Введение

В настоящее время существует огромное количество различных радиотехнических изделий .Радиотехника нашла свое применение в цифровой, вычислительной измерительной областях науки. В последнее время в быту стало все больше и больше появляться различных и электрических и электронных устройств. К ним можно отнести различные выключатели, освещения охранные устройства, утюги с электронным управлением.

Многие из нас сталкиваются с проблемой затапливания подвалов и погребов водой, появляющейся там как правило с наступлением весеннего паводка. Чаще всего жители решают проблему удаления воды с помощью насоса. Способ удаления воды без управления имеет ряд отрицательных факторов:

-уровень воды в погребе необходимо постоянно визуально контро-лировать;

-несвоевременное включение насоса может привести к порче хра-нящихся там вещей, продуктов, а так же самого объекта затапливания;

-несвоевременное выключение насоса, ведет к его порче;

-постоянный контроль воды на объекте несет за собой массу неудобств и приводит к трате драгоценного времени.

Поэтому мы предлагаем автоматизировать процесс откачки, с помощью автомата для откачки воды.

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Разрабатываемое устройство предназначено для людей не имеющих специальных навыков использования электроники. Устройство должно быть простым в подключении и управлении, иметь малые габариты и вес.

Устройство должно иметь следующие технические характеристики:

Технические характеристики устройства:

Напряжение питания, В 220

Потребляемый ток, А 0,36

Мощность, Вт 700

Тип подключаемого насоса однофазный, трехфазный

Габаритные размеры, мм 330х240х110

Вес, кг 3

Частота вибраций, Гц 50

Условия эксплуатации:

Диапазон рабочих температур, С от 0…+50

Относительная влажность воздуха, % 90

Атмосферное давление воздуха, мм рт. Ст. 750±60

Поэтому основное задание дипломного проектирования можно сформулировать так:

- прибор должен быть прост в установке, и управлении;

- прибор должен быть устойчив к атмосферным воздействиям;

- в качестве элементной базы прибора должны использоваться широко распространенные, дешевые, потребляющие малую мощность элементы.

Автомат для откачки воды будет представлять собой стационарное электронное устройство, собранное в герметичном корпусе, компактное, легкое, с предусмотренной звуковой и световой сигнализацией насоса.

1.2Принцип работы

Для контроля количества воды на объекте должны быть установлены датчикинижнего (Н) и верхнего (В) уровней. Впроектируемом автомате датчиком служат два пруткаиз нержавеющей стали диаметром 6мм, закрепленные на текстолитовой пластине толщиной 10мм. Третий провод (общий)- подключается к заземлению объекта.

На элементах DD1.1, DD1.2 микросхемы DD1 собранны формирователи сигналов датчиков. Транзисторы VT1, VT2 образуют логический элемент И, а транзисторы VT3 и VT4 D- триггер (защелка), в выходную цепь которого включен светодиод оптосимистораU1, управляющего более мощным симисторомVS1. Последний включают в цепь питания однофазного двигателя насоса или в цепь управления трехфазного двигателя.

Предположим, что вода в контролируемом объеме отсутствует или её уровень ниже обоих датчиков. В этом случае напряжение на входах элементов DD1.1 и DD1.2 высокое (соответствует логической 1), а на их выводах низкое (лог.0). Все транзисторы и симисторы закрыты, насос выключен.

Как только вода достигнет датчика Н, логическая 1 на входе элемента DD.1.1 сменится на логический 0, а логическая 1 на его выходе приведет к открыванию транзистора VT2. Однако до тех пор, пока вода не достигнет датчика В, транзистор VT1 останется закрытым, а насос- выключенным.

По достижением водой датчика В логический 0 на выходе элемента DD1.2 сменит логическая 1 и транзистор VT1 будет открыт. Напряжение с эмиттера этого транзистора через цепь задержки R9, C7 поступит на базу транзистора VT4 и откроет его. Через излучающий диод оптосимистораU1потечет ток, что приведет к включению насоса.

Насос продолжит работать и после того, как уровень воды опустится ниже датчика «В» и транзистор VT1 будет закрыт. Это произойдет благодаря тому, что установленное на коллекторе транзистора VT4 близкое к нулевому напряжение откроет транзистор VT3, участок коллектор-эмиттер которого подключен параллельно такому же участку транзистора VT1. Откачка воды будет закончена, когда её уровень опустится ниже датчика Н, что приведет к закрыванию транзистора, VT2 и переходу автомата в исходное состояние с выключенным насосом.

В автомате предусмотрена световая и звуковая сигнализация работы насоса.

Резисторы R1, R2 и конденсаторы С1-С4 образуют фильтры, подавляющие помехи, наведенные на провода, соединяющие датчики с автоматом.

1.3 Обоснование выбора элементной базы

Выбор элементной базы является очень ответственным этапом для проектировщика. Так как при этом необходимо уделять большое внимание не только надежности элементов, их габаритам и другим параметрам, но и их стоимости.

Исходными данными при выборе радиоэлементов для проектируемого изделия являются следующие требования:

- название радиоэлемента;

- электрические параметры;

- режим и назначение цепи, в которую включен элемент;

- габаритные размеры элемента;

- условия эксплуатации проектируемого устройства.

При выборе того или иного элемента конструктор должен руководствоваться следующими критериями;

- электрические параметры выбираемого элемента должны удовлетворять параметрам данной схемы;

- технические условия на выбираемый элемент должны соответствовать условиям проектируемой схемы, указанной в техническом задании;

- надежность выбранного элемента должна быть максимальной;

- стоимость выбранного элемента должна быть минимальной;

- при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более миниатюрным элементам.

Выбор транзисторов

При выборе типа транзисторов должны выполнятся следующие условия:

- U_к<U_{кmax. доп.};

- I_к<I_{кmax. доп.};

- Р_к<Р_{кmax. доп}.;

- U_{бэ обр.}<U_{бе обр. доп.};

- F_раб.<<F_{граничная.}

Тип проводимости транзистора должен соответствовать полярности питающих напряжений. Транзистор выбранного типа должен иметь минимально возможную цену при удовлетворяющих электрических параметрах.

Проанализировав схему электрическую принципиальную, останавливаем свой выбор в пользу транзисторов типа КТ315Г, КТ361Е. Основные максимально допустимые параметры транзисторов приведены в таблице 1

Таблица 1

	Постоянный ток коллектора, мА, Iк мах:	Постоянное напряжение коллектор- база В,Uкб мах	Постоянное напряжение база- эмиттер В,Uбэ мах	Постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе при Тс=60…+25оС, мВт	Температура перехода,оС	Допустимая температура окружающей среды, оС
КТ315Г	100	35	35	150	120	60…+100
КТ361Е	50	20	20	150	120	60…+100

Рисунок 2

Выбор цифровых микросхем [3]

При выборе цифровых микросхем должны выполнятся основные указанные требования.

- F_{раб.тактовая}<_{Fтакт.max.доп.};

- Т_такт.>_{Ттакт.max.доп.};

- Логика выполняемых функций должна соответствовать логике выбранного типа микросхемы;

- Е_исм<=Е_{исм.пит.допустимого.}

При выборе цифровых микросхем стремятся при всех прочих равных условиях выбрать микросхемы с наименьшей потребляемой мощностью.

Необходимо также следить за выполнением соотношения цена / качество.

Проанализировав схему делаем выбор в пользу микросхемы серии К561ЛА7.

Основные характеристики микросхемы:

- диапазон питающих напряжений +3…+15В;

- температура окружающей среды -45…+85^оС;

- входное сопротивление 100 Мом.

Выбор полупроводникового стабилизатора напряжения

При выборе полупроводникового стабилизатора напряжения должны выполняться следующие условия:

- Е_пит=U_{вых.стабилизатора};

- I_нагр.<I_{вых.стаб.max}.;

- Р <_{Рвых.стаб.max.}

Обращаем также внимание на соотношение параметров цена / качество от разных фирм изготовителей. Делаем выбор в пользу стабилизатора типа КР142ЕН8Б.

Основные электрические параметры:

- максимально допустимый ток нагрузки 1,5А;

- коэффициент стабилизации 5000;

- выходное напряжение 12В.

Выбор полупроводниковых диодов

При выборе полупроводниковых диодов должны выполняться следующие условия:

- U_обр.<U_{обрат.max.доп.};

- I_раб.<I_{раб.max.доп.};

- Р_раб.<Р_max.доп.;

- F_раб.<F_max.доп..

Проанализировав электрическую схему в качестве силового диода- выбираем мост КЦ405Е.

Основные электрические параметры моста КЦ405Е:

- максимально допустимое обратное напряжение 600В;

- прямой ток нагрузки 1,5А.

Выбор светодиодов

При выборе светодиодов должны выполняются следующие условия:

- I_раб<I_max.доп.;

- Р_раб<Р_max.доп.;

- U_{раб.обратное}<U_{обр.max.доп.};

- необходимый цвет свечения;

- соотношение цена / качество.

Для индикации включенного состояния прибора будет использоваться светодиод красного света свечения. Для индикации работы насоса будет использоваться светодиод с зеленым светом свечения. Из рядов светодиодов АЛ301А, АЛ302А, АЛ307А, АЛ307БМ, АЛ310А выбираем АЛ307М, так как он имеет малые габариты и массу, невысокую стоимость.

Рисунок 3

Выбор конденсаторов

При выборе конденсаторов должны выполняться следующие основные условия:

- U_раб<U_max.доп.;

- Р_{реакт.раб.}<P_{реакт.max.доп.};

- tg?<tg?_{допустимое};

- точность отклонения параметра (%) должна быть не хуже требуемой;

- соотношение цена / качество.

Делаем выбор в пользу электролитических конденсаторов типа К50-35, в качестве неэлектролитических конденсаторов выбираем конденсаторы типа К10-17.

Выбор резисторов

При выборе резисторов руководствуемся следующими характеристиками:

- Р_{рассеяния}<Р_{рассеянияmax.доп.};

- Величина предельного отклонения от номинала не ниже требуемой для данной электрической схемы;

- соотношение цена / качество.

Проанализировав эти требования делаем выбор в пользу резисторов типа С23-23.

Основные электрические параметры резисторов типа С2-23:

- относительная влажность воздуха при температуре +35^оС до 98%;

- предельное рабочее напряжение постоянного и переменного

тока от 200В (для С2-23 - 0,125) до 750В (дляС2-23 -3);

- минимальная наработка 25000 часов;

- срок сохроняемости 15лет;

- температура окружающей среды -60…+70^оС;

Выбор оптрона

При выборе оптрона руководствуемся следующими условиями:

- I_диода<I_{диодаmax.доп};

- U_{диода обр}.<U_{диодаобр.max.доп};

- U_кэ<U_{кэmax.доп};

- цена/качество.

Проанализировав электрические параметры оптронов, их конструктивное исполнение и стоимость делаем выбор в пользу оптрона типа МОС3052.

Электрические параметры оптрона МОС3052:

- коммутируемое напряжение, В 30

- напряжение изоляции, В 100

- обратное входное напряжение, В 0,7

- постоянный входной ток при Т=-60…+35^оС,мА 30

- амплитуда выходного тока при t_и<=10мкс и Т=-60…+35^оС,мА 100

- постоянный выходной ток при Т=-60…+35^оС, мА 200

- амплитуда выходного тока при t_и<=10мкс, мА 200

- средняя рассеиваемая мощность при Т=-60…+35^оС,мВт 360

- температура окружающей среды,^оС -60….+70

Рисунок 4

Выбор симистора

При выборе симистора должны выполняться следующие условия:

- I_упр.<I_{упр.max.доп.};

- I_нагр.<I_max.доп.;

- Р_расс.<Р_max.доп.;

- соотношение цена / качество.

Проанализировав выше указанные требования выбираем симистор типа КУ208Г.

Основные электрические параметры симмистора КУ208Г:

- постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии,В 200

- постоянное обратное напряжение, В 200

- постоянный ток в открытом состоянии А 10

- постоянный ток в режиме переключения при максимальном напряжении; f=50Гц, А 5

- средняя рассеиваемая мощность, Вт; 20

- постоянное обратное напряжение на управляющем электроде 1В;

- температура окружающей среды -60…+125^оС.

Выбор пьезоизлучателя

Необходимые данные для выбора пьезоизлучателя:

- напряжение рабочее,В 3

-диапазон резонансных частот. КГц 4,1±0.05

-диапазон рабочих температур -30 - +60

Проанализировав выше указанные требования, выбираем пьезоизлучатель типа ЗП-3.

Выбор трансформатора

Необходимые данные для выбора трансформатора:

- напряжение первичной обмотки, В 220

- напряжение вторичной обмотки, В 12

- номинальный ток, А 1,2

- выходная мощность, Вт 7,2

Проанализировав вышеперечисленные требования, выбираем трансформатор ТП112-12В

2 Расчетно-конструкторская часть

2.1 Компоновка автомата для откачки воды

В процессе компоновки необходимо решить следующие задачи:

- расположение между отдельными узлами и блоками должны быть такими, чтобы отсутствовали паразитные связи между ними, влияющие на технические характеристики изделия

- необходимо решить вопрос тепловых режимов изделия, обеспечения защиты от механических воздействий

- расположение отдельных узлов и элементов должно быть таким, чтобы обеспечивалась технологичность сборки . При этом желательно процесс сборки и монтажа изделия автоматизировать .Учитывается ремонтопригодность изделия и инструментальна доступность. При компановке передней панели(двери корпуса) решаем вопрос эргономики, т.е максимального удобства в использовании. Кроме того решаем вопросы технической эстетики.

В настоящее время аппаратура на объектах компонуется по 3-м схемам: моноблочная или полностью централизованная, многоблочная (децентрализованная, разбросанная ) и частично моноблочная ( каждый блок имеет свой корпус, а все внешние установочные элементы выносятся на единую панель управления).

Достоинство моноблочной конструкции:

- уменьшение веса и габаритов из-за единого корпуса и единых элементов защиты;

- простота управления.

Недостатки моноблочной конструкции:

- возникают сложности в решении вопроса электромагнитной совместимости;

-трудности обеспечения тепловых режимов.

Достоинства много блочной конструкции:

- Упрощается вопрос обеспечения тепловых режимов;

- упрощается решение задачи электромагнитной совместимости.

Недостатки многоблочной конструкции:

- много передних панелей, что вызывает трудности в управлении;

- блоки должны соединяться кабелями и каждый блок имеет свой корпус , что утяжеляет изделие.

Достоинство частично моноблочной конструкции:

- все органы управления располагаются на единой панели;

- легко решаются вопросы тепловых режимов и электромагнитной совместимости;

- удобство расположения на объекте.

Недостатки частично моноблочной конструкции:

- защита каждого блока от механических воздействий;

- блоки должны соединяться кабелями;

- увеличение веса.

Расчет компановки блока

Для определения размеров корпуса используем аналитический метод расчета компановки.

Объем корпуса находится по формуле

, (1)

Где – объем всех составляющих, входящих в конструкцию автомата

– коэффициэнт заполнения объема

Выбирается из справочника и имеет значение от 0,3…..0,8

Объем платы составляет ,

=132*75*58=574,2

Объем 1-го автомата

4*8*3,5=

Объем второго автомата

=4*8*5,5=176

Объем переходника

=1,5*10,5*2=31,5

Объем 4-х кабелеканалов

=(13*1,5*1,5)+(14*1,5*1,5)+(13*1,5*1,5)+(23*1,5*1,5)=29,5+31,5+29,5+51,75=142,25

Объем динрейки

=0,7*3*27=58,8

Объем гофры

=15*3=45

Объем замка

=4*3=12

Находим сумму объемов всех частей

=574,3+112+176+31,5+142,25+58,8+45+12= 1151,85

Коэффициент заполнения объема,выбираем для бытовой аппаратуры равным 0,3

Тогда объем корпуса составит:

= = =3894,8

Выбираем корпус автомата для откачки воды размерами 330х240х110 (мм)