ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7946| Title: | Розробка електронного барометра з цифровою індикацією |
| Authors: | Клопотовський, Павло Анатолійович Мусієнко, Олександр Якович |
| Keywords: | атмосферний тиск;барометр;АЦП;рідкокристалічна індикаця;малогабаритний |
| Issue Date: | 2021 |
| Abstract: | Випускна робота присвячена розробці сучасного функціонального малогабаритного електронного барометра з цифровою індикацією. Основна перевага даного пристрою полягає в тому, що в ньому передбачено можливість контролю рівня атмосферного тиску зовнішнього середовища, цифрову індикацію та можливість використання пристрою для роботи в автономному режимі. Надійність роботи окремих блоків проектованого пристрою досягається завдяки використанню схемних рішень стабілізації напруги живлення та сучасної елементної бази, зокрема елементів мікросхемотехніки |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7946 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Мусієнко_Клопотовський.pdf Restricted Access | 1.26 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І
РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній рівень)
на тему Розробка електронного барометра з цифровою індикацією
Виконав: студент 2 курсу, групи СКРТ-97
напряму підготовки (спеціальності)
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Мусієнко О.А.
(прізвище та ініціали)
Керівник Клопотовський П.А
(прізвище та ініціали)
Рецензент Биченко А. О.
Черкаси – 2021 року
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 «Телекомунікації та радіотехніка»,
Освітня
програма «Радіотехніка та робототехнічні системи»
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри Палагін В.В.
« » 2021 р.
ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Мусієнко Олександр Якович
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка електронного барометра з цифровою індикацією
Керівник проекту (роботи) Клопотовський Павло Анатолійович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом по університету від « 19 » лютого 2021 р. № 53/01
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 14 червня 2021 року
3. Вихідні дані до проекту (роботи) напруга живлення – 9 В , з можливістю автономної
роботи від акумуляторної батареї; наочна цифрова індикація; можливість точного
контролю рівня атмосферного тиску (чутливість датчика не менше 40мВ/кПА);
простота схемного рішення; малогабаритність.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
1 Патентний пошук та огляд наявних рішень; 2 Обґрунтування технічного завдання;
3 Розробка структурної схеми; 4 Розробка принципової схеми проектованого пристрою
5 Охорона праці.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема структурна, Схема електрична принципова, Друкована плата, Складальне креслення,
Плакат з охорони праці
6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Розділ Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
консультанта завдання видав завдання прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., старший
викладач кафедри безпеки
життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 19 лютого 2021 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк виконання етапів
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) Примітка
1. Інформаційно-технічний пошук
та огляд літератури 19.02.2021 - 01.03.2021
2. Патентний пошук
та огляд наявних рішень 02.03.2021 - 18.03.2021
3. Обґрунтування технічного завдання 19.03.2021 - 20.03.2021
4. Розробка структурної схеми
пристрою 21.03.2021 - 28.03.2021
5. Розробка принципової схеми пристрою 29.03.2021 - 20.04.2021
6. Охорона праці 21.04.2021 - 05.05.2021
7. Оформлення пояснювальної записки 06.05.2021 - 15.05.2021
8. Оформлення креслень 16.05.2021 -12.06.2021
Студент-дипломник Мусієнко О.Я.
(підпис)
Керівник проекту Клопотовський П.А.
(підпис)
ЗМІСТ
Вступ 4
1. Патентний пошук та огляд наявних рішень
1.1 Необхідність контролю рівня атмосферного тиску. 6
1.2 Огляд наявних схемних рішень.
1.2.1 Електронний барометр-індикатор. 11
1.2.2 Побутовий барометр на основі мікроконтролера. 14
2. Обґрунтування технічного завдання. 18
3. Розробка структурної схеми проектованого пристрою. 20
4. Розробка принципової схеми проектованого пристрою 22
4.1 Вибір датчика тиску. 22
4.2 Розробка принципової схеми блоків перетворення та
індикації. 26
4.3 Розробка принципової схеми підсилювача сигналу датчика. 34
4.4 Розробка принципової схеми блоку живлення. 37
4.5 Оцінка надійності. 39
5. Охорона праці
5.1 Безпека праці при проведенні паяльних робіт в процесі
виготовлення вузлів обладнання в приміщенні технічної лабораторії. 42
5.2. Вимоги до виробничих приміщень, технологічних процесів і
обладнання. 44
5.3 Вимоги до систем вентиляції та опалення в процесі пайки 51
5.4 Вимоги до санітарно-побутових, допоміжних приміщень і
засобів індивідуальної профілактики 52
Висновок 53
Список використаної літератури 55
СКРТ97.021107.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Мусієнко Літ. Арк. Акрушів
Розробка електронного
Перевір. Клопотовський 3 56
барометра з цифровою
Реценз. А.В.
Н. Контр. Клопотовський індикацією ЧДТУ 2021
Затверд. Пояснювальна записка
ВСТУП
В даній кваліфікаційній роботі пропонується розробка сучасного
функціонального електронного барометра з цифровою індикацією. Основна
перевага даного пристрою полягає в тому, що в ньому передбачено можливість
контролю рівня атмосферного тиску зовнішнього середовища, цифрову індикацію
та можливість використання пристрою для роботи в автономному режимі.
Використання в схемі сучасної елементної бази дозволить підвищити надійність
та функціональність даного пристрою.
Актуальність розробки полягає у досить широкому використанні
малогабаритних барометрів споживачами, в зв’язку з необхідністю врахування
впливу атмосферного тиску на здоров’я людини, так і при виконанні нею
трудової діяльності.
Основною новизною є використання в схемі даного малогабаритного
барометру сучасного датчика тиску, цифрової індикації інформації про рівень
атмосферного тиску та його мобільність. Використання останньої властивості
пристрою є актуальним в зв’язку з використанням даних про зміну атмосферного
тиску при риболовлі.
«Ще зовсім недавно на заяву людини, що його самопочуття погіршилося зі
зміною погоди, багато хто покрутив би пальцем біля скроні. Тепер це нікого не
дивує, метеочутливість – тобто вплив погодних умов на здоров’я людини, це
науково встановлений і підтверджений факт. Має значення багато чого – і
вологість повітря, і сила вітру, і температура. Проте найбільший вплив на
самопочуття надає атмосферний тиск.
Відомо, що зміни погоди впливають на організм людини. Ми нерідко чуємо
від людей, що у них погіршився загальний стан, з’явився головний біль, ниють
суглоби, давить серце. Організм здорової людини легко пристосовується до зміни
сезонів, клімату та погоди. Проте організм літньої чи хворої людини гостро
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
реагує на коливання погодних умов. Зміна погоди не є першопричиною тієї чи
іншої хвороби, але сприяє її прояву». [1]
Саме повітря, його стан здатні впливати на самопочуття людей і на їх
здоров’я. Температура і вологість повітря визначають умови теплообміну
людського організму, що зачіпає органи дихання, роботу серця, процес
кровообігу і стан кожного покрову. Теплообмін органічно пов’язаний з процесом
обміну речовин, який автоматично регулюється через нервову систему. Важливе
значення має і стан атмосферного повітря. Забруднення повітря робить його
переносником вірусів і хвороботворних бактерій, активність і життєдіяльність
яких також залежить від температури і вологості повітря, тобто погоди.
Вплив погоди на людський організм багатогранний і не до кінця ще
визначений. Його вивченням займається метеорологія, біометеорологія, медицина
та біологія. Різні вчені, намагаючись знайти об’єктивні показники впливу погоди
на людину, запропонували декілька таких індексів впливу температури,
вологості, вітру й атмосферного тиску. Однак ні один з них не є універсальним.
Саме тому використання малогабаритних пристроїв контролю рівня
атмосферного тиску є досить актуальним та виправданим в процесі
життєдіяльності сучасної людини.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД НАЯВНИХ РІШЕНЬ
1.1 Необхідність контролю рівня атмосферного тиску.
«Людський організм пристосований жити під певним тиском, який створює
навколишнє повітряна маса, а вона не така легка, як здається. В організмі, як
відомо, є кровоносні судини, і серце, яке прокачує через них кров. Вся ця система
чітко відрегульована – щоб прокачати кров під певним тиском, серцевий м’яз
розвиває суворо потрібну силу, і межі цієї сили досить вузькі. Підвищення
атмосферного тиску викликає посилення навантаження на серце і серцевому м’язі
доводиться працювати з підвищеною силою і частотою. Звичайно, тахікардія,
тобто прискорене серцебиття, погано позначається на загальному самопочутті, та
й артеріальний тиск скаче, а це – головний біль, нудота, слабкість,
запаморочення, болі в області серця.
Крім того, в організмі людини дуже багато порожнистих органів.
Наприклад, кишечник. При зниженні атмосферного тиску в кишечнику
відбувається розширення знаходяться там газів, а це може викликати кишкові
кольки, та й просто неприємні відчуття. В інших порожнистих органах, як
правило, теж є гази, наприклад – повітря. Розширюючись, він викликає
розтягування органів і порушення нормальної їх роботи. Навіть
внутрішньочерепний тиск може мінятися, особливо у дітей, тому вони дуже
сильно реагують на зміну погоди.
Область зниженого атмосферного тиску називається циклоном. А
підвищеного – антициклоном. Особливо великі проблеми зі здоров’ям
зустрічаються під час їх зміни. Як би там не було, людський організм здатний
пристосуватися до різних умов. Тому, якщо надовго встановився антициклон, то
самопочуття швидко стабілізується і приходить в норму – на це йде день-два. Так
само і з циклоном – довга похмура погода не дуже впливає на фізичне здоров’я.
Головна проблема – зміна атмосферного тиску, коли організму потрібно швидко
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
перебудуватися під нові умови, які до того ж постійно змінюються – ніби як і
циклон ще не пішов, і антициклон силу не набрав, або навпаки .
Лікарями відмічено, що найменше хворих на прийомі, коли довго стоїть
стійка погода, будь то антициклон або циклон, хуртовини або морози, сонце чи
дощ. Але коли після пари тижнів, а то й місяці ясної морозної погоди раптом
починають з’являтися хмари і піднімається вітер, що передвіщає хуртовини, різко
підвищується число хворих з підвищеним тиском або серцевими
захворюваннями. Навіть ті, у кого вегето-судинна дистонія, дуже часто
починають скаржитися на погане самопочуття – тиск то падає, то піднімається, не
зрозуміло, які таблетки і по скільки пити.
Приблизно те ж саме виходить, коли хуртовини кінчаються і на зміну їм
знову приходять морози, з їх підвищеним атмосферним тиском. Організму знову
доводиться пристосовуватися і це іноді дуже помітно.
Особливо метеочутливих, як всі знають, літні люди. Як правило, у них є і
серцеві захворювання, і проблеми з тиском. Тому вони і можуть передбачити
зміну погоди ще тоді, коли молодий здоровий чоловік і ознак цього не бачить,
адже у нього здатності до адаптації набагато краще, і зміни такі він переносить
набагато краще. Хоча, навіть у абсолютно здорової людини можуть раптом
траплятися раптові зміни настрою, але навряд чи він цей сигнал організму зв’яже
зі зміною погоди.
Вчені відзначають, що метеозалежність у жінок і чоловіків різна – жінки
раніше починають відчувати наближення грози або припинення негоди і гостріше
реагують на всі зміни. Це зайвий раз підтверджує, що жіноча натура початково
тонше і ближче до природи. Але, швидше за все, основну роль грає гормональний
статус, який у жінок суттєво відрізняється від чоловічого. А от діти до 3 років – і
хлопчики, і дівчатка – все дуже чутливі до зміни погоди, адже формування їх
нервової системи і рецепторного апарату ще не завершено. Такий гіперчутливості
властиво знову проявлятися в підлітковий період і до старості.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Від перепадів атмосферного тиску страждають, перш за все, гіпертоніки і
гіпотоніки. Але й абсолютно здорові люди можуть відчути, що «щось не так»
Коли атмосферний тиск знижується, діафрагму (найголовнішою дихальної м'язі)
доводиться підніматися вище звичайного. При цьому ускладнюється дихання,
порушується функція серцево-судинної системи. Хочеться спати, відчувається
слабкість, важко зосередитися на роботі. При низькому тиску частина рідин
організму переходить в газоподібний стан – без всяких очевидних передумов
можна отримати метеоризм і бродіння в шлунку. Навіть не намагайтеся згадувати
про те, що ви їли напередодні, – справа не в їжі, а в погоді.
При підвищенні атмосферного тиску все навпаки: поліпшується загальне
самопочуття, заспокоюються нерви, налагоджується сон. Але «дуже добре» – теж
погано: якщо атмосферний тиск різко підскочив, то самопочуття погіршується,
з'являються головний біль, слабкість, задишка». [2]
Як приклад впливу атмосферного тиску на трудову діяльність людини,
можна розглянути риболовлю. Саме знання значення тиску є одним з суттєвих
чинників, що впливають на інтенсивність клювання зокрема, та продуктивність
роботи рибалки в цілому.
Науковці віддавна намагаються з'ясувати, як впливає атмосферний тиск на
життєдіяльність риби. Зі зрозумілих причин це питання є також цікавим і для
рибалок. Основний висновок, до якого приходили ті і інші в результаті своїх
спостережень та дослідів, такий: будь-яка зміна атмосферного тиску відразу
відбивається на фізіологічному стані риби, знижуючи її активність, або, навпаки,
примушуючи інтенсивніше переміщатися в пошуках корму.
Рибалки з досвідом можуть запросто підтвердити цей факт. Всі, навіть
люди які далекі від риболовлі, чули і знають що риба не ловиться, або погано
ловиться при зміні атмосферного тиску.
Також практично всі, як один, пояснюють це наявністю у риби органу
«відповідального» за подібну реакцію. Це плавальний міхур, який, нібито
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
стискаючись або роздуваючись, реагує на зміни зовнішнього атмосферного тиску,
вносячи в життя риб певний дискомфорт.
Проте, якщо замислитись, і поглянути на це дещо з іншого боку, це не
зовсім вірно.
Спробуємо пояснити і розглянути це питання детальніше і з прикладами.
Плавальний міхур звичайно є, індикатором тих складних фізико-біологічних
процесів, які постійно йдуть в природі і серед яких можна назвати коливання
атмосферного тиску. Але, швидше за все, цей орган служить рибі для
вертикальної орієнтації в товщі води, допомагаючи рефлекторно триматися на
певній глибині і зрівнювати питому вагу риби з щільністю води. Це дозволяє рибі
переміщатися у водному середовищі з найменшими енергетичними затратами.
Тепер на основі простих міркувань спробуємо показати, що атмосферний
тиск, точніше, його коливання, не безпосередньо, а лише побічно, опосередковано
впливають на поведінку риби.
З фізичної точки зору зовнішній тиск, що діє на рибу у воді, складається з
атмосферного тиску над поверхнею води і з тиску водяного стовпа, відповідного
тій глибині, на якій знаходиться риба.
Цікавим є як співвідносяться зміни тиску в повітрі, вимірювані висотою
ртутного стовпа, і у воді. При цьому, звичайно, слід враховувати, що щільність
води майже в 13 разів менше щільності ртуті і в 800 разів більше щільності
повітря. Найпростіші розрахунки покажуть, що, наприклад, для людини зміна
атмосферного тиску на 10 міліметрів ртутного стовпа буде еквівалентною
переміщенню по вертикалі на 100 метрів. У воді аналогічне пересування для риби
складе трохи більше 10 сантиметрів, що практично відповідає висоті її тіла. Та й
взагалі, часто доводиться спостерігати, як при незмінному атмосферному тиску
риба без жодного збитку для свого здоров'я здійснює в товщі води гігантські – в
нашому розумінні – вертикальні переміщення і навіть вистрибує у повітря. Так,
лящ, що вранці «грається» на поверхні водойми, піднімається для цього з глибини
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
до 10 метрів, що на повітрі відповідає швидкому сходженню на висоту майже 12
кілометрів.
Підсумовуючи, має бути зрозуміло, що природа влаштувала рибу так, що
навіть різкі скачки тиску помітного фізіологічного впливу на її організм надати не
можуть.
І таким чином, для рибалки питання про вплив атмосферного тиску на
поведінку риби все таки залишається відкритим і неоднозначним, оскільки з
одного боку ми маємо багаторічні спостереження рибалок, а з іншого чисту
науку, і ті ж спостереження тільки з іншим підходом.
Скоріш за все на зміну поведінки риби впливає не лише атмосферний тиск,
а зміна стану атмосфери взагалі, адже зміна тиску веде і до зміни погоди, що
також, за спостереженнями рибалок впливає на поведінку риби, при цьому
змінюється і вітер, а його вплив на клювання риби більш очевидний.
Зважаючи на зазначене, такі характеристики розроблюваного барометру як
малогабаритність та мобільність є досить важливими.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1.2 Огляд наявних схемних рішень.
1.2.1 Електронний барометр-індикатор.
Розглянемо в якості першого аналогу розроблюваного пристрою
електронний барометр-індикатор.
Призначення даного пристрою: за допомогою світлодіодної шкали
відображати зміну атмосферного тиску у бік підвищення або зниження по
відношенню до деякого початкового значення.
Передбачена можливість регулювання чутливості датчика тиску, установки
середньої точки відліку тиску.
До особливостей даного пристрою можна віднести використання в пристрої
відкаліброваного в заводських умовах термоомпенсованого датчику тиску.
У цьому пристрої запозичені п'єзорезистивні властивості мініатюрної
кремнієвої пластини, працюючої за принципом тензометра, здатного фіксувати
щонайменші коливання поверхні. Тут використовується датчик з
термокомпенсацією (компанії Motorola), яких вирізняється високою точністю і
прокалібрований в заводських умовах. Чутливість тензодатчика складає
0,2 мВ/кПа.
Коротка метрологічна довідка: незважаючи на те що за одиницю тиску в
міжнародній системі СІ прийнятий Паскаль (1 Па — 1 Н/м2), досить часто
використовують бар, який дорівнює 100000 Па. Атмосферний тиск на шкалах
домашніх стрілочних барометрів найчастіше вказується в мілібарах. Таким
чином, нормальний атмосферний тиск складає: 100000 Па = 100 кПа = 1 бар =
1000 мбар = 1000 ГПа.
При цьому тиску напруга на виході тензодатчика (МРХ 2200 АР) дорівнює
1000,2 мВ = 20 мВ. На основі цього датчика можна виготовити барометр, якщо
оснастити його, приміром, точним цифровим вольтметром. Проте для даного
випадку в цьому немає ніякої необхідності, оскільки нас цікавить, як змінюється
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
тиск: у бік збільшення або зменшення. Індикатор зміни тиску можна реалізувати
на основі шкали, що складається з декількох світлодіодів
Принципова схема пристрою представлена на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 – Принципова схема барометра-індикатора.
«Напруга живлення на датчик тиску подається безпосередньо від батареї 9
В (виводи 1 і 3). В цілях продовження служби батареї напруга живлення на схему
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
подається тільки на час зчитування за допомогою кнопки, включеної в розрив
ланцюга живлення. Сигнал з датчика тиску поступає на диференціальний
підсилювач, побудований на двох операційних підсилювачах DA2.1 і DA2.2 в
корпусі (LM 324). Він посилює амплітуду сигналу тензодатчика в 50 разів. За
допомогою змінного резистора R4, включеного між двома резисторами з
однаковими номінальними значеннями опору R1 і R2, можна зробити точне
регулювання. З урахуванням коефіцієнта посилення, при атмосферному тиску
1000 Па (100 кПа), отримуємо на виході диференціального підсилювача:
0.210050 1000мВ 1В .
Маючи в розпорядженні точний (наприклад, цифровий) вольтметр з межею
вимірювання 2 В, можна перераховувати виміряну напругу в абсолютне значення
атмосферного тиску.
Ця напруга знімається між виводами 7 і 14 диференціального підсилювача.
Для візуального контролю, як і в описаному вище пристрої, застосована
інтегральна схема дискримінатора LM 3914, що містить десять компараторів, у
кожного з яких один вхід підключений до загального вводу (5), а другі входи —
до проміжних точок резистивного дільника. Потенціал на виводі 4 визначає
нижню межу виміру тиску, а верхня межа встановлюється шляхом зміни
потенціалу на об'єднаних виводах 6 і 7 за допомогою змінного резистора R5. Так,
щоб верхня межа індикації атмосферного тиску складала 1060 мбар, слід задати
на середньому контакті резистора R5 напругу близько 1,1 В відносно виводу 8.
Порядок індикації змін атмосферного тиску наступний: повільно обертаючи
движок змінного резистора R6, встановите на вході 5 дискримінатора такий
потенціал, при якому включаються середні світлодіоди HL5 і HL6. Якщо через
певний час тиск почне рости, то світлодіоди від HL7 до HL10 запаляться по черзі,
залежно від амплітуди цієї зміни. І навпаки, пониження тиску — ознака дощу, що
наближається, — супроводжується зменшенням напруги на виводі 5 мікросхем. В
цьому випадку по черзі почнуть спалахувати світлодіоди з HL4 по HL1. На
практиці немає необхідності в дуже точному калібруванні. Досить забезпечити
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
максимальну чутливість, щоб схема могла реєструвати щонайменші зміни
атмосферного тиску. А вже залежно від цього ви вирішуватимете, чи є сенс
вирушати на риболовлю.
Рекомендації по виготовленню даного пристрою наступні. Цей пристрій
призначений для того, використовувати його в домашніх умовах. Тому для нього
не потрібно спеціальний герметичний корпус, що захищає елементи схеми від
зовнішніх чинників в польових умовах. Усі компоненти барометра-індикатора,
включаючи датчик тиску і елементи налаштування, зібрані на друкованій платі.
Рекомендуємо підібрати індикаторні світлодіоди так, щоб їх кольори несли
функціональне навантаження. Так, застосувавши світлодіоди HL5 і HL6
червоного кольору, можна чітко позначити висхідну точку. Світлодіоди,
розміщені з одного боку від середньої точки, можуть бути, наприклад, жовтими, а
з іншого боку — зеленими.
У цьому пристрої мікросхема LM 3914 працює в режимі DOT, тобто при
відключеному виводі 9, а живлення подається тільки на час індикації тиску при
натиснутій кнопці “Вимір”» [3]
До переваг даного пристрою можна віднести простоту схематичного
виконання та налаштування. А недоліком можна вважати відносну не виразність
індикації рівня виміряного атмосферного тиску.
1.2.2. Побутовий барометр на основі мікроконтроллера.
В якості іншого аналогу проектованого пристрою виступає схема
побутового барометру на основі мікроконтроллера.
В якості датчиків в даному пристрої використано датчики: MPX4115AP
(датчик тиску) і HIH - 4000-004 (датчик вологості).
Вибір саме цих датчиків пов’язаний з тим, що в інтернеті саме по них є
багато інформації, та й розповсюдженні в продажі, хоча вони відносно дорогі.
Левова частка вартості усього пристрою припадає саме на них.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Обидва датчики аналогові, а це означає, що барометр повинен представляти
з себе двовходовий вольтметр, з коригуванням значень АЦП в мм.рт.ст.
(міліметри ртутного стовпа), і % (відсотки вологості повітря). Сам перерахунок
свідчень АЦП в мм.рт.ст., і % взято з [4]
Але представлена в статті конструкція являється трохи громіздкою, а також
використання світлодіодних індикаторів, оскільки вони світяться і мають великий
розмір, тобто їх буде добре видно здалека, і при будь-якому освітленні, та і струм
споживають вони значно менше чим підсвічування рідкокристалічного
індикатора.
Для відображення результатів використано індикатор ВА56-12SRWA
(світлодіодний семисегментний, 3 розряди), 2 штуки. Вони над яскраві, тобто
можна додатково понизити споживаний струм.
Схема електрична принципова даного пристрою представлена на рисунку
1.2.
На друкованій платі загальна шина – цифрова і аналогова розділені.
Живлення теж розділене на аналогове і цифрове, і подається через дроселі
25 мкГн на аналогові ланцюги, а провідник у феритовій трубочці на цифрові.
На вході АЦП конденсатори по 0,33 мкФ на аналогову «землю», і резистор
750 Ом до датчиків. Це фільтри для зниження всіляких перешкод на входи.
Виводи мікроконтроллера AVCC і AREF зашунтовани керамічними
конденсаторами по 0,1 мкФ, і ще по 10 мкФ танталові.
Для того, щоб свідчення вологості повітря були коректними, його
необхідно винести за межі приміщення (на вулицю), і з'єднати з платою кабелем
(краще екранованим), і звичайно захистити від прямого попадання опадів, адже
кристал датчика зовсім відкритий.
Датчик тиску виносити за межі плати зовсім необов'язково.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.2 – Побутовий барометр на основі мікроконтролераа.
Перевагою даного пристрою є значний потенціал підвищення та подальше
удосконалення функціональності пристрою за рахунок зміни програми
мікроконтролера, використання наочної індикації та використання сучасної
елементної бази.
Недоліком даного пристрою є складність налаштування через необхідність
володіння навичками програмування мікроконтролерів.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Необхідно зазначити, що проектований пристрій повинен наступні
характеристики:
напруга живлення – 9 В , з можливістю автономної роботи від акумуляторної
батареї;
наочна цифрова індикація;
можливість точного контролю рівня атмосферного тиску (чутливість датчика
не менше 40мВ/кПА);
простота схемного рішення;
малогабаритність розроблюваного барометру.
Добре відомо, що атмосферний тиск суттєвий вплив на життєдіяльність
будь якого живого організму. Це може виражатися в погіршенні самопочуття
людини у випадку або зниження або росту атмосферного тиску. Саме тому досить
ефективним є використання малогабаритного барометру з автономним
живленням для контролю рівня атмосферного тиску в реальному часі. У основу
проектованого пристрою закладена підвищена функціональність і
технологічність.
Для безпосереднього вимірювання рівня атмосферного тиску в
зовнішньому середовищі доцільно використати спеціалізований датчик тиску.
Напруга з виходу якого підсилюється та відповідним чином перетворюється для
найефективнішого представлення результатів вимірювання користувачеві
барометру.
Для забезпечення обробки та відображення результатів вимірювання
доцільним є використання спеціалізованої мікросхеми, яка виконуватиме функції,
зокрема, аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) та драйвера
рідкокристалічного індикатору. Це дозволить суттєво спростити загальне схемо
технічне рішення та підвищить надійність пристрою вцілому.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Індикація зазначеного типу значно розширює інформативність
проектованого пристрою, дозволить більш ефективно використовувати його
можливості та спростить роботу з ним технічно непідготовленої людини.
За рахунок того, що напруга живлення розроблюваного пристрою дорівнює
9 В, стає можливим використання малогабаритного барометру не лише в
стаціонарних умовах. Автономність роботи пристрою може бути досягнута за
допомогою використання відповідної акумуляторної батареї або звичайної
батареї типу «Крона».
Можливість автономної роботи є досить важливою особливістю даного
пристрою, оскільки досить часто барометри для прогнозування поведінки риби
використовують рибалки, що проводять значний час поза територією населених
пунктів.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРОЕКТОВАНОГО ПРИСТРОЮ
Основою будь-якого барометру являється чутливий елемент – датчик тиску.
Він реалізує пропорційне перетворення в заданих межах значення атмосферного
тиску в вихідну напругу відповідного рівня.
Для подальшої обробки вихідну напругу з датчика тиску необхідно
перетворити та підсилити за допомогою використання відповідного
схемотехнічного рішення. Для реалізації блоку підсилення достатньо ефективним
є використання операційних підсилювачів. Крім того, до цього блоку входять
змінні резистори, які забезпечують можливість відкалібрувати пристрій для
точного відображення атмосферного тиску, що вимірюється.
Для забезпечення функціональності пристрою й реалізації цифрової
індикації слугує блок перетворення. До його складу входить аналогово-цифровий
перетворювач з необхідною для коректного функціонування елементною
«обв’язкою». До нього також входить драйвер керування роботою
рідкокристалічного індикатора. Остання особливість дозволяє значно спостити
схемне рішення пристрою.
Індикатор дозволяє в наглядному та інформативному вигляді відображати
виміряне значення атмосферного тиску. Доцільним є виконання його з
використанням рідкокристалічного індикатора, в зв’язку невисокою їх вартістю
та достатньою функціональністю.
Живиться схема від стабільного джерела живлення, яке може бути
реалізоване як за допомогою батареї живлення, так і акумуляторної батареї з
відповідним рівнем вихідної напруги. Перевагою останньої є можливість
підвищити час роботи пристрою за рахунок використання акумуляторної батареї
більшої ємності. Крім того, джерело живлення формує також і напруги живлення
необхідні для роботи мікросхем підсилювача та аналогово-цифрового
перетворювача.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Враховуючи всі переваги і недоліки схем електронних барометрів,
описаних в попередніх розділах, а також вимоги до функціональності
проектованого пристрою, його структурну схему можна представити у вигляді,
наведеному на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1 – Структурна схема електронного барометра з цифровою індикацією.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ПРОЕКТОВАНОГО
ПРИТСРОЮ
4.1 Вибір датчика тиску.
«Вимір тиску – на первуй погляд, досить тривіальне завдання. Проте з
точки зору вбудовуваний систем саме по собі отримання результату виміру – ще
далеко не усе. Подальший розвиток технологій виготовлення датчиків багато в
чому залежить від того, яким чином оброблятиметься сигнал на виході датчика, а
також від способу монтажу датчика в системі. Усе більш часте використання
датчиків тиску у вбудовуваний системах накладає свої вимоги на діапазон
вихідного сигналу і конструкцію датчиків.
Оскільки АЦП можуть працювати тільки з певним діапазоном напруги,
сигнал на виході датчика має бути приведений до цього діапазону. Для цього
можуть використовуватися зовнішні підсилювачі, але найбільш затребуваними
останнім часом являються інтегровані датчики з нормованим вихідним сигналом,
який може подаватися безпосередньо на вхід АЦП. Практично усі нові датчики,
що з'явилися останнім часом, є саме інтегрованими. Аналогічно конструкція
корпусу датчика також повинна зважати на специфіку сучасних вбудовуваний
систем. Для мінімізації перешкод і створення компактніших систем датчик
повинен розташовуватися максимально близько до мікроконтролера, що виконує
обробку вихідного сигналу датчика, в ідеальному випадку – безпосередньо на
платі. Ці тенденції легко простежити на прикладі датчиків компанії Freescale.
Якщо раніше більшість датчиків випускалися в корпусах типу Unibody, то нині
все більше застосування знаходять інтегровані датчики в корпусах типу SOP або
SSOP, призначених для поверхневого монтажу.
Певні вимоги накладаються і на конструкцію портів для підведення тиску
до чутливого елементу. Для спрощення монтажу трубок, що підводять,
випускаються датчики з портами типу «пічна труба», що мають збільшений
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
діаметр і висоту частини, що виступає. Найдешевші датчики випускаються в
корпусах без портів.
Ще одним напрямом розвитку датчиків тиску є адаптація до агресивних
середовищ використання. Раніше для захисту чутливого елементу
використовувався флюоросиліконовий гель, який при тривалій дії пари води
абсорбував вологу, що призводило до корозії резистивних елементів в ланцюгах
калібрування і термокомпенсації. В результаті через деякий час датчики виходили
з ладу. Спеціально для додатків, де датчик може піддаватися дії пари води і інших
агресивних речовин, компанія Freescale почала використати інший тип захисного
гелю на основі PFPE (perfluo-ropolyether) з'єднань. Такі датчики відрізняються
маркуванням, що означає можливість їх застосування в додатках з агресивними
середовищами.
Як зазначалося, нові можливості вбудовуваний систем обумовлені
способами обробки вихідного сигналу датчика. В деяких випадках виробники
вбудовують безпосередньо в датчик додаткові ланцюги обробки сигналу з
чутливого елементу. Цікавим рішенням є диференціальні датчики серії
MPXV70xx. При нульовій різниці тисків вихідна напруга датчика складає 2,5 В,
таким чином, цей датчик може вимірювати не лише тиск, але і розрідження, при
цьому вихідна напруга мінятиметься відповідно в ту або іншу сторону від
початкового значення. Завдяки цьому датчики цієї серії можуть успішно
застосовуватися в автоматизованому пакувальному устаткуванні.
Цікавим напрямом є інтеграція датчика і мікроконтролера на один кристал.
На даний момент така технологія досить складна, оскільки для виготовлення
чутливого елементу і кристала мікроконтролера використовуються різні
технологічні процеси. Простішим рішенням є упаковка двох кристалів в один
корпус – це спрощує процес розробки нових датчиків, оскільки не треба
проектувати і виготовляти увесь кристал цілком. Оскільки конструкція чутливого
елементу є досить стійкою і вимагає мінімальної переробки, основні зміни
торкатимуться цифрової частини такого інтегрованого датчика, що є набагато
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
простішим завданням. В результаті вартість такого однокорпусного рішення буде
нижча. Подібна технологія дістала назву SiP (System in Package)». [5]
На відміну від напівпровідникових датчиків з чотирма чутливими
резисторами в технології виготовлення датчиків тиску Motorola використовується
як основа кристала датчика елемент X - duser – монолітний кремнієвий кристал з
впровадженою тензорезистивною структурою. Це дозволяє виключити можливі
похибки передачі деформації від пружного елементу до тензорезистору. Датчики
виготовляються в різному конструктивному виконанні на діапазони тиску від 0 до
1000 кПа. Діапазон робочих температур: мінус 40 – плюс 85ºС. Сфера
застосування: індикатори рівня, індикатори витоку, медичне устаткування,
барометри, насоси, альтиметри і таке подібне.
Враховуючи вищезазначені відомості та вимоги технічного завдання, в
якості датчика атмосферного тиску оберемо інтегрований датчик тиску
MPX4115A, який має наступні параметри:
тип тиску, який вимірюється – абсолютний;
діапазон вимірюваного тиску – 15 – 115 кПа;
максимально допустимий рівень тиску – 400кПа;
вихідна напруга – 4590 мВ;
чутливість – 45,9 мВ/кПа;
максимальний споживаний струм – 10 мА
напруга живлення – 5,1 В;
сумарна приведена похибка складає 1,5%;
вихідна напруга, що відповідає мінімальному вимірюваному тиску –
0,204 В;
вихідна напруга, що відповідає максимальному вимірюваному тиску –
4,794 В;
розмах вихідної напруги – 4,49 В.
Конструкція датчику представлена на рисунку 4.1.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.1 – Конструкція датчика MPX4115A.
Рисунок 4.2 –Залежність вихідної напруги від тиску датчика MPX4115A.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.2 Розробка принципової схеми блоків перетворення та індикації.
В електронних схемах однаково широко використовується обробка
інформації, представленої в аналоговій та цифровій формах. Пояснюється це тим,
що первинна інформація про різноманітні фізичні величини та процеси носить, як
правило, аналоговий характер. Обробку ж цієї інформації зручніше вести в
цифровій формі. Використання отриманих результатів також в більшості випадків
потребує їх аналогового уявлення. Тому будь-яка система, що використовує
цифрові методи обробки інформації, повинна містити пристрої взаємного
перетворення аналогових та цифрових сигналів. Роль таких пристроїв виконують
аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі.
Аналого-цифровий перетворювач – це пристрій, призначений для
перетворення аналогової фізичної величини, що неперервно змінюється в часі, в
еквівалентні їй значення числових кодів.
Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) працюють за принципом
багаторазового порівняння вхідних аналогових сигналів з набором деяких
еталонних величин. При цьому, основною класифікаційною ознакою
функціонування АЦП є алгоритм його роботи.
Цей алгоритм відображає комплекс операцій, за допомогою яких
установлюється послідовність і чисельні співвідношення між аналоговою
вхідною величиною, еталонними величинами і цифровим вхідним словом.
По виду алгоритму розрізняють три класичних методи перетворення:
метод послідовного рахунку, метод порозрядного зрівноважування і метод
безпосереднього читання. Наступною класифікаційною ознакою є рід (вид)
аналогової величини на вході АЦП і тип цифрового коду на виході. По виду
вхідної аналогової величини розрізняють аналого-цифрові перетворювачі струму,
напруги, частоти, кутового і лінійного переміщень, часового інтервалу, фази і
деякі інші. По виду вихідного коду розрізняють двійкові, десяткові і логарифмічні
АЦП.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розглянемо класифікаційні відмінності методів перетворень і основні
структури для їхньої реалізації.
Відомо, що операції дискретизації та кодування можна здійснити за
допомогою аналого-цифрових перетворювачів (АЦП). До основних методів
організації роботи таких перетворювачів відносять: метод послідовного рахунку,
метод безпосереднього читання та метод порозрядного зрівноважування.
Найбільшу продуктивність з них має метод безпосереднього читання, а найменші
апаратні витрати – метод послідовного рахунку. Метод порозрядного
зрівноважування має середні характеристики як по продуктивності, так і по
апаратним витратам і використовується у більшості випадків застосувань.
Метод безпосереднього читання реалізується за допомогою так званого
АЦП паралельної дії. Такий перетворювач має лінійку з 2n - 1 компараторів
напруги, перші входи яких запаралелені і на них подається сигнал х(t). На інші
входи від'єднуються виходи дільника еталонної напруги. Виходи компараторів
під’єднанні до перетворювача одиничного коду в двійковий. Процес
перетворення здійснюється за один такт, причому на виході лінійки компараторів
до компаратора, який зафіксує х(t)≤Uет буде хвиля нулів одиничного коду.
Найбільше поширення знайшов метод порозрядного врівноваження, який
забезпечує час перетворення від однієї мікросекунди.
Реалізація блоку перетворення є доцільним на основі інтегральної
мікросхеми ICL7106. Вона являє собою АЦП з виводом на 3,5 розрядний
рідкокристалічний цифровий індикатор. Досить часто вона застосовується у
вимірювальних приладах. ICL7106 випускається в трьох варіантах корпусів :
ICL7106 - PDIP - 40, ICL7106R - PD1P - 40 (з дзеркальною розводкою виводів), і
ICL7106S в корпусі MQFP (з чотиристороннім розташуванням виводів)а також і у
безкорпусному варіанті.
ІМС ICL7106 є монолітним, аналого-цифровим перетворювачем (АЦП).
Вона має ультрависокий вхідний опір і не вимагає додаткових зовнішніх
ланцюгів драйвера індикатора. Вбудовані активні компоненти включають
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
драйвери індикатора, полярності сигналу і цифрових розрядів, дешифратори
сегментів, джерело опорної напруги (ДОН) і тактовий генератор. ІМС ICL7106
призначена для безпосереднього керування немультиплексним рідкокристалічним
індикатор (РКІ).
Універсальність і прецизійні характеристики є характерними рисами даних
АЦП. Алгоритм перетворення з подвійною інтеграцією автоматично усуває вплив
інтерференційних сигналів, зазвичай присутніх, в технологічній інфраструктурі.
Повно - диференціальні входи сигналу та ДОН, особливо корисні при реалізації
режиму відносного вимірювання (опір або мостові перетворювачі). На
завершення, дані АЦП забезпечують високий рівень точності шляхом зниження
сумарної похибки до величини, менш одиниці молодшого розряду і дрейфу
нульового рівня, що становить, менше 1 мкВ/с.
Електричні параметри мікросхеми:
1. Максимально допустима напруга живлення, що не призводить до
псування: 15 В;
2. номінальна напруга живлення: 9 В;
3. споживаний струм, номінальний: 1мA;
4. споживаний струм, не більше: 1,8 мА;
5. число розрядів індикації: 3 1/2;
6. постійна напруга на вході відносно мінуса живлення: 3 В;
7. шкала: 2 В або 200 мВ;
8. температурний дрейф нуля, не більше: 1 мкВ/°C.
Структурна схема та її типове ввімкнення АЦП 7106 представлено на
рисунках 4.3 та 4.4.
Частота тактових імпульсів задається RC – ланкою, яка під’єднана до
виводів 38, 39 та 40. Використовуючи рекомендовані елементи, ця частота
0.45
дорівнюватиме Fтакт 45 кГц. Ємність повинна бути не меншою за 50 пФ,
RC
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
а опір не менше 50 кОм. (Типова частота Fтакт = 48 кГц). При цьому тактова
частота інтегратора вхідного сигналу в 4 рази нижче Fтакт .
Рисунок 4.3 – Структурна схема АЦП 7106.
Рисунок 4.4 – Типове ввімкнення АЦП 7106 при напрузі шкали в 2 В.
Загальне призначення виводів інтегральної мікросхеми наведене на рисунку
4.5.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.5 – Призначення виводів АЦП 7106.
Коректна робота інтегратора вхідного сигналу залежить від параметрів RC
– ланки, під’єднаної до виводів 27 та 28 АЦП. Період інтегратора знаходиться за
формулою (4.1).
4
Tінт 1000 ( ) 88.89мс. (4.1)
Fтакт
Оптимальний струм інтегратора дорівнює 4 мкА, згідно до довідкової
документації.
Діапазон допустимих вхідних напругу обраного аналогово-цифрового
перетворювача буде безпосередньо залежати від обраної опорної напруги Uоп ,
рівень якої отримується шляхом задавання різниці потенціалів між виводами 35
та 36 АЦП. Цей рівень напруги може приймати два значення: 100 мВ та 1 В. В
розробленому пристрої обрано Uоп 1В . Тоді:
Uвх 1.999 Uоп . (4.2)
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рівень опорної напруги задається дільником приєднаного до виводу 35
мікросхеми.
Показники дисплею залежать від рівнів вхідної та опорної напруг та
виражаються числом:
U
N 1000 вх
(4.3)
Uоп
Параметри RC – ланки інтегратора знаходяться з наступних виразів:
2 2
R інт 500 103 Ом. (4.4)
Iінт 4 106
Обираємо резистор С2-23-0,125 470кОм±5%.
T 3
інт Iінт 88.89 10 4 106
Cінт 0.24 106 Ф. (4.5)
Uінт 1.5
Обираємо конденсатор К73-39 - 63В 0,22 мкФ ±10%.
Ємність встановлена між виводами 33 та 34 відповідає за похибку симетрії
характеристики АЦП. Ємність відповідного конденсатора обирається з умови:
0.1мкФ C 1 мкФ . Обираємо конденсатор К73-39 - 63В 0,1 мкФ ±10%.
Резистор на позитивному аналоговому вході (вивід 31 АЦП) слугує для
додаткового захисту. Обираємо резистор С2-23-0,125 1МОм±5% згідно
рекомендацій довідкової літератури.
Схема електрична принципова блоків перетворення та індикації
представлена на рисунку 4.6.
Транзистор VT1, резистор R4 та конденсатор С3 слугують для індикації
роботи батареї «Крона». Особливістю даної схеми являється наявність
транзистора VT2 та резисторів R8, R10. Використання даного транзистора в схемі
пов’язано з тим, що аналогово-цифровий перетворювач на основі ICL7106 не має
можливості встановлення десяткової точки. Тому вихід DP з колектора с
колектора транзистора VT2 необхідно з’єднати з однією з точок 8, 12 або 16
дисплею. Задача полягає з якою точністю необхідно реєструвати вимірювану
напругу.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.6 – Схема електрична принципова блоків перетворення та індикації.
Форматом результату вимірювання визначається під’єднання даного
провідника до 8 виводу дисплею. В якості VT2 оберемо транзистор КТ369А. [6]
До 29 виводу мікросхеми під’єднаний конденсатор, який слугує для
автокорекції нуля інтегратора. Його номінал обирається с проміжку 0,01 мкФ –
0,1 мкФ. Враховуючи рекомендації оберемо ємність 0,047 мкФ. Це значення
ємності забеспечує конденсатор К73-39 - 63В 0,047 мкФ ±10%.
Для реалізації індикації результатів вимірювання використано рідкокристалічний
3,5 розрядний знаковий індикатор EMV 1125, що має 32 виводи.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.3. Розробка принципової схеми підсилювача сигналу датчика.
Для реалізації функції перетворення та підсилення сигналу, що надходить з
датчика тиску можна використати схемні рішення побудовані на основі
операційних підсилювачів. Зважаючи на те, що вихідна напруга датчика тиску
лежить в межах від 0,204 В до 4,794 В, що відповідає тиску 15 – 115 кПа,
використаємо схему масштабування на операційному підсилювачі (ОП).
Вона являє собою дільник напруги з повторювачем на ОП. Задіяне схемне
рішення можна використовувати коли вхідна напруга з датчика перевищує
діапазон АЦП та його потрібно просто поділити (масштабувати). Тут операційний
підсилювач виконує роль повторювача з великим вхідним та маленьким вихідним
опором. Тобто можна провести масштабування вхідного сигналу 0 – 4,8 В до
вихідного 0 – 115 мВ.
Проте, для представлення результатів вимірювання атмосферного тиску в
мм. рт. ст. а не в кПа, необхідно реалізувати підсилення даного вихідного сигналу
в 7,5 разів. (Це пояснюється тим, що 1кПа дорівнює близько 7,5 мм. рт.ст.). Дана
функція реалізується за допомогою неінвертуючого підсилювача на іншому ОП.
Крім того для калібрування пристрою використаємо відповідні
налагоджувальні резистори ввімкненні в схему в необхідних місцях.
Схема електрична принципова підсилювача сигналу датчика наведена на
рисунку 4.7.
Необхідно зазначити, що вихід датчика тиску з’єднаний за резистором R1
С2-23-0,125 100кОм±5%, через перемичку – «джампер». Також до цього
перемикача подається напруга з центрального виводу R3 в якості якого обрано
резистор СП5-2ВА 10 кОм ± 5% .
Це зроблено для того, щоб можна було б відкалібрувати сигнал з датчика
тиску MPX4115А по стабільному джерелу напруги +5 В. Розрахуємо номінали
резисторів дільника напруги після операційного підсилювача DA2.1. Так як
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
реалізується масштабування напруги проміжків 0 – 4,8 В на 0 – 115мА,
співвідношення напруг на вході та виході схеми наступна:
Uвих 0,115
0,024 (4.6)
Uвх 4,8
Рисунок 4.7 – Схема електрична принципова підсилювача сигналу датчика.
Задамося резистором R11 номіналом 1кОм. Тоді загальний опір, о повинен
бути ввімкнений послідовно з виходом операційного підсилювача дорівнює:
R11 0.024 R11
R2 40.7кОм (4.7)
0.024
Тому, враховуючи необхідність налагодження підсилювача використаємо
два ввімкнених послідовно резистори постійний та підлаштовувальний: С2-23-
0,125 39кОм±5% та СП3-19а -0,125 3,3кОм±10%.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для забезпечення коректної роботи неінвертуючого підсилювача на базі
DA2.2. необхідно знайти значення відповідних опорів згідно з виразом:
R5
Kп 1 (4.8)
R2
Задамося R2. Оберемо резистор С2-23-0,125 1кОм±5%. Тоді опір резистора
який приймає участь в реалізації негативного зворотного зв’язку знаходимо за
формулою:
R5 (Kп 1) R2 (7.51) 1000 6.5 кОм (4.9)
З врахуванням можливості регулювання коефіцієнта підсилення в якості R5
оберемо підлаштовувальний резистор СП3-19а -0,125 6,8кОм±10%.
Операційні підсилювачі DA2.1та DA2.2 реалізовані за допомогою ІМС –
LMC622AIM, яка має наступні параметри:
два операційних підсилювача в одному корпусі;
напруга живлення: 5 – 15 В;
напруга зміщення: 3мВ;
робочий діапазон роботи, ºС: мінус 40 – плюс 85.
Враховуючи, що напруги з датчика тиску які відповідають нормальним
значенням атмосферного тиску лежать в межах від 3,36 В до 4,42 В, напругу
живлення операційних підсилювачів оберемо на рівні 9 В.
Резистор та конденсатор на вході першого операційного підсилювача
створюють фільтр низьких частот, який дозволяє підвищити стабільність роботи
схеми та захищеність від впливів високочастотних сигналів. Покладемо частоту
зрізу – частоту на якій сигнал послаблюється до 70% від рівня висхідного
1
сигналу, низькочастотного фільтру f 1.6 Гц. Даній умові
2RC
задовольняють резистор С2-23-0,125 100кОм±5% та конденсатор К73-39 - 63В
1мкФ ±10%
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.4 Розробка принципової схеми блоку живлення.
Блок живлення є одним з найголовніших складових будь-якого пристрою.
Його головне завдання забезпечити елементи схеми наругою та струмом
відповідного рівня. Крім того стабільність вихідного сигналу та відсутність
високочастотних складових в напрузі живлення забезпечується використанням
паралельно ввімкнених на «землю» електролітичних конденсаторів. Дотримання
теплового режиму роботи джерела живлення також являється одним з основних
параметрів при проектуванні та виготовленні джерел живлення. Для отримання
стабілізованої напруги відповідного рівня широко використовуються інтегральні
стабілізатори.
Для живлення елементів проектованого пристрою доцільно
використовувати батареї живлення типу «Крона» вихідна напруга якої дорівнює
9 В або аналогічної акумуляторної батареї. Такий вибір схеми живлення дозволяє
забезпечити стабільність показників, малогабаритність, мобільність та
автономність розроблюваного електронного барометру.
В зв’язку з необхідністю забезпечення напруги живлення датчика тиску
+5 В додатково в схему необхідно ввести DC/DC – перетворювач. Оберемо
однополярний неізольований DC/DC перетворювач напруги живлення TSRN1 –
2450. Його параметри наступні:
виробник – «Traco»;
тип корпусу – SIP корпус;
габаритні розміри: 11,7×7,5×10,2 мм;
діапазон вхідної напруги – від 6,5 до 42 вольт;
вихідна напруга постійного струму 5 В без гальванічної розв'язки.
Цей конвертер живлення має стабілізацію вихідної напруги, вбудований
повний захист від короткого замикання. Особливістю сімейства TSRN1 являється
те, що на відміну від відомих мікросхем типа LM78xx, немає необхідності
використовувати радіатор. Крім того, немає потреби встановлювати й фільтруючі
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
конденсатори, оскільки вони вже вбудовані в сам перетворювач. Схема блоку
живлення барометру представлена на рисунку 4.8.
Рисунок 4.8 – Джерело живлення малогабаритного барометру.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.5 Оцінка надійності.
Проведемо попередній розрахунок надійності по несподіваних
експлуатаційних відмовах малогабаритного барометру.
Показник надійності характеризує властивість виробу зберігати
працездатність протягом деякого періоду часу при встановлених умовах
експлуатації.
Для підвищення надійності по несподіваним експлуатаційним умовам слід
зменшувати кількість елементів шляхом мініатюризації, а також підвищувати
якість елементів. Простота конструкторських рішень є запорукою надійності.
Інтенсивність відмов можна знизити за рахунок розвантаження режимів роботи
елементів.
Оптимальний вибір схем та конструкторських рішень повинен виконувати з
урахуванням того, що електричні, механічні та інші перевантаження є основними
факторами, що обумовлюють несподівані експлуатаційні відмови.
Підвищенню надійності апаратури сприяє стандартизація, використання
модульних методів конструювання, що дозволяє на базі мінімального числа
апробованих високонадійних елементів синтезувати апаратуру із заданими
функціями.
Сучасні інтегральні схеми характеризуються інтенсивністю відмов на два
порядки нижче, ніж напівпровідникові прилади. На етапі виробництва висока
надійність досягається за рахунок дотримання технологій, норм ергономіки та
сучасних технологічних процесів.
На етапі експлуатації надійність досягається за умов виконання правил
транспортування, експлуатації та зберігання.
Крім того, існують спеціальні методи підвищення надійності, що пов’язані з
введенням у схему додаткових елементів. Будемо вважати, що всі елементи схеми
працюють в однакових умовах і при номінальному навантаженні. З технічних
умов на елементи схеми обчислимо інтенсивність їхніх відмов і занесемо в
таблицю.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 4.1 – Інтенсивність відмов радіоелементів.
Найменування елемента Число Інтенсивність *10-6
i *Ni,
елементів, відмов, -6
i *10 , 1/год
Ni 1/год
Резистор постійний 15 0,02 0,3
Напівпровідниковий індикатор 1 0,15 0,15
Резистор змінний недротяний 3 0,07 0,21
Інтегральна мікросхема 3 0,15 0,45
Конденсатор постійний 8 0,2 1,6
Датчики 1 0,15 0,15
Транзистор 2 0,3 0,6
З’єднувач 1 0,3 0,3
Друкована плата 1 0,1 0,1
Пайка з'єднань 125 0,004 0,5
Монтаж 1 0,4 0,4
Визначимо інтенсивність відмов всього пристрою:
k
i N i
i1 . (4.10)
i - інтенсивність відмов кожного елемента пристрою;
Ni - кількість елементів;
Тоді 7,76 106
(1/год).
Визначимо середній час напрацювання на відмову:
Т = 1/ i =128866 годин. (4.11)
Визначимо можливість безвідмовної роботи протягом робочого дня:
t
P(t) e i (4.12)
P(t) e7.76106 8 0,99994
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Беручи до уваги проведенні розрахунки, можна стверджувати, що
розроблений виріб є високоефективним з точки зору надійності та може
виконувати покладені на нього завдання на протязі визначеного проміжку часу за
визначених умов використання.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5. ОХОРОНА ПРАЦІ
5.1 Безпека праці при проведенні паяльних робіт в процесі
виготовлення вузлів обладнання в приміщенні технічної лабораторії
В даній роботі проводиться розробка електронного барометру. Пристрій
містить друковану плату з радіоелектронними елементами. Виготовлення цього
елементу пристрою полягає, зокрема, в проведенні пайки елементів плат та
контактів. Саме тому для ефективної організації роботи спеціаліста у приміщенні
технічної лабораторії необхідно проаналізувати всі прямі та побічні фактори
впливу процесів пайки на працівників.
Монтаж електричних схем приладів та радіоапаратури проводиться за
допомогою різних видів паяння. Кожному з них властиві певні відповідні
шкідливі та небезпечні фізичні фактори, що відрізняються як кількісними, так і
якісними характеристиками. При цьому деякі види паяння продукують одночасно
декілька таких фізичних факторів, що призводять до травм, погіршення умов
праці і виникнення пожеж та вибухів. Такими потенційними шкідливостями і
небезпеками можуть бути: запиленість та загазованість повітря робочої зони;
наявність інфрачервоних випромінювань від розплавленого припою у ванні або
від паяльника; наявність електромагнітного випромінювання високої частоти; дія
ультразвуку на організм монтажника при пайці хвилею, котра утворюється за
рахунок дії ультразвуку на розплавлений припій; дія електростатичного заряду;
незадовільна освітленість робочих зон або підвищена яскравість; незадовільні
метеорологічні умови в робочій зоні; дія бризок та крапель розплавленого
припою; ураження електричним струмом. Біологічна дія деяких вихідних
компонентів припою наведена у таблиці 5.1.
Враховуючи шкідливість вихідних компонентів, що входять до складу
припою, флюсів та миючих середовищ, до приміщень та робочих дільниць, де
виконується паяння, ставляться особливі вимоги.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 5.1 – Біологічна дія, клас небезпеки та гранично-допустима кон-
центрація (ГДК) у повітрі робочої зони деяких компонентів, що входять до складу
припою
Клас ГДК,
Компонент Характер токсичності та дії
небезпеки мг/м3
При вдиханні пилу вражаються легені,
Алюміній 3 2,00
виникає дифузний фіброз - алюміноз
Спостерігається ураження печінки, легенів,
Кадмій нирок, системи кровообігу, статевої та 1 0,10
репродуктивної функцій
Діє на центральну нервову систему, викликає
Марганець органічні зміни головного мозку, дистрофічні 2 0,30
зміни в печінці та легенях
Ураження органів дихання, шлунково-
Мідь кишкового тракту, печінки, нирок, анемія, 2 1,0
пневмосклероз
Ураження нервової системи, шлунково-
кишкового тракту, печінки, серцево-судинної
Нікель 2 0,50
системи (гіпотонія), системи крові, слизової
оболонки верхніх дихальних шляхів
Ураження бронхів, проліферативно-
Олово
кліткова реакція в легенях. 3 10,0
(оксид)
При тривалій дії можливий пневмоконіоз
Ураження нервової системи, крові, серцево-
судинної системи, шлунково-кишкового
Свинець 1 0,01
тракту, статевої системи, ураження перебігу
вагітності
Ураження дихальних шляхів, травного
Сурма 2 0,50
тракту, нервової системи, серцевого м'язу
Титан Астмоїдні бронхіти, емфізема, фіброз легенів. 3 10,0
Ураження дихальної та травної систем, нирок,
Цинк 2 0,50
серця
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5.2 Вимоги до виробничих приміщень, технологічних процесів і
обладнання
Дільниці, на яких зосереджені операції паяння, виділяють в окреме
приміщення. Опорядження приміщень, повітропроводів, комунікацій,
опалювальних приладів має допускати їх очищення від пилу і періодичне
обмивання. Стики стінні, стін зі стелею та підлогою роблять зкругленими; стіни,
віконні рами, опалювальні прилади, повітропроводи повинні бути гладенькими та
покритими олійною фарбою світлих тонів (панелі на рівні 1,5 - 2 метри від
підлоги краще облицювати плиткою). Підлоги повинні бути водостійкими та
виготовлені з матеріалу, що має підвищену міцність і опір стиранню та
запаленню, без щілин та мати ухили до трапів каналізації.
При розробці технологічного процесу до програми робіт повинні
закладатись тільки стандартизовані припої та флюси.
Використання припоїв, до складу яких входять кадмій та свинець, слід різко
обмежувати, а при пайці у замкнених просторах, що погано провітрюються,
припої, які містять кадмій, слід виключити.
При пайці хвилею подачу, занурення та виймання виробів необхідно
виконувати автоматично, забезпечивши запобігання розбризкуванню припою.
При пайці автоматами з високочастотним нагрівом інтенсивність
електромагнітного поля не повинна перевищувати допустимі норми згідно ДСН
3.3.6.096-2002. Крім того, автомати повинні бути обладнані вбудованими
місцевими відсмоктувачами. Переміщення дрібних виробів конвеєром
виконується у спеціальній тарі, яка виключає забруднення робочих поверхонь.
Рідкі флюси наносять на вироби за допомогою пензлика або спеціальних
пристроїв, що виключають забруднення флюсом робочих поверхонь або шкіри
рук. На постах паяння дозволяється зберігати флюс і припій у кількості змінної
витрати.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
В більшості випадків здійснення пайки передбачає не тільки наявність
паяльника, але і необхідних комплектуючих, мінімальний набір яких складається
з контрольно-керуючого модуля і пружинного держателя, що є основними
модулями паяльної станції.
Стандартна паяльна станція спеціального призначення, у тому числі,
промислового, може бути укомплектована:
термопинцетом (використовується для монтажних і демонтажних операцій
мініатюрних компонентів);
феном локального підігріву (використовується, як допоміжний підігрівача в
місці пайки);
тепловим випромінювачем (застосовується, щоб розігріти плату, коли
проводиться групова пайка);
вакуумним пінцетом;
допоміжної арматурою.
В залежності від призначення паяльної станції, її комплектація може
включати пристрої для проведення вузькоспеціалізованих операцій.
Паяльна станція буває:
термоповітряною — цей вид пристроїв обладнаний феном і передбачає
пайку гарячим повітрям;
індукційною — являє собою мініатюрний, але дуже потужний і витривалий
пристрій;
імпульсною — застосовується для монтажу і демонтажу будь-якої сучасної
схеми;
інфрачервоною — поряд з газовими паяльниками це найкраща можливість
відремонтувати мобільний телефон або планшет.
Технологічні особливості застосування паяльних станцій
В залежності від типу виконуваної пайки, пристрої поділяються на 2
категорії — свинцеві і безсвинцеві.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Обладнання для свинцевої пайки оснащено модулем, що регулює рівень
нагріву жала. Це можуть бути як прилади, робота яких базується на
електроенергії, так і станції індукційного типу.
Характерна особливість індукційних станцій полягає в тому, що їх роботу
забезпечує змінне магнітне поле.
При цьому кожен елемент пайки обробляється з різною потужністю, вибір
якої здійснюється автоматично, так як прилад самостійно визначає теплоємність
компонента пайки.
Використання індукційних станцій для пайки зручно в управлінні і
відрізняється високою тепловіддачею.
У тих випадках, коли необхідно зробити паяння дрібних елементів схеми
або важкодоступних компонентів, застосовують спосіб безконтактної пайки. До
безконтактним відносяться термоповітряні та інфрачервоні паяльні станції.
Принцип дії інфрачервоного обладнання для пайки базується на
властивостях інфрачервоних променів, одержуваних з керамічних або кварцових
елементів. Основна сфера застосування станцій інфрачервоного типу —
комп’ютерні схеми і материнські плати.
Станції термоповітряного типу працюють за принципом точкової передачі
гарячого повітря, тому з їх допомогою можна легко прогріти важкодоступні
елементи, не зачепивши при цьому сусідні контакти.
Технологічне різноманіття видів і категорій паяльного обладнання істотно
ускладнює його вибір.
Майстри, що використовують звичайний паяльник, добре знайомі з
ситуацією, коли чутливі елементи приладу перегріваються, а відрегулювати
температуру не представляється можливим.
Це одна з причин, по якій краще віддати перевагу паяльної станції, ніж
паяльнику, оскільки в оснащення станції входить блок живлення, а з його
допомогою можна змінювати не тільки напругу, але і температурний режим
пристрою.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Тим не менш, недостатньо просто вибрати паяльну станцію з системою
термостабілізації. Важливо також врахувати потужність пристрою, особливо,
якщо використовуються тугоплавкі припої.
Інакше негативних наслідків не уникнути:
- завищена температура пайки призводить до перегріву компонентів схеми;
- довговічність жала паяльника через перегрів різко скорочується;
- термін придатності нагрівального елемента зменшується;
- доріжки на платі перегріваються;
- якість пайки незадовільна.
У подібних випадках рекомендується звернути увагу на обладнання,
спеціально призначене для безсвинцевої пайки — по-перше, потужність таких
пристроїв значно вище, а по-друге, їх можна використовувати і для свинцевої
пайки.
Способи управління паяльним обладнанням
Окремої уваги при виборі паяльного обладнання заслуговує спосіб
управління станцією. Він буває цифровим і аналоговим.
Пристрої аналогового типу вимагають постійного контролю, тому що при
досягненні певної температурної позначки, їх необхідно відключати, щоб не
перегрівся паяльне жало. З іншого боку, після відключення пристрою
температура падає, і щоб здійснити паяння, необхідно знову дочекатися її
підвищення.
Пристрої цифрового типу працюють завдяки відповідному програмному
забезпеченню, яке забезпечує контроль температури нагрівання жала
автоматично. А тому, цифровий спосіб контролю забезпечує більш стабільний і
точний рівень підтримки температури, ніж аналоговий.
Принципи вибору паяльної станції
Головне завдання паяльного обладнання — забезпечення якісного
з’єднання елементів, що в свою чергу, залежить від наступних конструктивних і
технічних параметрів:
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- Типу нагрівального елемента. Сучасні виробники пропонують паяльні
станції з двома видами нагрівачів — керамічними та ніхромовими. Керамічні
нагрівачі швидко нагріваються, але чутливі до нерівномірного прогріву і можуть
тріснути. Але при наявності термостабілізації, нагрівачі з кераміки показують
хорошу тепловіддачу, високу потужність і довговічність. Тоді як ніхром не
здатний забезпечити тривалу експлуатацію нагрівача і тому рекомендується для
нечастого використання. Правда, нагрівач з ніхрому коштує значно дешевше
керамічного;
- Діапазон регульованих температурних показників;
- Швидкості розігріву;
- Потужності. Як правило, якісний рівень роботи паяльної станції залежить
від доцільності її експлуатації. Все залежить від того, якого роду потрібно пайка і
для яких компонентів. Тому, потужність — це один з найголовніших параметрів,
що визначають вибір паяльного обладнання.
- Напруги;
- Ергономічних показників — ваги, розміру, форми.
Також об’єктивними факторами, що впливають на вибір паяльного
пристрою, вважаються:
- Прийняті світовим співтовариством стандарти, які передбачають
безсвинцеву пайку. Це означає, що для забезпечення пайки знадобиться
обладнання з робочою температурою 250 °C;
- Розміщення мікросхем в корпуси типу BGA. З одного боку, це
виправдано, так як дозволяє зменшити розмір виробів. З іншого боку, це
ускладнює всі пов’язані з пайкою процеси через важкодоступність компонентів.
Серед широкого різноманіття паяльних станцій пропонується використати
паяльну станцію Handskit 909D.
Паяльна станція має в своєму розпорядженні не тільки паяльник і фен, а й
тестер з блоком живлення. Це дає можливість організувати повноцінну
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
майстерню з ремонту і ніколи не втрачати необхідні інструменти, тестер і блок
живлення завжди будуть під рукою.
Цифрове регулювання температури дає можливість точного регулювання
температури повітряного потоку, що забезпечить підбір ідеального режиму
роботи для різних компонентів. Подача повітря здійснюється вентилятором в
рукоятці фена, що виключає використання товстого шлангу подачі повітря і
забезпечує зменшення шуму при роботі. Все це полегшує роботу і забезпечує
економію робочого місця. Потужний нагрівач забезпечує швидкий нагрів і точне
підтримання температури у діапазоні 100 - 450°C незалежно від швидкості потоку
повітря.
Рисунок 5.1 – Зовнішній вигляд паяльної станції Handskit 909D
Широкий температурний діапазон жала паяльника забезпечить можливість
роботи з практично будь-якими компонентами. Жало паяльника - керамічне. Це
означає, що жало має додатковий антистатичний захист, який не допустить
впливу випадкових статичних розрядів на компоненти, на яких відбувається
пайка.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4 цифрових дисплея забезпечують інформативну роботу з усіма
пристосуваннями. Всі основні елементи управління станцією знаходяться на
передній панелі. Паяльна станція Handskit 909D має окреме включення для
кожного з інструментів, а також можливість від'єднати всі інструменти, крім
фена.
Технічні характеристики HandsKit 909D
Напруга живлення: 220 В;
Вихідна напруга: 26 В;
Робоча температура: 0°С - 50°С;
Температура зберігання: - 20°С - 80°С;
Вихідна потужність: 50 Вт;
Температурний діапазон паяльника: 200°С - 480°С;
Температурний режим фена: до 450°С;
Потужність термофену: 700 Вт;
Потужність повітряного потоку: 120 л/хв;
Розмір: 25.6 х 18.8 х 17.5 см;
Вага: 4.9 кг;
Комплектація HandsKit 909D:
- термоповітряна паяльна станція;
- паяльник;
- термофен;
- тримач для термофену;
- підставка під паяльник;
- 4 насадки для термофену;
- тестер;
- щупи для тестера і блоку живлення.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5.3 Вимоги до систем вентиляції та опалення в процесі пайки
Роботи із шкідливими і пожежовибухонебезпечними речовинами при
нанесенні припоїв, флюсів, паяльних паст, сполучників і розчинників повинні
проводитися за наявності робочої загальної та місцевої витяжної вентиляції.
Системи місцевих відсмоктувачів повинні включатися до початку робіт і
вимикатися після їх закінчення. Робота вентиляційних установок повинна
контролюватися за допомогою світлової та звукової сигналізації, яка автоматично
включається при зупинці вентиляції.
Повітрозахоплювачі місцевих відсмоктувачів повинні кріпитися на гнучких
або телескопічних повітропровідних трубах, здатних переміщатися в процесі пайки
паяльником до місця пайки. При цьому повинна бути забезпечена надійна фіксація
положення повітрозахоплювачів.
Конструкція місцевих відсмоктувачів і зона розташування всмоктуючої
частини повітроприймача вибирається залежно від габаритних розмірів і форми
виробів. У зоні паяння швидкість направленого потоку, що утворюється місцевими
відсмоктувачами, повинна на 0,2 м/с перевищувати рухомість повітря в зоні пайки,
але бути не менше 0,5 м/с. На дільницях, де допускається природне провітрювання,
швидкість повітря в зоні пайки, що утворюється місцевими повітроприймачами,
повинна бути не менше 0,6 м/с. Електропаяльники у робочому стані повинні
знаходитися у зоні дії витяжної вентиляції. Повітря на дільниці паяння слід подавати
повітря розосереджено у верхню зону приміщення через плафони, перфоровані або
щілинні стелі, перфоровані повітропроводи, панелі та ін. Швидкість руху повітря в
робочій зоні радіомонтажника повинна бути не більша 0,3 м/с.
Приміщення, в яких містяться дільниці паяння, обладнуються відокремленою
припливно-витяжною вентиляцією. Приплив повітря повинен складати 95% обсягу
витяжки. Недостатні 5% припливного повітря надходять із суміжних, більш чистих
приміщень. Рециркуляція повітря у приміщенні паяння не допускається. Утворені
повітрообміни слід перевіряти на забезпечення в приміщеннях необхідних
метеорологічних умов за ГОСТ 12.1.005-88.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5.4 Вимоги до санітарно-побутових, допоміжних приміщень і засобів
індивідуальної профілактики
Місця, відведені для паління, а також кімнати для приймання їжі і
виробничі дільниці обладнуються умивальниками, до яких безперервно повинна
подаватися гаряча і холодна вода протягом всіх змін. Біля умивальників
передбачаються бачки з 1% розчином оцтової кислоти або змивальної пасти на
основі ОП-7 для попереднього обмивання рук і наступного миття їх теплою
водою з милом.
Для захисту шкіри рук від впливу сенсибілізуючих речовин, що входять до
складу флюсів, застосовуються захисні мазі і пасти типу «Миколан», паста «ИЕР-
1», «ХИОТ-14», казеїнова паста і біологічні рукавички, що наносять на шкіру
перед початком зміни і після обідньої перерви. Після роботи для шкіри рук
необхідно застосовувати жирні поживні креми.
Питну воду для працюючих на дільницях пайки подають через фонтанчики,
які встановлюють поза паяльними дільницями, але поблизу них.
Паяльні роботи повинні виконуватися робітниками у передбаченому для
цього спецодязі, який забороняється брати додому. У приміщеннях, де
виконується паяння, забороняється зберігати будь-який вид одягу, особистих
речей, приймання та зберігання їжі, питної води, а також паління. Вхід в
робочому одязі у кімнати для приймання їжі, їдальні і буфети забороняється.
Міняти і здавати до прання робочий одяг необхідно не рідше одного разу на
тиждень.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ВИСНОВОК
В даній випускній кваліфікаційній роботі проведено аналіз існуючих
схемних рішень вимірювачів атмосферного тиску та обґрунтовано необхідність їх
використання широким колом споживачів.
Враховуючи вище наведені розрахунки, можна зробити висновок про
достатній рівень функціональності та високу ефективність роботи спроектованого
пристрою.
До його основних переваг можна віднести: реалізацію простого та
ефективного схемотехнічного рішення, яке дозволяє достатньо точно вимірювати
рівень атмосферного тиску та представляти отримане значення в мм. рт. ст. за
допомогою цифрової індикації; малі габарити пристрою, використання
автономного живлення від батареї живлення або акумуляторної батареї.
Використання в основі блоку перетворення спеціалізованої ІМС ICL7106
дозволило не лише реалізувати функцію аналого-цифрового перетворення, але й
суттєво спростило реалізацію цифрової індикації результатів вимірювання тиску,
завдяки вбудованому драйверу рідкокристалічного індикатора. Також це
дозволило зменшити масо габаритні показники розробленого барометра.
Можливість роботи від акумуляторної або звичайної соляної батареї з
напругою живлення 9 В, є досить актуальним через вимогу малогабаритності
барометра та можливість його використання в «польових» умовах. Зокрема
актуальним є необхідність контролю рівня атмосферного тиску серед рибалок, які
досить часто можуть рибалити на протязі значного часу в місцевості де відсутня
напруга живлення мережі 220 В.
Реалізація функції перетворення (масштабування) та підсилення сигналу,
який надходить з датчика тиску виконані з використанням схемних рішень, що
побудовані на основі операційних підсилювачів. Після відповідної процедури
калібрування блоку підсилення стає можливим представлення результатів
вимірювання атмосферного тиску в звичних міліметрах ртутного стовпчика.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для оцінки приблизного часу напрацювання спроектованого пристрою
проведено попередній розрахунок надійності за несподіваними експлуатаційними
відмовами, з наведенням відповідних показників надійності.
Для забезпечення правильної роботи приладу також необхідно ретельно
дотримуватись всіх вимог до виготовлення приладу, а також правильного паяння
та встановлення компонентів друкованого монтажу.
В розділі охорони праці було проведено аналіз небезпек і шкідливих
факторів, що виникають при проведенні паяльних робіт в процесі виготовлення
вузлів обладнання в приміщенні технічної лабораторії, розглянуто вимоги до
виробничих приміщень, технологічних процесів і обладнання. Також
проаналізовано вимоги до систем вентиляції та опалення в процесі пайки та до
санітарно-побутових, допоміжних приміщень і засобів індивідуальної
профілактики.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Вплив погоди на самопочуття людини. [Електронний ресурс] – Режим
доступу: http://pogoda.rovno.ua/node/52 – Назва з екрану.
2. П.Д. Астапенко. Вопрсы о погоде. – Ленинград : Гидрометиздат, 1982.
3. Ізабель Г.И. Електронні пристрої для риболовлі. В допомогу
радіоаматорові. [Електронний ресурс] – Режим доступу:
http://www.mastervintik.ru/elektronnyj-barometr-indikator/ – Назва з екрану.
4. «Невелика метеостанція своїми руками» [Електронний ресурс] – Режим
доступу: http://www.avispro.com.ua/doc.php?id=1172 – Назва з екрану.
5. Датчики давления – перспективы развития//«Современная электроника».-
2006, № 7, с.38 – 39.
6. Бобонич П.П., Бобонич Э.П. Простой вольтметр на базе мультиметра
М830//Электрик. –2009. –№10.– С.57-58.
7. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - К.: Вища
школа, 1983. - 240 с.
8. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания
радиоэлектронной аппаратуры. – М.: «Три Л», 2000. 400 с.
9. Методичні рекомендації до виконання кваліфікаційної роботи бакалавра
для здобувачів освітнього рівня «бакалавр» освітньої програми
«Радіотехніка» спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» усіх
форм навчання [Електронний ресурс] / Упоряд.: А.В. Гончаров, А.В.
Чепинога; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. –
Черкаси: ЧДТУ, 2018. – 61 с. – Назва з титульного екрана.
10. ДСТУ 3008:2015. Документація. Звіти у сфері науки і техніки.
11. Лопаткин А.Б. Проектирование печатных плат в системе PCAD 2002.
Учебное пособие для практических занятий. – Нижний Новrород, НТТУ,
2002. – 178 стр.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
12. Конструирование и технология печатных плат. Учебное пособие для
радиотехнических специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1973. –
216 с.
13. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы. Конденсаторы. Справочное
пособие. – М.: СОЛОН-Р, 2000. – 240 с.
14. ДСТУ 3169 - 95 (ГОСТ 23585-79) - Монтаж электрической
радиоэлектронной аппаратуры и приборов.
15. Конспект лекцій з цивільного захисту для працівників, які не входять до
складу невоєнізованих формувань [Електронний ресурс] / Укл.: В. І. Биков,
В. В. Боршківський, О. С. Кожем’якін, А. В. Шинкаренко; Навчально-
методичний центр цивільного захисту та безпеки життєдіяльності
Черкаської області, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2009. –
243 с.
Арк.
СКРТ97.021107.248 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата