Содержание
Вступ
1. Технічне обґрунтування доцільності розробки
1.1 Принцип побудови кодових сигналізацій
2. Конструкторський розділ
2.1 Галузь використання приладу і ціль
2.2 Аналіз технічних вимог і умов експлуатації
2.3 Вибір і обґрунтування аналогів
2.3.1 Кодовий замок
2.3.2 Кодова сигналізація
2.4 Попередній аналіз і розробка схеми
2.4.1 Вибір прототипу
2.4.2 Аналіз електричної принципової схеми та принцип роботи
2.4.3 Аналіз елементної бази
2.4.4 Загальне компонування приладу
2.5 Конструкторські розрахунки
2.5.1 Розробка конструкції друкованої плати
2.5.1.1 Розрахунок площі і габаритів плати
2.5.1.2 Розробка топології та компонування друкованої плати
2.5.1.3 Технологія виготовлення друкованих плат
2.5.1.4 Вибір матеріалу друкованої плати
2.5.1.5 Вибір типу друкованої плати
2.5.1.6 Вибір класу точності друкованої плати
2.5.2 Розрахунок діаметрів контактних площадок
2.5.3 Розрахунок ширини провідників
2.5.4 Аналіз електромагнітної сумісності елементів друкованої плати
2.5.5 Розрахунок плати на вібростійкість
2.5.6 Розрахунок на дію удару
2.5.7 Тепловий розрахунок пристрою
2.5.8 Розрахунок надійності за раптовими відмовами
Висновки
Література
Додатки
Пристрої охоронної сигналізації з дистанційним радіозв'язком [1] містять передавальну станцію, до складу якої входять послідовно з'єднані блоки (датчиків, опорний генератор, блок постійної пам'яті, цифро-аналоговий перетворювач і передавач), з підключеною до виходу передавальною антеною, включені між виходом датчики і другим входом передавача, а також прийомну станцію.
Для попередження про порушення охоронної системи служить акустичний випромінювач. У вихідному стані при відсутності тривожної ситуації на виході блоку датчиків установлюється низький логічний рівень, передавач відключається й завдяки цьому акустичний випромінювач у прийомної станції виключений. При виникненні тривожної ситуації, що реєструється хоча б одним з датчиків, на його виході встановлюється потенціал високого логічного рівня, запускається опорний генератор і дешифратор по коду з виходу лічильника забезпечує зчитування кодів сигналу тривоги, зафіксованих у комірках пам'яті, код тривоги, перетворений цифро-аналоговим перетворювачем в аналоговий сигнал тривоги, передається передавачем по радіоканалі на прийомну станцію. Послідовність цих операцій може бути різною в різних системах сигналізації, проте принцип дії схожий.
Для охорони безлічі об'єктів за допомогою зазначених пристроїв можна утворити систему охоронної сигналізації. Однак при збільшенні числа охоронюваних об'єктів різко знижується надійність охорони кожного окремого об'єкта, тому що при одночасному або частковому сполученні в часі спрацьовування декількох охоронних пристроїв неможливо ідентифікувати об'єкт порушення охорони.
В проекті ми розглянемо кілька конструкцій, щоб визначити найбільш оптимальну із них, і розробимо друковану плату пристрою та аналіз роботи схеми.
Пристрій, для якого розробляється друкована
плата, призначений для автономної охорони особистого майна громадян або
організацій. Пристрій припускає керування з окремого кодового пульта. Базовий
блок установлюється в схованому або важкодоступному місці, а клавіатура
кріпиться недалеко від входу для оперативного зняття приладу з режиму
"Охорона". При невеликому вдосконаленні (уведення в схему каскаду реле
ПЦН) можливе підключення до пульта централізованого спостереження. Пристрій
задовольняє всім технічним параметрам, пропонованим відділами позавідомчої
охорони.
Найбільш близьким технічним рішенням, який обирають як прототип, є пристрій для сигналізації [2], що містить датчики, до виходу кожного з яких підключений адресний блок, що може бути виконаний у вигляді дешифратора, послідовно з'єднані блок формування кодів, виходом підключений до входів адресних блоків, дешифратор, блок індикації, а також таймер і схема АБО, один вхід якої об'єднаний із входом таймера й підключений до виходів датчиків, а вихід до другого входу таймера й до входу блоку формування кодів.
У пристрої здійснений принцип послідовного опитування датчиків по коду, формованому адресним блоком. Якщо опитуваний датчик перебуває в неаварійному стані, то таймер після попередньої установки у вихідний стан буде знову запущений, адресний блок сформує інший код, що відповідає наступному опитуваному датчику. По новому коді з формувача кодів включається індикатор, що відповідає новому коду. Якщо опитуваний датчик перебуває в аварійному стані, то таймер не встановлюється у вихідний стан, блоком формування кодів новий код не формується й відповідний індикатор блоку індикації буде перебувати у включеному стані до закінчення інтервалу часу розбірливої індикації, зчитувального таймером.
Даний пристрій може бути використане в системі, що містить велику кількість датчиків, що належать різним охоронюваним об'єктом, кожному з яких буде відповідати свій індикатор у блоці індикації.
Істотним недоліком даного пристрою є те, що збільшення числа датчиків сполучено з більшими технічними складностями, тому що кількість проводів N пов'язане з кількістю датчиків М залежністю М=2N.
Даний пристрій не може працювати в діалоговому режимі, тому що інформація може передаватися тільки в одному напрямку, а саме, від пристрою й не може прийматися пристроєм.
Завданням розробників є створення системи охоронної сигналізація безлічі об'єктів, адаптивної до числа охоронюваних об'єктів, до числа датчиків і їхньому функціональному призначенню, що ідентифікує вид порушеної охоронної функції, час порушення й тимчасові періоди охорони об'єктів, і інформації, що забезпечує двосторонню передачу, між об'єктом і вузлом контролю по дводротової лінії.
Дана охоронна сигналізація, як і прототип, включає ряд абонентських пристроїв, кожне з яких містить датчики, мультиплексор, схему АБО й блок індикації. Система відзначається тим, що в неї введені мікропроцесорний блок і включені в кожний абонентський пристрій блок керування, ряд RS-тригерів, окремий тригер зі стробованим виходом, послідовно з'єднані кодовий замок, датчик його стану і формувач сигналу з автономним запуском, додаткова багатовходова схема АБО й демультиплексор, блок керування, і мікропроцесорний блок. При цьому блок індикації підключений до виходів багатовходової схеми АБО й демультиплексора, і принаймні частина RS-тригерів своїми R-входами підключені до виходів зазначеного формувача сигналу.
У кращому втіленні блок керування включає формувач імпульсів у вигляді послідовно з'єднаних першого й другого інверторів, прямо включеного діода з підключеної до його катода паралельним RC-ланцюгом і третім інвертором, а також підключені до виходу другого інвертора послідовно з'єднаних зворотно включеного діода з послідовним RC-ланцюгом, RC-з'єднанням підключеної до його анода, четвертого й п'ятого інверторів, лічильник формування адреси, підключена рахунковим виходом до виходу першого інвертора й входом установки в нульовий стан до виходу третього інвертора, реверсивний лічильник с попередньою установкою коду номера абонентського пристрою, рахунковий вхід якого підключений до інверсного виходу старшого розряду лічильника формування адреси, а вхід установки в нульовий стан підключений до виходу третього інвертора, при цьому прямі виходи лічильника формування адреси утворять шину адреси, вихід п'ятого інвертора утворить інформаційний вихід, вихід третього інвертора утворить вихід сигналу стробування й вихід реверсивного лічильника утворить вихід сигналу дозволу.
Сукупність наведених ознак системи охоронної сигналізації залишається незмінною при зміні числа охоронюваних об'єктів, числа датчиків і їхнього функціонального призначення, найбільше число й розмаїтість яких обмежено тільки вартісною доцільністю застосовуваних вузлів і елементів блоку керування, мікропроцесорного блоку тощо, тобто пропоноване рішення адаптивне до кількісних і якісних параметрів сукупності об'єктів охорони.
Здійснюваний за допомогою пропонованого схемно-конструктивного рішення роздільні й послідовні в часі опитування датчиків на кожному окремому об'єкті забезпечують поряд з високою надійністю охорони можливість ідентифікувати об'єкт і вид порушеної функції охорони. При цьому виключається блокування забезпечення ідентифікації окремих порушень при множинності співпадаючих у часі порушень.
Логічний характер використовуваних сигналів, адаптивна резервність пропонованого рішення, можливість надійної ідентифікації сигналів від окремих датчиків дозволяє частина датчиків використати як джерела сигналів спеціальних команд або виклику, тобто іншого функціонального призначення. Система дозволяє передати такий сигнал і в мікропроцесорний блок, і за допомогою цього блоку на блок індикації будь-якого заданого абонентського пристрою системи, тобто розширити функціональні можливості системи.
Система із циклічністю, заданою мікропроцесорним блоком, здійснює послідовне опитування стану датчиків всіх абонентських пристроїв системи, що дозволяє ідентифікувати час порушення охорони й тимчасових періодів охорони.
Будь-який окремий охоронюваний об'єкт може бути знятий із охорони за допомогою ключа до кодового замка без втручання персоналу обслуговування системи, тобто автоматично.
На рис.1 у додатку А показана блок-схема пропонованої системи охоронної сигналізації з одним абонентським пристроєм і блок-схемою керування з вилученого вузла зв'язку;
Система охоронної сигналізації містить мікропроцесорний блок 1 (блок керування прийомом і передачею інформації) і ряд абонентських пристроїв 2, кожне з яких підключене до мікропроцесорного блоку 1 і містить блок керування 3, підключені до його шини адреси й виходу дозволу відповідними входами мультиплексор 4 і демультиплексор 5, інформаційним входом підключений до відповідного виходу блоку керування 3, послідовно з'єднані кодовий замок 6, датчик його стану 7 і формувач сигналу 8 із ключем 9 автономного запуску, ряд датчиків 10 числом рівним числу охоронних функцій, що відповідає йому ряд RS-тригерів 11, кожний з яких підключений R-входом до окремого датчика 10, S-входом до виходу демультиплексора 5 і інверсним виходом до окремого входу мультиплексора, підключені до прямих виходів RS-тригерів 11 послідовно з'єднані многовходовая схема АБО 12, тригер 13 зі стробируемым входом, у якого вхід стробовання з'єднаний з виходом стробовання блоку 3 керування, а S-вхід з виходом демультиплексора 5, схема АБО 14, другим входом підключена до виходу мультиплексора 4, а виходом до входу мікропроцесорного блоку 1. Пропоноване рішення постачене блоком 15 індикації, підключеного до виходів багатовходової схеми АБО 12 і демультиплексора 5. При цьому S-вхід тригера 13 підключений до виходу демультиплексора 5 і принаймні частина RS-тригерів зазначеного ряду своїми R-входами підключені до окремих виходів формувача 8 сигналу.
кодова сигналізація друкована плата
Блок 3 керування (рис.2 у додатку А) включає формувач імпульсів 16 у вигляді послідовно з'єднаних першого інвертора 17, другого інвертора 18, прямо включеного діода 19 з підключеної до його катода паралельним RC-ланцюгом 20 і третього інвертора 21, а також підключені до виходу другого інвертора 18 послідовно з'єднані зворотно включений діод 22 з послідовним RC-ланцюгом 23, RC-з'єднанням підключеної до його анода, четвертий інвертор 24 і п'ятий інвертор 25, лічильник 26 формування адреси, підключена рахунковим входом до виходу першого інвертора 17 і входом установки в нуль до виходу третього інвертора 21, а також реверсивний лічильник 27 з попередньою установкою коду номера абонентського пристрою 2. Рахунковий вхід реверсивного лічильника 27 підключений до інверсного виходу старшого розряду лічильника 26 формування адреси, а його вхід установки в нульовий стан підключений до виходу третього інвертора 21. При цьому прямі виходи лічильника 26 формування адреси утворять шину адреси блоку 3 керування, вихід п'ятого інвертора 25 утворить його інформаційний вихід, вихід третього інвертора 21 утворить вихід сигналу стробування й вихід реверсивного лічильника 27 утворить вихід сигналу дозволу.
Цикл опитування починається із приходом на вхід блоку 3 керування (вхід формувача імпульсів 16) команди установки в нуль низький потенціал, тривалістю більше двох періодів імпульсів опитування. Інвертор 17 є узгоджувальним елементом, із захистом по входу від випадкових викидів напруги, виконаний на транзисторі. З інвертора 18 низький потенціал надходить на прямо включений діод 19. Діод 19 закривається й конденсатор RC-ланцюга 20 повільно заряджається через резистор. При досягненні логічного нуля на виході інвертора 21 з'явиться високий потенціал, що встановлює тригера 28, 29, 30 і 35 у нульовий стан. Високий потенціал з інвертора 21 є також імпульсом стробування й з виходу 4 надходить на вхід стробування тригера 13 і забезпечує прохід імпульсів напруги із тригерів 11 і датчика стану 7 кодового замка при будь-яких змінах стану датчиків 10 і кодового замка 6 (дана ситуація реалізується в режимі очікування).
Конденсатор RC-ланцюга 23 швидко розряджається через діод, тому що на його катоді низький потенціал. Із приходом першого позитивного імпульсу опитування ємність RC-ланцюга 20 швидко заряджається через діод 19, на виході інвертора 21 з'являється низький потенціал, що надходить на вхід R лічильника 26 формувача адреси, і дозволяє роботу тригерів 28, 29, 30, 35. Причому низький потенціал, надходячи на тригер 13 по входу стробування, забороняє прохід імпульсів зміни стану датчиків 10 і кодового замка 6. Крім того, імпульси опитування надходять на вхід Із тригера 28 з інвертора 17. На прямих виходах тригерів 28-30 з'являються імпульси рахунку, що формують шину адрес (діаграми 7 10, фіг.5). Імпульси напруги по шині адреси (вихід 12) надходять на керуючі входи мультиплексора 4 і демультиплексора 5. У вихідному стані в реверсивному лічильнику 27 установлюється за допомогою ключів С3, С4 код номера абонента, наприклад один. На всіх інформаційних входах лічильників С1, С2 установлений логічний "0" (перемикачі 33, 34 розімкнуті). На вхід С лічильників С1, С2 надходять імпульси рахунку з інверсного входу старшого розряду тригера 30. По закінченні восьмого імпульсу опитування на виході лічильника С2 з'явиться низький потенціал, що дозволяє роботу мультиплексора 4 і демультиплексора 5, починається опитування датчиків аварійної ситуації 10, кодового замка 6, стан яких визначається по наявності логічних нулів і одиниць на інформаційних входах мультиплексора 4.
Із приходом дев'ятого імпульсу (першого для даного абонентського пристрою) знімається інформація із входу "0" мультиплексора 4 і через схему АБО 14 передається в мікропроцесорний блок 1. По закінченні шістнадцятого імпульсу опитування (восьмого для даного абонентського пристрою) на виході лічильника С2 (фіг.2) з'явиться високий потенціал, що забороняє роботу мультиплексора 4 і демультиплексора 5 даного абонентського пристрою 2, почнеться послідовне опитування наступного абонентського пристрою 2. Перезапис коду в лічильники 31, 32 здійснюється відразу ж після появи високого потенціалу на виході 32 за допомогою тригера С5.
Залежно від отриманої інформації мікропроцесорний блок 1 ухвалює рішення щодо посилці або не посилці інформації в абонентський пристрій при повторному опитуванні. Передача інформації до абонентських пристроїв 2 мікропроцесорним блоком 1 здійснюється за допомогою команди даних. Команда даних у вигляді високого потенціалу тривалістю більше двох періодів імпульсів опитування надходить на вхід формувача імпульсів 16. Високий логічний потенціал з виходу інвертора 18 закриває діод 22, і ємність RC-ланцюга 23 повільно заряджається через резистор R (діаграма 3, фіг.5). При досягненні рівня логічної одиниці на вході інвертора 24 на виході інвертора 25 формується високий потенціал, що подається на вхід демультиплексора 5. Залежно від адреси логічна одиниця надходить на один з інформаційних входів демультиплексора й далі в блок індикації 15. Так, якщо логічна одиниця надійшла на інформаційний вхід "0" (таблиця) демультиплексора 5, то в блоці індикації 15 увімкнеться звукова й світлова індикація, що свідчить про те, що мікропроцесорний блок 1 сприйняв інформацію, що відповідає постановці об'єкта під охорону, і, формуючи команду даних, підтверджує це. Якщо логічна одиниця надійшла на вхід "1", включається індикація, що відповідає підтвердженню зняття об'єкта з охорони. На вхід "2" виклик іншим абонентським пристроєм 2 або мікропроцесорним блоком 1 керуючого вузла 43, або по команді з вилученого вузла зв'язку 44. Входи "3, 4, 5, 6," (таблиця) у даній реалізації незадіяні. Вхід "8" скидання у вихідний стан тригерів 11, 13 (фіг.1) по входу S.