Вступ
Системи охоронної сигналізації є найбільш традиційними тапоширеними засобами, що використовуються для охорони будинків, квартир, офісів.Основне призначення охоронної сигналізації — виявлення несанкціонованого проникнення увзяті під охорону приміщення, і як наслідок, забезпечення цілісності майна.
Охороннасигналізація дозволяє контролювати і сповіщає про такі процеси що відбуваютьсяв об'єкті, взятому під охорону:
– руйнуваннявікон, стін, перекриттів;
– відкриттядверей і вікон;
– пересуваннялюдей всередині приміщень.
Сьогодніна ринку охоронних сигналізацій представлено безліч різних варіантів, яківідрізняються не тільки багатофункціональністю й зовнішнім виглядом, але йціною.
Видисистем охоронної сигналізації:
– охороннасистема, яка у випадку спрацьовування будь-якого датчика активує сирену абостроб-спалах;
– системасигналізації з підключенням до телефонної лінії. При появі сигналу тривогипо телефонній лінії передається заздалегідь записане голосове повідомлення назапрограмовані телефонні номери;
– системаохоронної сигналізації з підмиканням до центру спостереження (пультоваохорона). Всі сигнали тривоги надходять на пульт централізованогоспостереження. Оператор, отримавши інформацію від охоронної системи, вживаєнеобхідних заходів.
– GSMсигналізація. Охоронна сигналізація при спрацьовуванні датчика відправляєсигнал тривоги як SMS повідомлення на мобільний телефон.
Всімохоронним системам, за винятком останньої, притаманний ряд недоліків:
1)немає можливості оповіщення користувача про тривогу, якщо його немає біляохоронного об'єкта — дана система виконує лише «відлякувальну»функцію.
2)система сигналізації з відімкненням до телефонної лінії. Телефонну лінію можнаобрізати. Можливі також і інші пошкодження телефонної лінії — дана система неавтономна.
3)пультова охорона, як і попередня, з'єднується з пультом охорони за допомогоюдротів; при пошкодженні дротів система перестає працювати.
Виходячиз цього, розробка засобів контролю за віддаленими об'єктами на основітехнології GSM охорони є перспективним і актуальним завданням.
Метою даної роботи єрозробка автономного недорогого універсального охоронного пристрою, виконаногона сучасній елементній базі, який призначений для цілодобової охорони об'єктіврізного призначення: офісів, дач, квартир, гаражів, складів і т. п.
Завданнямиданої роботи є: проведення розрахунків, які підтверджують працездатністьпристрою й подальшу його експлуатацію; розробка принципової схеми і друкованоїплати; визначення економічних параметрів.
1.Порівняльний аналіз розроблювального пристрою з аналогами
Зрозвитком послуг стільникового зв'язку все більше розповсюдження отримують GSMсигналізації. Перевага GSM сигналу над звичайним радіосигналом у тому, щорадіосигнал є обмеженим по дальності зв‘язку, станція випрацювання такогосигналу має великі розміри, а отже, енергоємна і залежить віделектропостачання. Разом з тим, GSM джерело має розміри мобільного телефону іможе працювати від акумулятора, а дальність поширення такого сигналуобмежується лише можливостями вашого мобільного оператора.
Сутьтакої охоронної системи полягає у використанні вже наявного GSM каналубудь-якого стільникового оператора для передачі сигналів тривоги у вигляді SMSабо голосу на телефон абонента, а можливо і групи абонентів. Велика кількістьподібних каналів сигналізації дозволяє довідатися про стан параметрів об'єктаохорони: від активності об'єктів до температури і атмосферного тиску на ділянціохорони.
Принципроботи охоронної GSM сигналізації: на об'єкті, що охороняється встановлюєтьсякомплект охоронної сигналізації, який оснащується GSM модемом або мобільнимтелефоном. При виникненні ситуації тривоги контрольна панель активізує цеймодем, і далі можливі три результати:
1.Передача SMS.
Впроцесі налаштовування системи в GSM модем заносять sms-повідомлення, якібудуть передані на запрограмований номер телефону згідно з заздалегідьвизначеними ситуаціями, наприклад, «Тривога», «Відсутність мережного живлення»,«Пожежа», «Витік води» і ін.
Причомудля кожної події можна запрограмувати своє повідомлення. Отримавши таке sms-повідомлення,власник буде точно знати, що сталося на об'єкті охорони: тривожна ситуація або,наприклад, витік води.
2.Дзвінок на мобільний телефон.
Цемабуть, «найбюджетніший» варіант використання системи. У випадку тривоги,наприклад, відкриття вхідних дверей під час перебування системи в режимі «ОХОРОНА»,модем робить дзвінок на Ваш мобільний телефон. На екрані телефонувідображається номер абонента, що викликається, яким є охоронна система. Вамвідразу стає зрозуміло, що відбулася позаштатна ситуація, але без подальшоїдеталізації.
Оскількисьогодні оператори стільникового зв'язка пропонують велику кількість тарифівбез абонентської плати, то можна не піклуватися про стан рахунку. Адже немаєнеобхідності піднімати трубку.
3.Голосовий виклик.
Якщонеобхідно отримувати голосові повідомлення по спрацьовуванню охоронної системи,то додатково знадобиться голосовий модуль, у який заздалегідь надиктовуютьсяповідомлення про тривогу. При реалізації такої схеми GSM модем буде виконуватифункції емалювання дротової телефонної лінії.
GSM –модем працює разом з «класичною» системою охоронної сигналізації, тобто він єдоповненням до системи, а це спричиняє додаткові витрати.
Оскількикупівля GSM-Модему вимагає витрат, то замість нього можна використовуватимобільний телефон, який виконує такі ж функції, має менші габарити і доступнуціну.
Система охоронної сигналізація включає:
· датчики;
· виконавчі пристрої.
Датчик — чутливий елемент, що перетворюєконтрольований параметр в електричний сигнал.
Особливість датчиків для систем охоронної сигналізації та, що вониреєструють, в основному, неелектричні величини. Вимірювання неелектричнихвеличин — досить складне завдання і при цьому датчикимусять забезпечувати високу надійність і вірогідність контролю.
Датчики об'єднуються в зони. Під зоною розуміють один або кілька датчиків,що охороняють певний об'єкт або ділянку об'єкта.
У системах типу «охоронна сигналізація» використовуються датчикинаступних типів:
· пасивні інфрачервоні датчики руху;
· датчики розбивання скла;
· активні інфрачервоні датчики руху і присутності;
· фотоелектричні датчики;
· мікрохвильові датчики;
· ультразвукові датчики;
· вібродатчики;
· датчики температури;
· датчики наявності пару і газу;
· магнітні (герконові) датчики;
· шлейфи.
Пульт-Концентратор — центральний пристрійсистеми типу «охоронна сигналізація». Він виконується на базі мікроконтролера.Всі функції системи обумовлюються програмою мікроконтролера. Параметри програмизадає користувач, залежно від його повноважень, зі спеціального пульта.
Існують різні способи постановки / зняття охорони:дистанційно, радіо брелоками, електронними ключами Touch Memory, Proximity,магнітними картами, простими кнопками.
Електронніідентифікатори Touch Memory являють собою мікросхему, розміщену в міцномукорпусі із нержавіючої сталі. Аутентифікація (розпізнання) користувачавипрацьовується за унікальним і незмінним для кожної карти кодом завдовжки 48біт.
Недоліки:незважаючи на наявність унікального 48-бітного коду, який
теоретичноунеможливлює підробку Touch Memory, в той же час існують програми, щодозволяють у найкоротший строк здійснювати копіювання цього виду електроннихключів. Подібні програми (в поєднанні зі вмонтованою у корпус Touch Memoryпрограмувальною мікросхемою) використовуються сьогодні численними пунктами, якіпропонують «виготовити копію електронних ключів».
Магнітнікарти є пластиковими картками стандартних розмірів.
Недоліки:чутливі до забруднення, впливу магнітних полів, нагрівання, механічнихушкоджень. При багаторазових зчитуваннях відбувається поступове стираннямагнітного шару. Досвід експлуатації виявив слабкість пристроїв для зчитуваннямагнітних карт і карт зі штриховим кодом.
Незважаючина сучасність і простоту, використання таких ідентифікаторів вимагає додатковихзаходів обережності: зберігання має здійснюватися так, як і зберіганнязвичайного ключа від квартири (з якого можна зняти зліпок) або банківськоїкарти (унікальний код якої можна зчитати).
Навідміну від цих методів постановки / зняття охорони, використаннязвичайної кнопки керування (КК), що розміщується на території, якаохороняється, є досить простим і надійним.
Прокладкудротів від блоку керування до КК слід виконувати прихованою, бо обрив дротупорушує працездатність пристрою. Оскільки обірвати дріт можна тількиперебуваючи усередині охоронного приміщення, що вимагає відкриття дверей, чивікон — моментально спрацює паралельна ланка охоронної сигналізації.
Розробленаохоронна сигналізація є універсальним, недорогим пристроєм і не поступається засвоїми функціями й можливостями таким аналогам як: комплект GSM сигналізації «GSA-04стандарт» і «GSA-04 економ», GSM сигналізація на базі МК PIC16F628A, Сталкер-5(C60).
2. Розробка структурної схеми сигналізації
Охороннусигналізацію з GSM-каналом можна розділити на такі структурні блоки, які йбудуть складати структурну схему даного пристрою:
– кнопкакерування;
– мікроконтролерAT89C 2051–24PI, ATTINY2313;
– датчики;
– перемикачі;
– сирена,зовнішній маяк;
– мобільнийтелефон з GSM-каналом.
Однократненатискання кнопки керування й утримання протягом 1…2 с запускає систему.
Данийпристрій містить два мікроконтролери, що дозволяє виконувати призначені функціїкожним з них, незалежно один від одного.
МікроконтролерAT89C 2051–24PI виконує основні функції по звіту часу на вхід Т1, на вихід Т2,тривалість звучання сирени Т3.
Ціпараметри встановлюються за допомогою перемикача SA 1–4 на платі пристрою.
Дваз‘єднувальні шлейфи і герконові датчики встановлені на вікнах і вхідних дверяхприміщення, що охороняється. При порушенні цілісності одного або кількохшлейфів сигналізації (наприклад, розмикання герконового датчика) приводить довмикання низькочастотного звукового сигналу і активує другий мікроконтролер, щовиконує функцію розсилання sms-повідомлень або робить телефонні дзвінки назапрограмовані номери.
Сирена(звуковий оповісник) ПКІ-1 забезпечує тривалу подачу голосного звуковогосигналу (100…105 дБ). Зовнішній світлодіод «Маяк» сигналізує про режими роботиохоронного пристрою (горить безперервно в режимі «Охорона» і перервно — у режимі«Тривога»).
2.1Принцип роботи охоронної сигналізації
Охороннийпристрій забезпечує вмикання низькочастотного звукового сигналу стандартноїп’єзокерамічної сирени ПКІ-1 при порушенні цілісності одного або кількохшлейфів сигналізації (розмиканні герконового датчика). Перед початком роботислід встановити необхідні для користувача часові параметри (час на вхід Т1, часна вихід Т2, тривалість звучання сирени Т3). Ці параметри встановлюють задопомогою перемикача SA 1–4 на платі пристрою відповідно з таблицею 2.1.
Користувач,залишаючи охоронний об'єкт, вмикає систему однократним натискуванням івитримкою протягом 1…2 с кнопки керування КК1. При цьому лунає короткочасний(0,5с) звуковий сигнал, що підтверджує готовність пристрою до роботи (початокпостановки в режим «Охорона»). Потім із затримкою на час Т2 (таблиця 2.1)пристрій автоматично переходить в режим «Охорона». Під час затримки пристрій нереагує на стан датчиків шлейфів сигналізації, тому користувач можебезперешкодно покинути охоронний об'єкт. По витоку часу Т2 пристрій перевіряє станшлейфів і, якщо вони перебувають у нормально-замкнутому стані, подає трисигнали сирени (включення режиму «Охорона»).
Якщохоча б один зі шлейфів розімкнений, пристрій не переходить у режим «Охорона»,подаючи поодинокі звукові сигнали. Якщо всі вікна й двері в приміщенні, щоохороняється, зачинені — пристрій переходить в режим «Охорона»,сигналізуючи про це трьома звуковими сигналами.
Прирозмиканні будь-якого датчика лунає звуковий сигнал протягом 0,5 с. Далі,із затримкою Т1 (таблиця 2.1), пристрій переходить у режим «Тривога» і видаєпотужний звуковий сигнал з рівнем 100…105 дБ. Під час зазначеної затримки або врежимі «Тривога», користувач може виключити сирену, натискаючи й утримуючипротягом 1…2 с кнопку керування КК1, розташовану в прихованому місці. У цьомувипадку лунає двократний сигнал, який свідчить про те, що пристрій знято зрежиму «Охорона». Разом із сиреною при спрацьовуванні датчика відбуваєтьсявідправлення СМС і дзвінок на певний номер.
Таблиця2.1. Установка режимів роботиПоложення мікроперемикачів Час Т1 на вхід, сек Час Т2 на вихід, сек Час звучання сирени Т3, хв
1
2
3
4 10 40 3 1 1 90 3 1 30 40 3 1 1 30 90 3 1 60 40 3 1 1 60 90 3 1 1 90 40 3 1 1 1 90 90 3 1 120 40 3 1 1 120 90 3 1 1 1 40 5 1 1 1 1 90 5 1 1 30 60 1 1 1 1 90 40 5 1 1 1 90 90 5 1 1 1 1 120 60 1
Конфігуруваннятелефону:
а) впершій комірці телефонної книги на sim-карті необхідно записати номер, з якимбуде працювати охоронна система (відправляти на нього sms, телефонувати,вмикатися і вимикатися при скиданні виклику тільки із цього номера);
б) вкомірках з 1-ї по 8-у на sim-карті необхідно записати sms-повідомлення, якібудуть відправлятися при спрацьовуванні певного датчика (в першій комірці — SMS першогодатчика, у другий — другого і т.д.).
Якщоспрацьовування датчиків відбулося з вини зловмисників, сигнал тривоги будетривати встановлений час Т3 (таблиця 2.1).
Оскількипристрій працює на базі двох МК, які забезпечують незалежну роботу сирени йвідправлення sms-повідомлень або телефонних дзвінків, то за відсутностізовнішнього живлення пристрій може продовжувати свою роботу:
· живлення МК ATTINY2313 може здійснюватися від кожного із двохджерел: від акумулятора GSM-телефону або від зовнішнього живлення.
· При наявності зовнішнього живлення від нього живиться МК ізаряджається акумулятор мобільного телефону, а при відсутності зовнішньогоживлення МК живиться від акумулятора мобільного телефону. Тому, короткочасніперебої електроенергії (до 2 днів) на роботу GSM сигналізації не впливають. Чимбільша ємність акумуляторної батареї, тим довше GSM сигналізація здатназберігати свою працездатність за відсутності зовнішнього живлення;
· МК AT89C2051 що живиться від вбудованого пристрою з постійноюнапругою 9 В, забезпечує надійну цілодобову роботу пристрою протягомодного-двох місяців без заміни елементів живлення; рівень звукового тиску: 100…105дБ при напрузі джерела живлення 9 В.
Врежимі «Охорона» споживанням струму мале, тому необхідність заміни батарейвиникає приблизно через 1…2 місяці експлуатації охоронного пристрою. Пристріймає два вбудованих світлодіоди, які працюють тільки при наявності зовнішнього живлення12В: світлодіод «Мережа», що сигналізує наявність живлення, і світлодіод «Маяк»,що сигналізує про режими роботи охоронного пристрою (горить безупинно в режимі «Охорона»і переривчасто — в режимі «Тривога»). Передбачені клеми дляпідмикання зовнішнього світлодіоду «Маяк».
2.2Встановлення охоронної сигналізації
Пристрійбажано розміщувати на висоті ~ 2,5 м, щоб зашкодити навмисне виведенняйого з ладу зловмисниками. При розміщенні звукового блоку зовні охоронного об'єкту,слід унеможливити прямий вплив на нього атмосферних опадів. Мобільний телефонне обов'язково розміщувати поруч із охоронним пристроєм, дроти, що йдуть дотелефонного апарату, не слід робити довшими ніж 30 см. Телефон можнапомістити в металевому боксі разом із сигналізацією так, щоб власник мав донього доступ і міг при потребі поміняти або записати новий номер телефону.
Кнопкукерування КК1 необхідно помістити в прихованому, але доступному місці.Прокладку дротів від блоку керування до кнопки КН1 необхідно також виконатиприхованою, оскільки обрив дротів порушує працездатність пристрою.
Герконовідатчики встановлюють на коробках дверей і на віконних рамах, а магніти — на дверях івікнах так, щоб при зачинених дверях (вікнах) відстань між датчиком і магнітомне перевищувала 1…3 мм, а при відчинених — ця відстань булабільш ніж 2 см. Всі охоронні датчики включаються послідовно.
Принеобхідності встановлення великої кількості датчиків можна використовуватикінцеві вимикачі, герконові датчики інших типів, тонкого дротового шлейфу,фольги, що працюють «на розрив. Для шлейфу застосовують дріт ПЭВ, ПЭЛ діаметром 0, 05…0,3 мм.
2.3 Умови експлуатації охоронної сигналізації
– температурнийдіапазон — від – 40 до +40 оС;
– вологість не більше 90% при температурі 25 оС.
2.4 Технічні характеристики
· напругаживлення: 9 В (батарея типу «Крона»);
· споживанийструм у режимі «Охорона»: не більше 200 мкА;
· споживанийструм у режимі «Тривога»: не більше 30 мА;
· рівеньзвукового тиску: 100…105 дБ при напрузі джерела живлення 9 В;
· типвикористовуваних датчиків: геркони;
· індикаціяживлення 12 В «Мережа», індикація режиму охорони й тривоги «Маяк» (тільки занаявності зовнішнього живлення;
· GSM-Канал.
3. Розробка принципової схеми сигналізації
3.1 Вибірмікроконтролера
Основнимфункціональним елементом пристрою є мікроконтролер.
Основні функції, здійснювані мікроконтролером:
- відлік часу(для даного пристрою час на вхід, на вихід і на звучання сирени);
- прийманнякоманд, що надходять від перемикачів.
Проаналізувавши функції, виконувані мікроконтролером, до нього можнависунути такі вимоги:
- тактовачастота мікроконтролера повинна бути достатньою для нормальної роботи всієїсистеми;
- вихідні струмий напруги на виводах мікроконтролера повинні бути достатніми для керуванняіндикатором;
- загальнакількість виводів мікроконтролера повинна бути достатньою, для забезпеченнякерування всіма елементами, що входять до складу пристрою, робота якихкерується мікроконтролером. [1]
Також мікроконтролер повинен відповідати низці другорядних вимог:
- мікроконтролерповинен мати мале енергоспоживання;
- об'єм пам'ятіпрограм повинен вміщувати програмний код;
- обсягоперативної пам'яті має бути достатнім для коректної і швидкої роботи пристрою;
Враховуючи всі перераховані вимоги, для використання в нашому пристроїможна розглянути три мікроконтролери — це PIC16F84A, AT89C51 і PIC16C505 [2].
Для остаточного вибору мікроконтролера скористаємося методом виборуз використанням матриці нормованих параметрів. Для цього слід обрати основніхарактеристики, за якими будемо здійснювати порівняння обранихмікроконтролерів. В нашому випадку для порівняння доцільно використовувати такіпараметри:
- вихіднанапруга рівня логічного нуля />;
- вхідні напругирівня логічного нуля />;
- число лінійвводу / виводу мікроконтролера />;
- вартість.
Складемо таблицю, у якій будуть зазначені значення всіх потрібнихпараметрів для трьох обраних мікроконтролерів (таблиця 3.1).
Таблиця 3.1 – Основні параметри мікроконтролерівСерія Обсяг пам'яті програми, Кб
/>, B
/>, В
/> Вартість, грн PIC16F84A 2 0,6 0,8 13 10 AT89C2051 2 0,5 0,9 15 8 PIC16C505 1 0,6 0,8 12 8 ATTINY2313 2 0,5 2,5 18 8
Вага.коеф, bj 0,3 0,1 0,1 0,2 0,3
Залежно від значимості того чи іншого параметра, кожному з них присвоюєтьсяваговий коефіцієнт bj. Суми всіх вагових коефіцієнтів повиннідорівнювати одиниці.
Виходячи з таблиці, складемо Y-матрицю, в яку будуть входити ці жпараметри, але з урахуванням позитивного або негативного боку їхніх величин.
Розглянемопараметри і з‘ясуємо, до чого веде збільшення їх значень. Якщо збільшенняпараметра веде до погіршення роботи схеми, то його слід перерахувати вподальших обчисленнях (біля таких поставимо «–»). Якщо збільшення значенняпараметра несуттєве для роботи схеми, то його в подальших обчисленнях неперераховуємо (біля таких поставимо «+»). Отримаємо:
Таблиця3.2 Вплив параметрів на роботу схеми
Обсяг пам'яті програми, Кб
/>, B
/>, В
/>
Вартість,
грн. + - + + -
Y-матриця має такий вид:
/>
На основі цієї матриці, запишемо матрицю нормованих параметрів, уякій кожний елемент обчислюється по формулі:
/> (3.1)
іотримаємо матрицю А:
/>
Даліза формулою складемо оцінну функцію для кожного мікроконтролера:
/> (3.2)
де bj– ваговий коефіцієнт відповідного параметра. Той мікроконтролер, оцінна функціяякого виявиться найменшою, найкраще відповідає нашому пристрою.
/>
Виходячи з розрахунків, вибираємо мікроконтролери AT89С51 іATTINY2313 тому, що їхні оцінні функції виявилися найнижчими. Тому їхнайдоцільніше використовувати в нашому пристрої.
/>
Рис. 3.1.Цоколівка мікроконтролера АТ89С2051 [3]
/>
Рис. 3.2Цоколівка мікроконтролера АТTINY 2313 [4]
3.2Вибір елементної бази
Принциповасхема розробленого пристрою представлена на кресленні. Головними елементами ємікроконтролери АТ89С 2051–24PI (DD1) і АТTINY 2313 (DD2).
Максимальнаробоча напруга МК АТ89С 2051–24PI становить 6,6 В, а пристрій отримує живленнявід мережі з напругою живлення 12 В.
Дляпідтримки стабільної напруги живлення МК у пристрій введений інтегральнийстабілізатор напруги 78L05 (DA1) [5].
Сучаснімікросхеми стабілізаторів напруги випускаються на широкий діапазон вихіднихнапруг і струмів, вони мають вбудований захист від перевантаження по струму йвід перегріву — при нагріванні кристалу мікросхеми вищеприпустимої температури вона закривається й обмежує вихідний струм.
Типова схема включення стабілізаторів напруги наведена на рис. 3.3.
/>
Рис. 3.3– Схема ввімкнення стабілізаторів напруги
Вхід стабілізатора — «IN»; вихід — «OUT»; спільний — «GND» (Ground).
До входу (Input), а також до виходу(Output) стабілізатора (безпосередньо біля відповідного виводу або поблизуйого), щоб уникнути самозбудження, слід ввімкнути конденсатори ємністю 100мкФ і30пФ.
Якщо ємність конденсатора на виходістабілізатора надто велика, а струм навантаження малий, то між входом і виходомслід ввімкнути діод. Це гарантує, що напруга на виході буде дуже швидкозменшуватися до величини вхідної напруги.
Для надійної роботи стабілізатора напруга на вході вибирається неменш ніж на 3 В більшою, ніж вихідна напруга.
Таблиця3.3 Характеристики стабілізатора напругиТип Вхідна напруга, B Вихідна напруга, B min max 78L05 7,2 30 5
Урозроблюваній схемі використовується штирьовий і смд монтаж елементів на плату.Відповідно до розробки вибираємо елементи з урахуванням вимог монтажу.
Використовуєморезистори R 1-R19 типу R 0805–0,125 Вт, конденсатори з малим струмом витоку C1,С3 — ECR і керамічні конденсатори C0603 — С2, С 4…С12(служать для зменшення завад у схемі) [6].
Довиходів XTAL1 і XTAL2 МК АТTINY2313 підімкнений кварц частотою 1,8432 МГц; даначастота забезпечує безперебійну роботу послідовного порту МК (UART). До роз’ємуPLS-6 підмикається послідовний програматор для програмування мікроконтролера.До роз’єму PLS-8 підмикається мобільний телефон. Лінії RXD і TXD телефонупідмикаються до відповідних виводів TXD і RXD послідовного порту МК, а виводиCTS, RTS, DTR мобільного телефону до таких же виводів МК.
Довиводів PB 0-PB7 МК АТTINY2313 підмикаються датчики. Для запобігання впливу ВЧзавад на шлейфи датчиків установлюються конденсатори C11, C12. Датчикиспрацьовують на розрив, при від'єднанні від загального, тим самим можназапобігти можливості перерізати шлейфи датчиків. Діоди VD8, VD9 захищають МКвід потрапляння підвищеної напруги зі шлейфів датчиків.
Усхемі використовується перемикач SWD 1–4; у таблиці 3.4 наведені йогохарактеристики [7]:
Таблиця 3.4 – Характеристики перемикача SWD 1–4
Тип:
SWD 1–4 Кількість контактних груп: 4 Матеріал контактів: фосфориста бронза Робоча напруга, В: 24 Робочий струм, мА: 50 Матеріал корпуса: Термопластик Робоча температура, З: -40…70…70 Електрична надійність (кількість перемикань при робочому навантаженні): 10000 Зусилля при перемиканні не більше, Гс 400 Опір контактів, Ом: 0.1 Крок, мм: 2.54
Враховуючирозміри плати, вибираємо малогабаритну кнопку PS580N/L. Для індикації наявностіживлення й режимів роботи охоронного пристрою в схемі використовуютьсясвітлодіоди підвищеної яскравості (діаметр 3 мм) GNL-3014 (таблиця 3.5):
Таблиця3.5. Абсолютні максимальні параметри (при t=25 °C) [8]Максимальний постійний прямий струм 20 mА Постійна зворотна напруга 5 V Постійний зворотний струм (Vr-5V) 10mА Максимальний прямий струм, tw=1msec, Q=1/20 150mА Діапазон робочих температур -40…+80 °С Умови пайки (5 сек, 1.6 мм від корпуса) 300±5 °С
Інші елементи обрані виходячи з доцільності їхнього застосування вданій розробці.
3.3Вибір роз'їму
Клемник- один зі способів з'єднання проводів. Їх використовують, колинеобхідно з'єднати скільки завгодно багато провідників. Клемник виконаний увигляді мідної планки з отворами і гвинтовими затискувачами. Такий методз'єднання зручний при прокладці жорстких провідників, але для кріплення м'якихпровідників, їх наконечники необхідно опресовувати. Всі кріплення виконуютьсяпайкою в спеціальній коробці. Залежно від типу проводки може використовуватисявід двох до трьох штук [9].
Вибираємо клемник на 12 виходів — STB 1–12, до якого підмикаються зовнішніприлади: звуковий оповісник, кнопка керування, зовнішній маяк, шлейфи.
Виходячиз габаритів розроблювального пристрою і способу його кріплення (шляхомпідвісу), вибираємо роз'єми:
– PLS-6вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x6, пряма;
– RLS-8вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x8, пряма;
– PLS-2вилка штирова, крок 2.54 мм, 1x2, пряма.
4. Кваліфікаційна частина
4.1 Конструювання друкованої плати
4.1.1 Вибір типу друкованої плати
Для вибору типу друкованої плати (ДП), яка буденадалі використовуватися для проектування й побудови приладу, спочаткурозглянемо типи використовуваних ДП [10].
За конструктивним виконанням розрізняють:
– однобічні ДП (ОДП);
– двобічні ДП (ДДП);
– багатошарові ДП (БДП);
– провідникові або комбіновані ДП (ПДП);
– гнучкі ДП (ГДП).
ОДП прості в конструюванні й економічні увиготовленні. Основними перевагами ОДП є:
– можливість забезпечувати підвищені вимогидо точності виконання провідникового рисунку;
– встановлення навісних елементів наповерхні плати з боку, протилежного паянню, без додаткової ізоляції;
– можливість використання перемичок ізпровідникового матеріалу. Монтажні й трасувальні можливості ДП безметалізованих отворів, а також надійність і механічне кріплення низькі, томудля підвищення міцності кріплення елементів такі плати виготовляються зметалізацією отворів. Звичайно ОДП застосовуються для монтажу в побутовий ЕОА,у силовій електроніці, у НЧ пристроях [10].
ДДП характеризуються:
– вищою щільністю монтажу порівняно з ОДП;
– хорошою міцністю;
– підвищеною міцністю з'єднання виводівнавісних елементів з провідниковим рисунком плати;
ДДП хоча і мають складнішу технологіювиготовлення і дорожчі ніж ОДП, та все ж ці показники набагато нижчі, ніж вінших типах ДП [10].
БДП складаються із шарів, що чергуються,ізоляційного матеріалу й провідних рисунків, з'єднаних клейовими прокладками вбагатошарову структуру шляхом пресування. Переваги БДП:
– підвищена щільність монтажу;
– високі комутаційні властивості;
– стійкість до механічних і хімічнихвпливів.
Водночас вони складніші технологічно іконструктивно, а отже і більш високовартісні. Порівняно з ОДП і ДДП у них меншакількість зовнішніх виводів і менші розміри [10].
ПДП (комбіновані) являють собою діелектричну основу,на якій виконують друкований монтаж або його окремі елементи (контактніплощинки, шини живлення, шини землі й інші). Необхідні електричні з'єднанняздійснюють ізольованими провідниками (діаметром 0,1–0,2 мм). Тришаровапровідникова плата еквівалентна за щільністю монтажу 8-шаровій БДП. Такиймонтаж дозволяє отримати мінімальну довжину зв'язків, тобто мінімальні паразитніпараметри. ПДП дозволяють вносити зміни в схему при незначній зміні монтажу[10].
ГДП мають такі переваги:
– товщина 0,1–0,28 мм, що дозволяєзменшити масу ДП.
– висока ударостійкість.
ГДП складніші технологічно, мають вищу вартість,але вони незамінні при забезпеченні електричного зв‘язку між рухомимиоб'єктами.
Впровадження ДП в техніку електричногомонтажу було першим кроком на шляху прогресивних інтегральних процесів і сталопоштовхом для створення автоматизованого економічно ефективного масовоговиробництва. З економічних міркувань краще було б вибрати ОДП, але з огляду наскладність виконання розводки схеми без перетинань і додаткових провідників,доцільно взяти ДДП, що дозволить простіше виконати трасування провідників плати[10].
Максимальний розмір ДП, як багатошаровоїтак і одношарової, не повинен перевищувати 470 мм. Це обмеженнявизначається вимогами механічної міцності й щільності монтажу. Співвідношеннясторін ДП, для спрощення компонування блоків і уніфікації розмірів,рекомендується вибирати 1:1; 2:1 (але не більше 4:1). З метою максимальноговикористання фізичного об‘єму конструкції доцільно розробити ДП прямокутноїформи, не перевищуючи встановлених розмірів для наступних типів:Вид ДП Максимальний розмір ДП особливо малогабаритні 60×90 мм малогабаритні 120×180 мм середньо габаритні 200×240 мм великогабаритні 240×360 мм багатошарові 200×240 мм
Розміри ДП вибираються, виходячи з двохтипів вимог: функціональних і технологічних. Функціональні вимоги визначаютьсящільністю монтажу, кількістю ІС, формою корпусу. Технологічні вимогивизначаються обмеженнями типових розмірів з огляду на можливість технологічноїреалізації, яка визначається роздільною здатністю фотолітографії і механічноюміцністю матеріалу ДП. Виходячи з цього, вибираємо прямокутну ДП з розмірами60x90 мм, тобто — особливо малогабаритну.
Вибираємо ДДП, оскільки застосування її дозволить значно полегшититрасування, зменшити габарити плати, зменшити витрату матеріалу (порівняно зОДП) та забезпечити надійність з'єднань (порівняно з ПДП).
Як основу плати вибираємо фольгований склотекстоліт,використовуючи мідну фольгу, що нанесена на нього із двох сторін, як екран — екран з одногобоку, екран з іншого боку добре захищає схему від електричних і магнітнихзавад, які могли б погіршити роботу схеми (наприклад, помилкові спрацьовування).
4.1.2Вибір матеріалу друкованої плати
Як основу для виготовлення ДП, використовують шаруваті діелектрики,фольговані електролітичною міддю.
Вимоги до параметрів матеріалу основи ДП:
– висока термостійкість і мала вологопроникність;
– поверхневийопір при 40 °С має бути не меншим /> МОм;
– чистотаміді 99,5%;
– шорсткістьне гірше 0,4 мкм.
Таким параметрам відповідають гетинакс і склотекстоліт.
Гетинакс — шаруватий пластик на основі паперу йсинтетичних смол. Сполучною речовиною найчастіше є феноло-формальдегідні смоли,рідше — меламіно-формальдегідні,епоксидно-феноло-аніліно-формальдегідні. Вміст смоли в гетинаксі складає 40–55%.Іноді гетинакс фольгують червоно-мідною електролітичною фольгою, облицьовуютьбавовняними, скляними або азбестовими тканинами, армують металевою сіткою.Залежно від призначення гетинакс випускають кількох марок.
Гетинакс має високу механічну міцність та хороші електроізоляційнівластивості. Наведемо деякі його характеристики: щільність 1,25 г./см3;теплостійкість по Мартенсу 150…160 °С; міцність при розтягуванні 70…100 МН/м2(700…1000 кг/см2), міцність при статичним вигині (по основі)80…140 Мн/м2 (800…1400 кг/см2); питомаударна в'язкість 1,3…1,5 кг/м2 (13…15 кг/см2);водопоглинання за 24 години 0,3–0,6 г/дм2; питомийповерхневий електричний опір 1010…1012Ом; тангенскута діелектричних втрат при 103кГц 0,07–0,10 [11].
Склотекстоліт– шаруватий пластик, що складається з шарів склотканини (наповнювач),просякнутих синтетичною смолою (зв’язувальна речовина). Склотканини, щовикористовуються для виготовлення склотекстоліту, можуть бути одношаровими йбагатошаровими, різними за видом плетива (наприклад, кордне, полотняне,сатинове) і складом волокон. При продукуванні склотекстоліту зазвичайвикористовують кілька шарів склотканин (головно одношарової).
Склотекстолітзастосовують як конструкційний матеріал для виготовлення листів івеликогабаритних виробів складної конфігурації, а також як електроізоляційнийматеріал в електро- і радіотехніці.
Недолікомцього матеріалу є його низька теплопровідність порівняно з металами, але віндешевий і виробництво ДП на його основі є економічно вигідним, тому зупиняємовибір на ньому.
Вибираємофольгований склотекстоліт марки СФ – 2–35–1,5 (С — склотекстоліт; Ф- фольгований; 2 — двобічний (длявиготовлення двобічної ДП; 35 – товщина фольги в мікрометрах).
4.1.3 Вибір класуточності друкованої плати
Заточністю виконання елементів конструкції ДП діляться на п'ять класів точності.Клас точності вказують на кресленні ДП. Номінальне значення основних параметрівелементів конструкції ДПдля зазначеного місця наведені в таблиці 4.1:
ДП 1-гой 2-го класів точності найпростіші у використанні, надійні в експлуатації імають мінімальну вартість.
ДП 3-го,4-го й 5-го класів точності вимагають використання високоякісних матеріалів,інструментів і обладнання, обмеження габаритних розмірів, а в окремих випадкахі особливих умов виготовлення.
Виходячизі сказаного і переглянувши таблицю, приходимо до висновку, що найкращевикористовувати 3-й клас точності; він не так складний у виконанні як 4-й і 5-йі має значно кращі параметри, ніж 1-й і 2-й.
Таблиця4.1 Параметри елементів конструкції ДПКлас Точності Щільність монтажу
Мінімальна ширина провідника />
Відстань між краями сусідніх елементів />
Роздільна здатність />
Граничні
розміри
ДП /> 1 мала 0,75 0,75 0,6 до 470 2 середня 0,45 0,45 1,2 240 3 середня 0,25 0,25 2 170÷240 4 висока 0,15 0,15 3 170 5 висока 0,1 0,1 5 100÷170
4.1.4Вибір методу виготовлення друкованої плати
ДП має дві складові: це основа — ізоляційний матеріал (несуча частина) і власнедрукований монтаж. Друкованим монтажем називають систему плоских провідників,нанесених на ізоляційну основу, які забезпечують необхідні електричні з'єднаннявсіх елементів схеми. Як основний матеріал для друкованих провідниківвикористається мідь з вмістом домішок не більше 0,05%. Цей матеріал має високуелектричну провідність, стійкий щодо корозії, хоча й вимагає захисногопокриття. Механічні властивості друкованих провідників досить високі.Провідники ДП виготовляють із матеріалу, що має гарну адгезію до матеріалуоснови ДП.
Виготовлення ДП складається з таких етапів:
— механічна обробка ДП (різання заготівки, штампування, фрезерування,свердлення);
— нанесення друкованих провідників (друковані провідники можнаотримувати хімічним (субтрактивним), електрохімічним (аддитивним) і комбінованимметодами);
— монтаж елементів (пайка);
— заключні операції (захисне покриття, лакування і т. п.).
Субтрактивний процес — отримання провідникових рисунків шляхом селективного травленняділянок фольги.
Аддитивний процес — отримання провідникових рисунків шляхом селективного осаджуванняпровідникового матеріалу на нефольгований матеріал основи.
Для ДДП на фольгованій основі найбільш технологічним єкомбінований позитивний метод.
Цей метод полягає в отриманні провідників шляхом травлення фольгованогодіелектрика і металізації отворів електрохімічним способом.
При позитивному процесі діелектрик перебуває в більш сприятливихумовах, тому що фольга оберігає його від дії електроліту. Одначе, в цьомувипадку відбувається пассивація поверхні металу всередині отворів при травленні,що утрудняє пайку, оскільки метал не змочується припоєм. Комбінований спосібдоцільніше застосовувати при використанні як основи фольгованого склотекстолітудля отримання ДДП.
До переваг комбінованого методу можна віднести:
— поєднує в собі переваги хімічного (субтрактивного) іелектрохімічного (аддитивного) методів;
— істотно підвищує надійність паяних з'єднань завдяки тому, що припойпри відповідному виборі діаметра заповнює весь отвір; при цьому досягаєтьсяелектрична й механічна стабільність при малих діаметрах контактних площадок;
— міцність на розрив припаяних виводів перевищує міцність самих виводів[12].
4.2Конструкторсько-технологічний розрахунок
1. Визначеннямінімальної ширини друкованого провідника по постійному струму для ланцюгівживлення й «землі» [13].
/>
(4.1)
де /> – максимально припустимий(сумарний) струм, що протікає, по шині живлення і шині «земля»; /> - припустимащільність струму для друкованих плат, виготовлених комбінованим методом.
/>
/> - товщинапровідника буде дорівнювати:
/>
(4.2)
де />
/> - товщина шаругальванічно осадженої міді:
/>
/> – товщина шару хімічноосадженої міді:
/>
Струмспоживання в режимі «Охорона» (при живленні від внутрішньої батареї 9В) небільше 200 мкА. Струм споживання в режимі «Тривога» — 30 мА.
Розрахунокпроводиться для режиму «Тривога», коли схема споживає максимально припустимийструм.
∑Iспож=30мА />
/>
/>
2.Визначення мінімальної ширини провідника з урахуванням припустимого падіннянапруги на ньому.
/>
(4.3)
/>
/> - довжинанайдовшого провідника на ДП
/>
/>
3. Визначенняномінального діаметру монтажного отвору.
/>
(4.4)
де /> - діаметр виводуелемента; /> - нижнє граничневідхилення від номінального значення діаметру монтажного отвору; /> - різниця міжмінімальним діаметром монтажного отвору і максимальним діаметром виводу.
/>
4.Визначення діаметра контактної площадки.
/>
Рис. 4.1
/>
(4.5)
Мінімальнийефективний діаметр контактної площадки:
/>
(4.6)
/> - максимальнийдіаметр просвердленого отвору; /> - ширина поясунавколо контактної площадки; /> — похибка розташуванняцентра отвору відносно вузла координатної сітки; /> - похибкарозташування центра контактної площадки щодо вузла кординатної сітки;
/>
(4.7)
/> - допуск надіаметр отвору;
/>;
/>;
/>;
5.Визначення ширини провідника.
/>
(4.8)
/> - граничнезначення для 3-го класи точності;
/>
/>
6.Визначення мінімальної відстані між провідником і контактною площадкою.
/>
(4.9)
/> - відстань міжцентрами елементів (крок координатної сітки); /> — максимальнийдіаметр контактної площадки; /> - максимальнаширина провідника; /> - похибкарозташування центра контактної площадки відносно вузла координатної сітки; /> - похибка зсувупровідника відносно координатної сітки.
/>
Рис. 4.2
/>7. Визначення мінімальної відстані між двома сусідніми провідниками.
/>
(4.10)
/>8. Визначення мінімальної відстані між двома сусіднімиконтактними площадками.
/>
(4.11)
/>; />9. Визначення відстані між провідником і контактноюплощадкою (у випадку, якщо провідник проходить між двома контактнимиплощадками):
/>
(4.12)
/>
Розрахованезначення /> більше ніж значення />, що визначено третімкласом, тому провідник, прокладений між двома контактними площадками, не будедотикатися жодної контактної площадки.
Розрахованіелементи друкованого монтажу відповідають обраному класу точності монтажу. Уцьому можна переконатися за даними порівняльної таблиці 4.1.
Таблиця4.1 Розраховані параметри Розраховане значення Граничне значення для 3-го класи точності монтажу
bпр
0,35 мм
0,25 мм
Smin
0,21 мм; 0,8 мм; 0,9 мм; 0,33 мм
0,25 мм
bП0
0,1 мм
0,1 мм
Кдт 0,8 мм/1,5 мм = 0,53 0,33
5. Електричнийрозрахунок друкованої плати
1. Визначимоприпустимий спад напруги на друкованому провіднику:
/>
(5.1)
де />; />; />; />; />
2. Визначимопотужність втрат в ДП:
/>
(5.2)
де /> - оскількирозрахунок ведемо на постійному струму; /> - напругаживлення; /> — тангенс кутадіелектричних втрат.
/>
(5.3)
/> — діелектричнапроникність матеріалу; />; /> — товщина ДП; /> — площаметалізації; />;
/>.
3. Визначимопаразитну ємність між двома сусідніми провідниками, розташованими з одного бокуДП:
а)для випадку, коли обидва провідники перебувають в одному шарі:
Спар = Кп∙ ε∙ L1
(5.4)
де Кп-коефіцієнтпропорційності, пФ/см (в нашому випадку Кп=0,15); ε — діелектричнапроникність середовища (в нашому випадку ε =5,5); L1-довжина взаємногоперекриття провідників, см (в нашому випадку L1=5)
Тоді:
Спар= Кп∙ ε∙ L1 =0,15.5,5.5=4,22пФ;
б) увипадку, коли два провідники знаходяться в різних шарах:
Спар = Кп∙ ε∙ L1
(5.5)
де Кп-коефіцієнтпропорційності, пФ/см (в нашому випадку Кп=0,2); ε — діелектричнапроникність середовища (в нашому випадку ε =5,5); L1-довжина взаємногоперекриття провідників, см (в нашому випадку L1=1,27).
Тоді:
Спар= Кп∙ ε∙ L1 =0,2.5,5.1,27=1,39(пФ)
4. Визначимопаразитну індуктивність шини живлення й шини «земля»:
/> [мкГн]
(5.6)
де lп– довжина максимальної області (довжина шини живлення); bnp =0,35 мм – ширина провідника; tnp = 0.0965 мм — товщина провідника.Тоді
/>Таким чином, розробленаДП задовольняє заданим умовам, оскільки отримані розрахункові значеннянайважливіших електричних параметрів не перевищують припустимих значень дляДДП.
6.Розрахунок теплового режиму
Метоюданого розрахунку є перевірка необхідності використання додаткових елементів(радіаторів) для розсіювання тепла, що виділяється елементами схеми.
Розрахуноктеплового режиму для контролера АТ89С2051 і АТTINY2313.
Контролеримають наступні параметри (таблиця 6.1):
Таблиця6.1 Параметри мікроконтролерівКонтролер
Струм споживання Iспож, мА Напруги U, В
Припустима температура кристала мікросхеми Tдоп. ºС
Тепловий опір пластмасового корпусу Rтепл. пл. ºС / Вт АТ89С2051 25 6,6 85 110 АТTINY2313 20 5,5 85 110
Отжерозсювана потужність:
PрозАТ89С2051= I. U = 6,6.25 = 165 (мВт)
PрозАТTINY2313= I. U = 5,5.20 = 110 (мВт)
Длярозрахунку приймемо максимальну температуру з технічного завдання Tокр..=40 ºС.
Розрахуємотемпературу кристала:
Tкр. =Tокр..+ Pрас. × Rтепл. пл (6.1)
TкрАТ89С2051.= 40 + 0,165 ×110 = 58,15ºС
TкрАТTINY2313.= 40 + 0,11 ×110 = 52,1ºС
ОскількиTкр.
7.Розрахунок на віброміцність
Віброміцність- здатність пристрою протистояти протягом терміну службиприскоренням, що виникають при руйнівній дії вібрації в заданих діапазонахчастот.
Вібростійкість- здатність пристрою виконувати свої функції в умовах вібрації взаданих діапазонах частот і прискореннях, що виникають при цьому.
Визначимо віброміцність спроектованої ДП зі склотекстолітурозміром 80×62.5×1,5 мм. Вважаємо, що радіоелементи на ДПрозміщені рівномірно.
1. Визначеннямаси ДП і маси ЕРЕ:
mпп = abδппρст, (7.1)
де a, b — геометричні розміри плати (а = 0,08 м, b = 0,0625 м); δпп –товщина ДП (δст = 1,5 мм); ρст – щільністьсклотекстоліту (ρст = 2050 кг/м3);
mпп = 0.0625.0.08.0.0015.2050=15,4 10-3 кг = 15,4 г.
Конструктивні елементи представлені в таблиці 7.1.
2. Визначимокоефіцієнт впливу Кв, що враховує співвідношення маси ЕРЕ й масиплати:
/> (7.2)
/>
3.Визначимо, коефіцієнт α, вважаючи, що ДП шарнірно опирається по контуру:
/>, (7.3)
де a, b — геометричні розміри плати, а = 0,08 м, b = 0,0625 м
/>
/>Таблиця 7.1 Розрахунок загальної маси елементівНайменування елемента Тип елемента Кількість, шт. Маса, г
1
2
3
4 Діоди 1N4007 7 7*0,24 = 1.68 1N4148 2 2*0,24 = 0,48 Стабілізатор 78L05 1 3 Конденсатори — електролітичні ECR 2 2*1,2 = 2,4 — керамічні C 0603 10 10*0,3 = 3 Резистори R 0805–0,125Вт 19 19*0,25=4,75 Мікроконтролер АТ89С2051 1 4 ATTINY2313 1 4 Кварцовий резонатор KX-3Н 1 4 HC 49U 1 4 Світлодіоди GNL-014SRD, GNL-3014 2 2*0,15=0,3 Перемикачі SWD 1–4 1 3 Кнопки PS580L/N 1 3 Транзистори 2N3904A 2 2*0,35=0,7 BSS295 2 2*0,35=0,7 Роз’єми PLS-6 1 2 PLS-8 1 3 STB 1–12 1 5 Батарея Крона 1 10 Σ 59,01
4.Визначимо циліндричну жорсткість:
/> (7.4)
де Е – модуль Юнга, Е = 3.02.1010 Па;
μ — коефіцієнт Пуасона, μ =0.22.
/> (Н∙ м)
5.Визначимо частоту власних коливань:
/> (7.5)
де g – прискорення вільного падіння, g=9.8 м/с2;
/> — питома вага />2,05/>/>.
/>(Гц)
6. Визначимо амплітуду вібрації на частоті власних коливань:
/>, (7.6)
де n — коефіцієнт перевантажень; при n = 8g:
/> (мм)
Таблиця 7.1n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,0081 0,0091 0,01
7.Визначимо коефіцієнт динамічності, що показує в скільки разів амплітудазмушених коливань, відрізняється від амплітуди коливань на власній частоті:
/> (7.7)
де ε — коефіцієнт загасання, ε = 0.06, f — частота вібрації (f = 50 Гц);
/>
8. Визначимодинамічний прогин:
/>, (7.8)
При /> й />
/> (мм)
9.Визначимо еквівалентне /> рівномірнерозподілене динамічне навантаження:
/>, (7.9)
декоефіцієнт С1 розраховується за таким виразом:
/>
/>
10. Максимальний розподілений згинальниймомент:
/>, (7.10)
декоефіцієнт С2 розраховується за таким виразом:
/>
/> (Н)
11.Визначимо припустиму напругу для ДП із склотекстоліту:
/>, (7.11)
де sT — границявитривалості матеріалу ДП (для склотекстоліту sT = 105 МПа); [ns] — припустимийзапас міцності [ns] = 2.
/> МПа
12. Перевіримо виконання умовивіброміцності для друкованої плати:
/>, (7.12)
/> МПа (МПа)
Остаточний розрахунок підтвердив, що ДП непотребує додаткових опор, амортизаторів або інших елементів, необхідних длязменшення перевантажень при вібраціях.
8. Розрахунок основнихпоказників надійності
Надійність- це властивість ЕОА виконувати свої функції, зберігаючиексплуатаційні показники протягом необхідного проміжку часу та можливістьвідновлювати функціонування, втрачене з якихось причини.
Показникаминадійності є:
P(t) – ймовірністьбезвідмовної роботи;
λ(t)– інтенсивністьвідмов;
Тср. — середній часнапрацювання до першої відмови;
Q(t)– ймовірністьвідмови.
Розрахунокраптових відмов на основі експоненціальної моделі проводиться за такоюпослідовністю:
1) складається перелік елементів за типами;
2) для кожного елементу за довідковою літературою визначають λу номінальному режимі. Під номінальними умовами розуміють роботу елемента при:
КН=1
t0cp=20±5 °C– температуранавколишнього середовища;
F=65±5%– вологістьповітря;
Р=760 мм.рт. ст – тиск,
Прицьому мається на увазі, що навколишнє середовище не містить пилу, відсутня руйнівнадія газів, солей і на об‘єкт не діють удари та вібрації;
3) визначають коефіцієнт навантаження КН;
4) із довідкової літератури, залежно від коефіцієнта навантаження, температури,величини зовнішніх впливів, визначають поправочний коефіцієнт і результуючуінтенсивність відмови;
5) визначають основні показники надійності.
Вихідноюхарактеристикою надійності для елементів конструкції є інтенсивність відмов,яка є функцією режиму роботи елемента, температури навколишнього середовища тазовнішніх впливів.
/>,
де λВЕ– інтенсивність відмов елемента за оптимальних умов; КН – коефіцієнтелектричного навантаження, який дорівнює відношенню робочого навантаження до оптимального/>; αt – температурнийкоефіцієнт, що дорівнює відношенню інтенсивності відмов елемента при даному КНдо інтенсивності відмов за номінальних умов />;αB – коефіцієнт, що враховує вплив зовнішніх дій нанадійність елемента.
Позначення в таблиці: N — кількістьелементів; lв.е. — інтенсивністьвідмов елементів (1/ч); Кн – коефіцієнт навантаження; at– температурний коефіцієнт; ab – коефіцієнт впливів зовнішньогосередовища;
Дляобліку впливу режиму роботи на інтенсивність відмов ЕРЕ вводять коефіцієнтнавантаження />.
Дляобліку впливу теплового режиму роботи на інтенсивність відмов ЕРЕ вводятьтемпературний коефіцієнт at.
Впливумов експлуатації на інтенсивність відмов враховує коефіцієнт ab.Він характеризує відношення інтенсивності відмов ЕА різного призначення долабораторної інтенсивності відмов.
Згідно з технічним завданням, проектований пристрій відноситься достаціонарної наземної ЕОА і значення ab = 10.
Зтаблиці 8.1 визначаємо результуючу інтенсивність відмов:
lр = 101,76842·10-7 год-1
Далівизначимо середній час напрацювання до першої відмови:
/>= 11 років
Таблиця 8.1 Розрахунок інтенсивності відмови елементівНайменування елемента Тип елемента N
λо.е.10-7 1/год
Кн
at
ab
N∙ λо.е.10-7 Кн∙ at∙ ab
1
2
3
4
5
6
7
Діоди 1N4007 7 0,31 0,033 1,1 10 0,78771 1N4148 2 0,31 0,033 1,1 10 0,22506 Стабілізатор 78L05 1 0,3 0,052 1,2 10 0,1872 Конденсатори — електроліти ECR 2 0,5 0,6 0,2 10 1,2 — кераміка C 0603 10 0,33 0,313 0,45 10 4,64805 Резистори R0805 19 0,3 0,2 1,3 10 14,82 Мікроконтролер АТ89С2051 1 0,2 1 3 10 6 ATTINY2313 1 0,2 1 3 10 6 Кварцовий резонатор KX-3Н 1 0,25 1 1 10 2,5 HC 49U 1 0,25 1 1 10 2,5 Світлодіоди GNL-014SRD, GNL-3014 2 0,5 0,67 1,2 10 8,04 Перемикачі SWD 1–4 1 0,2 0,12 1,1 10 0,264 Кнопки PS580L/N 1 0,2 0,12 1,1 10 0,264 Транзистори 2N3904A 2 0,3 0,052 1,2 10 0,374 BSS295 2 0,2 0,052 1 10 0,208 Рознімання PLS-6 1 0,2 1 1 10 2 PLS-8 1 0,2 1 1 10 2 STB 1–12 1 0,08 1 1 10 0,8 Друкована плата СТФ – 2–35–1,5 2 2 1 1 10 40 Пайка виводів ПОС-60 179 0,005 1 1 10 8,95
/>
Потімвизначимо ймовірність безвідмовної роботи протягом 1 року:
/>
Тодіймовірність відмов Q(t) = 1–1 – 0,9143 = 0,0856
Визначимоймовірність безвідмовної роботи протягом 10 років і побудуємо таблицю і графікзалежності ймовірності безвідмовної роботи від часу:
Таблиця8.2
t, годин
P(t)
Q(t) 24 0,999756 0,000244194 168 0,998292 0,001708108 720 0,9927 0,007299945 1440 0,985453 0,014546601 2160 0,97826 0,021740356 4320 0,956992 0,04300807 8800 0,914344 0,085656356 17600 0,836024 0,163975701 35200 0,698937 0,301063371 70400 0,488512 0,511487588 140000 0,240595 0,759404938 280000 0,057886 0,942114016 1000000 3,81 E-05 0,999961927
/>
Рис. 8.1– Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи від часу
Зграфіка видно, що даний пристрій пропрацює 11 років безвідмовно, а подальшаексплуатація приладу може призвести до його ремонту, який може перевищитивартість самого пристрою.
9. Проектування друкованого вузла в системі P-CAD
СистемаP-CAD 2001 призначена для проектування багатошарових ДП електронних пристроїв усередовищі Windows. Вона складається із чотирьох основних модулів: P-CADLibrary Manager (або Library Executive), Р-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CADAutorouters і ряду допоміжних програм [14].
Загальніхарактеристики системи P-CAD 2001:
— 32-розрядна база даних;
— не більше 20 000 компонентів в одній бібліотеці;
— необмежена кількість компонентів у проекті;
— не більше 64 000 ланцюгів у проекті;
— не більше 999 виводів у компоненті;
— не більше 255 секцій у компоненті;
— не більше 2000 символів в атрибуті;
— не більше 2000 символів у текстовому рядку;
— не більше 20 символів в імені виводу, ім'я ланцюга, позиційномупозначенні виводу (пропуски, знаки табуляції, крапки й дужки не допускаються);
— не більше 16 символів вімені типу компонент (пробіли й знаки табуляції не допускаються);
— не більше 30 символів упозиційному позначення компонента (символи кирилиці допускаються, але їхвикористовувати не рекомендуються; символи двокрапки, пробіли, знаки табуляції,крапка й крапка з комою не допускаються);
— мінімальний крок сітки 0,1мил. в англійській системі й 0,001 мм у метричній системі. Систему одиницьможна змінювати на будь-якій фазі роботи із проектом;
Графічний редактор схем P-CAD Schematic:
— не більше 99 листів схем упроект, максимальний розмір листа 60x60 дюймів;
— підтримка стандартнихформатів А-Е, АО-А4 і форматів, що задаються користувачами;
— контроль помилок упринципових схемах;
— перехресні зв'язки міжР-САВ Schematic і P-CAD PCB дозволяють для обраної на схемі ланцюга висвітитина ДП відповідний їй провідник і навпаки (так званий гарячий зв'язок);
— передача даних програмімоделювання змішаних аналогово-цифрових пристроїв Advanced Sim системи Protel [14].
Графічний редактор ДП P-CAD РСВ:
— не більше 99 шарів у базіданих ДП (всіх шарів, включаючи сигнальні шари, шари металізації й допоміжні),з них 11 шарів попередньо визначені;
— максимальний розмір ДП60x60 дюймів;
— не більше 6400 типівконтактних площадок у проекті;
— ширина траси не більше 1див (394 милий);
— не більше 64000 стилівстеків контактних площадок у проекті;
— контактні площадки 12 форм:еліпс, овал, прямокутник, округлений прямокутник, полігон, безпосереднєз'єднання із шаром металізації, тепловий бар'єр з 2 або 4-перемичками 2-хорієнтації кожне, перехрестя для свердління (Target), кріпильний отвір(Mounting Hole);
— контроль дотримання зазоріві повнота розведення ПП;
— підтримка керуючих файлівфотоплоттеров Gerber (формати RS-274-D і RS-274-X), свердлильних верстатів зіЧПУ типу Excellon (формат настроюється користувачем);
— передача даних програміаналізу цілісності сигналів Signal Integrity.
Опишемо деякі трудомісткі операції, які були проведені на етапахпроектування друкованого вузла в P-CAD.
Одним із трудомістких процесів проектування друкованого вузла булорозміщення конструктивних елементів на конструктивні ДП.
При опрацюванні списку ланцюгів зазначені в ньому конструктивикомпонентів вибираються з бібліотек і розміщуються системою в робочій областіредактора ДП довільним чином. Як правило, вони групуються за типами. При цьомувідображуються електричні зв'язки між їх виводами.
Взявши за основу розміщення елементів, проведене в попередньому розділідипломної роботи, було виконано ручне розміщення елементів всередині контуруДП. Система Р-САD не має засобів для автоматичного компонування, але має кількаінструментів для полегшення цієї роботи.
У штатний комплект поставки P-CAD 2001 входять програмиавтотрасування QuickRouie, ProRouie 2/4, ProRouie до P-CAD Sliape Rouie, aтакож інтерфейс до програми SPECCTRA фірми CADENCE [14].
Трасування виконувалося за допомогою програми QuickRoute, щовикористовує найпростіші алгоритми трасування, призначені для розведеннянескладних ДП з невеликим числом компонентів. В стратегії трасування булиобрані крок координатної сітки 0,625 мм і ширина провідників 0,35 мм.
При запуску автотрасувальника досягнуто 100% розведення. Загальнакількість отворів і контактних площадок склала 200 штук, а перехідних отворів — 10 штук.
10. Організаційно-економічний розділ
Завданням даного розділу є оцінка конкурентної здатностірозроблюваного пристрою щодо аналогічного пристрою та оцінка його собівартості.У дипломному проекті проводиться розробка ДП охоронної сигналізації з GSM-Каналом,що включає: звуковий оповісник ПКИ-1, герконові датчики, сполучні шлейфи.
10.1Аналіз ринку
Великупопулярність сьогодні мають GSM сигналізації, тому що ідеально підходять дляохорони будь-яких віддалених об'єктів (гаражі, склади, дачі, кіоски та ін.).Все, що необхідно для роботи будь-якої GSM сигналізації — це, наявністьелектричної енергії, і стійкого стільникового зв'язку. GSM сигналізація взагальному випадку є блоком (GSM контролер), до якого підмикаються датчики(чутливі елементи) і GSM-модем. Як GSM-модем зручно і економічновикористовувати старі стільникові телефони із-за їх низької вартості.
Вартістьохоронної сигналізації залежить на пряму від багатьох факторів до яких можутьвідноситися: кількість виконуваних функцій, надійність, час безвідмовноїроботи, вбудований GSM-Модем або GSM канал, дизайн, виробник і ін.
При розробці охоронної сигналізації будемоорієнтуватися на перераховані вище фактори. Споживачу необхідна недорога танадійна сигналізація, не обов'язково виготовлена заводами відомих фірм. Тому єсенс створювати свої пристрої, які б задовольняли всім вимогам споживача щодонадійності, зручності користування і, головне, ціни.
Проектованийпристрій розроблений на базі двох мікроконтролерів фірми Atmel. Таким чином,охоронна система забезпечує підвищену надійність функціонування сигналізації.
КорпораціяAtmel є лідером розробки, виробництві й маркетингу популярнихнапівпровідникових пристроїв, зокрема і мікроконтролерів.
Однимз аналогів проектованого пристрою є GSM сигналізація на базі 8-розрядногомікроконтролера PIC16F628A фірми Microchip, що співпрацює лише з однією фірмою-виробникоммобільних телефонів Siemens 35/45 серій. Принцип дії GSM сигналізації полягає вотриманні й обробці даних з установлених на об'єкті датчиків GSM контролером ів разі виникнення позаштатної ситуації (спрацьовуванні датчика), GSM контролерробить дзвінок через підімкнений до нього стільниковий телефон на телефон «адміністратора».
Щеодним аналогом розроблювального пристрою є «Сталкер-5 (З60)», призначений дляконтролю шлейфів сигналізації через мережу стандарту GSM. «Сталкер-5 (C60)» працюєв комплекті з телефонами Siemens C60, А60.
Длязручності найбільш важливі технічні параметри аналогів створюваного виробузведені в таблицю 10.1.
Таблиця10.1 – Технічні параметри аналогів№ Параметри Аналоги Прототип GSM сигналізація на базі мк PIC16F628A Сталкер-5 (C60)
1
2
3
4
5 1. Датчики До 5 До 5 До 8 2. Пульт-Концентратор (МК) 1 шт. 1 шт. 2 шт. 3. Сирена + - + 4. Моб. телефон Siemens Siemens C60, А60 Всі мобільні телефони які підтримують Ат-Команди: 5. Живлення Зовнішнє, акумулятор телефону Зовнішнє, акумулятор телефону Зовнішнє, акумулятор телефону, батарея «Крона» 6. Діапазон температур –40 до+40 °С –10 до +45 °С – 40 до +40 С 7. Напрацювання на відмову 56895 50000 98262
10.2Оцінка рівня якості виробу
10.2.1Вихідні положення
Оцінкарівня якості виробу проводиться з метою порівняльного аналізу і визначеннятехнічно найефективнішого варіанту інженерного вирішення [15].
Знаючикількісні характеристики властивостей виробу, коефіцієнт технічного рівня можнавизначити за виразом (10.1).
/> (10.1)
де qi– відносний (одиничний) і-й показник якості; φi – коефіцієнтвагомості і-го параметра якості
Якщозалежність між параметром і якістю лінійна, то відносні показники визначаютьсяза виразами 10.2 і 10.3.
/>
(10.2)
/>
(10.3)
Вираз10.2 використовується при розрахунку відносних показників якості, колизбільшення величини параметра веде до поліпшення якості виробу, а вираз 10.3 — коли зізбільшенням величини параметра якість виробу погіршується. У випадку, колизв'язок між параметрами і якістю виробу нелінійна, використовуються наступнівирази:
/>
(10.4)
/>
(10.5)
де />й /> – числові значення і-гопараметра відповідно нового і базового виробів.
Значеннявідносного показника якості має бути більшим від одиниці — при поліпшенніі-го показника і меншим від одиниці — при його погіршенні.
10.2.2Вибір системи параметрів виробу й визначення відносних показників якості
Можнавикористовувати ряд показників — це показникипризначення, надійності, конструкції, безпеки, ергономічні показники,естетичні, економічні і комерційні. Але не всі найважливіші характеристикиможуть бути використані для визначення показника конкурентоспроможності, томущо деякі є цільовими показниками і визначають сектор ринку потенційнихпокупців.
Виберемонайважливіші параметри, які характеризують якість виробу:
X1 — кількістьдатчиків, що підмикаються;
Х2 — мікроконтролер,що слугує для програмування різних функцій;ХЗ — наявність сирениоповіщення;
Х4 — живлення;
Х5 — напрацювання навідмову.
Такимчином, обрано п'ять найбільш важливих параметрів, і тепер необхідно визначити коефіцієнтвагомості кожного з них.
10.2.3Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів
Визначеннячисельних значень коефіцієнтів, які встановлюють важливість показників,випрацьовується спеціальною експертною комісією (5 осіб). Після докладногообговорення і аналізу показників, кожен експерт оцінює їх важливість шляхомприсвоєння їм різних рангів. Найважливішому (на думку експерта) показникуприсвоюється ранг 1, менш важливому ранг 2 і т.д. [15].
Результатиранжирування зведемо в таблиці 10.2.
Таблиця10.2 Результати ранжирування параметрівпарам. Ранг параметра за оцінкою експерта
Сума рангів
Ri Відхилення Δі
Δ2 1-го 2-го 3-го 4-го 5-го
Ri
Di XI 2 3 4 4 3 16 1 1 Х2 1 1 2 1 2 7 -8 64 ХЗ 3 2 1 2 1 9 -6 36 Х4 4 5 3 3 4 19 4 16 Х5 5 4 5 5 5 24 9 81 Сума 15 15 15 15 15 75 198
Визначенняможливості використання результатів ранжирування показників для подальшихрозрахунків проводять на підставі розрахунку коефіцієнта конкордації(узгодженості) експертних оцінок. Для цього:
а)визначається сума рангів кожного показника (за рядками):
/> (10.6)
де /> – ранг і-го параметра,визначений 1-м експертом; N — кількість експертів.
Проводитьсяперевірка загальної суми рангів, яка має дорівнювати:
Rі1= N.n.(n+1)/2 = 5.5.(5+1)/2 = 75;
б)підраховується середня сума рангів Т за виразом:
Т =(1/n).Rі1 = (1/5).75 = 15;
в)визначається відхилення суми рангів по кожному параметру від середньої суми:
/> (10.7)
Сумавідхилень за всіма показниками має дорівнювати нулю.
г)визначається квадрат відхилень по кожному показнику Δі2.Загальна сума квадратів відхилень:
/> (10.8)
S=198;
е)визначається коефіцієнт відповідності за виразом
/> (10.9)
де: N- кількість експертів; n — кількість оцінок
Величинакоефіцієнта відповідності може мати значення W≤1. У випадку повної узгодженостіекспертів W = 1. Чим більша неузгодженість експертів при ранжируванніпоказників, тим менша величина W.
W=0,792
Порівнюємоз мінімально припустимою величиною Wн (для виробівелектровимірювальної й радіотехнічної апаратури Wн = 0,77) W > Wн,тому отримані дані заслуговують на довіру і придатні для подальшого використання[15].
10.2.4Оцінка попарного пріоритету показників
Використовуючиотримані від кожного експерта результати ранжирування показників, проводитьсяпопарне порівняння всіх параметрів. Результати зведені в таблиці 10.3.
Дляцього послідовно порівнюються попарно всі показники і співвідношеннявизначається таким способом:
а)якщо з розглянутої пари показників перший є важливішим щодо порівнюваного, топріоритет вихідного показника визначається як «важливіший» і йомупривласнюється знак «>» (числова оцінка 1,5);
б)якщо з розглянутої пари показників перший менш важливий щодо порівнюваного,пріоритет вихідного показника визначається як «менш важливий» і йомупривласнюється знак «
в)якщо показники однаково важливі, то їхній пріоритет визначається як«рівноцінно» і йому привласнюється знак «=» (числова оцінка 1,0).
Напідставі проставлених знаків попарного пріоритету визначається підсумок,виходячи з думок всіх експертів (таблиця 10.3).
Отриманідані чисельної оцінки попарного пріоритету показників використовуються длярозрахунку величин коефіцієнтів важливості кожного показника, що зручновиконувати, використовуючи матрицю (таблиця 10.4) [15].
Таблиця10.3 – Попарне порівняння параметрівПараметри Експерти Результат Числове значення 1 2 3 4 5 Х1, Х2 > > > 1,5 Х1, Х4 > >
= > 1,5 Х1, X5 = > > 1,5 Х2, X4 > = = > > 1,5 Х4, X5 Таблиця10.4 Розрахунок коефіцієнтів важливості параметрів
Показник 1-я ітерація 2–2- я ітерація />
XI Х2 ХЗ Х4 Х5 Ві
/> Ві `
/> /> /> XI 1 0,5 1,5 1,5 0,5 4 0,167 23,5 0,196 /> Х2 0,5 1 1,5 1 1,5 5,5 0,229 26,75 0,223 /> ХЗ 1,5 1,5 1 0,5 1,5 4,5 0,188 28,75 0,239 /> Х4 1,5 1,5 0,5 1 0,5 5 0,208 24 0,2 /> Х5 0,5 0,15 1,5 0,5 1 5 0,208 17,075 0,142 /> Сума 24 1 120,08 1 />
Розрахунокваги (пріоритетності) кожного параметра φi проводиться за наступнимивиразами:
/> (10.10)
/> (10.11)
де bi– вага і-го параметра по результатами оцінок всіх експертів; визначається яксума значень коефіцієнтів переваги (/>), данихвсіма експертами по і-му параметрі.
Длядругої ітерації bi1:
Bi1 = ai1 ∙ b1 + ai2 ∙ b2 + … +ain∙bn (10.12)
Таблиця10.5 Коротка характеристика порівнюваних параметрівПараметри GSM сигналізація на базі мк PIC16F628A новий Датчики До 5 До 8 Пульт-Концентратор (МК) 1 шт. 2 шт. Сирена + + Живлення вбудоване До 2 днів До 3 місяців Напрацювання на відмову 56895 98262
Такимчином, рівень якості виробу:
КТ.Р.= 0,196∙(8/5) + 0,223∙ (2/1) + 0,239∙ (1/1) + 0,2∙ (3/2) + 0,142∙∙(98262/56895)= 1,5
10.3Сировина і матеріали
Витратина придбання матеріалів за кожним найменуванням визначаються, виходячи зтехнічної норми витрат і оптової ціни одиниці матеріалу (таблиця 10.6).
Таблиця10.6 Сировина й матеріалиНайменування матеріалу Стандарт, марка Одиниця виміру Витрата на виріб Ціна за одиницю, грн Сума, грн. Припій ПОС-61 АДБК.432.230.354.ТУ кг 0,30 7 2,1 Склотекстоліт фольгований СФ – 2–15 кг 0,7 30 21 Сума 23,1 Невраховані матеріали, 10% 2,31 Транспортно-заготівельні витрати, 5% 1,16 Всього 26,57
10.3.1Витрати на покупні вироби і напівфабрикати
Затратина покупні вироби й напівфабрикати визначається аналогічно витратам наматеріали. Дані для розрахунків і результати зведені в таблицю 10.7.
Таблиця10.7 Покупні виробиНайменування Марка Кількість Ціна, грн. Сума.грн.
1
2
3
4
5 Резистори RC 1206 19 0,20 3,20 Конденсатори ECR 2 3,50 7,00 З0603 10 0,1 1 Мікросхеми AT89C 2051–24PI 1 8 8 ATTINY2313 1 8 8 Транзистор 2N3904 2 2,40 4,80 BSS295 2 2,20 4,80 Діоди 1N4007 7 0,5 3,50 1N4148 2 0,5 1,00
1
2
3
4
5 Світлодіод GNL-3014SRD 1 0,50 0,50 GNL-3014GC 1 0,50 0,50 Роз’єми PLS-8 1 1,90 1,90 PLS-6 1 0,40 0,40 Перемикач SWD 1–4 1 0,80 0,80 Кнопка PS580N/L 1 1 1,00 Кварцовий резонатор KX-3Н 1 3 3,00 HC 49U 1 2 2,00 Стабілізатор 78L05 1 3 3,00 Акумулятор Крона 1 10 10 Датчики Герконові 8 20 160 Сполучні шлейфи 2 10 20 Сирена ПКИ-1 1 20 20 Сума 265,40 Транспортно-заготівельні витрати, 5% 13,27 Усього 278,67
10.3.2Розрахунок основної заробітної плати
Витратиза цією статтею розраховуються по кожному виду робіт залежно від норми часу йпогодинної тарифної ставки робітників [15].
/> (10.13)
де СTi.- погодинна тарифна ставка, грн; tШі– норма годин на одну операцію.
Перелікробіт відповідає технологічному процесу виробництва виробу. Норми часу длямонтажних і складальних робіт визначаються типовими нормами часу наскладально-монтажні роботи, таблиця 10.8.
Таблиця 10.8 Основна заробітна плата Назва робіт Тариф. розряд Годинна тарифна ставка, грн/год Норма часу, ч Сума зарплати, грн. 1 Підготовка 3 2,6 3 7,8 3 Монтажні 4 2,8 6 16,8 4 Складальні 5 3,2 4 12,8 Сума 37,4 Доплати й надбавки (20%-60%) 18,7 Усього 56,1
10.3.3Додаткова зарплата робітників
Витратиза цією статтею визначаються у відсотках від основної заробітної плати. Заорієнтовну величину можна прийняти норматив додаткової заробітної плати дляприладобудівних підприємств у розмірі 30–40%.
Сз.стр. = 0,30 Сз.о (10.14)
де Сз.о. –основна заробітна плата.
Сз.стр.= 0,30 56,1=16,83 грн.
Відповідно,повна зарплата буде дорівнювати:
56,1+ 16,83 = 72,93 (грн)
10.3.4Нарахування на заробітну плату
Нормунарахування на зарплату визначають за сумою основної й додаткової зарплат.
Ценарахування в пенсійний фонд, фонд соціального страхування, фонд страхування навипадок безробіття й фонд страхування від нещасного випадку на виробництві (37,8%).
Сс.с. = 0,378 ∙ 72,93 =27,57 грн.
10.3.5Загальновиробничі витрати
Зогляду на те, що собівартість виробу визначається на ранніх стадіях йогопроектування в умовах обмеженої інформації щодо технології виробництва і витратна його підготовку, в загальновиробничі витрати включаються, крім власне цихвитрат, витрати на: освоєння основного виробництва, відшкодування зносуспеціальних інструментів і приладів цільового призначення, підтримку й експлуатаціюустаткування. При цьому загальновиробничі витрати визначаються у відсотках доосновної заробітної плати. При такому комплексному складі загальновиробничихвитрат їхній норматив досягає 200–300% [15].
Сз.в.= (2…3)×Сз.про (10.15)
Сз.в.=2 × 56,1 = 112,2 (грн)
10.3.6Адміністративні витрати
Цівитрати відносяться до собівартості виробу пропорційно основній заробітнійплаті і на приладобудівних підприємствах складають 100–200%: Сз.г=1×Сз.об (10.16)
Сз.г=1×56,1 = 56,1 грн.
10.3.7Витрати на збут
Витратипо цій статті визначаються у відсотках до виробничої собівартості (звичайно 2,5–5,0%).
Сзбуд.= 0,04 (517,94 = 12,95
Розрахунокповною собівартістю продукції представлений у таблиці 10.9.
Таблиця 10.9 Калькуляціясобівартості пристроюВитрати Сума, грн Сировина й матеріали 26,57 Покупні вироби 278,67 Основна заробітна плата 56,1 Додаткова зарплата (30%) 16,83 Нарахування на заробітну плату (37,8%) 27,57 Загальновиробничі витрати (200%) 112,2 Виробнича собівартість 517,94 Адміністративні витрати (100%) 56,1 Витрати на збут (2,5%) 12,95 Повна собівартість 586,99
10.4Визначення ціни виробу
Середрізних методів ціноутворення на ранніх стадіях проектування доситьрозповсюджений метод лімітних цін. При цьому визначається верхня й нижня межаціни.
10.4.1Нижня межа ціни
Нижнямежа ціни (ЦНМ) захищає інтереси виробника продукції іпередбачає, що ціна повинна покрити витрати виробника, пов'язані з виробництвомі реалізацією продукції і забезпечити рівень рентабельності не нижчий від того,що має підприємство при виробництві вже освоєної продукції.
/> (10.17)
/> (10.18)
де: Цопт.п.– оптова ціна підприємства, грн.; Спов – повна собівартістьвиробу, грн.; РН – нормативний рівень рентабельності, 15%; αпдв– податок на додану вартість, 20%.
Маємо:
/> (грн)
/>
10.4.2Верхня межа ціни
Верхнямежа ціни (ЦВМ) захищає інтереси споживача й визначаєтьсятією ціною, що споживач готовий сплатити за продукцію із кращою споживчоюякістю [15].
/> (10.19)
де: ЦБ– ціна базового виробу, 950 грн.; КТР =1.
/>
10.4.3Договірна ціна
Договірнаціна (Цдог) може бути встановлена за домовленістю між виробникомі споживачем в інтервалі між нижніми й верхньої лімітними цінами.
/>
Звиразу: 810,05 Ц дог Цдог= 927 грн.10.4.4 Визначеннямінімального обсягу виробництва продукції
Собівартістьрічного випуску продукції
/> (10.20)
де />СПОВ –повна собівартість одиниці продукції, грн.; /> — умовно-змінні витрати/> = 0,65; /> - умовно-постійнівитрати />=0,35; Х — виробничапотужність підприємства X=150 од./рік; /> –річний обсяг випуску продукції />=100од./рік;
С р= 0,65.586,99.100+ 0,35.586,99.150= 69971,33 грн.
Вартістьрічного випуску продукції:
/> (10.21)
Qр= 927.100 = 92700 грн.
Обсягпродукції, за якого немає прибутку:
/> (10.22)
Q1= />
Обсягпродукції, за якого буде досягнутий запланований рівень рентабельності:
/> (10.23)
Q2= />
Річнийприбуток при досягненні запланованого рівня рентабельності складе:
/> (10.24) П = (927–586,99) ·75 = 25500,75 (грн)
Рівеньконкурентоспроможності виробу можна визначити за виразом:
Кk=/> (10.25)
Кцс — коефіцієнт зміни«ціни споживання» щодо базового виробу.
Кцс =/>, (10.26)
де Цдн,Цдб – договірна ціна нового й базового виробу, грн.
Кцс =/>
Кk=/>
Таким чином, Кk > 1, тому новий пристрій можебути конкурентоздатним на ринку охоронних пристроїв.
Підсумки:Витрати Сума, грн Сировина й матеріали 26,57 Виробнича собівартість 517,94 Повна собівартість 586,99 Договірна ціна 927 Обсяг продукції, при якому буде досягнутий запланований рівень рентабельності: 75 од Річний прибуток при досягненні запланованого рівня рентабельності складе: 25500,75
11. Охорона праці
Сучасний розвиток науки і техніки привносить істотнінововведення у всі області виробництва, істотно підвищуючи продуктивність праціпрацівників. Як показує практика, більшість випадків при яких гинуть людивідбувається через ігнорування ними правил техніки безпеки і експлуатаціїустаткування, але багато відбувається і через незадовільну організацію охоронипраці на підприємстві. Охорона праці – це система правових,соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних ілікувально-профілактичних заходів і засобів, направлених на збереження здоров'яі працездатності людини у процесі праці.
В даному дипломному проекті був розроблений автономнийуніверсальний пристрій – «Охоронна сигналізація з GSM каналом», якавикористовується усередині приміщення для охоронних цілей.
Одним з етапів виготовлення пристрою є монтаж радіоелементівна друковану плату. Монтажно-складальні операції у виробництві радіоелектронноїапаратури складають 30–50% всіх робіт. До другого етапу відноситьсяпрограмування МК, який є основним функціональним елементом схеми. Задачеюданого розділу є розгляд умов праці і охорони праці, а також заходів щодозабезпечення безпеки праці на робочому місці при розробці, і монтажі друкованоїплати, а також на етапі розробки програмного забезпечення.
Питання захисту персоналу від впливу ЕМВ в даному розділі нерозглядалося, оскільки у системі використовується стандартний канал GSM зв’язкуна який є сертифікат відповідний санітарно-гігієнічним нормам в Україні ГОСТ12.1.006–84, ДСНіП №239.
11.1 Аналіз умов праці. Організація робочого місця
Робоче приміщення – лабораторія розмірами 4,8х3,4х2,5 м,загальною площею 16,32 м2 в якому розміщено 2 робітників місця.
Освітлення: природне, через віконний отвір, штучне і місцеве.Вентиляція – природна (загальна) і штучна. Об'їм приміщення складає 40,8 м3.Характер складності робіт – на всіх робочих місцях здійснюються роботикатегорії Іа.
Оскільки в приміщенні встановлено два робочі столи, розмірами1.5x0.75 і заввишки 0.7 м., то їх загальна площа рівна /> 2.25, об'єм /> – 1.6.
Розрахуємо тепер для приміщення корисну площу /> і об'єм />:
/> = />/> = 16.32 – 2.25 = 14.07 (/>)
/> = /> – /> = 40.8 – 1.6 = 39.2 (/>)
Оскільки приміщення розраховано на два робочі місця, тозгідно розрахункам на кожну людину доводиться 7.04/> площіі 19.68/> об'єми. Для забезпеченнянормальних умов праці як норматив використовувалися документи ДСанПіНЗ 5.2.007–98та ДНАОПО 1.00–1.31–99. Дані документи встановлють на одного працюючого: об'ємвиробничого приміщення – не менше 20.0/>,площі приміщення – не менше 6/>. Отже,розмір приміщення практично відповідає нормам.
11.2 Мікроклімат виробничих приміщень
Мікроклімат виробничих приміщень характеризується значноюдинамічністю і залежить від коливань зовнішніх метеорологічних умов: часу добиі пори року, теплофізичних особливостей технологічного процесу, умов опалюванняі вентиляції, температурою повітря, вологістю, відносною і абсолютною швидкістюруху повітря, тиском. У відповідності з ГОСТ 12.1.005–88 та ДСН 3.3.6.042–99встановлюються допустимі і оптимальні метеорологічні умови для робочої зони,при виборі яких враховується пора року (теплий>100С, холодний
Для легких робіт (категорія I-a) ГОСТ 12.1.005–88 «Повітряробочої зони. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги» встановлені наступнінормативні
значення метеорологічних умов (таблиця 11.1).
Таблиця 11.1– Оптимальні,допустимі и фактичні параметри мікрокліматуПеріод
Температура, о С Відносна вологість, % Швидкість потоку, м/с Оптимальна Допустима на постійних робочих місцях Оптимальна Допустима на постійних робочих місцях Оптимальна Допустима на постійних робочих місцях Min max max max Хол. 22–24 21 25 40–60 75 до 0,1 0,1 Тепл. 23–25 22 28 40–60 55 0,1 0,1–0,2
Для підтримки допустимих значень мікроклімата передбаченавентиляція також рекомендується регулярне провітрювання приміщень.
11.3 Шкідливі речовини в повітрі робочої зони
Оскільки в приміщенні проходить монтаж друкованої плати, товикористовується ручне паяння, яке виконується електричним паяльникомбезперервної дії потужністю 20…40 Вт. Питомий зміст утворюючого аерозолю свинцюпри цьому складає 0,02…004 мг/100 паянь.
Для паяння використовують олов'яно-свинцевий припій ПОС-61.При цьому пари свинцю проникають в повітряне середовище приміщення
відповідно до вимог санітарії в повітрі робочої зонивиробничих приміщень встановлюється ГДК (граничнодопустима концентрація), мг/м3шкідливих речовин. ГДК пари свинцю в повітрі 0,01 мг/м3.
Для промивання плати використовують суміш спирту і ацетону. Концентраціяспирту в повітрі не повинна перевищувати 400 мг/м3.
Свинець є надзвичайно небезпечною речовиною (клас 1), увідповідності з ГОСТ 12.1.005–88. ГДК в повітрі робочої зони 0,01 мг/м3. Оловоє речовиною помірно небезпечним (клас 3). ГДК в повітрі робочої зони 10 мг/м3.Спирт етиловий є малонебезпечною речовиною (клас 4). ТДК в повітрі робочої зони1000 мг/ м3.
Значення ПДК шкідливих речовин приведені в таблиці 3.
Визначимо концентрацию аерозолю свинцю:C = 0,6 × y × n × t × N / V (11.1)
де: y – питоме утворення аерозолю свинцю;
n – кількість долей на хвилину;
N – кількість робочих місць;
V – об'єм приміщення, м3.;
t – тривалість зборки виробу, год.
У нашому випадку:
y = 0,04 мг / 100 долей
n=5, t = 1,2 год, N = 2, V = 50,44 м.
Тоді
С = 0,6 × 0,04 × 5 × 1,2 × 2 / 50,44 =0,005709 (мг/м3)
Отже, за даних умов технологічного процесу концентрація аерозолясвинцю в повітрі робочої зони не перевищуватиме гранично допустиму концентрацію0,01 мг/м. Так, як пари свинцю не перевищують ГДК, то немає необхідності у вентиляціїділянок паяння.
Література
1. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0368.pdf
2. http://www.efo.ru/doc/Atmel/Atmel.pl? 677.
3. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1001.pdf
4. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/attiny2313.htm
5. http://www.rem-tv.odessa.ua/help/stab.html
6. http://www.sea.com.ua/tech/info/hitano % 20radial % 20capacitor % 20general/ECR.htm
7. http://www.chip-dip.ru/product0/9590.aspx
8. http://www.radiodetali.com/td/led/gnl3014ub.htm
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Клеммник
10. Савельев А.Я.,Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем – М.: Высшая школа, –1989.-312 с.
11. У. Тилл и Дж. Лаксон.Интегральные схемы. Материалы – Приборы Изготовление, Мир, Москва, 1985 г.,стр. 183
12. Ушаков Н.Н. Технологияпроизводства ЄВМ.-М.: Высш. Шк., 1991.-416 с.