ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Кафедра Автоматизации производственных процессов  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чита 2011г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Кафедра Автоматизации производственных процессов  
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому  проекту  
 

По курсу: Конструирование радиоэлектронной аппаратуры 

на тему: Приемник охранного сигнализирующего устройства 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент 4 курса, группы ИД-07

                                  Качаев Андрей Андреевич  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Руководитель  работы: Березин С. Я. 
 
 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Кафедра Автоматизации производственных процессов  

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект 

По курсу: Конструирование радиоэлектронной аппаратуры

Студенту Качаеву А. А. 

Тема работы:

 Приемник охранного сигнализирующего устройства 

Исходные данные:

1. Принципиальная схема
2. Описание работы прибора
3. Заданные параметры

 
 
 
 
 

Графическая часть  на 7-х листах.

Дата выдачи задания: «     » __________2011г.

Дата представления  руководителю: «     » __________2011г.

Руководитель  курсового проекта: Березин С.Я. 
 
 
 

 

  Содержание 

1.Введение……………………………………………………….........................5                                                                                               

2.Компоновка прибора………………………………………………………....6

3.Расчёт электрических параметров печатных плат ……………………........7

4.Расчет систем экранирования модулей ………………………………….....10

5.Расчет печатных плат на виброустойчивость и  вибропрочность ….……....11

6.Расчет системы охлаждения путём естественной вентиляции корпуса ….15

7.Расчет корпуса………..……………………………………………………....17

8.Расчет массы прибора…………………………………………………….….19

9.Безопасность проекта…………………………………………………….......20

10.Заключение…………………………………………………………………..22 

Список литературы.  

Приложение 1.

КП.КПА.200402.11.07.01.С1 – принципиальная схема.

Приложение 2.

КП.КПА.200402.11.07.01.СБ – сборочный чертеж

КП.КПА.200402.11.07.01.ВО – общий вид.         
 
 
 
 
 
 
 

 

1. Введение

 

     Бывают ситуации, когда помещения остаются без присмотра. И не всегда есть возможность присутствия ЧОП. Поэтому возникает нужда в охранных приборах. Существует множество охранных систем, обладающих различными характеристиками (способ сигнализации, наблюдения и пр.). Зачастую основным параметром различия является стоимость системы. Данный приемник охранного сигнализатора является наиболее простой модификацией и легок в эксплуатации.

     Устройство  представляет собой небольшой прибор с ИК- датчиком. На крышке находится кнопка включения и единичный индикатор работы. Прибор можно разместить в любом удобном для пользователя месте напротив источника света. 

     Основной частью проекта является разработка печатной платы, корпуса устройства и конструкторские расчеты аппарата.

     Курсовой проект состоит из  графической части и расчетно-пояснительной  записки. Графическая часть выполнена в объеме 3-х листов формата А4. Пояснительная записка содержит основные конструкторские расчеты и спецификацию. 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

2. Компоновка  прибора

 

     Устройство выполнено в малогабаритном  корпусе. Состоит из литого  алюминиевого корпуса и такой же верхней крышки.  

     Печатная плата крепится к  основанию прибора винтами.. На  крышке устройства расположены элементы индикации и кнопка управления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

   3. Расчёт электрических параметров печатных плат 

  Определяем  минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления: 

                                                b_min1=J_max/(j_доп*t),                                              (1) 

  где J_max - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках питания, А;

       j_доп - допускаемая плотность тока в соответствии с методом изготовления печатной платы, А/мм² ;

     t - толщина проводника, мм; t = 0,035 мм.

     J_max = 0,3А;

     j_доп = 25 А/мм²;

                                                  b_min1=0.3/(25*0,035)=0,34 (мм). 

  Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого  падения напряжения: 

                                                  b_min=р*J_max*l/(t*U_доп),                                 (2) 

     где p - удельное сопротивление проводника, Ом мм²/м; p = 0,05 Ом мм²/м;

     l - длина проводника, м; l = 34*10^-3 м;

     U_доп - допустимое падение напряжения, В; U_доп=  0.6В. 

  b_min2=0,05*1*0.034/(0,035*0,6)=0,24 (мм). 

  Номинальное значение диаметра монтажных отверстий: 

                                            d=d_э+|d_но|+r,                                                 (3) 

     где d_но -  нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;  d_но =0,1 мм;

           d_э - диаметр вывода электронного радиоэлемента, мм; d_э = 0,1 мм;

           r – разность между минимальным диаметром отверстия  и максимальным диаметром вывода компонента, мм; r = 0,1 мм. 

                   d=0,1+0,1+0,1=0,3 (мм). 

  Выбираем  из стандартного ряда номинальное значение диаметра монтажных отверстий d=0,7мм. 

  Минимальный эффективный диаметр контактной площадки 

                                                          

  D_1min=2*(b_m+d_max/2+ _d+ _в),                        (4) 

     где b_m - ширина круговой контактной площадки, мм; b_m=0,35;

           d_max - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм; 

    d_max= d+ d+(0,1... 0,15),                                 (5) 

          где  d - допуск на отверстие, мм; d =0,05мм; 

                     d_max

(мм). 

            _в - допуск на расположение отверстий; _в=0,1;

            _d - допуск на расположение контактных площадок; _d=0,05;

                                                          

  D_1min=2*(0,35+0,85/2+0,1+0,05)=1,85 (мм). 

  Минимальный диаметр контактной площадки печатной платы: 

  D_min=D_1min+1,5*h_ф                                           (6) 

     где h_ф – толщина фольги; h_ф=0,04 мм; 

  D_min=1,85 +1,5*0,04= 1,91 (мм). 

  Максимальный  диаметр  контактной площадки: 

  D_max=D_1min+(0,02…0,06),                                        (7) 

  D_max=1,91 +0,02=1,93 (мм). 

  Ширина  проводника для печатной платы:

                                    b_min=b_1min+1,5*h_ф                                            (8) 

     где b_1min - минимальная эффективная ширина проводника, мм; b_1min=0,18 мм;

  b_min=0,18 +1,5*0,04=0,24(мм). 

  Максимальная  ширина проводника 

  b_max=b_min+(0,02+0,06),                                         (9) 

    b_max=0,24 +0,02=0,26(мм). 

  Минимальное расстояние между проводником и  контактной площадкой: 

  S_1min= -[(D_max/2+ _в)+( b_max/2+ _l),                            (10) 

     где - расстояние между отводами микросхемы или минимальное расстояние между выводами  микросхемы, мм; мм;

      _l - допуск на расположение проводников, мм; _l =0,05 мм; 

  S_1min=2,5 - [(2,01 /2+0,1)+( 0,26/2+0,05)]=2,3 (мм). 

  Минимальное расстояние между двумя контактными площадками: 

  S_2min= - ( D_max+2* _в),                                        (11) 

  S_2min=2,5 – (2,01+2*0,1)= 0,29(мм). 

  Минимальное расстояние между двумя проводниками: 

  S_3min= - (D_max+2* _l),                                          (12) 

  S_3min=2,5 – (2,01+2*0,05)=0,39 (мм).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  4. Расчет систем экранирования модулей 

  В разрабатываемом  приборе отсутствуют источники  электромагнитных колебаний, способных повлиять на работу окружающих электронных приборов, поэтому систем экранирования от излучения не требуется.

  В электрической  части прибора в качестве информационных сигналов используются напряжения логических уровней цифровых схем малочувствительные к внешним воздействиям, поэтому защитного экранирования от внешних источников излучения не устанавливаем. 
 

   

  5. Расчет печатных плат на виброустойчивость и

  вибропрочность

 

  В качестве расчетной схемы рассматривается упрощенная модель в виде прямоугольной пластины с размерами a*b, толщиной h с различными схемами закрепления по контуру. При равномерном нагружении печатной платы на её поверхности радиоэлементами её собственная частота в герцах будет равна: 

  Размер  печатной платы 120*130*2 мм. 

  Масса печатной платы: 

  m_п=a*b*h*р,                                                (17)

  где a - длина платы, м;

        b - ширина платы, м;

        h - высота платы, м;

        р - удельный вес материала печатной платы, кг/м³;

     р =2050 кг/м³ (для стеклотекстолита);    

        

  m_п=(0,120*0,130*0,002 )*2050  =0,06 (кг). 

  Собственная частота колебаний печатной платы: 

   ,                                                (18) 

     где - удельный вес материала печатной платы, Н/м³;  Н/м³;

           g - ускорение свободного падения, м/с²;  g = 9,8 м/с²;

     Kв – коэффициент, учитывающий относительный вес навесных элементов 

                                                                                                  (19)                                       

         где m_э - масса навесных электронных радиоэлементов, г;  m_э=60г; 

   

 

  Считая, что  плата опёрта по всему контуру, получаем коэффициент способа закрепления печатной платы: 

   ,                                               (20) 

  где a - длина платы, м;

     b - ширина платы, м; 

  

 

        D - цлиндрическая жесткость печатной платы:

   ,                                               (21) 

  где Е - модуль упругости материала печатной платы, Па;  Е = 3,02*10¹⁰ Па;

           h - толщина печатной платы, м;

      - коэффициент Пуассона;  (стеклотекстолит) ;  

  

(Н*м). 
 

  

(Гц). 

  Амплитуда колебаний при вибрациях на собственных  частотах при коэффициенте перегрузки n=3 

   ,                                             (22)

  где n – коэффициент перегрузки; n=8; 

  

(мм)

  Коэффициент динамичности: 

   ,                                 (23) 

  где Е - показатель затухания колебаний;  Е = 0,06;

         - частота  вынужденных колебаний печатной  платы, Гц;

        f = 50 Гц; 

  

. 

  Динамический  прогиб в центре печатной платы: 

   ,                                                 (24) 

  

(мм). 

  Эквивалентная, равномерно-распределенная в плоскости нагрузка: 

   ,                                                  (25) 

где с₁ - коэффициент, учитывающий способ закрепления печатной платы.

  Для случая операния печатной платы по контуру  при,     

   ,                                             (26)

  где а и b длина и ширина платы, м; 

  с₁ =0,00406+0,018*lg(130/120)=0,005. 

  

(Па). 

  Максимальный  распределенный изгибающий момент: 

   ,                                                (27) 

  где c₂ - коэффициент, учитывающий способ закрепления печатной платы.

  Для случая операния печатной платы по контуру  при соотношении   

   ,                                             (28) 

  с₂ =  0,0479+0,018*lg(130/120)= 0,03. 

  

(Н). 
 

  Максимальное  динамическое напряжение изгиба печатной платы 

   ,                                             (29) 

  

 (МПа). 

  Условие вибропрочности: 

   ,                                              (30) 

  где - придел выносливости материала, Па; = 105 МПа (стеклотекстолит);

     - коэффициент запас прочности,  = 2;

       

  

(МПа). 

  Условие вибропрочности:

  

. 

  Проверяем это условие: 

  0,24 МПа < 52,5 МПа. 

  Условие вибропрочности выполняется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  6. Расчет системы охлаждения путём естественной вентиляции корпуса 

  Данный  прибор будет охлаждаться естественной вентиляцией корпуса.

  Устанавливаем в первом приближении температуру стенок приборного корпуса: 

   ,                                              (31) 

  где - температура нагретой зоны, К;

         - максимальная  температура в помещении, К;

  

(К).

  Используя известное неравенство, выясняем закон, применяемый при расчете теплопередачей конвекцией для прибора высотой 0,048 м. 

   ³ ,                                              (32)

  где h - высота корпуса;

  

,

  

. 

  Как видно, неравенство выполняется, поэтому теплообмен подчиняется закону 1/4 и расчёт мощности рассеяния тепла ведётся по следующей формуле: 

   ,                (33) 

  где -степень черноты излучающей поверхности;

      - площадь  теплоотводящей поверхности, ;

      - табличный  коэффициент, учитывающий параметры  среды;  = 1,34;

      , - площади вертикальных и горизонтальных стенок корпуса,м²;

      - высота  прибора, м; = 0,048, м;

      - ширина  прибора, м; = 0,145, м.

  Выбираем  Е =0,2

      = 0,07, м²;

      = 0,0038, м²;

      = 0,07, м²; 

(Вт). 

  Для получения  мощности проверим температуру нагретой зоны.

  Определим площадь нагретой зоны: 

   ,                                       (34)

  где К_з - коэффициент заполнения аппаратуры элементами; 

                                                        Kз=Vзэ/Vк                                            (35)

     где Vзэ – объем занимаемый элементами прибора;  Vзэ=0,0007 (м³)

     Vк  – объем корпуса;  Vк=0,00007 (м³) 

     К_з =0,0007/0,00007=10; 

  

0.047(м²). 

  Полученный  результат удовлетворяет заданным условиям, так как допустимое расхождение ±10 С. 

  В данном случае ∆T= 20 C, а рассеиваемая удельная мощность составляет 2.5 . Исходя из этого делаем вывод что работа прибора возможна без вентиляции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  7. Расчет корпуса 
 

  Корпус  рассчитывается на статическую прочность. Определяем действующий в сечении  стенки момент: 

   ,                                              (36)