1. Введение
Современный уровень развития науки и техники подразумевает создание новых, более совершенных радиоэлектронных средств (РЭС), отличающихся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счёт использования новых принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.
В процессе проектирования необходимо создание аппаратуры, которая не только обеспечивает заданное функционирование, но и имеет оптимальные параметры по широкому спектру функциональных, конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических показателей.
Подобное положение вызвало интенсивное развитие новой технологии проектирования РЭС, базирующейся на системном подходе и совершенствовании процессов проектирования с применением математических методов и средств вычислительной техники, комплексной автоматизации трудоёмких и рутинных проектных работ, замене макетирования и натурного моделирования математическим моделированием, использовании эффективных методов многовариантного проектирования и оптимизации, а также повышении качества управления проектированием.
Главным средством автоматизации проектирования становятся ЭВМ и управляемые ими другие технические средства. С их помощью осуществляется анализ и синтез схем, их оптимизация, компоновка и размещение элементов конструкции РЭС, находятся оптимальные варианты электрического соединения элементов (трассировки) и решаются многие другие сложные задачи. Широко используются автоматизированные средства для подготовки технической документации.
Известно большое число пакетов программ, предназначенных для выполнения схематического и конструкторского проектирования радиоэлектронных средств, ориентированных на использование рабочих станций и персональных компьютеров.
В настоящем дипломном проекте представлена разработка электронного устройства, которая проводилась с применением средств автоматизированного проектирования, в частности систем PCAD и AutoCAD.
В соответствии с заданной электрической принципиальной схемой разработан функциональный узел блока питания и выходных каскадов (блока ВИП и ВК) пульта контроля. Проведена трассировка печатной платы, ее компоновка, осуществлена проработка общей сборки пульта. В процессе проектирования выполнены соответствующие расчеты, разработаны сборочные чертежи и чертежи деталей, демонстрационный графический материал. Также отражены вопросы, затрагиваемые охрану труда и экономические аспекты разработки.
2 Анализ технического задания
Техническое задание составляется конструктором совместно с заказчиком. На этом этапе согласуются все требования, предъявляемые к проектируемому устройству. Анализ технического задания (ТЗ) проводится инженером-конструктором с целью определения возможности создания прибора, удовлетворяющего этим требованиям.
2.1 Анализ технических характеристик пульта контроля
Технические характеристики пульта контроля могут быть достигнуты схемотехническими решениями при использовании электрорадиоизделий, входящих в перечень разрешённых для данного класса аппаратуры.
2.2 Анализ конструкторских требований
Пульт контроля используется в комплексе наземной аппаратуры, поэтому его массогабаритные характеристики должны быть по возможности минимизированы и не должны превышать значений, указанных в техническом задании.
Корпус прибора должен быть выполнен из легкого, теплопроводящего, металлического материала, поскольку конструкция прибора выполняет роль радиатора, а также масса прибора не должна превышать значение массы, указанной в ТЗ.
2.3 Условия эксплуатации
Условия эксплуатации являются определяющими при выборе элементной базы прибора, т.е. все используемые электрорадиоэлементы должны удовлетворять заданным техническим требованиям.
2.4 Анализ требований по безопасности
К требованиям по безопасности изготовления устройства относятся требования к рабочим помещениям по освещенности, отоплению, вентиляции, электро- и пожаробезопасности. Конструкция должна соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ 1.220.070-75.
Реализация этих требований должна проводиться как на этапе разработки электрической принципиальной схемы, так и на этапе разработки конструкции прибора.
2.5 Обоснование использования средств автоматизации инженерного труда
Применение средств вычислительной техники при решении конструкторских, технологических и исследовательских задач является актуальной необходимостью, продиктованной требованием повышения производительности труда конструктора, сокращения сроков разработки новых изделий, повышения их качества.
При разработке устройства были использованы пакет программ проектирования печатных плат PCAD 2004 и AutoCAD 2011.
3 Обзор известных технических решений
3.1 Обзор существующих конструкций.
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) используется в различных областях деятельности человека. При этом в каждой из областей применяют свой комплекс РЭА, отличающийся принципиальной схемой и своим решением, характером связи между отдельными блоками, узлами и деталями, условиями работы и эксплуатации. Исходя из этого, радиоэлектронную аппаратуру можно классифицировать по области использования [2]:
– наземная аппаратура, состоит из большого числа сложных подсистем и отдельных устройств, часть которых работает в автоматическом режиме, а часть под управлением оператора. Она применяется в радио- теле-передающих станциях, в системах управления воздушным движением, в различных системах связи и др.;
– транспортная аппаратура, устанавливаемая на автомобильном, водном и железнодорожном транспорте;
– носимая аппаратура, располагающаяся на теле человека и работающая в процессе переноски. К ней относятся такие устройства как: часы, радиоприёмники, видеокамеры, телефоны и другие подобные устройства;
– бортовая аппаратура, устанавливаемая на летательных аппаратах.
При конструировании блоков радиоэлектронной аппаратуры используют пенальные, этажерочные, разъёмные и книжные конструкции.
Вариант пенальной конструкции представлен на рисунке 3.1. Функциональная ячейка блока выполнена на печатной плате.
Рисунок 3.1 – Пенальная конструкция
Вся конструкция помещена в алюминиевый корпус-экран, который осуществляет кроме электромагнитной изоляции, герметизацию посредством паяного шва по торцам пенала.
Вариант разъемной конструкции блока представлен на рисунке 3.2. Он состоит из набора печатных плат, установленных параллельно передней панели. Корпус блока литой, боковые крышки съемные. Блок герметичен. Его герметизация осуществляется с помощью резиновых прокладок, установленных в пазы корпуса блока, и крепления болтами боковых крышек блока. Для крепления плат, на верхней и нижней стенках корпуса предусмотрены групповые направляющие с резьбовыми втулками. На передней панели помещен соединитель, герметизируемый через уплотнительную прокладку. На задней панели корпуса расположены штыри-ловители.
Рисунок 3.2 – Разъемная конструкция
Внутриблочное электрическое соединение между ячейками осуществляется с помощью накладных перемычек. Для улучшения теплового контакта между прижимными планками ячеек и оребренной боковой крышкой проложена гофрированная алюминиевая прокладка.
Герметичная книжная конструкция с вертикальной осью раскрытия изображена на рисунке 3.3. Она состоит из набора ячеек, установленных перпендикулярно передней панели блока. Передние и задние панели выполнены литьем под давлением из алюминиевого сплава. Кожух блока сварной. Боковые стенки кожуха имеют ребра жесткости.
Рисунок 3.3 – Книжная конструкция
На передней панели расположен разъем. На задней панели блока расположены штыри-ловители. Внутри блочные соединения выполнены с помощью гибких печатных шлейфов. Элементами несущих конструкций являются печатные платы в каркасах.
Тип этажерочной конструкции представлен на рисунке 3.4. Печатные платы собраны в пакет через распорные втулки и закреплены в корпусе. На лицевой стенке укреплены разъемы. Несущая конструкция состоит из корпуса в форме прямоугольного колодца и крышки. Корпус выполняется фрезерованием.
Рисунок 3.4 – Этажерочная конструкция
В отличие от книжной и разъемной конструкций в этажерочной конструкции имеется возможность добиться максимально плотной компоновки. Изготовление приборов такой конструкции не требует применения сложных деталей. Монтаж прост и надежен.
Исходя из сказанного выше, для выполнения требований дипломного проектирования было принято решение использовать этажерочный тип конструкции прибора с учетом требований, предъявляемых в техническом задании.