ГБОУ СПО РМЭ «КОЗЬМОДЕМЬЯНСКИЙ КОЛЛЕДЖ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»
|
Реферат
|
«Сигнализатор включения фар в автомобиле»
|
|
Выполнил:
Кузнецов Владимир,
студент 2 курса
специальность 210109
«Твердотельная электроника»
Руководитель:
заведующий лабораторией электронной техники и электротехники
Макаров Андрей Сергеевич
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………………….3
Разработка оптимальной конструкции……………………………………………4
Назначение и основные параметры изделия…………………………………4
Основы теоретических исследований……………………………….………..5
Анализ существующих конструкций печатных плат……………..…………6
Анализ существующих конструкций корпусов..…………………….………8
Обоснование выбора и описание конструкции изделия…………….………8
1.6 Расчет надежности……………….……………………………….…….………9
Выполнение опытных работ…………………….....………………………….…..11
Экономическое обоснование……………………………………………………...13
Выводы……………………………………………………………………………..............13
Использованные источники……………………………………………………………….14
Приложения…………………………………………………………………………………………15
Введение
Согласно п. 19.5 Правил дорожного движения (ПДД), на движущемся автомобиле в любое время суток должны быть включены фары ближнего света или ДХО. Разработанный сигнализатор, собранный на доступной элементной базе, поможет водителю, если его автомобиль не оснащен устройством автоматического включения ходовых огней после запуска двигателя, не нарушать этот пункт ПДД.
Цель проекта: разработать конструкцию и опытную модель «Сигнализатора включения фар».
Задачи проекта:
Разработать оптимальную конструкцию прибора
Изготовить опытный образец
Провести экономическое обоснование
Сделать выводы
Объект исследования: Система световой сигнализации автомобиля
Предмет исследования: конструкция сигнализатора включения фар в автомобиле.
Методы исследования: в работе были использованы методы теоретических исследований - методы системного анализа и исследования операций, метод сравнений и аналогий, метод обобщений, метод моделирования.
Разработка оптимальной конструкции
Назначение и основные параметры изделия
Разработанный в данном проекте сигнализатор извещает водителя мигающим световым и прерывистым звуковом сигналом о необходимости включения ближнего света фар после включения зажигания и отключения всей нагрузки после остановки двигателя. Невключенный ближний свет фар грозит штрафом от автоинспектора, а вот оставленные по забывчивости включенными энергопотребители станут причиной разрядки аккумуляторной батареи, особенно быстрой в зимнее время. При выключенном зажигании сигнализатор тока не потребляет. После остановки двигателя, если потребители включены, около одной минуты будет звучать прерывистый звуковой сигнал, затем он выключиться, но останется включенным световой сигнал – мигающий светодиод. Потребляемый ток в этом режиме мал (не более 20…30мА). Указанные сигналы появятся и при выключении габаритных огней без запуска двигателя.
Схема сигнализатора приведена в Приложении1. При включении зажигания на гнездо ХS1 «З» (зажигание) подается напряжение +12 В, от которого открываются транзисторы VT1, VT2; транзистор VT3 закрыт. На выходе параметрического стабилизатора напряжения с усилителем тока, собранного на транзисторе VT4, стабилитроне VD3, и резисторе R5, появляется напряжение +5 В. Начинают работать мигающий светодиод HL1 и звуковой излучатель НА1, напоминая о необходимости включения ближнего света фар.
На логических элементах DD1.2, DD1.3, конденсаторе С3, резисторе R8 собран генератор импульсов с частотой 3,2 Гц. Ими открывается транзистор VT5, подключая с указанной частотой к цепи +5В звуковой излучатель НА1. Такой прерывистый сигнал лучше привлекает внимание водителя. На логическом элементе DD1.1, конденсаторе С1 и резисторе R6 собран узел ограничения продолжительности работы генератора после появления напряжения +5В.
Через одну минуту на выходе элемента DD1.1 появляется напряжение низкого логического уровня, останавливающее работу генератора. Звуковой сигнал выключается.
Основы теоретических исследований
Сигнализатор включения фар в автомобиле или дневных ходовых огней идет в базовой комплектации автомобилей импортного производства. По отзывам автолюбителей является необходимым и очень удобным устройством. В российского автопроме данное устройство конструкцией не предусмотрено. Многие автомобилисты и радиолюбители предлагают разнообразные конструкции данного устройства. Проведя исследование было выявлено несколько наиболее удачных предложений таких как:
- А. Долгодров «Автоматический включатель/выключатель противотуманных фар», «Радио» №5 2011 г.
- В. Суров «Автомат управления ДХО», «Радио» №1 2012 г.
-В. Ковалёв, М. Ковалёв «Сигнализатор включения фар в автомобиле», «Радио» №8 2012 г
Но все равно самым оптимальным решением является схема представленная в приложении 1, так как именно она конструктивно выполнена на печатной плате содержит наименьшее количество элементов и как следствие обладает меньшими габаритными размерами.
«Сигнализатор включения фар в автомобиле» разработан с использованием печатного монтажа. Аппаратура с печатной схемой удобна в эксплуатации и надежна. Промышленное освоение новых радиотехнических материалов, малогабаритных полупроводниковых и других радиотехнических приборов, а также технологических процессов способствовало бурному развитию техники печатных схем.
Печатные схемы открыли новые потенциальные возможности механизации и автоматизации производственных процессов. При производстве радиоэлектронной аппаратуры они позволяют обеспечить:
-механизацию операции сборки;
-повторяемость монтажного рисунка схемы и идентичность параметров монтажа;
-возможность более полной механизации контрольно регулировочных операций.
Печатный монтаж имеет конструктивные преимущества и, прежде всего это компактность аппаратуры и малый вес. Использование печатного монтажа открыло широкие возможности замены ручной пайки каждого электромонтажного соединения групповой пайкой одновременно всех или многих соединений, располагаемых на одной стороне основания. Не смотря на то, что в настоящее время существуют интегральные микросхемы, печатный монтаж и схемы имеют широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. При этом микросхемы не всегда могут удовлетворять нашим потребностям, например, по такому параметру как ремонтопригодность.
Даже при современном развитие радиоэлектроники, печатные схемы еще долгое время будут существовать, особенно при массовом производстве аппаратуры.
1.3 Анализ существующих конструкций печатных плат
По ГОСТ 23751-86 предусмотрены следующие типы печатных плат:
1) Односторонняя печатная плата (ОПП) — печатная плата, состоящая из слоя диэлектрика, на одной стороне которого выполнены элементы проводящего рисунка. Они просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания и устройств техники связи.
2) Двусторонняя печатная плата (ДПП) — печатная плата, состоящая из слоя диэлектрика, на обеих сторонах которого выполнены элементы проводящего рисунка и все требуемые соединения, в соответствии с электрической принципиальной схемой. Электрическая связь между сторонами осуществляется с помощью металлизированных отверстий. Размещать ЭРИ можно как на одной, так и на двух сторонах ПП. Двусторонние ПП используются в измерительной технике, системах управления, автоматического регулирования и др.
3) Многослойная печатная плата (МПП) — ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения. Электрическая связь между проводящими слоями может быть выполнена специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией отверстий. Многослойные ПП характеризуются повышенной надежностью и плотностью монтажа, устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям, уменьшенными размерами и меньшим числом контактов.
4) Гибкая печатная плата (ГПП), гибкий печатный кабель (ГПК), гибко-жесткие платы (ГЖП) — качественно новые несущие конструкции и системы межсоединений, которые применяются взамен «громоздких» и «тяжелых» жестких ПП, плоских ленточных проводов, жгутов и объемных проводников. Гибкие ПП применяются в случаях, когда плата в процессе эксплуатации подвергается многократным изгибам, вибрациям или когда ей необходимо придать для работы изогнутую компактную форму (поместить в небольшой объем). При помощи ГПП можно соединять различные элементы РЭА, используя ответвления от общего основания ГПП.
Печатные платы конструируются по одному из следующих принципов:
1) Моносхемный принцип – он заключается в том, что полная электрическая принципиальная схема радиоэлектронного аппарата располагается на одной печатной плате. Недостатки этого принципа – при выходе из строя одного элемента, происходит сбой всей системы. Оперативная замена вышедшего из строя элемента затруднена из-за сложности его обнаружения. Достоинством является минимальная занимаемая площадь по сравнению с другими методами, простота установки в корпус.
2) Схемно-узловой принцип – такой, при котором на одной плате располагается часть полной принципиальной электрической схемы (например, блоки усилителя низкой частоты и усилитель промежуточной частоты в телевизорах), имеющая четко выраженные входные и выходные характеристики. Достоинства: универсальность; относительная простота конструкции и изготовления изделия; количество арматурных и крепежных деталей не велико, поэтому их стоимость практически не оказывает влияния на себестоимость изделий; более простое решение задачи теплоотвода, т.к. основные теплоизлучающие компоненты установлены в пределах одного узла; высокая по сравнению с моносхемным принципом ремонтоспособность изделий. Недостатки: невысокая стойкость к механическим нагрузкам; наличие на печатных платах сменных и регулируемых компонентов, отрицательно влияющих на защиту узла от климатических воздействий; отсутствие коммутирующей печатной платы и необходимость в связи с этим прибегать к сложным соединениям, увеличивающим паразитные емкости и вносящие нежелательные переходные сопротивления.
3) Каскадно-узловой принцип - принцип, при котором полная принципиальная электрическая схема расчленяется на каскады специального назначения, располагаемые на отдельных печатных платах. Этот принцип широко распространен, но он имеет ограниченную перспективность, так как расчленение схемы на каскады резко увеличивает число объемных вспомогательных компонентов, т.е. удорожает схему. Достоинства: повышенная стойкость к механическим и климатическим воздействиям; простота обслуживания изделия, возможность отказа от установки подстроечных элементов непосредственно в узле. Недостатки: увеличенное число коммутирующих, арматурных и крепежных деталей, что приводить к увеличению общего объема и веса изделия, а также ухудшает параметры схемы из-за переходных сопротивлений и паразитных емкостей на соединениях.
4) Функционально-узловой принцип - когда полная электрическая схема делится на узлы, каждый из которых выполняет минимальное количество функций, не имеющих самостоятельного значения. Эти узлы расположены на отдельных печатных платах. Метод позволяет набирать из функциональных узлов принципиальные схемы любого назначения, поэтому он находит все большее распространения в изделиях широкого применения. Достоинства: простота; высокая надежность; разнообразие конструкторской компоновки; высокая степень стойкости к механическим и климатическим нагрузкам; простота теплоотвода; высокая объемная плотность изделия, т.е. отношение веса изделия к числу входящих в него компонентов. Недостатки: большое число межплатных соединений, осложняющих процесс сборки и ремонта, т.к. функциональные узлы устанавливаются на коммутирующую печатную плату преимущественно с помощью пайки, и повышенный общий вес изделия из-за значительного количества крепежа, арматурных деталей.
1.4 Анализ существующих конструкций корпусов
Важным признаком, по которому классифицируются корпуса РЭА, является тип материала, из которого изготовлен корпус. По этому признаку корпуса могут быть: металлическими, пластмассовыми, деревянными и др. Конструктивно корпуса РЭА могут быть выполнены в герметичном, перфорированном и монолитном исполнении.
Герметичные корпуса используются в тех случаях, когда температура воздуха внутри блока невелика, т.е. когда элементы схемы не выделяют большой мощности и им не требуется дополнительное охлаждение.
Перфорированные корпуса применяются, когда температура окружающей среды для элементов близка или превышает температуру воздуха в блоке. Благодаря перфорации корпуса обеспечивается дополнительное охлаждение элементов, имеющих большую удельную выделяемую мощность.
Монолитные корпуса представляют собой неразборную конструкцию, при которой печатная плата с установленными на ней элементами схемы помещаются в форму, и заливается пластмассой или другим материалом, который, остывая, затвердевает, приобретая необходимую форму. Такие корпуса используются для приборов, работающих в условиях повышенной влажности окружающего воздуха. Основным недостатком такого типа корпусов является их не ремонтопригодность.
1.5. Обоснование выбора и описание конструкции изделия
Из приведенных требований и типов конструкций печатных плат и корпусов, изделие будет сконструировано по следующей ниже схеме (Приложение 1)
Конструктивно изделие выполняется на одной печатной плате по моносхемному принципу. Печатная плата – это измерительно-преобразовательный блок, размер платы 30х55 мм. Для подачи на плату питания применяется батарея напряжением 12В (на макете).
Монтаж элементов производится согласно ГОСТ 29137-91 «Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования». Максимальная высота установленных элементов на плате – 20 мм. Крепление устройства внутри корпуса осуществляется следующим образом: печатная плата крепится с помощью двух болтов М3х5 к основанию корпуса; батарея крепится к основанию с помощью двух специальных зажимов. Корпус прибора прямоугольный, размерами 105×85×35 мм, крышка крепится к основанию с помощью четырех болтов М3х60 с шайбами.
Расчет надежности
Цель этого расчета - определение таких показателей надежности, как интенсивность отказа изделия, средняя наработка на отказ, вероятность безотказной работы; и на основе этих расчетов сделать вывод о правильности выбранной схемы и конструкции изделия.
Одним из важнейших свойств изделия является его качество. Качеством изделия называют совокупность свойств, определяющих степень его пригодности для использования по назначению. К показателям качества изделия относят надежность, эксплуатационные характеристики, технологичность, экономичность, безопасность эксплуатации и др. Каждый показатель качества выявляет определенные свойства продукции.
Основными количественными показателями надежности являются:
вероятность безотказной работы в течение определенного времени Р(t);
средняя наработка до первого отказа Tср;
— наработка на отказ tср;
— интенсивность отказов λ(t)
— коэффициент готовности КГ
— коэффициент вынужденного простоя КП
Основные критерии надежности разбиваются на две группы:
а) критерии, характеризующие надежность невосстанавливаемых изделий;
б) критерии, характеризующие надежность восстанавливаемых изделий.
Влияние внешних факторов на надежность радиокомпонентов можно оценить с помощью коэффициента нагрузки. Коэффициентом нагрузки называют отношению фактического значения действующего фактора к его номинальному или максимально допустимому значению.
Произведем расчет надежности и определим, какое время устройство сможет работать без отказов. Для этого разобьем все элементы на группы в зависимости от вида детали, эти группы в свою очередь разобьем на подгруппы деталей, которые работают в одинаковых условиях и имеют одинаковые максимально допустимые эксплуатационные характеристики. Методику расчета элементов покажем на примере расчета группы резисторов R1, R2, R5-R8. Все остальные элементы рассчитываются по такой же методике, с использованием формул, показанных выше.
1) Резистор R1 –R10.
Номинальная мощность резистора Рн = 0, 25 Вт;
По справочнику определяем материал, из которого сделаны резисторы:
Углеродистые резисторы.
Определяем коэффициент нагрузки резисторов:
 , где Рн – номинальная мощность резистора; Рф – фактическая мощность резистора.
Определяем коэффициент влияния t на резисторы (из таблицы):
 (1/ч);
Определяем минимальное значение интенсивности отказа резисторов (из таблицы):
λо = 0,04 ∙ 10-6 (1/ч);
Определяем значение интенсивности отказа резисторов:
λ R1,R2,R5-R8 = λо ∙ α = 0,04 ∙ 10-6 ∙ 0,45 = 0,02 ∙ 10-6 (1/ч);
Определяем суммарное значение интенсивности отказа резисторов:
λс = λ R1 –R10 ∙ n = 0,02 ∙ 10-6 ∙ 10 = 0, 2 ∙ 10-6 (1/ч);
2) Расчет безотказной работы изделия
∑λ – интенсивность отказа аппарата;
∑λ= λр + λк + λм + λи + λт + λп + λтр + λд = 5,98 ∙ 10-6 (1/ч)
Тср = 1/∑λ – среднее время наработки на отказ, ч:
Тср = 1/ 5,98∙ 10-6 = 167224 (ч);
Вероятность отказов при наработке на Ti часов:
 , где e = 2,7;
По проведенным расчетам наше изделие и все его элементы удовлетворяют всем требованиям интенсивности отказов. Исходя из расчета, сделаем вывод:
Интенсивность отказа изделия составляет 5,98•10-6 1/ч;
Среднее время наработки на отказ равно 167224 ч.
Выполнение опытных работ
Опытный образец сигнализатора был собран на занятиях кружка радиолюбителей.
Этап подбора элементной базы. В ГБОУ СПО РМЭ «ККЭТ» есть собственный склад радиоэлементов. Выбирая элементную базу, основывались на имеющихся в наличии ресурсов. После подбора элементов создавалась печатная плата. Рисунок платы проектировался в программе Visio 2004. Далее под размеры получившихся плат из куска стеклотекстолита вырезался подходящий кусок, полировался и очищался. Перенос рисунка на стеклотекстолит осуществлялся с помощью цапон-лака. В качестве травителя использовалось хлористое железо.
Лак, который защищал дорожки, был удален с помощью ацетона.
После травления печатной платы было лужение платы с помощью раствора канифоли на спирту. Затем установка и монтаж радиоэлементов, проводной монтаж. И так как не в промышленных условиях очень сложно металлизировать отверстия внутри, соединения двух сторон печатной платы осуществлялись микропроволокой.
Для крепления платы внутри корпуса были просверлены на станке дополнительные отверстия. Крепится плата с помощью гаек и болтов М3. Разъем выведен на переднюю панель корпуса.
Затраты на элементы и некоторые части устройства составили около 1000 рублей.
Полученные характеристики опытного образца: рабочее напряжение 12 В;
Вид опытного образца сигнализатора приведён в Приложении 3.
Экономическое обоснование
В экономической части проекта для организации производства «Сигнализатора включения фар в автомобиле» было учреждено арендное предприятие ООО «Микрон». Проектирование фирмы производилось на основании штатного расписания, фонда оплаты труда, основных и оборотных средствах, а также организационно - правовой формы и схемы управления предприятием.
Годовой выпуск продукции составляет 8,9 тыс.шт., при этом валовая выручка равна 10,680 млн. руб.
Общие затраты на производство и реализацию продукции составляют 8,2 млн.
Вывод
В ходе работы над проектом была разработана конструкция и опытная модель «Сигнализатора включения фар», не требующая налаживания, подключающаяся к имеющимся бортовым цепям, которую можно устанавливать в любом удобном месте на любой автомобиль.
Произведены расчеты надежности, которые говорят о том, что изделие способно безотказно работать при заданных условиях эксплуатации сохраняя все свои функции примерно 167224 ч.
Произведены экономические расчеты, которые свидетельствуют о том, что проект производства прибора рентабельный. Кроме того можно сказать, что экспериментальные образцы установлены наавтомобили марки AUDI 80, ВАЗ 2114, УАЗ 326. В течении года сигнализаторы не давали сбоя и имеют положительные отзывы.
Использованные источники
1. Акимов Н.Н. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник. Минск, Беларусь,1994
2. Аренков А.Б. Печатные и пленочные элементы РЭА.-Л. Энергия, 1971..
3. Баркан Д. И. Управление фирмой в условиях рынка: Маркетинг – ключ к успеху. – Л.:Аквилон, 1991.
4. Барышников В. Н. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры. Киев, "Техника", 1986 г.
5. Белкин В. Г. Справочник радиолюбителя конструктора., Москва, "Радио и связь", 1983 г.
6. Борисенко А.С. Технология и оборудование для производства микроэлектронных устройств.; М. Машиностроение , 1983г.
7. Варламов Р. Г. Справочник конструктора РЭА., Москва, "Советское радио", 1980 г.
8. ГрадильВ.П. Справочник по Единой конструкторской документации-Х.: Прапор, 1988.
9. Достанко А.П., Чабдарова Ш.М. Технология автоматизации производства РЭА-М.: Радио и связь.,1989.
10. Кинг У., Клиланд Л. Стратегическое планирование и хозяйственная политика. – М.: Прогресс, 1982.
11. Корецкий Ю.В. Справочник по электротехническим материаллам- М.: Энергоатомиздат.,1986.
12. Нейштад С.З. Технология и оборудование производства радиодеталей и компонентов- М.: Энергия,1960.
13. Никулин Н.В., Назаров А.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты- М.: Высшая школа,1981.
14. Павлов С. П. Охрана труда в радио электронной промышленности., Москва, "Связь", 1986 г.
15.Павловский В. В. Проектирование технологических процессов изготовления РЭА., Москва, "Радио и связь"
16.Романычева Э. Т. Разработка и оформление КД РЭА., Москва, "Радио и связь", 1989 г.
17. Сергеев И. В. Экономика предприятия: Учеб. Пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2003. – 304 с.: ил.
18. Справочник по электротехническим материалам в трех томах п.р. Корицкого Ю.В., Л. Энергоатомиздат, 1988 г.
19. Фрумкин Г. Д. «Расчет и конструирование радиоаппаратуры: Учебник для радиотехнических. спец. техникумов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1989. – 463 с.: ил.
20. Электротехнические материалы. Справочник М.: Энергоатомиздат,1983.
21. В. Ковалёв, М. Ковалёв «Сигнализатор включения фар в автомобиле»,«Радио» №8 2012 г.
Приложения
Приложение 1.
 
Приложение 2.
Приложение 3.
|
