Основным параметром, на который нужно ссылаться при выборе остальных элементов схемы, является их масса, так как устройство будет эксплуатироваться в условиях повышенной вибрации, и массивные элементы будут моментально срезаны.
При выборе резисторов R1 (10 КОм.), R2 (100 КОм.), R3 (200 Ом.), R4 (2,2 КОм.) предпочтение отдается импортным углеродистым резисторам типа CF. Они отличаются высокой надежностью и стабильностью параметров, а так же малыми габаритами и массой. Диапазон рабочих температур от –55 до +125 градусов Цельсия. При работе с микроконтроллером мощность резисторов может быть 0,125 Вт или меньше.
При выборе конденсатора С1 (0,1 мкФ.) предпочтение отдается импортным дисковым керамическим конденсаторам серии NP0, так как они обладают высокой стабильностью при изменении температуры. Диапазон рабочих температур – от –20 до +85 градусов Цельсия. Номинальное напряжение – 50В.
Диод VD1 должен быть мощным, поэтому выбор останавливаем на Д 247. Он предназначен для преобразования переменного напряжения частотой до 1,1 кГц. Средний прямой ток – 10А. Средний прямой ток перегрузки в течение 0,5 с. – 30 А. При выборе конденсаторов С2 (47 мкФ.), С3 (1мкФ.) предпочтение отдается импортным электролитическим конденсаторам серии LL, так как они плотно монтируются на плату и, соответственно, менее подвержены вибрациям. Диапазон рабочих температур – от 40 до +85 градусов Цельсия. Максимально допустимое значение переменного тока, проходящего через конденсатор – 116 мА. Рабочее напряжение – 16В.
Резонатор ZQ1 стоит выбирать керамический. Обычно он трехвыводной и имеет встроенные емкости. Такой резонатор лучше переносит вибрацию.
2.5 Разработка программного обеспечения
Для осуществления опережения момента искрообразования, экран датчика Холла смещается по направлению, противоположному направлению вращения распредвала. Таким образом, сигнальный импульс будет поступать раньше. А значит, перед подачей выходного сигнала, микроконтроллер должен осуществлять начальное смещение импульса, компенсирующее смещение экрана. Так как экран невозможно установить с идеальной точностью, начальное смещение должно регулироваться. Так же регулировка начального смещения импульса позволяет ограничивать максимальную величину угла опережения зажигания.
Работа механизма опережения зажигания осуществляется уменьшением (увеличением) начального смещения при увеличении (уменьшении) частоты сигнальных импульсов на величину рабочего смещения. Для адаптации устройства к другим моделям двигателей и более точной настройки, величина рабочего смещения должна быть регулируемой. Исходя из этого, к программе предъявляются следующие требования:
1. Определение момента искрообразования, ссылаясь на сигналы датчика Холла.
2. Корректировка угла опережения зажигания в зависимости от частоты входных импульсов по формуле
у = Ти * х В. (2.4)
где Ти – длительность импульса, х – коэффициент умножения Ти, В – рабочее смещение импульса.
3. Возможность изменения констант начального и рабочего смещения импульса без перепрограммирования и отключения микроконтроллера.
4. Сохранение измененных констант в память EEPROM.
Алгоритм программы приведен в чертеже ДП.230101.802.****
При поступлении питания, микроконтроллер загружает программу, а так же переменные х и В в ОЗУ из памяти EEPROM, после чего ожидает входной импульс с датчика Холла, сигнализирующий о запуске двигателя. Обеспечив начальное смещение импульса А, равное Ти * х, и рабочее смещение В, микроконтроллер подает импульс на ключевую схему, обеспечивая тем самым своевременное искрообразование.
Определение изменений частоты вращения двигателя обеспечивается измерением длительности Ти. Величина рабочего смещения импульса В остается неизменной на протяжении всего времени работы устройства. Опережение момента искрообразования достигается путем постоянного вычитания переменной В из начального смещения импульса А, которое изменяется в зависимости от длительности импульсов Ти, а значит и от оборотов двигателя.
При небольших оборотах, длительность импульса Ти, а следовательно значение начального смещения А, велика. Величина рабочего смещения импульса значительно меньше, и вычитание величины В из смещения А даст небольшой угол опережения зажигания.
При высоких оборотах двигателя, длительность импульса Ти уменьшается, уменьшается и значение начального смещения А. Величина В остается неизменной независимо от длительности импульса Ти, следовательно её вычитание из величины А дает гораздо больший угол опережения зажигания.
Применение данного алгоритма позволяет получать своевременное искрообразование в очень широких пределах оборотов двигателя. Значительным плюсом этого алгоритма является плавное, бесступенчатое, изменение угла опережения зажигания.
Текст программы микроконтроллера приведен в Приложении А к дипломному проекту.
2.6 Расчет надежности
На этапе проектирования расчет надежности проводится с учетом применяемых элементов и их типов.
Расчет:
Исходные данные:
Требуемая наработка на отказ Тср = 10000 часов.
Плата является не резервируемой.
Таблица 3. – Интенсивность отказов по типам элементов.
| Элемент | Обозначение | Интенсивность отказа lо*106 1/ч | Количество |
| Печатная плата | lпп | 0,7 | 1 |
| Паянное соединение | lос | 0,01 | 47 |
| Микроконтроллер | lомк | 0,13 | 1 |
| Микросхема | lомкс | 0,2 | 1 |
| Резонатор керамический | lорез | 0,2 | 1 |
| Транзистор высокочастотный | lотр | 1,7 | 1 |
| Диод кремниевый | lод | 1,0 | 1 |
| Резистор | lор | 0,2 | 4 |
| Конденсатор электролитический | lокэ | 2,4 | 2 |
| Конденсатор керамический | lокк | 0,15 | 1 |
| Ключ | lокл | 0,5 | 4 |
l=К*lо*106 (1/ч) (2.5)
lпп=0,7*1*106=0,000007 1/ч.
lос=0,01*47*106=0,0000047 1/ч.
lомк=0,13*1*106=0,0000013 1/ч.
lомкс=0,2*1*106=0,000002 1/ч.
lорез=0,2*1*106=0,000002 1/ч.
lотр=1,7*1*106=0,000017 1/ч.
lод=1,0*1*106=0,00001 1/ч.
lор=0,2*1*106=0,000002 1/ч.
lокэ=2,4*2*106=0,000024 1/ч.
lокк=0,15*1*106=0,0000015 1/ч.
lокл=0,5*4*106=0,000005 1/ч.
Общая интенсивность отказа:
l=lпп+lос+lомк+lомкс+lорез+lотр+lод+lор+lокэ+lокк+lокл (2.6)
l=0,0000765 1/ч.
Среднее время наработки на отказ:
Тср=1/l ч. (2.7)
Тср=1/0,0000765=13072 ч.
Наработка на отказ данного устройства превышает требуемую наработку на треть, что в свою очередь говорит о работоспособности устройства.
3. Организация производства
3.1 Виды конструкторско технологической документации при производстве электронных устройств
При проектировании технологического процесса сборки радиоэлектронной аппаратуры и приборов необходима специальная документация. Выбор документов специального назначения производится в зависимости от типа и вида производства, а также технологических методов изготовления изделия. К основным технологическим документам специального назначения относятся:
1. маршрутная карта;
2. карта технологического процесса;
3. операционная карта;
4. карта типового технологического процесса (КТТП);
5. карта типовой операции и др. (ГОСТ 3.1103 82).
Маршрутная карта (МК) содержит описание маршрута технологического процесса изготовления изделия. Кроме того, дополнительно в нее может входить перечень полного состава технологических операций с указанием данных об оборудовании, технологической оснастке, материальных нормативах и трудовых затрат.
Карта технологического процесса (КТП) содержит операционное описание технологического процесса изготовления изделия в технологической последовательности по всем операциям с указанием переходов, технологических режимов, технологической оснастки, материальных и трудовых затрат.
Карта типового технологического процесса содержит описание типового технологического процесса изготовления изделий.
В операционной карте (ОК) дается описание технологических операций с указанием последовательности выполнения переходов, а также приводятся данные об оснастке, режимах и трудовых затратах.