Дистанционный комплекс контроля функционального состояния (стр. 6 из 15)
Транзисторные оптопары (АОТ123А) предназначены для управления выборкой адреса (U2…U8) с разъема (Х1) и передачи информации поступающей по измерительному каналу (U1). Они осуществляют так же полную развязку схемы от ЭВМ по питанию.
Полная развязка по питанию предназначена для предотвращения перегорания дорогостоящих элементов схемы и компьютера. При превышении напряжения предельно допустимого значения напряжения или пробивания напряжения на корпус, автоматически прекращается выборка адреса на мультиплексорах (К561КП1) или транзисторная оптопара перегорает, что приводит к автоматическому отключению платы сопряжения от сети питания.
Устройство сопряжения подключается к компьютеру через штыревой разъем (Х2).
3.2 Электрический расчет устройства сопряжения
В устройстве сопряжения используется АЦП параллельного действия К1107ПВ2, имеющий в время преобразования 100 нс и максимальную частоту преобразования 20 МГц. Назначения выводов приведены выше в таблице 5.1.
Транзисторы VT2, VT3 служат для преобразования напряжения – 12В до уровней необходимых для подачи на входы 47 – 50, 22 АЦП. Нужный уровень напряжения определяется положениям движков резисторов R17, R18. Ток, потребляемый микросхемой на входах 47 – 50 равный 35мА. Для этого в базах этих транзисторах должен протекать ток:
, (3.1) 
(мА), 
, (3.2) 
.для обеспечения такого тока
ток через резисторы r16, r17 должен быть равен 
, т. е. r16 = r17 = 12в/ . при таких условиях на эмиттеров этих транзисторов будет повторяться напряжение, присутствующее на среднем выводе резисторов R16, R17.на вход ацп должно подаваться напряжение –2…0 в. это напряжение должно обеспечиваться операционным усилителем (оу) da3. коэффициент усиления da3 задается резисторами r20, r18. резистор r19 выбирается равным 10 ком исходя из технических условий по применению оу данного типа и служит для установки нулевого уровня. так как резистор r20 переменный, то мы можем плавно регулировать коэффициент усиления данного усилителя. оу включен по неинвертирующей схеме. отсюда следует, что коэффициент усиления:
, (3.3) 
.Для работы оптопары необходимо обеспечить определенный ток. этот ток обеспечивается оу da2, в котором диод оптопары включен в цепь обратной связи. для компенсации влияния остаточного сопротивления аналоговых коммутаторов используется каскад на транзисторе vt1. аналоговый сигнал поступающий с выхода коммутатора усиливается на оу da1. для нормальной работы ацп необходимо аналоговый сигнал усилить в к раз:
, (3.4)Данная микросхема имеет
и 
исходя из этих данных выберем
: 
, (3.5) 
. 
, (3.6) 
.Определим сопротивление R2:
, (3.7) 
(кОм)Исходя из формулы (3.4) определим сопротивление R1:
, (3.8) 
(Ом)4. выбор и обоснование конструкции устройства СОПРЯЖЕНИЯ
Конструирование может быть реализовано различными методами: геометрическим, машиностроительным, топологическим, проектирования моноконструкций, базовым, эвристическим и автоматизированного проектирования. Дадим краткую характеристику некоторым из них.
Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы и геометрических свойств тела.
Этот метод является основным средством решения задачи во всех случаях, когда от конструкции требуется высокая точность взаимного перемещения деталей или длительное и точное сохранение определенных параметров, зависящих от расположения деталей.
Машиностроительный метод. В основу этого метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных поверхностей, число и размещение которых выбирается из минимизации массы и допустимой прочности конструкции.
Метод нашел применение при проектировании несущих конструкций ЭВА всех уровней, кинематических звеньев функциональных узлов, а также всех видов неподвижных соединений.
Топологический метод. В основу его положена структура физических связей между ЭРЭ, т. е. Представление конструктивного вида электрической схемы и ее геометрической (топологической) связности, независимо от ее функционального содержания.
Базовый метод конструирования. В основу метода положено деление аппаратуры на конструктивно и схемно-законченные части. Базовый метод конструирования и его разновидности (функционально-модульный, функционально-узловой и функционально-блочный методы) основываются на принципах агрегатирования, функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемной и конструктивной унификации. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями схемной и конструкторской унификации структурных уровней (модулей, функциональных узлов, блоков).
Конструкторские расчеты - один из основных разделов дипломного проекта. В данном разделе проверяется соответствие основных характеристик разработанного устройства, предъявляемым техническим требованиям.
Выбираются способы защиты от воздействия внешних факторов, таких, например, как вибрации и повышенная температура.
В процессе расчетов выбирается компоновочная схема устройства, метод и принцип его конструирования.
Надежность является одним из главных технических параметров, характеризующих ЭВА. Расчетные значения показателей надежности служат отправным моментом при окончательном выборе схемных и конструктивных решений.
Методика расчетов надежности и приведена далее.
4.1 Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов
Критерием выбора электро радиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям работы и условиям эксплуатации.
Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:
а) технические параметры:
- номинальные значения параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;
- допустимые отклонения величин ЭРЭ от их номинальных значений;
- допустимые рабочие напряжения ЭРЭ;
- диапазон рабочих частот ЭРЭ;
- коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ;
б) эксплуатационные параметры:
- диапазон рабочих температур;
- относительная влажность воздуха;
- давление окружающей среды;
- вибрационные нагрузки;
- другие (специальные) показатели.
Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются: унификация ЭРЭ, масса и габариты ЭРЭ, наименьшая стоимость, надежность. Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия при выборе ЭРЭ, а также при конструировании изделия в целом позволяет получить следующие преимущества:
1. Значительно сократить сроки и стоимость проектирования.
2. Сократить на предприятии-изготовителе номенклатуру применяемых деталей им сборочных единиц, увеличить применяемость и масштаб производства.
3. Исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭА, т.е. упростить подготовку производства.
4. Создать специализированные производства стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий.
5. Улучшить производственную и эксплуатационную технологичность.
6. Снизить себестоимость выпускаемого изделия.
Учитывая все вышесказанное перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого устройства сопряжения электрического кардиографа с компьютером.
Сравнительный анализ по использованию элементной базы в данном приборе согласно схеме электрической принципиальной показал соответствие эксплуатационных и технических характеристик ЭРЭ заданным условиям эксплуатации. Этими элементами являются: микросхемы KR140UD780 DA1..DA3, K1107PV2 DA4, KR580VV55A DD6, ILQ621 DA17, DA22, DD1..DD5 серии К561, DD7…DD11 серии КR1533. Резисторы R1…R4, R6…R15, R18, R21, R22 типа С2-23, R5, R16, R17, R19, R20 типа СП3-19. Оптопары транзисторные U1…U8 АОТ123A. Конденсаторы С1..С4,C6 типа К73-17, С5, С7 типа К10-17. Диоды VD1,VD2 КД521А. Транзисторы VT1 типа КТ315, VT2,VT3 типа КТ361. Разъемы Х1 на 45 входов, Х2 на 25 входов. Трансформатор питания не, т.к. питание блока осуществляет от электрического кардиографа.