курсовой проект / Устройство отпугивания грызунов

ВВЕДЕНИЕ

Задача курсового проекта: развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи.

Цель курсового проекта: разработать изделие «Устройство отпугивания грызунов», изложить и оформить соответствующую конструкторскую документацию в соответствии с системой государственных и отраслевых стандартов.

Проблема грызунов остается актуальной, поэтому разрабатываются и усовершенствуются различные устройства для их отпугивания. Ведь для хозяина важнее не допустить проникновение грызунов в хранилище, чем полагаться на ловушки установленные внутри, так как ловушки могут не привлечь грызуна, а следы его пребывания на складе или погребе приводят к порче имущества или товара, что приводит к большим материальным расходам.

С развитием электронной техники появилась возможность создавать электронные устройства для отпугивания грызунов. В настоящее время таких устройств разработано уже большое количество. В начале частота находилась в звуковом диапазоне, но в последствии частота сигнала сместилась в область ультразвука. Это связано с тем, что было установлено, что сигналы на этой частоте максимально эффективно воздействуют на грызунов. Первые устройства, использующие ультразвук генерировали монотонный сигнал, но их эффективность была не высока. В последствии стали разрабатываться устройства, генерирующие импульсные последовательности. Они были более эффективны, но со временем грызуны адаптировались, и в результате приходилось перенастраивать устройство, а так же не могли держать заданный диапазон частот.

Разрабатываемое устройство генерирует сигналы, которые не позволяют грызунам находиться в зоне действия устройства. При разработке данного уст-

ройства был учтен опыт предыдущих разработок их достоинства и недостатки. Проанализировав информацию можно сделать вывод, разрабатывая вариант отпугивателя грызунов, мы должны сделать так, чтобы устройство точно выдерживало заданный диапазон частот, а также устранить возможность привыкания грызунов. Также немаловажно создать устройство, обладающее небольшими габаритными размерами.

1 Расширенное техническое задание

1. Назначение изделия

2. Состав изделия

Устройство состоит из модуля генерирования сигнала и звукового излучателя.

1. Технические требования

• Условия эксплуатации и транспортирования. Разработанное изделие предназначено для использования по III категории условий эксплуатации (закрытые, не отапливаемые помещения с естественной вентиляцией).

Изделие предназначено для работы при следующих климатических условиях:

• температура окружающего воздуха, С° -20…+60 10%;

• атмосферное давление кПа (мм. рт. ст.) 86-860 (650-860);

• относительная влажность, % 50 – 90.

Не допускается хранение и установка прибора в близи отопительных систем.

Изделие перевозить упакованным. Транспортировку производить любым видом транспорта (наземным, морским, воздушным) без ограничения расстояния.

• Помехозащищённость. Прибор не располагать вблизи устройств с высоким электромагнитным и радиационным излучением.

• Обеспечение удобства обслуживания и эксплуатации. Прибор не создаёт опасных факторов, отрицательно влияющих на здоровье человека.

1. Требования по надёжности

• Наработка на отказ – 20-30 тыс. часов

• Интенсивность отказов – 10^-5-10^-8 ч^-1.

• Долговечность – 5 лет

• Гарантийный срок – 1 год

5. Конструктивные требования

 Использовать интегральную и дискретную элементную базу.

 Форму и размеры конструкции определить в процессе проектирования.

 При монтаже использовать печатный и объемный монтаж, органы управления вывести на лицевую панель.

 Устройство состоит из следующих модулей: модуля генерирования сигнала и звукового излучателя. Печатные платы установить в вариант блока, имеющего минимальную массу и оптимальные габаритные размеры.

• Конструкция изделия должна предусматривать использование без применения специальных мер обеспечения безопасности.

1. Ориентировочная номенклатура конструкторской документации

• схема электрическая принципиальная – А2;

• печатная плата – А2;

• сборочный чертеж платы– А3;

• перечень элементов – А4;

• таблица соединений – А4;

• спецификация на плату – А4;

• сборочный чертеж корпуса устройства – А2;

• спецификация на корпус устройства – А2

2 Анализ технического задания, электрической схемы. Оценка элементной базы

2.1 Сравнительный анализ аналогов

Проведем сравнительный анализ разрабатываемого устройства с устройством отпугивания грызунов разработанным БОГАЧЁВ А..

Схема генератора состоит из модулятора низкой частоты генератора ультразвуковых колебаний усилителя мощности на транзисторах и излучателя, в качестве которого используется высокочастотный громкоговоритель 4ГДВ-1. При номиналах, указанных в схеме, генератор излучает частотно-модулированные колебания в диапазоне 15….40 кГц. Частота генератора регулируется резистором R4, частота модуляции регулируется резистором R2 в пределах 2….10 Гц.

Как видно из анализа схемы устройство генерирует сигналы одной и той же частоты, а длительная работа в одном частотном диапазоне может привести к адаптации грызунов, поэтому необходимо резисторами R2-R4 изменять параметры излучения 2-3 раза в неделю.

2.2 Анализ электрической принципиальной схемы

Электрическую принципиальную схему устройства отпугивания грызунов можно условно разделить на 2 функциональные части:

• Генератор импульсов;

• Генератор сигнала псевдослучайной последовательности (ПСП).

Генератор импульсов собран на логических элементах DD1.1 и DD2.1. К его выходу подключен 15 разряд сдвигового регистра, построенного на D – триггере DD3.1 и трех сдвиговых регистрах DD4.1 – DD4.3 (К176ИР10). Но сигнал с генератора подается на вход «С» триггера через инвертор DD2.2 это вызвано тем обстоятельством, что регистры микросхемы DD4.1 – DD4.3 переключаются по спаду импульсов высокого уровня, а DD3.1 – по фронту, сигнала задающего генератора. Входную последовательность импульсов для регистра сдвига формируют элементы DD1.3, DD1.4 и DD2.4. На входы элемента DD1.3 поступают сигналу с 14-го и 15-го разрядов регистра. В результате такого построения полученный генератор ПСП проходит через 32767 логических состояния, и в результате при частоте задающего генератора 30 Гц цикл работы длится около 18 минут. Но у данной конструкции есть запретное состояние, все триггеры регистра оказываются в нулевом состоянии и поскольку это может возникнуть только при включении источника питания и такая ситуация была исключена с помощью элемента DD2.4. С этого элемента в течении нескольких тактов задающего генератора на вход D – триггера DD3.1 поступают сигналы высокого уровня. Это достигается тем, что до того момента, когда конденсатор С4 зарядится через резистор R10 до порога переключения элемента DD2.4 на его выходе сигнал высокого уровня, а после превышения напряжения на конденсаторе порогового уровня, элемент DD2.4 начинает функционировать как инвертор. Элементы схемы: VD1 и R9 выполняют защитную функцию. Инвертор DD1.4 исключает влияние элемента DD2.4 на элемент DD1.3. Сигнал с генератора ПСП через интегрирующую цепь, построенную на R8C8 и резисторе R7, поступает на базу транзистора VT1, который совместно с резисторами R3 и R6 образуют управляемые делитель. Снимаемое используется напряжение для управления частотой ультразвукового генератора, построенного на элементах DD1.2 и DD2.3. сигнал с ультразвукового генератора поступает на D-триггер DD3.2, который формирует на выходе сигнал вида «меандр», вдвое понижая частоту ультразвукового генератора. Сигналы с прямого и инверторного выхода поступают на двухтактный усилитель мощности, выполненный на транзи-

сторах VT2 – VT5. Нагрузкой для усилителя служит высокочастотная динамическая головка ВА1 мощностью 3 – 5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 4 Ом. Ток, потребляемый устройством при напряжении питания 5 В, не превышает 100 мА, а при увеличении напряжения питания до 9 В соответственно возрастает потребляемый ток и излучаемая мощность.

Соединители:

K375A – одноштыревой разъем предназначен для монтажа на плату, рассчитаны на работу в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Диапазон рабочих температур от –40 до +60 ⁰ С.

, не более, г 5;

Предельное напряжение, В 250, в течении 1 минуты;

Сопротивление контактов, МОм 10 – 20;

Сопротивление изоляции, Мом 50.

L =15 мм;

B =20 мм;

H =10 мм;

Резисторы:

КИМ – 0,125 1 Ом - 1 МОм. – резисторы с композиционным лакосажевым проводящим слоем, предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока, в качестве элементов навесного монтажа. Относятся к изолированным резисторам.

Диапазон рабочих температур, ⁰ С -60...+125;

Срок сохраняемости, лет 15;

В схеме используются резисторы

Сопротивлене: 75 кОм, 1,3 кОм, 1 кОм, 5,1 кОм, 150 кОм, 6,8 кОм, 7,5 кОм, 240 кОм, 10 кОм

Мощность, Вт 0,125;

Масса не более, г 0,2;

L=8 мм;

l=12,5 мм;

D=2,5 мм;

d= 0,7 мм.

Конденсаторы полярные:

К50 – 6 - алюминиево-оксидно-электролитические конденсаторы общего назначения. Характеризуются очень большой удельной электрической емкостью, большими потерями, значительными токами утечки. Применяются в шунтирующих и фильтровых цепях, для накопления энергии в импульсных устройствах.

К50-6 47 мкФ х 16 В

Номинальная электрическая емкость, мкФ 47;

Рабочее напряжение, В 16;

Диапазон рабочих температур, ⁰ С -60...+125;

, не более, г 4,4.

H=13,5 мм

l=2,5 мм

D=9,7 мм

d= 0,6 мм

К53-6А 100 пФ

Номинальная электрическая емкость, пФ 100;

Рабочее напряжение, В 16;

Диапазон рабочих температур, ⁰ С -40...+70;

, не более, г 1,5.

H = 18 мм

l

Вариант установки IIв

= 5 мм

D = 9,7 мм

d = 0,9 мм

К10-У5 – керамические дисковые конденсаторы с неорганическим диэлектриком предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока. Конструктивно выполняются изолированными.

К10-У5 0,33 мкФ

Номинальная электрическая емкость, мкФ 0,33;

Рабочее напряжение, В 10;

Диапазон рабочих температур, ⁰ С -60...+70;

, не более, г 1,1;

D = 15 мм

B = 4 мм

l = 7,5 мм

d = 0,7 мм

2ГД – 36 – диффузорный электродинамический высокочастотный громкоговоритель.

Мощность, Вт 2;

Диапазон частот, Гц 3000..20000;

Неравномерность частотной характеристики, дБ 12;

Резонансная частота подвижной системы, Гц 500;

Среднее стандартное звуковое давление, Па 0,2;

Полное сопротивление звуковой катушки, Ом 6;

Габаритные размеры (в плане), мм 20х50х20;

Масса, не более, г 90.

КТ973А - кремниевый транзистор большой мощности для высоких и сверхвысоких частот, выпускается в пластмассовом корпусе. Выполнен по технологии p-n-p. Применяется в усилителях гетеродинов и преобразователей в телевизионных и радиовещательных приемниках. Имеет следующие параметры:

, Вт 8;

, не более, г 1;

Максимальное напряжение эмиттер – база, В 5;

Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора, Вт 8.

H = 11,1 мм;

L = 7,8 мм;

B = 4,8 мм;

S = 0,95 мм;

t = 0,2 мм.

Микросхемы:

Микросхема К174ИР10 – представляет собой 18–ти разрядный регистр сдвига. Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур -20...+55 С.

Параметры микросхемы при напряжении питания +5 В и окружающей температуре +25С.

Максимальное напряжение питания, В 12;

Напряжение питания, В 5;

Выходное напряжение логического нуля, В 0,3;

Выходной ток логического нуля, мА 0,25;

Выходное напряжение логической единицы, В 4,2;

Выходной ток логической единицы, мА 0,3;

Потребляемый ток, мА 100;

Микросхема К561ЛА7 – представляет собой 4 логических элемента 2И – НЕ. Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур -20...+55 С.

Максимальное напряжение питания, В 15;

Напряжение питания, В 5;

требляемый ток, мкА >2;

Микросхема К561ЛП2 – представляет собой 4 логических элемента ИЛИ. Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур -20...+55 С.

Максимальное напряжение питания, В 15;

Напряжение питания, В 5;

Выходное напряжение логического нуля, В 0,95;

Выходной ток логического нуля, мА 2,6;

Выходное напряжение логической единицы, В 3,6;

Выходной ток логической единицы, мА 1,25;

Микросхема К561ТМ2 – представляет собой 2 D – триггера с установкой 0 и 1. Размещена в корпусе типа 201.14-1. Диапазон рабочих температур -20...+55 С.

Максимальное напряжение питания, В 10;

Напряжение питания, В 5;

Выходное напряжение логического нуля, В 0,8;

Выходной ток логического нуля, мА 0,5;

Параметры элементной базы приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные конструктивные параметры элементной базы.

Элементы	Установочная площадь,мм2	Количество элементов
Резисторы: КИМ – 0,125	75	10
Конденсаторы полярные: К50-6 47 мк х 16 В	38,327	2
Конденсаторы не полярные: К53 – 6A 100 К10 – У5 0,33 мк	38,327 113,75	1 2
Транзисторы: КТ315А КТ829А КТ973А	53,35 95,338 75,19	1 2 2

Микросхемы: К561ЛП2 К561ЛА7 К561ТМ2 К176ИР10	220 220 220 220	1 1 1 1
Диод выпрямительный: КД521А	66	1
Разъем: K375A	218,75	1

3 Разработка конструкции устройства

3.1 Определение габаритных размеров, блоков, вариантов компоновки

Устройство состоит из: печатной платы, громкоговорителя, разъема.

мм²; (1)

где n - количество различных видов резисторов;

N_i - количество резисторов i-го вида;

a_i - ширина резисторов i-го вида;

b_i - длина резисторов i-го вида.

Аналогично рассчитаем площадь занимаемую микросхемами:

мм²; (2)

Площадь занимаемая диодами:

мм²; (3)

Площадь занимаемая транзисторами:

Площадь занимаемая конденсаторами:

(5)

Тогда суммарная площадь занимаемая ЭРЭ с учетом теплоотвода равна:

мм². (6)

Рассмотрено несколько вариантов соотношения сторон печатной платы, но выбран размер 80х60 по ГОСТ10317-79

Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации (см. рисунок 1, а и б).

V_пп = 80·60·20 = 96000 мм³ (8)

V_г = 20·50·20 = 20000 мм³ (9)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОМПОНОВКА УСТРОЙСТВА

- объем разъема

V_РАЗ = 15·20·10 = 3000 мм³ (10)

Размеры блока для первого варианта: длина A₁=90 мм, ширина B₁=95 мм и высота H₁=40 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина A₂=115 мм, ширина B₂=70 мм и высота H₂=40 мм.

V₁ = A₁·B₁·H₁=90·95·40 = 342000 мм³; (11)

V₂ = A₂·B₂·H₂=115·70·40 = 322000 мм³ (12)

Площади поверхностей вариантов компоновки блока

S₁=2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)=2·(90·95+95·40+90·40) =31900 мм²; (13)

S₂ =2·(A₂·B₂+B₂·H₂+A₂·H₂)=2·(115·70+70·40+115·40)= 30900 мм². (14)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

(15)

(16)

2. Коэффициент приведенных площадей

(17)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

(18)

где d - диаметр шара, мм.

(19)

(20)

Тогда:

(21)

(22)

(23)

V_а1=V_пп+V_г =96000+20000= 116000 мм³ (24)

V_а2=V_пп+V_г+V_р =96000+20000+3000= 119000 мм³ (25)

Коэффициент заполнения объема для второго варианта компоновки блока больше, чем для первого варианта.

3.1.2 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа

Печатная плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2Н-50Г-1,5в.с. ГОСТ 10316-78 с учетом автоматизированного проектирования и сборки в рамочном исполнении. Двусторонняя печатная плата изготовлена комбинированным позитивным методом по полуаддитивной техно-

логии.

3.1.3 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий

Разрабатываемое устройство может эксплуатироваться в подвальных помещениях в условиях повышенной влажности. Данной условие делает необходимым принять меры по обеспечению защиты устройства от воздействия влаги

3.1.4 Расчет теплового режима

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты.

S_з=2(AB+(A+B)HК_з.о), (27)

A=0,09; B=0,095; H=0,04

S_з = 2(0,090,095+(0,09+0,095)0,040,33918) = 0,02212 м²

(28)

где Q - мощность, рассеиваемая блоком, Вт

Q = I_maxU, (29)

t_k =Т_з-Т_с = 50-40 = 10 ⁰С (30)

3.1.5 Выбор конструкторских решений обеспечивающих удобство ремонта и эксплуатации устройства

Разрабатываемое устройство, отпугиватель грызунов, должно быть удобно в эксплуатации .

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

Блок отпугивателя грызунов выполнен в виде модуля второго конструктивного уровня – блока, оригинальной конструкции.

3.2.2 Описание конструкции устройства

На передней стенке громкоговоритель 2ГД – 36, и которые крепятся к ней с помощью соединения винт гайка; винт М3х1,25 – 6g – 5.35Х, ГОСТ 17473 – 84,

шайба 3.08Х18Н12Т ГОСТ 11371 – 72, гайка М3х1,25 – 6Н 40Х ГОСТ 5917 – 70.

Верхняя крышка имеет прямоугольную форму. Присоединение верхней крышки к основанию осуществляется при помощи винтов М3х1,25 – 6g – 7.35Х ГОСТ 17473 – 80, которые ввинчиваются в резьбовые втулки.

					УИТС.425333.024 ПЗ	Лист
						18
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата