Система обнаружения препятствий на железнодорожном переезде
Общие сведения о переездной сигнализации. Технические решения по обнаружению препятствий на переезде. Выбор и расчет функциональной и электрической схемы охранной системы. Разработка конструкции излучателя и приемника. Конструирование корпусов устройства.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.10.2011 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ВВЕДЕНИЕ
Важное место в сооружениях железных дорог занимают переезды - места пересечений в одном уровне железнодорожного полотна и автомобильных дорог. Они являются точками повышенной опасности для движения, как по железнодорожному пути, так и по автомобильной дороге. Устройство вместо них пересечений дорог в разных уровнях требует значительных капитальных затрат и мощностей строительных организаций. Оно ведется ограниченно, и в первую очередь при особенно высоких размерах железнодорожного и автомобильного движения, на городских магистралях, на линиях с высокоскоростным движением поездов. Однако при сравнительно небольших и средних размерах движения замена переездов пересечениями в разных уровнях во многих случаях не может быть экономически обоснована и тем более реализована. Таким образом, переезды на длительную перспективу остаются важным сооружением железнодорожного пути. В связи с этим особое значение приобретает выполнение требований безопасности движения на переездах. Эти требования осуществляются системами автоматической переездной сигнализации, неразрывно связанной c устройствами путевой блокировки на перегонах и соответствующими техническими средствами на станциях. Системы переездной сигнализации и относящихся к ней тех или иных заградительных устройств, применяются на железной дороге с первых дней их существования. Естественно с совершенствованием систем автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов, изменялись и совершенствовались устройства переездной сигнализации. Описываемая ниже инфракрасная лучевая система обнаружения препятствий на переезде может широко использоваться на сети железных дорог России и СНГ.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ, ВЫБОР И РАСЧЁТ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
1.1 Общие сведения о переездной сигнализации
препятствие переезд излучатель сигнализация
Железнодорожные переезды - места пересечения в одном уровне железных дорог с автомобильными дорогами, а иногда с городскими улицами и трамвайными путями - оборудуются устройствами сигнализации, служащими для своевременного предупреждения водителей безрельсовых транспортных средств на подходах к переезду о приближении к нему поезда. Кроме того, средства переездной сигнализации должны допускать возможность подачи поезду сигнала остановки в случае аварийной ситуации на переезде. Ограждение переездов со стороны автомобильных дорог осуществляется подачей в момент приближения поезда к переезду оптических и акустических сигналов, дополняемых в ряде случаев механическим ограждением - шлагбаумом. В зависимости от условий работы переезд оборудуется одним из следующих устройств:
автоматической светофорной сигнализацией;
автоматической светофорной сигнализацией с автоматическим шлагбаумом;
автоматической оповестительной сигнализацией с неавтоматическим шлагбаумом;
Неавтоматические шлагбаумы имеют механические приводы ручного управления или электрические с дистанционным управлением. Переездные светофоры и автоматические полушлагбаумы должны устанавливаться перед переездом на обочине с правой стороны ( по движению автотранспорта ) на расстоянии не менее 6м от ближайшего рельса. При этом следует учитывать, что место установки сигнала должно обеспечивать хорошую видимость его со стороны автотранспорта и не увеличивать длину переезда ( расстояние между сигналами, ограждающих переезд с обеих сторон ), т.к. с увеличением длины переезда увеличивается время его занятости транспортом и снижается его пропускная способность. В отличие от переездных светофоров и полушлагбаумов, шлагбаумы с брусом, перекрывающие всю дорогу, устанавливаются на расстоянии не менее 8,5 м от крайнего рельса, что позволяет экипажам, оказавшимся на переезде между закрытыми шлагбаумами, отъехать от железнодорожного пути на безопасное расстояние. Переездные сигналы и автошлагбаумы, ограждающие переезд, дополняют автодорожными знаками. Перед переездом без шлагбаумов должны устанавливаться два предупреждающих знака " Железнодорожный переезд без шлагбаума". Первый знак устанавливается на расстоянии 50-100 м, а второй 150-300 м от крайнего рельса пересекаемого железнодорожного пути. Перед переездами, оборудованными шлагбаумами, на тех же расстояниях устанавливаются два предупредительных знака "Железнодорожный переезд со шлагбаумом".
1.2 Известные технические решения по обнаружению препятствий на переезде
1.2.1 Инфракрасный однолучевой (лазерный) метод обнаружения препятствий
В комплект устройства лазерного принципа действия входят (рисунок 1.1.) передатчик (ИЗ), приемник направленного излучения (ПР) и пять отражателей (О). Указанных элементы располагаются таким образом, чтобы любой предмет размера не менее 2,9 х 1,3 х 0,75 м пересекал хотя бы один лазерный луч в пределах контролируемой зоны. Источником излучения служит GaAs светодиод, вырабатывающий импульсы инфракрасного излучения длительностью 200нс и мощностью 5Вт. С помощью объектива создается пучок параллельных лучей диаметром 55 мм. Приемник излучения представляет собой кремниевый фотодиод, работающий в наносекундном диапазоне. Чувствительность приемника составляет не менее 10мкВт. В исходном состоянии, когда шлагбаумы открыты, ПР работает в режиме дежурного приема, а ИЗ обесточен, все элементы оптической системы закрыты защитными крышками. При закрытии шлагбаумов ИЗ включается, а крышки открываются. Приблизительно через 2с после освобождения переезда, происходит выключение ИЗ, и крышки закрываются. Испытания данного устройства показали его высокую помехоустойчивость. Так, при ухудшении видимости во время тумана до 23 м расстояние, надежно перекрываемое устройством, достигает 70 м.
1.2.2 Локационный метод обнаружения препятствия, с использованием инфракрасного излучения
Это устройство можно применить для охраны какого-либо объекта или как сигнальный датчик в приборах автоматики самого разного назначения (например, автоматического включения и выключения света в местах временного пребывания людей: ванных комнатах, туалетах, подъездах). Его особенностью является компактность конструкции и полная автономность работы за счет объединения в одном корпусе ИК - излучателя и приемника отраженного сигнала. После включения устройство через 6 секунд переходит в дежурный режим. Работая как локатор, оно, излучает в ИК-диапазоне невидимый свет и принимает отраженный сигнал. При появлении постороннего объекта, оно в течение 30-90 сек. выдаст звуковой сигнал или держит замкнутыми контакты реле, предназначенные для подключения более мощной сирены или коммутации каких-либо других внешних устройств. По истечении определенного времени устройство автоматически переходит в дежурный режим, о чем сигнализирует включение светодиода. Звуковой сигнал можно прерывать вручную кнопкой. Принцип действия этого устройства изображен на рисунке 1.2.
1.3 Помехи в ИК-датчиках
Перейдем к анализу помеховых воздействий, вызывающих ложное срабатывание ИК-датчика. Под помехой будем понимать любое воздействие внешней среды или внутренние шумы приемного устройства, не связанные с движением человека в зоне чувствительности датчика.
Предлагается следующая классификация помех:
тепловые, обусловленные нагреванием фона при воздействии на него солнечного излучения, конвекционных потоков воздуха от работы радиаторов, кондиционеров, сквозняков;
-- вибрационные, возникающие вследствие колебания луча чувствительной зоны под воздействием вибрации и случайного изменения положения датчика;
-- электрические, вызываемые наводками от источников электро- и радиоизлучений на отдельные элементы электронной части датчика;
-- собственные, обусловленные шумами ИК - приемника и тракта усиления сигнала;
посторонние, связанные с перемещением в зоне чувствительности датчика мелких животных (собаки, кошки, птицы) или насекомых но поверхности входного оптического окна датчика .
1.3.1 Тепловые помехи
Наиболее значительной и «опасной» помехой является тепловая, вызываемая изменением температуры участков фона, на который направлены лучевые зоны чувствительности. Воздействие солнечного излучения приводит к локальному повышению температуры отдельных участков стены или пола помещения. При этом постепенное изменение не проходит через схемы фильтрации прибора, однако сравнительно резкие и «неожиданные» колебания, связанные, например, с затенением солнца, проходящими облаками или проездом транспорта, вызывают помеху, аналогичную сигналу от прохождения человека. Амплитуда помехи зависит от инерционности фона, на который направлен луч, например, время изменения температуры голой бетонной стены намного больше, чем деревянной или оклеенной обоями. На рисунке 1.3 приведена запись типичной солнечной помехи на выходе ИК-приемника при прохождении облака, а также ее спектр. При этом амплитуда солнечных помех достигает 1,0 -- 1,5°, особенно в тех случаях, когда луч направлен на малоинерционный фон, например на деревянную стену или штору из ткани. Длительность таких помех зависит от скорости затенения и может попасть в диапазон скоростей, характерных для движения объекта. Необходимо отметить одно существенное обстоятельство, которое позволяет бороться с такими помехами. Если два луча направлены на соседние участки фона (при расстоянии между ними 0,5--1,0 м), то вид и амплитуда помехового воздействия от солнца практически одинаковы в каждом луче, т.е. налицо сильная корреляция помех. Это позволяет соответствующим построением схемы подавить их за счет вычитания сигналов.
1.3.2 Конвективные помехи
Конвективные помехи обусловлены воздействием перемещающихся потоков воздуха, например, сквозняков при открытой форточке, щелей в окне, а также бытовых отопительных приборов -- радиаторов и кондиционеров. Потоки воздуха вызывают хаотическое флуктуационное изменение температуры фона, амплитуда и частотный диапазон которого зависят от скорости потока воздуха и характеристик фоновой поверхности. В отличие от солнечной засветки конвективные помехи от различных участков фона, воздействующих даже на расстоянии 0,2-- 0,3 м, слабо коррелированы между собой и их вычитание не дает эффекта.
1.3.3 Электрические помехи
Электрические помехи возникают при включении любых источников электро- и радиоизлучения -- измерительной и бытовой аппаратуры, освещения, электродвигателей, радиопередающих устройств, а также при колебаниях тока в кабельной сети и линиях электропередач. Значительный уровень помех создают также разряды молний. Чувствительность ИК-приемника очень высока, при изменении температуры на один градус выходной сигнал непосредственно с кристалла составляет доли микровольта, поэтому наводки от источников помех в несколько вольт на метр могут вызвать помеховый импульс, в тысячи раз превышающий полезный сигнал. К счастью, большая часть электрических помех имеет малую длительность или крутой фронт, что позволяет отличить их от сигнала.
Рисунок 1.3: Запись типичной солнечной помехи на выходе ИК-приемника при прохождении облака и её спектр.
1.3.4 Собственные шумы ИК - приемника
Собственные шумы ИК-приемника определяют высшую границу чувствительности ИК-датчика и имеют вид белого шума. В связи с этим методы фильтрации здесь не могут быть использованы. Интенсивность помехи увеличивается при повышении температуры кристалла приблизительно в два раза на каждые десять градусов. Современные пироприемники имеют уровень собственных шумов, соответствующих изменению температуры на 0,05-0,15°.
1.4 Повышение помехоустойчивости
Проведенный анализ сигналов и помех позволяет перейти к рассмотрению основных методов и средств, реализованных в современных ИК-датчиках для повышения эффективности, т.е. обеспечения высокой вероятности обнаружения при минимальной частоте ложных тревог. Прежде всего, должны быть приняты меры для защиты приемного устройства от воздействия излучений, лежащих вне спектрального диапазона сигнала.
Для этого используется следующее:
входное окно ИК датчика закрывается пластинкой из германия, не пропускающего излучение с длиной волны менее 2-х микрон;
входное окно всего датчика изготавливается из полиэтилена высокой плотности, обеспечивающего достаточную жесткость для сохранения геометрических размеров и в тоже время не пропускающего излучения в диапазоне длин волн менее 1 --3 микрон;
-- линзы Френеля в виде выштампованных на поверхности входного окна из полиэтилена концентрических окружностей с фокусным расстоянием, соответствующим максимальному уровню излучения, характерным для температуры тела человека (8 микрон). Излучения других длин волн будут «размываться», проходя через эту линзу и тем самым ослабляться. Этими мерами удается ослабить воздействие помех от источников внеспектрального диапазона в тысячи раз и обеспечить возможность функционирования ИК-датчиков в условиях сильной солнечной засветки, включения осветительных ламп и т.п.
1.4.1 Оптимальная фильтрация
Алгоритм оптимальной фильтрации предполагает использование не только амплитуды сигнала (пороговый прием), а всю его энергию, т. е. произведение амплитуды на длительность. Дополнительным информативным признаком сигнала является наличие двух фронтов -- на «входе в луч» и на его выходе, что позволяет отстроиться от многих помех, имеющих вид «ступеньки».
1.4.2 Двухплощадочный ИК - приемник
Мощным средством защиты от тепловых помех является использование двухплощадочного ИК-приемника с формированием двухлучевой зоны чувствительности, сигнал при проходе объекта возникает последовательно в каждом из двух лучей, а тепловые помехи (при близком расположении лучей) в значительной степени коррелированы и могут быть ослаблены при использовании простейшей схемы вычитания. К сожалению, высокая степень корреляции характерна исключительно для «медленных» помех (прогревание фона от солнечной засветки, изменение температуры в помещения), для конвекционных помех (сквозняки, кондиционеры) эффекта подавления получить не удается. В связи с тем, что электрические помехи имеют или небольшую длительность, или крутой фронт, для повышения помехоустойчивости наиболее эффективно применение алгоритма отстройки -- выделения крутого фронта и блокирования выходного устройства на время их действия. Таким образом, достигается устойчивая работа датчика даже в условиях интенсивных электро- и радиопомех в диапазоне от сотен килогерц до одного гигагерца при напряженности поля до 10 В/м.
1.4.3 «Счет импульсов»
Следующим эффективным методом повышения помехоустойчивости является использование схемы «счета импульсов». Так как диаграмма чувствительности для самых распространенных ИК - датчиков имеет многолучевую структуру, то при движении человека он пересекает последовательно несколько лучей. При этом их число тем больше, чем «насыщеннее» зона обнаружения и чем «масштабнее» маршрут движения человека. Реализация этого алгоритма различна в зависимости от модификации датчика. Чаще всего используется ручная установка переключателя на счет определенного числа импульсов (от одного до четырех). Очевидно, что в связи с этим при увеличении числа импульсов повышается помехоустойчивость датчика. Однако для срабатывания прибора человек должен пройти больший путь (пересечь несколько лучей), что приводит к снижению обнаружительной способности прибора и появлению «мертвых зон». В современных типах датчиков установлен специальный сигнальный процессор, производящий обработку «тонкой структуры» сигнала с целью выделения его характерных особенностей. Например, при прохождении человека на близком от датчика расстоянии он неизбежно пересекает несколько лучей, поэтому сигнал имеет вид последовательности коротких импульсов. При пересечении луча на предельном расстоянии сигнал имеет значительно большую длительность и пологие фронты процессор, наделенный функцией «интеллекта», способен провести классификацию сигналов по заранее сформулированным критериям и отличить их от помеховых воздействий.
1.4.4 «Адаптированный прием»
В последних модификациях ИК-датчиков для повышения помехоустойчивости применяется схема «адаптированного приема», т.п. порог срабатывания автоматически отслеживает уровень шума, и при его повышении также увеличивается. Однако этот способ не свободен от недостатков. При многолучевой диаграмме чувствительности весьма вероятно, что один или несколько лучей будут направлены на участок интенсивных помех (например, на раструб кондиционера). При этом устанавливается минимальная чувствительность всего прибора, в том числе и тех лучей, где интенсивность помех незначительна. Тем самым снижается общая вероятность обнаружения всего прибора. Для устранения этого недостатка предлагается перед включением прибора «выявлять» лучи с максимальным уровнем шума и затенять их с помощью специальных непрозрачных экранов (путем заклеивания скотчем с внутренней стороны входного окна). В некоторых модификациях приборов они входят в комплект поставки.
1.5 Выбор и расчёт функциональной схемы
1.5.1 Расчёт дальности действия ИК - охранной системы
Расчёт будем производить в зависимости от угла между оптической осью излучающего передатчика (ИЗ) и направлением на приёмник (ПР), и мощности излучения, по методике предложенной в [ 3 ].
Предположим, что главные лепестки диаграммы направленности излучателя и фотоприёмника описываются функцией косинуса. Тогда дальность действия охранной системы можно рассчитать по эмпирической формуле ( 1.1 ) :
L = k ( 1.1 )
где L - дальность действия в метрах;
k- коэффициент, значение которого следует принять 1,8 м/мВт1/2;
пр- угол между направлением на передатчик (ИЗ) и нормалью к освещаемой поверхности;
2пр- ширина диаграммы направленности фотоприёмника (по первым нулям);
из- угол между оптической осью излучателя и направлением на приёмник;
2из- ширина диаграммы направленности передатчика (по первым нулям);
Ризл- мощность излучения передатчика, в формулу подставляем в мВт.
Перечисленные выше углы показаны на рисунке 1.4.
Произведём расчет для значений:Ризл = P(1,2,3,4) =1…4 Вт;
из = 2 = 0…20 0;
из = 2 = 20 0;
пр = 1 = 10 0;
пр = 1 = 18 0;
Расчёт произведём в прикладной программе MathCad PLUS 6.0.
; ; ; ; ; ; ; ;
Результаты расчетов приведены в таблице № 1.1.
График зависимости L (из, Ризл) приведён на рисунке 1.5.
Таблица №1.1.
Рисунок 1.5: График зависимости L(из, Ризл).
1.5.2 Выбор и обоснование функциональных схем приемника и передатчика ИК - охранной системы
Анализируя литературу [8,10] и пункт 1.5.1., составим функциональную схему передатчика (ИЗ). Функциональная схема передатчика изображена на рисунке 1.6.
где ГИ - генератор импульсов;
ФИ - формирователь импульсов;
ИУ - импульсный усилитель;
ИЭ - излучающий элемент ( ИК - светодиод);
Исходя из составленной функциональной схемы передатчика, составим функциональную схему приёмника ( ПР ) с формирователем сигнала тревоги. Функциональная схема приемника с индикатором прерывания луча изображена на рисунке 1.7.
где ПЭ - приёмный элемент ( ИК - фотодиод );
УС с АРУ - усилитель с АРУ;
ГОЧ - генератор образцовой частоты;
СЧ - двоичный счетчик;
ГЗЧ - генератор звуковой частоты.
1.5.3 Предъявление требований к функциональным узлам передатчика
На рисунке 1.8 изображена функциональная схема передатчика с изображёнными на ней требованиями к функциональным узлам.
Опишем требования, предъявляемые к функциональным узлам:
ГИ - должен генерировать импульсы частотой f = 10-15 Гц;
ФИ - должен формировать импульсы длительностью 10 мкс следующих с частотой генерируемой ГИ;
ИУ - должен усиливать ток импульса до Iимп = 1-5 А, в зависимости от нужной дальности;
ИЭ - излучающий элемент ( ИК-светодиод ), должен излучать сигнал мощностью излучения Pизл = 1-5 Вт ( в зависимости от величины тока подаваемого импульса и от требуемой дальности ).
1.5.4 Предъявление требований к функциональным узлам приемника
На рисунке 1.9 изображена функциональная схема приёмника и формирователя сигнала тревоги, с изображёнными на ней требованиями к функциональным узлам.
Опишем эти требования:
ПЭ - фотоприёмник, обладающий односторонней проводимостью при воздействии на него лучистой энергии. Он представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трёх чередующихся областей проводимости p-n-p. База служит приёмной площадкой излучения. При облучении фотодиода модулированным инфракрасным лучом через него протекает ток, совпадающий по форме с сигналом инфракрасного излучения. Фотодиод должен обеспечивать необходимую чувствительность, и нужное напряжение на выходе, которое подаётся на усилитель.
УС с АРУ - должен усиливать напряжение, поступающее на вход усилителя от ПЭ, до уровня, необходимого для срабатывания КМОП - микросхемы.
ГОЧ - генератор образцовой частоты, должен генерировать импульсы частотой, близкой к частоте следования импульсов ИК - излучателя.
СИ - двоичный счётчик.
ГЗЧ - генератор звуковой частоты, должен генерировать звуковую частоту f =1 кГц, для создания сигнала тревоги.
2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
2.1 Расчёт схемы электрической принципиальной импульсного ИК - излучателя ( ИЗ )
Принцип работы проектируемого ИК - излучателя заключается в следующем: формируемые цифровым мультивибратором импульсы с частотой порядка (10…15) Гц, проходя дифференцирующее звено, представляющее собой как правило, простейшую CR - цепочку, поступают на импульсный усилитель. Импульсный усилитель управляет в свою очередь ИК - диодом, формирующим вспышки ИК - излучения в окружающее пространство.
2.1.1 Расчёт цифрового генератора
В схеме необходимо реализовать один импульсный генератор на частоту генерации порядка ( 10-15 ) Гц. Построение генератора произведём на базе логических элементов, инверторов. Широкое распространение в импульсной технике получили схемы, представленные на рисунке 2.1.
Частота генерации подобных устройств определяется, как:
,
где Т - период колебания;
,
где - постоянная времени цепи заряда - разряда;
В нашем случае (см. рисунок 2.1):
= R2C1
Т. о.:
;
( 2.1 )
Для расчёта элементов схемы произведём первоначально выбор цифровой ИМС. Выбор ИМС в качестве активного звена цифрового генератора должен осуществляться из следующих соображений:
ИМС должна характеризоваться низким токопотреблением для достижения минимальности энергопотребления всего проектируемого устройства в целом.
Выбор ИМС необходимо также производить из условия её сравнительной дешевизны и универсальности применения.
В полной мере описанным выше требованиям удовлетворит ИМС типа К561ЛН2. Данная микросхема строится по КМОП - технологии, на базе полевых транзисторов, и содержит в себе шесть логических элементов “ НЕ “. Справочные характеристики на данную ИМС приведены в источнике [4,12].
Рассчитаем номиналы элементов задающей цепи генератора.
Сопротивление резистора R1 ( см. рисунок 2.1 ) обусловлено спецификой построения используемой ИМС и выбирается, как правило, порядка нескольких десятков килоОм. Зададимся значением сопротивления R1 = 43 кОм.
Частота генерации в соответствии с требованиями должна составлять (10-15) Гц. Зададимся средним значением f ген = 13 Гц и произведём расчёт номиналов элементов R2, C1.
Для определения сопротивления резистора R2 зададимся значением ёмкости конденсатора С1 = 0,15 мкФ.
Учитывая f ген = 13 Гц, С1 = 0,15 мкФ и исходя из выражения ( 2.1 ), расcчитаем R2:
;
;
Выберем значение сопротивления R2 из стандартного ряда Е24:
Т.о. ; ; С1 = 0,15 мкФ.
Выбор в качестве активного элемента автогенератора логических элементов ИМС типа К561ЛН2 вводит специфику на дальнейшее построение схемы. Обусловлено это следующим: применение микросхем серии К561 имеет свои особенности [4,с.223] ни один из входов микросхемы не может быть оставлен не подключенным, даже если логический элемент в микросхеме не использован. Свободные входы элементов или должны быть соединены с используемыми входами тогоже элемента, или подключены к шине питания или общему проводу в соответствии с логикой работы микросхемы. Напряжение источника питания должно подаваться ранее или одновременно с подачей входных сигналов.
В связи с этим прибегнем к следующему построению схемы. Элементы DD1.3-DD1.6 включим в цепь обработки основного информационного ( управляющего ) сигнала таким образом, чтобы на входе ключевого каскада импульсного усилителя сигнал был в фазе с сигналом генератора. С этой целью элемент DD1.3 установим в промежутке между инверсной ветвью импульсного генератора и дифференцирующей цепочкой. Логические элементы DD1.4-DD1.6 включим как промежуточное звено между дифференциатором и ключевым каскадом, таким образом: DD1.4 включим последовательно с параллельно включенными DD1.5, DD1.6.
При таком построении видно, что положительному полупериоду сигнала на выходе импульсного генератора соответствует положительный импульс на входе ключа.
Последовательно - параллельное включение элементов DD1.4 и DD1.5, DD1.6, в свою очередь, обеспечивает частично усиление импульсного сигнала на выходе дифференциатора и приведение его к уровню достаточному для работы ключа ( порядка уровня логической еденици 7,5 В).
2.1.2 Расчёт дифференцирующего звена
Принципиальная схема рассчитываемого узла приведена на рисунке 2.2.
Расчёт номиналов элементов схемы должен производиться, исходя из следующих соображений:
1. Минимальное значение сопротивления нагрузки логического элемента, включенного перед дифференцирующим звеном, составляет порядка нескольких кОм. В следствии этого, сопротивление резистора R1, как элемента определяющего постоянное значение сопротивления дифференцирующей цепи, должно составлять R1 2кОм.
2. На выходе дифференцирующего звена синхронно поступающим на вход прямоугольным импульсам должны формироваться короткие, порядка 10 мкс, импульсы напряжения. Величина длительности таких ипмульсов прямо пропорциональна постоянной времени цепи C1, R1 и определяется как:
;
или
R1C1= 10мкс( 2.2 )
Задавшись значением сопротивления R1= 4,3 кОм ( Е24 ) и учитывая значение постоянной времени дифференцирующего звена , расчитаем ёмкость конденсатора C1. Из выражения ( 2.2 ) следует:
;
Из ряда Е24:C1= 2200 пФ.
Т.о. R1= 4,3 кОм; C1= 2200 пФ.
2.1.3 Расчёт импульсного усилителя
Предварительное звено импульсного усилителя, как оговаривалось выше, строится в нашем случае на базе логических элементов DD1.4 - DD1.6. Уровень управляющего сигнала на выходе этого звена ( входе ключевого каскада ) соответствует уровню логической еденици КМОП - логических элементов и составляет порядка 7,5 В.
Произведём построение и расчёт элементов ключевого каскада.
В качестве ключа возможно использование биполярного транзистора. Подавая на базу транзистора управляющее напряжение ( отпирающее либо запирающее ), мы управляем сопротивлением перехода “ коллектор - эмиттер ” транзистора, изменяя, таким образом, режим работы схемы ( токи и напряжения ).
Выбор транзистора в качестве ключевого элемента должен осуществляться из следующих соображений:
предельные эксплуатационные параметры транзистора должны перекрывать предельные режимы работы схемы ( токи, питающие напряжения ). Учитывая то, что в подобных устройствах в импульсном режиме значение тока через ИК- диод составляет порядка (1-1,5) А, при Uпит = 9В [ 8 ], т.о. величина тока коллектора ( импульсного ) выбираемого активного элемента должна составлять не менее 1,5А;
выбор транзистора должен также осуществляться из условия его сравнительной дешевизны и универсальности применения.
Анализируя справочные данные с точки зрения описанных выше критериев, остановимся на выборе в качестве ключевого элемента схемы транзистор типа КТ972А со следующими предельными, техническими, эксплуатационными характеристиками [ 4, с.137]:
Pк max = 8 Вт; Uкэ max = 60 В; Uкб max = 60 В; Uбэ max = 5 В;
Iк max = 4А;Iк max имп = 8 А; h21Э = 750; fгр = 200 МГц.
Произведём построение и расчёт выходной цепи, коллекторной нагрузки транзистора.
В качестве элементов нагрузки выберем последовательную диодно- резистивную цепочку. Резистор в данном случае играет роль токо-задающего элемента ( см. рисунок 2.3 ).
Расчёт подобной цепи сводится к выбору ИК - излучающего элемента (ИК-диода), определению сопротивления последовательно включенного с ним резистора R2.
Для расчёта уровней напряжений на элементах зададимся значением тока выходного звена, тока нагрузки коллектора ( в импульсе ) Iк имп. Как оговаривалось выше значение Iк имп для питающего напряжения Uпит = 9В лежит в пределах ( 1 - 1,5 )А. Зададимся величиной Iк имп = 1,2А.
Произведём выбор ИК - излучающего диода.
Поскольку предполагаемая к построению система работает в импульсном режиме и длительность импульса очень мала ( 10 мкс ) то выбор какого-то конкретного типа ИК - диода не существенен. Выбор элемента в таких случаях необходимо производить исходя из условия универсального применения и сравнительной дешевизны.
Остановимся на выборе ИК - диода типа АЛ147А. Технические эксплуатационные характеристики на него приведены в [ 4 ].
Рассчитаем сопротивление резистора R2 ( см. рисунок 2.3 ).
Зададимся значением падения напряжения на R2:
UR2 = 4,5 В.
Тогда:;
Из ряда Е24: R2 = 3.9 Ом.
Резистор R1 ( см. рисунок 2.3 ) c выходным сопротивлением транзистора VT1 (h11Э1) образует делитель напряжения. Амплитуды сигналов от генератора составляют порядка U0 = 7,5 В. Напряжение же, прикладывается к эмитерному переходу кремниевого транзистора составляет величину порядка Uбэ = 0,7 В. Задавшись этими условиями произведём расчёт номинала резистора R1. Входное сопротивление h11Э1, для мощных транзисторов, каким является VT1, лежит в пределах h11Э1 = ( 100…200 ) Ом.
Рассчитаем сопротивление резистора R1:
;
Uбэ = 0,7 В.
Зададимся h11Э1 = 180 Ом
;
Из ряда Е24: R1 = 1,8 кОм.
2.1.4 Расчёт фильтра напряжения питания
Произведём расчёт фильтра напряжения питания.
Особо жёстких требований по питающим напряжениям узлов схем нет. Исходя из этого выберем в качестве фильтра напряжения питания стандартное звено [ 6 ], представляющую собой включенную параллельно запитывающему схему блоку цепочку из двух параллельно соединённых конденсаторов, заполнение между обкладками одного из которых электролит, другого керамическое ( см. рисунок 2.4 ).
Для электролитического конденсатора значение ёмкости при таком варианте эксплуатации выбирается порядка нескольких сотен мкФ. Зададимся величиной ёмкости С2 = 220 мкФ. Ёмкость керамического конденсатора выбирается как правило, порядка единиц долей мкФ. Зададимся значением С1=0,15 мкФ из ряда Е24.
Для развязки цепей питания логических элементов микросхемы с сигнальными цепями выходного каскада импульсного усилителя, прибегнем к использованию ФНЧ на базе простой RC цепи ( см. рисунок 2.5 ).
Частота среза ФНЧ выбирается порядка единиц Герц. Зададимся значением fср = 1 Гц.
Для расчёта номинала резистора R1 схемы ФНЧ зададимся значением ёмкости конденсатора C1 = 33 мкФ.
Учитывая величины fср = 1 Гц; C1 = 33 мкФ, рассчитаем значение сопротивления R1:
;
Из ряда Е24:
R1 = 4,7 кОм
Принципиальная схема изображена на рис. 2.6 и приведена в приложении.
2.2 Расчет схемы электрической принципиальной ИК - приёмника с индикатором прерывания луча
2.2.1 Расчёт схемы электрической принципиальной ИК-приёмника
Прибегнем к выбору стандартного узла фотоприёмника ( ИК - приёмника ) типа ПИ-5, применяемого в телевизионных приёмных системах, в частности системах дистанционного управления .
Произведём расчёт номиналов пассивных элементов и выбор активных элементов, входящих в схему (см. рисунок 2.7).
Первоначальный этап расчёта узла, схемы, сводится к выбору активных элементов схемы, транзисторов. Выбор транзисторов для данной системы должен осуществляться из следующих соображений:
1. Рассчитываемая система занимается обработкой ( усилением ) сигналов сравнительно низкой амплитуды ( доли милливольт ), то целесообразен выбор транзисторов с низким значением коэффициента шума и большим значением статического передачи по току h21Э для обеспечения требуемого коэффициента усиления. Именно от выбора соответствующих активных элементов будет сильно зависеть полное ОСШ тракта, а, следовательно, и эффективность работы системы.
2. Предельные эксплуатационные параметры транзисторов должны перекрывать все допустимые схемные режимы работы.
3. Целесообразен выбор всех однотипных активных элементов.
4. Выбор транзисторов необходимо также производить исходя из условий их сравнительной дешевизны и универсальности применения.
Для построения системы использовано несколько типов активных элементов: p-n-p и n-p-n структуры. Анализируя справочные данные [ 5 ] по высказанным выше соображениям, критериям, выберем в качестве активных элементов p-n-p структуры транзисторы типа КТ3102Е, n-p-n структуры -типа КТ3107Д. Эксплуатационные характеристики выбранных в качестве активных элементов схемы транзисторов приведены в [ 5 ].
Произведем расчёт узлов схемы.
Оценим величину коэффициента передачи. Для этого первоначально зададимся напряжением на входе выходного ключевого каскада на транзисторе VT5. С учетом того, что в эмиттерную цепь транзистора VT5 включен диод VD2, величина напряжения переменной составляющей должна составлять:
Uвх VT5 = Uбэ х VT5;
Для транзисторов на базе кремниевых структур:
Uбэ х VT50,7В.
Т.о. :Uвх VT5 0,7В.
Величина напряжения на входе системы Uвх (выходе светодиода) зависит от типа выбранного фотоэлемента. Для нахождения Uвх первоначально определимся с выбором диода VD1. Выбор фотодиода должен производиться исходя из универсальности применения и сравнительной дешевизны. Анализируя справочные данные [ 4 ] остановимся на фотодиоде, типа ФД263-01 со следующими основными техническими характеристиками:
; ; .
Опираясь на эти данные, рассчитаем значение Фото ЭДС, напряжение на выходе фотодиода [ 6 ]:
( 2.3 )
где: Ф - поток ИК-излучения падающий на фотодиод;
SIинт- интегральная токовая чувствительность фотодиода;
Uр- рабочее напряжение фото диода.
Величина потока Ф, падающего на фотодиод, зависит от расстояния между приёмной и передающей частями; в среднем значение Ф колеблется в пределах долей-единиц миллиЛюкс. Зададимся значением Ф = 1мЛюкс. Подставляя численные данные в выражение ( 2.3 ), получим:
Т.о. значение напряжения Uвх = 250мкВ.
Зная Uвх и Uвх VT5 коэффициента передачи приёмника по напряжению:
Подставляя численные данные, получим:
;
или:Кп, дБ = 68,9 дБ.
Основное усиление в рассматриваемом тракте задаётся каскадами транзисторов VT3, VT4, включенными по схеме с общим эмиттером. Зададимся запасом по усилению в несколько децибел и возьмём в качестве расчётного значения величину коэффициента передачи:
Кп, дБ = 70 дБ
Распределим усиление по каскадам следующим образом:
К1 = 32 дБ (коэффициент передачи каскада на VT3)
К2 = 38 дБ (коэффициент передачи каскада на VT4)
Коэффициент передачи по напряжению каждого из этих звеньев, можно определить выражением:
( 2.4 );
гдеRн - сопротивление нагрузки транзисторного каскада.
h11Э- входное сопротивление активного элемента. Для выбранных транзисторов значение h11Э лежит в пределах (100…1000)Ом. Зададимся в качестве расчётного значения h11Э= 800 Ом.
h21Э- коэффициент передачи транзистора по току.
Поскольку режим работы транзисторов характеризуется режимом потребления малых токов (т.е. Iэ << Iэ ном ), то коэффициент передачи получается сильно зависимым от выходного тока транзистора (тока эмиттера);--и,--как--правило,--при--сильном--уменьшении--эмиттерного--тока,--значительно--падает--(в--десятки-----сотни--раз),--т.о.,--что--ток--базы--становится--приблизительно--одного--порядка--с--Iк;--т.е.:
h21Э--=--h21--(--Iэ--)
Зададимся--значением--тока--коллектора--транзистора--VT3--в--IK_--=--3_--мкА,--соответствующей--области--минимальных--значений--коэффициента--шума--активного--элемента--[--5--].--Из--графика--зависимости--коэффициента--передачи--по--току--h21Э--от--величины--эмиттерного--тока--транзистора--Iэ--(для--VT3--типа--КТ31_2Е)--следует--[--5--],--что--при--Iэ--=--Iк--=--3_--мкА:
h21Э--VT3--=--1,5
Сопротивление--нагрузки--каскада--на--VT3--определяется--выражением:
RНVT3--=----R8--пп--(--rб.к--+--h21Э--VT4--R11);
R8--<<--h21Э--VT4--R11;
Т.о.RНVT3--=--R8.
Из--выражения--(--2.4--)--следует--что--:
;
Подставляем--численные--данные:
--.
Из--ряда--Е24:------R8--=--22--кОм
Произведём--расчёт--номиналов--резисторов--включенных--в--цепь--эмиттера--транзистора--VT3--и--определяющих--режим--работы--активного--элемента--по--постоянному--току.--В--соответствии--со--вторым--законом--Кирхгофа--для--выходной--цепи--каскада--на--транзисторе--VT3,--можно--записать:
Uпит--=--UR8_--+--UR7_--+--UR3_--+--UКЭ_--VT3--;
--Uпит--=--UКЭ_--VT3--+--IК_--(R8+R7+R4+R3)----(--2.5--)
Зададимся--значением:----UКЭ_--VT3--=--11В.
Сопротивления--R7,--R4-----играют--роль--согласующих--элементов--каскадов--на--транзисторах--VT3--и--VT1. Величина падения на резисторе R3 должна быть такой, чтобы при суммировании его с переменной составляющей (характеризующейся засветкой фотоэлемента посторонним источником), значительно превышающей (в 100…10000 раз) по величине напряжения полезного потока и составляющей значение порядка ( 0,2…2 )В, падения напряжения на переходе “ база - эмиттер “ транзистора не превышала 0,7В. С учётом малости протекающих через коллектор транзистора VT1 токов (доли единицы мкА), коэффициент передачи h21Э VT1 близок к единице [ 5 ]. Задавшись значением сопротивления R1=1кОм, ограничивающего токопотребление схем в случае пробоя, замыкания цепи фотодиода, а также обеспечивающего требуемое смещение на базу VT1. Т.о. исходя из вышесказанных соображений зададимся падением постоянного напряжения на резисторе R3:
UR30 =0,3В.
При токе IК0 = 30 мкА, значение сопротивления резистора R3, составит:
;
.
Для полной передачи сигнала, соответствующего мешающему светопотоку, суммарное сопротивление резисторов (R4 + R7) должно быть значительно меньше сопротивления резистора R3, т.е.:
( R4 + R7) << R3;
зададимся значением R4 = 1кОм и рассчитаем величину сопротивления R7схемы опираясь на выражение ( 2.5 ):
;
.
Из ряда Е24: R7 = 330 Ом.
Учитывая что паразитные внешние световые потоки воздействуют на систему сравнительно длительное время, то для эффективной работы динамической нагрузки, ёмкость конденсатора С1 следует выбрать достаточно высокой. Зададимся значением С1 = 4,7 мкФ. Цепочка R7, R6, C2 представляет собой корректирующее АЧХ RC - звено и определяет режим работы каскада на VT3 по переменному току.
Частота среза при заданном значении частоты следования информационных импульсов fген выбирается, как правило, порядка ( 2…3)fген - для передачи значительной части спектра сигнала.
;
Задавшись значением ёмкости С2 = 4,7 мкФ и fср1 = 2fген = 30 Гц, рассчитаем сопротивление резистора R6:
;
.
Из ряда Е24: R6 = 820 Ом.
Произведём выбор режима работы транзисторного каскада на VT4 и рассчитаем, входящие в него элементы. Зададимся значением тока коллектора транзистора VT4, IК0 VT4 = 130 мкА, исходя из минимальности коэффициента шума транзистора [ 5 с.207]. Из графика зависимости [ 5 ] коэффициента передачи h21Э от величины эмиттерного тока IЭ; при IЭ = 130 мкА:
h21Э VT4 = 3,6
Сопротивление нагрузки данного каскада определяется выражением:
RНVT4--=--R11--пп--(--R12--+--);
Учитывая--то,--что--значение--сопротивления--цепи----(--R12--+--)--должно--быть--значительно--больше--сопротивления--R11--(для--обеспечения--максимальной--передачи--полезного--сигнала--в--дальнейшую цепь его обработки), выражение принимает вид:
Опираясь на выражение ( 2.4 ), можно записать:
;
Подставляя в это выражение численные данные, получим К2 = 79,4; h21Э VT4=3,6; h11Э VT4 = 800.
.
Выберем из ряда Е24: R11 = 18 кОм.
Произведём расчёт номиналов резисторов включенных в цепь эмиттера транзистора VT4, и определяющих режим работы активного элемента по постоянному току. Поскольку резистор R11 является основным токозадающим элементом схемы каскада VT4, то суммарное сопротивление резисторов R9, R10 должно удовлетворять условию:
( R9 + R10 ) << R11
Конденсатор С3, включенный параллельно резистору R9 повышает стабильность тока покоя. Т.о. сопротивление резистора R9 в цепи эмиттера должно выбираться из условия:
R10 << R9( 2.6 )
Исходя из условия ( 2.6 ), выберем: R10 = 220 Ом.
В качестве стабилизирующей выберем ёмкость С3 = 0,1 мкФ.
Рассчитаем номиналы элементов ( C4, R12 ), в совокупности играющих роль согласователей транзисторных звеньев на VT4, VT5. Конденсатор С4 играет роль разделительной ёмкости и предназначен для развязки каскадов по постоянному току. Зададимся С4 = 0,1 мкФ.
Как уже оговаривалось выше, для обеспечения максимальной передачи ( с минимальными потерями ) полезного сигнала из одного каскада в другой, входное сопротивление согласующего звена, в частности, R12 должно быть:
R12 >> R11;
Зададимся R12 = 100 кОм ( Е24 ).
Произведём расчёт выходного каскада ИК - приёмника на транзисторе VT5. Данный каскад представляет собой ключевую схему. В качестве ключевого элемента здесь использован биполярный транзистор VT5. Основания при выборе такие же как уже были описаны в пункте ( 2.1.3. ). На выходе системы требуется получение сигнала, характеризующимися следующими параметрами: в момент поступления в систему импульса величина напряжения должна быть порядка ( 0,7…1 ) В, т.е. составлять уровень логического нуля для работы последующих логических устройств. Во все остальные промежутки времени величина напряжения должна быть порядка питающего.
Произведём выбор и расчёт элементов выходного каскада.
В открытом состоянии сопротивление перехода “ коллектор - эмиттер “ очень мало (порядка единиц - долей Ом). Т.о. исходя из этого прибегнем к выбору такого значения сопротивления R13, чтобы:
R13 >> rк.э откр
При открытом транзисторе:
UR13 >> ( Uк.э VT5 + UVD20 ).
Резистор R13 задаёт ток через диод VD2. Выбрав в качестве диода VD2 широко используемый элемент типа КД522Б и ограничившись током перед VD2, IVD20=1мА, рассчитаем значение сопротивления резистора R13:
;
Подставляя численные данные, Uпит = 12В, UVD20 = 0,7В (для кремниевого диода), IVD20 = 1мА, получим:
Из ряда Е24: R13 = 10 кОм.
Расчёт эмиттерного повторителя на транзисторе VT2 сводится к определению номиналов элементов R2, R5, задающих режим его работы. Задавшись значением тока покоя выходной цепи IК0 VT2 = 50 мкА и постоянным напряжением перехода UКЭ0 VT2 = 11В, рассчитаем сопротивление резистора R5. В соответствии со вторым законом Кирхгофа, запишем справедливое уравнение:Uпит= UКЭ0 VT2 + UR50 ,
где UR50 - постоянное напряжение на резисторе R5.
или Uпит= UКЭ0 VT2 + IК0 VT2 R5
Отсюда:
;
Подставляем численные данные:
.
Сопротивление резистора R2 должно рассчитываться, опираясь на следующие соображения: ток базы, определяемый этим сопротивлением, должен быть весьма мал. В тоже время величина этого тока должна, по крайней мере, на несколько порядков превосходить значение тока фотодиода, чтобы даже при наличии ИК - сигнала на входе системы, ток через фотодиод оставался удовлетворяющим выражению:
IVD1 << IR2
Задавшись значением рабочего напряжения фотодиода Up = 10В и током через диод порядка IR2 = 50 мкА, определим сопротивление резистора R2:
;
.
препятствие обнаружение переезд
2.2.2 Разработка принципиальной схемы индикатора прерывания луча
Если в ИК канале нет никаких препятствий, то в ответ на каждую вспышку излучателя на выходе ИК - приемника возникает импульс напряжения, амплитуда которого достаточна для непосредственного управления КМОП-элементами. Эти импульсы поступают в электронный анализатор (индикатор прерывания луча) охранной системы. Очевидно, исчезновение одного-двух из них не должно вызывать какой-либо настороженности, так как причиной того может быть проходящий человек или проехавший велосипедист. Но 32 -импульсный перерыв (время прерывания луча застрявшим на переезде автомобилем ) уже должен обращать на себя внимание. Такого рода соображения нетрудно реализовать и в довольно простом электронном устройстве (рисунок 2.8.).
Здесь на элементах DD1.1, DD1.2 собран опорный мультивибратор (расчёт такого же генератора приведён в пункте 2.1.1), возбуждающийся на частоте, близкой к частоте следования ИК им-пульсов. Элементы DDI.5, DD1.6 входят в тональный генератор (разработка которого производилась по методике приведённой в пункте 2.1.1.), возбуждающийся при появлении на выходе DD1.4 сигнала 0 и возбуждающий в свою очередь 50-омную динамическую головку ВА1. Это произойдет, очевидно, лишь в том случае, если оптический канал будет перекрыт на время, за которое опорный мультивибратор успеет вывести двоичный счетчик DD2 в состояние, которому будет соответствовать сигнал 1 на выбранном выходе (здесь -- на выходе "12"). Поскольку в этом состоянии счетчика будет заблокирован и опорный мультивибратор (сигналом 0 на входе DD 1.1), то возникший тональный сигнал будет звучать до тех пор, пока от ИК-приемника не поступит импульс, возвращающий DD2 в нулевое состояние. Это произойдет не позже, чем через 60...70 мс после исчезновения препятствия.
Полная принципиальная схема ИК - приёмника с индикатором прерывания луча представлена в приложении.
2.3 Описание принципа действия узлов по принципиальным схемам
2.3.1 Описание принципа действия ИК - излучателя (ИЗ)
Принципиальная схема ИК - излучателя изображена на рисунке 2.6.
Здесь на элементах DD1.1, DD1.2 собран мультивибратор, возбуждающийся на частоте 10 - 15 Гц. Дифференцирующая цепь R3C2 и элементы DD1.4 …DD1.6 формируют в базе нормально запертого транзистора VT1 импульс тока длительностью 10 мкС, возбуждающий включенный в его коллектор ИК - диод VD1.
2.3.2 Описание принципа действия ИК - приёмника (ПР)
Принципиальная схема ИК - приёмника изображена на рисунке 2.7.
При облучении фотодиода модулированным инфракрасным лучом через него протекает ток, совпадающий по форме с сигналом инфракрасного излучения.
Электрический сигнал усиливается предварительным усилителем на транзисторах VT2--VT5. Транзистор VT1 является динамической нагрузкой фотодиода и предназначен для подавления постоянного фона окружающего излучения, создаваемого работой ламп накаливания, люминесцентных ламп. С коллектора транзистора VT1 электрический сигнал поступает на первый каскад -- эмиттерный повторитель на транзисторе VT2, режим которого задается элементами R2, R5, VT1. Усиленный по току сигнал с эмиттера транзистора VT2 поступает на базу транзистора VT3 -- второго каскада, усиливается по напряжению, инвертируется и поступает на третий каскад усилителя на транзисторе VT4. Режимы второго и третьего каскадов по постоянному току определяются резисторами R7, R4, R3 и R10, R9, а по переменному току--резисторами R7, R6 и R10. Коллекторными нагрузками каскадов служат резисторы R8 и R11.
С эмиттера транзистора VT3 снимается сигнал отрицательной частотно-зависимой обратной связи для подавления фона окружающего излучения. Напряжение низкочастотного фона выделяется фильтрами нижних частот R7C2R6 и R4C1R3 и поступает на базу транзистора VT1. Резистор R1 задает режим транзистора VT1 по току.
Выделенный на нагрузке третьего каскада -- резисторе R11, импульсный кодовый сигнал через разделительный конденсатор С4 поступает на ограничитель на транзисторе VT5, необходимый для селекции сигнала на фоне шумов и помех с амплитудой ниже пороговой. С нагрузки транзистора -- резистора R13 -- усиленный инвертированный сигнал подается на вход индикатора прерывания луча. Резистор R12 служит для закрывания транзистора VT5 в отсутствие сигнала, а диод VD2 -- для температурной стабилизации напряжения на его коллекторе.
3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА
3.1 Предъявление требований к конструкции излучателя (ИЗ) и приёмника (ПР)
Излучатель и приёмник выполнить на печатных платах размерами не больше 60х90 мм из стеклотекстолита марки СФ2-50-1,5.
Все транзисторы установить выводами к плате.
Перемычки выполнить проводом диаметром 0,8 мм.
Предусмотреть отверстия для крепления печатных плат в корпусе.
После регулировки платы покрыть лаком.
Предусмотреть на печатных платах свободные места, для установки в пазы корпуса.
Предусмотреть на печатных платах отверстия для крепления транзисторов.
При конструировании корпуса излучателя предусмотреть мероприятия по увеличению дальнобойности ИЗ.
При конструировании корпуса приёмника предусмотреть мероприятия по минимизации подсветки фотодиода.
При конструировании корпусов предусмотреть отверстия для крепления их в металлических, цилиндрических столбах.
3.2 Один из вариантов размещения ИЗ и ПР на переезде.
Вариант размещения ИЗ и ПР показан на рисунке 3.1.
На рисунке 3.1. буквой А обозначены наиболее опасные зоны на железнодорожном переезде. Из рисунка видно что они хорошо перекрываются ИК-лучами, значит такой вариант размещения подходящий.
Все элементы системы (ИЗ, ПР и О) крепятся в железных цилиндрических столбах на высоте 0,6…0,9 метров от земли. Система должна быть хорошо отрегулирована и сонаправленна.
3.3 Конструирование корпусов устройства
Корпуса разрабатываемого устройства будут иметь вид “ врезного замка ”.
Монтажную плату устанавливают в металлическую обойму - вводят одной стороной в пазы обоймы, а затем крепят винтом к стойке.
Дальнобойность излучателя может быть значительно увеличена установкой в “окне” ИК излучателя линзы диаметром 15…20 мм с фокусным расстоянием 10…15 мм, сжимающей довольно широкий широкий лепесток излучения ИК светодиода (не менее 25о) в своеобразный световой шнур (рисунок 3.2.) резко увеличивающий освещённость фотоэлемента ИК-приёмника . Дальнобойность системы в этом случае увеличивается без какого либо энергопотребления.
Подобные документы
Разработка конструкции устройства охранной сигнализации для фермера, в составе системы комплекса радиоэлектронной аппаратуры. Анализ электрической принципиальной схемы. Расчёт массы конструкции, собственной частоты колебания печатного узла и надежности.
курсовая работа [38,7 K], добавлен 22.01.2012Проектирование устройств приема и обработки сигналов и разработка функциональной схемы для супергетеродинного приемника с амплитудной модуляцией. Обоснование структурной схемы приемника. Разработка полной электрической принципиальной схемы устройства.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2015Тема работы: тактика оснащения объектов периметральными системами охранной сигнализации связана с оснащением объекта ограждением. Технические средства и системы защиты внешнего периметра объекта. Типы периметральных систем охранной сигнализации.
реферат [21,4 K], добавлен 21.01.2009Система охраны и технические средства объектов (имущества). Виды извещателей, формирующих сигналы тревоги и приемо-контрольный прибор. Расчет экономической эффективности от внедрения средств охранной сигнализации. Техника безопасности при эксплуатации.
дипломная работа [375,1 K], добавлен 27.04.2009Характеристика системы охранной сигнализации, особенности выбора микроконтроллера. Основные этапы развития микроэлектроники. Общая характеристика микроконтроллера PIC16F8776 фирмы Microchip: принцип действия, анализ структурной схемы устройства.
курсовая работа [176,1 K], добавлен 23.12.2012Назначение и область применения микромощного радиопередатчика для охранной сигнализации. Анализ схемы электрической принципиальной передатчика. Расчет электрических параметров печатных проводников. Расчет вибро- и ударопрочности. Технология сборки узла.
курсовая работа [449,3 K], добавлен 29.05.2014Анализ схемы и конструкции ИК линии связи в охранной сигнализации. Формирование УГО, КТО компонентов библиотеки, Образование их интегрального образа. Упаковка компонентов схемы в корпус. Процедура автоматической трассировки двухсторонней печатной платы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.01.2013Состав и назначение подсистемы обнаружения. Классификация охранных извещателей. Виды помех и их возможные источники. Разработка структурной схемы системы охранной сигнализации участка периметра ядерной установки. Выбор места для установки извещателей.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 23.12.2014Разработка интегрированной системы сигнализации на базе использования оптико-электронных и звуковых извещателей применительно к условиям торгово-развлекательного комплекса. Расчет экономической эффективности от внедрения системы охранной сигнализации.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 05.11.2016Применение каналов сотовой связи в охранной сигнализации. Описание принципиальной электрической схемы. Анализ соответствия электронной базы условиям эксплуатации. Выбор метода изготовления печатной платы и выбор материалов. Проект функционального узла.
курсовая работа [846,6 K], добавлен 26.01.2015
