Бакалаврская работа
на тему «Программная и аппаратнаячасть автоматизированной сигнализации по GSMканалу»
Содержание
1.Введение
2.Теоретическая часть
2.1Аналогичные системы оповещения
2.1.1Страж SMS 8x6 GPS
2.1.2 Visonic GA-1RS
2.1.3Страж-GSM-M
2.2Сравнительная характеристика систем оповещения
2.3Классификация систем оповещения
2.3.1Виды систем оповещения
2.4Электронные блоки систем оповещения
2.5Выводы
3.Практическая часть
3.1Постановка задачи
3.2Описание охраняемого пространства
3.3Состав системы
3.1.1Выбор микроконтроллера для центрального блока
3.1.2Считыватель ключей
3.1.3Датчики
3.4Работа системы
3.5Конструкторская часть
3.5.1.Разработка и анализ ТЗ
3.5.2Техническое задание
3.5.3Состав изделия и требования к конструктивному устройству
3.5.4Разработка печатного узла
3.5.5Конструкторские расчеты
3.5.6Расчет стоимости системы
3.6Выводы
4.Заключение
5.Список литературы
6.Приложение. Чертежи
1.Введение
Современные технологиипозволяю создавать системы, заблаговременно предупреждающие о наступлении илиприближении некоторого события. Широкое разнообразие жизненных ситуацийподнимает проблему своевременного оповещения на новый уровень. Обо всем,начиная от катаклизмов природы, несущими в себе многочисленные негативныепоследствия, и заканчивая приготовлением тоста, человек может бытьпроинформирован в определенное время, чтобы избежать неблагоприятныхпоследствий и ускорить приближение удовлетворяющих моментов. В современном миресамое востребованное оповещение – это оповещении о незаконном проникновении впределы частной собственности.
Ежедневно в Москве,столице России, регистрируется до 40 квартирных краж. А если учесть всю Россию,то это число будет значительно больше. Не стоит упускать из виду еще тот факт,что до 2010 года количество квартирных краж только росло. Поэтому системысигнализации будут необходимы для многих. При этом специалисты считают, чтолучше, если у вас будут одновременно установлены две или более разные системыохраны, что значительно затруднит работу вора. Осознав серьезность препятствия,злоумышленник, отступит от своего дела, не желая быть замеченным.
Актуальностьразрабатываемой темы работы подчеркивается повышением спроса на системы защиты,оповещения, безопасности, наблюдения за объектами недвижимости, в которыххранятся материальные ценности.
Разрабатываемоеустройство (GSM-сигнализация) нацелено на широкий круг потребителей. Следовательно,оно будет доступно по своей цене для многих людей.
Разрабатываемоеустройство предназначено для контроля работы датчиков (извещателей), нажатиятревожной кнопки, дозвона и передачи текстового сообщения (SMS) по каналу связиGSM в случае тревоги. Устройство может встраиваться в системы охранной ипожарной сигнализации. Устройство применяется совместно с сотовым телефономстандарта GSM.
Данная системможет с легкостью подстраиваться под различные требования заказчика: толькоохранные функции, охранные функции плюс контроль параметров (температуры,освещения и т.д.). Все интерфейсы предусмотрены на плате, а выбор того илииного варианта реализуется при получении ТЗ от заказчика и прошивкой того илииного варианта программы. Если заказчик в процессе эксплуатации захочетизменить функции, то просто происходит перепрограммирование, дооснащениедополнительными внешними устройствами при необходимости и возврат системызаказчику. Универсальность системы немаловажна при выборе системы потребителем.
В качествеисходных данных для работы использован набор технических средств, всовокупности представляющих устройство сигнализации: микроконтроллер, мобильныйтелефон, датчики, считыватель ключей, зарядное устройство.
2. Теоретическая часть2.1 Аналогичные системы оповещения
К наиболее популярнымипо частоте применения относятся системы охранной сигнализации с добавлениемнедорогих функций пожарной сигнализации.
В связи с тем, чтокомплексные системы сигнализации зачастую производятся по высокой цене дляобеспеченных клиентов.
Цель таких систем –охрана больших по площади территорий и зданий (коттеджи, предприятия, заводы,фабрики и др.).
Но и остальные гражданенуждаются в безопасности своего имущества. Рассмотрим некоторые системыоповещения. 2.1.1 Страж SMS 8x6 GPS
Система «Страж SMS8x6 GPS»(рисунок 1) предназначается для контроля помещений и автомобилей, а так же дляуправления удаленными объектами.
/>
Рисунок 1.Страж SMS8х6 GPS
Главными особенностями этой модели являются:
· Увеличенноеколичество входов и выходов (7 входов датчиков, вход сигнала постановки наохрану / 4 управляемых выхода, выход индикатора состояния стража, выходвключения сирены).
· Использованиепрактически любых типов датчиков (аналоговые, цифровые (контактные)).
· Управлениепосредством DTMF сигналов, что даёт возможность управлять системой не толькочерез SMS-сообщения, но и с любого телефонного аппарата, поддерживающеготональный набор, и делать это в режиме реального времени.
· Удаленный контрольи пополнение баланса средств на SIM-карте устройства.
· Возможность«интеллектуального GPS контроля» — тревога при изменении GPSкоординат.
· Наличиеавтоматического внутреннего обогрева позволяет работать при низкихтемпературах.
· Питание от 7.5В до30В постоянного тока или от сети ~220В (при использовании сетевого адаптера).
· Температурныйдиапазон -40С..+40С.
Основные преимущества «Страж SMS 8x6 GPS»:
· Простотапрограммирования и управления.
· Тревожнаяинформация об изменении состояния входов объекта передается в видеSMS-сообщений и звонков от данного устройства (до 3 телефонных номеров).
· Возможны SMS позапросу с телефонов абонентов для получения информации:
— об остатке средств на счету;
— о статусе устройства (состояниеохраны, питания, входов и выходов управления);
— о GPS-координатах устройства(если подключен GPS-приемник).
· Возможнодистанционное управление самим Стражем и внешними устройствами, подключенными кнему DTMF-командой, позвонив на объект (управление 6 выходами исполнительныхустройств).
· Возможность подключения микрофона для удалённогопрослушивания помещения при срабатывании датчика (в течение 4 минут).
· Поддержка сотовых сетей GSM.
· Встроенный Li-Ion аккумулятор (до 2 суток работы припропадании внешнего питания).
· Отсутствие жёсткой связки между возникновением события иуправлением исполнительными устройствами.
· Режим длительной работы — МикроПотребляющий режим, которыйпозволяет работать от полностью заряженного аккумулятора в течение несколькихмесяцев.
· Контроль тока потребления внешними модулями и ихавтоотключение при неполадках в них.
Как работает система:
При срабатывании какого-либо изконтролируемых датчиков, устройство дозванивается и/или рассылает SMS-сообщенияпо списку телефонов (до 3 номеров), предварительно записанных в SIM карту.Можно прослушать помещение в течение четырех минут (только при тревоге).
Подключаемые датчики могут быть:
· аналоговыми(выдающие напряжение из интервала 0..15 В) — датчики движения, датчики утечкигаза, пожарные датчики задымления и др.;
· контактными(цифровыми) — кнопка, геркон, пожарный датчик, датчик объёма (ИК-датчик),акустический датчик.
Срабатывание датчиковконтролируется независимо друг от друга, в соответствии с установками логикиработы, которые располагаются в SIM-карте. Пример подключения одного издатчиков (датчика разбития стекла Pyronix) к системе «Страж SMS8x6 GPS»представлен на рисунке 2.
/>
Рисунок2.Подключение датчика разбития стекла Pyronix к «Страж 8х6 GPS»
Также, с помощью Страж SMS 8х6 GPSможно управлять 6-ю различными исполнительными устройствами посредством DTMFкоманд. Например, удалённо обесточить помещение.
Выходы для исполнительных устройствпредставляют собой электронные ключи с максимальным коммутируемым напряжением30В и максимальным током 0,5А. Маломощные исполнительные устройства можноподключать непосредственно к этим выходам, а более мощные — только через реле.СТРАЖем контролируется состояние каждого из этих выходов.
Удаленный контроль состояния системы:
Состояние системы можнопроконтролировать в любой момент, позвонив на ее номер и передав специальнуюкоманду сигналами DTMF. При этом система отсылает контрольное SMS-сообщение.Таким образом, вы в любом момент будете знать состояние охранной системы, а вслучае любой непредвиденной ситуации сразу же будете об этом оповещены. В ходеработы системы постоянно контролируются входные состояния датчиков, выходныесостояния исполнительных устройств, наличие сети GSM и питающего напряжения.
Питание системы:
Страж автоматически подзаряжаетвстроенный аккумулятор когда к нему подключено внешнее питание (от 7.5В до 30Впостоянного тока или от сети ~220В (при использовании сетевого адаптера)). Припропадании внешнего питания система питается от встроенного Li-Ion аккумуляторадо 2-х суток. Схема системы рассчитана на эксплуатацию при пониженныхотрицательных температурах окружающей среды (для охраны автомобиля инеотапливаемых помещений). Следует иметь ввиду, что автоматический внутреннийобогрев работает только при наличии внешнего питания.
Цена:7800 руб./>
2.1.2Visonic GA-1RS
GSM модуль – VisonicGA-1RS(рисунок 3).
/>
Рисунок 3.VisonicGA-1RS
Технические характеристики устройства:
1. встроенныйGSM модем (900/1800);
2. передачацифровых тревожных извещений (например, Contact ID) на телефонный приемник (например,RC12/RC112);
3. передачаречевых сообщений на 4 стационарных или мобильных телефона пользователя;
4. передачаСМС сообщений на 4 мобильных телефона пользователя;
5. управлениесистемой охраны, устройств Х10 и прослушивание обстановки в помещении;
6. удаленноепрограммирование и чтение журнала панели арт ССБ — 003 через GSM адаптер;
7. программированиемаршрутизации сообщений с панели арт ССБ — 003;
8. режимыработы: GSM резервный канал, GSM основной канал, только GSM, только СМС;
9. выборгруппы отправки СМС (тревоги, неисправности, снятие/постановки и т.д.);
10. передачасообщения в случае потери связи модуля с панели арт ССБ — 003;
11. просмотртекущего уровня сигнала от базовой станции RSSI;
12. питаниеот PowerMax+ и/или переменного напряжения 9В, встроенного аккумулятора;
13. подзарядкааккумулятора от панели арт ССБ — 003 или сетевого адаптера;
14. потреблениетока 30мА/максимум 400мА (в режиме передачи сообщений);
15. подключениек панели арт ССБ — 003 посредством RS232 (максимальное расстояние 12м);
16. диапазонрабочих температур 0...49C;
17. габариты185х108х43 мм;
18. вес500 гр.
Цена: 8 500 руб./>
2.1.3Страж-GSM-M
«Страж-GSM-M»(рисунок 4) предназначен для охраны квартир, офисов, дач, автомобилей и другихобъектов охраны и осуществляет оповещение через сеть сотовой связи стандарта GSMпосредством звонка на заданные телефонные номера (до 3-х номеров).
/>
Рисунок 4.Страж-GSM-M
Как работает охранная система:
Физически и «Страж GSM-M»представляет собой модифицированный сотовый телефон «MotorollaM3x88»,снабженный входом для подключения датчиков (в комплект поставки входит одингерконовый датчик). Возможно использование любых типов датчиков с нормальнозамкнутым контактным выходом. При этом все функциональные возможности телефонасохраняются.
Для увеличенияэффективности охранной системы советуем уделить особое внимание скрытностирасположения самого устройства. Также следует убедиться в том, что в местеустановки «Стража GSM-M»уровень сигнала приема достаточен.
После срабатывания(размыкания) датчика устройство сразу производит дозвон по заданным телефоннымномерам с интервалом 2 минуты. Длительность дозвона по каждому из номеровсоставляет 30 с. На телефонах, на которые осуществляется дозвон, предполагаетсяналичие функции АОН. Определение АОНом номера телефона «Стража GSM-M»означает срабатывание тревожной сигнализации. Поскольку при этом нетнеобходимости отвечать на звонок, нет расходования средств с баланса телефона«Стража GSM-M»,за исключением абонентской платы.
«Страж GSM-M»имеет ряд уникальных достоинств, отсутствующих у других систем охраны:
Практическинеограниченный радиус действия. Вы можете проконтролировать свою собственностьв Москве даже из Пуэрто-Рико, не говоря о Подмосковье.
Монтаж системчрезвычайно прост: просто подсоедините датчики к телефону, включите телефон изапрограммируйте нужные номера телефонов и текст для оповещения. Никаких лишнихпроводов.
Телефон имеетвстроенный аккумулятор, поэтому повреждение сети питания 220 В (или отключениеаккумулятора автомобиля, в случае использования в качестве автомобильнойсигнализации) не скажется на надежности оповещения.
«Страж GSM-M»очень экономен в использовании за счет того, что Вам не нужно отвечать навходящий звонок.
Вы можетеконтролировать состояние нескольких объектов, так как «Страж GSM-M»идентифицирует объект по номеру установленного на нём мобильного телефона.
Монтаж системы:
Монтаж этой охраннойсистемы несложен. Телефон закрепляется в укромном месте так, что бы быладоступна клавиатура телефона (с неё производится программирование системы,постановка и снятие с охраны), устанавливается необходимое количество датчикови подключаются к разъёму телефона. Телефон подключается к сети 220 В черезприлагаемый блок питания. Программируются номера и сообщения для оповещения.
Цена: 3 200 руб. 2.2 Сравнительная характеристика систем оповещения
Рассмотри три аналоганаиболее подходящих по характеристикам и функциональному назначениюразрабатываемому устройству. Цель сравнения состоит в подтверждении фактаактуальности и необходимости конечного электронного средства в потребительскомсегменте российского рынка.
Табл. 1. Характеристикипрототипов РЭС №1 РЭС №2 РЭС №3 РЭС №4 Цена, руб. 7800 2 8500 3 200 4 1 050 6 События при падении питании/аккумулятора +/+ +/+ +/+ +/+ Круглосуточный контроль входов + + + + Дискретные датчики + + + + Аналоговые датчики + 6 + 6 – – Простота в эксплуатации – – + 6 + 6 Температурный диапазон всего решения, включая GSM-терминал. -20С...+40С 2 0С..+49С 4 -20С..+60С 6 -20С..+60С 6 Рейтинг 10 10 16 18
РЭС №1 — СтражSMS8x6 GPS
РЭС№2 — GSM модуль – Visonic GA-1RS
РЭС №3 — СтражGSM-M
РЭС №4 — GSM-сигнализация
«+» — функцияприсутствует
«–» — функцияотсутствует.
В таблице представлен рейтингпроизводимый по принципу распределения баллов от 0 (худшее значениесравниваемого параметра из предложенных) до 6 (лучшее значение сравниваемогопараметра). Внизу таблицы приведены итоги сравниваемых параметров по семибалльной шкале. GSM – сигнализацияне сильно превосходит Страж GSM-M.Но заметим, что РЭС №3 дороже РЭС№4, причина тому сложное изготовлениеустройства или уже зарекомендованная его марка на рынке.
Обратим внимание набольшое число сходств и не принципиальное техническое различие рассматриваемыхустройств. Не смотря на это, ценовой спектр широк для среднего класса граждан.И проектируемое устройство по соотношению функциональность/цена превосходитсвоих конкурентов. 2.3 Классификация систем оповещения
Большое количестворазличных систем оповещения от элементарного дверного звонка до комплексноймногофункциональной системы контроля предприятия площадью в несколько десятковтысяч квадратных метров с прилегающими к нему земельными территориями могутпривести среднего гражданина в состояние полной неопределенности выбора. Втаком случае в первую очередь необходимо обратить внимание на желания ивозможности заказчика, на их соответствие и реальность воплощения. Для этойцели иметь представление о разнообразии видов, классов, групп и другихградациях систем видится первоочередной задачей на этапе принятия выбора. 2.3.1 Виды систем оповещения
Сигнализация –получение, обработка, передача и представление в заданном виде потребителям припомощи технических средств информации о несанкционированном событии наохраняемых объектах.
Основные функциисигнализации обеспечиваются различными техническими средствами. Для обнаруженияслужат извещатели, для обработки, протоколирования информации и формированияуправляющих сигналов тревоги – приемно-контрольная аппаратура и периферийныеустройства.
Система пожарнойсигнализации предназначена для своевременногообнаружения места возгорания и формирования управляющих сигналов для системоповещения о пожаре и автоматического пожаротушения.
Кроме этих функций,пожарная сигнализация должна формировать команды на включение автоматическихустановок пожаротушения и дымоудаления, систем оповещения о пожаре,технологического, электротехнического и другого инженерного оборудованияобъектов.
Системы охраннойсигнализации выполняют задачи своевременногооповещения службы охраны (в нашем случае, владельца) о фактенесанкционированного проникновения или попытке проникновения людей в здание илиего отдельные помещения с фиксацией даты, места и времени нарушения рубежаохраны.
Системыохранно-пожарной сигнализации совмещают в себе всехарактеристики как систем охранной, так и пожарной сигнализации.
Комплексные системысигнализации.
Для того чтобыобеспечить полную безопасность объекта необходимо определить все возможныефакторы угрозы. Факторы угрозы могут быть следующими: проникновение,нежелательный пронос предметов, негласный съем информации (аудио-видео запись,компьютерные атаки и т.д.), технологические аварии (утечки воды, газа и т.д.),пожар. Исходя из этого, оптимизируя меры защиты, проектируются комплексныесистемы безопасности из необходимых компонентов: системы контроля и управлениядоступом; инженерная защита объекта; защита информации.
Системы оповещенияделятся на типы по степени интеграции различными видами датчиков,контрольно-измерительной аппаратуры и периферийных устройств. 2.4 Электронные блоки систем оповещения
Система может выполнятьне только функции фиксации факта проникновения, но и контролировать всеостальные опасные аварийные ситуации:
— возникновения пожара;
— утечка газа;
— затопление.
Система может бытьоборудована функцией срочного вызова скорой помощи, милиции и т.п. автодозвонахозяину.
Системы охраннойсигнализации включают:
— датчики –чувствительные элементы, преобразующие контролируемый параметр в электрическийсигнал;
— пульт-концетратор –центральное устройство системы сигнализации, выполненное на баземикропроцессора;
— исполняющиеустройства – подключаются к центральному пункту при помощи проводной илибеспроводной связи.
В охранныхсигнализациях в качестве исполняющих устройств обычно используются:
— сирена;
— свет (мигающий илиполный);
— ПК, видеомагнитофонили принтер для регистрации времени, места и характера нарушения. Большинствосистем охранной сигнализации дополняются датчиками утечки газа или затопления(монтируются на полу). Датчики объединяются в зоны, именуемые шлейфами, которыеохраняют определенный объект или его часть.
В охранных системахобычно используются следующие датчики:
— инфракрасные датчикидвижения – срабатывают при попадании в зону движущегося объекта, излучающеготепло (например, человека), отличаются зоной чувствительности (90-110градусов), устойчивостью к ложным срабатываниям (например, навключение/отключение батарей отопления в зоне чувствительности датчиков);
— датчики разбитиястекла – акустические датчики, реагируют на звон бьющегося стекла,двухпороговые датчики регистрируют звук удара по стеклу и приэтом расположениедатчика может находится на расстоянии да 7,5 м от стекла;
— фотоэлектрическогодатчика – используются для бесконтактного блокирования пролетов, дверей, окон,проемов, коридоров и т.п., срабатывают при попытке пересечь систему лучей;
— микроволновые иультразвуковые датчики – имеют те же функции, что и вышеперечисленные, ихотличает более низкая устойчивость к ложным срабатываниям и высокие цены;
— контактные – ленты изтонкой алюминиевой фольги, которые клеятся на стекло, стену дверь и т.д., икоторые рвутся при разрушении основания.
Пульт-Концетратор:
— принимает сигналы отпультов дистанционного управления и от датчиков охраняемых зон;
— могут подключаться кперсональным ЭВМ для обработки и регистрации сигналов тревоги;
— могут принимать ипередавать сообщения по телефонной сети через коммуникационный модуль вавтономном режиме или через мобильный телефон посредством GSMтехнологии;
— коммуникационныймодуль позволяет принимать сигнал тревоги по телефону на районном или городскомпульте охраны;
— в зависимости отмодели могут обслуживать как большой объект или систему построек, так иквартиру. 2.5 Выводы
В данном разделебакалаврской работы был проведен анализ существующих устройств оповещенияаналогичных разрабатываемому. Также рассмотрены все виды систем оповещения иэлектронные блоки систем оповещения. В результате получили, что разрабатываемоеустройство удовлетворяет по своим характеристикам и функциональности.
3. Практическая часть/>3.1 Постановка задачи
На основевышесказанного в настоящей бакалаврской работе ставится задача разработатьмикропроцессорное устройство, отвечающее за контроль и своевременное оповещениео наступлении того или иного события. С необходимыми для изготовления чертежамисхемами по единому российскому стандарту. 3.2 Описание охраняемого пространства
Под моделью охраняемогопространства будем понимать крытое трехкомнатное одноэтажное кирпичное здание содной входной стальной дверью. Площадь комнат примем 4 х 5 х 2,5 м. 3.3 Состав системы
По итогам изучениявидов и существующих действующих образцов систем оповещения определим составразрабатываемой системы.
1) Центральныйблок, устанавливаемый в недоступном месте и управляющий работой всей системы;
2) Считывательключей, со встроенным светодиодом для индикации;
3) ДваИК – датчика движения;
4) Температурныйдатчик;
5) Накладноймагнитно-контактный датчик для входной двери;
6) Мобильныйтелефон для дистанционного оповещения владельца о возникшей проблеме.
3.1.1Выбор микроконтроллера для центрального блока
Микроконтроллер –микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Эти микросхемыявляются основой для построения встраиваемых систем, их можно встретить вомногих современных приборах, таких как телефоны, стиральные машиныи т. п. На сегодняшний день существует более 200 модификациймикроконтроллеров. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битныемикроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430фирмы TI, а также ARM. В то время как 8-разрядные процессоры общего назначенияполностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядныемикроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, чтосуществует большое количество применений, в которых не требуется высокаяпроизводительность.
В разрабатываемомустройстве данной бакалаврской работы не понадобится высокопроизводительныймикроконтроллер (такие как 16-битные MSP430), так как число задач в системеоповещения будет не велико. Характеристики Attiny2313 PIC16F628A БЫСТРОДЕЙСТВИЕ Макс. Такт. Частота (МГц) 20 20 Flash-памяти программ (байт) 2048 2048 ПАМЯТЬ EEPROM (байт) 128 128 SRAM (байт) 128 224 Число портов ввода/вывода 18 16 Последовательный интерфейс USART USART ПЕРЕФИРИЯ Встроенный тактовый генератор Есть Есть Напряжение питания 2,7-5,5 В 3-5,5 В Аналоговый компаратор Есть Есть ДОП. ХАР-КИ Детектор пониженного питания Есть Есть Ценна, руб. 45 95 /> /> /> /> />
Рассмотрим и сравниммежду собой два наиболее популярных 8-разрядных микроконтроллера, которыешироко используются на данный момент. Цель этого сравнения состоит в выборенаиболее подходящего микроконтроллера для центрального блока разрабатываемойсистемы.
В таблице представленыосновные характеристики двух микроконтроллеров: Attiny2313и PIC16F628A.Заметим, что два данных микроконтроллера, сравниваемых между собой похарактеристикам, не сильно отличаются друг от друга. Следовательно, каждый микронтроллерможет быть использован для разработки центрального блока системы оповещения.Однако ценовой фактор остается решающим. Поэтому для разрабатываемогоустройства выбирается Attiny2313(рисунок 5).
/>
Рисунок 5.ATtiny2313 3.1.2 Считыватель ключей
Для постановки/снятия врежим «Охрана», разрабатываемой системы сигнализации, будет использоватьсясчитыватель ключей Touch Memory. Touch Memory (буквально, контактная память) — это электронный ключ — идентификатор (в обиходе «таблетка», брелок),носитель данных для автоматической идентификации уникального кода (рисунок 6).
Ключ Touch Memory — этомикросхема, размещенная в прочном герметичном корпусе, изготовленном изнержавеющей стали, что обеспечивает повышенную устойчивость к воздействиямвнешней среды. Верхняя крышка электрически изолирована от остальной частицилиндра полипропиленовой втулкой и является контактом данных. Нижняя частьцилиндра имеет фланец, для облегчения крепления, и является общим контактом.
Ключ Touch Memory впаре «ключ — контроллер» является пассивным элементом. Это означает,то ключ не имеет внутреннего источника питания.
У ключей Touch Memoryне существует двух идентичных изделий (64-х разрядный регистрационный номер).
ПроизводительключейTouch Memory — компанияDallas Semiconductor, USA (ныне подразделениеMaxim Integrated Products).
/>
Рисунок 6. Ключ TouchMemory
В качестве считывателяключей будет использоваться обычная кнопка запроса данных, со встроенныйсветодиодом КС-05 (рисунок 7).
Техническиехарактеристики КС-05Назначение системы контроля доступом Материал металл Исполнение накладное Цвет чёрный Контакты НР Размеры Ш38х10 мм
/>
Рисунок 7.Считыватель ключей КС-05 3.1.3 Датчики
В разрабатываемойсистеме буду использовать только дискретные датчики: инфракрасные датчикидвижения, пожарный дымовой датчик и накладной магнитно-контактный датчик длявходной двери.
Инфракрасныйдатчик движения Pyronix Colt XS:
Извещатели охранныеPyronix Colt XS предназначены для обнаружения несанкционированногопроникновения на охраняемые территории.
Используются дляустановки в охранно-пожарные системы [ ОПС ].
Запатентованныетехнологии, используемые при разработке и создании извещателя Pyronix Colt XS,позволили существенно повысить помехоустойчивость: достичь оптимальногоотношения чувствительности при устойчивости к ложным срабатываниям.
Дополнительно стоитотметить, что дальность действия извещателя Pyronix Colt XS составляет 15метров.
Функциональныепараметры Pyronix Colt XS:
· Экранированноереле
· Высококачественныйдвухплощадный пироэлемент
· Герметичнаяоптика
· Вариантылинз: №1, №2, №3, №4
· Фильтрбелого света
· Помехоустойчивостьк радиоизлучению
· Светодиоднаяиндикация срабатывания
· Перемычкаотключения индикации
· Низкоеэнергопотребление
· Упреждающаятемпературная компенсация [ATC]
· Срабатываниепо импульсу любой полярности
· Аналоговыйподсчет импульсов [1-й, 2-й или 3-й импульс]
· Фиксацияплаты через шпоночный паз
· Антистатическийкорпус с толщиной стенки 3 мм.
· Фиксациялицевой крышки винтом
· Регулировкадальности действия от 5 до 15 м.
· Технологическийпаз для укладки соединительных проводов
· Поворотныйкронштейн Pyronix EB1 в комплекте
· 5лет заводской гарантии
Технические параметрыPyronix Colt XS:
· Тип:ИК пассивный
· Монтаж:Настенный
· Пироэлемент:Двухплощадный
· Максимальнаядальность действия: 15 м
· Времявыдачи тревожного извещения: >1 сек
· Нагрузкана контакты реле: до 100 В, до 75 мА
· Нагрузкана выход самоохраны: до 12 В, до 50 мА
· Электропитание:9 — 16 В DC
· Энергопотреблениев дежурном режиме: 15 мА
· Энергопотреблениев режиме срабатывания: 15 мА
· Размеры(ШхВхГ): 52x61x40 мм
· Температурныйдиапазон: -30 … +70 ºC
· Вес:72 г
· Цветприбора: Белый
· Материалкорпуса: Пластик
· Отделкакорпуса: Полировка
/>
Рисунок8. Внешний вид датчика и его диаграмма направленности зоны обнаружения
Извещательпожарный оптико-электронный дымовой ИП 212-41М:
Датчик предназначен дляобнаружения возгорания, сопровождающегося появлением дыма малой концентрации взакрытых помещениях. Извещатель ИП 212-41 (ДИП-41) работает с приборамиприемно-контрольными российского и зарубежного производства с постоянным илипеременным напряжением в шлейфе от 7,5 до 30 В. Извещатель формирует сигнал«ПОЖАР» уменьшением внутреннего сопротивления до величины не более 500 Ом.Сброс извещателя из состояния «ПОЖАР» производиться снятием напряжения питанияна время не менее 1,5 с. Извещатель ИП 212-41 (ДИП-41) имеет встроенныйоптический индикатор срабатывания и обеспечивает возможность подключениявыносного устройства оптической сигнализации (ВУОС).
Функциональныепараметры ИП 212-41М:
· Защищаемаяплощадь — до 85 кв.м.
· Светодиодныйиндикатор состояния; в тревожном режиме светится постоянно.
· Чувствительность(порог срабатывания) извещателя соответствует концентрации дыма, обеспечивающейослабление светового потока в пределах 0,05 … 0,2 дБ/м.
· Инерционностьсрабатывания извещателя не более 5 с.
· Приизъятии извещателя из розетки в шлейфе приемно-контрольного прибора режимаформируется сигнал НЕИСПРАВНОСТЬ.
· Возможноподключение выносной оптической сигнализации (ВУОС).
· Расширенныйтемпературный диапазон от -25°С до + 55°С позволяет устанавливать эти пожарныеизвещатели в неотапливаемых помещениях.
· Степеньзащиты оболочки извещателя IP30.
· Среднийсрок службы не менее 10 лет при соблюдении правил технического обслуживания.
· Нормасредней наработки на отказ с учетом техобслуживания — 60 000 ч.
Oсновныe пapaмeтpы:
· Монтaж:Потолочный
· Элeктpопитaниe:9 … 30 В DC
· Энepгопoтpeблeниeв дeжуpном peжимe: 50 μА
· Энepгопoтpeблeниeв peжимe сpaбaтывaния:
· Индикaциятpeвоги: Красный светодиод
· Paзмepы[ШхBхГ]: Ø 105 Х 60 мм
· Тeмпepaтуpныйдиaпaзон: -25 … +55 °C
· Bec:210 г
Цвeт пpибоpa: Белый
/>
Рисунок 9. Внешнийвид ИП 212-41М
Датчик магнитно-контактный ИО-102-4:
Общее описаниеИО-102-4:
1) ИО-102-4является мииатюрным накладным магнито-контактным извещателем. ИО-102-4закрепляют на основание с помощью винтов, он имеет белый цвет. Длина выводовпроводов ИО-102-4: 160 — 500 мм. Они изготовлены из провода в полихлорвиниловойизоляции, диаметр проводника составляет 0.12 мм или 0.2 мм.
2) Расстояниесрабатывания ИО-102-4 минимум: 1/2 дюйма (12,7 мм).
Технические особенности ИО-102-4
3) Диапазонкоммутируемого переменного и постоянного тока при напряжении от 10 до 72 В
4) Максимальноеколичество срабатываний 10 «6
5) Выходноесопротивление при коммутируемом токе коммутации 100 мА: разомкнутых контактов200 кОм, замкнутых контактов 0,5 Ом
6) Диапазонрабочих температур, 0С -50 -+50
7) Растояниемежду магнитом и герконом, мм: более 45 при размыкании, менее 10 при замыкании
8) Относительнаявлажность при 30С, 98%
9) Габариты,мм: 31 х 13 х 6,5
/>
Рисунок 10. Датчикмагнитно-контактный ИО-102-43.4 Работа системы
Послевключения питания или нажатия кнопки Reset устройство входит в тот режим, вкотором было последний раз – “ожидание постановки на охрану” или “охрана”. Ноесли же телефон не подключен или с ним какие-то проблемы, то светодиод будеточень редко вспыхивать (горит ~0,5 сек, ~5сек пауза), пока не подключат телефонили проблема не решиться.
Врежиме “ожидание постановки на охрану” устройство ждёт поднесения ключа ксчитывателю. Если ключ поднесли, он есть в памяти, все зоны закрыты, тосветодиод моргнёт длинными вспышками три раза и устройство встанет в режим“охрана”. Если же хоть одна из зон не закрыта, то устройство моргнёт три разакороткими вспышками и не встанет в режим “охрана”. Закрытой зоной считаетсязона, которая закорочена на землю. Если вам не нужно все четыре зоны, то лишниедолжны быть тоже закрыты. Если же поднесённого ключа нет в памяти, то светодиодтакже моргнёт три раза.
Врежиме “охрана” светодиод изредка моргает, опрашиваются все зоны на разрыв ипроверяется наличие внешнего питания. При разрыве любой из зон на номерателефонов, занесённые в память мобильного телефона, отправляются СМС ипоступают кратковременные вызовы. После чего светодиод начинает быстро моргать,и устройство ожидает выхода из этого режима прикосновением ключа к считывателю,который есть в памяти. Если в этом режиме произойдёт отключение внешнегопитания, то на все номера однократно придёт СМС с текстом “Otklucheno vneshneepitanie”, а устройство, как уже было сказано, будет продолжать работу отаккумулятора мобильного телефона. Выход из этого режима и переход в режим“ожидание постановки на охрану” произойдёт при поднесении ключа, которыйимеется в памяти.
Нарисунке 11. приведен пример работы системы.
/>
Рисунок 11. Работа GSM-сигнализации
Режимпрограммирования и настройки телефона. В этом режимепрограммируются ключи в память, и настраивается телефон для работы. Для началаследует стереть все СМС и номера телефонов, находящиеся в памяти телефона и наСИМ карте, с которой будет работать телефон. После чего нужно создать взаписной книжке от одного до трёх телефонов, на которые в дальнейшем будутпоступать звонки и СМС. На этом операции с телефоном закончены.
Послечего нужно войти в режим программирования устройства. Для чего нажмите кнопкуBut1 и, удерживая её, нажмите и отпустите кнопку Reset. Опустите кнопку But1.Светодиод на считывателе начнёт моргать: один раз вспыхнул, затем пауза и т.д.Это свидетельствует о входе в первый режиме программирования.
Впервом режиме программирования заносятся ключи, которые будут использоваться впамять устройства. Для занесения ключа в память, коснитесь им считывателя.Светодиод моргнёт три раза – это говорит об успешном программировании ключа впамять. И так до трёх ключей. Для перехода во второй режим программированиянажмите кнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать, после чего опуститекнопку. Светодиод на считывателе начнёт моргать: два раза вспыхнул, затем паузаи т.д. Это свидетельствует о входе во второй режиме программирования.
Вовтором режиме программирования, ранее запрограммированные ключи, при поднесенииих к считывателю, будут стираться из памяти. То есть всё противоположно первомурежиму: в первом записывали, во втором стираем. Для перехода в третий режимпрограммирования, так же, нажмите кнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать,после чего опустите кнопку. Светодиод на считывателе начнёт моргать: три разавспыхнул, затем пауза и т.д. Это свидетельствует о входе в третий режимепрограммирования. В третьем режиме стираются все ключи, без поднесения их ксчитывателю. Для этого нажмите и удерживайте кнопку But2, пока светодиод несделает паузу, а мотом моргнёт три раза. Это будет означать что все ключистёрты. Для перехода в четвёртый режим программирования, аналогично, нажмитекнопку But1, пока светодиод не перестанет моргать, после чего опустите кнопку.Светодиод на считывателе начнёт моргать: четыре раза вспыхнул, затем пауза ит.д. Это свидетельствует о входе в четвёртый режиме программирования.
Четвёртыйрежим программирования нужен для подготовки телефона, а конкретно, для созданияв телефоне СМС, которые он потом будет отправлять. Для этого нажмите кнопкуBut2, пока светодиод не перестанет моргать. После чего отпустите кнопку.Устройство создаст в памяти телефона пять СМС и моргнёт светодиодом три раза.Эти СМС будут потом использоваться при работе, а именно СМС с текстом “Vzlomzoni 1” будет отправляться при разрыве шлейфа Zona1 и т.д. Вы можетеотредактировать эту(эти) СМС написав нужный текст вам, например “Vzlom Garaja”.Но только отредактировать, а не стирать и создавать новые СМС, иначе устройствоне сможет работать.
Ипятая СМС с текстом “Otklucheno vneshnee pitanie” будет отправляться, если врежиме охраны пропадёт питание 12вольт. Устройство при этом ещё какое-то времясможет работать от аккумулятора телефона.
Четвёртыйрежим программирования был последний режим программирования. Для выхода излюбого режима программирования нажмите кнопку Reset. 3.5 Конструкторская часть
На основе широкогоанализа технического задания проводятся конструкторские расчеты с цельюпостроения устройства с помощью предприятия-изготовителя электронных устройств.Особое внимание уделено конструкторским расчетам на механические, температурныевоздействия, воздействия ускорения при вибрации. 3.5.1 Разработка и анализ ТЗ
Из ГОСТА известно, чтоТЗ представляет собой документ, устанавливающий основное назначение ипоказатели качества изделия, технико-экономические и специальные требования,предъявляемые к разрабатываемому изделию, объему, стадиям разработки и составуконструкторской документации (КД).
Очевидно, что началомдействий проектирования в любом случае должен стать этап подготовки исходных(априорной информации) о проекте. Подготовка включает в себя сбор исистематизацию информации в виде технического задания (ТЗ) на разработку. ТЗ посути является документом, который должен учесть все факторы, влияющие нарезультат – конструкцию РЭС.
Содержание ТЗпредставляет собой объединение следующих исходных данных:
— совокупностьтребований к изделию (технических, экономических, производственных и др.);
— необходимые стадииразработки и строки прохождения стадий;
— состав КД (ГОСТ15.001-73).3.5.2 Техническоезадание
1. Технические требования
a) Радиотехническоеназначение объекта: прием, передача, обработка информации;
b) Классобъекта установки – наземный стационарный, работающий в отапливаемых наземных иподземных помещениях (1 группа);
c) Климатическоеисполнение – У (умеренный климат со среднегодовыми изменениями температуры +40ºС и -45ºС);
d) Категорияразмещения на объекте – 3 (в закрытых помещениях с естественной вентиляцией безкондиционирования).
2. Конструктивныетребования
a) Массаm ≤250 г.;
b) Электромагнитнаязащита отсутствует;
c) Необходимасеть питания.
3. Требованияпо надежности
a) Группабезотказности по последствиям отказов III(утрата изделия или расходы на ремонт);
b) Классвосстанавливаемости II(восстанавливаемые изделия, которые после капитального ремонта должнырассматриваться как новые, а в течение срока службы подвергаются операциямитехнического обслуживания, текущего и среднего ремонта: вещательные РЭС);
c) Режимэксплуатации IV (общий – случайныепериоды ожидания и действия).
4. Производственныеи экономические требования
a) Производствомелкосерийное, крупносерийное;
b) Группапо стоимости разработки и производства – 2 (промежуточная).
5. Преемственность
Для данной работы вкачестве прототипа был заимствован…
6. Условияэксплуатации
a) Группапо условиям эксплуатации – I(СтационарнаяРЭА, работающая в отапливаемых помещениях);
b) Условияработоспособности: температура от -40ºС до +40ºС, влажность 45-80%при t=25ºС, давление630 -800 мм.рт.ст.;
c) Механическиевоздействия: вибрация f=10…30Гц, ускорение вибрации A=2g.
7. Требованияк патентной чистоте изделия
В данной работе неиспользовались решения, запатентованные в России или других странах3.5.3 Состав изделия итребования к конструктивному устройству
7) Наименование,число и назначение основных частей;
Разрабатываемое вданной работе РЭС состоит из следующих основных частей:
- датчики (до 4штук) – контролируют охраняемый периметр, в случае несанкционированногопроникновения передают на микропроцессор сигнал тревоги.
- мобильныйтелефон – принимает от МП управляющие сигналы, для передачи на телефонвладельца охраняемого участка для контроля и настройки процесса работы МП.
- микроконтроллер– ядро всего устройства, содержащее необходимую информацию в виде программногокода, записанного во встроенное ПЗУ, в котором прописан алгоритм работысистемы.
- считывательключей – устройство, с помощью которого система сигнализации ставится/снимаетсяв режим охрана.
8) Конструкторскиетребования (габариты, установочные, присоединительные размеры и др.);
РЭС должно удовлетворять:габариты устройства в собранном виде ≥ 78x78x28мм;
Крепление на плоскостиплощадью ≥ 78x78x28мм; электромагнитная защита отсутствует
9) МассаРЭС ≥60 г.
10) Требованияпо охране окружающей среды;
Условия эксплуатациисоответствуют европейским стандартам охраны окружающей среды и человека. Вконце срока службы радиоэлектронного средства необходима утилизация согласномировым стандартом и ГОСТ.
11) Требованиявзаимозаменяемости;
Ремонт устройства изамена вышедших из строя частей производится исключительно техническимиспециалистами с высшим образованием в области электронной техники.
12) Требованияустойчивости к моющим средствам;
Уход за поверхностькорпуса устройства осуществляется влажными моющими средствами без полногопогружения во влажную среду и обязательно в выключенном состоянии.
13) Требованияпомехозащищенности и предотвращения выделяемых помех;
В схеме предусмотренпринцип изолирования объекта от воздействующего поля посредством вариацийматериала корпуса. Таким образом, можно использовать либо принцип отражения,либо поглощения, либо комплексации воздействующего поля. Конечно, возможноповысить помехоустойчивость самого защищаемого РЭС конструкторским методом, аименно применение экранов (электромагнитное экранирование).
14) Требованияк ЗИП по виду (одиночный или групповой) и составу.
К устройствуприлагаются инструкции по установке, эксплуатации и настройке. Монтаж идемонтаж устройства в домашних условиях с использованием подручных инструментовпроизводится в соответствии с указанными руководствами. Также вместе сустройством поставляется крепежное оборудование: провода, кабели, крепления,схема крепежа, крепеж, болты и гайки.
Показатели назначения
Устройствопредназначено для приема, передачи, обработки и индикации информации. Основнаяцель разработки – создание универсального микропроцессорного устройства дляохраны помещения и извещения о состоянии системы посредством GSM-технологийна базе мобильных телефонов Siemensсиспользованием последней версии микроконтроллера фирмы ATMEL.
Качествофункционирования (мощность, чувствительность, разрешающая способность) зависитот типа применяемых датчиков и используемых мобильных аппаратов.
Требованиятехнологичности
Допускаетсямелкосерийное и крупносерийное производство с группой по стоимости разработки ипроизводства – 2 (промежуточная).
По условиямэксплуатации устройство относится к 1 группе: стационарная РЭА, работающая вотапливаемых помещениях;
Работоспособностьприбора характеризуется: температурой от -40 до +40 ˚С, влажностью 45 –80% при t=25 ˚С, давлением630 –800 мм.рт.ст. и механическими воздействиями: вибрация частотой f=10…30Гц, ускорением A=2g.
Требования к уровнюунификации и стандартизации
Создаваемое РЭАразрабатывается согласно существующих нормативов, правил, стандартов и норм.Устройство не содержит нестандартных частей и элементов, что дает возможностьсоздания аналогов без каких-либо дополнительных разработок и проектов. Всобранном и настроенном виде прибор готов к использованию по прямому назначению
Требования безопасности,эстетические и эргономические, требования к патентной частоте
В данной работе неиспользуется решения, запатентованные в России или других странах. Нормытехнической безопасности при использовании и эргономично спроектированныйкорпус основного устройства создают конкурентно способный товарный вид РЭА.
Условия эксплуатации
1) Условия,в которых конструкция должна быть работоспособной;
Конструкция остаетсяработоспособной при соблюдении следующих параметров:
1) Работав отапливаемых наземных и подземных закрытых помещениях с естественнойвентиляцией без кондиционирования;
2) Температураот -40 до +40 ˚С, влажностью 45 – 80% при t=25˚С, давлением 630 –800 мм.рт.ст;
2) Допустимыекратковременные воздействия климатических факторов;
Температура от -45 до+45 ˚С не более 10 минут; влажность 30 – 85% при t=25˚С не более 30 минут; давление 450 – 900 мм.рт.ст. не более часа.
3) Механическиевоздействия
Вибрация с частотой f=10…30Гц и ускорение A=2g.
4) Видыобслуживания (постоянное или периодическое, необслуживаемое исполнение),необходимое количество и квалификация персонала.
Исполнение конструкции –периодически обслуживаемое (по мере появления отказов в работе). Ремонтпроизводится одним специалистом с наличием высшего техническогопрофессионального образования.
Указание к упаковке,транспортированию и хранению
При соблюдении условииэксплуатации период хранения не ограничен. Подвергается транспортировке любымитранспортными средствами при обязательной индивидуальной упаковке в плотныйнегнущийся материал (одно устройство – одна упаковка).
Требования к унификациии стандартизации
Создается согласноимеющихся европейских и российских стандартов, норм и ГОСТов. 3.5.4 Разработка печатного узла
Печатная плата – плата,содержащая на своих поверхностях печатные проводники электрического тока сконтактными площадками, служащие для соединения навесных элементов согласноэлектрической схеме функционального узла электро- или радиоаппаратуры, а такжеметаллизированные (переходные) и неметаллизированные (крепёжные) отверстия.
Определение размеров печатной платы
Таблица 2. Геометрические размерыкомпонентовНаименование Кол L, мм B, мм H, мм m, гр. Si, mm2 Диод КД522 4 3, 8 3, 8 2, 7 0, 25 14,44 Стабилитрон КС 147А 2 4 3, 8 2, 7 0, 3 15,96 Конденсатор 10-17Б 2 4, 2 3, 8 3, 2 0, 5 16 Конденсатор 10-17Б 2 4, 2 3, 8 3, 2 0, 5 16 Конденсатор К50-20 1 17,8 3,4 3,4 4 192 Конденсатор К52-10-1 1 8,1 8,1 10,1 0,1 21,16 Резистор С2-33H(300ом) 12 6 2, 2 2,2 0,15 13,2 Резистор С2-33H(1ком) 1 6 2, 2 2,2 0,15 13,2 Кварцевый резонатор HC-49SM 1 10, 3 3, 8 5 0, 6 39,14 Микроконтроллер Attiny 2313 1 26 8, 26 5, 3 3 214,76 Разъем WF-2 8 12 5, 1 5, 8 0, 9 61,2 Разъем WF-4 1 12 10, 2 5, 8 1, 8 122,4 Разъем WF-6 1 12 15, 3 5, 8 2, 7 183,6 Стабилизатор LM7805 1 4 2 6 0,5 8 Кнопки 3 7,62 3 3,5 0, 6 22,86
Исходя из таблицы 1,можно определит площадь необходимую для установки элементов:
/>,
Где KH– коэффициент определяющий установочную площадь элементов, а Si– площадь элемента, взятая из таблицы. В расчетах корпуса устройства необходимоучесть высоту данного модуля. Итак, т.к. />mm2,то для KH= 1,5, S=2089 mm2.
Площадь печатной платырассчитывается исходя из установочной площади с учетом коэффициентаиспользования площади KSпо формуле:
/>
Для KS=0,5 Snn=4178 mm2.
Исходя из того, чторекомендуется выбирать размеры печатной платы близкими по величине, найдемсторону печатной платы квадратной формы:
/>mm
С учетом того, чтоплата устанавливается в корпус в специальные направляющие, необходимо увеличитьразмеры платы на 1мм с каждой стороны, т.е. L= 67 mm. Откуда Snn= 4489 mm2.
Примем размеры платытакими: 70x70 mm.
Размещение элементов и трассировкапроводников
На схеме электрическойпринципиальной видно, что из-за небольшого количества элементов можно сделатьпредварительный вывод о том, что следующая задача трассировки будет решена ввиде односторонней трассировки, то элементы на печатной плате расставимпримерно в той же последовательности, в какой они размещены на схеме. Дляэкономии места некоторые элементы имеет смысл развернуть в горизонтальной иливертикальной плоскости либо немного сдвинуть относительно других элементов. Засчет уменьшения числа пересечений проводников на плате можно добитьсяоптимального варианта: однослойной печатной платы. Однако в нашем случае из-засложности печатной платы этого добиться не удалось и используется двухсторонняяпечатная плата.
Разработка конструкторского блока
Блоком называетсяконструктивный модуль, который служит для электрического, механического ипространственного объединения ячеек (субблок, конструктивный модуль,объединяющий микроэлектронные узлы и обеспечивающий их защиту от различногорода воздействий), а также для их защиты от различного рода внешнихвоздействий.
Определение размеров блока
Размеры блока будутопределятся размерами печатной платы. Высота самого высокого элемента напечатной плате будет влиять на высоту разрабатываемого конструкторского блока.
Исходя из того, чтотолщина печатной 2 mm, длины выводовэлементов 1,5 mm, высота зазора междуплатой и элементами 2 mmи высота самого высокого элемента на плате 10,1 mmнайдем высоту печатной платы с установленными на ней элементами: H= 2 + 1,5 + 2 + 10,1 +2*2 = 19, 6 (mm).Отсюда HБлблока с учетом зазора 2 mmмежду печатным узлом и корпусом и толщиной корпуса 2 mmбудет: HБл =H + 2*2 + 2*2 = 27,6 ≈ 28 mm.
Найдем также длину ивысоту блока: LБл=BБл=70 + 2*2 + 2*2=78 mm. Отсюда LБлxBБлxHБлблока будут 78x78x28
Эскиз печатной платы, блока и лицевойпанели.
3.5.5 Конструкторскиерасчеты
Расчет температурынагретой зоны ведется по методике лабораторных работ, при этом поверхностьэлемента заменяется ее тепловой моделью, в которой поверхность элементапредставляется в виде параллелепипеда. Целью расчета является определениетемпературы поверхности наименее теплостойких элементов для оценки ихнадежности.
В эксплуатации разрабатываемоеизделие подвергается воздействию температуры окружающей среды или температурыпомещения, механическим воздействиям.
Температурныевоздействия снижают надежность и являются одним из дестабилизирующих факторов.Характерными дефектами, вызванными тепловыми воздействиями, являются ухудшениеизоляционных свойств материалов, изменения параметров переходаполупроводниковых приборов, значений емкостей и сопротивлений ЭРЭ, снижениемеханических свойств полимерных материалов.
При расчете температурыповерхности элемента его поверхность заменяется ее физической тепловой моделью,в которой поверхность элемента представляется в виде параллелепипеда. Полученныерезультаты являются ориентировочными и не претендуют на высокую точность. Цельюрасчета является определение температуры поверхности элемента для оценки егонадежности.
Таблица 3. Предельноезначение температур для каждого элементаЭлемент Максимальная температура среды t˚C Диод КД522 85 Стабилитрон КС 147А 125 Конденсатор 10-17Б 125 Конденсатор 10-17Б 125 Конденсатор К50-20 70 Конденсатор К52-10-1 85 Резистор С2-33H(300ом) 150 Резистор С2-33H(1ком) 150 Кварцевый резонатор 85 HC-49SM Микроконтроллер 85 Attiny 2313 Разъем WF-2 70 Разъем WF-4 70 Разъем WF-6 70 Стабилизатор LM7805 60 Кнопки 70
Определим эквивалентныйкоэффициент теплопроводности самого нетермостойкого элемента в корпусе.
Самым нетермостойкимявляется стабилизатор LM7805, он имеет самый низкий верхнийпредел допустимых рабочих температур (60˚С). Если его температура при максимальнойтемпературе эксплуатации (40˚С), не превышает предельно допустимой для неетемпературы, то и для остальных элементов выполняется это условие, иследовательно, доработки конструкции не требуется.
Рассчитаем площадьзанимаемую элементом по формуле:
SЭ= Lэ*Bэ,
Где LЭ= 0,04 m – длина элемента, BЭ=0,03 м – ширина элемента.
Получили: SЭ= 0,0012 м2
Теперь рассчитаемразмер эквивалентного источника
/>
Получаем: />
Рассчитаем критерий Биопо формуле:
/>,
Где /> Вт/м2/>К коэффициенттеплоотдачи на поверхности платы (в данной методике применяется одинаковым дляобеих сторон платы);
/>м – толщина ПП;
/>Вт/м/>К –теплопроводность материала платы
/>.
Рассчитаемотносительный перегрев по формуле:
/>
/>
Тепловая проводимостьмежду элементом и платой определяем по формуле:
/>
/> Вт/К
Проводимость междуэлементом и поверхностью корпуса:
/>
Где />Вт/м2/>К – коэффициенттеплопередачи на поверхности корпуса, s= 0,0000012 м2 – площадь части поверхности, с которой происходитконтакт.
/> Вт/К
Рассчитаем собственныйперегрев элемента:
/>,
Где />Вт/К – тепловаяпроводимость между ПП и корпусом (для воздушной прослойки),
/>Вт – мощность,рассеиваемая элементом.
/>
Проверим условие:
/>
По приближенным оценкам/>. В результате расчетовполучили, что условие выполняется для самого слабого элемента, следовательно,система не нуждается в защите от тепловых воздействий, так как это условие идля других элементов.
Расчет на механические воздействия
Вся РЭА подвергаетсявоздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали,входящей в конструкцию.
Причинами механическихвоздействий являются вибрации и удары при возможном падении с места установки ипри работе механизмов имеющих контакт с плоскостью установки РЭС.
Механическиевоздействия приводят к поломкам и деформациям несущих конструкций, отслаиваниюпечатных проводников, обрывам проводов, паразитной модуляции сигналов и др.Наибольшее разрушительное воздействие на конструкции оказывают вибрации.
Целью расчета являетсяопределение действующих на элементы изделия перегрузок при действии вибрации иударов, а также максимальных перемещений и определение защищенности отмеханических воздействий.
При расчетеиспользуются данные из таблиц «Геометрические размеры компонентов» и «Переченькомпонентов». Рассчитаем цилиндрическую жесткость платы:
/>
Где />– модуль упругости материалаПП (стеклотекстолит);
/>м – толщина печатнойплаты;
V=0,25–коэффициент Пуассона.
Подсчитаем суммарнуюмассу печатного узла.
Для этого вычислиммассу ПП и массу установлены ПП элементов.
Масса ПП вычисляетсяисходя из того, что /> (плотность ПП) равна 2400 кг/м3,а ее геометрические размеры LППхBППхHПП:70х70х2 (мм). В этом случае объем ПП будет равен:
/> м3.
И соответственно массаПП будет равна:
/> (кг)
Рассчитаем теперьсуммарный вес элементов, установленных на ПП.
/> (кг).
Откуда, /> (кг)
Рассчитаем частотусобственных колебаний платы с учетом того, что плотно крепится с трех сторон:
/>
Где M=0,420– суммарная масса ПУ.
Расчет на действие ускорения при вибрации
Определим коэффициентрасстройки:
/>,
Где f=30Гц – верхняя граница частотного диапазона из технического задания;
f0– собственная частота ПП.
Определим коэффициентдинамичности М1:
/>
Полученное значениеверно с точностью до 4-го знака после запятой.
Определим ускорение,воздействующее на плату:
АВОЗД=М1 ∙АВХ=2,044 (g),
где АВХ –ускорение вибрации из ТЗ, АВХ =2g
Самым слабым вотношении вибрационных воздействий является конденсатор K52-10(4,9g).
Проверим для негоусловие АВОЗД
2,044g
Очевидно, что условиевыполняется для самого слабого элемента. Следовательно, оно выполняется и дляостальных элементов, и система не нуждается в дополнительной защите отвоздействия вибрации, т.к. воздействующее ускорение на плату в 2 раза меньшедопустимого.
Расчет на ударноевоздействие проводить не имеет смысла по причине сформулированного техническогозадания, в котором говорится, что устройство является стационарным инепереносимым. Соответственно, подразумевается жесткое крепление на несущуюповерхность (стена, пол, потолок здания), что исключает падения, но неисключает вибрации, расчет на которые приведен выше.3.5.6 Расчет стоимости системы
Определим общую стоимость радиоэлементовцентрального блока по таблице 4:
Таблица 4.Элемент Ценна элементов, в руб. Диод КД522 4 Стабилитрон КС 147А 2 Конденсатор 10-17Б 2,6 Конденсатор 10-17Б 2,6 Конденсатор К50-20 9 Конденсатор К52-10-1 5 Резистор С2-33H(300ом) 3,6 Резистор С2-33H(1ком) 0,3 Кварцевый резонатор 2,7 HC-49SM Микроконтроллер 41 Attiny 2313 Разъем WF-2 5,6 Разъем WF-4 1,5 Разъем WF-6 2,3 Стабилизатор LM7805 9,9
Сумма всехрадиоэлементов на ПП составила 92,10 руб. Полностью собранный центральный блок выйдетне больше, чем на 150 руб. Цена мобильного телефона SiemensM35 900 руб. Два ИК-датчика,используемых в системе будут 400 руб. вместе, накладной магнитно-контактныйдатчик – 50 руб., температурный датчик – 300 руб. Считыватель ключей и ключвместе выйдут на сумму 250 рублей. Следовательно, ориентировочная ценна всейсистемы 2050 руб. Только с телефоном – 1050 руб. 3.6 Выводы
В данном разделебакалаврской работы была разработана конструкция устройства, GSM-сигнализации,были проведены расчеты на тепловое, механическое воздействие и экономическиерасчеты. В результате получили, что разработанная конструкция удовлетворяеттребованиям по климатическому и механическому воздействию. А так же,разработанное устройство имеет весьма низкую себестоимость по сравнению с егоаналогами.
4. Заключение
В результате даннойбакалаврской работы была разработана аппаратная часть автоматизированнойсигнализации, извещения которой осуществляются на основе сотовой связи.Приведено подробное описания работы системы, определен её состав (центральныйблок, датчики, мобильный телефон, считыватель ключей) и основные параметры.Разработаны алгоритм работы системы, принципиальная схема устройства ивыполнены конструкторские чертежи. При конструировании центрального блокапроведены все необходимые расчеты. Подсчитаны затраты на создание даннойсистемы (2050 руб.).
Разработаннаясигнализация по GSM-каналу может бытьусовершенствована более дорогими датчиками, мобильным телефоном, считывателемключей, которые будут обладать большим количеством выполняемых функций иработающих в более жестких условиях эксплуатации.
Результат проделаннойработы соответствует предъявленным требованиям в техническом задании.
На конкурентном рынкесистем оповещения низкая цена и простота в эксплуатации разработанной GSM– сигнализации являются успешными условиями продажи и прогрессивного расширениярынка сбыта продукции.
5. Список литературы
1.«Микроконтроллеры семейства AVR фирмы ATMEL» — М.: ИП РадиоСофт, 2008, 176 стр.
2.www.polyset.ru
3.www.proline-rus.ru
4.www.opstorg.ru
5.www.kontest.ru
6.www.vanians.narod.ru
7.www.rightmark.org
8.www.strazh-gsm.ru
6. Приложение. Чертежи
/>
/>
/>
/>
/>
/>