Интерфейсный модуль RS2-4.5x

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. ТЗ на курсовой проект

2. Принцип работы интерфейсного модуля RS2-4.5x

3. Разработка конструкции интерфейсного модуля RS2-4.5x

3.1 Выбор и описание элементной базы

3.1.1 Описание элементной базы

3.1.2 Конструкторский анализ элементной базы

3.2 Выбор ПП

3.2.1 Выбор материала печатной платы

3.2.2 Компоновочный расчет печатной платы

3.2.3 Расчет элементов проводящего рисунка ПП

3.3 Поверочный конструкторский расчет ПП устройства

3.3.1 Расчет на действие вибрации

3.3.2 Расчет на удар

3.3.3 Тепловой расчет

3.3.4 Расчет надежности

3.3.5 Расчет электромагнитной совместимости

Заключение

Введение

В настоящее время проблема управления и обмены информацией стоит особо остро. Зачастую оборудование, управление котором должен осуществлять оператор находится на значительном расстоянии от места работы специалиста. Связь между рабочим местом и оборудованием осуществляется при помощи интерфейсных модулей различного типа.

Разрабатываемый в данном курсовом проекте модуль предназначен для решения задач управления/ обмена информацией с удаленными объектами и обеспечивает доступ к локальному узлу (узлам) управления по последовательному каналу с использованием основных принципов протокола MODBUS.

1. ТЗ на курсовой проект

Модуль RS2-4.5x предназначен для решения задач управления/обмена информацией с удаленными объектами.

Должен быть обеспечен доступ к локальному узлу(узлам) управления по последовательному каналу с использованием основных принципов протокола MODBUS. Модуль должен иметь 14 линий ввода / вывода.

Для обеспечения связи с более сложными узлами модуль кроме функций поддержки протокола и обеспечения доступа к внутренним ресурсам должен обеспечивать удобный доступ к локальным интерфейсам, используемым для взаимодействия между частями узла автоматизации.

Модуль должен обладать следующими техническими характеристиками:

- Микроконтроллер PIC18F252

- Быстродействие 10 Млн.команд/с (10 МГц * 4 PLL)

- Скорость работы RSxxx интерфейса 9600…460800 бод

- Локальные интерфейсы I2C, SPI, MicroLan

- Скорость работы локального интерфейса I2C 400 кГц

- Скорость работы локального интерфейса SPI до 700 кГц

- Количество линий MicroLan до 14

- Гальваническая развязка между RSxxx интерфейсом и всем остальным не хуже 2.5 кВ

- Количество линий ввода/вывода 14

Из них АЦП 10 бит 4

Из них ШИМ 10 бит 2

- FLASH память программ для пользователя 24 кБайта

- EEPROM память данных для пользователя 248 Байт

- RAM память данных для пользователя 1232 Байт

- Буфер приема / передачи RSxxx интерфейса 256 Байт

- Число команд RSxxx интерфейса 13

- Простая загрузка программ пользователя во FLASH через MODBUS и I2C

- Добавление пользователем своих команд при обработке команд MODBUS

- Светодиодная индикация Питание, Прием, Передача, Разрешение передачи

- Питание 5В+-10%

- Типичный ток потребления в отсутствие обмена по MODBUS 60 мА

- Температурный рабочий диапазон индустриального исполнения -40…+85 град.

- Габариты модуля 76.2*25.4*14 мм

Разрабатываемое устройство, является портативным электронным устройством, работающим в помещении.

Учитывая это, определяем значения воздействующих факторов:

Климатические факторы:

- нормальная температура: 18…24 °С

-относительная влажность: 20…90 % (при относительной влажности 80 % и температуре 20 °С время выдержки составляет 36 ч)

- пониженное давление: 6,1·104 Па (время выдержки 2…6 ч)

- уровень акустического шума 70…85 дБ

Механические факторы:

- вибрация: до 200 Гц с ускорением 2 g (время выдержки 0,5 ч)

- удары: до 10 g при длительности 5…10 мс

2. Принцип работы интерфейсного модуля RS2-4.5x

При работе с RSxxx реализован протокол MODBUS, с ниже описанными командами, на скоростях

9600…460800 бод в качестве мастера(начиная с версии 1.21) и в качестве slave-узла.

При работе качестве slave-узла MODBUS, контроллер поддерживает обработку 13 команд, обеспечивающих полный доступ ко всем внутренним ресурсам, включая запись/верификацию программной FLASH памяти, доступ в качестве MASTER-а к SLAVE-устройствам на шинах I2C и SPI.

При обработке команд MODBUS с выходом на шину I2C в качестве MASTER -а микроконтроллер соблюдает правила работы с мультимастерной шиной, не вмешиваясь в «чужие» обмены.

Команды, приходящие по протоколу MODBUS, для работы с внутренними ресурсами, используют прямую адресацию ресурсов микроконтроллера.

В микроконтроллере для работы с RSxxx отведен буфер 256 байт, что позволяет работать с пакетами данных до 249 байт. При приеме и отправке пакетов автоматически производится подсчет и проверка двух байтов CRC16.

По шине I2C микроконтроллер доступен и в качестве SLAVE-устройства. При этом, как и принято, первый байт пакета расценивается как адрес I2C-устройства и признак чтения/записи. Второй байт при записи интерпретируется как адрес ячейки внутри микроконтроллера.

Для полного доступа ко всем ресурсам контроллера по шине I2C принята страничная адресация.

Так, при обращении к ячейкам модуля с адресами 0...7Fh, обеспечивается доступ к RAM с адресами 0...7Fh.

При обращении к ячейкам 80...0FFh обеспечивается доступ к одной из страниц общего пространства RAM размером 128 байт.

Номер подставляемой страницы лежит в ячейке RAM 51h. Если номер станицы = 0 (по умолчанию), то будет подставлена страница с SFR-регистрами микроконтроллера. Это регистры специальных функций, они полностью определяют режимы работы микроконтроллера. При обращении к соответствующим регистрам SFR пользователь может записать/прочитать ячейку EEPROM, прочитать/стереть/записать программную FLASH память.

Вышеописанные функции обеспечивает резидентная программа записанная в микроконтроллер.

Резидентная программа использует:

48+256 Байт RAM -> 50h...7Fh(служебные ячейки) +500h...5FFh(буфер MODBUS) +(300h...3EFh(при работе с MicroLan))

8 Байт EEPROM -> 0F8h...0FFh(хранение адресов MODBUS и I2C, начальные установки)

8 кБайт FLASH -> 0...1FFFh(сама программа),

TMR3(системное время),

UART(MODBUS),

MSSP(I2C).

Пользователю предоставлены:

1232(-240 при работе с MicroLan) Байт RAM -> 0...4Fh + 80h...4FFh,

248 Байт EEPROM -> 0...0F8h,

24 кБайт FLASH -> 2000h...7FFFh.

SFR(RAM 0F80h...0FFFh) - т.е. все оставшиеся ресурсы.

Пользователь может использовать все свободные ресурсы для размещения своих программ. Передача управления в программы пользователя осуществляется установкой соответствующего бита в регистре пользователя RAM 50h.

При подаче питания в регистр пользователя заносится значение из ячейки EEPROM 0FCh, что позволяет пользователю, при желании, сразу передать управление своим программам.

3. Разработка конструкции интерфейсного модуля RS2-4.5x

3.1 Выбор и описание элементной базы

3.1.1 Описание элементной базы

Микросхема PIC18F2520

рис.1

3.1.2Конструкторский анализ элементной базы

Таблица 1

Наименование ЭРИ	Количество, шт.	Конструктивные параметры	Допустимые условия эксплуатации
		масса, г	установочная площадь,м2•10-6	Ном. интенсивность отказов,л0•10-6 1/ч	Диапазон температур, ?С	Вибрации	ударные перегрузки,g
						частота, Гц	перегрузки, g
Микросхемы PIC18F252 SIP7 ST232BD ST485BD 74HC00	1 1 1 2 1	4,0 3,2 1,9 1,9 3,5	169 110.96 34.98 34.98 138	0,01 0,01 0,017 0,017 0,01	-40…+85 -40…+80 -40…+80 -40…+80 -40…+125	1-500 1-500 1-500 1-500 1-500	8 5 5 5 5	20 20 20 20 20
Оптроны HCPL2630	2	10	16,5	0,3	-45…+85	1-700	10	25
Кв. резонаторы HC-49SM	1	3,0	47,9	0,02	-40…+85	1-600	10	30
Резисторы CR0805-JX	20	0,3	2,4	0,01	-55…+125	1-5000	10	40
Джамперы MJ-O-2	18	0,6	10	0,1	40…+100	1-500	8	20
Разъёмы PLD-20R(20 конт.) PLD-10 (10 конт.)	2 2	4,2 2,5	112,5 57,51	0,003 0,003	40…+100 40…+100	1-600 1-600	5 5	20 20
Конденсаторы 0603 К50-36	12 2	0,2 1,5	1,28 17	0,01 0,015	-55…+125 -55…+85	1-800 1-800	10 10	40 30
Светодиоды АЛ307КМ	5	1,3	26,1	0,2	-60…+70	1-600	10	20

На основе анализа элементной базы и типовых схем включения разрабатываем схему электрическую принципиальную (см. приложение)

3.2 Выбор ПП

3.2.1 Выбор материала печатной платы

Печатная плата (ПП) является несущей конструкцией модуля 1-го уровня. Таким образом необходимо выбрать её типоразмер, что связано со значительным снижением затрат на производство разрабатываемого изделия.

При выборе типоразмера необходимо обратить внимание на число устанавливаемых на ПП электрорадиоиззделий (ЭРИ), на их варианты установки и т.п. Компоновочный расчет печатной платы модуля сводится к определению габаритных размеров ПП с учетом сложности электрической схемы. Необходимо определить установочную площадь ЭРИ как площадь прямоугольника, размеры которого зависят от внешних предельных очертаний установочной проекции ЭРИ на поверхность ПП, включая отформованные выводы.

3.2.2 Компоновочный расчет

Суммарная площадь всех элементов

Ориентировочно площадь ПП на ранних стадиях проектирования и при разработке моноконструкции ячейки можно определить по следующей формуле:

S = ,

где S_iуст - установочная площадь i-го элемента;

k_S - коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры, примем k_S =3;

n - количество элементов.

Данные установочных площадей ЭРИ указаны в таблице 2.2.1:

S=3(169+110,96+34,98+34,98+138+47,9+22+2,4+12*1,28+5*26,1+5*10+112,5+57,51)=2863,47 мм²

Определение площади печатной платы

Так как плата двусторонняя, то

S_пп = ; S_пп = = 1431,74 мм².

Согласно проведенному расчету площади печатной платы выбираем по ГОСТ 10317-79 длину и ширину печатной платы, которые в нашем случае равны 76,2 мм и 25,4 мм.

3.2.3 Расчет элементов токопроводящего рисунка

Для проектируемого модуля выберем двухстороннюю печатную плату.

Класс точности ПП - второй по ГОСТ 23751-86. ПП с такой точностью наиболее проста в исполнении, надёжна в эксплуатации и имеет минимальную стоимость, что выгодно при любом объёме производства от мелкосерийного до крупносерийного. Параметры:

Таблица 3.3.1

Условные обозначения элементов печатного монтажа	Класс точности ПП 2
t, мм	0,45
S, мм	0,45
b, мм	0,20
г = d/H	0,40
?t, мм (без покрытия)	±0,10
?t, мм (с покрытием)	+0,15; -0,10
T1, мм - ОПП, ДПП, МПП (наружный слой)	0,10
T1, мм- МПП (внутренний слой)	0,15

Примечание

t - наименьшая номинальная ширина проводника,

S - наименьшее номинальное расстояние между проводниками,

b - минимально допустимая ширина контактной площадки,

d - номинальное значение диаметра наименьшего металлизированного отверстия,

Н - толщина печатной платы,

?t - предельное отклонение ширины печатного проводника

Т₁ - позиционный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка.

Материалом для ПП выберем стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35 (отличающийся хорошими механическими и электрическими характеристиками, повышенной теплостойкостью, меньшим влагопоглощением) с толщиной диэлектрического основания 1,5 мм.

Расчёт диаметра монтажных отверстий

Минимальный размер металлизированного монтажного отверстия определяют по формуле:

d₀ H_П •

где Н_П - толщина ПП;

=0,4 - отношение диаметра металлизированного отверстия к ширине ПП;

Поскольку Н_п=1,5 мм, то по формуле для рассчитывай минимального диаметра металлизированного монтажного отверстия: d₀ 1,5•0,4 = 0,6 мм, т.е. d₀ 0,6 мм.

Номинальный размер монтажных отверстий определим по формуле:

d - |d|_н.о d_э + r

Здесь d_н.о = 0,15 мм -- нижнее предельное отклонение диаметра отверстий

d_э -- максимальное значение диаметра вывода ЭРЭ, установленной на ПП;

r -- разница между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода, устанавливаемого ЭРЭ; её выберем в пределах 0,1...0,4 мм.

d_э= 0,69 мм

Примем r=0,25 мм, тогда номинальный диаметр монтажных отверстий:

d0,69+0,25+0,15=1,09 мм.

Округляем расчётное значение в сторону увеличения и сводим к предпочтительному ряду отверстий, тогда

d=1,1 мм.

Расстояние от края ПП до элементов печатного рисунка

Расстояние Q₁ от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учётов допусков на размеры сторон. Примем Q₁=2,0 мм;

Расстояние от края паза до элементов печатного рисунка

Расстояние Q₂ от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяют по формуле:

Q₂=q+k+1/2(T_D²+T_d²+?t²_в.о.)^1/2,

где q =1,0 мм - ширина поверхностных сколов и ореолов;

k = 0,3 мм - наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка;

T_D = 0,25 мм - позиционный допуск расположения центров КП;

T_d = 0,15 мм - позиционный допуск расположения осей монтажных отверстий;

?t²_в.о =0,15мм - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции.

Тогда:

Q₂ = 1+0,3+(1/2)·(0,25²+0,15²+0,15²)^1/2=1,46 мм.

Расчёт ширины печатных проводников

Проводится по формуле:

t = t_minD + |t_н.о|

где t_minD = 0,45 мм -минимально допустимая ширина проводника (табл.3.3.1),

t_н.о = 0,1 мм - нижнее предельное отклонения размеров ширины печатного проводника (см. табл.3.3.1).

Тогда наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника:

t= 0,45 + 0,1 = 0,55 мм.

Расчёт диаметра контактных площадок

Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:

D=(d+ d_в.о) + 2b + t_в.о + 2d_тр +(T²_d+T²_D+t²_н.о)^1/2,

где d_в.о = 0,1 мм -- верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b = 0,1 мм -- гарантийный поясок;

d_тр = 0 мм(для ДПП) - величина подтравливания диэлектрика в отверстии;

t_в.о =0,15 мм -- верхнее предельное отклонение ширины проводника.

t_н.о =-0,1 мм -- нижнее предельное отклонение ширины проводника

d= 0,6 мм;

T_D = 0,25 мм - позиционный допуск расположения центров КП;

T_d = 0,15 мм - позиционный допуск расположения осей монтажных отверстий.

Тогда по формуле:

D = (0,6+ 0,1) + 20,1 + 0,15 + 0 +(0,15²+0,25²+0,1²)^1/2 = 1,36 мм

Округляем расчетное значение диаметра КП в большую сторону до десятых долей миллиметра и получаем D = 1,4 мм,

Таким образом, наименьший номинальный диаметр КП D = 1,4 мм.

Расчёт расстояния между элементами проводящего рисунка

а) наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка(между двумя проводниками) S определяют по формуле:

S = S_{min D} + ?t_в.о.+ Т₁/2,

где Т₁=0,15 мм - позиционный допуск расположения печатных проводников;

?t_в.о.= 0,15 мм - верхнее предельное отклонение ширины проводника;

S_{min D}= 0,45 мм -минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

Тогда: S = 0,45+0,15+0,15/2 =0,675 мм.

б) наименьшее номинальное расстояние для размещения двух КП номинального диаметра в узком месте в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,55 мм;

в) наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 3,55 мм;

г) наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D₁ и D₂ определяют по формуле:

l=tn+ S(n+1)+T₁+(D₁+D₂)/2,

Здесь t = 0,55 мм - наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника.

Примем n=2 - число проводников; S = 0,675 мм; Т₁=0,15 мм; D₁=D₂=1,8 мм, тогда:

l = 0,55·2+0,675(2+1)+(1,8+1,8)/2= 4,925 мм.

3.3 Поверочный конструкторский расчет ПП устройства

3.3.1 Расчет на действие вибрации

Боковые стороны ПП расположены в направляющих, считаем их опёртыми. На третьей стороне ПП расположена вилка разъёма, на четвёртой - панель, будем считать, что эти края ПП жёстко защемлены. Расчётная модель представлена на рис.2

Рис.2 Расчётная модель ячейки

интерфейсный модуль информация удаленный объект

Считаем, что вибрации действуют в плоскости, перпендикулярной плоскости ячейки. Возбуждение системы - кинематическое, так как источник вибраций внешний.

Диапазон действующих вибраций ?f=10…70 Гц; вибрационное ускорение а₀=39,2 м/с².

Определение частоты собственных колебаний.

Считаем, что ячейка равномерно нагружена. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляем по следующей формуле:

,

Где а=76,2 мм - длина пластины;

b=76,2 мм - ширина пластины;

D - цилиндрическая жёсткость:

=8,926 Н•м.

Здесь Е=3,02•10¹⁰ Н/м² - модуль упругости материала платы;

h = 1,5 мм - толщина платы;

х=0,22 - коэффициент Пуассона;

М - масса пластины с ЭРИ, кг:

М = M_пп + M_эри = 5,9*10^-3+44,6*10^-3=50,5*10^-3 кг

где M_пп - масса ПП:

M_пп=с_ппhab = 2,05•10³•1,5•10^-3•76,2•10^-3•35,4•10^-3 =5,9*10^-3 кг;

с_пп=2,05•10³ кг/м³ - плотность материала платы СФ;

М_эри - масса ЭРИ (см. табл.2.2.1).

= 44,6*10^-3 кг_,

где m_i - масса i-го ЭРИ i-го типа;

N_i - количество ЭРИ i-го типа;

К_б - коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле:

Здесь k=9,87, б=1, в=3,57, г=5,14 - коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП.

Таким образом собственная частота ПП:

Собственная частота f₀ = 306,97 Гц, что значительно превышает частоты действующих на конструкцию вибраций (?f=10…75 Гц).

3.3.2 Расчет на удар

Проверим выполнение условий ударопрочности.

Длительность удара ф = 5…10 мс; ускорение а = 100 м/с²; частота х=40…120мин^-1.

Определение условной частоты ударного импульса

Определяем условную частоту ударного импульса для наихудшего случая (ф = 5 мс):

щ=р/ф= р/0,005 = 628,319 с^-1.

Определение коэффициента передачи при ударе

Коэффициент передачи при ударе для полусинусоидального импульса

где х - коэффициент расстойки;

f₀=306,97 Гц - частота собственных колебаний.

Определение ударного ускорения

Ударное ускорение рассчитывается по следующей формуле:

а_у = | аК_у |=|100·(-0,528)|=52,8 м/с²,

где а - амплитуда ускорения ударного импульса.

Выразим ударное ускорение в единицах g:

а_у=5,38g.

Определение максимального относительного перемещения

Максимальное относительное перемещение

Проверка выполнения условий ударопрочности

1. Для ЭРИ.

Минимально допустимая нагрузка для ЭРИ (см.табл. 1)

а_доп=20g,

а_доп=8g>а_у=5,38g.

Следовательно, условие ударопрочности выполняется.

2. Для ПП с ЭРИ

Условие ударопрочности:

Z_мах<0,003b

В нашем случае Z_мах= 0,14•10^-6 м < 0,003b = 2,2910^-4 м.

Следовательно, условие ударопрочности выполняется.

Ударное ускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ и ячейки, таким образом, удовлетворяется требование ТЗ на воздействие удара. Следовательно, дополнительных конструкционных мер защиты от ударных воздействий не требуется.

3.3.3 Тепловой расчет

Для расчета теплового режима проектируемого устройства удобно воспользоваться коэффициентным методом расчёта. Его суть заключается в том, что искомую температуру перегрева корпуса и печатного узла (нагретой зоны) можно представить в виде произведения:

t = tр К1 К2 … Кn

где t - искомая среднеповерхностная температура перегрева, С;

tр - базовый перегрев, определяемый мощностью, приходящейся на единицу поверхности;

К1, К2 … Кn - коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на условия теплообмена, причём каждый коэффициент зависит только от одного параметра..

Исходные данные для расчёта:

L1 = 83 мм - длина корпуса прибора.

L2 = 43 мм - ширина корпуса прибора.

h = 23 мм - высота корпуса прибора.

Еп = 0,8 - относительная степень черноты поверхности.

Ро = 750 мм рт. Ст. - атмосферное давление.

tокр = 24 С - максимальная температура окружающей среды.

Считаем, что ориентация нагретой зоны горизонтальная.

Целью расчёта является определение среднеповерхностной температуры корпуса и печатного узла, которые в данном разделе называются нагретой зоной.

Определим рассеиваемую мощность внутри корпуса:

где Uпит - напряжение питания, 12 В,

Iпот - потребляемый ток, 0,5 А.

Определим объём корпуса приборов:

Vпр = L1 L2 h,

где L1 - ширина корпуса, м;

L2 - длина корпуса, м;

H - высота корпуса, м.

Vпр = 0,042*0,083*0,023=0,000082 м3.

Определим коэффициент заполнения объёма:

где Vд - объём всех деталей прибора;

Vпр - объём корпуса прибора.

Рассчитываем приведённый размер основания нагретой зоны:

где L1 - ширина корпуса, м;

L2 - длина корпуса, м;

Рассчитываем приведённую высоту нагретой зоны:



где h - высота корпуса, м;

Кз - коэффициент заполнения объёма.

Определяем приведённую высоту воздушного зазора между нагретой зоной и корпусом:

где h - высота корпуса, м;

h3 - приведённая высота нагретой зоны.

Определяем геометрический фактор:

где h1 - приведённую высоту воздушного зазора между нагретой зоной и корпусом, м;

Iпр - приведённый размер основания нагретой зоны, м.

Рассчитываем площадь поверхности корпуса прибора:

где L1 - ширина корпуса, м;

L2 - длина корпуса, м;

H - высота корпуса, м;

Рассчитываем приведённую поверхность нагретой зоны:

где Iпр - приведённый размер основания нагретой зоны, м;

hз - приведённая высота нагретой зоны.

Рассчитаем удельную поверхностную мощность нагретой зоны:

где Ррас - мощность, рассеиваемая внутри корпуса прибора, Вт;

Sз - приведённая поверхность нагретой зоны.

Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса:

где Ррас - мощность, рассеиваемая внутри корпуса прибора, Вт;

Sк - площадь поверхности корпуса прибора.

Определяем среднеповерхностный перегрев корпуса:

где - коэффициенты определяются по графикам, приведены на рисунке 2.

Определяем среднеповерхностную температуру корпуса:

где tокр - температура окружающейсреды;

tк - среднеповерхностный перегрев корпуса.

Определяем среднеповерхностный перегрев нагретой зоны:



где - коэффициенты определяются по графикам, приведённым на рисунке 2.

Определяем среднеповерхностную температуру нагретой зоны:

где tk - среднеповерхностная температура корпуса;

tз - среднеповерхностный перегрев нагретой зоны.

Основываясь на полученных данных, делаем вывод, что элементная база выбрана правильно, так как температурный режим не превышает диапазона температур входящих в него элементов.

3.3.3 Поверочный конструкторский расчет надежности

Т_ср=3000 ч - заданная наработка на отказ. Вероятность безотказной работы р(t)=0,9. При расчёте надёжности допускаем, что отказы элементов внезапные и независимые.

Интенсивность отказа элементов с учётом условий эксплуатации ЭА:

л_i = л_0i•k•a_i(T,k_н),

где л_0i - номинальная интенсивность отказов;

k =2,8 - поправочный коэффициент на условия эксплуатации (носимая ЭА),

Средние значения коэффициентов нагрузки k_н, учитывающего режим электрической нагрузки:

· для резисторов - 0,6,

· для конденсаторов - 0,7,

· для диодов - 0,5.

Поправочный коэффициент a_i(T,k_н) в зависимости от температуры Т^о и коэффициента нагрузки k_н:

· для резисторов - 1,

· для конденсаторов - 0,6,

· для диодов - 0,6.

Интенсивность отказа микросхем:

л_мс=(0,01•3+0,017•2) •2 •10^-6=0,213•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа диодов:

л_VD=0,2•5 •2•0,5•10^-6=1,0•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа кварцевых резонаторов:

л_Q=0,002•2•10^-6=0,04•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа джапмеров:

л_J=0,1•5•2•10^-6=1,0•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа разъёмов:

л_X=0,003•30•2•10^-6=0,18•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа конденсаторов:

л_C = (12•0,01+2•0,015) •0,6•2•10^-6=0,18•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа резисторов:

л_R=22•0,01•0,6•2•10^-6=0,44•10^-6 1/ч

Интенсивность отказа паяного соединения:

л_0ОМ=214·0,01·10^-6=2,14·10^-6 1/ч

Интенсивность отказа системы:

л= (0,128+2+0,04+1+0,18+0,18+0,44)•10^-6 =5,8•10^-6 1/ч

Среднее время наработки на отказ:

Т_{ср.расч.}=1/л = 172413,8 ч.

Т_{ср.расч.}=172413,8 ч > Т_ср.= 3000 ч.

Таким образом расчётное среднее время наработки на отказ Т_{ср.расч.} превышает заданное время наработки на отказ ячейки Т_ср.

Рассчитаем вероятность безотказной работы за 3000 часов:

Р(t) = е^{-? t}

Р(t) = ехр(-5,8•10^-6•3000) = 0,98.

Вероятность работы для 3000 ч Р(t)=0,8, что превышает заданную вероятность работы Р(t)=0,95.

рис.3

3.3.5 Расчет на электромагнитную совместимость

Основными электрическими параметрами линий связи являются: погонная емкость и индуктивность, а электрические параметры определяются физическими характеристиками: относительной электрической и магнитной проницаемостью и конструктивными параметрами, а именно коэффициентом формы. Значение коэффициента формы определяется конструкцией линий связи, оно зависит только от ее формы, размеров и расположения. Для копланарных линий связи коэффициент формы считается:

w - ширина проводника;

b - расстояние между ними;

T - толщина.

Расчёт погонных параметров линии связи

;

где

, , - погонные значения взаимной емкости, взаимоиндукции и задержки;

- диэлектрическая проницаемость воздуха;

- магнитная проницаемость воздуха;

, - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости платы;

, - диэлектрические проницаемости платы и лака соответственно (значения диэлектрических проницаемостей приведены для стеклотекстолита);

- относительная магнитная проницаемость.

.

Следовательно: .

Критическая длина линий связи:

Определим, к какому классу относятся линии связи:

Исходя из того, что частота процессора ~20 MHz, минимальная длительность фронта сигнала, передаваемого по линии связи .

Средняя длина линий связи:

Выполняется условие , а значит линии классифицируются, как электрически короткие.

Определим комплексную составляющую помехи:

Параметры, МК

Комплексное взаимодействие:

Взаимная ёмкость:

Взаимоиндукция:

Таким образом, помеха при согласном включении:



А при встречном:

Полученные значения комплексных взаимодействий удовлетворяют допустимому значению: Uп<Uдоп=0,9В.

Вывод

В процессе разработки проекта интерфейсного модуля RS2-4.5x был проделан ряд работ:

· Проведен анализ конструкции и принципов функционирования интерфейсного модуля RS2-4.5x,

· Разработаны и документированы принципы функционирования модуля.

· Разработана структура модуля на типовых (стандартных) микросхемах.

· Разработаны принципиальная электрическая схема модуля и конструкция печатной платы.

· Проведены поверочные конструкторские расчеты.

Размещено на Allbest.ru