Дипломная работа: Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Універсальна система SHS-RICS

Ця система використовує мережу GSM та канал GPRS, дозволяє легко підключати обладнання інших розробників та швидко інтегруватись у складні системи.

Особливістю системи є дублювання каналів обміну даними, що забезпечує стабільність та надійність роботи, а також виключає можливу втрату даних [6]

Промисловий накопичувач цифрових даних ИТЕК-БН 3.0

Промисловий контролер/накопичувач ИТЕК–БН 3.0 застосовується при автоматизації на транспорті та дозволяє збирати інформацію та вести контроль над характеристик ТРЗ.

Особливістю цієї системи є реалізований енергозберігаючий адаптивний режим роботи системи. Конфігурація накопичувача ИТЕК–БН 3.0 орієнтована в першу чергу на перевезення циклічного характеру, як вантажні так і пасажирські [7].

МТ-МТ GSM/GPS Terminal

Термінал є типовим для активного моніторингу об’єктів. Для передачі даних використовуються режими CSD та SMS.

Особливостями терміналу є: великий час автономної роботи, використання адаптивних режимів енергоспоживання, висока точність визначення місцеположення підконтрольного об’єкту [8].

Гелікс 2

Особливостями терміналу є наявність роз’ємів для 2х SIM-карток, що дозволяє здійснювати роботи з двома операторами мобільного зв’язку в разі необхідності роботи в умовах нестабільного покриття GSM мережі або для забезпечення дешевого зв’язку у роумінгу [9].

Інтелектуальна система PINSyS

Особливість цього терміналу в відсутності в ньому акумулятора взагалі. Припускається що акумуляторна мережа автомобіля достатньо надійна для його роботи [10].

Трекер Trim Track

Цей мобільний термінал не використовує ДЦ, а працює безпоседньо з мобільним телефоном клієнта та не потребує підключення до автомобільної мережі живлення, працюючи від звичайних батарей. В пристрої реалізована розвинута система енергозбереження, вбудована надчутлива GPS антена та датчик вібрації [11].

Навігаційна система SCARnavi

Комплекс SCARnavi призначений для моніторингу пересування і збору даних про стан вузлів автомобілів з використанням технології GPS і передачею даних по GSM (GPRS) каналах [12].

Проведений аналіз сучасних автомобільних охоронних систем показав, що особливостями мобільного терміналу, що розроблюється, є:

·  використання режиму GSM/GPRS для швидкісної передачі даних;

·  використання багатоканального зв'язку (до 50) у сучасному модулі GPS/GALILEO для визначення місцеположення об’єкту моніторингу;

·  передача звукової інформації;

·  напруга живлення терміналу від 9,5 до 35 В;

·  автономність терміналу протягом доби;

·  можливість контролю встановлених на ТРЗ давачів – відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

До складу системи в найпростішому випадку входять: мобільний термінал та набір охоронних датчиків, ДЦ з набором топографічних електронних карт та базовий термінал. При розширенні охоронної системи кількість мобільних терміналів може бути збільшена до 100, а кількість диспетчерських центрів, які можуть віддалено за ними спостерігати до 5шт.

3. Аналіз електричної схеми

3.1  Опис структурної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Структурна схема пристрою, що розробляється представлена на рис. 3.1.

Датчиками охоронної системи, які використовуються для моніторингу стану об’єкту, можуть бути, як вже встановлені на автомобілі і працюючі зі штатною ОСТ, так і додаткові, спеціально встановлені датчики. Базовими є сенсори удару, руху, відкривання дверей, капоту та сигнали ввімкнення запалення автомобіля.

Базовий GSM термінал призначений для прийому даних від мобільного терміналу в режимі CSD та SMS. Це потрібно у випадку зникнення зв’язку, що здійснюється через GPRS канал, чи при відсутності з’єднання з мережею Internet.

На кожному ДЦ встановлене програмне забезпечення користувача з картографічними модулями. Відповідно до місцеположення програмне забезпечення завантажує з Internet мережі потрібну карту (карти можуть бути доступні з серверу виробника, наприклад компанії Transnavi.com, або з будь-якого іншого, на якому налагоджений доступ до завантаження відповідних карт з мережі Internet) і в подальшому працює з нею. З ДЦ можна встановлювати налаштування для мобільного терміналу та здійснювати прослуховування салону автомобіля в реальному часі. Сервер 1 та сервер 2 (рис. 3.1) виконують захисну та розвантажувальну функції відповідно. Фізично сервер 2 може бути суміщений з ДЦ.

На Рис. 3.1 сервери 1/1, сервер 2/1 – відповідно захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ1; сервери 1/2, сервер 2/2 захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ2; сервери 1/n, сервер 2/n захисний та розвантажувальний сервер для n –го ДЦ.

3.2 Опис функціональної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Термінал складається з декількох функціональних вузлів скомпонованих згідного цільового призначення. Повна функціональна схема наведена на рисунку 3.2. Розглянемо кожний з функціональних вузлів та принципи їх роботи.

3.2.1  Тракт передачі звукової інформації

Обробка звуку проводиться GSM модемом Telit GM868-PY, який, крім того, виконує частину функцій по керуванню мобільним терміналом.

Сигнал з мікрофона М1 (див рис. 3.2) надходить до першого мікрофонного підсилювача МП1, який конструктивно суміщений з ним, де здійснюється його попереднє підсилення. Це підвищує відношення сигнал/шум на вході мобільного терміналу. Потім сигнал подається на вхід “АУДІО” мобільного терміналу, додатково в ньому підсилюється другим малошумлячим мікрофонним підсилювачем МП2 та попадає на вхід GSM модуля. Аудіо канал має схема луно придушення і збалансований вхід для компенсації звукових перешкод, тож для МП1 та МП2 використовується також збалансована схема.

Чутливість мікрофона, який використаний для роботи в мобільному терміналі, становить -45дБ·В/Па. Для нормальної роботи в салоні автомобіля та подачі на вхід аудіо каналу підсилення МП1+МП2 має складати 44 дБ. Смуга робочих частот за рівнем -3 дБ для всього тракту звуку становить 150-8000 Гц.

На Рис. 3.2:

“GSM” – канал передачі даних через стільникову мережу;

“GPS” – канал передачі навігаційних даних через систему NAVSTAR;

GSM модем – модем фірми Telit з підтримкою передачі даних через стільникову мережу;

GPS – приймач з підтримкою навігаційних систем GPS та GLONASS;

Програм. GSM – роз’єм, через який здійснюється програмування GSM модему;

Програм. CPU – роз’єм, через який здійснюється програмування CPU;

NMEA – текстовий протокол звя’зку навігаційного устаткування між собою;

ДТ1 ударн. – датчик ударів;

ДТ2 тепл. –датчик температури;

ДТ3 руху –датчик руху;

ДТ4 ц.з. – датчик центрального замку;

ДТ6 пальн. –датчик пального;

ДТ7 резерв,ДТ8 резерв. – резервні датчики;

ЗК1..7 – захисні кола;

SW1 – вузол, який виконує функції мультиплексора;

DC/DC – перетворювач напруги;

ІСН – імпульсний стабілізатор напруги;

Flash ОЗП – пам’ять;

ДН1, ДН2 – дільники напруги;

ПН1, ПН2 – підсилювачі напруги;

SIM – роз’єм SIM-карти;

МП1, МП2 – мікрофонні підсилювачі;

ДРП1, ДРП2 – аналогові входи;

CPU – центральний оброблювальний процесор;

ПП – попередній підсилювач;

ОР1..4 – оптрони;

К1 бл.ст. – ключ блокування реле стартеру;

К2 бл. зап. – ключ блокування запалення;

К3 сигн. – ключ ввімкнення/вимкнення бортової сигналізації/сирени;

К4 бл. БН – ключ блокування бензонасосу;

VD1..3 – діоди індикації режимів роботи терміналу.

3.2.2 Тракт входів та комутації

Сюди входять вхідні, захисні, вихідні кола та приймач GPS.

В якості приймача координат місцеположення вибрано 50 канальний суміщений GPS/GALILEO приймач LEA-4H фірми Anaris [13]. Його чутливість становить понад -160 dBm, що дозволяє вільно отримувати валідні дані від приймача в умовах міської забудови та навіть всередині залізобетонних приміщень. На сьогоднішній день система GALILEO не працює, тому для визначення місцезнаходження підконтрольних об’єктів використовуються навігаційні сигнали системи GPS NAVSTAR. Коли європейська навігаційна система GALILEO буде введена в дію, то термінал одразу зможе працювати в 2-х системах одночасно, покращуючи точність визначення місцеположення [14].

Оскільки приймач постійно споживає струм близько 100 мА, а це половина всього споживаного струму, використовується система енергозбереження. Вона відключає за допомогою ключа GPS приймач тоді, коли місцеположення визначати непотрібно.

Антена для приймача GPS є активною. Живлення до неї подається по центральній жилі кабелю. Конструктивно вона суміщена з GSM антеною.

Вхідні кола складаються з датчиків ДТ1-ДТ8, сигнали з яких приходять на роз’єм терміналу “IN/OUT”. Далі вони проходять захисні кола ЗК1-ЗК8 та приходять на порти P1 CPU, де інформація обробляється та, при спрацюванні якогось елемента датчика, йде на модем GSM.

Крім восьми цифрових входів мобільний термінал має 2 аналогових входи ДРП1, ДРП2 від датчиків рівня палива, чи інших. З них сигнал йде до роз’єма “AIN” потім ділиться дільниками на багатооборотних резисторах ДН1, ДН2 і йде на підсилювачі напруги ПН1, ПН2, які масштабують напругу, забезпечуючи її необхідний рівень для роботи з внутрішнім АЦП CPU.

Вихідні керуючі кола побудовані з використанням оптичної розв’язки ОР1-ОР4 та керують ключами К1-К4. Ці ключі, зазвичай, використовують для блокування реле стартера, блокування запалення, ввімкнення сирени, блокування бензонасосу чи інших. Логіка роботи ключів програмується диспетчерським центром.

3.2.3  Ядро системи

Ядром системи є GSM модем та CPU. GSM модем працює під керуванням програмного забезпечення, створеного на мові програмування Python. Модем має АЦП та ЦАП, вбудовану внутрішню пам’ять та велику кількість портів вводу-виводу [15]. На нього покладені функції обробки даних від GPS приймача, синхронізація його внутрішнього таймера з часом GPS, робота з двома АЦП, передача звукової інформації, керування вихідними командами та робота з CPU та пам’яттю.

Модем по команді з ДЦ, за допомогою мультиплексора, керує індикацією на світлодіодах VD1-VD3. Реалізовано режим захисту від зависання внутрішнього програмного забезпечення. Модем та CPU стежать за роботою один одного та, якщо стан роботи їх не відповідає заданому відбувається процес вимкнення-вмикання для модему ключем на транзисторі та перезавантаження програми в CPU.

Запис коду програм в CPU при програмуванні у виробника відбувається через роз’єм “JTAG”. Запис коду програми до модему Telit GM868-PY програмною мовою Python відбувається через роз’єм “COM”. Далі код поступає через мультиплексор SW1 на вхід UART модему GSM. Мультиплексором можна вибрати або підключення до модулю GPS, або роз’єм “COM” для програмування модема. Це зроблено, оскільки модем має лише два UART порти. Обмін даними між CPU та пам’яттю Flash пам’яттю (128 МБ), та CPU і модемом відбувається по SPI протоколу.

3.2.4  Тракт живлення та керування енергозбереженням

Для живлення мобільного терміналу використано бортову автомобільну мережу 12-35 В яка напряму подається на роз’єм “PWR”.

Живлення схеми організоване паралельно, тобто поки є бортова напруга 12-35 В термінал працює від неї через DC/DC перетворювач зі стабілізатором струму. Він видає стабілізовану напругу 4,2 В з обмеженням по струму в 1 А, одночасно заряджаючи резервну батарею. На вході цього стабілізатора стоїть захисна схема з обмежувального діоду, діоду та відновлюваного запобіжника. Вона дозволяє захистити мобільний термінал при подачі напруги неправильної полярності та при перевищенні її 36 В.

В якості резервного джерела живлення застосовується літієва акумуляторна батарея G1 напругою 3,6 В і ємністю 1,5А∙год.

Використання такого низьковольтного живлення дозволило безпосередньо підключати модем до акумулятора і відмовитись від потужного багатоканального перетворювача напруги для живлення інших елементів. Це подовжило час автономної роботи терміналу. Коли батарея зарядиться вона споживає невеликий струм (декілька мА) для компенсації саморозряду і на роботу терміналу більше не впливає.

Напруга 4,2 В використовується для живлення модему GSM, інші ж елементи схеми живляться від ще одного джерела живлення – імпульсного стабілізатора напруги (ІСН). ІСН перетворює рівень вхідної напруги 4,2 В до 3,15 В. Він має низьке власне енергоспоживання 85 мкА та ККД не нижче 90%, що дозволяє не вимикати його взагалі.

Функції енергозбереження реалізовано за допомогою комутації живлення для GPS приймача, переходу CPU в сплячий режим та ввімкненням режиму енергозбереження в модемі. Основні технічні характеристики розробленого терміналу наведені в  табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Основні технічні характеристики розроблюваного терміналу

3.3  Опис електричної схеми мікрофонного тракту мобільного терміналу

В більшості існуючих мобільних терміналів, зокрема в розглянутих вище, відсутні тракти прийому та передачі звукової інформації. Призначенням розробленого мікрофонного тракту є зйом та передача стану звукового становища в підконтрольних транспортних засобах до ДЦ в якості достатній для його аналізу та однозначного сприйняття голосових повідомлень. Наявність мікрофонного тракту збільшує функціональність терміналу та зручність його експлуатації, а також зменшує додаткові фінансові витрати на пристрої, які забезпечують обмін голосовими повідомленнями між підконтрольним транспортним засобом та ДЦ.

3.3.1 Мікрофонний підсилювач тракту передачі звукової інформації

Для роботи мобільного терміналу використовується два мікрофонних підсилювача. Один з них (МП1) встановлений безпосередньо в мобільному терміналі, а інший поруч з мікрофоном, забезпечуючи основне підсилення та покращуючи відношення сигнал-шум на вході другого підсилювача (МП2).

Схема частини мікрофонного підсилювача наведена на рис. 4.1. В схемі використано два однакових підсилювача.

3.4 Опис електричної схеми тракту живлення і керування енергозбереженням мобільного терміналу

3.4.1 Перетворювач на мікросхемі L6902D

Для розробки мобільного терміналу використовувалися інтегральні мікросхеми високого ступеня інтеграції та готові модулі (GSM та GPS). Оскільки кожен елемент схеми має певні вимоги до джерела живлення як по пульсаціям, так і по допустимим коливанням напруги, а також необхідно враховувати мобільність терміналу (забезпечення низьких втрат при перетворенні напруги) застосовано двохступінчате пониження напруги за допомогою імпульсних інтегральних понижуючих перетворювачів. Баланс струмів споживання першого з них на мікросхемі L6902 приведено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2 – Баланс струмів споживання для L6902

Стабілізатор перетворює вхідну напругу, що може змінюватися в діапазоні 8…36 В у стабілізовану 4,2 В. Він також живить другий стабілізатор з вихідною напругою 3,15 В, заряджає внутрішній акумулятор та живить GSM модем. Має внутрішнє обмеження струму на рівні 1 А.

Вибір саме L6902 обумовлений наступними її можливостями:

–  до 1 А вихідний струм з обмеженням (стабілізатор струму);

–  діапазон вхідних напруг 8 – 36 В;

–  джерело опорної напруги 3,3 В з нестабільністю 2 %;

–  5 % нестабільність по обмеженню вихідного струму;

–  регульована вихідна напруга 1,235 – 34 В;

–  фіксована частота генерації 250 кГц;

–  робота у режимі холостого ходу;

–  регульоване обмеження максимального струму;

–  захист від обриву зворотного зв’язку;

–  інтегрований термозахист;

–  розроблена спеціально для застосування в якості зарядного пристрою для акумулятора.

3.4.2  Перетворювач на мікросхемі МАХ1692

Для роботи інших елементів схеми використовується перетворювач на мікросхемі МАХ1692. Він стабілізує напругу 3,15 В з 4,2 В. Баланс струмів споживання цього джерела живлення на мікросхемі МАХ1692 приведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 – Баланс струмів споживання для мікросхеми МАХ1692

Вибір саме МАХ1692 обумовлений наступними її можливостями:

–  стабілізування напруги від 5,5 В до UIN ;

–  ефективність перетворення до 95%;

–  гарантований вихідний струм 600 мА;

–  інтегрований діод Шотткі;

–  струм споживання не більше 85 мкА;

–  інтегрований термозахист;

–  фіксована 750 кГц частота генерації;

–  джерело опорної напруги 1,25 В з нестабільністю 1,2 %;

–  мініатюрний корпус.

4. Обґрунтування конструктивних параметрів пристрою та вибір матеріалів

Конструктивно виріб виконаний у вигляді розбірного корпусу, який складається з двох частин – основи та кришки, які виготовлені з алюмінієвого П-подібного профілю, до якого з торців за допомогою чотирьох гвинтів М2,5 прикручені пластини. У паз нижньої кришки вставлена плата з радіоелементами. Габаритні розміри мобільного терміналу складають, ДхШхВ, мм 135×70×30 (див рис. 4.1).

З лицевої сторони знаходяться двох-, восьми- та двадцяти контактні НЧ роз’єми, два ВЧ роз’єми «GPS» та «GSM», три світлодіоди та тримач SIM-картки.

На задній стороні виробу знаходиться десятиконтактний НЧ роз’єм, два отвори для підстроювальних резисторів та отвір до кнопки вмикання/вимикання пристрою.

Вибір матеріалу для несучої конструкції (корпусу) обумовлений його високі антикорозійні властивості, легкістю обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Конструкція передбачає зручну та надійну фіксацію та монтаж друкованої плати (ДП) в середині корпусу у процесі складання. Монтаж мобільного терміналу здійснюється в салоні ТРЗ, наприклад, під приладовою панеллю автомобіля, або у багажнику, з допомогою текстильної застібки та пластикових джгутів.

4.1  Обґрунтування вибору елементної бази

Однією з основних задач, поставлених при виконанні розробки даного пристрою, окрім забезпечення необхідних параметрів схеми, які б гарантували необхідні режими та надійність роботи пристрою, було створення малогабаритного, загальнодоступного, відносно дешевого модуля з використанням сучасної компонентної бази зо всіма її перевагами. ДП мобільного терміналу повинна мати якомога більший ступінь інтеграції.

За сучасного ступеню розвитку монтажу плат, повсякчас використовується автоматичний SMT, DIP та BGA монтаж, тому ще одним з критеріїв вибору радіоелементів була можливість автоматизації збирання плат на сучасних автоматичних лініях та підвищення характеристик надійності.

Суміщена активна GPS/GSM антена виконана з удароміцної пластмаси у пилозахищеному виконанні. Вона має самоприклеювальну основу для встановлення на рухомий об’єкт без використання засобів кріплення. З корпусу антени виходять два ВЧ кабелі довжиною по 5 метрів з роз’ємами типу SMA на кінцях. Зовнішній вигляд GPS/GSM антени наведений на рис.4.2.

Вибір активної антени зумовлений необхідністю максимізувати чутливість пристрою до слабких сигналів GPS та GSM мережі в умовах міської забудови та всередині залізобетонних приміщень.

GPS/GSM антена – покупний виріб. Її габаритні характеристики та спосіб кріплення обрані з огляду на необхідність прихованого встановлення на ТРЗ та забезпечення надійного зв’язку через канали GPS та GSM.

Антена встановлюється на горизонтальній поверхні таким чином, щоб у верхній полусфері були відсутні затінення та перешкоди для проходження радіосигналів від супутників.

4.2  Електричні розрахунки основних функціональних вузлів

4.2.1  Розрахунок мікрофонного підсилювача

Проведемо розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення та ширини смуги пропускання сигналу [15] для частини мікрофонного підсилювача наведеній на рис. 4.1.

Коефіцієнт підсилення для цієї схеми становить:

Для забезпечення смуги пропускання 150 – 8000 Гц, необхідно розрахувати і ємність С3. Частота зрізу становитиме:

Вихідні дані для розрахунку зведені до табл. 4.1.

Таблиця 4.1 – Вихідні дані для розрахунку підсилення

В умовах нормальної розмови на відстані 7 см від джерела акустичного сигналу створюється тиск в -4,7дБ для мікрофону з чутливістю -45 дБ·В/Па. При такому акустичному тиску вихідна напруга від мікрофону становить:

UВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),

що відповідає

UВИХ=10(-49,7/20)=3,3 (мВ)

Щоб забезпечити сигнал з амплітудою 50 мВ на вході наступного каскаду підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення:

Відповідно при підсиленні в 15 разів (24 дБ). При вхідному опорі розрахованого підсилювача в 10 кОм необхідний опір R4 буде дорівнювати:

R4=КПІДС·R3=10·103·15=150·103(Ом)

Промислові значення цих опорів з ряду Е96 складають 10 кОм та 150 кОм.

Відповідно значення ємності конденсатора С3:

(Ф);

З огляду на необхідну смугу пропускання, обираємо найближче значення С3 з ряду Е24 – 120 пФ.

Значення для другого каналу підсилювача ідентичні першому.

4.2.2  Розрахунок стабілізаторів напруги

4.2.2.1  Розрахунок перетворювача на мікросхемі L6902D

Розрахуємо загальну потужність втрат PTOT на мікросхемі L6902 за формулою.

Вихідні умови:

–  вхідна напруга UIN = 12 В;

–  вихідна напруга UOUT = 4,2 В;

–  вихідний струм IOUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);

–  опір внутрішнього ключа RDSON = 0,4 Ом (середнє значення);

–  час перемикання типовий TSW = 70 нс;

–  струм споживаний самою ІС IQ = 2,5 мА;

Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth J-A тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 42 ˚C/Вт [32]. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C [16].

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 4,2 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 3,3 кОм R1 має рівнятись:

Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е48 найближче значення 7,87 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що, загалом, цілком влаштовує нас по точності.

4.2.2.2  Розрахунок перетворювача на мікросхемі МАХ1692

Розрахуємо загальну потужність втрат PTOT на мікросхемі MAX1692.

Вихідні умови:

–  вхідна напруга UIN = 4,2 В;

–  вихідна напруга UOUT = 3,15 В;

–  вихідний струм IOUT = 0,1 А, рівний сумі струмів споживаних елементами схеми, (табл. 3.3);

–  опір внутрішнього ключа RDSON = 0,6 Ом (середнє значення);

–  час перемикання типовий TSW = 50 нс;

–  струм споживаний самою ІС IQ = 85 мкА;

Отже теплові втрати становлять 0,024 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth J-A тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 280 ˚C/Вт. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 3,15 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 301 кОм R1 має дорівнювати:

Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е192 найближче значення 470 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що також влаштовує нас по точності [17].

4.3 Проектування друкованого вузла

4.3.1  Визначення площі монтажної поверхні

Визначення площі монтажу малогабаритних деталей

,

де  –сумарна площа, яку займають конденсатори;  - сумарна площа, яку займають діоди;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми,  - сумарна площа, яку займають індуктивності;  - сумарна площа, яку займають резистори;  - сумарна площа, яку займають транзистори.

Визначення площі монтажу середньогабаритних деталей

,

де  –сумарна площа, яку займають роз’єми;  - сумарна площа, яку займають діоди;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми,  - площа, яку займає кварц;  - сумарна площа, яку займають резистори.

Визначення площі монтажу великогабаритних деталей

,

де  –сумарна площа, яку займають роз’єми;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми.

Розрахунок площі монтажної поверхні.

,

де К – коефіцієнт, який вибирається з інтервалу 1,5…3, в залежності від кількості зв’язків.

4.3.2  Вибір габаритних розмірів і конфігурації

ДП, що виготовляється розробимо у двосторонньому виконанні. Таким чином забезпечимо оптимальне розташування та режими роботи радіоелектронних компонентів різного цільового призначення. Отже, розділимо у просторі ВЧ модулі, джерела живлення, вузли ядра системи керування терміналом, забезпечивши оптимальні режими роботи з точки зору виділення теплової енергії, взаємного впливу наводок та оптимального трасування з’єднувальних провідників.

Вибір габаритних розмірів друкованої плати для розроблюваного терміналу здійснюємо використовуючи ряд стандартних лінійних розмірів за ГОСТ 10317-79 з урахуванням розрахованої площі монтажної поверхні та оптимального розміщення компонентів згідно їх призначення та вимог до монтажу.

Габаритні розміри ДП повинні відповідати ГОСТ10317-79 і не перевищувати співвідношення 3:1. З конструкторських та естетичних міркувань вибираємо ДП прямокутної форми та, керуючись рядом стандартних лінійних розмірів ДП, вибираємо плату з розмірами Д×Ш, мм. - 124×65.

ДП з габаритними розмірами 128×65 задовольняє вимогам ГОСТ 23752-88, який забороняє застосовувати клас точності вищий, ніж 2-ий для плат більше 170×170. По точності виготовлення для пристрою, що розроблюється, оберемо ДП ІII-го класу точності. Такі плати прості в виконанні, надійні в експлуатації та мають невисоку вартість. Вважається, що ДП третього класу точності має підвищену густину рисунку (роздільна здатність – 3,33 лінії/мм).

4.3.3 Вибір матеріалів

В якості матеріалу ДП використаємо склотекстоліт – шарований пресований матеріал підвищеної теплостійкості, виготовлений зі склотканини просоченої термореактивною смолою, яка має підвищений опір ізоляції. Заготівка має з обох боків шар металізації – мідна електролітична оксидна фольга. Таке виконання ДП забезпечить малу сприйнятливість конструкції до вібраційних навантажень та дозволить запобігти небажаних деформацій плати.

Основні конструктивні параметри матеріалу ДП:

1.  Вид плати: двостороння (ДДП);

2.  Матеріал: СФ1,5-35-30, ДСТ 10316-78;

3.  Товщина фольги: 35 мкм;

4.  Товщина матеріалу з фольгою: 1,5 мм;

5.  Діапазон робочих температур: -60º..+120º С;

6.  Клас точності: 3;

7.  Допуски на ДДП за ГОСТ 23751-86:

7.1.  Номінальне значення ширини провідника: t=0,25 мм;

7.2.  Номінальна відстань між провідниками: S=0,25 мм.

7.3.  Відношення діаметра отвору до товщини плати не менше 0,33

7.4.  Гарантійний поясок:

На зовнішньому шарі: bз=0,2 мм

На внутрішньому шарі: bвн=0,1 мм

7.5.  Допуск на отвори без металізації:

При діаметрі d ≤1мм   Δd=±0,05мм.

При d >1мм                 Δd=±0,1мм.

7.6.  Допуск на отвори з металізацією:

При діаметрі d ≤1мм   Δdмм.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7