Мигающие светодиодные сигнализаторы

Введение 
 

       Устройство  «Мигающие светодиодные сигнализаторы» очень эффективное и практичное устройство – мигающие светодиоды, которые мигают наиболее благоприятны для воспроизведения, их можно использовать для создания у потенциального взломщика впечатления, что включена система охранных сигнализаторов.

       Устройство  питается напряжением ≈12В, потребляемый ток в пределах не менее 1мА, тактовая частота не должна превышать предела допустимой нормы в 10Гц.

       При проектировании устройства должны учитываться:

• технические характеристики;
• характеристику элементной базы;
• конструкторскую часть, где описывается печатная плата и сборочный чертёж.

       Схема для разработки устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы» взята в соответствии с [1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 Постановка задачи 

       Согласно постановке задачи ОКП необходимо разработать устройство «Мигающие светодиодные сигнализаторы» и представить пояснительную записку данного устройства.

       Для этого решаются следующие задачи:

       – разработать схему электрическую функционирующую устройства;

       – представить схему электрическую принципиальную устройства;

       – построить алгоритм работы и представить устройство и дать его описание;

       – дать характеристику эл. базы, которая лежит в основе построения схемы для устройства;

       – представить конструктор часть, где есть описание изготовленной печатной платы и самого устройства;

       – сделать расчёты по экономической  части;

       – сделать заключение по выданной работе;

       – представить список литературы, которая использовалась и при выполнении курсовой работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

          2 Техническая часть 

         2.1 Назначение и основные технические характеристики 

         Устройство «Мигающие светодиодные сигнализаторы» предназначено для создания у вора образа, что включена система охранной сигнализации.

         Данное устройство характеризуется основными техническими характеристиками устройства, а также эксплутационными параметрами. 

         Технические характеристики: 

–частота  повторений импульсов, Гц                                  10

–потребляемый ток, мА                                    1

–напряжение питания, В                                 +5

–выходная мощность, Вт                                                    2,5 

         Эксплутационные параметры: 

–температура окружающей среды, С                                          -10…+90

–относительная влажность воздуха, %                                  90

–атмосферное  давление, кПа                        90…110

–механические вибрации,                                                                           допускаются 

         2.2     Составление    и    описание    схемы     электрической

функциональной 

         В этом разделе даётся описание схемы электрической функциональной устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы», которая представлена в приложении А, ОКП. 230101. 011 10 Э2.

         Функциональная схема данного устройства даёт общее представление о работе устройства и состоит из следующих блоков:– блок защиты – предназначен для защиты от подачи напряжения питания в неправильной полярности;

– блок стабилизации напряжения – необходим, чтобы на работу устройства не влияло изменение напряжения;

– блок фильтров – предназначен для устранения сбоев генератора тактовых импульсов в 10 Гц;

– блок инверсии – инвертирует сигнал, который поступает на индикаторы у стройства схемы;

– блок индикации – предназначен для имитации сигнализации и отпугивания потенчиальных взломщиков, т. е. воров;

– генератор  тактовых импульсов – задаёт частоту  для счётчика в 10 Гц;

– счётчик  – предназначен для того, чтобы  светодиоды имитировали горение лампочек охраняемой системы от воров.

         При подаче питания на схему сигнал проходит через блок защиты и поступает на блок стабилизации напряжения, который необходим, чтобы на работу сигнализатора не влияло изменение напряжения питания, затем через блок фильтров сигнал поступает на счётчик, после чего генератор тактовых импульсов задаёт частоту, равную 10 Гц. После того, как была задана частота, счётчик переключается по каждому импульсу генератора и посылает сигнал на блок инверсии, а дальше на блок индикации.  

         2.3 Характеристика элементной базы 

         В данном разделе  представлена характеристика элементной базы устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы» через условно-графическое обозначение (УГО), назначение и основные технические характеристики. 

         Резисторы

     Тип МЛТ – 0,125, поз. R1…R5 [2, с. 56] 

     Резисторы с металлоэлектрическим проводящим слоем, предназначены для работы  в цепях постоянного, переменного  и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа, неизолированные. Масса не более 0,2 г. 

         

                        а                                                           б 

         а – УГО резистора; б – Внешний вид

         Рисунок 2.1 

Таблица 2.1 – Номинальное сопротивление резисторов

 

Электрические параметры:

– номинальная мощность, Вт……………………………………………………..0,125

– температура окружающей среды, ˚С………………………………………-60…+70

– относительная влажность воздуха при t=+5˚С, %……………………………..до 98

– пониженное атмосферное давление, Па………………………………………до 133

– предельное рабочее  напряжение, В………………………………………………200

– минимальная наработка, ч……………………………………………………...20000

– срок хранения, лет…………………………………………………………………..15 
 
 
 

         Конденсаторы 

         Тип КМ-3, поз. С1 [3, с. 48] 

         Электролитический конденсатор с постоянной емкостью, неполяризованный. Применяется в схемах для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. 

       

                                        а                                              б 

         а – УГО конденсатора; б – Внешний вид

         Рисунок 2.2 

Электрические параметры:

- номинальная  ёмкость, мкФ………………………………………………...............0,1

- температура  окружающей среды, ˚С……………………………................-60...+155

- относительная  влажность воздуха при t=+35˚С, %............................................до 98

- пониженное  атмосферное давление, Па……………………………………….до 6,7

- минимальная  наработка, ч……………………………………………………...15000

- сопротивление  изоляции, Мом……………………………………………………..30

- номинальное  сопротивление С1..С9, мкФ………………………………………...0,1

- номинальное  сопротивление С1..С9, пФ………………………………………..2200

      

       Тип К50-35, поз. С2 [3, с.50] 

       

                             а                                                              б 

         а – УГО конденсатора; б – Внешний вид

         Рисунок 2.3 

Электрические параметры:

- температура  окружающей среды, ˚С………………………………………...-60...+85

- относительная влажность воздуха при t=+35˚С, %.............................................до 98

- пониженное  атмосферное давление, Па……………………………………….до 194

- минимальная  наработка, ч…………………………………………………….....10000

- номинальное  сопротивление, мкФ……………………………………….................10

- номинальное  напряжение, В………………………………………………………...16

- срок хранения, лет……………………………………………………………………10 

         Диоды 

       Тип КД522Б, поз. VD1…VD4 [4, c.79] 

       Диод  кремниевый эпитаксиально - планарный. Выпускается в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Диод маркируется тремя черными кольцевыми полосками. Масса диода не более 0.15 грамм. 

       

                     а                                                                б 

         а – УГО диода; б – Внешний вид

         Рисунок 2.4 

Электрические параметры:

– постоянное прямое напряжение, В………………………………………………...1,1

– постоянный обратный ток, мкА……………………………………………………..5

– время восстановления обратного сопротивления, нс………………………………4

– постоянное обратное напряжение, В…………………………………………….....30

– импульсное обратное напряжение, В………………………………………………60

– средний прямой ток, мА…………………………………………………………….50

– импульсный прямой ток, мА……………………………………………………....850 

         Светодиоды 

         Тип АЛ 307БМ, поз HL1, HL2 [5, с. 24] 

         Светодиод представляет собой арсенид галлиевый алюминиевый излучающий диод зеленого цвета свечения. Имеет высокую яркость, низкое рабочее напряжение, малую инерционность, большой срок службы, устойчивость к механическим воздействиям. Масса не более 0,8 г.

         

                        а                                                             б 

         а – УГО светодиода; б – Внешний вид

         Рисунок 3.5 

Электрические параметры:

– сила света, мкд .……………………………….…………………………………….0,5

– прямое максимальное напряжение, В……………………….…………………….2,8

– прямой ток, мА………………………………………………………………………20

– прямой максимальный ток, мА……………………………………………………..22

– импульсный максимальный ток, мА……………………………………………….60

– обратное напряжение, В……………………………………………………………...2 

         Стабилитрон 

         Тип КС113А, поз.VD2 [5, c.90] 

         Стабилитрон кремниевый сплавной. Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Масса не более 1 г.

           

                                             

                     а                                                            б 

         а – УГО стабилитрона; б – Внешний вид

         Рисунок 3.6 

Электрические параметры:

– напряжение стабилизации, В………………………………………………………4,7

– минимальный ток стабилизации, мА………………………………………………..3

– максимальный ток стабилизации, мА……………………………………………...58

– импульсный прямой ток, мА………………………………………………………..10

– рассеиваемая мощность, мВт……………………………………………………...300

– температура окружающей среды, °C……………………………………..–60…+125 

         Микросхемы 

         Тип КР1564ТЛ3, поз DD1 [7] 

          Микросхема представляет собой  4 триггера Шмидта инвертора. Содержит 56 интегральных элементов. Корпус типа 201 14-1, масса не более 1 г. и типа 201 14-8, масса не более 2,2 г.

         

         

                          а                                                                      б 

         а – УГО микросхемы; б – Внешний вид

         Рисунок 3.7

Таблица 3.2 – Назначение выводов

Электрические параметры:

– номинальное напряжение питания, В………………………………………….........5

– выходное напряжение НУ, В……………………………………………………..≤0,5

– выходное напряжение ВУ, В……………………………………………………...≥2,7

– потребляемый ток, мА………………………………………………………………≤8

– входной ток НУ, мкА……………………………………………………………...≤6,8

– входной ток ВУ, мкА………………………………………………………………≤20 

         Тип КР1554ИЕ23, поз  DD2 [6, c.63] 

         Микросхема состоит  из двух независимых четырехразрядных счетчиков с параллельным выводом. В микросхеме применён параллельный перенос во все разряды. Счетчик импульсов может производиться либо синхронно с фронтом строба синхронизации по входам CN (CN1), либо синхронно со спадом строба синхронизации по входам CP (CP1). В первом случае разрешение счета устанавливается высоким уровнем на входах CN (CN1), а во втором случае – низким уровнем на входах CP (CP1). Сброс счётчиков осуществляется подачей низкого уровня на входах R (R1).  

Таблица 3.3 – Таблица истинности

 

Где: H – высокий уровень напряжения; L – низкий уровень напряжения;     – неопределённое состояние (H или L);       – перепад входного напряжения(L→H);       – перепад входного напряжения (H→L).

Таблица 3.3 – Назначение выводов

 

                                 а                                                                       б 

         а – УГО микросхемы; б – Внешний вид

         Рисунок 3.8 

Электрические параметры:

– номинальное напряжение питания, В………………………………………….........3

– выходное напряжение НУ, В……………………………………………………..≤0,9

– выходное напряжение ВУ, В……………………………………………………...≥2,1

– потребляемый ток, мкА……………………………………………………………..80

– входной ток, мкА…………………………………………………………………….≤1

– выходной ток, мА……………………………………………………………………75

- длительность  импульса па входе, нс…………………………………………………6 
 

         3.4  Составление   и     описание     схемы      электрической принципиальной 

         В этом разделе даётся описание схемы электрической принципиальной устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы», которая представлена в приложении Б, ОКП. 230101. 012 10 Э3. 

         Элементы, входящие в блоки:

- блок защиты – VD1;

- блок стабилизации напряжения – R3, VD2;

- блок фильтров – C2;

- блок инверсии – DD1.3, DD1.4;

- блок индикации – HL1, HL2, R4, R5;

- генератор тактовых импульсов – C1, DD1.1, DD1.2, R1, R2;

- счётчик – DD2.1. 

         При подаче питания  на схему сигнал поступает на счётчик, затем элементами генератора тактовых импульсов задаётся частота, равная 10Гц. После того, как была задана частота, счётчик DD2.1 переключается по каждому импульсу генератора и посылает сигнал на инверторы DD1.3 и DD1.4, а дальше на светодиоды HL1, HL2.

         Светодиод HL2 включён в тактах, когда на выходе элемента DD1.4 высокий логический уровень, а на выходе 8 (выводе 6) счётчика DD2.1 он низкий. В тактах, когда на этом выходе счётчика высокий уровень, а низкий на выходе элемента DD1.3, включён светодиод HL1.

         Стабилизатор напряжения на элементах VD2, R3 необходим, чтобы на работу сигнализатора не влияло изменение напряжения его питания. Конденсатор C2 устраняет сбои генератора тактовых импульсов, особенно в моменты включения светодиодов. Без него генератор работает нестабильно, а иногда вообще не запускается. Диод VD1 защищает от подачи напряжения в неправильной полярности. 
 

         3.5 Разработка и описание алгоритма работы схемы 

         В данном разделе  был разработан алгоритм работы устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы» на основании схемы электрической принципиальной ОКП. 230101. 011 10 Э3 и описание алгоритма. Алгоритм работы устройства представлен на рисунке 3.9.

         Начало. При подаче питания на устройство, происходит стабилизация напряжения. Затем сигнал поступает на генератор тактовых импульсов, где стабилизируется частота. Затем при подаче импульсов на счётчик, он переключается по каждому импульсу генератора и в соответствующих тактах подаёт проинвертированный элементами DD1.3, DD1.4 сигнал на индикаторы HL1, HL2. Конец.

Рисунок 3.9 – Алгоритм работы устройства «Мигающие  светодиодные

сигнализаторы» 
 
 
 
 
 
 

        3 Конструкторская часть 

        3.1 Разработка и описание печатной платы  

        В данном разделе даётся описание разработки печатной платы, которая представлена в приложении В ОКП. 230101. 011 10 025

        Печатная  плата устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы» разработана на основании  схемы электрической принципиальной, представленной в приложении Б ОКП. 230101. 011 10 Э3 и на основании элементной базы.

        Печатная плата  предназначена для электрического соединения элементов схемы. Она представляет собой плоское, изоляционное основание (материал - фольгированный стеклотекстолит), на котором имеется совокупность печатных проводников в соответствии со схемой электрической принципиальной, контактными площадками и переходами. 

        Плата устройства «Мигающие светодиодные сигнализаторы» была разработана и разведена в программе «Система P-CAD».

         Систем  P-CAD представляет собой пакет программ, тесно связанных друг с другом. Каждый из этих модулей предоставляет пользователю определённые возможности и характеризуется набором определённых функций. Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат. Она состоит из: редактор схем – Schematic;редактор печатных плат – PCB; менеджер библиотек – Library Executive; дополнительная утилита для разводки проводников – Interroute Gold; ряда вспомогательных программ.