Материал: Разработка и изготовление устройства инфракрасного управления

.

 - время, за которое таймер-счетчик 0 переполнится и сработает внутреннее прерывание, т.к. данное время очень мало, нужно применить блок предделителя.

Для того, чтобы упростить написание программы разработчиками контроллеров создан специальный аппаратный блок задержки - блок предделителя. Наличие этого блока обеспечивает задержку изменения содержимого счетного регистра в зависимости от константы - числа предделителя.

Fg - частота поступающая на счетный регистр после прохождения делителя.

,                                                    (6)

Количество прерываний в секунде высчитывается по формуле:

    ,                                                       (7)

.

 - количество прерываний, вызванных таймером-счетчиком по переполнению за 1 секунду.

Если необходимо с помощью контроллера подсчитывать временные интервалы, то нужно использовать его на минимально низких частотах с максимально возможными значениями числа предделителя.

.2 Расчет надежности изделия

Надежность - свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. В общем случае надежность - это свойство изделия сохранять способность выполнять заданные функции.

Надежность РЭС в конечном итоге зависит от количества и качества входящих в него электрорадиоэлементов, качества сборки, условий эксплуатации и от своевременности обслуживания и ремонта.

Качественными характеристиками надежности являются безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость.

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению возможных причин возникновения отказов, повреждений, и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при выполнении установленных требований по техническому обслуживанию и ремонту.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять непрерывно исправное и работоспособное состоянии в течение, и после хранения или транспортировки.

Предельное состояние - это состояние устройства, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена.

Если при работе или хранении аппаратуры произошло нарушение работоспособности изделия, то такое событие называют отказом. Отказы могут быть внезапными и постепенными.

Все эти характеристики дают представление о качественной стороне надежности. Чтобы сравнить различные типы изделия или образцы изделий одного и того типа, на практике используют количественные характеристики надежности.

Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы - это величина, показывающая, какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени работы t_р (0 < Р(t_р) < 1).

Вероятность безотказной работы на практике определяется по формуле:

P(t_р) = b/a,                                                 (8)

где b - количество ЭРЭ, работающих исправно;

a - общее количество ЭРЭ.

Для большинства изделий РЭС и их компонентов вероятность их безотказной работы Р(t_р) зависит от длительности работы по экспоненте:

P(t_р) = e^-λtр,                                                (9)

где    e - основание логарифма,

λ - интенсивность отказов,- время безотказной работы.

Производится анализ исходных данных в таблице 1.

Таблица 1 - Перечень, тип и количество используемых компонентов

Коэффициент нагрузки рассчитывается для каждого компонента.

Резисторы:

К_н = Р_ф / Р_н, (10)

где Р_ф - фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе,

Р_Н - номинальная мощность, рассеиваемая на резисторе.

Микросхемы:

К_н = Uпп / Uпп_max, (11)

где    Uпп - фактическое напряжение питания ИМС,

Uпп_max - максимальное напряжение питания ИМС.

Транзисторы:

K_н = Р_к.фак / Р_к.max, (12)

где Р_к.max - максимальная мощность рассеивания на коллекторе,

P_к.фак - фактическая мощность рассеивания на коллекторе.

Стабилитроны:

K_н = I_0cр / I_0max, (13)

где    I_0max - максимальный выпрямленный диодом ток,

I_0cр - фактическая выпрямленный диодом ток.

Конденсаторы:

К_н=U_ф/U_ном, (14)

где    U_ф - фактическое напряжение на конденсаторе,

U_ном - номинальное напряжение на конденсаторе.

Оптопары:

К_н = U_ф/U_ном, (15)

где    U_ф - фактическое напряжение,

U_ном - номинальное напряжение.

Тиристоры:

К_н = U_ф/U_ном, (16)

где    U_ф - фактическое напряжение на тиристоре,

U_ном - номинальное напряжение на тиристоре.

По таблице 2 интенсивности отказов определяется значение  (интенсивность отказов) для каждого радиокомпонента.

Таблица 2 - Интенсивность отказов радиокомпонентов

Исходные данные:

резисторы                    λ₀ = 0,04×10^-6                            N = 18;

микросхемы                           λ₀ = 0,7×10^-6                              N = 7;

стабилитроны                        λ₀ = 0,1×10^-6                               N = 2;

конденсаторы                        λ_{0 эл} = 0,5×10^-6                          N = 4;

λ_0Cк =0,05×10^-6     N = 5;

- оптопары                    λ₀ = 0,7×10^-6                  N = 2;

диоды                                    λ₀ = 0,2×10^-6                  N = 4;

тиристоры                    λ₀ = 0,4×10^-6                  N = 2;

кварцевый резонатор   λ₀ = 0,05×10^-6                 N = 1;

предохранитель            λ₀ = 1×10^-6                     N = 1;

соединители                           λ₀ = 0,01×10^-6                 N = 3;

трансформатор             λ₀ = 0,8×10^-6                  N = 1;

пайка                             λ₀ = 0,005×10^-6                         N=174.

Из таблицы 2 определяются также для каждого компонента дополнительный коэффициент α, учитывающий значение температуры и коэффициента нагрузки (заносится в таблицу 3). Затем рассчитывается λ_i (интенсивность отказов с учетом температуры и коэффициента нагрузки) по формуле:

λ_i = λ₀ × α,                      (17)

где    α - коэффициент влияния температуры,

λ₀ - интенсивность отказов для группы компонентов.

Таблица 3 - Учет влияния температуры

Рассчитывается  для каждого элемента:

- резисторы                            λ_i = 0,04×10^-6 × 1,1 = 0,044×10^-6;

λ_i = 0,04×10^-6 × 0,7 = 0,028×10^-6;

микросхемы                           λ_i = 0,7×10^-6 × 1 = 0,7×10^-6;

λ_i = 0,7×10^-6 × 0,2 = 0,14×10^-6;

стабилитроны                        λ_i = 0,1×10^-6 × 1 = 0,1×10^-6;

конденсаторы                        λ_i = 0,5×10^-6 × 0,7 = 0,35×10^-6;

λ_i = 0,05×10^-6 × 0,2 = 0,01×10^-6;

- оптопары                    λ_i = 0,7×10^-6 × 0,68 = 0,48×10^-6;

тиристоры                    λ_i = 0,4×10^-6 × 0,57 = 0,23×10^-6;

диоды                                    λ_i = 0,2×10^-6 × 0,8 = 0,16×10^-6;

кварцевый резонатор   λ_i = 0,05×10^-6 × 0,9 = 0,045×10^-6;

предохранитель            λ_i = 1×10^-6 × 0,72 = 0,72×10^-6;

соединители                           λ_i = 0,01×10^-6 × 0,68 = 0,007×10^-6;

трансформатор             λ_i = 0,8×10^-6 × 0,3 = 0,24×10^-6.

Рассчитывается λ_С (интенсивность отказов всех ЭРЭ) для каждой группы компонентов по формуле:

λ_с = n  λ_i , (18)

где    n - число компонентов, входящих в группу,

λ_i - интенсивность отказов группы компонентов.

резисторы                    λ_c = 0,044×10^-6 × 4 =0,176×10^-6;

λ_c = 0,028×10^-6 × 14 =0,392×10^-6;

микросхемы                           λ_c = 0,7×10^-6 × 6 =4,2×10^-6;

λ_c = 0,14×10^-6 × 1= 0,14×10^-6;

стабилитроны                        λ_c = 0,1×10^-6 × 2 = 0,2×10^-6;

конденсаторы                        λ_c = 0,35×10^-6 × 4 = 1,4×10^-6;

λ_c = 0,01×10^-6 × 5 = 0,05×10^-6;

оптопары                               λ_c = 0,48×10^-6 × 2 = 0,96×10^-6;

тиристоры                    λ_c = 0,23×10^-6 × 2 = 0,46×10^-6;

диоды                                    λ_c = 0,16×10^-6 × 4 = 0,64×10^-6;

кварцевый резонатор            λ_c = 0,045×10^-6 × 1 = 0,045×10^-6;

предохранитель                     λ_c = 0,72×10^-6 × 1 = 0,72×10^-6;

соединители                           λ_c = 0,007×10^-6 × 3 = 0,021×10^-6;

трансформатор                      λ_c = 0,24×10^-6 × 1 = 0,24×10^-6.

Рассчитывается значение интенсивности отказа λ∑ для всего блока:

λ∑ = λ_R+λ_DA+λ_VU+λ_VD+λ_C+λ_XS+λ_VS+λ_ZQ+λ_п,                 (19)

где λ_R, λ_DA, λ_VD, λ_C, λ_VU, λ_FU, λ_T , λ_XS , λ_ZQ - интенсивность отказов для резисторов, микросхем, конденсаторов, оптопар, предохранителя, трансформатора, соединителей, кварцевого резонатора, пайки.

λ∑=(0,176+0,392+4,2+0,14+0,2+1,4+0,05+0,96+0,46+0,64+0,045+0,72+0,021++0,24+0,005) ×10^-6 = 10,51 × 10^-6.

Все рассчитанные и исходные данные заносятся в таблицу 4, которая служит основанием для дальнейших расчетов.