Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами (стр. 4 из 18)

28. Методы компоновки элементов ЭВА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные (аналитические) и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел. Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели.

29. Основой для всех является рассмотрение общих аналитических зависимостей. При аналитической компоновке мы оперируем с численными значениями различных компоновочных характеристик: геометрическими размерами элементов, их объемами, весом, энергопотреблением и т.п. Зная соответствующие компоновочные характеристики элементов изделия и законы их суммирования, можно оценить компоновочные характеристики всего изделия и его частей.

4 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

4.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Модуль реализован на базе цифрового микроконтроллера МС68НС711Е9 фирмы Motorola.Данный модуль выполняет следующие функции:

- -ввод с клавиатуры требуемого значения времени ,вывод текущего значения времени на жидкокристаллический дисплей;

- -регистрация текущего значения времени и контролируемого параметра в энергонезависимой памяти;

- -выдачу сообщения об отклонении сигнала от заданного на ЖКИ и центральный компьютер;

- -обмен информацией с центральным компьютером типа IBM PC ;

- -регулирование контролируемого параметра во времени по заданному закону.

Проанализировав выполняемые функции выделим следующие структурные элементы:

- силовая часть;

- электрическая развязка;

- управление уровнем выходного сигнала;

- наборное поле;

- сброс микроконтроллера при включении и снижении питания ниже уровня 0,5 В ;

- датчик входного сигнала;

- аналогово-цифровой преобразователь входного сигнала;

- микроконтроллер;

- ЦАП выходного сигнала для ЖКИ;

- индикация;

- преобразование уровней сигнала для связи с центральным компьютером.

Взаимосвязи между этими структурными элементами приведены в приложении .

4.2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Выбор элементной базы необходимо производить исходя из условий эксплуатации устройства. Таким образом, ко всем электрорадиоэлементам схемы, ко всем конструкционным материалам и изделиям предъявляются те же требования, что и ко всему устройству в целом.

Выбор ЭРЭ производится на основе требований к аппаратуре, в частности, кинематических, механических и других воздействий при анализе работы каждого ЭРЭ и каждого материала внутри блока, и условий работы каждого блока конструкции.

Выбор резисторов будем производить учитывая:

- эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление и др.);

- значение электрических параметров и их допустимое отклонение в процессе эксплуатации (номинальное сопротивление, допуск, и др.)

- показатели надежности и долговечности;

- конструкцию резисторов, способ монтажа, массу.

В целях повышения надежности и долговечности резисторов (и других ЭРЭ), во всех возможных случаях следует использовать их при менее жестких нагрузках и в облегченных режимах по сравнению с допустимыми.

Исходя из схемы электрической принципиальной, определяем, что постоянные резисторы должны обеспечивать номинальную мощность 0,0125 Вт. При этом используются резисторы сопротивлением 10 Ом.

Учитывая все эти характеристики (требования по габаритам и массе, требования в области кинематических и механических воздействий), можно сделать вывод, что перечисленным требованиям удовлетворяют постоянные непроволочные резисторы общего назначения типа МЛТ.

Резисторы этого типа имеют характеристики, приведенные в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 - Эксплуатационные характеристики резисторов типа МЛТ

Характеристика	Значение
Диапазон номинальных сопротивлений при мощности 0,125 Вт	10 ...100000
Уровень собственных шумов , мкВ/В	1,5
Температура окружающей среды , оС	от -60 до +70
Относительная влажность воздуха при температуре +35 оС, %	до 98
Пониженное атмосферное давление, Па	до 133
Предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока. В	200
Минимальная наработка, ч	25000
Срок сохраняемости, лет	25

Эксплуатационная надежность конденсаторов, так же как и резисторов, во многом определяется правильным выбором их типа и возможного использования их в режимах, не превышающих допустимые.

Для правильного выбора типа конденсаторов необходимо, с учетом требований к устройству, принимать во внимание следующие факторы:

- значение номинальных параметров и их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальная емкость, допуск и др.);

- эксплуатационные факторы;

- показатели надежности и долговечности;

- конструкцию конденсаторов, способы их монтажа, габариты и массу.

С учетом всех выше изложенных требований произведем выбор конденсаторов постоянной емкости.

В качестве таких конденсаторов выбираем конденсаторы типа КМ-6А.

Эксплуатационные характеристики конденсаторов этого типа приведены в таблице 4.2.2.

Таблица 4.2.2 -Эксплуатационные характеристики конденсаторов КМ-6а

Характеристика	Значение
1	2
Температура окружающей среды, оС	От -60 до +85
Относительная влажность воздуха , %	До 98
Атмосферное давление, мм.тр.ст	10-6 до 3атм.
Вибрационные нагрузки с ускорением в диапазоне 5 - 200 Гц	10g
Многократные удары с ускорением	до 35g
Линейные нагрузки с ускорением , не более	100g
Тангенс угла потерь, не более	0,0012
Минимальная наработка, ч	15000
Срок сохранения, лет	12

Схема электрическая принципиальная содержит также и полярные конденсаторы. С учетом всех требований предъявляемых к ним выберем электролитические конденсаторы типа К50-29 .

Эксплуатационные характеристики конденсаторов этого типа приведены в таблице 4.2.3.

Таблица 4.2.3 - Эксплуатационные характеристики конденсаторов типа К50-29

Характеристика	Значение
Температура окружающей среды, оС	от -20 до +70
Относительная влажность воздуха, %	до 98
Атмосферное давление, кПа	от 1,3 до 2942
Вибрационные нагрузки с ускорением в диапазоне 1 - 600 Гц	до 10 g
Многократные удары с ускорением	до 15 g
Линейные нагрузки с ускорением	до 100 g
Допустимые отклонения емкости, %	от -20 до +80
Минимальная наработка, ч	5000
Срок сохранения, лет	5

В данном устройстве используются и интегральные микросхемы. При выборе типов микросхем будем учитывать совместимость их с динамическими параметрами MC69HC11E9 и в соответствии с функциональным назначением микросхем. С учетом этого можно выбрать следующие интегральные микросхемы: КР140УД12,МС145000,МС145407,МС34064,МС7805.

Приведем краткую характеристику Микроконроллера МС68НС711Е9.

Данное семейство микроконтроллеров является одним из наиболее распространенных в мире.Условные обозначения, которыми маркируются микроконтроллеры семейства, имеют вид:

Микроконтроллер содержит внутреннюю память программ (ППЗУ) емкостью 12 Кбайт, ОЗУ емкостью 512 байт. Модель имеют внутреннее ЭСППЗУ емкостью 512 байт.Микроконтроллер работает при напряжении питания Vn = 5 В, имеет максимальную тактовую частоту до Ft = 4 МГц. Потребляемая мощность составляет 150...300 мВт в диапазоне тактовых частот Ft = 2...4 МГц. В режиме ожидания мощность снижается в 2 раза, а в режиме останова не превышает 250 мкВт.

Рассмотрим особенности функционирования периферийных модулей, используемых в микроконтроллерах этого семейства.

Модель содержит 16-разрядный таймер, который имеет три входа фиксации 1C, четыре выхода совпадения ОС. Эти таймеры служат также для генерации периодических прерываний и контроля выполнения программы с помощью сторожевого устройства (watchdog). Кроме таймера микроконтроллер имеет также 8-разрядные счетчики импульсов.

Микроконтроллер содержит асинхронный и синхронный последовательные порты SCI, SPI, 8-разрядный АЦП, ,число аналоговых входов 8.

Внешний вид корпуса показан на рисунке 4.1

Рис.4.1 Корпус микроконтроллера МС68НС711Е9

Номинальные значения в мм

A 1.10

A1 0.64

A2 0.10

E1 12.00

E 10.00

D1 12.00

D 10.00

n1 16.00

n 64

c 0.15

B 0.22

L 0.30

R1 0.08

R2 0.14

alpha 10

beta 12

phi 3

L1 0.20

p 0.50

X 0.89

Микросхема МС145407 размещается в корпусе 751D-04.Вид корпуса показан на рисунке 4.2

Рис.4.2 Микросхема МС145407

4.3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Модуль реализован на базе цифрового микроконтроллера МС68НС711Е9 фирмы Motorola, выполнен в виде платы и размещается в корпусе. Модуль был разработан для задания и контроля продолжительности цикла технологического процесса .