ОГЛАВЛЕНИЕ
:
Глава 1.
Введение…………………………………………………………………………………..…
1.1 Обзор
литературы………………………………………………………………………
Глава 2. Выбор
и обоснование принципиального решения……………………………………….
2.1
Краткий обзор применяемых схемотехнологий, применяемых в интегральных схе-
мах……………………………………………………………………………………..
2.1.1 Технология ТТЛ………………………………………………………………………
2.1.2 Технология ЭСЛ………………………………………………………………………
2.1.3 Технология пМДП……………………………………………………………………
2.1.4 Технология КМДП……………………………………………………………………
2.2 Выбор и обоснование логических элементов
устройства……………………………
2.3
Выбор и обоснование аналоговых ЭРЭ……..………………………………….……..
2.4
Выбор и обоснование пассивных элементов…………………………………………
2.5
Схемотехнические требования при разработке принципиальной схемы…………..
Глава
3. Построение функциональной схемы блока оповещения………………………………..
Глава 4.
Разработка принципиальной схемы и электрический расчёт………...……...………….
4.1
Выбор элементной базы охранного устройства……………………………...…..…..
4.2
Справочные данные……………………………..……………………………...….…..
4.2.1
Микросхема К176ИЕ18……………………………………………………………...
4.2.2
Микросхема К561ИЕ8……………………………………………………………….
4.2.3
Микросхема К561ЛЕ5……………………………………………………………….
4.2.4
Импульсный номеронабиратель 1008ВЖ10……………………………………….
4.2.5
Микросхема КР1064ПП1……………………………………………………………
4.3
Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по
телефонной линии…………………………………………………………………….
4.4
Расчёт элементов принципиальной схемы.
Электрический расчёт электронного ключа………………………………..……….
Глава 5. Конструкторско-технологическая часть…………………………………………………
5.1 Разработка конструкции устройства…………………………………………………
5.2 Выбор и определение типа платы, её технологии
изготовления, класса точности,
габаритных размеров, материала, толщины, шага
координатной сетки………….
5.3 Расчет показателей надёжности охранного
устройства..……….…………………..
5.4 Оценка вероятности ложного срабатывания устройства
охранной сигнализации....
Глава 6. Экономическое обоснование проекта………………………..……………………………
6.1 Выбор базового варианта………………………………………..……………….….…
6.2 Расчёт себестоимости. Определение оптовой
цены……………………………...…..
6.2.1 Сырьё и материалы………………………………………………………………..….
6.2.2 Возвратные отходы…………………………………………………………………...
6.2.3 Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и
услуги кооперирующихся
предприятий…………………………………………………………………………..
6.2.4 Основная заработная плата производственных
рабочих…………………………..
6.2.5 Дополнительная заработная
плата…………………………………………………..
6.2.6 Отчисление на социальные нужды………………………………………………….
6.2.7 Расходы на подготовку и освоение
производства………………………………….
6.2.8 Расходы на износ инструмента и приспособлений
целевого назначения и специ-
альные расходы………………………………………………………………………
6.2.9 Расходы на содержание и эксплуатацию
оборудования…………………………...
6.2.10 Цеховые расходы……………………………………………………………………
6.2.11 Общезаводские расходы……………………………………………………………
6.2.12 Полная себестоимость………………………………………………………………
6.2.13 Оптовая цена изделия……………………………………………………………….
6.3 Расчёт эксплуатационных
расходов…………………………………………………...
6.3.1 Стоимость обслуживания аппаратуры………………………………………………
6.3.2 Затраты на капитальный ремонт……………………………………………………..
6.3.3 Стоимость потребляемой
электроэнергии…………………………………………..
6.3.4 Эксплуатационные расходы проектируемого
устройства………………………….
6.4 Расчёт годового экономического
эффекта…………………………………………….
6.5 Анализ технико-экономических
показателей………………………………………….
6.6 Вопросы организации производства……………………………………………………
Глава 7. Мероприятия по охране труда………………………………………………………………
7.1 Безопасность
жизнедеятельности………………………………………………….……
7.2 Анализ и выявление возможных опасностей и вредностей при изготовлении
охран-
ного устройства………………………………………………………………………….
7.3 Расчёт искусственного освещения………………………………………………………
7.4 Противопожарные мероприятия…………………………………………………………
Литература………………………………………………………………………………..
1. Введение.
В связи с существующей проблемой преступности возникает
необходимость охраны жилых, производственных, торговых, складских и других
помещений. В настоящее время данная проблема решается специализированными
ведомствами и охранными агенствами, специализирующимися на всевозможных видах
охраны, в том числе и на охране помещений с помощью всевозможных технических
средств. В государственной структуре существует ведомство, которое
специализируется на технической охране помещений – Управление вневедомственной
охраны МВД РФ.
Разработкой и внедрением технических средств, обеспечивающих
охрану помещений, раньше занимались специализированные цеха на предприятиях
оборонного комплекса. В настоящее время, в связи с тяжёлым финансированием и
реорганизацией оборонного комплекса, многие цеха и предприятия, занимавшиеся
выпуском продукции данного направления, или расформированы в связи с
прекращением финансирования, или перепрофилированы на выпуск другой продукции.
В связи с этим стали возникать малые предприятия и фирмы, специализирующиеся на
разработке и выпуске данного вида продукции, использующие наработанный ранее
материал государственных конструкторских бюро, а также технические решения
зарубежных разработок, используя при этом как отечественную, так и импортную
элементную базу высокой интеграции.
Вследствие специфичности данного рынка продукции, фирм, занимающихся
вышеуказанным направлением деятельности очень немного, поэтому рынок данной
продукции монополизирован этими фирмами и малыми предприятиями, вследствие чего
они диктуют определённый уровень цен, который довольно велик для рядового
пользователя. Если предприятия, фирмы и частные лица с достатком не ниже
среднего могут себе позволить услуги вневедомственной охраны, то частным лицам
с существенно меньшим достатком такие услуги практически недоступны, хотя
необходимость в технической охране частного жилья периодически возникает
практически у всех рядовых жильцов (отъезд в отпуск, на дачу, командировка,
нахождение на лечении и т.п.).
Поэтому, анализируя в радиотехнической прессе простые
технические решения и разработки и применяя современную несложную элементную
базу (несложную – имеется в виду, что без применения заказных БИС,
микроконтроллеров и микропроцессорных комплектов) можно спроектировать и
наладить производство (даже небольшими партиями на базе малого предприятия)
несложного цифрового блока – узла контроля охранных датчиков, совмещённого со
схемой кнопочного телефона-трубки, с минимальным набором функций, достаточными
для обеспечения охраны любых помещений небольшой площади. Данный проект
позволяет внедрить в производство прибор, максимально упрощенный функционально
и аппаратно, вполне доступный по цене широкому кругу потребителей.
1.1 Обзор
литературы.
В периодических научно-популярных изданиях, а также в
многочисленной радиолюбительской литературе периодически освещаются вопросы технической
охраны квартир, офисов, складов и многих других жизненно важных объектов. В то
же время выбор подходящей системы охраны ограничен. Многие системы охраны имеют
свои плюсы и минусы. Из числа известных отечественных устройств чаще всего
применяются два варианта: милицейская телефонная пультовая система и система
типа «датчик + сирена + потайной выключатель». Первая из них непригодна для
спаренного телефона, и кроме того, она конфликтует с автоответчиками и факсами.
Недостаток второй системы очевиден – опытный злоумышленник может легко
расшифровать алгоритм её работы.
Например, в журнале «Радио» №2 за 1995 год описывается
телефонная охранная система «Страж-2», предназначенная для охраны и контроля
телефонизированных объектов. Главные преимущества устройства – небольшие
массогабариты, универсальное питание, неплохая функциональность. Но есть и
недостатки, главный из которых – использование заказной СБИС, представляющей
собой микропроцессор с масочным ПЗУ, что значительно удорожает конструкцию
прибора.
Можно обратиться к официальным поставщикам охранного
оборудования для служб вневедомственной охраны, например научно-техническая
фирма «C.NORD» предлагает в
своём официальном каталоге многочисленное оборудование для охраны,
взаимодействующее в основном с центральным пультом отделения вневедомственной
охраны. Есть в каталоге фирмы и универсальное устройство – DLR-100,
работающее как на пульт, так и оповещающее выбранного абонента по телефонной
линии и радиоканалу. Данное устройство очень универсально, имеет множество
пользовательских функций, различных вариантов работы, зарезервировано по
питанию, но также не лишено недостатков. Ввиду очень большой функциональности,
реализованной на сложной импортной элементной базе вырисовываются следующие
недостатки – избыточная усложнённость, необязательная для частого и
кратковременного применения, а также, в связи с этим же – довольно большие для
данного вида устройства массогабариты и энергопотребление и, соответственно,
высокая цена изделия.
Также ещё в некоторых справочниках и изданиях для
радиолюбителей (А.И.Кизлюк. Справочник по устройству и ремонту телефонных
аппаратов. М: «Антелком», 1998; И.Н.Балахничев, А.В.Дрик. Практическая
телефония. М: «ДМК», 1999 и др.) предлагается реализовать режим охраны
помещений используя приставки автоматического определения номера, но и в данном
предложении есть свои недостатки – не все версии АОНов это позволяют и не все
АТС оборудованы автоматическим определением номера.
Таким образом, рассмотренные литературные источники
позволяют сделать вывод, что описанные охранные устройства ввиду большого
набора функций и используемой сложной элементной базы имеют высокую стоимость,
что является причиной их ограниченного использования рядовым потребителем.
Проектируемое устройство свободно от изложенных выше
недостатков, так как в нём использована несложная и недорогая элементная база,
сокращён набор дополнительных функций, что существенно не оказывает влияния на
его потребительские свойства.
2. Выбор и обоснование принципиального
решения.
2.1.
Краткий обзор существующих схемотехнологий, применяемых в интегральных схемах.
Рассмотрим
наиболее распространенные схемотехнологии применяемые в интегральных
схемах:
1.
Транзисторно-транзисторная
логика (ТТЛ).
2.
Эмиттерно-связанная
логика (ЭСЛ).
3.
Логика,
построенная на основе структуры метал-диэлетрик-полупроводник с
п-каналом (пМДП).
4.
Логика,
построенная на основе структуры метал-диэлетрик-полупроводник с
транзисторами разной проводимости (КМДП).
2.1.1. ТЕХНОЛОГИЯ
ТТЛ.
Технология ТТЛ основана на
биполярных структурах. Базовый элемент ТТЛ представляет собой
схему, содержащую один многоэмиттерный транзистор и один обычный (см.
рис. 2.1), это логическая схема И-НЕ (функцию И выполняет
транзистор VT1, а функцию инверсии выполняет
транзистор VT2).
Рис. 2.1. Базовый элемент
ТТЛ.
Подобная схема
обладает низкой помехоустойчивостью и низким быстродействием,
быстродействие можно увеличить, используя сложный инвертор, который
позволяет сократить время включения (переход из логического «0» в
логическую «1»); но время выключения (переход из логической «1» в
логический «0») сократить, не удается.
Более высокое быстродействие
позволяют получить схемы субсемейства
ТТЛШ (транзисторно-транзисторная
логика с использованием транзисторов с барьером Шотки; см. рисунок
2.2). В таких схемах барьер Шотки создает нелинейную обратную связь
в транзисторе, в результате транзисторы не входят в режим насыщения,
хотя и близки к этому режиму. Следовательно, практически исключается
время рассасывания, что позволяет существенно увеличить быстродействие.
Рис. 2.2. Транзистор Шотки.
2.1.2. ТЕХНОЛОГИЯ ЭСЛ.
Технология ЭСЛ
является так же, как и технология ТТЛ, биполярной,
т.е. элементы строятся с
использованием биполярных структур. Основой элементов ЭСЛ
является так называемый «переключатель тока», на основе которого
строится базовый элемент этой технологии - ИЛИ- -НЕ (см. рис.2.3);
по выходу1 данной схемы реализуется логическая функция ИЛИ-НЕ,
а по выходу2 - ИЛИ.
Рис. 2.3. Базовый элемент
ЭСЛ.
Из-за низкого входного
сопротивления схемы ЭСЛ обладают высоким быстродействием и
работают преимущественно в активном режиме, следовательно, помеха
попавшая на вход усиливается. Для повышения помехоустойчивости шину
коллекторного питания делают очень толстой и соединяют с общей шиной.
По сравнению со
схемами ТТЛ схемы ЭСЛ обладают более высоким
быстродействием, но помехоустойчивость у них гораздо ниже. Схемы ЭСЛ
занимают большую площадь на кристалле, потребляют большую мощность в
статическом состоянии, так как выходные транзисторы открыты и через
них протекает большой ток. Схемы, построенные по данной технологии не
совместимы со схемами, построенными по другим технологиям, использующим
источники положительного напряжения.
2.1.3. ТЕХНОЛОГИЯ пМДП.
В отличие от
технологий, рассмотренных выше, технология пМДП основана на МДП -
структурах, которые обеспечивают следующие преимущества по сравнению с
биполярными:
1. Входная цепь (цепь затвора) в
статическом режиме практически не потребляет тока (высокое входное
сопротивление);
2. Простая технология производства и
меньшая занимаемая площадь на кристалле.
Основными логическими
схемами изготавливаемыми на основе пМДП являются схема ИЛИ-НЕ и
И-НЕ (см. рис. 2.4 и рис. 2.5).
Рис. 2.4. Схема ИЛИ-НЕ.
Рис. 2.5. Схема И-НЕ.
К недостаткам этих
схем можно отнести невысокое быстродействие, по сравнению со схемами ТТЛШ
и ЭСЛ. Но в настоящее время благодаря применению новых
технологий (окисная изоляция, использование поликремневых затворов,
технология «кремний на сапфире») создаются быстродействующие МДП
структуры.
2.1.4. ТЕХНОЛОГИЯ КМДП.
Следующим шагом
развития МДП технологии стало использование комплементарных МДП
транзисторов, т.е. транзисторов с разным типом проводимости, причем
основными являются транзисторы п-типа; а транзисторы р-типа
используются в качестве динамической нагрузки.
Использование КМДП-схем
по сравнению со схемами пМДП позволяет снизить потребляемую
мощность, повысить быстродействие и помехоустойчивость, однако это
достигается за счет увеличения площади занимаемой на кристалле и
усложнения технологии производства.
Базовыми элементами КМДП-схем
являются, как и для пМДП, логические элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ
(см рис. 2.6 и 2.7).
Рис. 2.6. Схема ИЛИ-НЕ.
Рис.
2.7. Схема И-НЕ.
К особенностям
интегральных схем, построенных по технологии КМДП можно отнести
следующее:
1. Чувствительность к статическому
электричеству (для защиты в буферные каскады ставятся диоды);
Тиристорный
эффект (в КМДП структурах образуются паразитные биполярные, подобные
тиристору, структуры между шинами питания). При включении питания
тиристор включается и замыкает шину «+» на общую шину (для защиты
используется окисная изоляция).
2.2.
Выбор и обоснование логических элементов устройства.
Для функционирования
блоков управления и коммутации необходимы цифровые ИМС малой и средней степени
интеграции.
ИМС логики структуры ТТЛ
являются наиболее разработанной и массовой серией и обладают наиболее широким
спектром применения для проектирования цифровых устройств (серии К155, 555,
532, 1533).
Микросхемы серии ЭСЛ
(К500, К1000 и т.д.) являются наиболее перспективной серией, поскольку обладают
самым высоким быстродействием.
Логические элементы
структуры КМДП (серии К176, К561 и т.д.) имеют меньшее быстродействие и
нагрузочную способность по сравнению с ТТЛ и ЭСЛ, однако ИМС этой серии
обладают двумя очень важными достоинствами перед ТТЛ и ЭСЛ:
-
ничтожная
потребляемая мощность в статическом режиме (Рпот.=10-6Вт);
-
очень высокая
помехоустойчивость к наводкам по сети питания и помехам в сигнальной цепи
(допустимый уровень помех – до 30% напряжения питания).
Поэтому мы выбираем ИМС
структуры КМДП серий К176 и К561.
2.3. Выбор и обоснование аналоговых
ЭРЭ.
Аналоговые элементы –
транзисторные ключи, диоды и стабилитроны – выбираем конкретно для каждого узла
при детальном проектировании функциональных узлов. Ввиду того, что планируемое
энергопотребление проектируемого устройства невелико, а массогабаритные
показатели ограничены размерами телефона-трубки, выберем аналоговые элементы,
имеющие наиболее малые размеры, но обладающие достаточным запасом по мощности
для данного устройства.
В качестве аналоговых
микросхем применяемых в устройстве используем широко распространённые
универсальные микросхемы для телефонных аппаратов отечественного производства :
-
в качестве
импульсного номеронабирателя – КР1008ВЖ10;
-
в качестве
вызывного устройства – КР1064ПП1.
2.4. Выбор и обоснование пассивных
элементов.
При выборе пассивных
элементов электрической цепи: резисторов, конденсаторов и так далее, будем
руководствоваться, в основном, принципом максимальной миниатюризации, так как
для проектируемого устройства не требуется резервирования по мощности пассивных
элементов, ввиду очень небольших токов и напряжений в схеме.
2.5. Схемотехнические требования при
разработке принципиальной схемы.
Для обеспечения
комплексной надежности устройства необходимо стремиться к уменьшению:
-
количества ЭРЭ и
электрических связей;
-
коэффициента
нагрузки активных элементов.
3.
Построение функциональной схемы блока оповещения.
Функциональная
схема блока оповещения состоит из следующих основных узлов:
-
узел датчика,
представляющий собой RS-триггер;
-
узел счёта и
выбора выходных сигналов, выделяемых микросхемой-счётчиком секундных и минутных
импульсов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал имитации нажатия
клавиши «повтор», сигнал звукового оповещения);
-
электронные
ключи поднятия трубки и нажатия клавиши «повтор» на биполярных транзисторах,
управляемые соответствующими сигналами узла счёта и выбора выходных сигналов;
-
стандартная
схема телефона трубки на интегральной микросхеме номеронабирателя с выходом
импульсного ключа с открытым стоком и микросхеме вызывного узла с выходом на
пьезоэлектрический излучатель.
Также в состав схемы телефона трубки входит наборное поле
телефонной клавиатуры и микрофон с динамическим излучателем.
4.
Разработка принципиальной схемы и электрический расчёт.
4.1.
Выбор элементной базы охранного устройства.
Для
построения электрической принципиальной схемы охранного устройства необходимо
выбрать элементную базу. Как указывалось выше, логические элементы устройства
решено взять на основе ИМС структуры КМДП серий К176 и К561.
Узел
датчика (RS-триггер) выполним на логических элементах
ИМС К561ЛЕ5.
В
качестве основной ИМС узла счёта и выбора выходных сигналов возьмём ИМС для
построения электронных часов К176ИЕ18, ввиду очень удобного использования для
задания временных интервалов счётчика минутных и секундных импульсов. Данная
микросхема также имеет выходы звуковых сигналов, которые удобно использовать
для оповещения абонента по телефонной линии.
Также,
для задания выбранных временных интервалов подсчёта количества дозвонов до
абонента и интервалов между дозвонами, выбираем в качестве десятичного
счётчика-делителя ИМС К561ИЕ8.
Как
указывалось выше, в качестве аналоговых микросхем телефона-трубки выбираем ИМС
отечественного производства – импульсный номеронабиратель КР1008ВЖ10 и вызывное
устройство на КР1064ПП1.
В
качестве ключевых элементов выбираем транзисторы КТ502Е и КТ503Е, очень хорошо
зарекомендовавшие себя в схемах телефонов.
Пассивные
элементы в данном устройстве не требуют повышенной точности номиналов, поэтому
резисторы и конденсаторы выбираем исходя из стандартного ряда.
Полупроводниковые
диоды выбираем КД102Б, как наиболее подходящие по размерам и электрическим
параметрам.
4.2. Справочные данные.
4.2.1.
Микросхема К176ИЕ18.
ИМС
К176ИЕ18 предназначена для использования в электронных часах. В её состав
входят кварцевый генератор с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц
и два делителя частоты: СТ2 на 32768 и СТ60 на 60. При подключении к микросхеме
кварцевого резонатора, она обеспечивает получение частот 32768, 1024, 128, 2,
1, 1/60 Гц. Импульсы с частотой 128 Гц формируются на выходах микросхемы Т1-Т4
с открытым стоком (выходной ток по выходам – 12 мА), их скважность равна 32/7
(для обеспечения надёжного запирания вакуумных люминесцентных индикаторов по их
сеткам), сдвинуты они между собой на четверть периода. Эти импульсы
предназначены для коммутации знакомест индикатора часов при динамической
индикации. Импульсы с частотой 1/60 Гц подаются на счётчик минут, импульсы с
частотой 1 Гц могут использоваться для подачи на счётчик секунд. Частота 1024
Гц предназначена для звукового сигнала будильника и для опроса разрядов
счётчиков при динамической индикации. Вход Q микросхемы используется для изменения яркости индикатора,
при подаче на него логической 1 можно в 3,5 раза увеличить скважность импульсов
на выходах Т1-Т4 и во столько же раз уменьшить яркость свечения индикатора.
Также в микросхеме имеется специальный формирователь звукового сигнала. При
подаче импульса положительной полярности на вход HS, на выходе HS
появляются пачки импульсов отрицательной полярности с частотой 2048 Гц и
скважностью 2. Длительность пачек – 0,5 с, период повторения – 1 с. Выход HS выполнен с открытым стоком. Сигнал
присутствует на выходе HS до
окончания очередного минутного импульса на выходе M микросхемы.
Напряжение
питания микросхемы – от 3 до 15 В.
HS HS
M
S1
Q S2
T1
T2
T3
R T4
F
Z
Z
|
|
R1 22M
R2 510 к
Z1 32768 Гц
С1 С2 С3
3…15 36
4…20
Рис. 4.1. Типовая схема включения
микросхемы К176ИЕ18.
Назначение выводов микросхемы :
1
- T3
2
- T2 выходы 128 Гц;
3
- T1
4
- S1 - выход секундных импульсов 1 Гц;
5
- R - вход (запуск) счётчика, сброс
данных в ноль;
6
- S2 - выход 2 Гц;
7
- HS - выход формирователя звукового
сигнала 2048 Гц;
8
- GND - земляной вывод;
9
- HS - вход запуска формирователя
звукового сигнала;
10
- M - выход минутных импульсов 1/60
Гц;
11
- F
- выход опроса разрядов счётчиков 1024 Гц;
12
- Z выводы генератора для
подключения
13
- Z внешнего
кварцевого резонатора;
14
- Q - вход регулировки яркости
свечения индикатора;
15
- T4 - выход 128 Гц;
16
- Ucc - напряжение питания.
4.2.2.
Микросхема К561ИЕ8.
ИМС является десятичным счётчиком с дешифратором. Микросхема имеет три
входа – вход установки исходного состояния R, вход для
подачи счётных импульсов отрицательной полярности CN и
вход для подачи счётных импульсов положительной полярности CP.
Также она имеет десять дешифрированных выходов 0…9. Внутренняя схема содержит
пятикаскадный счётчик Джонсона и дешифратор, который преобразует двоичный код в
сигнал, появляющийся последовательно на каждом выходе счётчика. Счётчик имеет
выход переноса P. Положительный фронт выходного сигнала
переноса появляется через десять периодов тактовой последовательности и
используется поэтому как тактовый сигнал для счётчика следующей декады.
Максимальная тактовая частота – 2 МГц.
Длительность импульса запрета счёта
300 нс.
Длительность тактового импульса
250 нс.
Длительность импульса сброса
275 нс
(
вид сверху )
.
Рис. 4.2. Цоколёвка корпуса К561ИЕ8 (пластмассовый корпус типа 2104.16-4).
Таблица истинности микросхемы К561ИЕ8 :
Логические
уровни входных сигналов
|
действие
|
R
|
CN
|
CP
|
1
0
0
0
0
0
0
|
X
1
0
X
1
|
X
0
X
1
0
|
0=B
P=B 1/9=H
Счёт
Счёт
Нет счёта
Нет счёта
Нет счёта
Нет счёта
|
4.2.3.
Микросхема К561ЛЕ5.
ИМС К561ЛЕ5
представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ объединённых в одном
корпусе.
Рис. 4.3.
Цоколёвка корпуса К561ЛЕ5 (пластмассовый корпус 201.14-1).
4.2.4.
Импульсный номеронабиратель 1008ВЖ10.
1008ВЖ10
– электронный номеронабиратель с импульсным набором номера (аналог микросхемы KS5851 фирмы SAMSUNG). Служит для
преобразования нажатия кнопки клавиатуры в последовательность токовых
импульсов. Входные данные вводятся с клавиатуры, представляющей собой матрицу
кнопок (клавиш) 3x4. Программирование паузы
(единичная пауза равна 1,6 мс) можно производить после каждой набранной цифры
нажатием клавиши [ * ].
Стабилизатор
напряжения включается при замыкании вывода 2 на «землю» (вывод 6).
Предназначена для применения в кнопочных телефонных аппаратах с расширенными
функциональными возможностями.
Микросхема
выполнена по КМОП-технологии.
Особенности
микросхемы:
-
внутреннее ОЗУ рассчитано на 32 цифры;
-
повтор последнего набранного номера с помощью клавиши [ # ];
-
программирование паузы с помощью клавиши [ * ];
-
встроенный стабилизатор напряжения питания;
-
имеет помехозащищённые входы для клавиатуры;
-
выходы с открытым стоком.
Электрические параметры :
| Напряжение
питания в статическом режиме, В |
1,5 |
| Частота
генератора, кГц |
2,4 |
| Импульсный
коэффициент (отношение длит. импульса к длит. паузы ) |
3:2 / 2:1 |
| Длительность удержания клавиши
для уверенного ввода значения цифры, мс |
20 |
| Время восстановления выхода MUTE после завершения формирования последней цифры, мс |
5 |
| Частота импульсов внутри
кодовой посылки, Гц |
10 или
20
|
| Длительность нажатия «рычага», необходимая
для сброса регистра адресации памяти, мс |
300 |
| Длительность времени
«антидребезга», мс |
14 |
| Длительность
межцифровой паузы, мс |
800 или 400 |
Предельно допустимые значения
параметров и режимов :
Параметр
|
Символ |
Значение |
Единица измерен. |
| ³ |
£ |
| Напряжение питания |
Ucc
|
2,0 |
6,0 |
В |
| Максимальный ток потребления |
Icc
|
- |
150 |
мкА |
| Максимальный ток потребления в
статическом режиме |
Icc
|
- |
1 |
мкА |
| Максимально допустимое
сопротивление контакта клавиатуры в замкнутом сост. |
Ron
|
- |
1 |
КОм |
(Вид сверху)
1 18
2 17
3 16
4 15
5 1008ВЖ10
14
6 13
7 12
8 11
9
10
Рис. 4.4. Цоколёвка корпуса 1008ВЖ10 (пластмассовый корпус типа
2104.18-10).
Назначение выводов микросхемы :
1
- Ucc - напряжение питания ;
2
- Uref
- вход схемы ограничения ;
3
- COL1
4
- COL2
- клавиатурные входы (столбцы);
5
- COL3
6
- GND - земля ;
7
- RD
8
- C - выводы для подключения RC-цепи генератора;
9
- RC
10
- PPS - выбор частоты импульсов кодовой
посылки;
11
- M/B - выбор отношения импульс/пауза;
12
- MUTE -
выход разговорного ключа;
13
- ROW4
14
- ROW3 - клавиатурные
входы (строки);
15
- ROW2
16
- ROW1
17
- HS - вход от
«рычажного переключателя» (положение трубки);
18
- DP - выход
импульсного ключа.
Входная
логика
клавиату ры
|
|
Рис. 4.5. Структурная схема 1008ВЖ10 :
Блок формирования выходных сигналов
|
|
13
14 12
15
16 18
3
4 18
5
17
11 2
11 1
10 6
7 8 9
4.2.5. Микросхема КР1064ПП1.
В
настоящее время АО «Светлана» в г.С.-Петербурге выпускает специализированную
микросхему вызывного устройства КР1064ПП1 (зарубежный аналог – L3240 фирмы «SGS-THOMSON»).
Микросхема генерирует сигнал с двумя периодически переключающимися частотами (с
соотношением 1,38) и непосредственно управляет пьезоэлектрическим излучателем.
Встроенный гистерезис блокирует возможность ошибочного запуска от помех в линии
и импульсов номеронабирателя.
Напряжение включения ИС – в пределах 12,1÷13,1 В.
Напряжение выключения - 7,9÷8,9 В.
Ток вызова без присоединённой нагрузки Iсс
1,8 мА.
Амплитуда выходного напряжения Uвых.=
(Ucc- 5) В.
Рис.
4.6. Структурная схема ИС КР1064ПП1.
Назначение
выводов ИС КР1064ПП1 :
| Вывод ИС |
Обозначение |
Назначение выводов
ИС |
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
LN1
0V
C
R
UOT1
OUT2
U
LN2
|
Вход напряжения переменного тока.
Общий вывод.
Вывод подключения конденсатора, управляющего
переключениями частот, fпер.= 750/С (нФ).
Вывод подключения резистора, управляющего тоном звуковой
частоты, f1=3,56x104/R(кОм); f2=f1/1,38.
Выход напряжения звуковой частоты.
Инверсный выход напряжения звуковой частоты.
Напряжение питания. (Ucc<
32 В).
Вход напряжения переменного тока.
|
Рис.4.7.
Схема включения ИС ВУ КР1064ПП1.
4.3.
Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по
телефонной линии.
В состав схемы входят:
-
узел датчика на
элементах DD1, R1, R2, C1;
-
узел счёта и
выбора выходных сигналов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал
имитации нажатия клавиши «Повтор», сигнал звукового оповещения), собранный на
элементах DD3, DD4, DD5, DD2, ключах поднятия трубки VT2, VT3, ключе нажатия клавиши «Повтор» - на VT1;
-
стандартная схема
телефона-трубки на ИС номеронабирателя с выходом импульсного ключа с открытым
стоком (типа 1008ВЖ10) и ИС вызывного узла на микросхеме КР1064ПП1 (элементы DA1, C2, C3, C6, R3, R4, BQ1).
Телефонная часть схемы особенностей не имеет, принцип работы
такой схемы на базе микросхемы - импульсного номеронабирателя достаточно широко
рассмотрен в популярной справочной радиотехнической литературе, например, в
[ 4 ]. Рассмотрим работу узла датчика, счёта и ключей.
Если переключатель SA1 не включён, к телефонной линии подключена схема телефона-трубки, при
этом охранное устройство работает в обычном режиме телефона-трубки (принимает
вызовы, осуществляет набор номера и т.п.).
При нажатии на кнопку SA1 напряжение питания подаётся на схему, в результате чего
происходит зарядка конденсатора С1 (время, необходимое для выхода из
охраняемого помещения), и элемент DD1.4 переводит RS-триггер в
состояние ожидания (на выходе DD1.1
присутствует логический «0», датчик охраны – нормально замкнутый). При
срабатывании датчика (размыкании) на выходе DD1.1 появляется логическая «1», что приводит к запуску схемы
счёта на ИС DD2. С выхода 4 DD2 секундные импульсы подаются на
тактовый вход DD4, что приводит к появлению на
соответствующих выходах DD4
логической «1», которая через RS-триггер
на DD5 управляет ключом поднятия трубки на
R14, R13, VT2, VT3, а также через ключ R15, VT1 имитирует нажатие клавиши «повтор» телефонной части
устройства. При появлении логической «1» на выводе 11 DD4 разрешается подача звукового сигнала с выхода 7 DD2 через C8 на базу VT5 и
далее в телефонную линию.
Минутные импульсы, снимаемые с выхода 10 DD2, необходимы для организации цикла
работы охранного устройства и через DD5.1, DD5.2 подаются на вход 15 DD4 (для сброса счётчика DD4 и, соответственно, ключей), а также
поступают на счётный вход DD3
(для организации подсчёта количества дозвонов до абонента).
После отработки заданного счётчиком DD3 числа дозвонов до абонента (в нашем случае – шесть), через
элемент DD1.4 схема приводится в исходное
состояние и переходит в режим ожидания.
Практически, для активизации охранного устройства необходимо
сделать следующее:
-
проложить
охранный шлейф от устройства до датчика (микропереключатель или геркон в
двери, окнах и т.п.);
-
при не включённом
переключателе SA1 функции телефона остаются
неизменными;
-
при необходимости
поставить помещение под охрану - набрать номер и дозвониться до выбранного
абонента (всё это без включения SA1);
-
после чего нажать
режим «охрана» переключателем SA1 и
в течение 30 секунд выйти из квартиры (замкнуть датчик охраны).
Информация о набранном номере удерживается в памяти 1008ВЖ10
до тех пор, пока на входе устройства – 60 В от реальной телефонной линии. В
случае кратковременного разрыва охранного шлейфа (размыкания датчика)
устройство автоматически «снимает трубку», шесть раз с интервалом в одну минуту
дозванивается до заранее записанного в память номера и подаёт характерный
сигнал тревоги.
Главным достоинством схемного решения разрабатываемого
устройства является то, что питание схемы осуществляется от напряжения
телефонной линии, в связи с очень малым энергопотреблением применённых
микросхем, выполненных по КМДП-технологии. Учитывая, что наличие питающего
напряжения в современных телефонных линиях очень высока, можно обойтись и без
резервирования питания устройства охраны, что в значительной степени удешевляет
конструкцию прибора. Кроме того, резервирование питания устройства приводит
(при срабатывании системы резервирования) к меньшей помехозащищённости схемы и
повышению вероятности ложного срабатывания охранного устройства. В этом
отношении разрабатываемое устройство свободно от перечисленных недостатков.
Схема
охранного устройства по своим характеристикам соответствует ГОСТ 7153-85 –
«Аппараты телефонные общего применения. Технические условия» и может
применяться в качестве индивидуального охранного устройства для помещений.
4.4. Расчёт элементов принципиальной
схемы.
Электрический расчёт электронного
ключа.
Аналоговые
ключи предназначены для коммутации аналоговых сигналов от источника на нагрузку
с малыми искажениями. Они широко применяются в ЦАП, АЦП, устройствах выборки и
запоминания сигналов, для коммутации аналоговых сигналов источников на общую
нагрузку и для других целей. Аналоговые ключи могут коммутировать ток и
напряжение. В нашем случае необходим коммутатор напряжения.
В цепи для коммутации
напряжения нагрузка должна иметь достаточно высокое сопротивление по сравнению
с выходным сопротивлением источника сигнала. Реальные аналоговые ключи вносят
погрешность при передаче сигнала от источника в нагрузку. Основными параметрами
ключа, определяющими величину погрешности, являются: остаточное напряжение на
замкнутом ключе, остаточный ток разомкнутого ключа и конечное время
переключения. Основной задачей проектирования аналоговых ключей является
минимизация перечисленных параметров, и тем самым уменьшение погрешности,
вносимой ключами при коммутации сигнала.
Рис. 4.9. Транзисторный ключ с
гальванической цепью управления.
Источником питания
аналогового ключа служит коммутируемое напряжение Uвх, значение которого может изменяться в широких пределах и
достигать весьма малых значений (десятков милливольт). При подаче
отрицательного управляющего нарпяжения Uупр< 0 транзистор закрывается, через резистор Rк будет протекать тепловой ток коллектора и напряжение
между коллектором и эмиттером Uкэ = Uвх – Iк0
Rк
Uвх. Пусть под действием отпирающего напряжения Uупр > 0 в базовой цепи проходит ток Iб. Для всех значений коллекторного тока Iк<< β Iб(Iк= Uвх/Rк , β – коэффициент передачи
базового тока) транзистор будет насыщен и напряжение Uкэ очень мало. В режиме насыщения коллекторный и эмиттерный
переходы открыты, выходное напряжение Uкэ = Uбэ- Uбк. При глубоком насыщении транзистора (Iб β/ Iк > 3…4)
остаточное напряжение на замкнутом ключе
Uкэ
φт/βI+Iб rэн ,
где βI – коэффициент передачи базового тока
при инверсном включении транзистора; φт – тепловой потенциал, пропорциональный
абсолютной температуре (при 300 К φт
26
мВ); rэн – объёмное сопротивление области
эмиттера насыщенного транзистора.
Выходное сопротивление
насыщенного транзистора (сопротивление замкнутого ключа) Rвых обычно составляет единицы и десятки
Ом и может быть определено по формуле
Rвых
,
где rкн - объёмное сопротивление области
коллектора, насыщенного транзистора.
Рассмотрим влияние цепи
управления на свойства ключа. Состояние его определяется уровнем управляющего
напряжения Uупр и значением сопротивления Rб. Стоит отметить, что схема может коммутировать как
положительное, так и отрицательное напряжение Uвх. При отрицательном управляющем напряжении Uупр' транзистор должен быть
заперт (Uбк< 0, Uбэ < 0) и напряжение Uвых= 0. Если на входе действует положительное напряжение Uупр'', транзистор будет насыщен, а
напряжение Uвых= Uвх . В насыщенном режиме в схеме установятся следующие токи: Iб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Rб , Iн = Uвых / Rн .
Исходя из приведённых
формул рассчитаем Rб :
Rб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Iб
Rб = ( 3 - 0,6 – 0,4) / 0,00002 = 100 кОм.
5. Конструкторско-технологическая часть.
5.1. Разработка конструкции устройства.
Печатная плата охранного устройства является основным
элементом при проектировании РЭА. Она объединяет печатные узлы и другие
элементы. Разработку конструкции печатной платы можно производить исходя из
базовых несущих конструкций, то есть исходя из размеров корпуса стандартного
кнопочного телефона-трубки, величина которых, независимо от производителя,
отличается незначительно, в зависимости от образцов. Это позволяет повысить
коэффициент заполнения объема, уменьшить массу и габаритные размеры изделия.
Таким образом, применяем пластмассовый корпус телефона-трубки, производством
которых занимаются многие отечественные цеха по выпуску пластмассовой
продукции.
Для пайки применяют припой ПОС – 61.
Габаритные размеры печатной платы в длину и ширину
соответственно: 150 мм и 60 мм.
Высота определяется высотой установки применяемых
радиоэлементов на печатной плате и составляет 15 мм.
5.2. Выбор и
определение типа платы, ее технологии изготовления, класса точности, габаритных
размеров, материала, толщины, шага координатной сетки.
По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием
делятся на типы:
-
односторонние;
-
двусторонние;
-
многослойные.
Для данного изделия достаточно использовать одностороннюю
печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. ОПП с
металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными
свойствами и повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с
проводящим рисунком платы.
Для изготовления печатной платы в соответствии с ОСТ
4.010.022 и исходя из особенностей производства выбираем комбинированный
позитивный метод.
В соответствии с ГОСТ 2.3751-86 для
данного изделия необходимо выбрать четвертый класс точности печатной платы.
Габаритные размеры печатных плат
должны соответствовать ГОСТ 10317-79. Для ОПП максимальные размеры могут быть
600 х 600 мм. Габаритные размеры данной печатной платы удовлетворяют
требованиям данного ГОСТа.
В соответствии с требованиями ОСТ
4.077.000 выбираем материал для платы на основании стеклоткани –
стеклотекстолит СФ-2-50-2 ГОСТ 10316-78. Толщина 2 мм.
В соответствии с ГОСТ 24140-78 и
исходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм.
Способ получения рисунка –
фотохимический.
6.
Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:
а) для
микросхем
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
б) для
резисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
в) для
диодов и стабилитронов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
г) для
транзисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
д) для
конденсаторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
е) для
разъема
dэ=1 мм d=1,4 мм
Значения диаметров сводятся к предпочтительному ряду размеров
монтажных отверстий:
0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.
Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для
разъема: d=1,5 мм.
5.3. Расчёт показателей надёжности охранного устройства.
Расчёт надёжности разрабатываемого
устройства произведён на IBM-совместимом компьютере на кафедре Радиотехники СЗПИ с помощью Basic-программы для расчёта показателей
надёжности радиоэлектронных средств при внезапных отказах их
электрорадиоэлементов.
Ниже приводится листинг
программы расчёта и распечатка расчётов программы.
5.4.
Оценка вероятности ложного срабатывания устройства охранной сигнализации.
В
общем случае вероятность ложного срабатывания определяется надёжностью всего
устройства в целом, которая, по произведённым выше расчётам очень велика –
0,9983391. Поэтому, в большей степени вероятность ложного срабатывания будет
зависеть от надёжности применяемых датчиков, а так как датчиков используется
несколько (в зависимости от особенностей объекта), то общая вероятность ложного
срабатывания будет определяться суммой надёжности применяемых датчиков.
В
нашем случае предпочтительнее всего использовать герконовые датчики, состоящие
из герметизированных магнитоуправляемых контактов, представляющих собой
контактные ферромагнитные пружины, помещённые в герметичные стеклянные баллоны,
заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом. Контактные
элементы являются одновременно элементами магнитной цепи. Под действием
магнитного поля достаточной напряжённости ферромагнитные контактные пружины
деформируются и замыкают или размыкают контакты. Достоинство
магнитоуправляемых контактов – большая износоустойчивость и очень малое время
срабатывания. В связи с высокой износоустойчивостью срок службы самих датчиков
очень большой.
Поэтому
вероятность ложного срабатывания устройства ничтожна, даже если используется
несколько герконовых датчиков, надёжность которых в сумме очень велика.
6.
Экономическое обоснование проекта.
6.1. Выбор базового варианта.
В качестве устройства-аналога для
сравнения с проектируемым устройством выбираем объектовый прибор DLR-100, изготавливаемый НТКФ “C.NORD” г. Санкт-Петербурга. DLR-100 представляет собой коммуникатор для связи между
контрольной панелью и центральной станцией и/или частным лицом. Объектовый
прибор DLR-100 может передавать сообщения по
телефонной линии и радиоканалу при комплектации радиопередатчиком. Он
поддерживает все основные форматы передачи данных и позволяет передавать на
центральную станцию широкий спектр сообщений
Его
основные технико-экономические показатели :
- 4
номера для дозвона по частным телефонным номерам;
-
5 входных линий;
-
программирование
каждой линии как на размыкание, так и на замыкание;
-
Масса 1,5 кГ;
-
Габаритные
размеры 300х250х100 мм;
-
Потребляемая
мощность 50 Вт;
-
Оптовая цена 3080
руб.
6.2.
Расчёт себестоимости. Определение оптовой цены.
Расчет себестоимости устройства можно осуществить с помощью
расчетно-аналитического метода. Его сущность сводится к тому, что прямые
затраты на единицу продукции определяются путем нормативного расчета
себестоимости проектируемого устройства по статьям калькуляции. По существующей
классификации затрат принят следующий состав статей калькуляции:
1.
Сырье и
материалы.
2.
Возвратные
отходы.
3.
Покупные
комплектующие изделия.
4.
Основная
заработная плата производственных рабочих.
5.
Дополнительная
заработная плата производственных рабочих.
6.
Отчисления на
социальные нужды с заработной платы производственных рабочих.
7.
Расходы на
подготовку и освоение производства.
8.
Износ