Дипломная (вкр): Друкована плата пристрою

Друкована плата пристрою

Вступ

Метою дипломного проекту є розробка конструкцій і технологічного процесу виготовлення друкованої плати пристрою, а також розрахункове обгрунтування вибору елементної бази та розроблені структури технологічного процесу.

Розробка зарядного пристрою для автомобільних акумуляторів на даний час є доволі актуальною темою. Мало кого задовільняють зарядні пристрої минулого покоління. Заряджанняакумуляторів в таких приладах знижувало тривалість експлуатації акумуляторів.

Вирішення даної задачі полягає в автоматизації заряджання і спрощення керуванням процесу заряджання. Проетований зарядний пристрій призначений для використання як і в домашніх умовах так і в майстернях при великих вібраціях, температурі, тощо…

У теперішній час уже відійшли на задній план зарядні пристрої які «всліпу» заряджали акумулятори. Чим раз більше у автолюбителів появляються нові, автоматичні зарядні прилади, які заряджають набагато вищою якістю. А також перевагою персональної автоматичних зарядних пристроїй є те що вони зменшують зношеність акумуляторів.

Тож розробка таких приладів буде мати попит на ринку, тому що автомобілів стає все більше і більше. Їхнє обслуговування має бути сучасним і якісним.

Надзвичайно важко сьогодні визначити “границі” радіотехніки, оскільки радіотехніка проникла в значну кількість галузей наукової і виробничої яльності. Ще кілька десятиліть назад радіотехніка добре вписувалась тільки у зв'язок без провідників. Але зараз існують кабельні системи зв’язку та телебачення. І навпаки, при розмові по телефону або при відправленні телеграми, сигнали поширюються не тільки по кабелю, а також і у відкритому просторі. Прогрес суспільства без радіотехніки і радіоелектроніки просто неможливий. Радіотехніку використовують у різних галузях народного господарства: в космічних дослідженнях, в авіації, на флоті, в медицині, метеорології, геології, промисловості, сільському господарстві. На сьогоднішній день ні одна експериментальна наука не може обійтись без використання спеціальних, часто досить складних радіоелектронних пристроїв. Достатньо назвати такі, як прискорювачі елементарних частинок, електронні мікроскопи, стандарти частоти і часу, надчутливі індикатори електромагнітного випромінювання. Технічні засоби радіотехніки є основою не тільки всіх видів електро і радіозв’язку, безмежного світу кібернетичних пристроїв, автоматичних систем управління, але і електроенергетики. Таке широке використання електромагнітної енергії пояснюється простотою перетворення її із одного виду в інший, простотою передачі практично на любі відстані і можливістю концентрації з величезною густиною.

Ще важче відобразити сучасний стан розвитку радіотехніки. Прогрес настільки стрімко розвивається, що відомості, якими ми володіли вчора, сьогодні стають безнадійно застарілими. Інформація про нові досягнення в галузі радіотехніки та радіотехніки поступає неперервно.

Сучасна радіоелектроніка розвивається в напрямку мікропроцесорної техніки, здавалося б звичайний холодильник чи пральна машинка, а в них вже є процесори які відповідають рівню ПК кінця 20-ого століття. Але це тільки мала частина від того що розробляється в сучасній електроніці, а це і роботи з дуже високим рівнем інтелекту, і фото, відео, аудіо побутова техніка з високим рівнем мініатюризації і великими функціональними можливостями, і засоби зв’язку з можливістю бачити на моніторі свого співрозмовника, і багато іншої цифрової техніки.

Вироби мікроелектроніки: інтегральні мікросхеми різних ступенів інтеграції, мікрозборки, мікропроцесори, і ЕВМ - дозволили здійснити проектування і промислове виробництво складної радіоапаратури, яка відрізняється від апаратури попереднього покоління кращими експлуатаційними параметрами більш високою надійністю і строком служби, меншою споживаною потужністю і вартістю. Апаратура на базі мікроелектроніки найшла широке застосування в всіх галузях народного господарства і в всіх сферах діяльності людини. Створенню системи автоматичного проектування, промислових роботів, автоматизованих і автоматичних виробничих ліній, космічним дослідженням, проникнення в глибини океанів і надри землі, здобуткам в діагностиці і лікуванні багатьох захворювань, покращенням побуту простих людей і багато чому іншому сприяє розвиток мікроелектроніки.

Технологія інтегральних мікросхем, розвиваючись виключно швидкими темпами, досягла значних успіхів. В наш час вона відіграє висхідну і вирішальну роль в вдосконаленні практично всіх галузей народного господарства.

Саме на такому мікропроцесорі спроектований даний пристрій випередження кута запалення (ВКЗ).

Електроніка на сьогоднішній день є однією з тих галузей які розвиваються дуже швидкими темпами. І в автомобільних приладах чи приладах для обслуговування автомобілів, вона зустрічається досить часто:

—                         Бортовий комп’ютер - обробляє інформацію із багатьох датчиків точно дозує подачу палива та повітря в циліндри, керує випередженням запалення, виводить інформацію про середній та моментальний розхід палива;

—  ESP (система курсової стійкості) яка обробляє дані з багатьох датчиків і при винекнені екстремальної ситуації втручається в керування (підгальмовує потрібне колесо, вказує водію наскільки потрібно викрути кермо) допомагає водію втримати автомобіль на слизькій дорозі;

—  ABS (анти блокувальна система коліс) яка при екстреному гальмуванні не дозволяє заблокувати колеса що дозволяє уникнути заносу автомобіля;

—  Круїз-контроль - це система яка підтримує постійну швидкість автомобіля на шосе і при виявленні попереду іншого автомобіля, за допомогою радару визначає швидкість і відстань цього автомобіля, підгальмовує. Наступне покоління цієї системи (уже пішло в серію на деяких моделях) при виявленні перешкоди попереду може повністю зупинити автомобіль без будьякої участі водія;

—  “Розумна оптика” (світлодіодна чи газорозрядна) яка допомагає “зазирнути” в поворот збільшити потік світла га обочину і зменшити на зустрічній смузі;

—  Клімат-контроль - дозволяє забезпечити комфортну температуру для кожного пасажира;

—  “Розумна” система повного приводу (xDrive у BMW, quattro у Audi, 4-Motion у Volkswagen…) яка за допомогою електронно керованих роз приділяють обертальний момент по осям автомобіля;

—  Авто сигналізації з GSM та GPS зв’язком;

—  Система слідкування за дорожньою розміткою - попереджає водія вібрацією на кермі про те що автомобіль пересікає розмітку;

—  Система розпізнавання дорожніх знаків - за допомогою камери розпізнає дорожні знаки і висвітлює їх на моніторі.

Також на сьогоднішній день існує на етапі розроблення система яка сканує дорожнє покриття і на нерівностях подає сигнали керування на гідропневматичну підвіску про збільшення чи зменшення кліренсу на тому колесі яке попаде на нерівність. Лазерні датчики цієї системи будуть вмонтовані в оптику автомобіля.

І це далеко не весь список електронних систем які використовуються у транспорті. Саме тому ця галузь і надалі буде розвиватись шаленими темпами.

Автоматичний зарядний пристрій для акумуляторних батарей - це пристрій для заряду електричних акумуляторів енергією зовнішнього джерела, як правило, від мережі змінного струму напругою 220В.

Зарядний пристрій допоможе завести машину або підзарядити розряджений акумулятор. Зарядний пристрій - це досить безпечне, але тим не менш серйозне обладнання, яке при неправильному використанні може зіпсувати батарею або нанести вам каліцтво. Заряджати батарею не слід в невентильованому приміщенні, а також поблизу предметів, які можуть постраждати від кислоти.

Акумулятори, особливо ті, які вже на зносі, можуть протікати і випускати отруйні пари. Існує безліч зарядних пристроїв різних розмірів і форм. Бувають невеликі легкі пристрої для екстрених випадків, таких як повна розрядка акумулятора. Бувають великі зарядні пристрої на колесах, що застосовуються в автомайстереньі на станціях техобслуговування. Перш ніж купувати зарядний пристрій, необхідно визначитися з типом акумулятора, встановленого на вашому автомобілі. Не всі зарядні пристрої підходять під всі типиакумуляторів. Зарядні пристрої можуть працювати від різного джерела живлення. Існують зарядні пристрої, що працюють від електричної мережі, від сонячних батарей і відприкурювача в автомобілі. Перевага зарядних пристроїв на сонячних батареяхполягає в тому, що їх не потрібно нікуди підключати і тому вони відмінно підходятьдля екстрених випадків на дорозі. Однак, зарядні пристрої на сонячних батареях працюють повільніше інших зарядних пристроїв.

Дванадцятивольтові зарядні пристрої, що працюють від прикурювача, найшвидші зарядні пристрої. Багато з них можуть регулювати швидкість заряджання в залежності від ємності акумулятора. Однак, ці зарядні пристрої не слід залишати підключеними на тривалий час, тому що існує велика ймовірність перезарядки батареї. Зарядні пристрої, що працюють від звичайної електричної мережі, дуже прості в обігу і зручні. Якщо у вас є електрика в гаражі, то акумулятор можна залишити на підзарядку на розрахунковий час.

Останнім часом з'явилися зарядні пристрої з вбудованим чіпом, який контролює процес підзарядки акумулятора. У міру наближення до повної зарядки зарядний пристрій знижує потужність зарядки вдвічі, поки батарея повністю не зарядиться. Коли батарея повністю зарядиться, загоряється зелений монітор. Крім того, за допомогою цього зарядного пристрою можна перевірити рівень підзарядки акумулятора при діагностиці і ремонті автомобіля. Тому за тему свого дипломного проекту я обрав цей тип зарядного пристрою для автомобільного акумулятора.

Перевагами даної конструкції зарядного пристрою на мікросхемах над попередниками є досконалість параметрів, які підтверджені використанням сучасної елементної бази.

Призначення виробу :

Даний зарядний пристрій призначений для заряджання автомобільних свинцевих акумуляторних батарей. В різних режимах з різним рівнем регулювання.

Сучасна радіоелектроніка розвивається в напрямку мікропроцесорної техніки, здавалося б звичайний холодильник чи пральна машинка, а в них вже є процесори які відповідають рівню ПК кінця 20-ого століття. Але це тільки мала частина від того що розробляється в сучасній електроніці, а це і роботи з дуже високим рівнем інтелекту, і фото, відео, аудіо побутова техніка з високим рівнем мініатюризації і великими функціональними можливостями, і засоби зв’язку з можливістю бачити на моніторі свого співрозмовника, і багато іншої цифрової техніки.

У даному пристрої використовуються сучасні мікросхеми: мікропроцесор який керує запаленням та вольтметр який призначений для візуального сприйняття швидкості обертання колінчатого вала.

Виконання даного пристрою на мікроконтроллері дозволило значно зменшити кількість радіоелементів а це в свою чергу дозволило скоротити час на розробку та виготовлення друкованого вузла. Також великою перевагою є те що при потребі можна міняти характеристики графіка випередження кута запалення та додаткові функції простим завантаженням відповідної програми у мікроконтроллер.

Призначення і область застосування радіопристрою.

Пристрій призначений для заряду електричних акумуляторів енергією зовнішнього джерела(мережі)змінного струму напругою 220В.

Зарядний пристрій може бути встановлений в гаражі чи майстерні.

1. Конструкторська частина

1.1 Опис роботи електричної принципової і структурної схем

Напруга мережі після претворення її на трансформаторі, з 220 на 18-22 В, поступає на діодний міст, який випрямляє її. Після проходження оптрона, резистора R7, R9 і транзистора VT2 поступає на вихідні клеми заряджання.

Вимірювання напруги АКБ і зарядного струму здійснюється засобами самого мікроконтролера. Зарядний і розрядний струм вимірюються наступним чином. Падіння напруги подається на підсилювальний каскад, який знаходиться всередині мікроконтролера, до виводів 12, 19. Вся інформація про зміни струму заряджання виходить з виводів 14, 15, 16, до виводів 3, 4, 5 дешифратора (мікросхема К17ИД3) і далі на сегментний індикатор (HG1), підключений через резистори R20-R26 до виводів 9-15 по шині. Захист від переполюсування виконаний на польовому транзисторі VT2. При включенні зарядного пристрою в мережу автоматично обираэться режим зарядки АКБ. В процесі заряду постійно контролюється струм заряджання. Крім сегментного індикатора в схемі присутні світлодіодні індикатори HL1-HL8. Ці індикатори відображають чи здійснюється заряджання, завершення заряджання, режим десульфації, паузу, струм, таймер, процес налаштування струму. Керування цими світло діодами здійснюється мікроконтролером та мікросхемою DD4 74HC164.

Рисунок 1.1 Структрурна схема автоматичного зарядного пристрою для заряджання автомобільних акумуляторів.

1.2 Розрахунок електричних параметрів окремих каскадів

У даному пристрої використовуються два інтегральні стабілізатори напруги на 5В та 9В. Вони вибираються за вхідною та вихідною напругою та максимальним струмом.

Рисунок 1.2 - схема стабілізатора напруги

Для даного пристрою інтегральні стабілізатори напруги DA1 та DA2 вибираються за наступними умовами:

_Ж= U_вих; (1.1)

І_н<І_вихmax; (1.2)

де U_Ж - напруга живлення схеми;

І_н - струм навантаження;_вих - вихідна напруга інтегрального стабілізатора напруги;

І_вихmax - максимальний вихідний струм інтегрального стабілізатора напруги.9B=9B 0, 15А<1, 5А5B=5B 0, 05А<1, 5А

Розраховую напругу входу за формулою:

; (1.3)

де - U_вих - вихідна напруга0

U_{пад.мін} - мінімальне падіння напруги;

δ - відносна зміна вхідної напруги.

;

;

Так як обидві мікросхеми підєднані до одного джерела живлення то приймаємо вхідну напругу рівну 10, 5В.

За результатами розрахунку в даному пристрої використовуємо інтегральні стабілізатори напруги типу L7809C-V ST та L7805C-V ST.

Конденсатори вхідних та вихідних фільтрів обираю з типових схем:

С1, С7, С8 - FTD-H20-0.1мкФ 10% "KEMET" С2, С6 - К50-35-25В-47мкФ±30%

Результатом цього розрахунку є вибір інтегральних стабілізаторів напруги DA1 - L7809C-V ST, DA2 - L7805C-V ST, та фільтрів по живленню С1, С7, С8 - FTD-H20-0.1мкФ 10% "KEMET", С2, С6 - К50-35-25В-47мкФ±30%

1.3 Технічні вимоги до зарядного пристрою

Технічні характеристики пристрою випередження кута запалення:

Напруга живлення - 220 В

Напруга батареї яка заряджається - 12 В

Максимальна ємність батареї - 220А/год

Максимальний струм заряду батареї - 20 А

Максимальний час заряджання - 50 год

Струм десульфації - 1-5 А

Споживаний струм від зовнішнього пристрою:

1)   в робочому режимі - 200 мА

2)   в режимі очікування - 20 мА

Даний пристрій по способу експлуатації може бути як возимим так і стаціонарним приладом, і буде використовуватись в майстернях, гаражах, т.д.

Цей пристрій експлуатується при коливанні температур від -20 до +30⁰ С, вологості - 75%, нормального атмосферного тиску. В умовах не надто високої вібрації вібрації.

Робоча температура - -20°С…+60°С

Відносна вологість повітря - 20 - 75%

Атмосферний тиск - 400…700 мм.рт.ст

Габаритні розміри - 321*181*135мм

1.4 Опис і обгрунтування вибору елементної бази

Всю елементну базу даного пристрою я обирав так щоб вона відповідала електричним параметрам, температурним режимам, була надійною надійною та широко розповсюдженою.