Частотомер многофункциональный на однокристальном микроконтроллере АТ89С2051 (стр. 2 из 6)
1.4 Дополнительные требования к конструкции
1. Предусмотреть на передней панели пазы для крепления индикатора и кнопок.
2. Обеспечить время наработки на отказ прибора – 100000часов.
3. Предусмотреть меры для экранирования генератора на печатной плате
4. Предусмотреть меры по автоматизации и механизации процесса производства прибора.
1.5 Анализ конструкторских аналогов
Для анализа конструкторских аналогов рассмотрим конструкцию спектроанализатора. Собран в унифицированном бесфутлярном каркасе настольно-стоечного типа "Надел". Ш образовано передней и задней панелями, которые скреплены двумя боковинами при помощи угольников; горизонтальная часть Ш отсутствует, все ФУ закреплены на вертикальных частях каркаса. Сигнальный тракт смонтирован в левой части Ш на кроссплате, к которой при помощи разъёмов подключены ФУ, конструктивно оформленный в виде экранированных ПП. Весь сигнальный тракт размещен в коробчатом экране, при этом входной и сетчатый аттенюаторы находятся в индивидуальных экранах. Гетеродин, расположенный в правой части Ш, включает экранированную ПП, конденсатор переменной ёмкости и варьерно-шкальное устройство. Конденсатор может приводиться вручную или автоматически при помощи механического привода, соединенного с самописцем. Передняя панель откидная, что обеспечивает удобный доступ к монтажу и регулируемым элементам. Блок питания расположен на задней панели и отделен экраном от остальной части схемы.
Для частотомера предусмотреть в углах Модуля, отверстия (диаметр 3,2мм) для крепления его к корпусу.
Рисунок 1. 1 – Спектроанализатор
На рисунке обозначены: 15-внешний механический привод, 16-экранированные платы ВЧ тракта, 17-отсчетный аттенюатор, 18-боковина, 19-экран СЧ тракта, 20-входной аттенюатор, 21-задняя панель, 22-плата усилителей, 23-блок питания, 24-силовой трансформатор, 25-конденсатор переменной емкости, 26-верньерно-отсчетное устройство, 27-гетеродин, 28-передняя панель откидная.
2. Разработка пространственной конструкции и компоновка
2.1 Разработка пространственной конструкции частотомера
Для разработки пространственной конструкции необходимо знать состав, габаритные размеры и массу всех элементов. Определение габаритных размеров и массы элементов рекомендуется выполнять методом аналитической компоновки.
Определение площадь ПП находим по формуле (2.1):
, (2.1)где:Si – установочная площадь i-го элемента, мм2;
Кs – коэффициент заполнения площади подложки;
N – число компоновочных элементов;
Кs=0,75 - так как элементы унифицированы и стандартизированы, и позволяют применить автоматизацию производства. Компоновка схемы позволяет применять автоматизированные станки и оборудование. Также применяются элементы третьего поколения и четвёртого поколения.
Подсчитываем площадь каждого элемента (Si) и заносим в таблицу 2.1
Таблица 2.1 – Установочные характеристики конструкционных узлов
| Тип элемента | Число элементов данного типа | Установочная S одного элемента, мм2 | Установочн. S всех элементов мм2 | Масса одного элемента, г | Масса всех элементов, г |
| К73 –17 К50-35 КТ4-23 С1-4М КД522Б КТ3107 КТ3102 КТ363 КТ3107 КР1533ЛА3 КР1533КП12 КР1533ТМ2 КР1533ИЕ19 КР142ЕН5А РК171БА РС-20-1 ОНЦВГ-11-5 СР-50-154Ф | 11 2 1 27 4 1 1 2 1 3 1 2 1 2 1 1 2 1 | 15 150 50 18 4 12,6 12,6 12,6 12,6 131,25 168,75 131,25 131,25 40 96 275 300 150 | 165 300 50 486 16 12,6 12,6 25,2 12,6 393,75 168,75 262,5 131,25 80 96 275 600 150 | 2 10 5 2,6 1,5 2 2 2 2 4 4 4 4 3,5 15 5 8 6 | 22 20 5 70,2 6 2 2 4 2 12 4 8 4 7 15 5 16 6 |
По формуле (2.1) находим площадь ПП:
Определяем массу модуля:
МЭ=Smiэ×niэ+mпр+mпп (2.2)
где:miэ – масса одного элемента;
niэ – количество элементов;
mпр – масса припоя;
mпп – масса печатной платы;
Мэ=(22+20+5+70,2+16+12+16+7+20+22)+50+20=281(г).
Исходя из рекомендаций ГОСТ10317-79, определённой площади подложки Sn и условий компоновки (безопасность электромагнитного излучения и др.), определяем размеры сторон подложки:
а=95(мм); в=85(мм)
соответственно
S=а×в=95×85=8075(мм2)> Sn=5083(мм2).
2.2 Внешняя компоновка
Согласно схеме электрической принципиальной ГЮИК.411140.001Э3 и рисунку 2.1. На передней панели размещаются: кнопка "РЕЖИМ" (выбор режима) SB1 крайний слева сверху, под ней кнопка ">0<"(относительное изменение параметра) SB2, за кнопкой SB1 справа расположен ЖКИ индикатор HQ1. Эти элементы крепятся непосредственно на передней панели с помощью клея ВК-9 ОСТ 92 - 0949. Передняя и задняя панели прямоугольной формы.
На задней панели расположен соединитель XА1 – ХА3 с права соединитель питания, за ним соединитель "измерения частоты" и слева соединитель "измерения длительности".
Можно использовать готовый корпус Z-Va (польского производства).
2.3 Внутренняя компоновка
Конструкция состоит из одного модуля печатной платы (ПП), на котором размещен кроме устройств индикации, управления и соединения (рис. 2. 1). На заднем краю платы расположены соединители XА1 – ХА3. Возле них по обе стороны расположены стабилизаторы DA1, DA2. За ними с права в металлическом экране расположен задающий генератор. Возле него слева расположена схема формирователя на транзисторах VT1 – VT5. В передней части платы расположены все цифровые микросхемы и микроконтроллер DD8. А также соединители для подключения индикатора и кнопок. Все элементы на печатной плате расположены согласно схеме электрической принципиальной ГЮИК.411140.001Э3. Крепление ПП к корпусу осуществляется с помощью винтов (М3х1х7), в углах ПП предусмотрены отверстия под крепление.
Между ПП и передней, задней панелями предусмотрен зазор для удобства крепления и соединения навесных элементов.
2.4 Расчёт габаритные размеры модуля частотомера
Соотношение между размерами всего блока (рис. 2. 1), размерами узлов и зон определяется следующими выражениями:
Lz=h+Δ+z1+z2=20+1,5+4+2,5=28(мм),
Ly=ly+Y1+Y2=85+10+10=105(мм), (2.3)
Lx= lx+X1+X2=95+5+5=105(мм),
где;Lz, Ly, Lx – размер прибора по осям x, y, z соответственно
h- Наибольшая высота элемента установленного на плате
Δ – Толщина платы
X1, X2 – размеры краевых полей
Y1 – размер размещения органов управления и индикации
Y2 – размер зоны внутриблочной и межблочной коммутации
z1 – зазор между наибольшим элементом и верхней крышкой
z2 – зазор между ПП и нижней крышкой прибора
Выбираем форму изделия – параллелепипед. Так как эта форма характеризуется простыми и четкими очертаниями поверхностей, лаконична, даёт возможность применить максимальное число унифицированных и стандартизированных деталей. А так же наиболее простая и дешевая. И такая форма выбрана из-за того, что не требуются большие механические нагрузки в соответствии с группой 1 ГОСТ16019-78.
Органы управления SB1, SB2 (схема электрическая принципиальная ГЮИК467750001Э3) и индикатор HQ1 расположены на передней панели.
Соединители XА1 – XА3 размещены на задней панели, крепятся к печатной плате.
 |
Рис. 2. 1 – Условная компоновочная схема частотомера с указанными краевыми полями.
На рисунке показано: 1 - передняя панель, 2 – печатная плата, 3 – ЖКИ индикатор, 4 – соединители, 5 – задняя панель, 6 – кнопка, 7 - экран.
3. Разработка модуля с печатным монтажом
3.1 Выбор материала и способ изготовления частотомера на однокристальном микроконтроллере АТ89С2051
Согласно чертежу ГЮИК758710 001 представлена печатная плата (ПП) частотомера. ПП двусторонняя размером 95х85(мм) толщиной 1,5(мм), изготовлена с точностью h14. Масса печатной платы 20г. Материал печатной платы стеклотекстолит марки СФ1-50Г-2 ГОСТ10316-78. Материал платы выбран из того, что он обеспечивает надежные механические, электроизоляционные и эксплуатационные параметры. Толщина платы выбрана из условий механических воздействий и в соответствии с группой жесткости.
Плата изготовлена химическим методом (травление в хлорном железе FeCl3 ГОСТ4147-65). Дорожки наносим краской ТНПФ ТУ29-02-35-9-70. Плата изготовлена по ГОСТ23732-79, группа жесткости 1, класс точности 2. Отверстия под выводы и крепление элементов выполнены в узлах координатной сетки с шагом 2,5 (мм). В углах платы выполнены отверстия для крепления платы – диаметр 3(мм). Медные проводники выполнены по координатной сетке и ширина проводников 0,75±0,3 (мм). В узких местах допускается занижение проводников и контактных площадок до 0,15 (мм). Расстояние между проводниками не менее 0,3 (мм). Маркировка элементов выполнена белой краской ТУ029-02-859-78 с обеих сторон, шрифт 2, маркировка на чертеже указана условно.
3.2 Разработка модуля частотомера на однокристальном микроконтроллере АТ89С2051
Модуль представляет собой ПП прямоугольной формы с установленными элементами. Все элементы схемы электрической принципиальной ГЮИК.411140.001Э3 установлены на плате, кроме кнопок SB1, SB2 и ЖКИ индикатора HQ1. Эти элементы крепятся к передней панели с помощью клея. Также по схеме электрической принципиальной выполнен и электромонтаж элементов. Все элементы на плату устанавливаются вертикально и крепятся посредством пайки к контактным площадкам припоем ПОС-61 ГОСТ21931-76. Микроконтроллер устанавливается в специальный разъём, припаянный к плате.
Печатная плата крепится к корпусу с помощью четырёх винтовых соединения М3х1х7. Расположение и установку элементов производить по ОСТ4 Г0.010.030-81. Габаритные размеры модуля печатной платы (МПП): длина – 105мм, ширина – 105мм, высота – 28мм. Масса – 300г.