Разработка лабораторного модуля для изучения генератора сигналов на базе цифро-аналогового преобразователя

Очистка заготовки, сверловка, нанесение флюса, лужение

После завершения травления и промывки платы необходимо очистить ее поверхность от защитного покрытия. Сделать это можно каким-либо органическим растворителем, например, ацетоном.

Далее необходимо просверлить все отверстия. Делать это нужно остро заточенным сверлом при максимальных оборотах электродвигателя. В случае, если при нанесении защитного покрытия в центрах контактных площадок не было оставлено пустого места, необходимо предварительно наметить отверстия (сделать это можно, например, шилом). Прижимное усилие в процессе сверления не должно быть слишком большим, чтобы на обратной стороне платы не образовывались бугорки вокруг отверстий. Обычные электродрели практически не подходят для сверления плат, поскольку, во-первых, имеют низкие обороты, а во-вторых, обладают достаточно большой массой, что затрудняет регулирование прижимного усилия. Удобнее всего для сверления плат использовать электродвигатели типа ДПМ-35Н и им подобные с насаженным на их вал небольшим цанговым патроном. После сверловки нужно обработать отверстия: удалить все зазубрины и заусенцы. Сделать это можно наждачной бумагой.

Следующим этапом является покрытие платы флюсом с последующим лужением. Можно использовать специальные флюсы промышленного изготовления (лучше всего смываемые водой или вообще не требующие смывания) либо просто покрыть плату слабым раствором канифоли в спирте. Лужение можно производить двумя способами: погружением в расплав припоя либо при помощи паяльника и металлической оплетки, пропитанной припоем. В первом случае необходимо изготовить железную ванночку и заполнить ее небольшим количеством сплава Розе или Вуда. Расплав должен быть полностью покрыт сверху слоем глицерина во избежание окисления припоя. Для нагревания ванночки можно использовать перевернутый утюг или электроплитку. Плата погружается в расплав, а затем вынимается с одновременным удалением излишков припоя ракелем из твердой резины.

5.3 Конструкторский расчет ПП (3 класс точности и т.д.)

Печатные платы по плотности проводящего рисунка делятся на 3 класса. Первый класс характеризуется наименьшей плотностью проводящего рисунка; второй и третий класс характеризуется высокой и повышенной плотностями проводящего рисунка.

Таблица 5.1

Минимальные значения геометрических параметров печатных плат

Наименование параметра	Условное обозначение	Размеры проводящего рисунка, мм
Ширина проводника	T	0,25
Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой	S	0,25
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки	bm	0,05
Отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы	J	0,400

Исходя из того, что минимальный диаметр вывода элемента, устанавливаемого на печатную плату, составляет 0,4 мм, следует, что с учетом допуска 0,5 мм минимальный диаметр отверстия на плате составит 0,5 мм. Следовательно, максимальная толщина платы будет равна

и составит 1,25 мм. Исходя из стандартного ряда и учитывая вышеприведенное соотношение, выберем толщину платы 1,5мм.

Минимальный диаметр контактной площадки выбирают исходя из условия сохранения целостности контактной площадки при сверлении платы.

Минимальный эффективный диаметр контактной площадки равен:

,

где d_max -максимальный диаметр просверленного отверстия (1,1 мм),

_отв - погрешность расположения отверстия (мм), определяется как

_отв = _О + _Б

и учитывает неточности сверления станка и погрешности базирования платы на станке.

_КП - смещение центра контактной площадки (мм), зависит от точности расположения рисунка на шаблоне, погрешности экспонирования, погрешности расположения базовых отверстий и находится так:

_КП = _Ш + _Э + 0,5 ( _П + _З ) = 0,095 мм,

b_m - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки.

В итоге получаем:

мм

Минимальный диаметр контактных площадок для двусторонних печатных плат рассчитываем по формуле:



,

где h_f - толщина наращенной гальванической меди (0,05 мм)

h_nM - толщина предварительно осажденной меди (0,006 мм)

h_p - толщина металлического резиста (0,02 мм)

мм

Рассчитаем минимальную ширину проводника:

,

Подставляя в эту формулу значения, получим

= 0.354 мм.

Найдем минимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне:

Подставляя в эти формулы значения, получим

мм

мм

=0,05 мм

Найдем максимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне:

Подставляя в эти формулы значения, получим

мм

мм

Найдем максимальное значение диаметров контактных площадок при экспонировании:

Подставляя в эту формулу значения, получим

мм

Таблица 5.2

Предельные значения выбранных технологических параметров

Наименование коэффициента	Обозначение	Величина
Толщина предварительно осажденной меди, мм	hnM	0.006
Толщина металлического резиста, мм	hp	0.020
Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм	О	0,060
Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм	Б	0,020
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне:
Контактной площадки, мм	Ш	0,05
Проводника, мм	Шt	0,03
Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм	Э	0,020
Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины	М	0-0,100
Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм	З	0,020
Погрешность положения базовых отверстий фотошаблона, мм	П	0,030
Погрешность диаметра отверстия после сверления, мм		0,020
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм		0,050
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм		0,020



6. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

6.1 Потребляемая мощность микросхем

Потребляемая мощность всей платы будет зависеть от потребляемой мощности отдельных элементов, и количества микросхем. Для расчета потребляемой мощности составим таблицу.

Таблица 6.1

Потребляемая мощность микросхем

Тип микросхемы	Количество корпусов	Мощность, потребляемая одним корпусом, мВт	Мощность, потребляемая всеми корпусами, мВт
MCP4921	1	75	75
PIC16F877	1	15	15
74HTC244	1	35	35
CC56-12	1	100	100

где P_потр - потребляемая мощность всей платы,

P - мощность одной микросхемы,

n - количество микросхем.

В итоге P_потр = 75+15+35+100= 225 мВт.

Таким образом, потребляемая мощность платы составила всего 225 мВт.

6.2 Расчет надежности

При проектировании устройства сопряжения я стремился создать конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношениям между заданными техническими характеристиками изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции.

На этапе эскизного проектирования проводятся ориентировочные расчеты, учитывающие влияние на надежность только количества и типов применяемых ЭРИ.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности ЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиям эксплуатации. Выполним расчет по внезапным отказам.

Исходные данные: Т_ср = 10000 ч -- заданная наработка на отказ. Система является нерезервированной.

Интенсивность отказа элементов с учетом условий эксплуатации ЭА:

где -- номинальная интенсивность отказов;

-- поправочный коэффициент на условия эксплуатации;

и -- поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов, = 1,0; = 1,0 (условия эксплуатации -- лабораторная ЭА);

-- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры, = 2 (для влажности 93% при температуре +25°С);

-- поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха,

= 1 (нормальное давление).

Тогда

Влияние температуры при расчете надежности учитывают, используя коэффициенты электрической нагрузки и температуру блока, полученную в результате теплового расчета. -- поправочный коэффициент в зависимости от температуры T° и коэффициента нагрузки . Температуру примем общей для всех ЭРИ: T=40°С. Режим электрической нагрузки учитывается коэффициентом нагрузки.

Средние значения коэффициентов нагрузки :

для резисторов -- 0,6; для конденсаторов -- 0,7

Тогда поправочный коэффициент равен:

для резисторов -- 1; для конденсаторов -- 0,6;

Таблица 6.2

Интенсивность отказов по типам элементов

Элемент	Обозначение	Номинальная интенсивность отказа	Количество, шт.
Резисторы: МЛТ 0,125		0,087	8
Кнопка:		0,2	6
Конденсаторы: К10-17В(CL)		0,04	5
Транзисторы: КТ 6127 ж		0.05	4
Печатная плата		0,7	1
Паяное соединение		0,01	143
Микросхемы: MCP4921 PIC16F877 74HTC244 СС56-12		0,5 0,2 0,3 0,4	1 1 1 1
Разъемы		0,01	5

Интенсивность отказа конденсаторов

Интенсивность отказа резисторов

Интенсивность отказа кнопок

Интенсивность отказа ПП

Интенсивность отказа паяного соединения

Интенсивность отказа микросхем

Интенсивность отказа разъема

Интенсивность отказа системы

Среднее время наработки на отказ

ч

ч > ч

Надежность последовательных элементов в течение 10000 часов определяем по формуле:

Таким образом, расчетное среднее время наработки на отказ превышает заданное время наработки на отказ ячейки .

Основными трудностями являются: отсутствие в отечественных базах данных необходимых справочных данных для ЭРИ, выпускаемых зарубежными производителями, и наоборот; значительное отставание новой версии ПО от обновления справочных данных о надежности новых ЭРИ, как отечественного, так и зарубежного производства.

7. РАЗРАБОТКА ПРОГРАМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МК

7.1 Описание среды разработки

MPLAB IDE - это абсолютно бесплатная среда разработки, включающая в себя редактор кода программ, менеджер проектов и непосредственно среду разработки. Предназначение данного программного продукта - быстрое и удобное написание и отладка кода программ для всего семейства микро-контроллеров фирмы Microchip. В среду разработки MPLAB IDE входит набор бесплатных компонентов, позволяющих создавать и отлаживать программы для 12, 16, 17 и 18-й серии микроконтроллеров фирмы Microchip, а так же для микроконтроллеров семейства dsPIC. Так же поддерживаются компоненты третьих фирм.

MPLAB IDE позволяет:

1. Создавать и редактировать кода программ, используя встроенный специализированный текстовый редактор.

2. Создавать, компилировать и линковать код программы.

3. Отлаживать программный код и следить за работой программы в пошаговом режиме, используя встроенный симулятор, либо в режиме реального времени, использую внешние эмуляторы MPLAB ICE 2000 и 4000, либо внутрисхемный отладчик MPLAB ICD2.

4. Производить измерения временных интервалов программы при помощи эмуляторов или симулятора.

5. Просматривать значения переменных в окне “Watch window”

6. Программировать микроконтроллеры, используя такие средства программирования, как MPLAB ICD2, PICSTART Plus, PRO MATE II.

7. Быстро находить ответы на вопросы, используя on_line помощь.

В комплект MPLAB IDE входят:

1. Редактор программ, программа отладки кода программ, менеджер проекта.

2. Макро ассемблер MPASM, линкер MPLINK, менеджер библиотек MPLIB.

3. MPLAB SIM - программный симулятор для микроконтроллеров PIC12/16/17/18xxx.

4. MPLAB SIM30 - программный симулятор для семейства dsPIC.

5. MPLAB ASM30 и MPLAB LINK30 - макро ассемблер и линкер для семейства dsPIC.

6. Набор утилит для работы с dsPIC.

7. PROCMD - утилита для работы с программатором PROMATE II.

7.2 Разработка алгоритма программы



8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

8.1 Маркетинговое исследование рынка модуля для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя

Название: лабораторный модуль для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя.

Заказчик: БОУ ЧР СПО «Чебоксарский электромеханический колледж»

Цель: Синтез, разработка и исследование лабораторного модуля для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя.

Характеристика: лабораторный модуль для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя, способный выдавать сигнал произвольной частоты предназначен для лабораторно-практических занятий, для технического обслуживания, ремонта, проведения измерений и для исследования в различных областях науки, промышленности и связи.

Разработка предназначена для коммерческого распространения.

Важной особенностью генератора на базе цифро-аналогового преобразователя, отличающим его от других является то, что он может выдавать сигнал произвольной формы.

Актуальность: генераторы сигналов произвольной формы используются в случаях, когда для отладки и испытания устройств нужно подавать сигнал нестандартной формы, получение которых без использования таких генераторов крайне затруднительно. Также используют как внутреннюю базу для медицинского оборудования.

В ходе маркетингового исследования был проведен опрос, где предлагалось приобретение данного устройства организациям, изготавливающим медицинское оборудование. Результаты можно увидеть в таблице 8.1



Таблица 8.1

Результаты опроса

Скольким организациям предложено	74
Сколько организаций согласно приобрести устройство в данном виде	14
Сколько организаций согласно приобрести устройство с доработкой	33

Исходя из данных таблицы (таблица 8) можно считать, что 47 организаций согласны приобрести данное устройство.

8.2 Расчёт трудоемкости и цены разработки

Разработку лабораторного модуля для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя условно можно разделить на этапы и работы конструкторской подготовки производства, представленные в таблице 8.2

Таблица 8.2

Перечень основных этапов ОКР устройства системы управления

Этап	Содержание работ, входящих в этап	Вид, отчетности по законченной работе	Кол-во исполнителей чел.	Должность	Продолжитель-ность работы, дни
1	2	3	4	5	6
Подготови-тельный	1. Ознакомление с заданием на проектирование		1	Руководитель проекта	1
	2. Подбор и изучение научно-технической литературы	Пояснительная записка	2	Старший техник, Руководитель проекта	3
	3.Анализ состояния вопроса по этой теме	Лит. обзор	1	Старший техник	3
	4. Разработка и согласование технического задания	Техническое задание	2	Старший техник, Руководитель проекта	4
Эскизный	1. Анализ и разработка структурной схемы	Структурная схема	1	Старший техник	4
	2. Проработка конструкции изделия в целом	Эскиз	2	Старший техник, Руководитель проекта	6
	3. Разработка алгоритма управляющей программы	Блок-схема алгоритма	1	Старший техник	5
	4. Составление пояснительной записки к эскизному проекту	Пояснительная записка	2	Старший техник, Руководитель проекта	10
Технический проект	1. Разработка принципиальной схемы	Принципиальная схема	2	Старший техник, Руководитель проекта	5
	2. Разработка конструкции печатной платы	Чертеж платы	1	Старший техник	4
	3. Составление спецификации	Спецификация	1	Старший техник	4
	4. Разработка кода управляющей программы	Код программы	1	Старший техник	15
	5. Составление пояснительной записки к техническому проекту	Пояснительная записка	2	Старший техник, Руководитель проекта	6
Изготовление опытного образца	1. Обеспечение опытного производства необходимыми материалами и комплектующими изделиями	Составление сметы	1	Старший техник	13
	2. Изготовление опытного образца	Опытный образец	1	Старший техник	6
	3. Проверка функционирования опытного образца	Акт проверки	2	Старший техник, Руководитель проекта	3
Приемка	Передача опытного образца заказчику	Акт передачи	2	Старший техник, Руководитель проекта	1
	Итого по расчетам				93
	Итого по графику				80

Из таблицы 8.1 можно сделать вывод, что работа над прибором занимает 93 дня. Из ленточного графика продолжительности ОКР (рисунок 8.1) видно, что работа старшего техника составляет 79 дней, работа руководителя проекта 39 дней.

Рисунок 8.1 Ленточный график продолжительности ОКР

С помощью полученных данных рассчитаем заработную плату работников, участвующих в разработке изделия. Результаты можно увидеть в таблице 8.3

Таблица 8.3

Расчет заработной платы работников

Должность	Оклад, руб./мес.	Оплата, руб./день	Продолжительность работ, дни	Итого, руб.
Старший техник	6600	264	79	20856
Руководитель проекта	12100	484	39	18876
Итого	39732
Дополнительная заработная плата (20% от основной зарплаты)	7946,4
Основная и дополнительная заработная плата	47678,4
Отчисления на социальные нужды (34% от основной и дополнительной зарплаты)	16210,65

Опираясь на данные, полученные при расчете, в таблице 8.3 , можно произвести условный расчет сметы на опытно-конструкторскую разработку изделия.

Полученные при расчёте данные следует внести в итоговую таблицу (табл. 8.4).



Таблица 8.4

Смета затрат на ОКР устройства

№ п/п	Затраты по элементам	Сумма, руб.
1	Материалы	1000,00
2	Основная заработная плата разработчиков	39732
3	Дополнительная заработная плата	7946,4
4	Отчисления на социальные нужды	16210,65
5	Накладные расходы	8582,1
6	Арендная плата	2300,00
Итого	75771,15

Арендная плата - форма имущественного договора или соглашения, по которому собственник передаёт арендатору право пользования и исключительного владения имуществом на определенное время при условии уплаты арендной платы.

Накладные расходы - канцтовары и тд., а отчисления на страховые взносы составляют 34% от основной заработной платы.

В аренду будут взяты лаборатория и компьютер с выходом в интернет.

8.3 Расчёт затрат на создание устройства

8.3.1 Затраты на основные и вспомогательные материалы

В данную статью расходов включаются материалы (основные и вспомогательные), расходуемые на изготовление нестандартных деталей и узлов проектируемого изделия согласно его конструкции, разработка которой представлена в предыдущих главах данного дипломного проекта.

Таблица 8.5

Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы на одну плату

№ п/п	Наименование и характеристика материалов	Единица измерения	Цена, руб.	Количество	Сумма, руб.
1	Стеклотекстолит СФ1-35Г ГОСТ 10316-78	м2	50	0,17	8,50
2	Припой ПОС-61	кг	820	0,1	82
	ГОСТ 21931-76
3	Хлорное железо	кг	80	0,25	20
	ГОСТ 11159-85
4	Ацетон ГОСТ 172991-78	л	96	0,01	0,96
5	Флюс паяльный ЛТИ-120	л	160	0,01	1,6
Итого: Основные материалы	113,06
Вспомогательные материалы (25% от основных)	28,26
Итого: основные и вспомогательные материалы	141,32
Транспортно-заготовительные расходы (20% от основных и вспомогательных материалов)	28,25
Всего затрат на основные и вспомогательные материалы	169,57

8.3.2 Затраты на комплектующие материалы

Затраты на комплектующие материалы на одно изделие определяются согласно ведомости спецификации. Результаты расчёта заносим в таблицу 8.6

Таблица 8.6

Расчёт затрат на комплектующие материалы на одно изделие

№ п/п	Наименование и характеристика изделий	Единица измерения	Цена, руб.	Количество	Сумма, руб.
1	ИМС PIC16F877	шт.	216	1	216
2	ИМС MCP4921	шт.	169	1	169
3	ИМС 74HCT244	шт.	11	1	11
4	ИМС CC56-12	шт.	200	1	200
5	Кнопки	шт.	5	6	30
6	Конденсаторы 0,1 мкФ	шт.	1	4	4
7	Резисторы	шт.	10	4	40
8	Разъем	шт.	1	8	8
Итого	678
Транспортно-заготовительные расходы (20%)	135,6
Всего	813,6

Расходы на производство одного прибора составляют 813,6 рублей.



8.3.3 Расчёт заработной платы производственных рабочих опытного производства, занятых изготовлением опытного образца

Сначала рассчитаем тарифную заработную плату на основании трудоёмкости изготовления лабораторного модуля для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя и часовых тарифных ставок. Расчёты по определению заработной платы производственных рабочих представлены в таблице 8.7.

Таблица 8.7

Расчёт заработной платы производственных рабочих

Виды работ	Вид операции	Разряд работы	Трудоемкость, ч	Часовая тарифная ставка, руб./ч	Итого зарплата, руб.
Изготовление печатной платы	Сверловка, нанесение рисунка, травление	3	16	26,50	424,00
Монтаж ЭРИ	Пайка	3	25	28	700
Регулировка изделия	Регулировка	5	14	45,50	637,00
Итого тарифная заработная плата	1761
Доплата (50% от тарифной заработной платы)	880,5
Итого основная заработная плата	2661,5
Дополнительная зарплата (18% от основной зарплаты)	479,07
Основная и дополнительная заработная плата	3140,57
Отчисления на социальные нужды (34% от основной и дополнительной заработной платы)	1067,79

За изготовление одной печатной платы работник будет получать 1761 (не считая премии).

8.3.4 Расчет прочих расходов

Используется укрупненный метод калькулирования величины накладных расходов. Результаты расчётов отдельных статей затрат, включаемых в себестоимость опытного образца, представлены в таблице 8.8



Таблица 8.8

Калькуляция себестоимости опытного образца проектируемого изделия

№ п/п	Наименование статей затрат	Опытный образец (сумма, руб.)
1	Основные и вспомогательные материалы	169,57
2	Комплектующие изделия	813,6
3	Основная заработная плата основных производственных рабочих	1761
4	Дополнительная заработная плата производственных рабочих	479,07
5	Отчисления на социальные нужды	1067,79
6	Арендная плата	2300
7	Общепроизводственные расходы (120% от основной заработной платы)	2113,2
	Полная себестоимость	8704,23

8.3.5 Расчёт цены единицы продукции

Для продажи устройства нужно рассчитать цену продукта. Для этого переменные затраты (основные и вспомогательные материалы и комплектующие материалы) и постоянные затраты (смета затрат на ОКР устройство) вносим в таблицу 8.9 для формирования на единицу продукции и на количество 47 штук.

Таблица 8.9

Формирование цены

№ п/п	Затраты	На единицу продукции	На 47 штук
1	Переменные	986,17	46349,99
2	Постоянные	75771,15	Ї
3	Валовые (1+2)	Ї	122121,4

Определим цену продукции:

(8.1)

где Р - цена единицы продукции,

З_перем - переменные затраты,

З_пост - постоянные затраты,

Приб. - прибыль 25%.

Рассчитаем количество продукции, при котором возместятся затраты:

(8.2)

где Q - количество продукции.

С - точка безубыточности

Произведем поверку расчёта точки безубыточности графическим методом (Рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 График безубыточности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Был произведён экономический расчёт целесообразности изготовления устройства. Продолжительность разработки устройства - 3 месяца.

Постоянные затраты, включающие в себя заработную плату разработчиков, арендную плату, социальные отчисления, накладные расходы, составляет 75771,15 рублей.

Затраты на основные и вспомогательные материалы и комплектующие изделия равны 986,17 рубля.

Для возможного запуска разработки лабораторного модуля для изучения генератора на базе цифро-аналогового преобразователя в серийное производство был рассчитан минимальный уровень производства устройства, при котором величина выручки от реализации продукта равна издержкам производства и обращения этого продукта, и он составляет 33 единиц продукции.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Попов В.В, Электрические измерения. - М.: Энергия, 2014

ЭВМ в проектировании и производстве. Вып.2 - Л.: Машиностроение, 2008

Жукова Г.А., Жуков В.П. Курсовое и дипломное проектирование по низковольтным электрическим аппаратам. - М.: Высшая школа, 2007

Усатенко СТ. и др. Выполнение электрических схем по ЕСКД. Справочник.- М.: Издательство стандартов, 2008

Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы.- Энергоатомиздат, 2010

Камнев В.Н. Чтение схем и чертежей электроустановок. - М.: Высшая школа, 2009

Размещено на Allbest.ru