РЕФЕРАТ
Объект разработки - ретранслятор ИК сигналов для домашней сети.
Цель работы - разработать частичный комплект конструкторской документации на изготовление ретранслятора ИК сигналов для домашней сети, который изготавливается при крупносерийном типе производства и эксплуатируется в климатических условиях УХЛ 4.2. Приобрести навыки по конструированию радиоэлектронных устройств, в общем, и выбору конструктивных решений для производства устройства ретранслятор ИК сигналов для домашней сети. Провести сравнительный анализ аналогов разрабатываемого устройства и оценить преимущества и недостатки каждого.
РЕТРАНСЛЯТОР ИК СИГНАЛОВ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ СЕТИ,
КОНСТРУКЦИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ, НАПРЯЖЕНИЕ, ПЛАТА.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в большинстве домов имеется огромное количество радиоэлектронных средств начиная от пульта и заканчивая мультимедийным центром. Каждое из таких современных устройств взаимосвязано между собой посредством ИК волн, но иногда возникает необходимость управлять одним устройством из разных комнат. Примером такого прибора может быть спутниковый ресивер подключенный к домашней телесети. Именно для такого случая и применяются ретрансляторы ИК сигналов.
При разработке такого устройства необходимо обеспечить его простоту изготовления, монтажа и минимальные размеры, с этой целью в предлагаемом варианте сигнал посылаемый с ПДУ после преобразования проходит по кабелю телесети по которому приходит и телевизионный сигнал на телевизор. Данная особенность позволяет избежать прокладки дополнительных линий связи, а следовательно обеспечивает относительную простоту при монтаже.
Целью данной работы является разработка
комплекта конструкторской документации к устройству, в наиболее полной мере
удовлетворяющему перечисленным параметрам. Данное ретранслирующее устройство не
содержит дорогостоящих компонентов. Такие параметры достигнуты путем удачного
схемотехнического решения.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
РЕТРАНСЛЯТОРА ИК СИГНАЛОВ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ СЕТИ
В предлагаемом варианте посылаемый сигнал с ПДУ после преобразования проходит по кабелю телесети, по которому приходит и телевизионный сигнал на телевизор. Устройство питают от стабилизированного источника напряжения 12 В. Так как обычно в телесеть входит антенный усилитель или усилитель мощности, устройство можно питать от блока питания этих усилителей, если его запас мощности это позволяет. Потребляемый устройством ток при отсутствии ИК сигналов - около 5 мА, а при трансляции сигналов ПДУ значение среднего тока - 10...20 мА.
Принципиальная схема устройства приведена в документации (ЗНТУ 465339.008). Устройство состоит из фотоприемника и формирователя. Подключенных к разветвителю телесети А1. Телесети с таким разветвителем описаны в [5, 6]. Телевизионный радиосигнал с входа через разветвитель, конденсаторы С6-С9 и XW1-XW4 проходит на телевизоры. Сигнал с ПДУ принимается интегральным приемником ИК излучения В1, преобразуется в последовательность импульсов, которые поступают на затвор полевого транзистора VT1. Он формирует импульсный сигнал в кабеле телесети. Помех телевизионному сигналу он практически не создает. Питание на фотоприемник подано по тому же кабелю через резистор R3, дроссель L1, трансформатор разветвителя А1 и дроссель L4. Элементы VD1, VD2, С3, С4, С5 и R4 в цепи питания фотоприемника обеспечивают малый уровень пульсаций напряжения для приемника ИК излучения В1. Светодиод HL1 позволяет контролировать прохождение сигналов с ПДУ.
Импульсы с фотоприемника через телесеть приходят на формирователь, который содержит пороговый эле мент DD1.1, генератор импульсов заполнения на элементе DD1.2, коммутатор DD1.3, инвертор DD1.4 и выходной полевой транзистор VT2, работающий в переключательном режиме. Диоды ИК излучения VD3-VD5 служат нагрузкой полевого транзистора.
Применение полевых транзисторов в фотоприемнике и формирователе обусловлено их хорошими энергетическими показателями и отсутствием необходимости применения ограничительных резисторов в их управляющих цепях.
Фотоприемник устанавливают возле телевизора с разъемом ХW1 в той комнате, из которой необходимо ретранслировать сигнал ПДУ. Элементы L4, С6, L2, С7, L3, С8, С9 расположены в переходных блоках, которые обычно используют для питания антенных усилителей. Формирователь, размещают в любом удобном месте, оптимальном с точки зрения длины соединительных проводов. Дроссель L1 монтируют рядом с разветвителем, а диоды VD3-VD5 должны находиться на расстоянии 2...4 м напротив ресивера. Диоды и разветвитель соединяют с формирователем обычной неэкранированной парой проводов или простым телефонным кабелем.
Все постоянные резисторы, керамические конденсаторы и диод VD2 - элементы типоразмеров 1206 и 0805 для поверхностного монтажа. Первоначально печатная плата фотоприемника была помещена в экранированный корпус, но дальнейшая эксплуатация показала, что и без экрана помехоустойчивость устройства вполне достаточна.
Светодиоды ИК излучения VD3-VD5 можно использовать практически любые, применяемые в ПДУ. Главное только, чтобы не был превышен допустимый импульсный ток диодов. Его определяют по формуле
Для транзистора IRFL110 напряжение UVT2откр
принимаем равным нулю, а напряжение Uпр для ИК диодов - 2 В. Число светодиодов
можно уменьшить, увеличив, соответственно, сопротивление резистора R6. Однако
при этом уменьшится излучаемая мощность, а значит, могут снизиться надежность
срабатывания и допустимое расстояние между ИК диодами и ресивером. Перед первым
включением устройства разъемы XW1 -ХW4 отключают от телевизоров. Включив его,
проверяют отсутствие напряжения на этих разъемах, которое может попасть на них
при неправильном монтаже. Далее контролируют осциллографом импульсы на выводах
1 и 2 элемента DD1.1 при нажатии кнопок ПДУ, поднесенного к фотоприемнику.
Значение напряжения низкого уровня должно быть равно 1 ...2В, а высокого уровня
- около 9 В. При этом светодиод НL1 должен светить только при нажатии кнопок
ПДУ. Если значение высокого уровня ниже 7 или выше 10 В, необходимо подобрать
резистор R3. Затем подстроечным резистором R2 устанавливают на выводе 10
элемента DD1.2 частоту следования импульсов 36 кГц (частота заполнения).
Разветвитель А1 в телесети может отличаться от предложенного. Главное, чтобы
при доработке телесети была обеспечена гальваническая связь формирователя с
фотоприемником и исключена такая связь с телевизорами, ресивером и другими
источниками телевизионного сигнала. Для управления ресивером из других комнат в
каждой из них нужно установить фотоприемник и подключить его к дросселю L2 или
L3. При этом необходимо проверить уровень импульсного сигнала на выводах 1 и 2
элемента DD1.1 и подбором резистора R3 выбрать компромиссное значение для всех
фотоприемников.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РЕТРАНСЛЯТОРУ ИК СИГНАЛОВ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ТЕЛЕСЕТИ
.1 Эксплуатационные требования
Эксплуатационные требования к ретранслятору ИК сигналов обуславливаются тем, что устройство относится к I группе эксплуатации по ГОСТ 11478-88, категория исполнения - УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69 для эксплуатации в лабораторных, капитальных, жилых и других подобного типа помещениях. Устройство рассчитано на рядового пользователя и работа с ним не вызывает никаких затруднений
К ретранслятору ИК сигналов предъявляются следующие эксплуатационные требования:
высокая ремонтопригодность;
удобство пользования;
питание от источника питания 12В;
падение напряжения на проводах, соединяющих устройство с ретранслятором, не должно превышать 1В;
исключить использование в изделии дорогостоящих или редко используемых компонентов;
рабочие значения температуры воздуха при эксплуатации (верхнее значение +35 °С, нижнее значение +10 °С, среднее значение +25°С), предельные рабочие значения (верхнее значение +40°С, нижнее значение +1°С).
Виды испытаний и характеристика воздействующего фактора:
Испытания на прочность при воздействии синусоидальных вибраций:
диапазон частот 10 - 150 Гц
амплитуда виброускорений 19,6 (2) м/с
число циклов качания частоты в каждом положении аппаратуры 20
Испытания на прочность при транспортировании:
ускорение 147(15) м/с
длительность ударного импульса 11 мс
частота ударов 60-120 удар./мин.
число ударов 1000
Испытания на прочность при воздействии механических ударов многократного действия:
ускорение 98(10) м/с
длительность ударного импульса 16 мс
частота ударов 60-120 удар./мин.
число ударов 1000
Испытания на устойчивость при воздействии механических ударов многократного действия:
ускорение 98(10) м/с
длительность ударного импульса 16 мс
частота ударов 60-120 удар./мин.
число ударов в каждом эксплуатационном положении не менее 20
Испытания на воздействие повышенной температуры среды:
рабочая повышенная температура +35°С
продолжительность 2ч
предельная повышенная температура +1°С
продолжительность 2ч
Испытания на воздействие пониженной температуры среды:
предельная пониженная температура +1°С
продолжительность 2ч
Испытания на воздействие изменения температуры среды:
рабочая повышенная температура +35°С
рабочая пониженная температура +10°С
число циклов 2
Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления:
атмосферное давление ……………………70кПа или 525 мм. рт. ст.
температура 25±10°С
продолжительность 0,5 ч
Испытание на воздействие повышенной влажности:
относительная влажность 93%
температура 25°С,
продолжительность 96 час.
В процессе эксплуатации основные параметры
устройства должны сохраняться в пределах допустимых значений.
2.2 Требования по технологичности
Технологичность конструкции изделия есть приспособленность к ограниченному расходованию трудовых, материальных и энергетических ресурсов при подготовке производства и промышленном выпуске изделий в заданном количестве по высшей категории качества (производственная технологичность), а также при техническом обслуживании и ремонте (эксплуатационная технологичность).
Можно выделить ряд рекомендаций по увеличению технологичности:
желательно не использовать или ограничить использование оригинальных ЭРЭ;
ограничить, а лучше исключить применение крупногабаритных ЭРЭ, которые неизбежно приведут к наличию объемного монтажа и ручной пайке и ручной установке на плату;
выбор размеров и формы компонентов, деталей и узлов конструкции с учетом экономически целесообразных для заданных условий производства способов формообразования;
использовать типовые или хорошо отработанные на данном предприятии технологические процессы;
использовать односторонний монтаж платы для повышения автоматизации;
использовать автоматизированную установку и пайку ЭРЭ;
уменьшение использования дефицитных или токсичных материалов, дорогостоящих металлов;
уменьшить номенклатуру используемых материалов и полуфабрикатов;
использование обоснованных сортаментов и марок материалов, которые позволяют снизить материалоемкость изделия;
максимальная надежность всех элементов при сохранении приемлемой стоимости.
увеличение примененяемости изделия и его
составных частей при помощи стандартизации и унификации.
2.3 Требования к эргономике и эстетике
Для обеспечения удобства пользования устройством большое внимание уделяется вопросам эргономики и эстетики. Для данного устройства этот показатель наиболее актуален, так как от него напрямую зависит его конкурентоспособность на рынке аппаратуры данного класса. И поэтому для увеличения этих показателей можно выделить некоторые рекомендации:
удобство подключения ;
наличие в комплекте с устройством проводов, составные части;
конструкция должна обеспечивать удобство обслуживания и ремонта устройства (доступность, степень риска и т.д.);
конструкция должна быть компактной и устойчивой.
2.4 Требования ремонтопригодности
Для обеспечения ремонтопригодности необходимо обеспечить следующее:
легкость вскрытия корпуса устройства при необходимости ремонта;
невозможность его случайного открытия во время транспортировки или работы;
использование невыпадающих винтов, стандартного крепления;
использование, по возможности, стандартных деталей;
легко доступность к элементам, которые имеют низкую надежность;
легкость и быстроту замены вышедших из строя элементов;
использование стеклотекстолита для изготовления печатных плат, что позволяет большее количество перепаек;
необходимость небольшого числа контрольных приборов для ремонта, желательно - не более 2..3;
наличие ремонтной документации (схемы электрической принципиальной с разбивкой на платы по функциональному признаку, карт рабочих режимов и т.д.).
Желательно, чтобы все электроэлементы были
примерно равны по надежности, поскольку это позволит сократить количество
профилактических осмотров или ремонтов до минимума.
2.5 Требования техники безопасности
Требования безопасности оговорены ГОСТ12.2.006 - 87. Этот стандарт распространяется на бытовую радиоэлектронную аппаратуру, непосредственно или косвенно подключенную к электрической сети и предназначенную для эксплуатации внутри помещений на высотах до 2000 м и не подвергаемой воздействию капель или брызг.
Аппарат должен быть сконструирован и изготовлен таким образом, чтобы не представлял опасности, как при нормальных условиях эксплуатации, так и в условиях неисправности, при этом должна быть обеспечена защита потребителя от поражения электрическим током.
Должны быть обеспечены требования:
маркировка должна быть однозначно понимаемой и легко различимой, несмываемой и разборчивой на аппарате, готовом к эксплуатации;
изоляция частей, находящихся под опасным напряжением не должна изготовляться из гигроскопических материалов;
конструкция аппарата должна исключать опасность поражения электрическим током со стороны доступных частей;
аппарат должен обладать достаточной механической прочностью и быть сконструирован таким образом, чтобы выдержать условия нормальной эксплуатации.
3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ
.1 Обеспечение эксплуатационных
требований
Ретранслятор ИК сигналов эксплуатируется в основном в жилых помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе. Поэтому в качестве материала печатной платы выбран стеклотекстолит, который обладает высокой стойкостью к повышенной влажности и большим перепадам температур, а следовательно удовлетворяет всем требованиям в прибору.
Для защиты устройства от засорения и попадания внутрь сторонних предметов используется 2 углубления в корпусе, а для предотвращения ошибочного подключения выводов соединительных проводов, нанесена соответствующая маркировка.
Форма корпуса выбрана таким образом, что
выполняются требования, обеспечивающие технологичность (а, следовательно, и
относительно невысокую стоимость) и эргономику, и представляет собой
пластмассовый кожух, близкий по форме к параллелепипеду. Конструкция корпуса
выполнена таким образом, что при снятии основания имеется полный доступ ко всем
элементам конструкции, это облегчает замену элементов при выходе их из строя.
Это в свою очередь обеспечивает высокий уровень ремонтопригодности.
3.2 Обеспечение требований
технологичности
При производстве ретранслятора ИК сигналов, в качестве материала корпуса использован полистирол УПМ - 03Л, который позволяет применить прогрессивный метод формообразования: литье под давлением. К тому же этот метод обеспечивает безотходное производство. Полистирол УПМ - 03Л является термопластичным материалом, таким образом можно предусмотреть его повторное использование, что повышает технологичность производства.