- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна обеспечивать возможность выполнения монтажных работ с соблюдением требований технического задания на установку и пайку комплектующих изделия.
- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» в целом и отдельных узлов должна удовлетворять сборке без применения специального оборудования.
- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна отвечать требованиям ремонтопригодности согласно Р50-84-88.
- «Система автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна иметь класс точности не менее 0,1
2.5. Требования к уровню унификации и стандартизации
- В качестве комплектующих единиц и деталей (коммуникационные изделия электроники, детали крепления, детали установки) должны использоваться серийные изделия.
- Монтажные платы, панели, узлы крепления и установки должны быть унифицированы.
- Коэффициент унификации стандартных и заимствуемых деталей должен быть не менее 0.9.
2.6. Требования к безопасности при обслуживании по охране
окружающей среды
- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна обеспечить безопасность персонала при эксплуатации изделия. Общие требования к электрической и механической безопасности согласно ГОСТ 12.2.007.0-75.
- По мере защиты человека от поражения электрическим током блок должен быть изготовлен соответственно ГОСТ 12.2.007.0-75, класс защиты – 1.
- Меры защиты от поражения электрическим током должны отвечать ГОСТ 12.2.007.0-75.
- Общие требования по обеспечению пожарной безопасности в помещениях согласно ГОСТ 12.1.004-85.
- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна исключать возможность неверного присоединения его токоведущих частей.
- Штекера и разъёмы электрических цепей должны иметь надписи, которые отвечают их назначению.
- Конструкция «Системы автоматического контроля условий эксплуатации оборудования» должна исключать возможность попадания в корпус посторонних вещей.
- В документации по эксплуатации и требованиям по технике безопасности должны быть соблюдены правила технической эксплуатации электромонтажа, и правила безопасной эксплуатации.
2.7. Эстетические и эргономические требования
Изделие по своим эргономичным показателям должно обеспечивать удобство при монтаже и эксплуатации.
2.8.Требования к составным частям изделия: сырья, исходным и
эксплуатационным материалам
Покупные изделия и материалы применяются без ограничений.
2.9. Условия эксплуатации (использование), требования к
техническому обслуживанию и ремонту
Изделие должно быть изготовлено для климатического условия УХЛ 1.2 согласно ГОСТ 15150-79.
2.10.Требования к маркировке и упаковке
- Маркировки изделия должно отвечать требованиям ГОСТ 21552-84.
- Маркировку на корпусе выполнить методом теснения. Качество выполненной маркировки должно обеспечивать четкое изображение на весь срок службы изделия.
- Упаковка должна быть выполнена в виде картонной коробки.
- Упаковка должна обеспечить целостность изделия при работах по загрузке – разгрузке, транспортировке, сохранению и защиту при внешних воздействиях.
- Каждое изделие в упаковке должно фиксироваться в транспортировочной таре.
2.11.Требования к транспортировке и сохранению
- Упакованные изделия транспортируются исключительно в закрытом транспорте.
- Требования к виду транспорта не предъявляются.
- Условия сохранения изделия в таре должны отвечать следующим требованиям:
температура окружающей среды ±50С°;
относительная влажность воздуха при +35С° 98%;
среднемесячное значение в наиболее теплый и влажной период, длительность влияния 80% при 27 С° 12 месяцев.
Тип помещения: закрытое или другое помещение с природной вентиляцией без применения искусственной регуляции климатических условий, где колебание температуры и влажности воздуха значительно меньше, чем на открытом воздухе.
- Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечить их стойкое положение, исключить возможность падений и ударов.
- В помещении для хранения изделия не должно быть агрессивных примесей (пара, щелочи, кислот и т.д.) которые вызывают коррозию.
- Расстояние между стенами, полом и изделием должно быть не меньше 100мм, а между обогревающими устройствами не менее 0.5м.
3. Разработка схем
3.1. Разработка структурной схемы
Центральной частью прибора должен являться однокристальный микроконтроллер, который управляет работой всего устройства, осуществляет сбор и обработку информации, поступающей с датчиков измеряемых величин, выдает обработанную информацию на индикацию. Для контроля времени в микроконтроллер встроены часы реального времени и календарь.
В устройстве применить динамическую индикацию, которая представляет собой индикаторную панель, состоящую из пяти сегментных индикаторов, которые соединены параллельно. Для выбора индикатора код, соответствующий его номеру поступает с микроконтроллера на аноды индикаторов одновременно с кодом цифры, отображаемой на этом индикаторе, который поступает с микроконтроллера. Микроконтроллер формирует сигнал выбора индикатора (низкий уровень – индикатор выбран). Т.к. для выбора индикатора необходим большой ток (порядка 70 мА) в схеме применяется блок ключей для выбора индикатора (инверторы).
Связь с ЭВМ осуществить по интерфейсу. Блок измерений состоит из трех схем измерений: схемы измерения температуры, схемы измерения давления и схемы измерения влажности. Каждая схема строится на соответствующем датчике. Аналоговые сигналы с блока измерений поступают для оцифровки на АЦП. С АЦП цифровой сигнал поступает на микроконтроллер для последующей обработки.
Каждый блок может быть заменён на другой, функционально-совместимый с ним. Естественно, при этом необходимо согласование входных и выходных параметров блоков.
Схема электрическая структурная изображена в приложении №1.
3.2. Разработка функциональной схемы прибора
Функционирование прибора должно осуществляться следующим образом:
Блок питание преобразует напряжение сети в необходимое для работы прибора напряжение.
Имеются три датчика для измерения заданных величин: температуры, давления и влажности. Выходные сигналы датчиков – аналоговые. Для решения поставленной задачи необходимо оперировать цифровыми данными. Поэтому в схему включаем аналого-цифровой преобразователь. Для измерения указанных в задании физических величин существует достаточный выбор датчиков различных фирм. Однако довольно сложно подобрать все датчики таким образом, чтобы они совпадали с входным диапазоном АЦП. Помимо этого некоторые датчики требуют наличия определенных внешних цепей, например, схемы возбуждения, калибровки и т.п. Поэтому неизбежно появление дополнительных элементов, схем и цепей, которые необходимы для корректной работы всего устройства.
В данной схеме применяются следующие корректирующие цепи. Для датчика влажности это делитель напряжения, который преобразует выходное напряжение датчика к уровню, входящему в диапазон АЦП.
Этой же цели служит дифференциальный усилитель на выходе датчика давления, но, в отличие от предыдущего случая усилитель усиливает сигнал с датчика для согласования чувствительности датчика и АЦП. Помимо этого дифференциальный усилитель необходим, потому что датчик давления имеет дифференциальный выход.
Датчик температуры не требует каких-либо внешних цепей согласования, т.к. хорошо согласуется с АЦП, как по диапазону, так и по чувствительности. На выходе этого датчика стоит делитель напряжения на 10. В качестве датчика температуры применим датчик фирмы AnalogDevice ТМР36. Датчик обеспечивает преобразование температуры в напряжение с градуировкой 10 mV/°С, поэтому поставив на выходе датчика температуры делитель на десять получим градуировку шкалы 1 mV/°С, что удобно для обработки данного сигнала в микроконтроллере. С помощью данного датчика можно осуществлять измерения температуры от –40°С до 125°С.
Наиболее сложной схемой согласования обладает датчик влажности, т.к. для его возбуждения необходим прямоугольный сигнал без постоянной составляющей. В связи с этим в схеме коррекции применены следующие устройства: схема переключения конденсаторов, два операционных усилителя и преобразователь напряжения, который также необходим для питания операционных усилителей. Сопротивление датчика в зависимости от влажности устанавливается во время положительной полуволны. Отрицательная полуволна необходима для датчика в связи с его внутренней структурой.
Микроконтроллер обрабатывает полученную информацию и выдаёт её на блок индикации. При этом последовательно будут выводиться на индикатор время и значения измеряемых параметров.
Схема электрическая функциональная изображена в приложении №2.
3.3. Разработка принципиальной электрической схемы
При разработке принципиальной схемы учитывать нагрузочную способность портов микроконтроллера, поэтому к схеме необходимо применить микросхемы буферов. Это позволит избежать перегрузки выходов микроконтроллера.
В данной схеме применим микроконтроллер фирмы DallasSemiconductorDS87C530. Выбор данного микроконтроллера обусловлен наличием в нем часов реального времени и календаря. Этот микроконтроллер имеет ядро, полностью совместимое с 8051 (т.е. управляется стандартным набором команд 8051) и имеет четыре порта ввода/вывода, встроенные часы реального времени, а также дополнительные выводы, предназначенные для управления часами. Часы осуществляют отсчет реального времени и выполняют календарные функции. Отсчет времени осуществляется с дискретностью 1/256 секунд, что позволяет пользователю считать секунды, минуты, часы и дни с высокой точностью.