і т.д. Це свідчить про вхід в другій режимі програмування.

У другому режимі програмування , раніше запрограмовані ключі , при піднесенні їх до зчитувача , будуть стиратися з пам'яті. Тобто все протилежно першого режиму : у першому записували , у другому стираємо . Для переходу в третій режим програмування , так само , натисніть кнопку But1 , поки світлодіод не перестане моргати , після чого опустіть кнопку . Світлодіод на зчитувачі почне моргати : три рази спалахнув , потім пауза і т.д. Це свідчить про вхід в третій режимі програмування. У третьому режимі стираються всі ключі , без піднесення їх до зчитувача . Для цього натисніть і утримуйте кнопку But2 , поки світлодіод зробить паузу , а марнотратом моргне три рази. Це означатиме що всі ключі стерті. Для переходу в четвертий режим програмування , аналогічно , натисніть кнопку But1 , поки світлодіод не перестане моргати , після чого опустіть кнопку . Світлодіод на зчитувачі почне моргати : чотири рази спалахнув , потім пауза і т.д. Це свідчить про вхід в четвертий режимі програмування.

Четвертий режим програмування потрібен для підготовки телефону , а конкретно , для створення в телефоні СМС , які він потім буде відправляти . Для цього натисніть кнопку But2 , поки світлодіод не перестане моргати. Після чого відпустіть кнопку . Пристрій створить в пам'яті телефону п'ять СМС і моргне світлодіодом три рази. Ці СМС будуть потім використовуватися при роботі , а саме СМС з текстом " Vzlom zoni 1 " буде відправлятися при розриві шлейфу Zona1 і т.д. Ви можете відредагувати цю ( ці ) СМС написавши потрібний текст вам , наприклад " Vzlom Garaja " . Але тільки відредагувати , а не прати і створювати нові СМС , інакше пристрій не зможе працювати.

І п'ята СМС з текстом " Otklucheno vneshnee pitanie " відправлятиметься , якщо в режимі охорони пропаде харчування 12вольт . Пристрій при цьому ще якийсь час зможе працювати від акумулятора телефону.

Четвертий режим програмування був останній режим програмування. Для виходу з будь-якого режиму програмування натисніть кнопку Reset.

3.7 Конструкторська частина

На основі широкого аналізу технічного завдання проводяться конструкторські розрахунки з метою побудови пристрою за допомогою підприємства-виробника електронних пристроїв. Особливу увагу приділено конструкторським розрахунками на механічні, температурні дії, впливу прискорення при вібрації.

3.8 Розробка і аналіз ТЗ

З ГОСТА відомо , що ТЗ являє собою документ , що встановлює основне призначення і показники якості виробу , техніко -економічні та спеціальні вимоги, пропоновані до розробляється виробу , обсягом , стадіями розробки та складом конструкторської документації ( КД ) .

Очевидно , що початком дій проектування в будь-якому випадку повинен стати етап підготовки вихідних ( апріорної інформації) про проект. Підготовка включає в себе збір та систематизацію інформації у вигляді технічного завдання ( ТЗ) на розробку. ТЗ по суті є документом , який повинен врахувати всі фактори , що впливають на результат - конструкцію РЕЗ.

Зміст ТЗ являє собою об'єднання наступних вихідних даних :

- Сукупність вимог до виробу (технічних , економічних , виробничих та ін);

- Необхідні стадії розробки і рядки проходження стадій ;

- Склад КД (ГОСТ 15.001-73 ) .

Технічне завдання

Технічні потреби

a ) Радіотехнічне призначення об'єкта : прийом , передача , обробка інформації ;

b ) Клас об'єкта установки - наземний стаціонарний , що працює в опалювальних наземних і підземних приміщеннях (1 група) ;

c ) Кліматичне виконання - У ( помірний клімат з середньорічними змінами температури + 40 є С і -45 є С);

d ) Категорія розміщення на об'єкті - 3 (у закритих приміщеннях з природною вентиляцією без кондиціонування ) .

2 . Конструктивні вимоги

a ) Маса m ? 250 р.;

b ) Електромагнітна захист відсутній ;

c ) Необхідна мережу живлення .

3 . Вимоги по надійності

a ) Група безвідмовності по наслідків відмов III (втрата вироби або витрати на ремонт);

b ) Клас восстанавливаемости II ( відновлювані вироби , які після капітального ремонту повинні розглядатися як нові , а протягом терміну служби піддаються операціями технічного обслуговування , поточного та середнього ремонту: віщальні РЕМ) ;

c ) Режим експлуатації IV ( загальний - випадкові періоди очікування і дії ) .

4 . Виробничі та економічні вимоги

a ) Виробництво дрібносерійне , багатосерійне ;

b ) Група за вартістю розробки і виробництва - 2 (проміжна ) .

5 . Наступність

Для даної роботи як прототип був запозичений ...

6 . Умови експлуатації

a ) Група за умовами експлуатації - I ( Стаціонарна РЕА , що працює в опалювальних приміщеннях ) ;

b ) Умови працездатності : температура від -40 є С до +40 є С, вологість 45-80 % при t = 25 є С, тиск 630 -800 мм.рт.ст.;

c ) Механічні дії : вібрація f = 10 ... 30 Гц , прискорення вібрації A = 2g .

7 . Вимоги до патентної чистоти виробу

У даній роботі не використовувалися рішення , запатентовані в Росії або інших країнах

3.9 Склад виробу та вимоги до конструктивного влаштуванню

1 ) Найменування , число і призначення основних частин ;

Розроблюване в даній роботі РЕЗ складається з наступних основних частин:

- Датчики (до 4 штук) - контролюють охороняється периметр , у разі несанкціонованого проникнення передають на мікропроцесор сигнал тривоги.

- Мобільний телефон - приймає від МП керуючі сигнали , для передачі на телефон власника охороняється ділянки для контролю і настройки процесу роботи МП.

- Мікроконтролер - ядро всього пристрою , що містить необхідну інформацію у вигляді програмного коду , записаного під вбудоване ПЗУ , в якому прописано алгоритм роботи системи .

- Зчитувач ключів - пристрій , за допомогою якого система сигналізації ставиться / знімається в режим охорона.

2 ) Конструкторські вимоги (габарити , установочні , приєднувальні розміри та ін);

РЕЗ має задовольняти : габарити пристрою в зібраному вигляді ? 78x78x28 мм;

Кріплення на площині площею ? 78x78x28 мм; електромагнітна захист відсутній

3 ) Маса РЕЗ ? 60 р.

4 ) Вимоги з охорони навколишнього середовища;

Умови експлуатації відповідають європейським стандартам охорони навколишнього середовища і людини. В кінці терміну служби радіоелектронного засобу необхідна утилізація згідно світовим стандартом і ГОСТ .

5 ) Вимоги взаємозамінності ;

Ремонт пристрою і заміна що вийшли з ладу частин проводиться виключно технічними фахівцями з вищою освітою в галузі електронної техніки.

6 ) Вимоги стійкості до миючих засобів ;

Догляд за поверхню корпусу пристрою здійснюється вологими миючими засобами без повного занурення у вологе середовище і обов'язково у вимкненому стані.

7) Вимоги перешкодозахищеності та запобігання перешкод;

У схемі передбачено принцип ізолювання об'єкта від впливає поля за допомогою варіацій матеріалу корпусу. Таким чином , можна використовувати або принцип відображення , або поглинання , або комплексаціі впливаючого поля. Звичайно , можливо підвищити завадостійкість самого захищається РЕЗ конструкторським методом , а саме застосування екранів ( електромагнітне екранування ) .

8 ) Вимоги до ЗІП по виду ( одиночний або груповий) та складом.

До пристрою додаються інструкції з установки , експлуатації та налаштування. Монтаж і демонтаж пристрою в домашніх умовах з використанням підручних інструментів проводиться у відповідності з вказаними посібниками . Також разом з пристроєм поставляється кріпильний обладнання: дроти , кабелі , кріплення , схема кріплення , кріплення, болти і гайки.

Показники призначення

Пристрій призначений для прийому, передачі, обробки та індикації інформації. Основна мета розробки - створення універсального мікропроцесорного пристрою для охорони приміщення і сповіщення про стан системи за допомогою GSM-технологій на базі мобільних телефонів Siemens з використанням останньої версії мікроконтролера фірми ATMEL.

Якість функціонування (потужність, чутливість, роздільна здатність) залежить від типу застосовуваних датчиків і використовуваних мобільних апаратів.

Потреби технологічності

Допускається дрібносерійне і багатосерійне виробництво з групою за вартістю розробки і виробництва - 2 (проміжна).

За умовами експлуатації пристрій відноситься до 1 групи: стаціонарна РЕА, що працює в опалювальних приміщеннях;

Працездатність приладу характеризується: температурою від -40 до +40 ? С, вологістю 45 - 80% при t = 25 ? С, тиском 630 -800 мм.рт.ст. і механічними впливами: вібрація частотою f = 10 ... 30 Гц, прискоренням A = 2g.

Вимоги до рівня уніфікації та стандартизації

Створюване РЕМ розробляється згідно існуючих нормативів, правил, стандартів і норм. Пристрій не містить нестандартних частин та елементів, що дає можливість створення аналогів без будь-яких додаткових розробок і проектів. У зібраному і налаштованому вигляді прилад готовий до використання за прямим призначенням Вимоги безпеки, естетичні та ергономічні, вимоги до патентної частоті. У даній роботі не використовується рішення, запатентовані в Росії або інших країнах. Норми технічної безпеки при використанні і ергономічно спроектований корпус основного пристрої створюють конкурентно здатний товарний вигляд РЕМ.

Умови експлуатації

1) Умови , в яких конструкція повинна бути працездатною ;

Конструкція залишається працездатною при дотриманні наступних параметрів:

1 ) Робота в опалювальних наземних і підземних закритих приміщеннях з природною вентиляцією без кондиціонування;

2 ) Температура від -40 до +40 ? С , вологістю 45 - 80 % при t = 25 ? С , тиском 630 -800 мм.рт.ст ;

2 ) Допустимі короткочасні впливу кліматичних факторів;

Температура від -45 до +45 ? С не більше 10 хвилин ; вологість 30 - 85 % при t = 25 ? С не більше 30 хвилин ; тиск 450 - 900 мм.рт.ст. не більше години.

3 ) Механічні дії

Вібрація з частотою f = 10 ... 30 Гц і прискорення A = 2g .

4 ) Види обслуговування ( постійне або періодичне , не обслуговуються виконання) , необхідну кількість і кваліфікація персоналу .

Виконання конструкції - періодично обслуживаемое (у міру появи відмов у роботі). Ремонт проводиться одним фахівцем з наявністю вищої технічної професійної освіти .

Вказівка ??до упаковки, транспортування і зберігання

При дотриманні умови експлуатації період зберігання не обмежений. Піддається транспортування будь-якими транспортними засобами при обов'язковій індивідуальній упаковці в щільний гнеться матеріал (один пристрій - одна упаковка).

Вимоги до уніфікації та стандартизації

Створюється згідно наявних європейських і українських стандартів, норм і ГОСТів.

4.Розробка друкованої плати

Друкована плата - плата, що містить на своїх поверхнях друковані провідники електричного струму з контактними майданчиками, службовці для з'єднання навісних елементів відповідно до електричної схемою функціонального вузла електро-або радіоапаратури, а також металізовані (перехідні) і неметалізовані (кріпильні) отвори.

Визначення розмірів друкованої плати

Таблиця 2. Геометричні розміри компонентів

Назва	К-ть	L, мм	B, мм	H, мм	m, гр.	Si, mm2
Діод КД522	4	3, 8	3, 8	2, 7	0, 25	14,44
Стабілітрон КС 147А	2	4	3, 8	2, 7	0, 3	15,96
Конденсатор 10-17Б	2	4, 2	3, 8	3, 2	0, 5	16
Конденсатор 10-17Б	2	4, 2	3, 8	3, 2	0, 5	16
Конденсатор К50-20	1	17,8	3,4	3,4	4	192
Конденсатор К52-10-1	1	8,1	8,1	10,1	0,1	21,16
Резистор С2-33H(300ом)	12	6	2, 2	2,2	0,15	13,2
Резистор С2-33H(1ком)	1	6	2, 2	2,2	0,15	13,2
Кварцовий резонатор
HC-49SM	1	10, 3	3, 8	5	0, 6	39,14
Мікроконтролер
Attiny 2313	1	26	8, 26	5, 3	3	214,76
Роз'єм WF-2	8	12	5, 1	5, 8	0, 9	61,2
Роз'єм WF-4	1	12	10, 2	5, 8	1, 8	122,4
Роз'єм WF-6	1	12	15, 3	5, 8	2, 7	183,6
Стабілізатор LM7805	1	4	2	6	0,5	8
Кнопки	3	70,62	3	30,5	00, 6	22,86

Із таблиці 1, можна вирахувати площу необхідну для установки елементів:

,

Де K_H - коефіцієнт визначає настановну площа елементів, а Si - площа елемента, взята з таблиці. У розрахунках корпусу пристрою необхідно врахувати висоту даного модуля. Отже, т.к. mm², то для K_H = 1,5, S=2089 mm².

Площа друкованої плати розраховується виходячи з настановної площі з урахуванням коефіцієнта використання площі K_S за формулою:

Для K_S =0,5 S_nn= 4178 mm².

Виходячи з того, що рекомендується вибирати розміри друкованої плати близькими за величиною, знайдемо сторону друкованої плати квадратної форми:

mm

З урахуванням того, що плата встановлюється в корпус в спеціальні напрямні, необхідно збільшити розміри плати на 1мм з кожного боку, т.е. L = 67 mm. Звідти S_nn = 4489 mm².

Приймемо розміри плати такими: 70x70 mm.

4.1 Розміщення елементів і трасування провідників

На схемі електричної принципової видно , що за невеликої кількості елементів можна зробити попередній висновок про те , що наступна задача трасування буде вирішена у вигляді односторонньої трасування , то елементи на друкованій платі розставимо приблизно в тій же послідовності , в якій вони розміщені на схемі. Для економії місця деякі елементи має сенс розгорнути в горизонтальній або вертикальній площині або трохи зрушити щодо інших елементів. За рахунок зменшення числа перетинів провідників на платі можна домогтися оптимального варіанту : одношарової друкованої плати . Однак у нашому випадку через складність друкованої плати цього добитися не вдалося і використовується двостороння друкована плата .

4.2 Розробка конструкторського блоку

Блоком називається конструктивний модуль, який служить для електричного, механічного та просторового об'єднання осередків (субблок, конструктивний модуль, який об'єднує мікроелектронні вузли і забезпечує їх захист від різного роду впливів), а також для їх захисту від різного роду зовнішніх впливів.

4.3 Визначення розмірів блоку

Размеры блоку будуть визначаться розмірами друкованої плати . Висота найвищої елемента на друкованій платі впливатиме на висоту розроблюваного конструкторського блоку.

Виходячи з того , що товщина друкованої 2 mm , довжини висновків елементів 1,5 mm , висота зазору між платою і елементами 2 mm і висота найвищого елемента на платі 10,1 mm знайдемо висоту друкованої плати з встановленими на ній елементами : H = 2 + 1,5 + 2 + 10,1 +2 * 2 = 19 , 6 ( mm ) . Звідси HБл блоку з урахуванням зазору 2 mm між друкованим вузлом і корпусом і товщиною корпуса 2 mm буде : HБл = H + 2 * 2 + 2 * 2 = 27,6 ? 28 mm . Знайдемо також довжину і висоту блоку: Lбл = BБл = 70 + 2 * 2 + 2 * 2 = 78 mm . Звідси LБлxBБлxHБл блоку будуть 78x78x28

Ескіз друкованої плати , блоку і лицьової панелі.

4.4 Конструкторські розрахунки

Розрахунок температури нагрітої зони ведеться за методикою лабораторних робіт , при цьому поверхня елемента замінюється її тепловий моделлю , в якій поверхня елемента представляється у вигляді паралелепіпеда . Метою розрахунку є визначення температури поверхні найменш теплостійких елементів для оцінки їх надійності.

В експлуатації розробляється виріб піддається впливу температури навколишнього середовища або температури приміщення , механічних впливів.

Температурні дії знижують надійність і є одним з дестабілізуючих факторів. Характерними дефектами, викликаними тепловими впливами , є погіршення ізоляційних властивостей матеріалів , зміни параметрів переходу напівпровідникових приладів, значний ємностей і опорів ЕРЕ , зниження механічних властивостей полімерних матеріалів.

При розрахунку температури поверхні елемента його поверхню замінюється її фізичної теплової моделлю, в якій поверхня елемента представляється у вигляді паралелепіпеда. Отримані результати є орієнтовними і не претендують на високу точність . Метою розрахунку є визначення температури поверхні елемента для оцінки його надійності.

Таблиця 3. Граничне значення температур для кожного елемента

Елемент	Максимальна темп. середовища t?C
Діод КД522	85
Стабілітрон КС 147А	125
Конденсатор 10-17Б	125
Конденсатор 10-17Б	125
Конденсатор К50-20	70
Конденсатор К52-10-1	85
Резистор С2-33H(300ом)	150
Резистор С2-33H(1ком)	150
Кварцовий резонатор	85
HC-49SM
Мікроконтролер	85
Attiny 2313
Роз'єм WF-2	70
Роз'єм WF-4	70
Роз'єм WF-6	70
Стабілізатор LM7805	60
Кнопки	70

Визначимо еквівалентний коефіцієнт теплопровідності самого нетермостойкого елемента в корпусі.

Самим нетермостойкого є стабілізатор LM7805, він має найнижчий верхня межа допустимих робочих температур (60 ? С). Якщо його температура при максимальній температурі експлуатації (40 ? С), не перевищує гранично допустимої для неї температури, то і для інших елементів виконується ця умова, і отже, доопрацювання конструкції не потрібно.

Розрахуємо площу займану елементом за формулою:

S_е = L_е*B_е,

Де L_е = 0,04 m - довжина елемента, B_е = 0,03 м - ширина елемента.

Получили: S_е = 0,0012 м²

Тепер розрахуємо розмір еквівалентного джерела

Получамо:

Розрахуємо критерій Біо за формулою:



Де Вт/м²К коефіцієнт тепловіддачі на поверхні плати (у даній методиці застосовується однаковим для обох сторін плати);

м - товщина ПП;

Вт/мК - теплопровідність матеріалу плати

.

Розрахуємо відносний перегрів за формулою:

Теплова провідність між елементом і платою визначаємо за формулою:

Вт/К

Провідність між елементом і поверхнею корпусу:

Де Вт/м²К - коефіцієнт теплопередачі на поверхні корпусу,

s = 0,0000012 м² - площа частини поверхні, з якою відбувається контакт.

Вт/К

Розрахуємо власний перегрів елементи:

,

Де Вт/К - теплова провідність між ПП і корпусом (для повітряного прошарку),Вт - потужність, що розсіюється елементом.

перевіримо умову:

За наближеним оцінками < . У результаті розрахунків отримали, що умова виконується для самого слабкого елемента, отже, система не потребує захисту від теплових впливів, так як це умова і для інших елементів.

Розрахунок на механічні дії

Вся РЕМ піддається впливу зовнішніх механічних навантажень , які передаються до кожної деталі , що входить в конструкцію.

Причинами механічних впливів є вібрації і удари при можливому падінні з місця установки і при роботі механізмів мають контакт з площиною установки РЕМ.

Механічні дії призводять до поломок і деформацій несучих конструкцій , відшаровування друкованих провідників , обривів проводів , паразитної модуляції сигналів і ін Найбільше руйнівний вплив на конструкції надають вібрації.

Метою розрахунку є визначення діючих на елементи виробу перевантажень при дії вібрації і ударів , а також максимальних переміщень і визначення захищеності від механічних впливів.

При розрахунку використовуються дані з таблиць « Геометричні розміри компонентів « і «Перелік компонентів «. Розрахуємо циліндричну жорсткість плати:

Де - модуль пружності матеріалу ПП

м - товщина друкованої плати;

V=0,25 -коефіцієнт Пуассона.

Підрахуємо сумарну масу друкованого вузла.

Для цього обчислимо масу ПП і масу встановлені ПП елементів.

Маса ПП обчислюється виходячи з того, що (щільність ПП) рівна 2400 кг/м³, а її геометричні розміри L_ППхB_ППхH_ПП: 70х70х2 (мм). У цьому випадку обсяг ПП буде дорівнює:

м³.

І відповідно маса ПП дорівнюватиме:

(кг)

Розрахуємо тепер сумарна вага елементів, встановлених на ПП.

(кг).

Звідки, (кг)

Розрахуємо частоту власних коливань плати з урахуванням того, що щільно кріпиться з трьох сторін:

Де M=0,420 - сумарна маса ПУ.

Розрахунок на дію прискорення при вібрації

Визначимо коефіцієнт розстройки:

Де f=30 Гц - верхня межа частотного діапазону з технічного завдання;

f₀ - власна частота ПП.

Визначимо коефіцієнт динамічності М1:

Отримане значення вірно з точністю до 4-го знака після коми.

Визначимо прискорення, що впливає на плату: А_ЗБУД=М1 • А_ВХ=2,044 (g),

де А_ВХ - прискорення вібрації із ТЗ, А_ВХ =2g

Найбільш слабким відносно вібраційних впливів є конденсатор K52-10 (4,9g).

Провіримо для нього умову А_ВОЗД < А_ДОП:

Очевидно , що умова виконується для самого слабкого елементу. Отже, воно виконується і для інших елементів , і система не потребує додаткового захисту від впливу вібрації , т.к. що впливає прискорення на плату в 2 рази менше допустимого.

Розрахунок на ударну дію проводити не має сенсу з причини сформульованого технічного завдання , в якому говориться , що пристрій є стаціонарним і нестерпним . Відповідно, мається на увазі жорстке кріплення на несучу поверхню ( стіна , підлога, стеля будівлі) , що виключає падіння , але не виключає вібрації , розрахунок на які наведено вище.

4.5 Розрахунок вартості системи

Таблиця 4

Елемент	Ціна елементів, в грн.
Діод КД522	1
Стабілітрон КС 147А	0.5
Конденсатор 10-17Б	0.75
Конденсатор 10-17Б	0.75
Конденсатор К50-20	2
Конденсатор К52-10-1	1.25
Резистор С2-33H(300ом)	1
Резистор С2-33H(1ком)	0.1
Кварцовий резонатор	1
HC-49SM
Мікроконтролер	12
Attiny 2313
Роз'єм WF-2	1.5
Роз'єм WF-4	0.7
Роз'єм WF-6	0.6
Стабілізатор LM7805	2.5

Сума всіх радіоелементів на ПП склала 25 грн. Повністю зібраний центральний блок вийде максимум 40 грн. Ціна мобільного телефону Siemens M35 120 грн. Два ІЧ-датчика, що використовуються в системі 100 грн. разом, накладної магнітно-контактний датчик - 12 грн., температурний датчик - 75 грн. Зчитувач ключів і ключ разом вийдуть на суму 60 грн. Отже, орієнтовна цінна всієї системи 500 грн. Тільки з телефоном - 250 грн.

4.6 Підсумки

У даному розділі дипломної роботи була розроблена конструкція пристрою, GSM-сигналізації, були проведені розрахунки на тепловий, механічний вплив і економічні розрахунки. В результаті отримали, що розроблена конструкція задовольняє вимогам по кліматичному і механічного впливу. А так же, розроблений пристрій має досить низьку собівартість порівняно з його аналогами.

Висновок

У результаті даної дипломної роботи була розроблена апаратна частина автоматизованої сигналізації, сповіщення якої здійснюються на основі стільникового зв'язку . Приведено докладний описи роботи системи, визначено її склад ( центральний блок, датчики, мобільний телефон, зчитувач ключів ) та основні параметри . Розроблено алгоритм роботи системи, принципова схема пристрою і виконані конструкторські креслення. При конструюванні центрального блоку проведені всі необхідні розрахунки. Підраховані витрати на створення даної системи ( 500грн).

Розроблена сигналізація по GSM-каналу може бути вдосконалена більш дорогими датчиками , мобільним телефоном, зчитувачем ключів, які будуть володіти великою кількістю виконуваних функцій і працюють в більш жорстких умовах експлуатації.

Результат виконаної роботи відповідає висунутим вимогам в технічному завданні.

На конкурентному ринку систем оповіщення низька ціна і простота в експлуатації розробленої GSM - сигналізації є успішними умовами продажу і прогресивного розширення ринку збуту продукції.

Список літератури

1.http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0368.pdf

2.http://www.efo.ru/doc/Atmel/Atmel.pl? 677.

3.http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1001.pdf

4.http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/attiny2313.htm

5.http://www.rem-tv.odessa.ua/help/stab.html

6.http://www.sea.com.ua/tech/info/hitano % 20radial % 20capacitor % 20general/ECR.htm

7.http://www.chip-dip.ru/product0/9590.aspx

8.http://www.radiodetali.com/td/led/gnl3014ub.htm

9.http://ru.wikipedia.org/wiki/Клеммник

10.Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем - М.: Высшая школа, - 1989.-312 с.

11.У. Тилл и Дж. Лаксон. Интегральные схемы. Материалы - Приборы Изготовление, Мир, Москва, 1985 г., стр. 183

12.Ушаков Н.Н. Технология производства ЄВМ.-М.:Высш. Шк., 1991.-416 с.

ено н Размещено на Allbest