Курсовая работа (т): Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце

Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце

Министерство просвещения ПМР

Приднестровский Государственный университет им. Т.Г. Шевченко

Инженерно-технический институт

Факультет специального профессионального образования

Кафедра ОПД

Курсовая работа

по дисциплине: «Конструирование, производство, эксплуатация средств вычислительной техники»

на тему: «Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце»

Работу выполнила

студентка гр. 11ВКСС С.А. Гынкул

Тирасполь 2014

Аннотация

«Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце».

Курсовая работа по предмету: «Конструирование, производство, эксплуатация средств вычислительной техники».

ИТИ и ТК им. Т.Г.Шевченко, 2014 г.

Цель работы: закрепление теоретических знаний и освоение навыков конструкторской работы проектирования.

Вычислительные расчеты:

·        электромагнитных помех в цепях изделия;

·        электромагнитного экрана изделия;

·        теплового режима работы аппарата.

Содержание

1. Назначение и принцп действия устройства

. Выбор и обоснование метода производства печатной платы

. Описание метода производства печатной платы изделия

. Расчет электромагнитных помех

.1 Расчет емкостных помех

.2 Расчет взаимоиндуктивной помехи

.3 Расчет длины участка при ёмкостной и взаимоиндуктивной помехи

. Расчет электромагнитного экрана

. Тепловой расчет

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

В данной курсовой работе необходимо спроектировать прибор «Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце».

Разработать комплект конструкторской документации на него. Необходимо провести расчет тепловых режимов данной РЭА для обеспечения работы изделия в нормальных условиях, используя только естественную вентиляцию, а также выполнить расчет электромагнитных помех и сделать расчет электромагнитного экрана находящегося вокруг устройства. Таким образом, нужно доказать правильность выбранной конструкции.

1. Назначение и принцп действия устройства

В данном курсовом проекте объектом конструирования является «Автомат световых эффектов и Пульсирующее сердце».

Устройство представляет собой автомат для имитации светового эффекта «пульсирующее сердце» с помощью специального светового табло. Автомат световых эффектов управляет свечением табло и создает эффект «рождения», а затем «биения сердца».

Сфера применения - конструкция может стать хорошим подарком или украшением помещения.

Автомат световых эффектов состоит из трех отдельных узлов - управления, питания и светодиодного табло (на схеме каждый узел выделен штрихпунктирной линией). После подачи питающего напряжения счетчик DD2 и триггеры DD3, DD5 устанавливаются в нулевое состояние импульсом высокого уровня, формируемым цепью R2C2.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор тактовых импульсов с частотой примерно 6…7 Гц, которые поступают на счетный вход С двоичного реверсивного счетчика DD2.

Направлением счета микросхемы DD2 управляет узел, собранный на элементах DD1.3, DD1.4 и четвертом RS- триггере микросхемы DD5 (входы R4, S4). В момент, когда на выходах 0 или 4 дешифратора DD4 появляется высокий уровень, логический элемент ИЛИ (DD1.3 и DD1.4) устанавливает четвертый RS- триггер микросхемы DD5 в единичное состояние. На входе U микросхемы DD2 действует управляющий сигнал высокого уровня, переключающий сигнал высокого уровня, переключающий счетчик на работу в режиме сложение. В случае, если счетчик уже находится в том режиме, то направление счета останется неизменным. Когда сигнал высокого уровня появляется на выходе 7 дешифратора DD4, четвертый RS- триггер микросхемы DD5 устанавливается в нулевое состояние и на вход U счетчика DD2 поступает сигнал низкого уровня, который переключает его в режим вычитания.

Дешифратор DD4 преобразует двоичный код счетчика DD2 в десятичный - формирует на одном из своих выходов сигнал высокого уровня.

печатный плата емкостный электромагнитный

2. Выбор и обоснование метода производства печатной платы

В соответствии с ГОСТом (ГОСТ 23751-86) конструирование ПП следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления:

a)   химического, для односторонних ПП и гибких печатных кабелей;

b)      комбинированного позитивного, для двухсторонних ПП и гибких ПП; )         электрохимического (полуаддитивного) для двухсторонних ПП;)     металлизация сквозных отверстий для многослойных ПП.

Проанализировав схему электрическую принципиальную мы можем сделать вывод, что для производства печатной платы данной конструкции, целесообразней всего использовать химический метод. Это объясняется тем, что количество деталей в схеме среднее, печатная плата имеет, не большие размеры и она будет односторонней. Условия эксплуатации устройства нормальные, т.е. данная РЭА не будет эксплуатироваться в экстремальных условиях под воздействием различных факторов, разрушительно влияющих на ее надежное функционирование. Считается что, применение данной РЭА будет осуществляться при обычных температурных режимах.

Таким образом, данная РЭА относится к типу бытовой аппаратуры. Следовательно особой прочности при изготовлении печатной платы можно не добиваться, что позволяет использовать более ускоренный метод - субстрактивный. Также для данной РЭА не требуется металлизация отверстий для повышенной надежности пайки деталей печатной платы. Печатную плату можно изготовить из фольгированного материала СФ-1-35 - стеклотекстолита. Фольгированный гетинакс уступает стеклотекстолиту как по физико-механическим так и по электрическим свойствам.

3. Описание метода производства печатной платы изделия

Химический метод или метод травления фольгированного диэлектрика.

Метод заключается в том, что на медную фольгу, прикрепленную к диэлектрику наносят позитивный рисунок, схему проводников. С последующим травлением удаляется металл с незащищенных участков и на диэлектрике получается требуемая электрическая схема. Наиболее распространенными вариантами этого метода является фотохимический и сеточно-химический (фотопечать и трафаретная печать).

Основными этапами получения проводников является

a)   Подготовка поверхности

b)      Нанесение слоя фоторезиста)        Экспонирование)         Проявление схемы)         Травление фольги)      Удаление фоторезиста

Подготовка поверхности фольги выполняют вращающимися латунными или капроновыми щетками. В результате получаем шероховатую поверхность 2,5-1,25 микрона. Кроме этого проводят химическую очистку в щелочных растворах с промывкой в дистиллированной воде.

Нанесение слоя фоторезиста осуществляют на поверхность фольги и производят его сушку в течение 15-20 мин при t 65°С.

Экспонирование осуществляют с помощью фотошаблона с негативным изображением схемы в вакуумной светокопировальной ванне для высвечивания.

Проявление схемы состоит в вымывании растворимых участков фоторезиста, находящихся под темными местами негатива. Для негативныхфоторезистов проявителем являются спиртовые смеси. Время проявления 2-3 мин. Полученный защитный слой можно подвергать химическому зиблению в растворе ангидрида и тепловому дублению в термостате при t 60°С в течение 40-60 мин.

Травление представляет собой процесс удаления слоя металла для получения нужного рисунка схемы. Процесс травления включает в себя предварительную очистку, собственно травление, очистку после травления и удаление фоторезиста.

Механическая обработка платы заключается в штамповании или фрезеровании по контуру и получение отверстий. Для удаления пыли и грязи плату отдувают сжатым воздухом.

Химические методы при сравнительно простом техническом процессе обеспечивают высокую прочность сцепления проводников с основой (2 мП), равномерную толщину проводников и их высокую электропроводность. Время химических воздействий на плату в процессе изготовления составляет примерно 25 мин. Недостатком химических методов является низкая прочность в местах установки выводов, т.к. отверстие не металлизируется.

4. Расчет электромагнитных помех

Для того, чтобы определить общую длину участка двух параллельных проводников, при которой еще не возникает емкостная и взаимоиндуктивная наводки, нужно на чертеже деталировки печатной платы выбрать участок длиной 1 см и более, на котором находится пара параллельных печатных проводников, имеющие общий участок l, на котором они располагаются параллельно друг другу на расстоянии d.

Рисунок 1 - Фрагмент рисунка печатной платы

Ниже приведены характеристики выбранного участка:

l = 0,08 м - общая длина параллельных проводников;

d= 0,004 м - расстояние между выбранными проводниками;

a= 4 * 10^-5 м - толщина проводников;

b= 1 * 10^-3 м - ширина проводников

4.1 Расчет емкостных помех

Чтобы определить какую методику применить для вычисления помехи или их совместного действия нужно определить тип электрического соединения. Все электрические соединения можно условно разделить на электрически длинные и электрически короткие. Электрическую длину линии определяют из соотношения задержки сигнала в линии t_л и длительностью фронта импульса t_ф.

Если t_л>0,1>t_ф, то линия считается электрически длинной, если t_л<0,1<t_ф, то линия считается электрически короткой.

Время фронта t_ф =T/4, где Т =1/,

Т=1/25000=0,00004 с =>t_ф = 0,00001 с =>0,1*t_ф =0,000001 c.

Время распространения сигнала по данной линии можно определить по формуле:

;     (1)

где l - длина линии

l=0.08 м ,= 2,6 *10^-10 с. Отсюда видно, что t_л < 0.1t_ф. Следовательно, данный фрагмент проводника печатной платы является электрически короткой линией связи.

Определим степень влияния паразитной ёмкостной связи. Паразитную емкость между двумя проводниками, расположенных с одной стороны, или с разных сторон печатной платы, можно определить по формуле:

,     (2)

 - длина общего участка (см),

С₀-удельная ёмкость линии, зависящая от ширины проводников и их взаимного расположения (пФ/см),

Е - это диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между проводниками.

Из рисунка 1 видно, что часть линий электрического поля проходит через воздух, а часть через печатную плату, поэтому в формулу нужно подставлять среднее арифметическое значение диэлектрической проницаемости воздуха и стеклотекстолита.

Рисунок 2 - Зависимость эквивалентной емкости Со от параметров проводников

Найдём d/b=0,004/0,001=4. Из рисунка 2 видно, что это значение соответствует значению удельной ёмкости С₀=0,02 пФ.

=(1+5)/2=3.         (3)

=0,02*0,08*3=0,0048 пФ.

Найдём реактивное сопротивление по формуле.

≈0,0013 Ом.     (4)

Получив значение реактивного сопротивления можно сделать вывод, что паразитная ёмкость не вносит значительных искажений в наш сигнал. Но чтобы окончательно удостовериться в том, что емкостная связь не влияет на работу схемы, воспользуемся формулой для определения предельной длины общего участка короткой линии связи:

.      (5)

Здесь К_п- коэффициент помехоустойчивости;

а- толщина дорожки;

d -ширина дорожки;

b - расстояние между ними.

Коэффициент помехоустойчивости определяется по формуле:

,          (6)

К_п=0,1.470 КОм. Тогда :

=3,15 м.

Очевидно, что при общей длине участка короткой линии связи =1 cм. Ёмкостные помехи возникают.

4.2 Расчет взаимоиндуктивной помехи

Рассмотрим индуктивную связь между параллельными дорожками.

Паразитную взаимоиндукцию можно определить по формуле:

,    (7)

L1 и L2 - индуктивности рассматриваемых проводников. Индуктивность проводника можно определить по формуле:

,      (8)

- расстояние между осями проводников.

r = радиус сечения проводников.

d = 4 мм, r = 15 мкм = 15*10^-6 м.  для меди составляет 1,3.

Находим =2,3 мкГн. L1 = L2 = 2,3 мГн.

Определим величину паразитной взаимоиндукции  мкГн. Для того, чтобы определить степень влияния паразитной взаимоиндукции, необходимо найти .

 =  + 0,1*=1,1*. (9)

Для обеспечения устойчивой работы диодного моста, необходимо чтобы выполнялось условие

,   (10)

, =>

==1.1*0,00001*470=0,00517 Гн.

Очевидно, что 0,115 мкГн > 0,00517 Гн и паразитная взаимоиндукция влияет на функционирование диодного моста и всей схемы.

4.3 Расчет длины участка при емкостной и взаимоиндуктивной наводках

При емкостной и взаимоиндуктивной наводках, ёмкостная наводка изменяет потенциал всей линии связи, а индуктивная создаёт разность потенциалов между входом и выходом линии. Прямой способ нахождения суммарной помехи сложен. Достаточно хорошо приближенное решение может быть найдено путём нахождения lc и lm (допустимой длины общего участка связи) для каждой составляющей помехи. Полагая, что амплитуда помехи пропорциональна длине провода, можно определить допустимую длину общего участка двух сигнальных цепей связи по формуле:

,    (13)

где:  - длина при которой ещё не сказывается взаимоиндуктивная помеха;

l===0.8м