Електричні розрахунки

3.4 Електричні розрахунки

Проведемо наближений розрахунок споживаної потужності пристрою. Оскільки основними споживачами електричного струму є мікросхеми, то наближено розрахувати споживану потужність можна за формулою:

, (3.1)

де  - споживана потужність -ї мікросхеми.

(3.2)

де U - споживана напруга живлення.

де  - споживаний струм -ї мікросхеми.

Оскільки потужність дискретних елементів не є високою, в даному випадку нею можна знехтувати. Проведемо розрахунки лише для інтегральних елементів. В даному пристрої таких елементів 3: інтегральний стабілізатор – DА1, світловий індикатор HL1 та мікроконтролер DD1.

Таким чином, повна формула потужності матиме вигляд:

(3.3)

Вибрані нами інтегральні елементи, за своєю технічною документацією мають потужність споживання : DА1 – 0,4Вт, HL1 – 0.15Вт та DD1 – 0,125Вт. Тому можемо записати, що загальна потужність споживання буде рівна:

Вт  (3.4)

4. РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ

Надійність апаратури визначається надійністю та кількістю використаних в них елементів та умовами їх експлуатації. Так як надійність є одним з основних параметрів виробу, то, проектуючи апаратуру, надійність слід оцінювати поряд з іншими параметрами і на основі цих розрахунків робити висновки про правильність вибраної схеми та конструкції виробу.

На етапі проектування, коли ще точно не визначені режими роботи схеми, проводиться орієнтовний розрахунок, котрий задається орієнтовними даними, які визначають умови роботи. Такий розрахунок виконується в даному курсовому проекті. Орієнтовні значення коефіцієнтів навантаження приведені як довідникові дані в таблиці 4.4. (див. додаток 4) В таблиці 4.1. (див. додаток 5) приведені значення інтенсивності відмов елементів схеми при номінальному значенні впливу зовнішніх факторів. Вплив на надійність апаратури фактичного значення зовнішніх факторів враховують при розрахунках параметрів надійності, вводячи коефіцієнти впливу (див. таблиці 4.2., 4.3., 4.5. додаток 4).

Якщо отримані в результаті розрахунку параметри надійності не відповідають вимогам, то слід проаналізувати можливість підвищення надійності за рахунок полегшення режимів або використання більш надійних типів елементів. Зазвичай таким методом удається підвищити надійність виробу не більш, ніж у два – три рази. При проектуванні апаратури, яка містить значну кількість елементів, у ряді випадків розраховане значення надійності набагато відрізняється від того, котре задано. В таких випадках застосовують резервування. При резервуванні середнє напрацювання на відмову та ймовірність безвідмовної роботи буде більшою, ніж в аналогічного нерезервованого виробу, так як при виході з ладу основного пристрою продовжують функціонувати резервні. Надійність апаратури потрібно розраховувати на всіх етапах проектування: по мірі того, як уточнюються дані про кількість та типи використовуваних елементів, про конкретні умови, в котрих вони працюють, підвищується достовірність отриманих в результаті розрахунку даних.

Інтенсивність відмов і-го елементу в загальному випадку виражається формулою

, (4.1)

де  – номінальна інтенсивність відмов, визначається по довідниковим даним;

К₁ – коефіцієнт, залежний від тиску, (для наземної апаратури К₁ = 1);

К₂ – коефіцієнт, залежний від впливу вологості та температури;

К₃ і К₄ – коефіцієнти, залежні від механічних впливів.

 – коефіцієнт, залежний від температури поверхні елемента Т та коефіцієнта навантаження К_н.

 

Таблиця 4.1 Значення інтенсивності відмов елементів

№	Найменування і тип елементу	1/год	t, 0С	Кн	Nj	1/год
	1	2	3	4	5	6	7
	Мікросхеми:
1	з високою	0,01	40	0,45	1	0,0212868	0,0212868
2	з середньою	0,013	40	0,5	1	0,0276728	0,02767284
3	Конденсатори керамічні	0,15	40	0,7	4	0,319302	1,277208
4	Резистори плівкові	0,03	40	0,6	13	0,0638604	0,8301852
5	Резистори дротяні	0,087	40	0,5	2	0,1851951	0,37039032
6	Запобіжники	0,5	40	0,5	1	1,06434	1,06434
7	Діоди кремнієві	0,2	40	0,55	7	0,425736	2,980152
8	Світлодіоди	0,2	40	0,55	1	0,425736	0,425736
9	Транзистори кремнієві	0,5	40	0,5	4	1,06434	4,25736
10	Резонатор кварцовий	1,1	40	0,6	1	2,341548	2,341548
11	Реле	0,5	40	0,6	2	1,06434	2,12868
12	Кнопка	0,07	40	0,8	1	0,1490076	0,1490076
13	Пайка	0,01	40	0,5	90	0,0212868	1,915812
14	Плата друкована	0,01	40	0,5	1	0,0212868	0,0212868

Згідно таблиці 4.1 знаходимо інтенсивність відмов виробу, що проектується:  1/год  (4.2)

Середній термін часу до першої відмови

Т_сер=1/λ_вир= =годин (4.3)

Таким чином, одержане значення безвідмовної роботи (у роках), враховуючи, що рік має 365 днів:

Т_сер=років.

 (4.4)

Для побудови графіка залежності експоненційного закону надійності на проміжку часу t_р=0…80 тис. годин розбиваємо вісь часу на інтервали по 10 тис. годин. Підставивши числові значення часу в формулу (4.4), проводимо розрахунок ймовірності безвідмовної роботи. Результати розрахунків зведені в табл. 4.2.

Таблиця 4.2 Імовірності безвідмовної роботи пристрою

Рс(t)	1	0,837	0,706	0,586	0,491	0,410	0,343	0,287	0,241	0,201
t, тис. год.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90

Рис. 4.1. Імовірність безвідмовної роботи пристрою.

По даним табл. 4.2 побудований графік ймовірності безвідмовної роботи, який приведений на рис.4.1.

Висновки

В результаті виконання курсового проекту були розроблені структурна, функціональна та принципова електричні схеми автомобільного охоронного сигналізатора на мікроконтролері PIC16F84A. Була наведена архітектура використаного мікроконтролера та опис основних можливостей. Також були описані аналоги пристрою, а саме автомобільний охоронний сигналізатор на транзисторах та електронний автосторож. На основі цих аналогів був створений автомобільний охоронний сигналізатор, на базі мікроконтролера, який сприяє збільшенню можливостей пристрою.

Спроектований пристрій має високі експлуатаційні технічні характеристики та показники надійності. Розрахунковий час безвідмовної роботи складає 6,4 років.

В зв‘язку з високими показниками спроектованого пристрою порівняно з аналогами його можна рекомендувати для впровадження у виробництво.

ЛІТЕРАТУРА

 

1.         Энергетическая электроника. Справочное пособие: Пер. с нем./под ред. В.А. Бобунцова.М: Энергоатомиздат, 1978

2.         Яценков В.С. Микроконтролеры Microchip. Практическое руководство – М.: Горячая линия, 2002–296с.,ил.

3.         Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги:Справочник.–М.: ИП Радиософт.–512с.,ил.

4.         Хвощ С.Т. Микропроцесоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник.–Л.: Машин остроение,1987–640 с.ил.

5.          Пацюра И.В., Корнейчук В.И,, Довбыш Л.В. Надёжность электронных систем.К.:Свит.1988–192с.

6.         Гоис Д.П. Применение микропроцесоров в измерительной апаратуре. М.: "Радио и связь",1990–540с.

7.         Магжаров Т.Б. Надёжность больших интегральных схем.М.:"Радио и связь", 1987.–243с.

8.         www.prosignalki.ru/p145.html - Практические схемы автомобильных охранных устройств.

9.         Мішустін В.О. Методічні вказівки до курсу "Електронні обчислювальні машини та мікропроцесорні системи" УжДІІЕП,1999,38с.

10.      Справочник по среднему семейству микроконтроллеров PICmicro^TM. M.: ООО «Микро-Чип», 2002, 601с.

11.      www.microchip.ru – ООО «Микро-Чип».

12.      http://kazus.ru/articles/294.html – Стабилизаторы напряжения серии КР1157 .

13.      http://cxem.net/avto/alarm/alarm19.php

ДОДАТКИ

 

Додаток 1.

 

Рис. 1.1. Принципова схема охоронного пристрою на транзисторах.[8]

Додаток 2.

 

Рис. 2.1. Інтегральний стабілізатор на ІМС типу KP1157EH502A.[12]

Додаток 3.

 

 

Рис.3.1. Основна печатна плата та схема розміщення елементів [13].