Пожарно-охранная сигнализация

Контуры ПП, пазов, вырезов, не металлизированных отверстий, должны быть обработаны, без заусенцев и зазубрин. Контактные площадки и металлизированные отверстия должны равномерно смачиваться припоем. Контактные площадки должны выдерживать не менее трех циклов перепаек. Средняя толщина слоя меди в металлизированном отверстии должна быть не менее 20 мкм.Элементы проводящего рисунка ПП должны обеспечивать правильность монтажных соединений, целостность цепей и отсутствие коротких замыканий.Печатные платы и гибкие печатные кабели должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них климатических факторов в соответствии с одной из 5 групп жесткости по ГОСТ 23752-79, определяющую перечень воздействующих факторов, которую устанавливает конструктор и записывает в технических требованиях на чертеже.Односторонние печатные платы просты по конструкции, экономичны в изготовлении. Применяются для монтажа бытовой техники, блоков питания, устройств техники связи и биомедицинских аппаратов.Для изготовления печатных плат используются фольгированный гетинакс и фольгированный стеклотекстолит. Проектируемая плата будет двусторонней из фольгированного двустороннего стеклотекстолита марки СФ1-50-1.5 ГОСТ 10316-86. Стеклотекстолит надежно работает в условиях повышенной влажности, выдерживает большие механические нагрузки. Сцепление фольги с диэлектрическим основанием стеклотекстолита выше чем у гетинакса, он выдерживает большее число паек не отслаиваясь. Трассировка печатной платы выполняется с двух сторон.При расчете печатной платы учитываются электрические и конструктивные параметры.К электрическим параметрам печатной платы относятся:- t – ширина печатного проводника, мм;- S– расстояние между печатными проводниками, мм;- C– емкость печатного проводника, Ф;- b– радиальная ширина гарантийного пояска контактной площадки, мм;- R– сопротивление печатного проводника, Ом;- L– индуктивность печатного проводника.К конструктивным параметрам относятся:- размер печатной платы (длина, ширина, толщина ПП), мм;- диаметр и количество монтажных отверстий, мм2 и шт.; - размеры контактных площадок, мм2;- диаметр крепежных отверстий, мм;- минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.Рассчитываем ширину печатного проводника по формуле (1):Где, – протекающий ток, А: – допустимая плотность тока, А/мм2; - толщина фольги, мм;Исходные данные для расчета:- ток протекающий по проводнику, не более тока потребления схемы ;- толщина фольги - допустимая плотность тока выбирается по справочнику исходя из того, что изделие эксплуатируется в помещении .Принимаем .Стандарт ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности изготовления печатных плат в соответствии со значением основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции. Проектируемая плата будет 3 класса точности изготовления. Электрические параметры ПП в зависимости от класса точности изготовления приведены в таблице 8.Таблица 8УсловноеобозначениеНоминальное значение основных параметров для класса точности12345t0.750.450.250.150.10S0.750.450.250.150.10b0.300.200.100.050.025γ*0.400.400.300.250.20*γ – отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы.Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых напряжений между элементами проводящего рисунка приводятся в таблице 9.Таблица 9Расстояние между элементамиПроводящего рисунка, ммЗначение рабочих напряжений, Вот 0.1 до 0.2-от 0.2 до 0.330от 0.3 до 0.4100от 0.4 до 0.7150Плата двусторонняя, изготавливается химическим способом с нанесением рисунка методом стеклографии.Рассчитываем сопротивление проводника по формуле (2):Где, – удельное сопротивление медной фольги, Ом·мм2/м; Удельное сопротивление меди зависит от метода изготовления проводящего слоя. Если проводники формируются методом химического травления фольги, как в проектируемом случае, то удельное сопротивление меди будет равно 0.0175 Ом·мм2/м. – длина проводника, равна (измеряем самый длинный проводник на печатной плате)Паразитные параметры платы – емкость печатного проводника и –индуктивность печатного проводника оказывает влияние на частотах выше 50 Гц, поэтому их расчеты не проводятся.Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь по формуле (3):Где, – площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ); – площадь технологических или крепежных отверстий; – площадь, которую не должны занимать ЭРЭ по конструктивным соображениям; – площадь монтажных отверстий; – коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в переделах от 0.3 до 0.8.Площадь, занимаемая, крепежными отверстиями определяется по формуле (4):Где, – диаметр крепежного отверстия; – число крепежных отверстий.Габаритные размеры элементов и микросхемРис.27. Габаритные размеры LM016LРис.28. Габаритные размеры IR2104Рис.29. Габаритные размеры ATmega8535Рис.30. Габаритные размеры PC817Рис.31. Габаритные размеры 10CTQ150-1Рис.32. Габаритные размеры IRF540Рис.33. Габаритные размеры резистора СП5-3ВРазмеры остальных резисторов и конденсаторов оценим исходя из следующих данных:Рис.34. Маркировка металлоксидных резисторовТаблица 8. Размеры металлоксидных резисторовТипРазмеры, (мм)мах. рабочее напряжениеHDLdC2.23.0,062 Вт3,21,5280,48200C2.23.0,125 Вт mini3,21,5280,48250C2.23.0,125 Вт6,02,3280,60250C2.23.0,25 Вт mini3,21,5280,48250C2.23.0,25 Bт6,02,3280,60250C2.23.0,5 Вт9,03,2280,60350C2.23.1 Вт11,04,5350,80500C2.23.2 Вт15,05,0350,80500В разрабатываемой схеме возможно использование конденсаторов типа: К30-35, которые имеют высокую надежность, малые габариты при широком диапазоне доступных емкостей и напряжений.Рис.35. Конденсаторы К30-35Таблица 9. К30-35, размерыD, мм56.3810131618F, мм22.53.55.05.07.57.5d, мм0.50.5---0.80.8Для подсчета площади занимаемой ЭРЭ на плате составляем таблицу 10Таблица 10Тип элементаКоличествошт.Площадь одногоэлемента, мм2Общая площадьпод элементами, мм21234МикросхемаAtmega8535115.88·52 = 825.76825.76МикросхемаLM016L184·44 = 36963696МикросхемаIR210425·6.2 = 3162КонденсаторыК30-356301.44РезисторыС2-23-0.569·3.2 = 28.8172.8РезисторыСП5-3В115.7·12.4 = 194.68194.68Диод10CTQ150210.16·24.25 = 246.38492.76ОптопараPC81726.5·4.58 =29.7759.54ТранзисторыIRF540415.49·10.41=161.25645.00Итого6450Площадь платы будет равна:По расчетным данным согласно ГОСТ 10317-79 выбираем габаритные размеры печатной платы, при этом учитывается, что размеры должны быть кратны 5.Принимаем размеры печатной платыОпределяем реальный коэффициент заполнения по формуле (5):Где, – выбранные длина и ширина печатной платы.Спроектированная плата имеет малые габариты и среднюю заполняемость элементами.Рассчитаем диаметры монтажных отверстий. Они должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ. Если диаметр вывода меньше или равен 0.8 мм, то зазор между краем отверстия и диаметром вывода, должен быть равен 0.2 мм (Δ = 0.2 мм) При Δ = 0.3 мм, Δ = 0.4 мм, если ЭРЭ устанавливается на плату автоматизировано.Где, – диаметр монтажного отверстия, мм; – диаметр вывода ЭРЭ, мм; – зазор между выводами и краем отверстия, для захода припоя.Берем из справочника при , при Если ЭРЭ устанавливается автоматизировано, то Δ = 0.4 мм.Диаметры отверстий просверливаемых на плате сводим в таблицу 11Таблица 11Вид ЭРЭКол-воЭРЭ, штКол-воотверстий,штДиаметрвывода, ммДиаметрмонтажн.отверстий,ммВыбранныйдиаметр123456МикросхемаAtmega85351400.40.60.8МикросхемаLM016L12011.31.6МикросхемаIR2104280.720.921.6КонденсаторыК30-35620.50.70.8РезисторыС2-23-0.5620.60.81.6РезисторыСП5-3В121.82.12.1Диод10CTQ150231.21.51.6ОптопараPC817240.50.70.8ТранзисторыIRF540430.861.161.6Так как на плате рекомендуется иметь не более трех различных диаметров монтажных отверстий, то увеличиваем диаметры близкие по значению в сторону большего. Таким образом, на плате просверлим:- 60 отверстий Ø 0.8 мм- 66 отверстий Ø 1.6 мм- 2 отверстия Ø 2.1 мм.Диаметры контактных площадок определяем по формуле (7):Где, – радиальная ширина контактной площадки, мм; – предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм; – значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм; – значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм; – ширина гарантийного пояска между краем отверстия и краем контактной площадки. Согласно ГОСТ 23751-86 для третьего класса точности изготовления печатной платы ширина гарантийного пояска контактной площадки – 0.10 мм.Таким образом, исходя из формулы (7), диаметры контактных площадок при диаметре отверстий Ø 0.8 мм будут равны:Диаметры контактных площадок при диаметре отверстий Ø 2.1 мм равны:Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяем по формуле (8):Где, – диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладывают проводники, мм: – количество прокладываемых проводников; – предельное отклонение ширины печатного проводника, мм; – значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.Значения предельных отклонений ширины печатного проводника и позиционные допуски расположения элементов конструкций для первых трех классов точности печатных плат приведено в таблицах 12, 13, 14, 15, 16Таблица 12НаличиеметаллическогоприпояПредельное отклонение ширины печатного проводникаΔt, мм. Для класса точности123без покрытия±0.15±0.10±0.05с покрытием-0.20 +0.25-0.10 +0.15±0.10Таблица 13Вид изделияЗначение позиционного допуска расположения печатного проводника Tl,мм123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)0.20.100.05МПП(внутренний слой)0.30.150.10Таблица 14Диаметротверстий d, ммНаличиеметаллизацииПредельное отклонение Δd, мм. Для класса точности123до 1.0б/метал.±0.10±0.10±0.05С металл.б/оплавл.+0.05; -0.15+0.05; -0.150; -0.10С металл. И оплавл+0.05; -0.18+0.05; -0.180; -0.18св. 1.0б/метал.±0.15±0.15±0.15С металл.б/оплавл.+0.10; -0.20+0.10; -0.20+0.05; -0.15С металл. И оплавл+0.10; -0.23+0.10; -0.23+0.05; -0.18Таблица 15Размеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения осей отверстий Td,мм, для класса точности123до 1800.200.150.08от 180 до 3600.250.200.10свыше 3600.300.250.15Таблица 16Вид изделияРазмеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, TD, мм, для класса точности123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)до 1800.350.250.15от 180 до 3600.400.300.20свыше 3600.450.350.25МПП(внутренний слой)до 1800.400.300.20от 180 до 3600.450.350.25свыше 3600.500.400.30Основной частью проектируемого устройства будет двусторонняя печатная плата из фольгированного стеклотекстолита СФ1-50-1.5 ГОСТ 10316-78.Материал платы стеклотекстолит. Он имеет большую механческую стойкость, термостойкость, при сверлении отвесртий дает меньшую шероховатость поверхности, выдерживает большое количество перепаек без отслоения фольги от диэлектрика, стоит дешевле таких фольгированных материалов как лавсан или фоторопласт.ЗаключениеВ результате выполнения курсовой работы был разработан «контроллер системы дискретного регулирования скорости реверсивного электропривода ШИП-ДПТ» на основе микроконтроллера ATMEGA8535.Для подключения внешнего управляющего устройства была использована 4-х битная параллельная шина. Относительная простота и дешевизна реализации подтвердили правильность выбора данного типа шины.Разработанная система является простой и удобной в настройке и использовании. Было выполнено схемотехническое моделирование разработанного устройства в среде Proteusподтвердившее правильность проведенных расчетов. Достигнутые технические параметры системы полностью соответствуют параметрам технического задания. Также был получен опыт работы с AVR-микроконтроллерами их программирования на языке С, опыт работы с программным пакетом Proteus 8.6.Библиографический список1. Хусаинов Р.З., Качалов А.В. Микропроцессорные системы управления электроприводов. Учебное пособие к курсовому проектированию. Челябинск, Изд-во ЮУрГУ, 2016. – 47 с.2. Электропривод: Учебное пособие. / сост. С. В. Петухов, М.В. Кришьянис. – Архангельск: С(А)ФУ, 2015. – 303 с.3. Дементьев Ю.Н., Чернышев А.Ю., Чернышев И.А.Автоматизированный электропривод: Учебное пособие. – Томск:Изд-во ТПУ, 2009. – 224 с.4. Прокопенко В. С. Программирование микроконтроллеров ATMELна языке C. –К.: “МК-Пресс”, СПБ.: “КОРОНА-ВЕК”, 2012 – 320 с.5. М.С. Голубцов. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному/ М. С. Голубцов – М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 288 с. 6. www.electroprivod.ru 7. www.compel.ru8. Максимов В.М. Аппаратные и программные средства лабораторного стенда на основе микроконтроллера ATmega8535.9. www.chipdip.ru/catalog/10. www.meanwell.com11. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: учебное пособие – М.: Форум-Инфа, 2005, - 400 с.Приложение 1. Схема электрическая принципиальнаяПриложение 2. Перечень элементовЗонаПоз. обозначениеНаименованиеКолПримечаниеКонденсаторыС1-C6К30-35-10 мкФ 20%6РезисторыR1-R6С2-23H-0.5-1 кОм2%6RV1СП5-3-0.5-10кОм2%1ДиодыD1-D210CTQ 150-12 ОптопарыU3-U4PC8172ТранзисторыQ1-Q4IRF5404МикросхемыU1-U2IR21042U5ATmega85351LCD1LM016L1ДвигательMFL57STH76-2804MA1Приложение 3. Печатная плата, а - вид сверху, б – вид снизуа)б)Приложение 4. СпецификацияФорматЗонапозОбозначениеНаименованиеКолПримечаниеДокументацияТехническое задание1Схема электрическая соединений1Схема электрическаяпринципиальная1Перечень элементов1Текст программы1Сборочный чертеж1Расчетно-пояснительнаязаписка1Схема электрическаяструктурная1Описание программы1Программа и методика испытаний1Детали1Печатная плата1Конденсаторы2С1-C6К30-35-10 мкФ 20%6Резисторы3R1-R6С2-23H-0.5-1 кОм 2%64RV1СП5-3-0.5-10 кОм 2%1Диоды5D1-D210CTQ 150-12Оптопары6U3-U4PC8172Транзисторы7Q1-Q4IRF5404Микросхемы8U1-U2IR210429U5ATmega8535110LCD1LM016L1Приложение 4. Сборочный чертеж