Курсовая работа: Разработка модуля контроля полноты заряда аккумуляторных батарей

Учитывая приведенное разбиение схемы электрической и конструкции уже существующих аналогов выбирается метод конструирования.

При компоновке устройства должны быть учтены следующие основные требования:

- оптимальность, устойчивость и стабильность функциональных межблочных связей;

- требования по жесткости и прочности;

- эргономика, удобство ремонта;

- оптимальное размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней с учетом коэффициента заполнения по объему и удобству для осмотра и ремонта;

- сосредоточение центра тяжести ближе у опорной поверхности;

- наличие достаточного пространства для межблочных соединений.

В комплект устройства входит батарейка “Крона”, которая значительно увеличивает габариты устройства. Чтобы избежать этого требуется сделать печатную плату прямоугольной с вырезом для батарейки. Такой способ позволил рационально использовать пространство в корпусе не оставив свободного места, но уменьшил стойкость к воздействию вибрации. Увеличилась вероятность механического повреждение печатной. Чтобы этого избежать требуется дополнительно крепленые крепления в этих местах.

6.2 Требования помехозащищенности на этапе компоновки

При компоновке печатной платы проектируемого устройства особое внимание необходимо уделить возможному взаимодействию составных частей между собой из-за паразитных электромагнитных связей. Учет и анализ этих связей на ранней стадии проектирования позволит в значительной степени снизить затраты на производство всего изделия, сократить сроки проектирования, добиться более устойчивой работы.

Способом решения этой проблемы является исключение с самого начала конструирования схемы универсального измерительного прибора на микроконтроллере причин, порождающих помехи. При этом необходимо:

- понять, какие виды помех наиболее вероятны в данной схеме;

- выбрать и разместить печатные платы, кабели и другие структурные составляющие системы таким образом, чтобы исключить как можно больше причин, вызывающих помехи, и обеспечить при этом возможность подключения подавляющих помехи компонентов.

Помехи бывают двух типов:

- постоянные

- перецеживающиеся.

В первом случае помехи имеют один и тот же характер. Это позволяет относительно легко выявить их причину. Однако могут возникнуть трудности при ее устранении, но если она устранена, то окончательно. Во втором случае, помехи появляются время от времени. Такой характер помех сильно затрудняет выявление их источника.

Проблемы возникновения помех и наводок можно свести к минимуму, изолируя чувствительные части схемы от источника помех, устраняя паразитные индуктивные и емкостные связи. Для этого необходимо:

- располагать маломощные (чувствительные) схемы поблизости от источника сигнала;

- размещать мощные схемы (в которых велика вероятность возникновения помех) вблизи нагрузок;

- располагать маломощные и мощные схемы как можно дальше друг от друга;

- стараться свести к минимуму длину проводников;

- использовать максимально короткие контуры прохождения тока.

7. Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации и виброзащиты

7.1 Выбор способа теплозащиты

Вопрос охлаждения изделий электронной техники является одним из важных этапов конструирования РЭА в связи с широким использованием в РЭА элементов, выделяющих при работе тепло. Проблема отвода тепла от изделий электронной техники в первую очередь должна решаться на этапе разработки РЭА. Выделяемое изделиями тепло может быть отведено от поверхности прибора и передано за пределы аппаратуры несколькими методами, применяемыми отдельно или в сочетании друг с другом. В зависимости от характера и назначения РЭА применяют следующие методы отвода тепла от индивидуальных ИЭТ или групп изделий:

- естественное охлаждение (воздушное, жидкостное);

- принудительное воздушное охлаждение;

- принудительное жидкостное (без кипения или с поверхностным кипением);

- охлаждение, основанное на изменении агрегатного состояния вещества;

- термоэлектрическое охлаждение.

Эффективность того или иного метода охлаждения определяется значением коэффициента теплоотдачи, то есть интенсивностью протекающих процессов теплоотдачи.

Выбор метода охлаждения определяется следующими факторами:

- интенсивностью (плотностью) теплового потока;

- условиями теплообмена с окружающей средой;

- условиями эксплуатации (возможностью демонтажа или замены элементов);

- нормами эксплуатации (уровень шума, токсичностью хладагентов);

-специальными условиями работы (стационарными или кратковременными режимами, работой против сил тяготения и так далее);

- затратами электроэнергии на привод нагнетателей и другими.

Основным критерием выбора метода охлаждения является значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена. Вторым критерием выбора метода охлаждения является допустимый перегрев элемента, равный разности между допустимой температурой корпуса элемента и температурой окружающей среды.

Анализируя схему электрическую принципиальную и воспользовавшись техническим заданием (см. раздел 1), можно сделать предположение о возможности применения естественного воздушного охлаждения ИЭТ.

При естественном охлаждении отвод тепла от ИЭТ происходит за счет теплопроводности, естественной конвекции окружающего газа и излучения.

7.2 Выбор способа герметизации

Воздействие влаги на металл и изоляционные материалы имеет разную природу, но одинаковый конечный результат - разрушение исходной структуры материала. В металлах это происходит за счет коррозии, в изоляционных материалах - за счет влагопоглощения.

Наличие влаги - причина электрохимической коррозии, реакции которой идут при низких температурах.

Коррозия может быть равномерной (по всей поверхности изделия), и неравномерной (например, за счет повреждения защитного слоя и образования за тем отверстий в металле) и межкристаллической (распространение коррозии вдоль границы кристаллов и разрывах в их структуре).

Влияние влаги на изоляционные материалы определяется отсутствием изоляционных пластмасс, которые могут противостоять воздействию влаги.

Разрабатываемое устройство относится к классу аппаратуры, которая будет эксплуатироваться в закрытых помещениях. Воздействие таких климатических факторов, как высокая влажность, дождь, туман исключается, поэтому применение специальных средств герметизации не предоставляется необходимым. Временное возможное воздействие вышеперечисленных климатических факторов значительно уменьшается или исключается благодаря хорошей упаковке изделия перед транспортировкой или в течении консервации.

7.3 Выбор способа виброзащиты

В процессе эксплуатации и транспортировки РЭА подвергается различным видам механических воздействий в виде вибраций (основные параметры: частота вибраций f, и возникающее при этом ускорение g), ударов (основные параметры: ускорение и длительность) и линейных ускорений.

Под вибропрочностью понимают способность аппаратуры противостоять разрушающему действию вибрации в заданных диапазонах частот и при возникающих ускорениях в течение срока службы, а под виброустойчивостью аппаратуры - способность выполнения всех функций в условиях вибрации в заданных диапазонах частот и возникающих при этом ускорений.

Известно, что в приборах, не защищенных от вибрации и ударов, узлы, чувствительные к механическим перегрузкам, выходят из строя. Делать такие узлы настолько прочными, чтобы они выдерживали максимальные (действующие) динамические перегрузки, нецелесообразно, так как увеличение прочности в конечном счете приводит к увеличению массы, а вследствие этого и к неизбежному возрастанию динамических перегрузок. Поэтому считают более целесообразным использовать другие средства для снижения воздействия перегрузок.

При проектировании устройства прежде всего следует выяснить, нужны ли вообще защитные мероприятия. С этой целью сравнивают оговоренные в технических условиях причины допустимых механических воздействий для предназначенных к использованию элементов (микросхем, резисторов и так далее) с величинами механических действий на объекте установки РЭС. При этом величины воздействующих механических факторов следует скорректировать с учетом возможного резонансного усиления колебаний по пути их распространения с места установки блока до конкретного рассматриваемого элемента. В случае, если уровни воздействующих механических факторов превышают допустимые, предусматривают защитные мероприятия с оценкой их эффективности.

Защитные системы от наиболее распространенных видов механических помех, к которым относятся вибрации и удары, могут быть пассивными и активными. Пассивные виброзащитные системы, по сравнению с активными, более просты в исполнении и не требуют для выполнение своих функций затрат дополнительной энергии.

Существуют три пассивных способа виброзащиты аппаратуры:

- увеличение жесткости конструкции;

- демпфирование

- использование изоляторов.

Платы устройства можно представить как колебательную систему с равномерно распределенной нагрузкой. Она характеризуется собственной частотой. Поведение колебательной системы при воздействии на нее извне вибраций зависит от отношения частоты этих вибраций к резонансной частоте. Собственная частота колебаний плат зависит от формы, размеров, характера материала и условий закрепления.

В разрабатываемом нами устройстве использовался способ увеличения жесткости конструкции. Так как форма платы прямоугольная с вырезом потребовалось увеличение числа крепежных отверстий. Это позволила избежать возможности механических повреждений в месте выреза и увеличило жесткость конструкции.

8. Расчет конструкторских показателей изделия

резистор слоистый помехозащищенность

Опытно-конструкторская разработка любого устройства предполагает проведение различного рода расчета конструкторского плана, позволяющие оценить соответствие параметров заданным в техническом задании. К таким расчетам можно отнести:

- компоновочный расчет печатной платы;

- компоновочный расчет блока;

- расчет элементов печатного монтажа;

- расчет помехоустойчивости;

- расчет вибропрочности устройства;

- тепловой расчет;

- расчет надежности устройства.

8.1 Компоновочный расчет печатной платы

Исходными данными для расчета являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ. Численные значения установочных размеров ЭРЭ приведем в таблице 8.1.и 8.2

Таблица 8.1. Установочные площади элементов

Итак, согласно таблице 8.1 суммарная площадь всех элементов плат составляет:

Принимаем коэффициент заполнения Кз=0,6.

Площадь платы найдем по формуле 8.1:

(8.1)

где S? - суммарная площадь всех элементов, мм2;

Sплаты - площадь платы, мм2.

m - количество сторон монтажа (1)

Исходя из этой площади выберем плату размером 125х190 мм с вырезом 55х35 мм для батарейки типа «Крона».