содержание

Введение 3

1Расширенное техническое задание 4

1.1 Наименование и назначение изделия 4

1.2 Область применения 4

1.3 Технические характеристики 4

1.4 Требования надежности 4

1.4 Конструктивные требования 5

2Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы 6

2.1 Анализ технического задания и электрической схемы 6

2.2 Оценка элементной базы 7

3Разработка конструкции частотомера 9

3.1 Предварительная разработка конструкции 9

3.1.1 Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки. 9

3.2 Выбор типа электрического монтажа 15

4Конструкторские расчеты 16

4.1 Расчет печатного монтажа 16

4.1.1 Конструктивно – технологический расчет 16

4.1.2 Расчет по постоянному току. 19

4.2 Расчет электрических параметров ПП 20

4.3 Расчет теплового режима 21

5Описание конструкции устройства 24

5.1 Описание конструкции блока. 24

5.2 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий. 25

5.3 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа. 25

5.4 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий. 26

5.5 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц. 26

Заключение 27

Литература 28

Приложения 30

Введение

Задача курсового проекта – развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.

Цель курсового проекта – разработка радиоэлектронного устройства – цифрового тахометра, а также научиться использовать нормативно-техническую документацию при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

В данной курсовой работе необходимо произвести расчет основных параметров разрабатываемого изделия, а также выполнения всех требований, предъявляемых к цифровому тахометру.

Разрабатываемый прибор относится к цифровым частотомерам, которые получили наибольшее распространение, принцип действия которых заключается в подсчете числа периодов измеряемых колебаний за определенный промежуток времени. Этот тип частотомеров отличается более высокой точностью, большим диапазоном измеряемых частот, меньшей погрешностью измерений.

1. Расширенное техническое задание

1. Наименование и назначение изделия

Цифровой тахометр предназначен для определения частоты вращения коленчатого вала и отображения полученных результатов в цифровом виде.

2. Область применения

Вспомогательный прибор при ремонте и настройке автомобиля, возможно применение вместо или вместе с тахометром при эксплуатации.

3. Технические характеристики

Напряжение питания, В 12;

Потребляемая мощность, мВт 40;

Число разрядов индикатора 3;

Пределы измеряемой частоты, об/мин 0…10000;

Температурный диапазон, С -15+60.

4. Требования надежности

Минимальная наработка прибора на отказ, ч 5000;

Срок сохраняемости, лет 12.

4. Конструктивные требования

Элементная база – интегральная и дискретная;

Монтаж – печатный и объемный;

Габаритные размеры – в процессе проектирования;

Номенклатура конструкторской документации:

• Схема электрическая принципиальная частотомера – А2;

• Сборочный чертеж печатной платы – А2;

• Сборочный чертеж частотомера – А1;

• Печатная плата – А1.

2. Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы

1. Анализ технического задания и электрической схемы

Был проведен литературный поиск аналогов разрабатываемого устройства: «Цифровой тахометр»[1]. Разрабатываемый тахометр имеет расширенный диапазон измерения частоты сигналов по сравнению с аналогом [1], отличается тем, что показания не зависят от температуры окружающей среды и изменений напряжения питания , это приводит к расширению области его применения, кроме того отличается простотой элементной базой [2].

Сравнительный анализ аналогов.

Таблица 1 – Сравнительный анализ аналогов

Критерии выбора	Устройство
	Аналог	Разрабатываемое
1 Влияние на показания температуры	присутствует	отсутствует
2 Влияние на показания изменения напряжения питания	присутствует	отсутствует

1	2	3
3 Точность измерения	Точность недостаточна из-за того, что на малой частоте время измерения недопустимо велико	Чем ниже регистрируемая частота, тем точнее характеристики исследуемого процесса

Разрабатываемое изделие состоит из двух модулей (схема электрическая принципиальная УИТС.402233.000 Э3):

• модуль измерения частоты А1;

• модуль индикации А2.

Каждый рассмотренный модуль содержит функционально-законченные узлы.

От внешней аппаратуры подаются на модуль измерения частоты напряжения питания и аналоговое измеряемое напряжение, над которым происходит обработка.

2. Оценка элементной базы

Модуль индикации содержит три знаковых эпитаксиально-планарных индикатора типа АЛС304Г красного цвета свечения в пластмассовом корпусе.

Модуль измерения частоты содержит следующие элементы:

К53-18–

К33-10–

К50-6–

К10У– 5 – конденсатор предназначен для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Выпускаются в обычном и всеклиматическом исполнении, неморозостойкие.

Микросхемы серии К176 изготавливаются по технологии комплементальных транзисторов структуры металл – окисел – полупроводник (КМОП). Основной особенностью микросхем является ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100мкА. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14 – 1 и 238.16 – 1. Микросхемы серии К176 работоспособны при напряжении питания от 5 до 12 В. Для микросхем серии К561 гарантируется работоспособность при напряжении питания от 3 до 15 В. Предельные отклонения размеров между осями двух любых выводов 0,2мм

Предельные отклонения размеров между осями двух любых монтажных отверстий 0,1мм; для автоматизированных процессов сборки 0,05мм.

К176ИЕ12 – шестиразрядный двоичный счетчик. Число выводов корпуса– 16.

К176 ИЕ8 – десятичный счетчик-делитель. Число выводов корпуса– 16.

К176ЛА7 – представляет собой четыре логических элемента И – НЕ. Число выводов корпуса – 14.

К176 ИЕ2 – пятиразрядный счетчик. Число выводов корпуса– 16.

КР 142 ЕН 8А –стабилизатор напряжения;

К176ИД2 – преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора включает в себя также триггеры, позволяющие запомнить входной код. Число выводов корпуса – 16.

МЛТ– 0,125 , ОМЛТ-0,25 – резисторы металлизированные лакированные теплостойкие постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью.

.

Транзистор КТ 315А – биполярный кремниевый планарный транзистор, n-p-n – типа.

Стабилитрон КС133А-

Резонатор РК-233 –

3. Разработка конструкции частотомера

1. Предварительная разработка конструкции

Для выбора компоновки разрабатываемого частотомера рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации и индикации.

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

а) приведенная площадь наружной поверхности;

б) коэффициент приведенных площадей;

в) коэффициент заполнения объема.

1. Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки.

Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блоков рассматриваемых двух вариантов компоновки. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1, печатная плата П2).

Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры, для этого воспользуемся таблицей 2.

Таблица 2 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Элементы	Установочная площадь,мм2	Количество элементов	Диапазон температур, С
1	2	3	4
Индикатор АЛС304Г	97,5	3	-60..+70
Конденсаторы К10У – 5 К53-18 К33-10 К50-6	90,25(182,25) 82,5 72,875 225	2 3 5 1	-10..+60 -10..+60 -10..+60 -10..+60
Микросхемы: К176ЛА7 К176ИЕ12 К176ИД2 К176ИЕ2 К561ИЕ9 КР142ЕН8А	220 240 240 240 240 240	1	-10..+70 -10..+70 -10..+70 -45..+85 -45..+85 -10..+70
Резисторы: МЛТ – 0,125 ОМЛТ-0,25	58,75 100,5	32 1	-60..+125 -60..+155
Транзистор КТ 315А	53,35	1	-60..+125
Стабилитрон КС133А	261,25	1	-40..+85
1	2	3	4
Резонатор РК-233	98,21	1	-10..+60

Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате П1:

(1)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П1

, (2)

Рассмотрено несколько возможных вариантов (90110, 100100) соотношения сторон ПП П1 и был выбран наиболее близкий: 90110 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема печатной платы П2 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

, (3)

где n – количество индикаторов, устанавливаемых на ПП П2.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П2

, (4)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П2 (2027.5, 3017.5) и был выбран следующий: 2027.5 мм.

Для определения объемов печатных плат необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для ПП П1 она равна h₁=16,5 мм, а для ПП П2 h₂=3 мм. Тогда:

• объем печатной платы П1:

, (5)

- объем печатной платы П2:

, (6)

• общий объем, занимаемый аппаратурой:

, (7)

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры в зависимости от ее размещения определяем габаритные размеры рассматриваемых двух вариантов корпусов, которые представлены на рисунках 1а и 1б. В первом варианте плата П1 и плата П2 расположены горизонтально, органы индикации (плата П2) вынесены на верхнюю панель. Значение высоты блока будет складываться из высоты платы П1 и высоты платы П2, длина и ширина зависит от ширины и длины платы П1. Во втором варианте ПП П1 расположена горизонтально, а П2 вертикально. В этом случае длина блока будет складываться из длины ПП П1 и толщины ПП П2, высота будет равна ширине ПП П2, ширина равна ширине ПП П1. Тогда с учетом зазоров между печатными платами, между платами и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпусов обоих вариантов компоновки.

Размеры блока для первого варианта: длина l₁=110 мм, ширина b₁=90 мм и высота h₁=16,5+3=19,5 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина l₂=110+3=113 мм, ширина b₂=90 мм и высота h₂=20 мм.

а)

б)

Рисунок 1 – Варианты компоновки частотомера

Определяем полный объем первого (рисунок 1а) и второго (рисунок 1б) вариантов:

, (8)

_, (9)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

, (10)

, (11)

, (12)

2. Коэффициент приведенных площадей

, (13)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

, (14)

где d - диаметр шара, мм.

Вычислим диаметр шара через объем шара V_ш=V_ап:

, (15)

Тогда:

, (16)

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

, (17)

, (18)

Составим отношение:

, (19)

то первый вариант блока более оптимальный по площади наружной поверхности.

3. Коэффициент заполнения объема.

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

, (20)

, (21)

, (22)

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Вывод: По результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран первый вариант компоновки (рисунок 1а), так как его объем используется наиболее эффективно и является более оптимальным по площади наружной поверхности.