Ультразвуковой отпугиватель грызунов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет приборостроения и информатики

Кафедра персональной электроники (ПР-7)

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине

Основы проектирования и конструирования электронных средств

Тема:

Ультразвуковой отпугиватель грызунов

Выполнил студент Дрохин А.А.

4 курс, группа ПР-7(210201)

Преподаватель Колуков В.В.

Москва - 2009



Содержание

Заявка на разработку

Введение

1. Поиск аналогов

2. Анализ аналогов и прототипов

3. Выбор прототипа

4. Техническое задание на разработку (ЭАС)

5. Выбор и обоснование предварительного варианта конструкции

6. Распределение элементов на ПП и трассировка

7. Анализ механических воздействий

8. Доработка конструкции

Заключение



ЗАЯВКА НА РАЗРАБОТКУ

1. Назначение:

Устройство против грызунов

2. Радиотехническое назначение:

Данный прибор предназначен для отпугивания грызунов при помощи ультразвука.

3. Технические параметры

Питание 220В

4. Характеристики внешних воздействий:

Устройство предназначено для работы в умеренном климате, т. е. по климатическому исполнению относятся к виду У (среднегодовое изменение t⁰ = - 45⁰ С … + 40⁰С).

5. Категория размещения на объекте:

закрытое помещение (с естественной вентиляцией без кондиционирования).

Устройство относится к 6^ой группе исполнения по условиям эксплуатации по ГОСТ 16019 - 78: носимые и портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в не отапливаемых наземных или подземных сооружениях, работающие и неработающие на ходу.

Параметры РЭА и определяющие их дестабилизирующие факторы для носимой портативной РЭА 6 группы (ГОСТ 16019 - 78):

• 6. Содержание:
• 1. Целевая установка:
• - Закрепление знаний, получение умений и первоначальных навыков эскизного проектирования ЭС.
• 2. Основные вопросы, подлежащие разработке:
• - Разработка ТЗ на проектирование.
• - Проектирование предварительного варианта.
• 3. Исходные данные:
• - Заявка на разработку.
• - Основное потребительское назначение.
• - База данных по документам прототипа.
• 4. Перечень разрабатываемых материалов:
• - Анализ заявки.
• - Сбор и систематизация дополнительной информации.
• - Формулировка ТЗ.
• - Выбор схемы компоновки блока.
• - Расчет размеров ПП,ПУ и блока.
• 5. Перечень необходимых экспериментальных работ и расчетов на ЭВМ:
• - Поиск аналогов через INTERNET.
• - Построение эскизов ПУ и блока.
• 6. Перечень литературы (руководств, пособий и т.п.):
• - Учебники и учебное пособие по курсу ОП ЭС.
• - Электронная версия учебно-методического комплекса ОП ЭС.
• - INTERNET источники.
• 7. Сроки представления руководителю выполненной работы и ее готовность к защите:
• - в течение семестра.
• - предельный срок - зачетная неделя.
• Руководитель: Доцент, к.т.н. Колуков В.В.
• Задание получил:
• Студент 7 уч. Группы, 4 курса ПР факультета Дрохин А.А.

• ВВЕДЕНИЕ

Мыши или крысы могут завестись в подвале, где хранятся продукты, не каждая домашняя кошка умеет их ловить. И хотя обычная мышь в год съедает не более 12 кг пищи, но перепортить может тонны (как в анекдоте: “что не съем - то надкушу”). Кроме того, грызуны являются переносчиками многих заболеваний.

Для борьбы с ними и придуманы приборы отпугивания грызунов при помощи ультразвука.

Частотно-импульсная модуляция излучаемого прибором ультразвукового сигнала не позволяет грызунам адаптироваться к действию отпугивателя. Грызуны испытывают тревогу и стресс, лишаются возможности взаимодействия с соплеменниками, что способствует запуску поведенческих реакций самосохранения и бегству животных с защищаемой отпугивателем территории. В дальнейшем у грызунов вырабатывается рефлекс избежания мест, подвергаемых ультразвуковому воздействию.

Эти устройства малогабаритны, имеют небольшой вес (не более килограмма), потребляют мало электроэнергии, безопасны для людей и домашних животных (кроме морских свинок, хомяков и прочих домашних грызунов). Может использоваться для отпугивания грызунов в складских помещениях, зернохранилищах, морских и речных судах, бытовых помещениях.

Основным назначением данного устройства является отпугивание грызунов при помощи ультразвука.

Основная идея данного проекта - спроектировать устройство способное с помощью излучаемого ультразвукового частотно-импульсного модулируемого сигнала, не позволяющего грызунам адаптироваться к действию отпугивателя, заставить грызунов покинуть охраняемое помещение.



1. ПОИСК АНАЛОГОВ

В этом параграфе приведены аналоги, их потребительские характеристики, внешний вид.

В различных источниках было найдено 4 аналога, в той или иной степени удовлетворяющих заданию на проектирование. Ниже приведена вся информация об аналогах.

1.1 Аналог №1. Внешний вид аналога приведен на рисунке 1

Технические характеристики, описание функционирования и примерная стоимость приведены в пунктах а, б.

Рисунок 1. Внешний вид аналога №1

а) Технические характеристики электронного отпугивателя УЗГ "Спектр"

Материал корпуса - пластик

Диапазон рабочих частот, кГц 15-90

Электрическое питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц 220В ± 10%

Потребляемая мощность, Вт, не более 10,0

Габаритные размеры, мм 118х100х118

Масса, кг, не более 1,5

Интервал рабочих температур, °С от -10 до +40

Относительная влажность воздуха (при температуре +25°С) до 98%

Максимальная площадь помещения, защищаемая отпугивателем, мІ до 400

б) Описание функционирования, стоимость.

Электронный отпугиватель УЗГ "Спектр" прост в эксплуатации. Для того чтобы ультразвуковой отпугиватель грызунов начал работать, достаточно включить вилку в сеть. При этом на лицевой панели дератизатора загорается светодиодный индикатор. Работа УЗГ "Спектра" сопровождается характерным звуком, генерируемым отпугивателем в области слышимых частот.

Для получения максимального эффекта отпугивания грызунов необходимо держать УЗГ "Спектр" постоянно включенным в течение 3-4-х недель. В дальнейшем ультразвуковой отпугиватель рекомендуется включать на несколько дней с периодом в два-три месяца в профилактических целях.

Ультразвуковой сигнал, генерируемый отпугивателем УЗГ "Спектр", безопасен для человека, домашних животных, птиц.

Розничная цена ультразвукового дератизатора УЗГ "Спектр" - 5000 руб

1.2 Аналог №2. Внешний вид аналога приведен на рисунке 2

Технические характеристики, описание функционирования и примерная стоимость приведены в пунктах а, б.

Рисунок 2. Внешний вид аналога №2

а) Технические характеристики электронного отпугивателя "ЭлектроКот":

Материал корпуса - пластик

Диапазон излучаемых частот, кГц 5-100

Уровень звукового давления на расстоянии 0,5 м, Дб 105

Угол распространения сигнала, град 110

Питание от источника постоянного тока. Снабжен блоком питания от сети 220 В, 50 Гц 12В; 0,15А

Потребляемая мощность, Вт, не более 5,0

Габаритные размеры, мм 125х65х40

Масса, кг, не более 0,5

Интервал рабочих температур, °С от -5 до +35

Относительная влажность воздуха (при температуре +25°С) до 98%

Площадь помещения, защищаемая одним отпугивателем, мІ 100

б) Описание функционирования, стоимость

Отпугиватель грызунов Электрокот работает в двух режимах: "День" и "Ночь", переключение между которыми осуществляется клавишей, расположенной на корпусе прибора. В режиме "День" отпугиватель генерирует только ультразвуковые колебания, не воспринимаемые человеческим ухом. Этот режим используется, когда в зоне действия "ЭлектроКота" находятся люди. В режиме "Ночь" прибор кроме ультразвука излучает и звуковые колебания, которые более эффективно отпугивают грызунов, особенно крыс. Однако в режиме "Ночь" отпугиватель грызунов не рекомендуется использовать в присутствии людей, так как длительное пребывание в зоне работы прибора может вызвать у человека чувство дискомфорта

Оба режима работы "ЭлектроКота" сопровождаются яркими вспышками света, такое комплексное воздействие звука и света эффективно отпугивает грызунов.

Для того чтобы прибор начал работать, необходимо подключить его к сети, используя блок питания, входящий в комплект. Можно использовать другие источники постоянного тока, например автомобильный аккумулятор.

Положительный эффект применения отпугивателя "ЭлектроКот" наступает через 1-4 недели после начала работы прибора. После исчезновения грызунов отпугиватель необходимо включать на 2-3 дня еженедельно для профилактики.

Розничная цена электронного отпугивателя "ЭлектроКот" - 1100 руб.

1.3 Аналог №3. Внешний вид аналога приведен на рисунке 3. Технические характеристики, описание функционирования и примерная стоимость приведены в пунктах а, б.

Рисунок 3. Внешний вид аналога №3

а) Технические характеристики ультразвукового отпугивателя "Сонар - 01":

Материал корпуса - металл

Диапазон излучаемых частот, кГц 15,5-100

Частота перестройки ультразвука, Гц 0,1-5

Угол распространения сигнала, град 150

Электрическое питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц 220В ± 10%

Потребляемая мощность, Вт, не более 4,0

Габаритные размеры, мм 150х90х70

Масса, кг, не более 1

Интервал рабочих температур, °С от -10 до +35

Относительная влажность воздуха (при температуре +25°С) до 90%

Площадь помещения, защищаемая одним отпугивателем, мІ 200

б) Описание функционирования, стоимость

Частотно-импульсная модуляция излучаемого прибором ультразвукового сигнала не позволяет грызунам адаптироваться к действию отпугивателя. Грызуны испытывают тревогу и стресс, лишаются возможности взаимодействия с соплеменниками, что способствует запуску поведенческих реакций самосохранения и бегству животных с защищаемой отпугивателем территории. В дальнейшем у грызунов вырабатывается рефлекс избегания мест, подвергаемых ультразвуковому воздействию.

Чистон-2 рекомендуется включать на 2-3 недели до исчезновения грызунов, при этом через каждые три дня его рекомендуется выключать на 1-2 часа. После исчезновения грызунов включать прибор в темное время суток для профилактики.

Прибор безопасен для людей и домашних животных (кроме морских свинок, хомяков и прочих домашних грызунов).

Розничная цена ультразвукового отпугивателя "Сонар - 01" - 2500 руб.

1.4 Аналог №4. Внешний вид аналога приведен на рисунке 4, Технические характеристики приведены в пунктe а, описание функционирования и примерная стоимость приведены в пункте б.

Рисунок 4. Внешний вид прототипа

а) Технические характеристики ультразвукового прибора "ОГ.06"

Материал корпуса - пластик

Диапазон излучаемых частот, кГц 70

Уровень ультразвукового давления на расстоянии 1 м, 102 дБ

Угол распространения сигнала, град 100

Напряжение питания постоянного тока (от промышленной сети 220 В переменного тока частотой 50 Гц через поставляемый в комплекте адаптер или от любого другого источника постоянного тока соответствующего напряжения и мощности), В 12 ± 2

Потребляемая мощность, Вт, не более 1,5

Габаритные размеры, мм 92х92х70

Масса (без адаптера питания), кг, не более 0,9

Интервал рабочих температур, °С от -20 до +60

Относительная влажность воздуха (при температуре +25 °С) до 98%

Площадь помещения, защищаемая одним отпугивателем, мІ 250

б) Описание функционирования, стоимость.

Устанавливать " ОГ.06" необходимо передней панелью к местам обитания грызунов. Ультразвук, генерируемый прибором, отражаясь от стен и потолка, заполняет все помещение. Мягкие поверхности поглощают ультразвук и снижают эффективность действия отпугивателя, поэтому, если помещение заставлено мягкими предметами, надо установить прибор на расстоянии от пола, для этого в его конструкции предусмотрен кронштейн для подвешивания на стене или стройке.

После включения прибора в сеть, на его передней панели начинает мигать индикатор, свидетельствующий о начале работы отпугивателя грызунов. Сначала "ОГ.06" должен находиться во включенном состоянии круглосуточно до полного исчезновения крыс и мышей. В дальнейшем прибор следует включать для профилактики лишь периодически. Полное исчезновение грызунов происходить обычно через 4-12 дней непрерывной работы прибора.

"ОГ.06" не оказывает вредного воздействия на человека и домашних животных.

Розничная цена ультразвукового отпугивателя "ОГ.06" - 1500 руб.

Описание схемы электрической принципиальной.

В поисках ультразвука, оказывающего отпугивающее воздействие на животных того или иного вида, нередко строят генераторы, так или иначе варьирующие частоту излучения. Принципиальная схема одного из таких генераторов показана на рисунке 5.

На элементах DD1.3, DD1.4, R5, R7, С5, С6 собран симметричный мультивибратор, частоту которого можно изменять в пределах 70 кГц. На эмиттерных повторителях (транзисторы VT2-VT5) собран усилитель мощности, к выходу которого подключен излучатель - высокочастотная динамическая головка ВА1.

Частота возбуждения мультивибратора зависит не только от номиналов входящих в него резисторов и конденсаторов, но и от состояния транзистора VT1. Частота возбуждения минимальна, если этот транзистор закрыт, максимальна, если открыт; она увеличивается от минимума до максимума по мере открывания VT1.

Режим работы транзистора VT1 периодически изменяется. Этот период зависит от постоянной R2C1 (T2R2 Cl), задающей частоту возбуждения генератора, выполненного на элементах DD1.1 и DD1.2, и постоянной R3C2, преобразующей меандр выходного напряжения этого генератора в «трапециевидный» ток в базе транзистора VT1.

Таким образом, промодулированный высокочастотный генератор будет излучать ультразвуковые колебания в диапазоне частот 18-70 кГц, пробегая его «туда и обратно» за 1/6... 1/9 с.

В устройстве использованы резисторы типа МЛТ-0,125. Конденсаторы С1-СЗ, С5 и С6 - любые керамический, С4 - любой оксидный. Диоды VD1-VD3 - кремниевые импульсные или высокочастотные. Транзистор VT1 - любой из КТ315. Составные транзисторы VT2 и VT4 могут быть любыми из КТ829.

Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 5



Рисунок 4. Схема электрическая принципиальная

2. АНАЛИЗ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПОВ

Как видно из предыдущего раздела принцип действия всех аналогов одинаков, это генерация звуковых колебаний на высоких частотах (в области ультразвука). Общие характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1

Аналог/Параметр	Аналог №1	Аналог №2	Аналог №3	Аналог №3
Диапазон излучаемых частот, кГц	5-90	5-100	15,5-100	70
Потребляемое напряжение Вт	10	5	4	1,5
Площадь помещения, защищаемая отпугивателем, мІ	400	100	200	250
Угол распространения сигнала, град	Не указан	110	150	100

2.1 Главные потребительские характеристики

Из всех характеристик аналогов необходимо выбрать главные потребительские. Такие характеристики которые будут наглядно показывать достоинства и недостатки данного прибора его основные отличия от других аналогов. Из всех характеристик не следует относить к главным потребительским те которые имеют незначительные отличия, и которые не ограничивают область его применения. Из представленных характеристик к главным можно отнести: размер, таймер, количество каналов, простота в обращении дополнительные возможности. Все данные характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметр/Аналог	Размер мм	Вес кг	Индикация включения	Стоимость руб.
Аналог №1	118х100х118	1,5	Да	5000
Аналог №2	125х65х40	0,5	Нет	1100
Аналог №3	150х90х70	1	Да	2500
Аналог №4	92х92х70	0,9	Нет	1500

3. ВЫБОР ПРОТОТИПА

Все представленные аналоги обладают свойствами, удовлетворяющими условия, поставленные в задании на курсовой проект.

Сразу можно исключить из рассмотрения аналог №1 т.к. у него слишком большие массогабаритные размеры и слишком высокое потребление мощности.

У аналога №2 малая площадь помещения, защищаемая отпугивателем.

У аналога №3 металлический корпус, это усложняет производство.

Аналог №4 подходит массогабаритными размерами, напряжение питания постоянного тока (от промышленной сети 220 В через поставляемый в комплекте адаптер или от любого другого источника постоянного тока соответствующего напряжения и мощности), В 12 ± 2.

Поэтому за прототип можно взять аналог №4.

Таким образом, из всех представленных аналогов следует выбрать №4 так как у него низкая потребляемая мощность (что немаловажно при проектировании переносных приборов). Недостатками являются малый угол распространения сигнала, отсутствие индикации включения, устаревшие радиоэлементы, не перестраиваемый диапазон излучаемых частот. Сделать это будет не очень проблематично, так как есть новые радио элементные базы, что позволяет изменить и дополнить схему.

4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ

4.1 Наименование, шифр, основание, исполнитель и сроки выполнения.

4.1.1 Наименование разработки изделия Курсовой проект (далее КП). На проектирование и изготовление прибора ультразвуковой отпугиватель грызунов.

5.1.2 Шифр проекта

4.1.3 Основание на выполнение КП: заявка на разработку ТЗ.

4.2 Цель выполнения, наименование

4.2.1 Целью КП является создание устройства для ультразвукового отпугивания грызунов.

4.2.2 Наименование изделия - «Отпугиватель грызунов ультразвуковой»

4.2.3 Индекс изделия -

4.2.4 Изделия предполагается использовать в складских помещениях, зернохранилищах, морских и речных судах, бытовых помещениях.

4.3 Тактико-техническое требование к изделию

4.3.1 Состав изделия

4.3.1.1Разрабатываемое изделие должно включать в себя:

- Прибор для отпугивания грызунов;

- Блок питания (адаптер переменного тока 12В);

4.3.1.2 Состав изделия может уточняться на этапах технического проекта.

4.3.2 Требование назначения

4.3.2.1 Разрабатываемое изделие предназначено для отпугивания грызунов в складских помещениях, зернохранилищах, морских и речных судах, бытовых помещениях.

4.3.2.2 Изделие должно обеспечивать:

- Удаление грызунов с защищаемой территории. вырабатывается рефлекс избежания мест, подвергаемых ультразвуковому воздействию.

- Стационарное использование.

- Питание от розетки 220В.

4.3.3 Требование радиоэлектронной защиты

Требование радиоэлектронной защиты не предъявляются.

4.3.4 Требование живучести и стойкости к внешним воздействиям

Разрабатываемое устройство предназначено для работы в умеренном климате, т. е. по климатическому исполнению относятся к виду «У» (среднегодовое изменение t⁰ = - 45⁰С … + 40⁰С).

4.3.5 Требование надёжности

4.3.5.1 Гарантийный срок эксплуатации изделия должен быть не менее 1 года с момента ввода в эксплуатации.

Срок службы до списания должен составлять не менее 8 лет.

4.3.5.2 Изделие должно относится к 6-ой группе исполнения. по условиям эксплуатации по ГОСТ 16019-78: носимые и портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в не отапливаемых наземных или подземных сооружениях, работающие и неработающие на ходу.

4.3.5.3 Вероятность отказов должна составить 9%.

4.3.5.4 Изделие должно обеспечивать возможность непрерывной круглосуточной работой.

4.3.5.5 При возникновении сбоев(отказов),а так же при аварийном отключении питания, изделие должно восстанавливать свою работоспособность после устранения (исчезновения) причины сбоев (отказов) или корректного перезапуска изделия.

4.3.6 Требование к эргономике, обитаемости и технической эстетике

4.3.6.1 Корпус изделия должен быть из пластика, не должно быть заусенец, забоин, вмятин и выбоин, нарушение покрытий и следов коррозии, а так же других дефектов, ухудшающих внешний вид.

4.3.7 Требование к эксплуатации и хранению, удобство технического обслуживания и ремонта

4.3.7.1 Время готовности изделия с момента включения питания должно быть не более 10 сек.

4.3.7.2 Электропитание изделия должно осуществляться от сети переменного тока напряжением от 187 В до 242 В и частотой 40+- 1 Гц.

4.3.7.3 Эксплуатационная документация изделия должна позволять осуществлять обучение пользователей правилам эксплуатации, порядку проведения технического обслуживания и ремонта.

4.3.7.4 Изделие должно выдерживать хранение в течение 3-х лет в т.ч. в не отапливаемых помещениях, с относительной влажностью не более 60%.

4.3.8 Требование к транспортабельности.

4.3.8.1 Транспортирование изделия должно осуществляется в штатной упаковке всеми видами транспорта на любые расстояния.

4.13.9 Требование безопасности

4.3.9.1 Электрооборудование изделия должно удовлетворять требованиям правил электробезопасности при работе с электроустановками напряжением до 300В

4.3.10 Требования стандартизации, унификации и каталогизации

4.3.10.1 Требования стандартизации, унификации и каталогизации не предъявляются.

4.3.11 Требования технологичности

4.3.11.1 Параметры РЭА и определяющие их дестабилизирующие факторы для носимой портативной РЭА 6 группы (ГОСТ 16019 - 78).

4.3.12 Конструктивные требования

4.3.12.1 Габаритные размеры изделия не должны превышать 600мм х 300мм х 400мм.

4.3.12.2 Масса изделия не должна превышать 10 кг.

4.3.12.3 Изделие должно эксплуатироваться при температуре от 4 до 34С.

4.3.12.4 Конструкция изделия и его составных частей должна исключать возможность неправильного подключения разъёмов, кабелей при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте.

4.4 Технико-экономические требования

4.4.1 Предельная стоимость изделия определяется максимальной ценой на комплектующие радиодетали.

4.4.2 Ориентировочная стоимость изделия в серийном производстве определяется исполнителем на 1 этапе конструирования.

4.5 Требование к видам обеспечения

4.5.1 Требования к информационно-лингвистическому обеспечению не предъявляются

4.6 Требования к сырью, материалам и комплектующим изделиям

4.6.1 Сырье, материалы и комплектующие по своим техническим условиям должны соответствовать требованиям, предъявляемым к разрабатываемому изделию.

Допускается применение покупных элементов импортного производства военного или промышленных стандартов.

4.6.2 Согласование применения комплектующих элементов производится при несоответствии их требованиям, предъявляемым к разрабатываемому изделию, а также при использовании их по другому назначению или при доработке.

4.6.3 Согласование применения комплектующих элементов производится при несоответствии их требованиям, предъявляемым к разрабатываемому изделию, а также при использовании их по другому назначению или при доработке.

4.7 Требования к консервации, упаковке и маркировке

4.7.1 Упаковка изделия должна соответствовать ГОСТ 23216-78 и ГОСТ ВД 23216-78

4.7.2 Маркировка изделия должна выполнятся путём нанесения надписей и содержать:

- условное наименование изделия;

- наименование и (или) товарный знак предприятия-изготовителя;

- номинальное напряжение пит

ания, условное обозначение рода тока, номинальная потребляемая мощность.

4.8 Условия хранения и эксплуатации

Предположительно работа и хранение данного прибора будет эксплуатироваться в условиях умеренного климата при температуре от -4⁰ до 30⁰. Его работа будет происходить преимущественно в закрытых помещениях с природной вентиляцией, без искусственного регулирования климатических условий. Из чего следует предложить, что его категория размещения на объекте будет № 3.

Хранить и транспортировать прибор надо в специальной таре (сумке). Для сохранения его внутренних качеств, т.к. прибор очень не устойчив к влаге и пыли.

4.9 Конструктивное ограничение

В заявке не было предъявлено габаритных ограничений. Поэтому следует выбрать размеры, при которых прибор будет удобен к эксплуатации, хранению и переносу. Материал из которого следует сделать корпус лучше всего выбрать пластмассу (для удобства в использование).

4.10 Производственно-экономические показатели

Так как прибор используется в обычных домашних условиях и рассчитана на обычного пользователя, то производство должно быть массовым. Группа изделия по стоимости разработки и производства №1 (минимальная стоимость, бытовая аппаратура).

ультразвуковой отпугиватель элемент плата



5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА КОНСТРУКЦИИ

Перечень элементов:

Тип элемента	Усл. обозначения	Кол-во	Масса, г	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	S	V
Транзисторы
VT1	КТ314Г	1	0,18	7,4	3	4	22,4	112,4
VT2, VT4	КТ829А	2	2х2	10,4	4,8	14,8	49,92	788,734
VT3, VT4	КТ816Г	2	1х2	7,8	2,8	11,2	21,84	244,608
Диоды
VD1	КД409А	1	0,16	4	2,4	2,4	10	24
VD2	АЛ307А	1	0,34	4	4	4,7	24	117,4
Резисторы
R1- R10	МЛТ 0,124	10	0,24х10	7	3	3	21	63
Микросхемы
DD1	К461ЛП2	1	1	19,4	7,4	4	146,24	731,24
DD2	К461ЛА7	1	1	19,4	7,4	4	146,24	731,24
DD3	К461ТМ2	1	1	19,4	7,4	4	146,24	731,24
DD4	К176ИР10	1	1	19,4	7,4	4	146,24	731,24
Конденсаторы
С1-С3	К14-14	3	4х3	16	12	16	192	3072
С4, С4	К40-34	2	0,4х2	4	2,4	4	12,4	40

5.1 Расчёт суммарного объёма и массы, площади радиоэлементов на ПП

?Vэл=7396,803мм³

?Sэл = 939,4 мм²

?m=26,19г

5.2 Определение площади необходимой для установки радиоэлементов

?Sэл=Sэл*Кs

Ks- коэффициент учитывающий эл. магнитные и тепловые помехи= 1,3

?Sэл=939,4*1,3=1221,22

5.3 Определение площади ПП

Sппэл= *?Sэл

К- коэффициент, xapaктepизyющий пpoцeнты испoльзoвния плoщaди ПП пoд компоненты и печатные трассы=0,6

Sппэл=1/0,6*121,22=2034,366 мм²

5.4 Расчёт объёма печатной платы

V=(l/K_v)* ? V_iycт

K_v=0.4 - статистический коэффициент, зависящий от назначения РЭС и условий эксплуатации

? V_iycт =Sобщ*h

h=h_max+ hпп + hпайки

где h_max=116мм - высота конденсатора К14-14,

h_пп = 1,4мм

h пайки = 1,4мм

h= 19мм

? V_iycт = 2034,366*19=38671,944=38,671944 см³

V = (l/K_v)- ? V_iycт = (1/0.4) * 38671,944=773,43908см³

5.4 Расчёт массы печатной платы

М = G * V_обш

где G = 0.9 -- статистический коэффициент, зависящий от назначения РЭС и условий эксплуатации

М = G * V_обш = 0,9*773,43908 ? 0,69кг

5.6 Способы установки

Я выбрал способы установки а), так как он наиболее удобен.

5.7 Определение размеров ПП

Если в исходных данных не указаны размеры ПП, то ими необходимо задаваться. Ширину ПП задаём, учитывая особенности изделия.

В соответствии с ГОСТ 10317-79 (Печатные платы. Основные размеры.) Размеры каждой стороны печатной платы выбираем кратные 2,4.

L_ПП = S_ПП/В_ПП

В_ПП = 44

L_ПП = 2034,366/ 44 = 44230.6 мм в соответствии с ГОСТ 10317-79



Выбираем L_ПП=47,4мм

5.8 Определение предварительного варианта конструкции блока

5.8.1 Выбор схемы компоновки устройства

При выборе схемы компоновки устройства используем следующие принципы:

1) модульность (деление на части).

2) иерархия модулей.

За) модули верхнего уровня компонуются в пространстве.

3б) модули нижнего уровня компонуются на плоскости.

4) зоны подгруппы элементов.

Исходя из последнего принципа конструкцию устройства можно разделить на 3 зоны:

- зона лицевой панели

- зона ячеек

- зона особых элементов

Учитывая вышеизложенные принципы, а также схемы компоновки уже выпускающихся промышленностью аналогичных устройств выберем схему компоновки РЭА (выделена на рисунке) из типовых схем. Такая схема компоновки наиболее привычна и удобна в бытовой технике.

Соотношение сторон В> L >H. Соотношение сторон выбирается таким, при котором прибор будет удобным к эксплуатации.

где 1 - зона лицевой панели, 2 - зона компоновки ячеек (субблоков), 3 - зона входных разъемов (клемм) блока.



Единственное что из-за характерного использования радиомикрофона, на лицевой панели будет располагаться микрофон, поэтому кнопка вкл/выкл питания будет располагаться на боковой панели корпуса.

Для компоновки блока был выбран тип2. Где:

1. Зона питания

2. Лицевая панель

3. Установка печатной платы

5.8.2 Определение размеров блока

Длина РЭА равна

L = L_пп + 2 * В_{стенки корпуса} + 2*L_{динамик}

L_пп = 47,4 мм.

2 * В_{стенки корпуса} = 2*1,4 = Змм.

L_{динамик} =2*24=40мм

L=47,4+3+40=100,4мм

Для удобства сделаем длину блока равной 110мм. тем самым, добавив воздушный промежуток между лицевой панелью и элементами ПП, и между динамиками, что обеспечит наилучший воздухообмен.

Ширина РЭА равна:

В = 2*В_{стенки корпуса} + В_{динамик}

L_{ист. пит}. мм. Размеры: 20 мм Ч 10 мм Ч 10 мм

В = 2*1,4 + 80= 83 мм.

Для удобства сделаем ширину РЭА равной 90мм из тех же соображения, что и длину.

Высота РЭА

Н= h_пу + Н_{кр пп} + 2*В_{стенки корпуса} + Н_{динамик}

Н= 19 + 6 + 3 + 80 = 108мм

Для удобства сделаем ширину РЭА равной 120мм из тех же соображения, что и длину.

Объём РЭА:

V'= LxBxH: 110 * 90 * 120 = 1188000 мм³

6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПП И ТРАССИРОВКА

Критерии размещения элементов на ПП:

Равномерное распределение элементов на ПП. Элементы располагаются по всей плате равномерно, так чтобы упростить задачу трассировки.

Тесно связанные элементы находятся близко друг к другу.

Трассы минимальной длины

Обеспечение теплового режима

Для удобства монтажа и исключения ошибок при монтаже желательно наносить на ПП дополнительную маркировку мест расположения элементов, их обозначение, полярность элементов и прочие обозначения, облегчающие монтаж и контроль плат.

Хорошим стилем будет считаться, если компоненты одного типа будут размещены в одном направлении и по возможности сгруппированы вместе.

Критерии трассировки:

Контакты соединяем по наименее короткому расстоянию.

Трассы ориентируем по координатной сетке. Шаг сетки 2.4 мм.

Угол поворота проводников равен 44 градусов. Прямой угол в крайних случаях допускается, но не рекомендуется

Входные цепи проводить как можно дальше от выходных.

7. АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Для разрабатываемого устройства необходимо провести анализ механических воздействий и перегрузок, связанных с ними: на вибрацию и ударные воздействия.

Синусоидальная вибрация:

- диапазон частот, Гц 0,4-100*

- Макс. Амплитуда ускорения, м • c^-2 (g) 20(2)

- Степень жесткости 11а

* требования только по устойчивости

Удары многократного действия:

- пиковое ударное ускорение м • c^-2 (g) 140(14)*

- длительность действенного ударного ускорения, мс 2-6

- Степень жесткости 4а

* требования только по прочности

Длина платы 47,4 мм

Ширина платы 44 мм

Толщина платы 1.4 мм

Масса РЭС 26,19 г

Материал ПП стеклотекстолит.

Выбранный способ крепления: в 4 точках

7.1 Вибрационная устойчивость РЭС

По ГОСТу 17416.1-90 устройство относится к группе механического исполнения M34.

Для выполнения расчета механических воздействий необходимы следующие исходные данные:

- Характер условий применения:

Перемещаемые нестационарные изделия, перечисленных в группах МЗЗ и, массой менее 40 кг.

Для расчета собственной частоты ПУ воспользуемся программным комплексом для лабораторных работ.

Как видно из полученного графика, собственная частота во много раз выше частоты воздействия вибрации.

Вывод: Так как условия виброустойчивости выполняются для печатной платы, считаем что устройство защищено от воздействий вибрации.

7.2 Ударные воздействия

Анализируем удары одиночного действия.

Длительность действия ударного ускорения, мс 2-20.

Пиковое ударное ускорение g =14

Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара.

Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Максимальное действие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы. Оценим воздействие прямоугольного ударного импульса на систему.

Hy,g	,c	f0,Гц		щ	Ky	Zmax, мм
14	0,002	4091,687	0,061099492	1470	0,78441	0,0004484
14	0,003	4091,687	0,040733124	1046,67	1,13824	0,0006644
14	0,004	4091,687	0,030449746	784	1,44478	0,0008433
14	0,004	4091,687	0,024439797	628	1,69267	0,0009881
14	0,006	4091,687	0,020366484	423,333	1,87184	0,0010927
14	0,007	4091 ,687	0,017446981	448,471	1,97404	0,0011429
14	0,008	4091,687	0,014274873	392,4	1,99808	0,0011663
14	0,009	4091,687	0,013477669	348,889	1,94001	0,0011324
14	0,01	4091,687	0,012219898	_14	1,80319	0,0010426
14	0,011	4091,687	0,011109016	284,444	1,49318	0,00093
14	0,012	4091,687	0,010183261	261,667	1,31862	0,0007697
14	0,013	4091,687	0,009399903	241,438	0,99028	0,000478
14	0,014	4091,687	0,008728410	224,286	0.6219	0,000363
14	0,014	4091,687	0,008146486	209,333	0,22824	0,0001332
14	0,016	4091,687	0,007637436	196,24	0,17464	-0,000101
14	0,017	4091,687	0,007188180	184,706	0,47046	-0,000333
14	0,018	4091,687	0,006788814	174,444	0,94314	-0,00044
14	0,019	4091,687	0,006431419	164,263	1,27741	0,000744
14	0,02	4091,687	0,006109949	147	1,46003	0,00091

Вывод:

Так как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем, что устройство защищено от воздействий удара.

7.3 Расчет теплового режима блока

Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Расчет тепловых полей внутри блока невозможен из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Расчет проводится для наиболее критичного элемента, т.е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону. Конструкция РЭА заменяется её физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего средне-поверхностную температуру t_н.з и рассеиваемую тепловую мощность Рн.з. Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа: определение температуры корпуса блока t_к и определение средне-поверхностной температуры нагретой зоны tн.з.

Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа:

определение температуры корпуса блока t_к;

определение средне-поверхностной температуры нагретой зоны t_н.з.

Для выполнения расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:

размеры корпуса:

-ширина B = 0,09м;

-длина L = 0,14 м;

-высота H = 0,12 м;

размеры нагретой зоны lbh, 0,0470,0440,019;

величина воздушных зазоров между нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса h_н = 0,004 м, нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса h_в = 0,096 м;

мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Р_о 120 мВт (т.к. потребляемая мощность составляет 140 мВт, то предположив что к.п.д. этой схемы не более 80%, мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Р_о 30 мВт);

мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Р_к = 0 Вт;

диапазон рабочей температуры самого нетермостойкого элемента сост. (-4070)^оС.

- температура окружающей среды t_о = 40^оС

Этап 1. Определение температуры корпуса.

1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока:

q_к = P_o/S_к ,

где S_к - площадь внешней поверхности корпуса блока,

S_к = 2(HB+BL+HL)

S_к = 2(0,120,09+0,090,14+0,120,14) = 0,0846 м²

q_к = 60*10^-3/0,0846 = 1,41 Вт/м.

Т.к. удельная поверхностная мощность корпуса блока составляет q_к = 1,41 Вт/м, то дальнейший расчет теплового режима для Т_max = 70C - не целесообразен.

8. ДОРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ

Выбор материала

Материал печатной платы выбираем стеклотекстолит, как наиболее подходящий для конструкций данного типа и стоимости. Материал корпуса - алюминий (для лучшей теплоотдачи, корпус выступает в качестве радиатора).

Выбор соединений

Детали корпуса крепятся друг к другу винтами.

Нанесение металлического покрытия.

Металл, имеющий более положительный потенциал по сравнению с контактирующим с ним металлом, необходимо покрыть защитным металлическим слоем в месте касания и вокруг него. Выбор металла для защитного слоя производится с учетом электрохимических потенциалов, технологии нанесения покрытия, условий коррозионного воздействия, а также класса коррозионной нагрузки; запланированного срока службы; материала и расположения детали; требуемого вида поверхности; способа получения защитного слоя.

Изоляция

Электрический контакт между двумя касающимися металлами может быть предотвращен с помощью использования, например, металлических клеев вместо электрически проводящих соединений или - в случае механически малонагруженных соединений - с помощью окраски.

Защита от воздействия влаги.

В разрабатываемой конструкции защита от воздействия влаги предусмотрена нанесением лакокрасочных покрытий на ПП и герметизацией корпуса.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

В результате конструирования устройства ультразвукового отпугивателя грызунов, были произведены расчеты устройства по тепловым характеристикам, устойчивость к механическим воздействиям, найдены массогабаритные параметры корпуса и устройства в целом.

Были получены следующие данные:

определены габариты блока м L * B *H: 0,140 х 0,09 х 012, и масса m = 0,6 кг.

удельная поверхностная мощность корпуса блока составляет q_к = 1,41 Вт/м.

частота собственных колебаний пластины f0 =1162,486Гц.

ударное ускорение = 18,08 g.

Размещено на Allbest.ru