Выбор и обоснование структурной схемы стенда

Общая часть

Введение

На сегодняшний день одной из актуальных проблем является контроль доступа в помещение или к устройствам, и сейчас широкое распространение получили ключи-идентификаторы стандарта iButton. Чтобы было понятнее: привычная «таблетка от домофона» - это и есть ключ iButton.

Сегодня практически у каждого человека имеется ключ от домофона типа iButton – «таблетка». Наше недорогое и функциональное устройство расширит возможности этого ключа и позволит защитить от несанкционированного доступа помещения или устройства.

Дополнительно в контроллере имеется возможность работы с резистивными ключами, что повышает функциональность и секретность модуля. Дополнив контроллер доступа электромагнитным замком, можно ограничить доступ в мастерскую, кабинет, бытовку, дачный домик и т.п. Также с помощью данного контроллера можно включать или выключать электрооборудование, свободный доступ к которому желательно ограничить (компьютер, игровая приставка, электроинструмент и т.п.).

В целом, проведение диагностики электронных приборов и устройств позволяет выявить неработающие элементы устройства, сделать выводы и принять меры по повышению работоспособности электронного устройства. Для случая контроллера доступа iButton можно выполнять такие этапы диагностики как проверка внешнего вида печатной платы, осмотр элементов, проверка с помощью мультиметра номиналов резисторов и конденсаторов, проверка исправности микросхемы.

Если провести сравнение рассматриваемого контроллера доступа iButton с другими аналогичными устройствами, то можно заметить их общие черты:

- запоминание и считывание ключей доступа (до 5 шт.);

- звуковая и световая индикация;

- использованние микроконтроллера для запоминания ключей;

Основные отличия данного устройства от аналогичных устройств считывания «таблеток»:

- использование резестивных ключей;

- использование реле;

- выбор разных режимов работы с помощью джамперов.

Отдлельно отметитм, что возможно выбора разных режимов работы уникальная в своем роде возможность, которая позволяет использовать это недорогое устройство в разных целях защиты и контроля доступа.

Исходные данные

Напряжение питания	12 В
Максимальный ток потребления	50 мА
Стандарты и количествово ключей доступа	- iButton (до 5 шт) - резестивный (до 1 шт)
Размеры печатной платы	90Х55 ММ

Технологическая часть

Выбор контрольно-измерительных приборов

Последовательность выполняемых действий:

1. Изучение технической документации на данное устройство.

2. Внешний осмотр.

3. Контрольное включение с выявлением признаков неисправности.

4. Частичный демонтаж.

5. Регламентные работы, внешний осмотр.

6. Контроль правильности работы блока питания.

7. Поиск неисправности, пользуясь измерительной аппаратурой.

8. Замена неисправного элемента, узла, или блока.

8.1 Внешние признаки неисправности:

а. Изменение окраски радиоэлемента.

б. Изменение формы радиоэлемента.

в. Перегрев.

г. Холодная пайка.

д. Характерный запах.

е. Обрыв токоведущей части.

ж. Механический износ.

9. Произвести дополнительную проверку параметров, влияющих на характер неисправности.

10. Сборка блока.

11. Электропрогон.

Настройка электронного блока

На основе анализа практического опыта можно классифицировать основные причины неисправности электронных приборов и устройств по следующим причинам возникновения:

· избыточное тепло;

· избыточная влага;

· избыточная грязь и загрязнения;

· ненормальное или избыточное перемещение элементов;

· неправильная установка элементов в устройстве и самого устройства;

· производственные дефекты;

· другие причины (например, воздействие животных, грызунов).

Расчёт надёжности

Вся промышленная продукция, в том числе полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы характеризуются таким параметром как качество, представляющий собой совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением.

Свойства продукции делятся на простые и сложные. Надежность определяется одним из фундаментальных сложных свойств продукции и определяется как свойство объекта сохранять во времени, в установленных пределах, характеризующую способность выполнять требуемые функции в данных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Для описания конкретного прибора пользуются понятиями исправного и работоспособного состояния. Под исправными подразумевается состояние прибора, при котором он соответствует всем требованиям нормативной или конструктивной документации.

Работоспособность такое состояние, при котором все параметры, которые характеризует способность прибора выполнять заданные функции, соответствуют нормативно-технической или конструкторской документации; способны выполнять основные функции в данном состоянии, либо имеются повреждения, не влияющие на электрические параметры (нарушение маркировки, сколы, царапины, вмятины на корпусе).

Фундаментальным понятием теории надежности является определение отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособного состояния. При этом под нарушением работоспособного состояния понимается либо внезапное прекращение функционирования прибора, либо значительные изменения электрических параметров. Характеристикой прибора, связанной с его эксплуатацией является наработка, представляющая собой продолжительность объема работы прибора. Наработка измеряется в часах. Наработка прибора в часах от начала эксплуатации до наступления предельного состояния называют техническим ресурсом. Календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния называют сроком службы. Под безотказностью понимают свойство прибора непрерывно сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или некоторой наработки.

Из этого следует, что данное свойство отражает основное содержание надежности, так как главное назначение любого прибора, используемого по прямому назначению исправно выполнять предназначенные ему функции в течении определенного промежутка времени.

Применительно к полупроводниковым приборам и микросхемам под безотказностью понимается способность непрерывно сохранять исходные параметры при использовании в выпрямительном, усилительном, переключательном и других режимах работы, обусловленных схемами и условиями эксплуатации.

Для оценки аппаратуры используются критерии надежности.

Критерий надежности – признак, по которому оценивается надежность различных изделий, а характеристика – количественное значение критерия надежности конкретного изделия.

К критериям надежности изделий, для невосстанавливаемой аппаратуры относятся:

- интенсивность отказов L(t);

- вероятность безотказной работы в течение определенного времени Р(t);

- вероятность отказа в течение определенного времени Q(t);

- средняя наработка до первого отказа Тср.

При расчете интенсивности отказов изделия необходимо знать номенклатуру и количество входящих в схему элементов.

При этом:

где λ – интенсивность отказов элементов схемы;

n1, n2, n3,…, nn– количество элементов каждого типа в схеме.

Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени не произойдет ни одного отказа.

Вероятность безотказной работы рассчитывается по следующей формуле:

ср.

где e – основание натурального логарифма;

t – время нормальной работы изделия.

Отказ и безотказная работа являются событиями несовместимыми и противоположными, поэтому:

Средняя наработка до первого отказа связана с интенсивностью отказов следующим соотношением:

Требования к надежности разрабатываемого изделия задаются в техническом задании (ТЗ) на разработку. На ранних стадиях разработки изделия составляется план обеспечения надежности, который на последующих стадиях разработки детализируется и уточняется. Одним из элементов этого плана является расчет надежности проектируемого изделия. Первые расчеты делают на ранних стадиях разработки, а с уточнением сведений об изделии уточняются и расчеты надежности. Существующие методы расчета надежности позволяют получить расчетным путем количественные характеристики надежности разрабатываемого изделия и сопоставить эти характеристики с заданными в техническом задании. Все расчеты надежности в основном сводятся к определению вероятности безотказной работы P(t) и средней наработки до первого отказа Tср по известным интенсивностям отказов элементов схемы. В зависимости от полноты учета факторов, влияющих на работу изделия и его надежность, последовательно проводят три расчета надежности: прикидочный, ориентировочный и окончательный.

Прикидочный расчет позволяет судить о принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности изделия. Этот расчет используется при проверке требований по надежности, выдвинутых заказчиком в техническом задании, при сравнительной оценке надежности отдельных вариантов выполнения изделия на ранних стадиях разработки.

При прикидочном расчете делается допущение, что все элементы схемы равнонадежны, так как принципиальные электрические схемы на изделие и его составные части окончательно не разработаны. Соединение элементов с точки зрения надежности таково, что выход из строя любого элемента приводит к отказу всего изделия. Интенсивность отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е. li(t)=const.

Тогда:

,

где λi - средняя интенсивность отказов равнонадежных элементов схемы;

N – общее количество элементов.

Ориентировочный расчет проводится тогда, когда на изделие и все его составные части разработаны электрические принципиальные схемы. При ориентировочном расчете учитывается влияния на надежность изделия количества и типов применяемых в схемах элементов. При расчете делаются следующие допущения: все элементы схемы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями на эти элементы; все элементы изделия работают одновременно; интенсивности отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е. λi(t)=const. Интенсивности отказов элементов каждого типа берутся по соответствующим таблицам из справочников по надежности. Таким образом, ориентировочный расчет надежности позволяет определить рациональный состав элементов в изделии и наметить пути повышения надежности.

Окончательный расчет проводится на этапе технического проектирования и учитывает влияние на характеристики надежности режимов работы элементов в схеме и конкретные условия эксплуатации изделия.

В общем случае интенсивности отказов элементов зависят от электрического режима работы элемента в схеме, температуры окружающей среды, механических воздействий в виде вибраций и ударов, влажности воздуха, давления, радиации и ряда других возможных факторов, которые могут влиять на работу устройства в тех или иных условиях эксплуатации технического устройства.

Далее проведём непосредственно расчёт надёжности объекта проектирования. В таблице 1 приведены исходные данные, взятые из справочников в виде интенсивностей отказов различных типов элементов, входящих в схему блока выключения света с временной задержкой.

Таблица 1.Интенсивности отказов элементов

Наименование	Тип элемента	Интенсивность отказов
Интегральная микросхема	Полупроводниковая	0.01 – 2.5
Резисторы	Металлопленочные	0.04 – 0.4
Конденсаторы	Электролитические	0.03 – 0.513
Стабилитрон	Полупроводниковый	0.25 – 0.65
Диод	Кремневый	0.021 – 0.452
Диодный мост	Полупроводниковый	0.05 – 0.09
Тиристор	Полупроводниковый	0.7 – 0.58
Биполярный транзистор	Кремневый	0.27 – 1.44
Элементы монтажа	Плата печатная Разъемы	0.1 0.03 – 0.6
Пайка	Волной припоя	0.01

Расчет интенсивностей отказов:

Микросхемы:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Резисторов:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Конденсаторов:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Стабилитрона:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Диода:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Диодного моста:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Тиристора:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Транзистора:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Разъемов:

min min 1/ч.

max max 1/ч..

Платы:

.

Пайки:

.

Суммируя интенсивности отказов всех входящих элементов, рассчитывается как значения максимальной, минимальной и средней интенсивностей отказов всего устройства.

Интенсивность отказов всего устройства:

min 1\ч

max 1\ч

ср 1/ч.

Расчет вероятности безотказной работы:

где: .

Поскольку устройство предполагается эксплуатировать в промышленности, то и временной задел взят с расчётом стандартного рабочего графика и средней продолжительности срока службы изделия.

Вероятность отказа:

.

Средняя наработка:

ср .

В таблице 2 сведены результаты расчётов надёжности проектируемого устройства для наглядности проделанной работы.

Таблица 2.Результаты расчёта надёжности

Наименование	Обозначение	Результат
Средняя интенсивность отказов	ср	1/ч.
Средняя вероятность безотказной работы		0,86
Средняя вероятность отказа		0,14
Средняя наработка	ср	46135 ч.

На рис.8. представлен график P(t), построенный по ключевым значениям t=10, 100, 1000, 10000, 100000. Для удобства представления временная ось представлена в логарифмическом виде.

Рис.8. График P(t) по логарифмической шкале времени

Расчет стоимости ТЗР

К Транспортно-заготовительным расходам (ТЗР) относятся затраты, связанные с доставкой материалов на предприятие: перевозка, расходы на оплату погрузочно-разгрузочных работ, заработная плата работников занятых снабжением, комиссионные вознаграждения, пошлины и пр².

Величина транспортно-заготовительных расходов рассчитывается по формуле:

ТЗР = С_∑* ТЗР %,

где С_∑- общая сумма затрат на основные материалы;

ТЗР% - процент транспортно-заготовительных расходов (в соответствии с утвержденными приказом Минфина России от 28.12.2002 N119н⁵ ТЗР = 3,5% от общей сумма затрат на основные материалы).

ТЗР = 445 * 3,5% = 15,57 руб

Расчет стоимости ТЗР

Затем необходимо рассчитать транспортно-заготовительные расходы для вспомогательных материалов, подробнее способ расчетов описан в п.3.1.1:

ТЗРв = 11,12 * 3,5% = 0,39 руб

Калькуляция себестоимости.

Калькуляция — определение затрат в стоимостной (денежной) форме на производство единицы или группы единиц изделий, или на отдельные виды производств. Калькуляция даёт возможность определить плановую или фактическую себестоимость объекта или изделия и является основой для их оценки. В строительных организациях оценка и калькуляция используется для объектов бухгалтерского учёта в денежном выражении. Калькуляция служит основой для определения средних издержек производства и установления себестоимость продукции.

Калькуляция себестоимости – исчисление себестоимости произведенной продукции (работ, услуг) по данным учета производственных затрат. Калькуляция себестоимости производится по окончании отчетного месяца после принятия к учету всех фактически совершенных затрат.

В бухгалтерском управленческом учете ежемесячно калькулируется себестоимость общего товарного выпуска и более детализированные показатели себестоимости, например, себестоимость товарных выпусков отдельных видов продукции, себестоимость единицы изделия.

При калькуляции себестоимости продукции (работ, услуг) организации всех форм собственности руководствуются Положением о составе затрат, типовыми методическими рекомендациями и отраслевыми инструкциями по планированию, учету и калькуляции себестоимости в части, не противоречащей данному Положению. Используемые при калькуляции себестоимости методы оценки материально-производственных запасов, отпущенных в производство, способы распределения косвенных расходов и другие элементы учетной политики организации должны применяться без изменения в течение отчетного года.¹

Группировка затрат по статьям калькуляции представлена в таблице 6.

Таблица 6

Группировка затрат по статьям калькуляции

№ п\п	Статьи расходов	Затраты, руб.	Структура затрат, %
	Основные материалы с ТЗР	15,57	3%
	Комплектующие изделия		43%
	Вспомогательные материалы с ТЗР	0,39	1%
	Топливо и энергия на технологические цели	41,54	1%
	Основная заработная плата основных рабочих	1654,24	19%
	Дополнительная заработная плата основных рабочих	248,14	3%
	Отчисления с заработной платы основных рабочих		10%
	Амортизационные отчисления	110,14	2%
	Накладные расходы	1521,9	18%
Итого полная себестоимость	4600,92

Организация рабочего места

На рисунке 10 изображена организация рабочего места выполнения монтажа изделия.

Рис. 10. Организация рабочего места выполнения монтажа изделия

Где:

1. Вытяжная система вентиляции;

2. Дополнительный источник света;

3. Осциллограф С1-112;

4. Розетка: 42 В;

5. Мультиметр DT9208A;

6. Объект монтажа;

7. Диэлектрический коврик (не менее 50х50 см);

8. Стул;

9. Слесарно-монтажные инструменты;

10. Паяльник (25 Вт, 36 В);

11. Дополнительный источник питания с регулируемым напряжением;

12. Лупа.

При выполнении ремонтных работ изделий необходимо осуществлять охрану труда и технику безопасности. Рабочий стол должен иметь необходимую рабочую поверхность, а также дополнительные ящики для хранения:

1. спецодежды.

2. неиспользуемых инструментов.

3. комплектующих.

4. технической литературы.

Необходимо выбирать комбинированные измерительные приборы с минимумом органов управления и временем подготовки к работе. Результаты измерения должны отображаться в удобной форме; измерительные приборы не должны оказывать влияние друг на друга, а соединительные кабели – не создавать паразитных наводок. Рабочее место необходимо комплектовать регулируемым рабочим стулом.

Заключение

Таким образом, в дипломном проекте в качестве объекта проектирования и исследования выступает блок выключения света с временной задержкой. На основании сравнения его с аналогичными устройствами были определены его основные особенности:

- в данном устройстве отсутствует возможность регулирования временной задержки для отключения освещения;

- в схеме устройства отсутствуют электромеханические реле для коммутации цепи освещения;

- отсутствует связь с датчиками движения, датчиками открытия двери и прочими аналогичными датчиками;

- отсутствует звуковая сигнализация отсчета задержки времени;

- время задержки задается ждущим мультивибратором на интегральной микросхеме.

Отсутствие данных элементов несколько упрощает функциональные возможности устройства, однако одновременно и удешевляет его.

Основные преимущества устройства – простота, невысокая стоимость и полезность для конечного потребителя.

Была спроектирована принципиальная схема электронного блока с обоснованием входящих в неё компонентов, затем по данной схеме был осуществлён сборочный чертёж печатной платы с представлением внешнего вида готовой продукции. Данные представлены в графической части дипломного проекта на соответствующих чертежах А1.

Проведённый анализ надёжности позволил выявить следующие параметры проектируемого устройства: средняя интенсивность отказов - 21,7ч., средняя вероятность безотказной работы - 0,86, средняя наработка на отказ - 46135ч.

В работе была рассчитана себестоимость изделия, которая составила 405,48 руб. Наиболее существенными в структуре затрат являются затраты на комплектующие, основную заработную плату и накладные расходы.

От реализации одного изделия предприятие планирует получать прибыль в размере 81,1 руб., ожидаемый уровень рентабельности – 20%.

Список используемой литературы.

1. Дэвидсон Г. Поиск неисправностей и ремонт электронной аппаратуры без схем. 2-е издание. - М.: ДМК Пресс. 2015, - 544 с.

2. Домарёнок Н.И., Собчук Н.С. Физические основы диагностики и неразрушающего контроля качества МЭА. – Мн.: БГУИР, 2015.

3. Игнатович В.Г., Митюхин А.И. Регулировка и ремонт радиоэлектронной аппаратуры. - Минск: «Вышэйшая школа», 2015– 366 с.

4. Хабаров Б., Куликов Г., Парамонов А. Техническая диагностика и ремонт бытовой радиоэлектронной аппаратуры. – Мн.: Горячая Линия – Телеком, 2015. – 376 с.

5. Экономика организации (предприятия): учебное пособие / В.Д. Грибов, В.П. Грузинов, В.А. Кузьменко. – 2-у изд., стер, - М.: КНОРУС, 2012.

6. Экономика предприятия: учебник для бакалавров/ А.П. Гарнов, Е.А. Хлевная, А.В. Мыльник; под ред. А.П. Гарнова. – М: Издательство Юрайт, 2014.

7. Экономика организации (предприятия). Теория и практика: учебник для бакалавров/ В.В. Коршунов. – 2-е изд, перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014.

8. Надёжность электрорадиодеталей, 2006 : справочник / С.Ф. Прытков. – М.: ФГУП «22 ЦНИИИ МО РФ», 2008.

Интернет – ресурсы:

1. http://схема-авто.рф/usilitel-na-tda-2015-mostovaya-sxema.html Схема-Авто.

2. http://www.electrosad.ru/Electronics/PP.htm Печатные платы. Общие сведения, история, технологии.

3. http://vunivere.ru/ Основы технологии пайки элементов РПРИЛОЖЕНИЕЭА и монтажа

4. http://www.elinform.ru/articles_5.htm Основы технологии монтажа в отверстия.

5. http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/Device_turn-off_delay_of_light.html Электроника и радиотехника.

6. http://electroscheme.org/540-ustrojjstvo-zaderzhki-vykljuchenija-sveta.html Принципиальные электрические схемы.

Приложения.

AtMega8A[DATASHEET]

L05

BS-115C

Общая часть

Введение

На сегодняшний день одной из актуальных проблем является контроль доступа в помещение или к устройствам, и сейчас широкое распространение получили ключи-идентификаторы стандарта iButton. Чтобы было понятнее: привычная «таблетка от домофона» - это и есть ключ iButton.

Сегодня практически у каждого человека имеется ключ от домофона типа iButton – «таблетка». Наше недорогое и функциональное устройство расширит возможности этого ключа и позволит защитить от несанкционированного доступа помещения или устройства.

Дополнительно в контроллере имеется возможность работы с резистивными ключами, что повышает функциональность и секретность модуля. Дополнив контроллер доступа электромагнитным замком, можно ограничить доступ в мастерскую, кабинет, бытовку, дачный домик и т.п. Также с помощью данного контроллера можно включать или выключать электрооборудование, свободный доступ к которому желательно ограничить (компьютер, игровая приставка, электроинструмент и т.п.).

В целом, проведение диагностики электронных приборов и устройств позволяет выявить неработающие элементы устройства, сделать выводы и принять меры по повышению работоспособности электронного устройства. Для случая контроллера доступа iButton можно выполнять такие этапы диагностики как проверка внешнего вида печатной платы, осмотр элементов, проверка с помощью мультиметра номиналов резисторов и конденсаторов, проверка исправности микросхемы.

Если провести сравнение рассматриваемого контроллера доступа iButton с другими аналогичными устройствами, то можно заметить их общие черты:

- запоминание и считывание ключей доступа (до 5 шт.);

- звуковая и световая индикация;

- использованние микроконтроллера для запоминания ключей;

Основные отличия данного устройства от аналогичных устройств считывания «таблеток»:

- использование резестивных ключей;

- использование реле;

- выбор разных режимов работы с помощью джамперов.

Отдлельно отметитм, что возможно выбора разных режимов работы уникальная в своем роде возможность, которая позволяет использовать это недорогое устройство в разных целях защиты и контроля доступа.

Исходные данные

Напряжение питания	12 В
Максимальный ток потребления	50 мА
Стандарты и количествово ключей доступа	- iButton (до 5 шт) - резестивный (до 1 шт)
Размеры печатной платы	90Х55 ММ

Выбор и обоснование структурной схемы стенда

Контроллер доступаразмещён на печатной плате, на которой с лицевой стороны размещены все радиоэлементы платы. На основе представленной структурной схемы можно проводить диагностику блока, разработать алгоритм диагностики. Ниже приведём обоснования применения компонентов схемы с их кратким описанием.

Блок управления – элемент реализованный на ATmega 8 и представляет из себя программируемый миркроконтроллер. На котором прошита логика работы цепи.

Блок питания мк – элемент системы питания микроконтроллера, реализованный на стабилизаторе 78l05, это простейший стабилизатор положительного фиксированного напряжения 5 вольт в корпусе ТО-92. Этот стабилизатор рассчитан на нагрузку в 100mA. Само собой, имеется защита от превышения тока нагрузки, защита от перегрева. Стабилизаторы в этом исполнении рассчитаны на применение в слаботочных электрических цепях, поэтому установка корпуса TO-92 на радиатор не предусмотрена. Напряжение на входе также около 10 вольт. Данный элемент схемы позволяет питать микроконтроллер требуемым номиналам напряжения. Исключая его из общего контура питания других блоков.

Усилитель — элемент системы управления (или регистрации и контроля), предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, необходимого для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника, или за счёт уменьшения других характеристик входного сигнала. Реализован на двух BC547 которые в западном мире столь же популярны, как были популярны в Советском Союзе в свое время - КТ315. Сравнивать напрямую эти транзисторы было бы совершенно некорректно, более поздняя западная разработка конечно, намного совершенней.

Звуковое сопровождение – подает сигнал пользователю о срабатывании события на блоке управлени.

Индикация – реализована на FYL-5013GD (зеленый светодиод) индицирует состояние реле: нагрузка включена/отключена и FYL-5013HD (красный светодиод) индицирует обмен информацией между ключом и модулем.

Фильтр – служит для дополнительной защиты устройства от попыток сломать его, через фильтр происходит считывание «таблеток» и резестивных ключей.

Нагрузка – элемент системы, реализованный на реле, предназначенное для замыкания или размыкания электрической цепи при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных воздействий. Подключение нагрузки (электромагнитный или электромеханический замок, лампа, звонок) подключается в разрыв питания к нормально разомкнутым контактам реле (разъём J4). Ток нагрузки не должен превышать 10 А.