Сенсорный выключатель

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка, выбор и обоснование конструкции, технологического процесса сборки Сенсорного выключателя. Для обоснования выбора конструкции выполняется расчёт надёжности и технологичности устройства.

В момент, когда помещения покинули все люди, это устройство определяет путем подсчета числа вошедших и вышедших. Его возможные применения - автоматическое выключения освещения, включения охранной сигнализации или устройств, работа которых отрицательно влияет на здоровье людей не может происходить в их присутствии (ультразвуковые отпугиватели грызунов, ультрафиолетовые средства дезинфекции)

Сенсор Е1 устанавливают на наружной дверной ручке, а сенсор Е2-на внутренней. После включения питания необходимо нажать на кнопку SB1, обнуляя счетчик. Входящий в помещение человек, открытая дверь снаружи, прикоснется сначала к сенсору Е1, увеличив содержимое счетчика на единицу, на последующее (до окончания времени блокировки) прикосновения к внутренней ручке (сенсору Е2) счетчик не среагирует. Выходящий человек прикоснется к дверным ручкам (сенсорам) в обратном порядке на единицу.

Таким образом, число, накопленное в счетчике, всегда равно числу находящихся в помещении людей. Когда оно отличается от нуля (то есть в помещении кто-то есть), на одном или нескольких выходах счетчика обязательно установлен высокий логический уровень. Он открывает транзистор VT1, поступая на его базу через диоды VD5-VD8 и резистор R5. Вместе транзистором открывается тринистор VS1, замыкая цепь питания лампы TL1, вместо которой может быть подключено другое исполнительное устройство.

Условие эксплуатации изделия (УХК) - умерено холодный климат.

1.Конструкторская часть. Разработка конструкции сенсорного выключателя

.1 Выбор элементной базы

Типы элементов выбираются в зависимости от условий эксплуатации изделия. Выбранные элементы должны соответствовать условиям эксплуатации изделия без изменения своих технических характеристик. Выбранные ЭРЭ сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 - Характеристики ЭРЭ

Тип элементаТемпература СВлажность%Вибрации ГцУ скор м/с2Резистор С2-33-0.5-60…+1259810…200015Резистор С2-33-0.125-60…+2009810…200015Конденсатор К73-11-60…+909810…100010Транзистор КТ 940А-70…+125985…200015Тиристор КУ 202Н-60…+125985…200011Микросхема К561 ЛА 7-60…+909810…200011Микросхема К561 ИЕ11-60…+909810…200011Диод КД522Б-60…+155985…250010Кнопка КМА1-4-60….+2009810…250011Светодиод-70…+90985….100010

Условия эксплуатации элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, вследствие чего можно утверждать, что ЭРЭ выбраны верно.

1.2 Выбор типа печатной платы

печатный вольтметр плата ток

ОСТ4.010.022-85 устанавливает следующие типы печатных плат

ОПП - односторонние печатные платы

ДПП - двусторонние печатные платы

МПП - многослойные печатные платы

ГПК - гибкие печатные кабели

При выборе печатной платы следует учитывать:

Возможность выполнения всех коммутационных соединений

технико-экономические показатели

стоимость основного материала

возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.

ОПП характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.

ДПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется: низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объёмных металлических элементов конструкции (штыри, штифты, пистоны и т.д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположной стороне печатной платы.

ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммуникационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоёв.

ГПК характеризуется: высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без использования соединителей, использованием одно и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.

На основе приведённых характеристик выбираем одностороннюю печатную плату. Это экономически выгоднее, да и нет необходимости использовать другие типы печатных плат.

1.3 Выбор метода изготовления печатной платы

В настоящее время широко распространены следующие методы изготовления проводящего слоя:

Химический, проводящий слой получают травлением медной фольги на незащищённых участках

Электрохимический, при котором методов химического осаждения создаётся слой металла толщиной 1-2 мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщены. При электрохимическом методе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы.

Комбинированный метод, проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия электрохимическим способом.

Полу аддитивный, проводящий слой получают травлением тонкой фольги (5-10 мкм), а затем доращиванием её до нужной толщины гальваническим способом. При этом происходит и меднение отверстий.

Исходя из приведённых характеристик, выбираем химический метод. Этот метод обеспечивает большую производительность. Проводящий рисунок расположен с 2-х сторон, комбинированный метод.

1.4 Выбор размеров печатной платы

Размеры, конфигурацию и места крепления печатных плат выбирают в зависимости от установленных размеров, элементной базы, эксплуатационных характеристик, использованных методов установки, навесных элементов, пайки, контроля и технико-экономических показателей.

Размеры сторон должны соответствовать ГОСТ 1031-79 или нормативно-технической документации, разработанной в его ограничение.

Рекомендуется разрабатывать печатные платы прямоугольной формы. Конфигурацию, отличную от прямоугольной, следует выбирать в технически обоснованных случаях. При выборе соотношения сторон печатной платы предпочтительными являются соотношения менее 3:1

Размеры каждой стороны должны быть кратными:

.5 - при длине до 100 мм

-при длине до 350 мм

- при длине более 350 мм

Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470 мм. Отклонения от прямоугольности не должно быть более 0.2 мм на 100 мм длинны. Исходя из приведённых выше утверждений, принимаем размеры платы кратные 2.5

.5 Выбор группы жёсткости

Печатные платы должны соответствовать требованиям ГОСТ 23753-79 после воздействия на них климатических факторов одной из групп жёсткости, указанной в таблице.

Группа жёсткости определяется конструктором и указывается в технических требованиях чертежа печатной платы. Значения факторов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики групп жесткости.

Наименование Воздействующего фактораЗначение воздействующих факторов по группам Жёсткости 1234Температура Окружающей Среды,°СВерхнее значение5585100120Нижнее значение-25-40-60-60Относительная влажность воздуха%При температуре 35°СПри температуре 40°СИзменения температуры Среды,°СОт -40°С До +50°СОт -60°С До +60°СОт -60°С До +85°СОт -60°С До+100°СДавление кПА, мм. рт. стнормальное53.6 40053.6 4000.67 5

Выбираем группу жёсткости 3

.6 Выбор класса точности печатной платы

Печатные платы в зависимости от размеров элементов печатного монтажа делятся на пять классов точности.

ГОСТ 2375-86 устанавливает номинальные размеры основных элементов печатного монтажа. Эти данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики классов точности.

ЭлементыНоминальное значение размера, мм12345t0.750.450.250.150.10s0.750.450.250.150.10b0.300.200.100.050.025y0.400.400.330.250.20

В этой таблице:

t - ширина печатного проводника

S - расстояние между краями соседних элементов

b - гарантийный поясок

y - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы области применения и технологическое обеспечение печатных плат, по

ГОСТ 23751-86.

-2 класс точности, применяется для печатных плат с дискретными элементами при малой или средней насыщенности платы навесными элементами.

класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами при средней и высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами, линии химико-гальванической металлизации и травления модульного типа.

класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами пир высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами.

класс точности, для печатных плат с БИС и микроблоками, имеющими планарные и штыревые выводы при очень высокой насыщенности платы с навесными элементами.

Учитывая данные приведённые в таблицах 3, а также плотность монтажа разрабатываемого изделия выбираем 2-ой класс точности.

1.7 Выбор материала основания

Материалы для печатных плат выбирают по Гост 10316-78.

Выбор материала основания производят с учётом обеспечения физико-механических и электрических параметров печатных плат после воздействия механических нагрузок, климатических факторов и химически агрессивных сред.

Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях 1-ой и 2-01 группы жёсткости по ГОСТУ 23752-78, рекомендуется применять материал на основе бумаги, для 3 и 4-ой группы жёсткости - на основе стеклоткани. На данный момент применяются фольгированные материалы-гетинакс и стеклотекстолит.

Сравнительные характеристики гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Сравнительные характеристики материалов.

Параметры ГФ СфПосле выдержки в течении 24 часов при 40°С и относительной влажности до 98%Удельное Объёмное сопротивление Ом не менее1*10^95*10^12Тангенс угла диэлектрических потерь не более0.070.03Прочность сцепления фольги с основанием Н/см не менее9.010

Гетинакс имеет стоимость гораздо ниже, чем стеклотекстолит и используется для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха, например для бытовой аппаратуры, но т.к. для данной конструкции выбрана 2-х сторонняя печатная плата и комбинированный метод, выбираем фольгированный стеклотекстолит.

1.8 Выбор шага координатной сетки

ГОСТ 10317-79 устанавливает основной шаг координатной сетки 2.5 мм и дополнительные 1.25 и 0.5 мм. Шаг 1.25 мм применяется если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1.25 мм. Для плат 1 и 2-ого класса точности рекомендуется выбирать шаг равный 2.5 м.

Принимаем шаг координатной сетки равный 2.5 мм.

1.9 Выбор диаметра отверстий

Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывод для обеспечения свободной установки ЭРЭ.

При диаметре вывода до 0.8 мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0.2 мм больше диаметра вывода. При диаметре более 0.8 мм, на 0.3 мм больше.

Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного вывода с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку (с поправкой на гост).

Dkn=dотв+2b+c [1]

Где b-гарантийный поясок, выбирают в зависимости от класса точности по ГОСТ 23751-86

С-коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния и ряда других факторов.

Для плат 1-го класса точности С берут равным (0.6-0.7) мм

Для плат 2-го и 3-го класса точности С берут (0.4-0.5) мм

Расчётные значения диаметров отверстий и контактных площадок сводятся в таблицу 6.

Таблица 6 - Размеры отверстий

Тип элементаДиаметр вывода, ммДиаметр отверстия, ммДиаметр контактной площадки, ммКоличество отверстийРезистор С2-33-0.50,814.22Резистор С2-33-0.1250,60.82.24Конденсатор К73-110.810,76Транзистор КТ 940А0,60,80,73Тиристор КУ 2020,60,88.53Микросхема К561 ЛА 70.50.77.528Микросхема К561 ИЕ110.50.77.416Диод КД522Б0.50.71.92Светодиод0.60.89.53

.10 Выбор вариантов установки элементов

Выбор варианта установки навесных ЭРЭ, их размещение на печатной плате, в том числе под автоматическую установку, осуществляется в соответствии с ОСТ 4.010.030-81.

Больше работ по теме: