Создание комплекта конструктивных документов на датчик влажности

Содержание

 

 

Введение

Разработка электронных  блоков - сложный творческий процесс, не имеющий пока строгой всеохватывающей математической базы и ведущийся методом многочисленных проб и последовательных приближений. Этот процесс больше искусство, чем наука, хотя решение многих проблем конструирования основано на использовании строгого математического алгоритма, расчета тепловых режимов, прочности, различных допусков. Поэтому незначительные на первый взгляд погрешности или приближения, допущенные на ранних стадиях разработки электронных блоков, могут стать причиной крупных ошибок в дальнейшей работе. 
Широкое использование электронной аппаратуры в различных областях науки и техники приводит к необходимости обеспечения высокой надёжности её работы при разнообразных климатических и механических воздействиях. Трудность выполнения данного требования связана с различным назначением электронных блоков, местом его установки и условиями эксплуатации.

 

1 Описание схемы электрической принципиальной

 

При попадании водяных  капель на датчики влажности (датчики коммутируются к разъёмам XS 1.3, XS 1.4) изменяется сопротивление между пластинками, что приводит к запуску генератора, собранного на микросхеме DD1. Сигнал с генератора поступает на транзисторный ключ, который управляет электродвигателем стеклоочистителей. Частота движения стеклоочистителей зависит от влажности лобового стекла автомобиля, чем интенсивнее дождь, тем меньше сопротивление между датчиками и больше частота импульсов, вырабатываемых генератором.

Датчиком влажности  служат две алюминиевые пластины из фольги, наклеенные на стекло таким образом, чтобы стеклоочистители вытирали между ними воду. Резисторами R1 и R2 можно регулировать интенсивность работы стеклоочистителей. Размеры и расстояние между пластинами подбираются экспериментально.

 

 

  

 
2 Разработка схемы электрической принципиальной

 

На листе курсовой работы ДВ 00.00.000. Э3 представлена схема электрическая принципиальная электронного блока.

Схема электрическая  принципиальная датчика влажности  была разработана в соответствии с исходными данными к курсовой работе.

Принципиальная электрическая схема отражает взаимные связи между отдельными электрическими устройствами, аппаратами, приборами и средствами автоматизации с учетом принципа действия и последовательности работы, отдельных ее элементов.

Электрические принципиальные схемы при проектировании электронных блоков составляются с учетом требований технических условий на проектирование или модернизацию.

Описание электрической  схемы начинается с рассмотрения состояния элементов, когда они отключены, т.е. при отсутствии питания и командных воздействий. При описании схемы отмечается последовательность действия электрооборудования для рабочих и наладочных режимов, т.е. какие элементы изменяют свое состояние при переходе к первому этапу работы, затем ко второму под воздействием управляющих команд и при взаимодействии между собой, прослеживается прохождение команд по различным цепям и аппаратам схемы. Обращается внимание на блокировки и защиту элементов от ненормальных режимов работы, а также вопросы электробезопасности.

Разработка схемы электрической принципиальной датчика влажности осуществлялась при помощи программного пакета NI Multisim.

  
3 Разработка монтажа элементов электронного блока

 

Элементы электронного блока смонтированы таким образом, чтобы сделать датчик влажности как можно менее габаритным, удобным в эксплуатации и обслуживании.

Развитие изделий электронной техники в настоящее время предъявляет ряд требований к используемому оборудованию и элементной базе. К таким требованиям относятся высокая плотность установки компонентов, уменьшение размеров самих компонентов и, как следствие, уменьшение размеров самого изделия.

С целью уменьшения габаритных размеров электронного блока основная часть электронных компонентов датчика влажности смонтирована на печатной плате.

На корпусе электронного блока смонтированы элементы предназначенные для регулировки интенсивности работы стеклоочистителей, включения-выключения и индикации работы датчика влажности.

 

 

 

 
4 Компоновка элементов на печатной  плате

 

После создания и проверки схемы электрической  принципиальной в пакете NI Multisim, необходимо подготовить список соединений для последующего экспорта в приложение NI Ultiboard, размещения корпусов элементов и трассировки печатной платы.

Компоновка элементов  на печатной плате производится таким  образом чтобы свести к минимуму количество соединительных дорожек, тем  самым уменьшая количество затрачиваемой  меди и достигая наименьших размеров печатной платы.

3D-модель оптимального размещения компонентов датчика влажности на печатной плате представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Расположение элементов

 
5 Трассировка печатной платы

 

Трассировка печатной платы датчика влажности представлена на листе курсовой работы ДВ 00.00.001.

В общем случае, перед трассировкой необходимо определить:

- диаметры монтажных и переходных отверстий;

- формы и размеры контактных площадок;

- размеры печатных проводников, количество слоев платы и ее размеры;

- расстояния между элементами печатного рисунка;

Трассировка печатной платы датчика влажности выполнена  автоматически при помощи приложения NI Ultiboard.

Результат автоматической трассировки представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Результат автоматической трассировки

Результаты автоматической трассировки были доработаны вручную при помощи программы AutoCAD 2007.

 
 6 Разработка чертежа печатной  платы

 

На чертеже должны быть указаны все необходимые размеры  контура печатной платы, расположение крепежных отверстий, разъемов, радиаторов и других элементов, расположение которых является фиксированным.

Современные системы  разработки печатных плат включают в  себя сложный комплекс программ, обеспечивающих так называемое "сквозное проектирование" Такой подход подразумевает разработку принципиальной схемы, моделирование ее на разных уровнях(на уровне платы и на уровне кристалла), проектирование собственно платы (физический дизайн) и заканчивается, как правило, генерацией управляющих файлов для оборудования изготовления фото шаблонов, сверления отверстий, сборки и электроконтроля. Этап проектирования печатной платы является одним и самых трудоемких и важных во всей цепочке проектирования.

Печатная плата датчика влажности была разработана при помощи следующего программного обеспечения: NI Multisim, NI Ultiboard, AutoCAD.

Процесс разработки печатной платы включает в себя следующие  этапы: создание библиотеки компонентов под проект; создание образа печатной платы по чертежу; упаковка компонентов на плату; размещение компонентов на печатной плате; трассировка печатной платы; генерация управляющих файлов для оборудования по производству печатных плат; подготовка конструкторской документации.

  
7 Разработка сборочного чертежа электронного блока

 

Сборочный чертеж датчика влажности представлен на листе курсовой работы ДВ 00.00.000 СБ.

Правила выполнения сборочных чертежей определены требованиями ЕСКД. Сборочный чертеж должен содержать: изображение сборочной единицы, дающее представление о расположении взаимной связи составных частей, обеспечивающее возможность сборки и контроля этой сборочной единицы; количество проекций и разделов должно быть минимальным, но достаточным для того, чтобы дать полное представление о конструкции прибора и компоновке основных узлов и деталей; размеры, предельные отклонения и другие параметры и требования, которые должны быть выполнены или проконтролированы по этому чертежу; указания о характере сопряжения или способов соединения неразъемных соединений; номера позиций составных частей; основные характеристики также габаритные, установочные, соединительные и справочные размеры; габаритные размеры являются, как правило, справочными, а установочные размеры представляются с указанием допустимых отклонений.

В основу разработки сборочного чертежа мною была положена компоновочная схема изделия.

     При  разработке сборочного чертежа был выбран способ крепления всех элементов и узлов с учетом назначения аппаратуры, места установки и условий эксплуатации.

При разработке сборочного чертежа необходимо учитывать, что все элементы должны иметь надежное крепление. Крепежные детали должны быть согласованы с размером и массой закрепляемых элементов и не должны допускать их смещения при вибрации и ударах. Крепления по возможности следует применять

 

 

 однотипные  и располагать их так, чтобы  к ним обеспечивался свободный  доступ при сборке и разборке; при закреплении узлов и деталей следует предусматривать защелки, замки и т.д.; винтовые соединения должны иметь приспособления, предохраняющие их от самоотвинчивания. Винты с диаметром резьбы до 5 мм не разбираемые в процессе эксплуатации, если они не нагреваются свыше 125 °С, могут быть предохранены от самоотвинчивания лаком, мастикой или краской; в резьбовых соединениях с диаметром резьбы до 6 мм рекомендуется применение винтов со шлицем, свыше 6 мм винты с головкой под ключ; если блок или узел будет крепиться с помощью винтов, то в этом случае винты должны быть типа невыпадающих; если блок стыкуется со стойкой, то должны быть предусмотрены направляющие элементы; для типовых элементов конструкций рассчитанных на быструю и легкую замену должны быть предусмотрены разъемы; у съемных, особенно симметричных блоков, узлов и разъемов следует предусмотреть ключи предотвращающие неправильную их установку или включение; при расположении сигнальных и индикаторных устройств, а также тумблеров, кнопок, клавишей и т.п., следует учитывать удобство работы оператора и требования эргономики; номенклатура крепежных деталей, а также резьба должна быть минимальной, и по возможности, стандартной. Применение специальных резьб должно быть обосновано; при разработке сборочного чертежа необходимо учитывать вопросы стандартизации; при разработке конструкции аппаратуры решаются вопросы защиты ее от внешних воздействий .

 

8 Разработка спецификации на  электронный блок

 

Спецификация  была составлена в соответствии с  требованиями курсовой работы. Элементы были подобраны в соответствии с требуемыми характеристиками датчика влажности по справочникам и с использованием интернета.

Спецификация представлена на листе ДВ 00.00.000.

9 Моделирование работы электронного блока

Моделирование работы датчика влажности выполнено при помощи программного пакета NI Multisim.

На рисунке 3 представлена схема датчика влажности, предназначенная для моделирования в пакете NI Multisim.

Рисунок 3 – Схема для моделирования

На рисунке 4 представлен  результат моделирования

Рисунок 4 – Результат  моделирования

Заключение

 

В результате выполнения курсовой работы был создан комплект конструкторских документов на датчик влажности. Были разработаны следующие документы: схема электрическая принципиальная, чертеж печатной платы, сборочный чертеж датчика влажности, спецификация. В ходе разработки конструкторских документов были получены навыки по проектированию электронных блоков, которые могут быть использованы при выполнении дальнейших курсовых работ.

 

Список литературы

1. Хернитер M. Multisim. Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств. Учебник – М. “ДМК”, 2006.
2. Овсянников Н.И. Кремниевые биполярные транзисторы. Справочное пособие – Минск. “Вышейшая школа”, 1989.
3. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник – Минск. “БЕЛАРУСЬ”, 1991.
4. Боровский В.П., Костенко В.И., Михайленко В.Н. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя. – Киев. “Тэхника”, 1989.
5. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства, РЭА. Справочник. – Минск. “БЕЛАРУСЬ”, 1994.