Предложена методика поиска оптимального количества битов избыточности АЦП последовательного приближения, чтобы минимизировать время аналого-цифрового преобразования.Доказано, что существует оптимальный бит избыточности в диапазоне от 1 до s.Следовательно, не нужно изучать огромные объемы данных, и можно реализовать высокоскоростной АЦП последовательного приближения.

Литература

1.Murmann, B. The Successive Approximation Register ADC: A Versatile Building Block for Ultra-LowPower to Ultra- High-Speed Application / B. Murmann // IEEE Communications Magazine. -2016. - pp. 78-83.

2.Zhang, Y. Study of Split Capacitor DAC Mismatch and Calibration in SAR ADC / Zhang Y., Y. Zhao, P. Dai // Journal of Circuits System and Computers. - 26. - 2015. - pp. 1-19.

3.Ragab, K. A 1.4mW 8b 350MS/s Loop-Unrolled SAR ADC with Background Offset Calibration in 40nm CMOS / Ragab K. and Sun N. // ESSCIRC Conference 2016: 42nd European Solid-State Circuits Conference, Lausanne. - 2016. - pp. 417-420

4.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

5.Чирков О. Н. Помехоустойчивый алгоритм декодирования ортогональных пространственно-временных блочных кодов систем MIMO в замирающих каналах радиосвязи / Чирков О. Н., Бобылкин И. С., Свиридова И. В., Матвеев А. А., Соболев М. И. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2019. - Т. 2. - С. 90-92.

Воронежский государственный технический университет

70

УДК 621.9

О. Ю. Макаров, В. Е. Богомазов

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ОБЛАЧНОЙ СЕТИ РАДИОДОСТУПА

В работе представлено краткое описание схем энергосбережения в облачной сети радиодоступа, позволяющих вывести на новый уровень качество работы сети обеспечивая меньшее потребление энергии и количества базовых станций.

Ключевые слова: базовая станция, модуль приема-передачи, C-RAN.

За последние несколько лет трафик мобильных данных значительно вырос в связи с увеличением использования мобильных устройств и появлением новых мультимедийных приложений, таких как потоковое видео высокой четкости и мобильные облачные вычисления. Чтобы справиться с таким быстрым ростом, операторы мобильных сетей плотно развернули малые соты. Однако производительность сетей с плотной структурой ограничена, и в ближайшем будущем пропускная способность сети вряд ли будет улучшена. Кроме того, большой выброс парниковых газов вызван потреблением энергии сетью из-за большого количества малых сот.

Более того, БС потребляют около 60 % энергии, поступающей в сотовую сеть. Чтобы справиться с ограничениями плотных сетей малых сот и их высоким энергопотреблением, мобильные операторы готовятся к внедрению пятого поколения (5G) мобильных сетей.

По сравнению с традиционной архитектурой, C-RAN имеет централизованный пул базовых полос, что отличается от обычных БС, которые должны выполнять как обработку базовой полосы, так и передачу/прием радиосигналов.

В данной работе будет проанализировано энергопотребление сети C-RAN и предпринята снизить ее энергопотребление. В частности, мы фокусируемся на схемах энергосбережения радиоточек и базовых блоков, которые являются основными компонентами C-RAN. Более того, будут рассмотрены схемы энергосбережения радиоточек и базовых блоков совместно, которые

71

были рассмотрены лишь в нескольких исследованиях. Для эффективного снижения энергопотребления будет предложена новая схема энергосбережения, состоящая из трех следующих шагов:

1.Формулировка теоретической модели схем энергосбережения для радиоточек и базовых блоков;

2.Исследование взаимосвязи между энергопотреблением радиоточек и базовых блоков на основе теоретической модели;

3.Описание оптимальной конфигурации схем энергосбережения для CRAN.

На рис. 1 показана простая структура традиционной RAN и ее БС. Основные функции БС можно разделить на две части: обработка базовой полосы и передача/прием радиосигналов. Модуль обработки базовой полосы называется BBU, а модуль передачи/приема - RRH. Они интегрированы внутри БС в традиционной RAN. BBU имеет подфункции кодирования/декодирования канала, модуляции/демодуляции, отображения ресурсных блоков, быстрого преобразования Фурье и т.д., а RRH имеет подфункции цифровой обработки, фильтрации частоты и усиления мощности. Поскольку BBU и RRH находятся внутри БС вместе, BBU может быть подключен только к RRH в традиционной RAN.

Рис. 1. Структура традиционной RAN

Существующие работы по энергосбережению в C-RAN были сосредоточены на энергосбережении либо в радиоточке, либо в базовом блоке. Большинство предложенных стратегий энергосбережения, как в радиоточке, так и в базовом блоке, включают схемы активного/спящего режима или включения/выключения. В стратегиях энергосбережения радиоточек,

72

RRH, в котором некоторые модули выключены, находится в состоянии сна, когда нагрузка на трафик мала или равна нулю. Другой эффективной схемой энергосбережения является масштабирование ячеек, которое динамически изменяет размер ячеек в зависимости от условий трафика. На рис. 2 показан пример масштабирования ячеек. До масштабирования ячейки каждый RRH имеет небольшое покрытие и 7 активных радиоточек, а после масштабирования ячейки каждый активный радиоблок имеет большое покрытие и только 3 активных RRH. Хотя RRH с уменьшенным масштабом потребляет большое количество энергии для обеспечения большого покрытия, дополнительное потребление энергии значительно перевешивается экономией энергии спящих RRH. Поэтому данная схема энергосбережения позволяет снизить энергопотребление RRH.

Рис. 2. Масштабирование ячеек

Стратегии энергосбережения базовых блоков также реализуют политику спящего состояния для снижения энергопотребления базовых блоков при отсутствии нагрузки трафика. Поскольку нагрузка трафика радиоточек может быть назначена на любой базовый блок, централизованный в пуле базовых блоков, базовый блок с низкой нагрузкой может разгрузить эту нагрузку на другой базовый блок и переключиться в состояние сна. Эта схема энергосбережения базовых блоков, называемая агрегацией базовых блоков, улучшает использование ресурсов наряду с энергоэффективностью C-RAN. До агрегирования базовых блоков каждый блок имеет низкое использование и 6 блоков активны, в то время как после агрегирования блоков

73

каждый блок имеет высокое использование и только 2 блока активны. Поскольку количество активных базовых блоков уменьшается, а использование увеличивается, агрегация базовых блоков позволяет снизить их энергопотребление.

Лишь в нескольких исследованиях по энергосбережению в C-RAN одновременно учитывалось энергопотребление как радиоточек, так и станций.

Схема рассматриваемой сети показана на рис. 3. В качестве рассматриваемой сети мы рассматриваем систему C-RAN, которая состоит из пула блоков, коммутатора, фронтальной сети и зоны обслуживания сети. В пуле блоков имеется NBBU и BBU, и они могут взаимодействовать друг с другом. Пусть B = {b1, b2, --- , bk, --- , bNBBU } это множество блоков в пуле бл о- ков, где bk обозначает один блок в пуле. Зона обслуживания сети состоит из подзон регулярной шестиугольной сетки, расположенных в i строк и j столбцов. Пусть A = {a1, a2, --- , ah, --- , aNa} - это множество подрайонов в зоне обслуживания сети, где ah обозначает один подрайон, а Na обозначает количество подрайонов, т.е. Na = ij. радиоточки распределены в зоне обслуживания сети и соединены с пулом блоков высокопроизводительной фронтальной сетью и коммутатором без узких мест.

Рис. 3. Схема рассматриваемой сети

74

Рис. 4. Примеры конфигурации сети

Таким образом, в блоке может быть размещено несколько радиоточек.

Основным решением является подбор архитектуры подобластей для энергосбережения радиоточек с масштабированием ячеек. На рис. 4 показаны примеры конфигураций архитектуры, схема энергосбережения радиоточек с масштабированием ячеек. Существует три типа радиоточки:

-всенаправленная радиоточка (OD RRH): OD радиоточка покрывает часть подзоны всенаправленно;

-полунаправленная радиоточка (HD RRH): HD радиоточка покрывает половину площади, которую может покрыть радиоточки;

-радиоточка с одним третьим направлением (OTD RRH): OTD радиоточка покрывает одну треть площади, которую может покрыть радиоточка. Соответственно, предполагается, что эти целая, половинная и третья части покрытия могут быть реализованы путем изменения конструкции антенны РРН, горизонтальной секторизации антенны или технологий формирования сигнала.

Подобласть имеет два режима: LC-режим и SC-режим. Если подобласть находится в режиме LC, то только один радиоблок в центре подобласти активен и покрывает всю подобласть, а остальные радиоточки находятся в спящем режиме. Пусть этот активный радиоблок является RRH режима LC, а радиус ячейки LC равен dLC, что равно радиусу периметра подобласти.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать заключение: предполагается, что снижение энергопотребления за счет

75

перевода радиоточек в спящий режим значительно больше, чем увеличение энергопотребления за счет увеличения мощности передачи поможет сэкономить энергии. Соответственно, в подобласти с режимом LC энергопотребление радиоточка ниже, чем в подобласти с режимом SC.

Литература

1. Тихонов А. А. «Сети радиодоступа», Орел, \ Тихонов А. А. – М.: Радио и связь. 2015

2.Бородин А. С., Кучерявый А. Е. Сети связи пятого поколения как основа цифровой экономики // Электросвязь. 2017. № 5. С. 45–49.

3.Кучерявый А. Е., Футахи А., Кучерявый Е. А. LTE и беспроводные сенсорные сети

4.Мобильные телекоммуникации. 2017. № 9–10. С. 38–41.

5.Кучерявый А. Е., Маколкина М. А., Киричек Р. В. Тактильный интернет. Сети связи со сверхмалыми задержками // Электросвязь. 2016. № 1. С. 44 – 50.

6.RimalB.P., VanD. P., MaierM. MobileEdgeCompu- tingEmpoweredFiber-WirelessAccess

7.Networks in the 5G Era // IEEE Communications Magazine. 2017. Vol. 55. Iss. 2. pp. 192–200.

8.Muthanna A., Masek P., Hosek J., Fujdiak R., Hussein O., Paramonov A., Koucheryavy, A.

9.Analytical Evaluation of D2D Connectivity Potential in 5G Wireless System // Lecture Notes in Computer

10.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

11.Башкиров А. В. Эффективная архитектура на основе плис для полностью параллельного стохастического LDPCдекодера / А. В. Башкиров, И. В. Свиридова, Д. С. Андреева // Вестник Воронежского государственного технического университета. − 2018. − Т. 14. − № 3. − С. 101-107.

Воронежский государственный технический университет

76

УДК 621.3

А. В. Турецкий, Р. Н. Щипелев

МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ РЭА МНОГОРАЗОВЫХ РАКЕТНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ

В данной статье рассмотрены основные факторы, оказывающие вредоносные воздействия на конструкцию бортовой радиоэлектронной аппаратурымногоразовых ракетных ускорителей. В ходе проведения исследования, на примере ракеты Falcon 9 компании SpaceX рассмотрены перегрузки, перепады температур, уровни акустического шума и вибрации. Рассмотрены основные способы защиты бортовой РЭА от вредоносных факторов с акцентом на наиболее подходящие варианты.

Ключевые слова: повышение надежности, надежность конструкции, РЭА космического назначения, защита.

В настоящее время все большую популярность в космической индустрии набирает использование многоразовых (возвращаемых) ракетных ускорителей (первых ступеней ракетносителей). Они оснащены массой радиоэлектронной аппаратуры, такой как передатчики телеметрии, аппаратура GPS навигации и фиксации местоположения, высотомеры, приемники, бортовой компьютер.

На всей траектории полета радиоэлектронная аппаратура, входящая в конструкцию ракеты-носителяиспытывает воздействие множества вредоносных факторов, таких как линейные ускорения, вибрации, высокий уровень акустического шума. Рассмотрим их на основании данных, полученных во время пусков ракеты-носителя Falcon 9 компании SpaceX с многоразовым ракетным ускорителем.

Воздействие акустического шума и вибраций – первый вредоносный фактор, с которым сталкивается бортовая аппаратура первой ступени в процессе пуска. Уровень акустического шума, создаваемого двигателями первой ступени ракетыносителя falcon 9 достигает 126,1 дБ. График его изменения изображен на рис. 1.

77

Рис. 1. График зависимости уровня акустического шума при пуске ракеты Falcon 9 от частоты

Разрушительные нагрузки, вызываемые акустическим шумом, в равной степени влияют на все элементы конструкций бортовых радиоэлектронных устройств.

Также во время пуска работа двигательной установки и аэроакустические явления вызывают вибрации, распространяющиеся по всей конструкции ракеты-носителя. На рис. 2 представлен график зависимости плотности мощности вибраций, возникающих в конструкции ракеты-носителя, от их частоты.

Рис. 2. График зависимости мощности вибраций конструкции от частоты

78

На графике наибольшие значения плотности мощности принимают высокочастотные вибрации, вызванные работой двигательной установки. Аэроакустические явления также вызывают вибрации среднечастотного диапазона, но уже значительно меньшей силы.

В таких условиях вероятно возникновение резонансных колебаний частей конструкции бортовой аппаратуры. В выводах компонентов могут возникать усталостные нагрузки, возможно изменение электрических параметров полупроводниковых электрорадиоэлементов.

Существует несколько способов защиты конструкции РЭА от воздействия вибраций: увеличение жесткости и сокращение пощади конструктивных ячеек, применение виброизоляторов, введение дополнительных точек соединения печатных плат с конструкцией корпуса, использование материалов повышенного демпфирования. Последний вариант оптимален для снижения воздействия вибраций, вызываемых работой двигательной установки за счет сдвига собственной резонансной частоты конструкции из высокочастотного диапазона.

Для борьбы с воздействием акустического шума, как правило, повышают массу легких деталей. Однако, такой подход недопустим в связи со спецификой космической отрасли. Поэтому, снижать воздействие шума следует введением упругих прокладок в местах соединений и повышения жесткости конструкции.

Следующим вредоносным воздействием, с которым сталкивается бортовая аппаратура ракетного ускорителя являются линейные ускорения. На рис. 3 и 4 приведены графики уровня перегрузки, испытываемой конструкцией многоразового ракетного ускорителя ракеты Falcon 9 от высоты на разных стадиях полета в процессе нескольких пусков.

79

Рис. 3. График зависимости перегрузки от высоты во время набора высоты

Рис. 4. График зависимости перегрузки от высоты в процессе возврата первой ступени

80

Исходя из графиков, на стадии набора высоты конструкция многоразового ракетного ускорителя испытывает перегрузки до 3,5g, а во время возврата и посадки– в диапазоне от-1gдо 5g.

Такие воздействия способствуют возникновению в элементах конструкции бортовых РЭС вредных инерционных сил, в несколько раз превышающих силы тяжести.

Для защиты бортовой аппаратуры от линейных ускорений следует применять материалы и конструкции с максимальным отношением допустимого механического напряжения к плотности.

Литература

1.Лысенко Л. А. Информационно-измерительная система управления активной виброзащитой радиоэлектронных устройств/Л. А. Лысенко– Пенза, – 2014. С.10-29.

2.Falcon user’s guide/ –Hawthorne, CA, SpaceX, – 2020. –

С. 4-35.

3.M. JamesLaunch Noise Study for the Wallops Flight Facility Programmatic Environmental Impact Statement/M. James, A. Salton, M. Downing// Blue Ridge Research and Consulting, Asheville, NC. – 2015. – С. 11-20.

4.Никитин Л. Н. Лабораторный практикум по курсу: Методы и устройства испытаний электронных средств, Воро-

неж, 2018 г. – С. 5-48.

5.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

6.Чирков О. Н. Помехоустойчивый алгоритм декодирования ортогональных пространственно-временных блочных ко-

дов систем MIMO в замирающих каналах радиосвязи / Чирков О. Н., Бобылкин И. С., Свиридова И. В., Матвеев А. А., Соболев М. И. // Труды международного симпозиума «Надеж-

ность и качество». −2019. − Т. 2. − С. 90-92.

Воронежский государственный технический университет

81

УДК 621.9

О. Н. Чирков, А. В. Турецкий, М. А. Филатов, Б. А. Середин, А. П. Хрипунков

КОНСТРУКТОРСКОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ ПОДБОРА ТРАНЗИСТОРОВ

В работе представлено описание конструкторского исполнения

ифункционирования прибора для подбора транзисторов. Конструкция изделия состоит из крышки и корпуса, в которые устанавливается плата устройства

ибатарейный отсек, являющийся элементом питания прибора,

располагающейся в задней части основания корпуса и закрывающийся с помощью крышки батарейного отсека.

Ключевые слова: прибор, транзистор, подбор.

Конструкция устройства, представленная на рис. 1, выполнена следующим образом. Плата прибора устанавливается на бобышки корпуса и фиксируется четырьмя самонарезающими винтами ST2,2x4,5-C-H. На управляющие элементы платы через крышку устанавливаются соответствующие толкатели движковых переключателей и микропереключателя.

Соединение корпуса с крышкой осуществляется с помощью четырёх самонарезающих винтов 2-3x1x16. Батарейный отсек BH321-3A, являющийся источником питания устройства, устанавливается в соответствующее под него место в задней части корпуса двумя самонарезающими винтами 2-3x1x6, после чего закрывается крышкой, фиксирующейся при помощи того же винта ST2,2x4,5-C-H, что фиксирует плату на бобышках.

Провода батарейного отсека, предназначенные для монтажа на плату, выводятся через специальную прорезь в стенке выемки, где он установлен.

82

Рис. 1. Внешний вид конструкции устройства

Схема электрическая принципиальная устройства представлена на рис. 2. В схеме присутствует генератор ступенчато возрастающего напряжения основанный на микросхеме MC14060BCP D1 и резистивной матрице R11 – R24.

Питание прибора, равняющееся 3 вольтам, реализовано с помощью 2 щелочных батареек типоразмера АА по 1.5 вольт. Транзисторы VT1 – VT2 выступают в роли усилителей постоянного тока. Для повышения его и генератора напряжения питания до 6 вольт, используется повышающий преобразователь на транзисторах VT3 – VT4 с катушкой индуктивности L1.

Для стабилизации выходного напряжения преобразователя используются светодиоды синего свечения HL8 – HL9. Светодиод HL8 так же выполнят функцию индикатора питания устройства[1].

Генератор ступенчато возрастающего напряжения имеет два инвертора, а так же 14 – разрядный двоичный счётчик. В совокупности с резисторами R2 – R3 и конденсаторам C3 эти элементы образуют тактовый генератор.

Резисторы R4 – R10 являются токоограничителями, подключенные к светодиодам HL1 – HL7.

83

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная устройства

Светодиоды зеленого свечения HL1 – HL7 выступают в роли индикатора, отображая значения входного параметра испытуемого транзистора в двоичном коде, а светодиод красного свечения HL10 сигнализирует об окончании расчёта.

Движковый переключатель SA2 является ключом, соединяющим всю схему устройства с элементом питания. Во время испытания проверяемого полевого транзистора, подключённого к гнезду X3, по мере увеличения и достижения порогового значения, он начинает открываться. Движковый переключатель SA1 находится в положении соответствующему 0,2 мА.

При достижении током стока значения 0,2 мА, открывается транзистор VT2, который посредством подачи на микросхему D1 логического нуля через диод VD1, останавливает работу тактового генератора. Светодиод красного свечения HL10 загорается, тем самым сигнализируя окончание расчёта. Состояние выводов счётчика отображается в двоичном коде светодиодами HL1 – HL7.Когда движковый переключатель SA1 находится в положении соответствующему 1 мА, открывания транзистора VT2 будет происходить при значении тока стока 1мА.

Подбор пар полевых транзисторов осуществляется по показаниям порогового напряжения с током стока равному 0,2 мА, ориентируясь на совпадение кодов, выдаваемых счётчи-

84

ком. В случае если подбор пар осуществляется по крутизне, то коды счётчика каждого транзистора сравнивают при обоих токах, 0,2 и 1 мА.

Для случая если необходимо определить точное значение порогового напряжения в десятичном коде, предусмотрено гнездо X2, к контактам которого можно подключить цифровой вольтметр.

При работе с биполярным транзистором, генератор ступенчато возрастающего напряжения для него будет являться генератором ступенчато возрастающего тока базы. Такое преобразование осуществляется при нагрузке высокоомной резистивной матрицы R11 – R24 низким входным сопротивлением биполярного транзистора.

Во время испытания проверяемого биполярного транзистора, его ток коллектора будет увеличиваться по мере образования каждой ступени входного тока базы. Далее всё идет по аналогии с испытанием токами 0,2 и 1 мА полевых транзисторов.

Коэффициенты передачи тока будут соответствовать базовым токам, это означает, что аналогично полевым транзисторам, при одинаковых измеряемых коэффициентах передачи тока у проверяемой пары биполярных транзисторов будут совпадать их выходные коды[2].

Корпус устройства изображен на рис. 3. Конструкция корпуса является прямоугольной, все наружные грани скруглены для удобства его использования при удержании прибора в руке. Спереди, во внутренней верхней части основания корпуса, расположены 4 конусообразные бобышки с отверстиями для крепления платы к корпусу[3].

Так как элементом питания платы выступают 2 батарейки типоразмера АА, то во внутренней нижней части основания выполнена полость с двумя отверстиями для установки в неё самонарезающими винтами батарейного отсека BH321-3A.

85

Рис. 3. Корпус устройства

В боковой стенки данной полости имеется вырез, через который проходят к плате два провода батарейного отсека. С задней стороны, над местом установки отсека, расположена площадка с отверстием, на которую устанавливается крышка батарейного отсека, фиксирующаяся самонарезающим винтом. По внутренним углам корпуса расположены квадратные площадки с отверстиями, предназначенными для соединения с крышкой.

Конструкция крышки, представленной на рис. 4, выполняется по аналогии с корпусом. По углам внутренней стороны крышки так же присутствуют площадки с отверстиями для крепления с корпусом, однако здесь отверстия являются сквозными. На крышке имеется так же девять сквозных круглых отверстий предназначенных под светодиоды платы, которые являются отображателями информации прибора, сквозное отверстие под гнездо для испытуемого транзистора, такое же отверстие чуть меньших размеров для подключения стороннего устройства в виде вольтметра. Два симметрично расположенных друг к другу прямоугольных сквозных отверстия для толкателей движковых переключателей, и одно круглое сквозное отверстие между ними для толкателя микропереключателя. На лицевой

86

стороне крышки у каждого отверстия выполнена надпись отражающие назначение элементов проходящих через них.

Рис. 4. Крышка устройства

Дальнейшая модернизация устройства возможна по моделям [4-6].

Литература

1. Ланге П. К. Схемотехника транзисторных усилительных каскадов: учебное пособие / П. К. Ланге. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2011. – 77 с.: ил.

2. Григорьев О. П. Транзисторы: справочник / О. П. Григорьев, В. Я. Замятин. – М. Радио и связь, 1989. -272 с.

3.Ненашев А. П. Конструирование радиоэлектронных средств: учебник для вузов/ А. П. Ненашев – М.: Высш. шк., 1990. – 432 с.

4.Ромащенко М. А., Панычев С. Н., Чирков О. Н. Оптимальные алгоритмы совместной оценки канала радиосвязи и смещения частоты при многолучевом распространении сигнала

//Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6 (8). С. 156-162.

87

5.Чирков О. Н., Муратов А. В. Получение OFDM сигналов для высокоскоростных сетей WiMax // Труды международного симпозиума «Надежность и качество».- 2012.- Т. 1.- С. 364.

6.Чирков О. Н. Математическая модель взвешенной оценки канала радиосвязи для многоантенных OFDM-систем // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2019. - Т. 15. № 4. - С. 49-54.

7.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

Воронежский государственный технический университет

88

УДК 621.9

О. Н Чирков, А. В. Турецкий, А. П. Хрипунков, М. А. Филатов, Б. А. Середин

КОНСТРУКТОРСКОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ДОМАШНЕЙ МЕТЕОСТАНЦИИ

В работе представлено описание функционирования и конструкторское исполнение домашней метеостанции. Конструктивное исполнение устройства состоит из печатной платы, на которой установленные датчики и экран, используемый для выведения информации.

Ключевые слова: устройство, печатная плата, датчик, экран.

Основным элементов домашней метеостанции выступает восьмиразрядный высокопроизводительный микроконтроллер-

семейства AVR-ATmega16 (рис. 1).

На микроконтроллер поступает аналоговый сигнал с 3 датчиков: в качестве датчика температуры - LM35DT,датчик влажности - HIH-40 (A1), датчик давления MPX4115А (A2), а также есть возможно подключения дополнительного датчика температуры через разъём (Х1).

Сбор данных в устройстве осуществляется непрерывно,

вавтоматическом режиме. В приборе сигнал, считанный с датчиков подаётся на встроенный мультиплексор, который позволяет считывать данные с каждого из них последовательно.

Каждый из трёх подключённых датчиков используемых

вприборе является аналоговым. Для преобразования поступающего сигнала с датчиков в метеостанции используется, встроенный, аналогового цифровой преобразователь (АЦП). После прохождения этапа преобразования данных, происходит их выведение на ЖКИ ABG128064F (HG1).Также полученные данные, преобразуются на преобразователе сигнала FT232BM (DD2), который предназначенный, для выведения данных из устройства с использованием шины USB (X3).

Для питания всего устройства используется внешний источник питания напряжением в 12V, для его подключения используется гнездо DS-201 (X2). После поступления питания происходит его стабилизация на LM7805CT (DA2). Уже стаби-

89

лизированное напряжение идёт к преобразователь сигнала

FT232BM (DD2) и ABG128064F (HG1). В свою очередь датчики получают питание от прецизионного маломощного с малым падением напряжения источника питания REF195FSZ (DA3), о б- разующего стабильное напряжение +5В (рис. 2).

Рис. 1. Принцип работы устройства

Для контроля подачи питания используется кнопка SB1 имеющая два режима: режим подачи питания (Вкл.) и режим отключения питания (Выкл.).

Рис. 2. Схема домашней метеостанции

90

В качестве материала подложки используется стеклотекстолит фольгированный двухсторонний марки CФ-2-35-2 ГОСТ

10316-78.

Само же устройство помещено в корпус, изготовленныйиз пластик АБС 2020-30черного цвета в соответствии с ТУ 2214-019-00203521-96. Методом горячего литья под давлением.

Крепление печатной платы в корпус происходит в бобышке выполнение монолитно с корпусом с использованием самонарезающихся винтов в 4 местах.

Сам корпус (рис. 3) выполнен в виде прямоугольника с дополнительными силовыми элементами, служащими для укрепления конструкции и места скрепления крышки корпуса и корпуса. В нижней части корпуса присутствуют грани служащие для установки прибора в вертикальном положении.

В корпусе есть технические отверстия, с левой стороны отверстие служит для закрепления переключателя, так как в устройстве используется переключатель, не требующий дополнительных отверстий для установки. С правой стороны есть находятся отверстия питания с использованием JACK 5.5.

Также присутствуют отверстия для подключения дополнительного датчика температуры. И есть специальное отверстие для USB соединения.

Рис. 3. Внешний вид корпуса устройства

91

Крышка (рис. 4) выполнена в схожем формате, что и корпус с такими же элементами, помимо этого в корпусе иметься специальный вырез для закрепления экрана с отверстия для крепления с использованием самонарезающих винтов.

Крышка корпуса и сам корпус соединяются самонарезающими винтами. Острые грани корпуса были скруглены для уменьшения риска нанесения травмы (рис. 5).

Применение устройства возможно в системах [2-4].

Литература

1.Ненашев А. П. Конструирование радиоэлектронных средств: учебник для вузов/ А. П. Ненашев – М.: Высш. шк., 1990. – 432 с.

2.Ромащенко М. А., Панычев С. Н., Чирков О. Н. Оптимальные алгоритмы совместной оценки канала радиосвязи и смещения частоты при многолучевом распространении сигнала

//Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6 (8). С. 156-162.

3.Чирков О. Н., Муратов А. В. Получение OFDM сигналов для высокоскоростных сетей WiMax // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». − 2012. − Т. 1. − С. 364.// Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 364.

4.Чирков О.Н. Эффективный алгоритм динамического распространения пилот-сигналов для оценки канала радиосвязи в многоантенных системах MIMO с ортогональным частотным уплотнением OFDM//Радиотехника. 2019. Т. 83.№ 6(8). С. 163-168.

5.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

6.Чирков О. Н., Муратов А. В. Получение OFDM сигналов для высокоскоростных сетей WiMax // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». − 2012. − Т. 1. −С. 364.

Воронежский государственный технический университет

93

УДК 621.9

О. Н. Чирков, А. В. Иванов, Д. А. Ямпольский, А. А. Кузёмкин

УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА ДЛЯ ТУРНИКЕТА

Спроектировано устройство на основе мультиконтроллера, позволяющее осуществлять контроль доступа на контрольно-пропускных пунктах по температуре кисти руки человека. Устройство предполагает установку на турникет, а также может использоваться в автономном режиме. Возможен режим работы устройства с использованием базы данных карт-пропусков.

Ключевые слова: контроль доступа, ИК-датчик температуры, мультиконтроллер, база данных.

Внастоящее время, в период эпидемии коронавируса и общего ухудшения здоровья населения, желательно измерять температуру тела как можно чаще с целью выявления заболевания на ранней стадии, причем для сторонних людей относительно возможного зараженного это делать лучше бесконтактным способом. Ослабить высокий рост заболеваемости может корректный контроль за температурой на пропускных пунктах в общественных местах, таких как школы, университеты, метро и т.д.

Всвязи с вышеперечисленным необходимо проектирование устройства с датчиком температуры, которое будет действовать совместно с системой контроля и управления доступом (СКУД) и выявлять температуру человека, не соответствующую норме[1].

На рис. 1. приведено распределение температур на человеческом теле, исходя из которых можно сделать вывод, что ближайшим открытым участком тела, при прикладывании кар- ты-пропуска является внутренняя сторона кистевой части руки.

94

Рис. 1. Средняя нормальная температура кожных покровов человека

Исходя из того, что устройство должно быть установлено на турникете, оптимально разместить егона высоте согнутой руки. В среднем на высоте 100 см для полуростового турникета [2].

Принцип работы устройства описан алгоритмом на рис. 2. Алгоритм основан на циклическом опросе датчика приближения и датчика RFID. Для исключения ошибочных измерений, первым датчиком, который должен сработать является датчик приближения. Если рука с картой приложена верно и последовательно сработали оба датчика, то в базу данных (БД) поступает запрос для сравнения идентификатора приложенной карты и записей из БД. Если идентификатор не найден, то проход не допускается. В обратном случае измеряется температура и сравнивается с пороговыми значениями. Полученный результат записывается в БД. Если температура в пределах нормы, то турникет открывается.

В случае применения более мощного одноплатного компьютера (например, RaspberryPi) можно заменить внешнюю БД на запоминающее устройство (флеш-накопитель) с перечнем идентификаторов. В совокупности с использованием аккумуляторной батареи это позволяет использовать устройство автономно. Этот режим использования реализован на опытном образце.

95

Рис. 2. Алгоритм работы бесконтактного измерителя температуры тела для турникета

Основным компонентом устройства является мультиконтроллер с цифровыми выходами, поддержкой ШИМ, а также с возможностью подключения периферийных устройств с последовательным интерфейсом. Он позволяет организовать опрос датчиков и осуществлять обмен данными со СКУД. В проекте был использован мультиконтроллер AVRATmega328.

Для измерения показателей температуры используется инфракрасный датчик. Для создания рабочего прототипа использован датчик семейства MLX90614. Он обеспечивает точность измерений ±0.5˚C в пределах температуры измеряемой поверхности от 22˚Cдо 40˚C. Разрешение измерения составля-

96

ет0,02˚C. Датчик имеет цифровой интерфейс считывания, совместимый с SMBus, основанный на шине IIC [3].

Пассивный считыватель RFID карт-пропусков использован для обеспечения контроля доступа. На прототипе установлен RFID-модуль RC522с рабочей частотой 13.56 МГц поддерживающий интерфейсы SPI, UART и IIC[4].

Для обнаружения поднесенной руки используется инфракрасный датчик приближения.

Чтобы оповестить человека о разрешении/запрете на вход в устройство может быть установлен пьезодинамик или трехцветный светодиод. Опционально для показа измеренной температуры может быть установлен жидкокристаллический дисплей. Для вывода информации применен монохромный дис-

плей LCD1602.

Рис. 3. Внешний вид опытного образца устройства

В ходе выполнения данной работы было разработано устройство бесконтактного измерения температуры кисти руки, работающее в составе СКУД или автономно. Благодаря малому количеству компонентов устройство имеет низкую стоимость и высокую компактность. Алгоритм работы устройства был реа-

97

лизован на опытном образце. С использованием мультиконтроллеров устройство может быть интегрировано в большинство современных турникетов.

Литература

1.A Critical Appraisal of 98.6°F, the Upper Limit of the Normal Body Temperature, and Other Legacies of Carl Reinhold August Wunderlich. [Электронный ресурс]. – Режим досту-

па:https://jamanetwork.com/journals/jama/articleabstract/400116?red irect=true.

2.Турникеты СКУД. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://vashtvmir.ru/turniketyi-skud/.

3.Datacheet Single and Dual Zone Infra-Red Thermometer in TO-39. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://media.melexis.com/-/media/files/documents/datasheets/mlx 90614-datasheet-melexis.pdf.

4.Власов М. RFID: 1 технология − 1000 решений: Практические примеры использования RFID в различных областях. − М.: Альпина Паблишер, 2014. − 218 с.

5.Method of advanced channel estimation in OFDM systems by regression technique/ Bashkirov A. V., Chirkov O. N., Romashchenko M. A., Glotov V. V., Turetsky A. V., Glotova T.S. // Journal of Physics: Conference Series. 2020 International Conference on Information Technology in Business and Industry, ITBI 2020. Bristol, England, 2020. С. 012001.

6.Automated expert support complex based on a machine learning semantic processor/ Chirkov O.N., Tsipina N.V., Slinchuk S.A., Vorobyev E.I.// Journal of Physics: Conference Series. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall. Krasnoyarsk, Russian Federation, 2020. С. 12062.

7.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

Воронежский государственный технический университет

98

УДК 621.9

А. В. Турецкий, А. В. Иванов, Ю. В. Худяков, А. А. Миненко

ПЛАВАЮЩИЙ АВТОБУС

В данной статье речь пойдёт о создании плавающего пассажирскогоавтобуса на базе существующих серийно выпускающихся моделей автотранспорта. Рассмотрены преимущества его применения. Уделено внимание особенностям конструкции и безопасности пассажиров.

Ключевые слова: плавающий автобус, автобус-амфибия, сухопутные и водные маршруты, машина-амфибия, плавающие пассажирские

транспортные средства.

Во всем мире машины-амфибии используются уже давно. В основном это военная и спасательная техника. Одной из разновидностей амфибий являются плавающие автобусы. Главным образом они работают только в качестве экскурсионных транспортных средств.

Внашей стране с ее реками, озерами и болотами применение плавающих пассажирских транспортных средств очень актуально. Например, при перевозке пассажиров и детей в школу из отдаленных деревень на пути следования иногда приходится преодолевать небольшие речки. Не всегда там есть автомобильные мосты или их строительство экономически не целесообразно. Наряду с этим, существуют определенные трудности, связанные с пересечением рек в половодье. Реки разливаются из-за весеннего таяния снега на равнинах и летнего таяния снега и ледников в горах. Особенно остро стоит вопрос с транспортным сообщением во время паводков в Сибири и на Дальнем Востоке России. Все эти проблемы поможет решить применение автобуса-амфибии.

Внашей стране также есть и туристические маршруты, на которых найдут применение такие автобусы. Например, в Москве, где часть поездки может пройти по Москве-реке, в Санкт-Петербурге с его каналами и прекрасными видами по берегам Невы, в Муроме, в Нижнем Новгороде, в Казани и в других городах с их кремлями, памятниками архитектуры и пре-

99

красными ландшафтами, на берегах Оки, Волги и других великих и малых рек нашей страны.

Ознакомившись с конструктивными особенностями зарубежных туристических автобусов, можно сделать выводы о том, что это дорогие изделия, выпускаемые штучно или мелкосерийно, при изготовлении которых применяются в основном вновь разработанные оригинальные узлы и детали, требующие серьезной проработки конструкции и проведения длительных испытаний. Серийного производства таких транспортных средств не существует, поскольку автобусы-амфибии относятся к разделу спецтехники, которую собирают скорее мастерские, чем крупные заводы. Разработка и создание таких изделий с нуля стоит дорого. К тому же эти автобусы предназначены только для городских экскурсионных маршрутов с хорошим дорожным покрытием.

В отличие от зарубежных разработок, в данной работе предлагается модель плавающего автобуса на базе серийного ПАЗ 320402-04. Данная модель представлена на рис. 1.

Рис. 1. Автобус ПАЗ 320402-04

100

Его основные технические характеристики представлены в таблице ниже.

Таблица Основные технические характеристики автобуса

ПАЗ 320402-04

Данная модель автобуса-амфибии предназначается для перевозки пассажиров на маршрутах в сельской местности, где встречаются водные преграды, а также экскурсионных поездок с сухопутными и водными участками пути.

Габариты предлагаемого автобуса ограничены российским ПДД: длина автотранспортного средства (включая один прицеп) до 20 м, ширина 2,55 м, высота не более 4 м.

В статье представлена разработанная 3D модель перспективного плавающего автобуса вместимостью 16 пассажиров (рис. 2). Автобус-амфибия имеет длину 7,6 м, ширину 2,41 м и относится к автобусу среднего класса.

Рис. 2. Модель плавающего автобуса

101

Взяв за основу предложенную модель, в дальнейшем можно будет расширить модельный ряд таких автобусов и создать изделия с большей вместимостью пассажиров.

Для обеспечения безопасности пассажиров на воде в ав- тобусе-амфибии предлагается использовать в качестве спасательных плавсредств быстросъемные спинки и подушки сидений, вместе составляющие спасательный жилет, который можно быстро одеть поверх одежды и застегнуть фиксирующие ремни. В дополнение к сиденьям-жилетам автобус комплектуется четырьмя спасательными кругами.

Создание плавающего автобуса на базе серийно выпускающейся модели ПАЗ 320402-04 требует внесения некоторых изменений в его конструкцию:

−герметизации моторного и пассажирского отсеков для увеличения плавучести;

−герметизации электропроводки;

−добавления герметичных цистерн для улучшения плавучести и увеличения остойчивости;

−повышения уровня пола и подъема дверных проемов выше уровня осадки;

−установки уплотнителей дверей для защиты от поступления воды при захлестывании волн;

−установки водометного движителя или винта для плавания по воде, которые можно заимствовать от военных амфибий.

В предлагаемой модели автобуса имеется возможность разместить герметичные цистерны с боков от лонжеронов между консолями рамы.

Корпусной водометный движитель с некоторыми доработками подходит от военной БРДМ-1 (рис. 3,4).Он достаточно компактен и защищен от внешних воздействий, которые могут проявиться при въезде в воду и выезде на берег. На плавающем автобусе, как и на БРДМ-1, перед началом преодолением водного препятствия водитель открывает заслонку водомета и заезжает в воду.

102

Рис. 3. Привод водометного движителя военнойамфибии. Вид сверху

Рис. 4. Водометный движитель военной амфибии. Вид сбоку

Рис. 5. Водометный движитель военной амфибии. Вид сзади

103

Корпусной водометный движитель автобуса (рис. 5) состоит из водовода, насосного устройства и реверсивно-рулевого устройства. Водовод представляет собой трубу переменного сечения, внутри которой расположено насосное устройство и часть его привода. В задней части корпуса движителя установлено уплотнительное кольцо, не позволяющее забортной воде проникать в корпус автобуса. Для предохранения водометного движителя от попадания в него крупных посторонних предметов снизу установлена съемная защитная решетка.

Рис. 6. Водометный движитель:

1 - редуктор; 2 - вал рабочего колеса; 3 - корпус; 4 - рабочее колесо; 5 - реверсивно-рулевое устройство; 6 - спрямляющий аппарат; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - гайка крепления рабочего колеса; 9 - прокладка; 10 - съемная защитная решетка; стрелками показаны

направления движения воды

Насосное устройство реализовано в виде рабочего колеса, установленного на шлицевую часть вала (рис. 6). От трансмиссии автобуса через редуктор и вал вращающий момент сообщается рабочему колесу водометного движителя. За рабочим колесом установлены расположенные радиально профилированные лопатки спрямляющего аппарата. Они служат для уменьшения закручивания струи воды в напорной трубе и, тем самым, способствуют увеличению КПД насоса.

104

Рабочее колесо, вращаясь, создает перед собой разрежение, втягивающее воду в приемную трубу через защитную решетку. Поступающую воду рабочее колесо выбрасывает под давлением в спрямляющий аппарат через напорную трубу. Таким образом, создается реактивная сила, обеспечивающая движение автобуса вперед.

Для управления автобусом на плаву используется ревер- сивно-рулевое устройство (рис. 7). Оно устанавливается в кормовой нише на выходе водометного движителя. На кожухе устройства установлены заслонки заднего хода и в шаровых опорах рули. Управление заслонками и рулями выполняется от рулевого привода передних колес автобуса.

Рис. 7. Реверсивно-рулевое устройство управления автобусом на плаву:

1 - кожух; 2, 11 -заслонки; 3, 10 - поводки заслонок; 4, 9 - рычаги заслонок; 5 - пружина; 6,8 - тяги заслонок; 7, 15 - рули управления на плаву; 12 - упоры; 13 - рычаги; 14 - водило

Рули соединены с водилом с помощью рычагов. Водило регулируемыми тягами соединено с вращающимися на осях за-

105

слонок рычагами. Эти рычаги своими выступами упираются в выступы на поводках.

Поворотом рулевого колеса в нужную сторону водитель направляет автобус на плаву так же, как и на суше. Через рычаги и тяги привода усилие от поворота рулевого колеса передается на водило, и оно через рычаги 13 поворачивает рули. Рули, в свою очередь, отклоняют струю воды, выходящую из водометного движителя. Таким образом автобус при движении по воде изменяет свое направление в сторону поворота рулевого колеса.

Движение автобуса на воде задним ходом выполняется, когда специальные заслонки водомета направляют поток воды в каналы заднего хода. Изменение направления при движении задним ходом происходит, когда одновременно с поворотом рулей водило, воздействуя на тяги, повернет рычаги, вращающиеся на осях заслонок. При этом рычаг одной из заслонок своим выступом нажмет на выступ поводка. Поводок, повернув заслонку, перекроет канал заднего хода. Другая заслонка в это время остается прижатой к упору пружиной. Направленная через открытый канал заднего хода струя воды из водомета обеспечит поворот автобуса при движении назад на плаву.

За счет малых габаритов, низкой стоимости производства (модернизации) и широкого спектра применения этот плавающий автобус может быть эффективным для среднемагистральных и региональных перевозок. Хорошая проходимость позволит преодолевать дороги с плохим покрытием. Экономичность и вместимость позволят использовать его в качестве школьного автобуса для сельской местности. Необычные сухопутные и водные маршруты путешествий, преодолеваемые плавающим автобусом, позволят привлечь внимание клиентов, увеличить спрос на экскурсионные перевозки и выгодно использовать его в сфере туризма.

Литература

1.Редькин М. Г. Плавающие колесные и гусеничные машины. - М.: Воениздат, 1966. - 200 с.

2.Никольский, Валерий Сергеевич. Амфибия с гусеничным движителем [Электронный ресурс]: выпускная квалификационная работа специалиста: 23.05.02 - Транспортные средства специального назначения ; 23.05.02_01 - Военные гу-

106

сеничные и колесные машины / В. С. Никольский; СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого, Институт энергетики и транспортных систем ; науч. рук. Р. Ю. Добрецов. - Санкт-Петербург, 2019. - URL:http://elib.spbstu.ru/dl /2/v19-37.pdf.

3.Мирохин Б. В., Жинкин В. Б., Зильман Г. И. Теория корабля. - Л.: Судостроение, 1989. - 352 с.

4.Фукельман В. Л. Жизнь корабля. - Л.: Судостроение, 1978. - 168 с.

5.Артюшков Л. С. и др. Общие требования к расчетам по теории корабля. - Л.: ЛКИ, 1988. - 49 с.

6.Благовещенский С. Н., Холодилин А. Н. Справочник по статике и динамике корабля. Статика корабля. - Том 1 изд. - Л.: Судостроение, 1976. - 325 с.

7.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

8.Башкиров А. В. Эффективная архитектура на основе плис для полностью параллельного стохастического LDPCдекодера / А. В. Башкиров, И. В. Свиридова, Д. С. Андреева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2018. - Т. 14. - № 3. - С. 101-107.

Воронежский государственный технический университет

107

УДК 621.316.717

А. С. Костюков, А.В. Башкиров, С. А. Проценко, А. С. Демихова, В. С. Стёпин

ДВУХКАНАЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ NI-MH АККУМУЛЯТОРОВ

В данной статье рассматривается конструкция двухканального зарядного устройства для NI-MH аккумуляторов, представлено описание работы устройства, его достоинства и недостатки. Подробно приведена технология производства подобного прибора.

Ключевые слова: резистор, транзистор, стеклотекстолит, аккумулятор.

Устройство сможет контролировать среднеквадратичное значение текущего через лампу тока и не допускать превышения его номинального значения. Прибор имеет следующие характеристики:

−питающее напряжение, 5 В;

−заряжающий ток аккумуляторов, 200 мА;

−напряжение пуска зарядки, 1 В;

−напряжение прекращения зарядки, 1,25 В;

−время цикла зарядки, 90с;

−время измерения напряжения, 1 с. Эксплуатационные характеристики:

−рабочий температурный диапазон, 0...+70 °C;

−максимальная влажность воздуха, 80 %;

−диапазон давления среды,600...800 мм. рт. ст. Разрабатываемое устройство устойчиво к механическим

воздействиям и не представляет опасности для человека, работающего с ним, также прибор пригоден для ремонта и удобно в использовании. Выполнено из современных легких материалов с использованием малогабаритных, бюджетных элементов.

Первым каналом зарядки образуется за счёт управляемого источника тока транзисторов VT1 и VT3. Аналогичное назначение транзисторов VT2, VT4 второго канала. Для устранения возможных разрядок, возникающих по причине отсутствия напряжения на разъеме XS1, используют диоды VD6 и VD7.

108

Аккумуляторы G1 и G2 закреплены в специальном креплении – держатели XT1…XT4.

На основе компаратора DA1.1, резисторов R1…R6, конденсатора С2 и диода VD1 получен генератор прямоугольных импульсов низкого уровня длительностью 1 с, с периодом повторения равным 90 с. Зарядка аккумулятора происходит между импульсами во время паузы. При достижении установленного значения напряжения, импульс выключает источник зарядного тока. Процесс зарядки сопровождается свечением сигнальных светодиодов HL1 и HL2, которые подключены к коллекторам транзисторов VT3 и VT4через резисторы R14 и R16. Для того чтобы блокировать зарядку во время контроля напряжения аккумулятора, предусмотрены диоды VD10 и VD11, которые ограничивают попадание сигнала на средний вывод подстроечного резистора R24.

Компараторы DA1.2 и DA1.3 сопоставляют аккумуляторное напряжение с заданным. Через цепи задержки R17C6, R18C7 и диоды VD8, VD9 на инвертирующие входы компараторов поступают блокирующие сигналы, позволяющие корректно работать узлам сравнения с коллекторамитранзисторовVT3 и VT4.

При достижении аккумуляторного значения, установленного подстроечным резисторов R24, на компараторах DA1.2 и DA1.3 образуются выходные сигналы большого напряжения, которые идут через диод VD12 и далее их принимает инвертирующий вход компаратора DA1.1, после чего генератор останавливается. Одновременно с этим сигнал высокого напряжения принимается инвертирующим входом компаратора DA1.4, что в свою очередь заставляет светиться светодиод HL3, который сигнализирует о завершении зарядки.

Ко входам компараторов DA1.2 и DA1.3 через эмиттеры подключены транзисторы VT1 и VT2, которые прекращают работу каналов за счёт закрытия высоким напряжением. Процесс сопровождается сигнализирующим выключением светодиодов

HL1, HL2.

Однако описание процессов, перечисленных выше, в зарядном устройстве соответствуют только при идентичности заряженности аккумуляторов, токов зарядки и их емкостей.

К примеру, аккумулятор G1 уже заряжен, а емкость аккумулятора G2 ещё не достигло пикового значения. В этом случае разорвана цепь, которая соединяет эмиттер транзистора

109

VT1, а также закрыт внутренний выходной транзистор компаратора DA1.2. Таким образом, заряд аккумулятора G1 заблокирован, и светодиод не горит.

Но в связи с тем, что напряжение н а аккумуляторе G2 еще не достигло максимального значения, зарядка аккумулятора G2 продолжается и выходной транзистор компаратора DA1.3 открыт. Так же открыт диод VD14, за счёт которого в точках соединения диодов VD12…VD14, резистора R25 и инвертирующего входа компаратора находиться низкое напряжение, вследствие чего генератор работает, т.к. блокирующее напряжение не поступает. В момент работы генератора светодиод HL3 погашен.

Когда емкость аккумулятора G2 тоже будет заполненной, то выходной транзистор компаратора DA1.3 закроется, а с ним и транзистор компаратора DA1.3 и транзистор VT2. В точке соединения диодов VD12…VD14 становится высоким сигнал, в связи с чем работа генератора будет заблокирована. После этого изменится состояние компаратора DA1.4, вследствие чего загорится светодиод HL3, который свидетельствует о завершении зарядки обоих аккумуляторов.

Проанализируем ситуацию, когда используется один из аккумуляторов, к примеру, G1. Тогда во время подключения устройства питания путь сигнала, на неинвертирующий вход компаратора DA1.3, будет проходить по контактам коллектора транзистораVT4, от него к диоду VD7 и резистору R20. А по контакту коллектора транзистора VT4, напряжение будет идти через резистор R18, конденсатор С7, диод VD9 соответственно, но по данной цепи сигнал приходит с запозданием, которая определяется постоянной времени цепи R18C7.

Отсутствие второго аккумулятора приведет к выключению канала зарядки. Триггер компаратора DA1.3 останется без изменения за счёт обратной связи выхода, идущего на неинвертирующий вход по резистору R22. Подобный процесс происходит в цепи коллектора транзистора VT3. Берем во внимание, что к клеммам XT1, XT2 подключены батареи питания и при анализе будет видно, что напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1.2 будет меньше, чем на инвертирующем, поэтому зарядный канал будет открытым. Поэтому светодиодHL1 будет подавать световой сигнал, а HL2 нет. После окончания зарядки канал аккумулятора G1 выключиться и светодиод HL1

110

погаснет, а светодиод HL3 включится, что будет говорить об окончании зарядки.

Практическая реализация устройства собиралась на односторонней печатной плате, состоящей из стеклотекстолита марки СФ-1-50-1,5.

Применены постоянные резисторы R1…R23, R25, R26– С2-23, подстроечный резистор R24 – СП3-19а, конденсаторы С1, С2 – электролитические, серии К50-35, конденсаторы С3…С7 – К10-17б, микросхемаDA1 – LM339N, которая крепится к плате через DIP-панель SCS-14, диодыVD1…VD5, VD10…VD14 – КД522Б, диоды VD6, VD7 – 1N4007, диоды

VD8, VD9 – Д9Е, светодиоды HL1, HL2 – АЛ307БМ, светодиод HL3 – АЛ307ВМ, транзисторы VT1, VT2 – КТ312В, транзисторы VT3, VT4 – КТ816В, гнездо питания XS1 – DS-313, отсеки для батареек XT…XT4 – KLS5-18650-L.

Плата помещается в пластмассовый корпус подходящего размера. Общий вид собранного устройства представлен на рисунке ниже.

Рис. Общий вид собранного устройства

Изготавливается печатная плата из листа фольгированного стеклотекстолита марки СФ-1-50-1,5, вырезается с помощью ножниц кусок размерами 155x50х1,5мм. Далее печатаем трассировку на глянцевой бумаге с помощью лазерного принтера.

111

Следующим шагом будет перевод рисунка с бумаги на заготовку платы, данную операцию можно осуществить с помощью максимально разогретого утюга. После необходимо остывшую плату поместить в воду, для отмывки от остатков бумаги. После всех процедур на плате должен остаться только переведенный рисунок трассировки. Затем происходит травлением фольги в растворе хлорного железа. После удаления ненужной фольги, проявляются металлизированные дорожки. Далее промываем плату под струей воды, чтобы удалить ненужный тонер. После сушки, в плате просверливаются монтажные отверстия для элементов. После чистки от стружек и пыли стеклотекстолита, дорожки лудятся припоем ПОС-61 с помощью паяльника.

Литература

1.Фрумкин Г. Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры/учебное пособие для радиотехнических специальностей техникумов – М.: Высшая школа, 1989-238 с.

2.Белянин Л. Н. Конструирование печатного узла и печатной платы. Расчет надежности: Учебно-методическое пособие / Л. Н. Белянин – Томск: ПТУ, 2008-77 с.

3.Петров К. С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: учебное пособие СПБ.: Питер, 2003 – 521 с.

4.Муратов А. В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А. В. Муратов, О. Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2020. – С. 179.

5.Method of advanced channel estimation in OFDM systems by regression technique/ Bashkirov A.V., Chirkov O.N., Romashchenko M.A., Glotov V.V., Turetsky A.V., Glotova T.S. // Journal of Physics: Conference Series. 2020 International Conference on Information Technology in Business and Industry, ITBI 2020.Bristol, England, 2020. С. 012001.

Воронежский государственный технический университет

112

УДК 621.316.717

А. С. Костюков, Н. А. Хромых, Н.Р. Ломакин, А. В. Суворин, Ю. М. Пшеницина

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

В данной статье представлено описание разработанного устройства для дистанционно управления, в процессе разработки прибора, был произведен обзор современных звуковых датчиков, для реализации в конструкции устройства.

Ключевые слова: датчик звука, Trema-модуль v2.0, микроконтроллер ATtiny 13.

Разработка бесконтактных систем дистанционного управления в наше непростое время распространения коронавирусной инфекции является одно из перспективных задач. Ученым сообществом было выявлено, что около 20% заражениями вирусными инфекциями происходит через контакт с загрязненными поверхностями. Как раз для минимизации данных процессов и разрабатываются различные системы дистанционного управления. Одной из перспективных разработок в данной области является использование устройств реагирующих на звуковые волны, а именно на скорость распространения и амплитуду. Первые подобные приспособления появились на рубеже 80 и 90 годов двадцатого века, и использовались для управления осветительными приборами.

В настоящий момент с развитием науки и техники, рассматриваемые устройства имеют более сложную структуру и могут быть запрограммированы на выполнение различных команд.

Наиболее распространенными видами являются оптикоакустические модели и звуковые датчики с обнаружением движения.

Первые реагируют не только на звук, но еще и фиксируют освещенность помещения, это дает возможность не использовать освещение во время, когда достаточно внешнего освещения, и этим экономить электроэнергию и деньги предприятия.

113