Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

После передачи информации во внешнее устройство МБИС снова возвращается в режим циклического приема, до следующих манипуляций с кнопкой «Ввод», и получает информацию о состоянии включенного (выключенного) передатчика и передает ее в блок индикации, который выдает информацию оператору по средствам индикаторов «Авар» и «Раб».

Данный принцип действия блока ВПУ с одной стороны усложняет принципиальную схему блока, но при этом позволяет повысить надежность и понизить массогабаритные параметры изделия.

Выносной пульт управления представляет собой конструктивно законченное устройство.

От компоновки в значительной степени зависит эффективность и качество изделия. При компоновке учитывался состав элементной базы, удобство изготовления, эксплуатации, ремонтопригодность, необходимость защиты от дестабилизирующих факторов. Так требования герметизации накладывают определенные ограничения на конструкцию блока ВПУ, например, при использовании негерметичных тумблеров необходимо предусмотреть наличие для этих целей защитных герметичных колпачков, а также выборку в корпусе для уплотняющего резинового кольца и уплотняющий выступ в крышке.

Так же при компоновке ВПУ особое внимание необходимо уделить как факторам, накладывающим ограничения с точки зрения внутренних и тепловых связей между электрорадиоэлементами, так и факторам эргономического и эстетического характера, определяющим устройство работы с ВПУ оператора. Для данного устройства характерно использование его в экстремальных условиях, поэтому возможно использование ВПУ в перчатках (в зимнее время года).

При проектировании ВПУ определяющей задачей является поиск компромиссного решения, удовлетворяющего в наибольшей степени всем основным требованиям на данном этапе:

- обеспечение минимальных паразитных электромагнитных взаимосвязей, способных существенно изменить нормальное функционирование ВПУ;

- минимизация воздействия тепловых полей, возникающих вследствие перегрева отдельных ЭРЭ, на теплочувствительные элементы;

- обеспечение легкого доступа к ЭРЭ, узлам, блокам для контроля, ремонта и обслуживания;

- обеспечение расположения ЭРЭ и элементов конструкции позволяющих использование автоматизации процессов сборки и монтажа;

- минимизация массогабаритных показателей.

Учитывая, что изделие относится к классу возимой аппаратуры, используется на авто- и бронетехнике блок ВПУ должен иметь небольшие габариты и массу, а его внешний вид должен удовлетворять современным требованиям эргономики и маскировки.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Макуров, Н.А. Карпцов, Л.Н. Никитин

СОВРЕМЕННОЕ ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО

Эффективность применения автомобильной сигнализации, обусловлена тем, что такое устройство выполняет роль центрального замка на автомобиле, что обеспечивает экономию времени при открытии-закрытии автомобиля, а также следить за его безопасностью на расстоянии

Ежегодно необратимо растет количество угнанных автомобилей, в связи с чем является целесообразным разработать современное охранное устройство для автомобилей. Нами предлагается модифицированная структурная схема такого устройства, которая представлена на рисунке.

Структурная схема охранного устройства

Автомобильная сигнализация функционально состоит из двух блоков: автомобильного и домашнего комплекта. Автомобильный комплект представляет собой функционально законченный блок, способный работать и без домашнего комплекта. Автомобильный комплект обеспечивает диагностику датчика капота, дверей, багажника и датчика удара, осуществляет управление механическими затворами дверей, сиреной, фарами, светодиодом охраны. Автомобильный комплект обеспечивает прием и выполнение команд от домашнего комплекта (постановка на охрану, постановка на охрану с выключенным датчиком удара, запрос эха, мигнуть фарами, подать короткий звуковой сигнал 80 мс). Передача от домашнего комплекта осуществляется в некодированном виде. Автомобильный комплект обеспечивает прием и выполнение команд от брелока (постановка на охрану, постановка на охрану с выключенным датчиком удара, снятие с охраны). Передача от брелока осуществляется в кодированном виде.

В качестве модулей приема и передачи используется сверхрегенеративный радиомодуль. Применение сверхрегенеративного модуля в качестве приема продиктовано плохой стабильностью частоты брелоков. В этих условиях супергетеродинные приемники не обеспечивают надежный прием сигналов от брелока, поскольку имеют более узкую полосу приема. Передача сигналов на домашний комплект не кодирована и осуществляется через последовательный порт процессора. Автомобильный комплект имеет разъем программирования, обеспечивающий программирование процессора от компьютера по шине SPI. Для уменьшения потребления при снятой с охраны сигнализации применена схема подачи питания на оптрон и датчик удара. Управление светодиодом осуществляется с помощью полевого транзистора. Подача питания на передатчик осуществляется с помощью ключа на транзисторе. Светодиод обеспечивает индикацию напряжения питания на передатчике. В схеме применен стабилизатор, имеющий низкий ток утечки на землю. В сигнализации применены стандартные автомобильные разъемы. S1 – 11 контактный силовой разъем подачи питания и вывода силовых сигналов. S2 – разъем подключения механических датчиков. Подключение указанных разъемов стандартно и соответствует сигнализации Mongoose модель IQ. Исключение составляют выводы S2.1 и S2.8. Эти выводы незадействованы в штатном варианте и используются для подключения кнопки Valet. Управления внешними силовыми цепями автомобиля (электрозамок, фары, сирена) осуществляется с помощью реле. Реле управляются силовым драйвером. Измерение напряжений (питания сигнализации и бортсети автомобиля) осуществляется с помощью АЦП. Остальные каналы зарезервированы для работы с датчиком удара.

Модуль процессора состоит из процессора AT89s8252, микросхемы сброса DS1812 и кварца 11.059.000 Гц. Внутренняя флэш-память данных используется для памяти констант брелоков. В проекте используется два брелока, однако их количество может быть увеличено. Частота кварца выбрана для обеспечения стандартных скоростей последовательного порта и может быть изменена на обоих комплектах одновременно. Однако, в этом случае придется изменить константы приема сигналов от брелока в автомобильном комплекте. Резистор, включенный последовательно с DS1812 предназначен для исключения взаимного влияния цепей сброса в режиме программирования AT89s8252.

Модуль АЦП предназначен для измерения напряжения питания сигнализации и для измерения напряжения бортсети автомобиля. В дальнейшем планируется использовать три канала для измерения аналоговых сигналов с датчика удара. Чтение АЦП осуществляется с помощью сигналов шины SPI (SS, MOSI, MISO, SCK). АЦП включен по стандартной схеме, взятой из DATASHIT на микросхему. Потенциометром устанавливается точное значение напряжения бортсети.

Модуль драйверов предназначен для управления силовыми промежуточными реле (фары, электрозамок), включения передатчика, включения силового ключа сирены. Используемая микросхема ULN2003 уже содержит в своем составе обратные диоды для гашения всплесков напряжения на обмотках реле. Однако настоятельно рекомендуется подключать дополнительные диоды непосредственно (и вблизи) к обмотке реле для улучшения помехозащиты.

Домашний комплект питается от сети переменного тока 220 В. В домашнем комплекте применены радиомодули, собранные по супергетеродинной схеме.

Микросхема DS1812 предназначена для сброса процессора. Резистор, включенный последовательно с DS1812 предназначен для исключения взаимного влияния цепей сброса.

В схеме применены силовые драйверы ULN2003 для управления подачей питания на передатчик, подачи звуковых сигналов, управления внешним светодиодом (мигалка), управления подсветкой ЖКИ индикатора PC2004. Подача питания на передатчик осуществляется с помощью ключа на транзисторе. Светодиод обеспечивает индикацию напряжения питания на передатчике.

Часы реального времени DS1307 включены по типовой схеме. Чтение и запись микросхемы осуществляется по интерфейсу I2C. Диоды обеспечивают напряжение на выводе 3 не выше 3.9 В, поскольку при большем напряжении батареи (по отношению к питающим +5 В) микросхема переходит в спящий режим при котором блокируется интерфейс I2C.

В качестве звукового излучателя применена динамическая головка 0.25 Вт, сопротивлением 8 Ом.

В индикаторе PC2004 применена двухуровневая подсветка, уменьшающая яркость индикатора при неактивности.

Схема домашнего комплекта обеспечивает также управление внешним светодиодом с периодом мигания 350 мс.

При включении питания процессор инициализирует рабочие ячейки ОЗУ. Флэш - память не инициализируется. Включаются фары на время 2.5 с. Далее процессор переходит в режим снятия с охраны. Светодиод выключен. В этом режиме доступно программирование брелков.

При постановке на охрану нажимается соответствующая кнопка на брелке или на домашнем комплекте. Процессор анализирует состояния датчиков. Если сработал датчик капота, будет подан короткий (100 мс) звуковой сигнал и произойдет отказ в постановке на охрану. Если сработал датчик двери или багажника, процессор включит фары на время 500 мс и светодиод (постоянно) и перейдет в режим ожидания закрытия дверей. При закрытии всех дверей произойдет постановка на охрану. При этом процессор включит реле электрозамков на закрытие на время 250 мс. Отказ от данного режима может быть осуществлен нажатием кнопки снятия с охраны на брелке. При этом процессор включит реле электрозамков на открытие на время 250 мс, выключит светодиод. В режиме охраны светодиод мигает с периодом 300 / 1000 мс, если за время охраны не подавался тревожный звуковой сигнал (при срабатывании датчиков дверей, капота или багажника). Иначе период составляет 100/ 400 мс. Снятие с охраны возможно только с помощью брелка, т.к. только брелок передает посылки с защищенным плавающим кодом. Для снятия с охраны нажимается соответствующая кнопка на брелке. При этом процессор включит реле электрозамков на открытие на время 250 мс, выключит светодиод. При включенной сирены возможно также снятие сигнализации с охраны нажатием кнопки VALET. При срабатывании датчика удара во время охраны процессор включает фары на время 500 мс. Если в течении 20 с количество срабатываний датчика удара превысит 4 раза, вместе с фарами будет включаться сирена на время 500 мс. При срабатывании датчика двери во время охраны процессор включает попеременно сирену и фары с периодом 350 мс. Если в течении 90 с срабатывание датчика не будет устранено, процессор исключит датчик из алгоритма анализа датчиков и выключит сирену и фары. Дальнейшая охрана будет осуществляться без этого датчика. Если во время охраны датчик удара вернулся в нормальное состояние, он снова будет включен в алгоритм анализа датчиков.

Подводя итоги, из вышеперечисленной информации, можно сказать, что данное устройство собрано на современной элементной базе и отвечает современным требованиям, предъявляемым к охранным устройствам. Отличительной особенностью этой сигнализации является наличие домашнего комплекта, который обеспечивает прием и отображение на дисплее ЖКИ информации от автомобильного комплекта: напряжения бортсети автомобиля, индикацию состояния датчиков (в случае срабатывания), индикацию реального времени, индикацию количества срабатываний датчика удара и время последнего срабатывания.

Литература

1. Шабров Д. Автомобильная сигнализация / Радиолюбитель, 2006. № 6-8.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.К. Андреков, И.А. Новикова

РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ РЭС

Рассматриваются виды источников питания с точки зрения их технических характеристик. Предлагается источник питания для комплекса радиоэлектронной аппаратуры

Источники питания можно разделить на первичные и вторичные. Под первичными источниками электроэнергии принято понимать такие, в которых она получается непосредственно из какого-либо другого вида энергии. Это может быть химическая, тепловая, механическая и другая энергия. В нашем случае смысл термина несколько нарушен. Например, сеть переменного тока напряжением 220 В не является первичной по определению, так как это напряжение обычно получается в результате нескольких преобразований электрической энергии в электрическую (повышение и понижение напряжения трансформаторами). С другой стороны, электросети напряжением 220 В для конечного пользователя являются первичным источником электроэнергии, как и обычный солевой элемент, ввиду определенности по параметрам и распространенности. Исходя из вышесказанного первичными источниками являются следующие:

- переменное напряжение бытовой сети 110 В (60 Гц) и 220 В (50 Гц);

- бортовая сеть автомобилей напряжением 12 В или 24 В;

- бортовая сеть летательных аппаратов напряжением постоянного тока 27 В и переменного тока напряжением 115 В (400 Гц);

- химические источники тока.

Под источниками вторичного электропитания в данной статье подразумеваются все типы преобразователей, стабилизаторов и регуляторов напряжения, обеспечивающих составные части радиоэлектронных средств электроэнергией с нормированными характеристиками.

Для питания комплекса радиоэлектронной аппаратуры различного назначения был разработан источник питания представляющий собой многоканальное устройство, позволяющее обеспечить стабилизированным напряжением до 6 нагрузок, и имеющий 8 выходов не стабилизированного сквозного питания, коммутируемого электронными ключами.

Входным постоянным напряжением для блока питания является бортовая сеть автомобиля или летательного аппарата напряжением 12 В или 24 В. В качестве резервного источника питания используются два последовательно соединенных аккумулятора напряжением 12 В.

Конструктивно блок питания состоит из отдельных ячеек размещенных в корпусе фирмы Schrof. На задней панели корпуса расположены разъемы для подключения входного питания и аккумуляторов, вентиляторы охлаждения.

Блок питания автоматически переходит на резервное питание от аккумуляторов при сбоях или пропадании основной питающей сети. В состав блока питания входит зарядное устройство для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи.

Управление блоком питания может производиться с пульта дистанционного управления, с помощью которого возможно дистанционное управление и визуальная индикация входных и выходных параметров.

Основные технические параметры универсального блока питания:

1. Входное напряжение 12÷32 В;

2. Выходные параметры каналов:

120,25 В 2 А – 1 канал;

270,5 В 5 А – 4 канала;

13,80,25 В 10 А – 1 канал;

1232 В 3А – 8 сквозных каналов;

3. Масса блока питания не более 10 килограмм;

4. Габариты не более: ширина 485 мм, высота 200 мм, глубина 380 мм;

5. Диапазон рабочих температур от -20С до +40С;

6. Потребляемая мощность при полной загрузке не более 2000 Вт.

Воронежский государственный технический университет

УДК 623.4

П.Л. Куршев

Моделирование уСИЛИТЕЛЯ нАПРЯЖЕНИЯ

методом компьютерной интерполяции

характеристик транзистора

Приведен метод компьютерного моделирования транзистора на основе компьютерной интерполяции, отличающийся от традиционного повышенной точностью. Рассмотрен пример моделирования типового усилителя напряжения

Введение

Разработка транзисторных усилителей напряжения и мощности является важным этапом в процессе конструирования радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время происходит смена технологии разработки усилителей: традиционный графоаналитический метод расчета [1] заменяется современными компьютерными методами проектирования усилительных каскадов схем.

Возможности современных программных продуктов (Mathematica, Mathcad и др.) позволяют существенно снизить временные затраты на моделирования и расчет усилителей, а также повысить точность получаемых результатов.

В процедуре алгоритмических методов расчета усилителей одним из важнейших технологических этапов является аппроксимация вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора. При этом качество аппроксимация ВАХ существенным образом влияет на точность расчета.

В данной статье описан метод математического моделирования, позволяющий описать реальное поведение транзистора в НЧ‑диапазоне функциями, полученными методом компьютерной интерполяции его входных и выходных характеристик. Применение данного метода показано на примере классического транзисторного усилителя напряжения, включенного по схеме с ОЭ.

Цель работы — показать возможность математического нелинейного моделирования транзисторного НЧ‑усилителя напряжения, работающего в классе А.

В данной работе использовался математический макет Mathematica 5.1.

Пример применения метода компьютерного моделирования

Кратко изложим суть этого метода. Входные и выходные характеристики транзистора нужно представить в виде непрерывно дифференцируемых функций. Эти функции можно получить, интерполируя некоторый набор точек, снятых с ВАХ исследуемого транзистора.

Для примера создадим математическую модель усилителя напряжения на транзисторе, включенного по схеме с ОЭ (рис. 1). В этой схеме использован триод П14. Сопротивление нагрузки R_н = 500 Ом. Электродвижущая сила смещения (ЭДС) в выходной цепи E_к0 = 10 В. ЭДС в цепи управления E_у0 = 0,25 В. На вход схемы подается синусоидальное напряжение с амплитудой U_эбm = 0,02 В.

Рис. 1. Усилитель напряжения на транзисторе

Поставим задачу следующим образом. Определим коэффициент усиления по напряжению k_u и вид выходного сигнала данного усилителя, в соответствии с заданными условиями.

Вольтамперные характеристики транзистора П14 и графическое решение данной задачи приведены на рис. 2.

а) б)

Рис. 2. Семейство ВАХ транзистора П14

а — входные характеристики транзистора i_б (u_эб , u_эк); б — выходные характеристики транзистора i_к (i_б , u_эк)

В данной работе автором использовалось сплайновое кубическое и полиномиальное интерполирование в математическом пакете Mathematica 5.1.

Сплайновый метод удобен при описывании несложных зависимостей и позволяет получить плавную огибающую точек. Обычно этот метод хорошо работает, когда интерполируемые точки выбираются вручную. В некоторых ситуациях лучше применять полиномиальную интерполяцию [2,3].

Анализируя семейство входных характеристик транзистора П14 (рис. 2а), можно сделать вывод, что в интервале значений u_эк = 0,2÷10 В зависимость тока базы i_б от напряжения между эмиттером и базой изображается одной и той же кривой (практически не зависит от величины _uэк) [1]. Снимая некоторый набор опорных точек с координатами (_uэб ,В; _iб ,мкА) принадлежащих этой кривой, путем интерполяции получаем функцию i_б = i_б(u_эб). Автор статьи рекомендует в этом случае воспользоваться сплайновой кубической интерполяцией.

Для получения функции выходных характеристик транзистора П14 (рис. 2б), был использован несколько иной более удобный подход. Как видно из рис. 2б, характеристики, выражающие зависимость i_кi (u_эк) при постоянном токе базы i_бi  , можно описывать функциями вида y=_k x+b, учитывая то, что в расчетах u_эк не будет принимать значений меньших u_{эк нас.} = 0,3÷0,7 В .