Индикатор нитратов на микроконтроллере - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Характеристика систем автоматизации определения электрических величин. Разработка схемы и алгоритма функционирования устройства индикатора нитратов на микроконтроллере. Создание компоновки и трассировки печатной платы; расчет эксплуатационных параметров.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Темой дипломного проекта является разработка индикатора нитратов на микроконтроллере.
Цель исследования теоретическое исследование применения микропроцессорных устройств, для определения нитратов.
Объектом исследования является устройство, определяющее количественное содержание нитратов в тестируемом объекте.
Предметом исследования является микропроцессорное устройство для определения нитратов в тестируемом предмете.
В процессе выполнения дипломного проекта необходимо было решить следующие задачи:
1. Проанализировать теоретическую базу построения современных микроконтроллерных устройств;
2. Исследовать системы автоматизации определения электрических величин;
3. Создание схемы и разработка алгоритма функционирования устройства индикатора нитратов на микроконтроллере;
4. Создание компоновки и трассировки печатной платы, выбор метода производства печатной платы, рассчитать эксплуатационные характеристики индикатора нитратов на микроконтроллере.
5. Создание экономичного варианта микроконтроллерного устройства;
6. Дать рекомендации по охране труда, энерго- и материалосбережению, охране окружающей среды.
Метод исследования. В процессе разработки индикатора нитратов на микроконтроллере проводилась сравнительная оценка способов автоматизации с точек зрения, высказанных в технической и справочной литературе.
Теоретическая значимость: детально проработаны материалы по современным микропроцессорным устройствам, проведен анализ по существующим разработкам, исследованы новейшие схемы их функционирования.
Практическая значимость: заключается в разработке устройства для количественного определения нитратов в быту, в пищевом производстве, в учебных лабораториях.
Проектированное устройство предназначено для оценки количественного содержания нитратов в овощах и фруктах. Для измерения нитратов был положен метод электропроводимости, измерительное устройство анализирует электропроводимость между двумя электродами.
Индикатор нитратов применяется на производстве для промежуточного контроля выпускаемой продукции, так как устройство определяет содержание нитратов мгновенно и не надо ждать несколько часов для того что бы получить результата лабораторных исследований. В быту устройство получило широкое распространения для индивидуальной оценки содержания нитратов в овощах и фруктах выращенных на грядке или купленных в магазине. В учебном процессе индикатор нитратов применяется в лабораторных исследованиях.
Спроектированный индикатор нитратов на микроконтроллере может выполнять следующие функции:
1. измерение по типу продукта и нормам ПДК;
2. информация по нормам ПДК в продуктах;
4. вывод и сравнение сохранённых данных в виде гистограмм;
5. редактирование названий продуктов и количества ПДК в них;
6. настройка системы, яркости и контрастность дисплея, громкости звука;
Проектированное устройство - индикатор нитратов на микроконтроллере предназначен для оценки количественного содержания нитратов в овощах и фруктах.
Нитраты -- соли азотной кислоты, которые растения извлекают из почвы. Сами по себе нитраты безвредны. Но в нашем организме они перерабатываются в ядовитые нитриты, которые блокируют дыхание клеток. Более 60% нитратов мы получаем из овощей, около 20% -- из питьевой воды, 10% - из мяса, остальное -- из фруктов, молока и молочных продуктов. Ранние зелень и овощи содержат больше всего нитратов из-за того, что при их выращивании превышается норма внесения азотных удобрений. Причем парниковые овощи содержат больше нитратов, чем выращенные в открытом грунте. Содержание их на 1 кг капусты составляет 400 мг, свеклы -- 600 мг, других овощей -- 200 мг, фруктов -- 50 мг, фруктовых соков -- 100 мг.
Индикатор нитратов - прибор, позволяющий определить отсутствие или наличие и количество нитратов, содержащихся в продуктах питания [37].
Существует несколько способов определения нитратов. Лабораторный способ - для определения нитратов лабораторным способом необходимо проделать множество операций и ожидать результата несколько часов, вследствие чего этот метод считается самым долгим, но при этом и самым точным [5,с.12].
Определение нитратов с помощью тест полосок - для определения нитратов необходимо всего лишь капнуть каплю воды или приложить кусочек фрукта или овоща и за несколько секунд можно узнать результат, полоска меняет цвет в зависимости от количества нитратов, но так как для каждого тестирования необходима новая тест полоска, а она, как правило стоит не мало, это метод считается самым дорогим и затратным среди всех методов [38].
Способ определения нитратов методом электропроводимости, измерительное устройство анализирует электропроводимость между двумя электродами, а результат выдается на дисплей в считаные секунды, так как устройство может определять нитраты не один раз и делает это за несколько секунд, этот способ является наиболее актуальным на сегодняшний день [36].
В ходе анализа существующих разработок были выявлены следующие устройства: индикатор нитратов фирмы «СОЭКС» в котором используются дорогие ионоселективные электроды, ионометр AI-125 с нитрата селективным электродом ЭЛИС-121NO3 и аналоговый индикатор нитратов Vitatest VD-2007.
В таблице 1.1 представлены сравнительные характеристики индикаторов нитратов.
Сравнительные характеристики индикаторов нитратов
Диапазон измерения содержания нитратов, мг/кг
Проектированное устройство - индикатор нитратов на микроконтроллере предназначен для оценки количественного содержания нитратов в овощах и фруктах.
В качестве аналога проектируемого индикатора нитратов был выбран индикатор нитратов «СОЭКС». Хоть и время измерения нитратов в продуктах индикатором нитратов «СОЭКС» производится дольше и точность измерения и диапазон измерений ниже, чем у индикатора нитратов AI-125. Стоимость и размер индикатор нитратов «СОЭКС» меньше, ведь нам нужен не лабораторный индикатор нитратов, а бытовой с условием, что его размер будет не превышать обычный мобильный телефон и его стоимость будет доступна всем покупателям. [35]
Рисунок 1.1 - Индикатор нитратов «СОЭКС»
Особенности нитрат-тестера «СОЭКС»:
1. Встроенная таблица предельно допустимой концентрации нитратов позволяет получать рекомендации по употреблению;
3. Цветовая индикация уровня нитратов в продукте;
Структурная схема разрабатывается на начальных стадиях проектирования и предшествует разработке схем других типов. Структурная схема определяет основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи между ними. Схема отображает принцип действия изделия в самом общем виде. Структурная схема индикатора нитратов на микроконтроллере представлена на рисунке 2.1:
Рисунок 2.1 - Структурная схема индикатора нитратов на микроконтроллере
Структурная схема состоит из следующих блоков:
1) Датчик - предназначен для количественного определения нитратов.
2) БМ, блок микроконтроллера - предназначен для основных вычислений.
3) БУ, блок управления - предназначен для управления устройством.
4) БЦИ, блок цифровой индикации - предназначен для графического отображения информации о тестировании.
5) БЗИ, блок звуковой индикации - предназначен для звукового отображения информации о тестировании.
6) БП, блок питания - обеспечивает питанием устройства.
Функциональная схема предназначена для разъяснения процессов, происходящих в отдельных функциональных цепях изделия или изделии в целом. Функциональная схема индикатора нитратов на микроконтроллере представлена на рисунке 2.2:
Рисунок 2.2 - Функциональная схема индикатора нитратов на микроконтроллере
Функциональная схема состоит из следующих блоков:
Блок питания состоит из батареи Б, зарядного устройства ЗУ и преобразовательного блока ПБ.
БЦИ, блок цифровой индикации, который состоит из дисплея Д и светодиодной подсветки СДП.
Датчик состоит из усилителя УС и синхронного детектора СД
1 - Питание - сигнал, осуществляющий питание всех модулей и элементов устройства.
2 - Состояние батареи - сигнал, о состоянии батареи.
3 - Сигнал управления - сигнал, управления блоком микроконтроллера.
4 - Сигнал подсветки - сигнал, управления подсветкой.
5 - Сигнал графической индикации - сигнал, передачи графической индикацией.
6 - Сигнал звуковой индикации - сигнал, передачи звуковой индикацией.
7 - Тест данные - сигнал, придачи данных о тестировании.
8 - Сигнал управления зарядкой батареи
В соответствие со структурной схемой, приведенной на рисунке 2.1, учитывая расчеты и выбор элементной базы, разрабатываем схему электрическую принципиальную цифрового устройства.
Блок датчика предназначен для количественного определения нитратов, состоит из усилителя (Микросхемы DD1), синхронного детектора (Микросхемы DD2) и 2-х щупов, подключаемых через разъём X2 CKX-3.5-05. Схема датчика представлена на рисунке 2.3.
Микросхема DD1 SN74LVC1G3157 использована в качестве повторителя напряжения. С её вывода “A” прямоугольные импульсы частотой 7,8125 кГц через разделительный конденсатор C2, отсекающий постоянную составляющую, поступают на разъём X2 CKX-3.5-05, предназначенный для подключения щупов. Сопротивление проверяемого продукта является верхним плечом делителя, сопротивление резистора R1 - нижним. Импульсы с R1 через разделительный конденсатор C3 поступают на синхронный детектор, выполненный на коммутаторе DD2 SN74LVC1G3157.
Технические характеристики микросхемы SN74LVC1G3157 представлены в таблице 2.1.
Технические характеристики микросхемы SN74LVC1G3157 [29]
Резисторы R1,R8,R11 и конденсаторы C2,С3,C5,С6 выбираем из документации по подключению микросхем SN74LVC1G3157[29].
Выбираем из ряда Е24 емкость равную С4=22мкФ, индуктивность L1=10мкГн.
Конденсатор С1 служит для компенсации помех, выбирается типовое значение 100пФ.
Блок микроконтроллера, предназначен для основных вычислений. В качестве блока выбран микроконтроллер ATmega32A-AU.
Схема блока микроконтроллера представлена на рисунке 2.4.
Технические характеристики микроконтроллера ATmega32A-AU представлены в таблице 2.2. [22]
Цепочка элементов VT1, R3, R2, VD1 предназначена для индикации зарядного устройства. Если ЗУ подключено, то транзистор закрывается и на выходе микроконтроллера PB1 подается 0, что символизирует о подключении ЗУ.
Рисунок 2.4 - Схема блока микроконтроллера
Технические характеристики микроконтроллера ATmega32A-AU
Выбираем стабилитрон VD1 из условия:
где Uобр mах- обратное максимальное напряжение
Iпр.max > 1,57 * Io > 1,57 * 90 > 141,3Ма (2.6)
Технические характеристики стабилитрона BZV55-C2V7 представлены в таблице 2.3 [25]
Технические характеристики стабилитрона BZV55-C2V7
Выбираем транзистор VT1 из условия:
где Ik max - максимальный ток коллектора, Iраб.max.имс - максимальный рабочий ток ИМС
Технические характеристики транзистора КТ3189 представлены в таблице 2. [24]
Таблица 2.4 - Технические характеристики транзистора КТ3189
Рассчитываем делитель напряжения R3, R2:
где Uвх- входное напряжение каскада
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R2=7,5кОм, R3=10кОм.
Разьем Х3 WSR-6 предназначен для программирования микроконтроллера при помощи программатора PonyProg.
Цепочка элементов VT3, VT5, R4…R6, R9, R15, R18, R25, R28,С19 предназначена для управления зарядкой аккумулятора, если ЗУ подключено(PB1=0), происходит замер напряжение на линии порта PА4 через делители напряжения R25,R28, если значение напряжения ниже +4,15В, то на линии порта PB0 подается 1 и осуществляется зарядка аккумулятора, если напряжение достигло уровня +4,15 В, то на линии порта PB0 подается 0 и зарядка прекращается, микроконтроллер закрывает транзисторы VT3 ,VT5и устройство выключаетс.
Транзисторы VT3,VT5 выбираем из условия:
Технические характеристики транзистора КП214А9 представлены в таблице 2.5 [21]
Технические характеристики транзистора КП214А9
Рассчитываем делитель напряжения R4, R5:
где Uвх- входное напряжение каскада
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R4=10кОм, R5=1кОм.
Рассчитываем делитель напряжения R6, R9:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R6=10кОм, R9=1кОм.
Рассчитываем делитель напряжения R15, R18:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R15=100кОм, R18=1кОм.
Рассчитываем делитель напряжения R25, R28:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R25=10кОм, R28=100кОм.
Выбираем из ряда Е24 емкость равную С18=47мкФ, индуктивность L2=22мкГн.
Выбираем из ряда Е24 емкость равную С14=47мкФ, индуктивность L3=22мкГн.
Конденсатор С19 служит для компенсации помех, выбирается типовое значение 100пФ.
Резисторы R10,R22,R23 и конденсаторы C10,С16,C17 выбираем из документации по подключению микроконтроллера ATmega32A-AU. [9]
С10, C16, С17: RC0805-Y5V-25В -100пФ±10%
Блок управления, предназначен для управления устройством, состоит из кнопочных переключателей SB1-SB5 Cyx8-022-6-6-7.2-12В-50мА и 2-х диодов необходимых для осуществления функции включения и выключения устройства. Схема блока управления представлена на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5- Схема блока управления
Диоды VD3 и VD4 выбираются из условий:
где Uобр mах- обратное максимальное напряжение
Iпр.max > 1,57 * Io > 1,57 * 0,03 > 0,047А (2.11)
Выбираем диоды VD3,VD4: VD3,VD4: КД521А
Технические характеристики диода КД521А представлены в таблице 2.6. [20]
Технические характеристики транзистора диода КД521А
Блок цифровой индикации, предназначен для графического отображения информации о тестировании, состоит из ЖКИ дисплея и четырех светодиодов. Схема блока цифровой индикации представлена на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6- Схема блока цифровой индикации
В качестве стабилизаторов напряжения DA1,DA3 выбираем TL431AIDBZR, которые является регулируемыми стабилизаторами напряжения с защитой от перегревов и защиты по току.
В качестве дисплея выбираем ЖК дисплей LPH-7779-H, но так как дисплей не имеет встроенной подсветки дополнительно выбирается 4 светодиода белого цвета.
Технические характеристики дисплея LPH-7779-H представлены в таблице 2.7 [28]
Технические характеристики стабилизаторов TL431AIDBZR представлены в таблице 2.8 [30]
Технические характеристики дисплея LPH-7779-H
Технические характеристики стабилизаторов TL431AIDBZR
где Iпр - потребляемый прямой ток диода.
Транзистор VT6 выбирается из условий:
где Iпит.д- потребляемый прямой ток диода.
Технические характеристики транзистора KT3130Ж9 представлены в таблице 2.9 [23]
Технические характеристики транзистора KT3130Ж9
Расчет тока ограничительных резисторов R17 и R20:
где Uмк -напряжение при программировании микроконтроллера
Uпит.и - напряжение питания индикатора
Рассчитываем делитель напряжения R16, R19:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R16=33кОм, R19=68кОм
Рассчитываем делитель напряжения R26, R27:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R26=1кОм, R27=10кОм
Конденсатор С15 служит для компенсации помех, выбирается типовое значение 100пФ.
Блок звуковой индикации, предназначен для звукового отображения информации о тестировании, представляет собой громкоговоритель BA1 FML-20T. Схема блока звуковой индикации представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 - Схема блока звуковой индикации
Технические характеристики громкоговорителя FML-20T представлены в таблице 2.10 [26]
Технические характеристики громкоговорителя FML-20T
Расчет тока ограничительного резистора R21:
где Uмк - напряжение питания от микроконтроллера,
Uпит.д - напряжение питания динамика,
Питание схемы осуществляется от литиевого аккумулятора G1 через ключ на транзисторах VT4, VT5 и стабилизатор +3В DA2 TPS76330. При нажатии кнопки включения SB1 открывается транзистор VT4 и напряжение питания через DA2 поступает на микроконтроллер (МК) DD3 ATmega32A-AU, который выставляет лог.1 на линии PA2. Открывшийся транзистор VT5 удерживает VT4 в открытом состоянии после отпускания кнопки SB1. Эта же кнопка через диод VD4 подключена к линии PB2 МК, сконфигурированной как вход с подтягивающим резистором. При отжатой кнопке SB1 на линии PB2 МК будет присутствовать лог.1, а при нажатии кнопки SB1 - лог.0, служащий сигналом о необходимости выключения питания. Микроконтроллер снимает отпирающее транзистор VT5 напряжение с линии PA2, после чего VT5 закрывается. После отпускания кнопки SB1 закрывается и VT4, полностью обесточивая схему.
Для зарядки аккумулятора используется мини-USB разъём X1, ключи на VT2, VT3, гасящий резистор R7 и датчик VD1, VT1 присутствия напряжения на контактах 1-5 X1. При наличии напряжения зарядки +5В открывается VD1, VT1, и на линии PB1 МК, сконфигурированной как вход с подтягивающим резистором, появляется лог 0. В свою очередь МК выставляет лог.1 на линии PB0, открывая ключи VT2, VT3. Ток зарядки не стабилизирован, его максимальное значение определяется в основном сопротивлением резистора R7 и при его сопротивлении 10 Ом не превышает 130 мА при разряженном аккумуляторе. Контроль напряжения зарядки осуществляется МК по линии PA4 через делитель R25, R28. После достижения напряжения на аккумуляторе +4.15 В зарядка прекращается, МК снимает управляющие напряжения с ключей VT2…VT5 и прибор выключается. Зарядка возможна только во включенном состоянии прибора.
Во время работы прибора напряжение аккумулятора периодически измеряется по линии PA4 МК через делитель R25, R28. Для защиты аккумулятора от глубокой разрядки при снижении напряжения ниже 3,0 В питание прибора автоматически выключается, если была выключена подсветка. В противном случае производится последовательное уменьшение яркости подсветки с измерением напряжения аккумулятора после каждого шага.
Микроконтроллер DD3 тактируется от внутреннего RC-генератора частотой 2 МГц. Для формирования напряжения переменного тока для проверки продуктов использован таймер-счётчик «0» МК. На линии PB3 МК формируется меандр с частотой 7,8125 кГц и через R10 подаётся на управляющие входы S микросхем DD1, DD2 SN74LVC1G3157. Это достаточно мощные (ток коммутации до 100 мА) быстродействующие ключи, выполненные в малогабаритном корпусе SOT-23-6 и имеющие типовое сопротивление открытого канала 6 Ом. При низком уровне логического сигнала на управляющем выводе “S” вывод “A” микросхемы соединяется с выводом “B1”, а при высоком - с выводом “B2”. Микросхема DD1 использована в качестве повторителя напряжения. С её вывода “A” прямоугольные импульсы частотой 7,8125 кГц через разделительный конденсатор C2, отсекающий постоянную составляющую, поступают на разъём X2, предназначенный для подключения щупов. Сопротивление проверяемого продукта является верхним плечом делителя, сопротивление резистора R1 - нижним. Импульсы с R1 через разделительный конденсатор C3 поступают на синхронный детектор, выполненный на коммутаторе DD2. С нагрузки синхронного детектора R11 выпрямленное напряжение через фильтр C6, R22, C17 поступает на вход АЦП МК (линия PA2). В качестве источника опорного напряжения для АЦП использован встроенный в МК ИОН на 2,56В. Вычисление проводимости проверяемого продукта осуществляется программной обработкой измеренного напряжения.
Графический ЖК дисплей HG1 подключен к линиям аппаратного интерфейса SPI МК PB5(MOSI), PB6(MISO), PB7(SCK), а также к линиям PD4(CE) и PD5(Reset). Питается ЖКИ напряжением +3В через резистор R13. На элементах R16, R19, DA3 выполнен ограничитель напряжения на +3,3В. Он препятствует поступлению повышенного напряжения питания на ЖКИ при подаче напряжения +5В от программатора в режиме внутрисхемного программирования МК через разъём X3. Резисторы R17, R20 совместно с внутренними диодами ЖКИ также выполняют защитную функцию линий SCK, SDIN в этом режиме. Использование обычного стабилитрона вместо регулируемого DA3 привело бы к увеличению потребляемого тока в рабочем режиме, т.к. при напряжении +3В через обычный стабилитрон на 3,3В уже будет протекать некоторый ток.
Для подсветки ЖК дисплея использованы четыре отдельных белых светодиода HL1…HL4, т.к. встроенной подсветки в применённом ЖКИ дисплее не предусмотрено. Для регулировки и стабилизации тока подсветки применён стабилизатор тока, управляемый напряжением. Он выполнен на элементах R24, R26, R27, DA3, VT6. Управляющее напряжение снимается с линии PD7 МК, сконфигурированной как выход ШИМ таймера-счётчика «2» МК, и через фильтр R23, C15 поступает на управляющий вывод регулируемого стабилитрона DA3 TL431A. Питание на стабилизатор тока подается непосредственно от аккумулятора через ключ VT4, т.к. падение напряжения на белых светодиодах превышает 3 В.
Для расчета блока питания необходимо рассчитать потребляемую мощность устройства. Для расчета потребляемой мощности устройства необходимо сложить всю потребляемую мощность каждого элемента.
где Рпот - мощность потребляемая элемента
Блок питания индикатора нитратов на микроконтроллере состоит из трех стабилизатора TPS76330, li-ion аккумулятора на 3,6В в качестве зарядного устройства используется USB разъём на 5В. Схема блока питания представлена на рисунке 2.8
Для защиты устройства во время зарядки аккумулятора используется предохранитель. Для расчета предохранителя необходимо знать потребляемую мощность устройства Pпот и напряжение питания Uпит.
где I пот - номинальный ток защиты предохранителя
Рпот - потребляемая мощность устройства.
Предохранитель выбираем из ряда значений равным 0,25А.
В качестве внешнего источника питания постоянного напряжения используется многократно перезаряжаемый аккумулятор.
Электрический аккумулятор - источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования.
Так как устройство мобильно и нет необходимости к использованию больших напряжений и емкостей, в полнее подойдет li-ion аккумулятор на 3,6В 380мА/ч. Данного аккумулятора хватит на 2 часа непрерывного тестирования.
В качестве стабилизаторов напряжения DA2 выбираем TPS76330, которые является регулируемыми стабилизаторами напряжения с защитой от перегревов и защиты по току.
Технические характеристики стабилизатора TPS76330 представлены в таблице 2.12 [31]
Технические характеристики стабилизатора TPS76330
Транзистор VT2 служит в качестве электронного ключа, при подключении ЗУ, при открытии PB0=1, открывается транзистор VT2 и начинается зарядка аккумулятора.
Транзистор VT2 выбирается из условий:
Технические характеристики транзистора KT3130Ж9 представлены в таблице 2.9 [23]
Транзистор VT4 служит в качестве детектора нажатия кнопки питания.
Транзистор VT4 выбирается из условий:
Технические характеристики транзистора KT368A9 представлены в таблице 2.13 [27]
Технические характеристики транзистора KT368A9
Выбираем стабилитрон VD2 из условия:
где Uобр mах- обратное максимальное напряжение
Iпр.max > 1,57 * Io > 1,57 * 0,6 > 0,94А
Рассчитываем делитель напряжения R12, R14:
Выбираем из ряда Е24 сопротивление равные R12=10кОм, R14=1кОм
Конденсаторы C8 и С12 выбираем из документации по подключению стабилизатора TPS76330. [23]
Конденсаторы C9,C13 служит для компенсации помех, выбираются типовое значение 100пФ.
Блок схема алгоритма работы индикатора нитратов на микроконтроллере представлена на рисунке 2.5.1.
Блок схема алгоритма работы подпрограммы зарядки устройства представлена на рисунке 2.5.2.
Рисунок 2.5.1 - Блок схема алгоритма работы индикатора нитратов на микроконтроллере
Рисунок 3.5.2 - Блок схема алгоритма работы подпрограммы зарядки устройства
Блок схема алгоритма работы подпрограммы работы меню представлена на рисунке 2.5.3.
Блок схема алгоритма работы подпрограммы управления меню представлена на рисунке 2.5.4.
Рисунок 2.5.3 - Блок схема алгоритма работы меню
Рисунок 2.5.4 - Блок схема алгоритма работы управления меню
Для компоновки и дальнейшей трассировки печатной платы необходимо определить полную площадь печатной платы. Для определения полной площади печатной платы схемы, при этом нужно учитывать установочные площади элементов, необходимо найти установочную площадь всех элементов, а затем, учитывая коэффициент увеличения, рассчитывается полная площадь. Коэффициент увеличения принимается равный 2…3.
Установочные площади элементов рассчитываются по формуле:
где B - ширина корпуса элемента, мм;
Для цилиндрических элементов площадь находится по формуле:
где R - радиус корпуса элемента, мм.
Произведен расчет установочных площадей каждого элемента. Данные сводятся в таблицу 3.1.
Находим общую установочную площадь всех элементов по формуле:
S об. =S R об. +S C об +S VT об. +S DD об.. +S HG + S DA об. +S S В об . . +S L об , (3.3)
где S R об. , S C об , S VT об. , S DD об. , S HG , S DA об , S S В об., S L об 1 ,- общие установочные площади элементов, рассчитанные выше, мм.
Установочные размеры всех элементов
Находим полную установочную площадь всех элементов по формуле:
S об. - общая установочная площадь всех элементов, мм.
Эскиз компоновки элементов и монтажных соеденений состовлялся в программе Dip Trace. Диаметры монтажных и переходных отверстий печатной платы приведены в таблице 3.2.
Диаметры монтажных и переходных отверстий соответствуют [17].
Диаметры монтажных и переходных отверстий печатной платы
Номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм
Номинальный диаметры крепежных отверстий составляет 2 мм
Эскиз компоновки элементов и монтажных соединений печатной платы представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Эскиз компоновки элементов и монтажных соединений
Печатная плата индикатора нитратов на микроконтроллере была растрассированна на двух сторонах в соответствии с [18]. Ширина трасс соединений 0,5 мм. Допуск между проводником и элементом печатной платы 0,5 мм, допуск между проводником и отверстием 0,5 мм, допуск между проводником и границей печатной платы 2 мм, допуск расстояний элементов печатной платы 0,5 мм.
Чертёж верхнего слоя печатной латы представлен на рисунке 3.2
Рисунок 3.2 - Чертеж верхнего слоя печатной платы
Чертёж нижнего слоя печатной платы представлен на рисунка 3.3.
Рисунок 3.3 - Чертеж нижнего слоя печатной платы
Рассчитанная площадь печатной платы индикатора нитратов на микроконтроллере составляет 6195,4 мм 2 . Благодаря грамотной компоновки и правильной трассировки площадь получилась равна 4650 мм 2 , что на 1545 мм 2 меньше рассчитанного. Это позволило сэкономить на материалах при производстве устройства и уменьшить его размер.
Данный метод был выбран с учетом следующих факторов изготовления печатной платы индикатора нитратов:
1. Проектируемое устройство выполнено по однослойной, двухсторонней технологии с SND монтажом.
2. Необходима высокая точность печатного рисунка.
3. Необходима высокая надежность и качество печатного рисунка.
1. Создания элементов печатного рисунка с высокой точностью. При использовании фольги толщиной 9 мкм достижимая степень разрешения проводников и зазоров между ними - 75 мкм;
2. Практически на всех этапах техпроцесса фольга защищает диэлектрическое основание от воздействия технологических растворов. Этим достигается высокое качество поверхности диэлектрика и, как следствие, высокая надежность изоляции;
3. Хорошая адгезия (прочность сцепления) элементов печатного рисунка и диэлектрического основания платы.
Недостатки: Операций травления приводит к возникновению бокового подтрава проводников. Это ограничивает разрешающую способность процесса.
1. Нарезка технологических заготовок.
2. Очистка поверхности фольги (дезоксидация).
3. Сверление отверстий (подлежащих металлизации).
4. Активация поверхности под химическую металлизацию;
6. Нанесение и экспонирование фоторезиста через фотошаблон-позитив.
8. Удаление экспонированного фоторезиста.
9. Травление обнаженных участков тонкой фольги между элементами печатного рисунка.
11. Нанесение контактных покрытий на концевые печатные ламели.
14. Нанесение финишного покрытия на контактные площадки.
17. Электрическое тестирование, контроль.
Последовательность операций при комбинированном позитивном методе изготовления печатных плат представлены на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Последовательность операций при комбинированном позитивном методе изготовления печатных плат: а) экспонирование фоторезиста (3) через фотошаблон-позитив (1) и защитную пленку (2); б) рисунок из фоторезиста проявлен, на пробельные участки осаждена гальваническая медь (7); в) поверх гальванической меди нанесен металлорезист (6); г) фоторезист удален, остался металлорезист, который защитит рисунок топологии от травления; д) рисунок вытравлен; е) металлорезист удален - на основании ПП (5) остался рисунок проводников.
К эксплуатационным характеристикам можно отнести технологичность и надежность разрабатываемого устройства. Поэтому в данном раздели, будут рассчитаны технологичность и надежность универсального зарядного устройства. Блок питания универсального зарядного устройства, будет монтироваться отдельно, но так как это часть устройства, то все расчеты будут делаться для обеих плат в совокупности.
Первое что будет рассчитано это технологичность устройства.
Технологичность - совокупность свойств конструкции изделия, проявляющиеся в возможности оптимальных затрат труда, времени, средств труда, при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации, ремонте. Технологичность определяется по формуле:
где К i - расчётный частный показатель, соответствующего класса блока;
Для того, чтобы определить комплексный показатель технологичности необходимо определить каждый частный показатель.
Расчитаем коэффициент использования микросхем.
Коэффициент использования микросхем определяется по формуле:
Для данного коэффициента весовой коэффициент 1 =1.
Расчитаем коэффициент автоматизации и механизации монтажа.
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа определяется по формуле:
где H - количество монтажных соединений, которое выполняется автоматизировано или механизировано;
H м - общее количество монтажных соединений.
Для данного коэффициента весовой коэффициент 2 =1.
Расчитаем коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу.
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу определяется по формуле:
где H - количество ЭРЭ, которые подготавливаются автоматизировано или механизировано;
H эрэ - общее количество элементов ЭРЭ.
Для данного коэффициента весовой коэффициент 3 =0,75.
Расчитаем коэффици
Индикатор нитратов на микроконтроллере дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Биофизика мышечного сокращения 2
Дипломная работа по теме Обслуживание электроустановок промышленных предприятий
Реферат по теме Визначення ефективності та опрацювання напрямків поліпшення сітуації на підприємстві
Сочинение по теме Борьба двух "миров" в поэме Блока "Двенадцать"
Итоговые Контрольные Работы Первого Класса
Контрольная работа по теме Правовое регулирование возмещения вреда, причиненного окружающей среде
Курсовая работа: Управление трудовой карьерой менеджеров
Курсовая работа по теме Иностранные инвестиции в экономику Новгородской области
Реферат: Дидактика как теория обучения и образования
Қазақстан Республикасының Әлеуметтік Бағдарламаларын Іске Асыру Реферат
Ошибки В Сочинении Егэ
Реферат: Конспект лекций по кожным болезням
Реферат: Культура Древней Греции 12
Реферат: Основания прекращения обязательств
Курсовая работа по теме Аудит валютных средств и валютных операций
Курсовая работа по теме Технология откорма овец
Дипломная Работа Школы Молодого Профсоюзного Лидера
Реферат по теме Бизнес план ЧФ «SKYnet» на период 2005-2007 гг.
Реферат На Тему Банковская Система России
Кредитные Риски И Способы Их Снижения Курсовая
Учет долгосрочных инвестиций (на материалах ОАО "Ливгидромаш") - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Коммерческий подкуп - Государство и право дипломная работа
Наследование по закону - Государство и право курсовая работа