База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

 

Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля

Технічне завдання

Анотація

Проведений аналіз методів побудови охоронних систем з використанням можливостей глобальної системи позиціонування GPS та каналів GSM зв’язку; вдосконалений мобільний термінал охоронної системи для автомобіля шляхом введення акустичного каналу передачі даних та модернізації тракту живлення; розрахований мікрофонний тракт та параметри імпульсних джерел живлення, підібрана і обґрунтована елементна база мобільного терміналу охоронної системи; спроектований друкований вузол та проведені розрахунки, які підтверджують його працездатність та відповідність його параметрів вимогам технічного завдання; підтверджена економічна доцільність запуску виробу у виробництво; дана оцінка умовам виробництва та охорони праці.

Результатом проведеної роботи є набір конструкторської документації, необхідний для виготовлення мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Аннотация

Проведен анализ методов построения охранных систем с использованием возможностей глобальной системы позиционирования GPS и каналов GSM связи; усовершенствован мобильный терминал охранной системы для автомобиля путем введения акустического канала передачи данных и модернизации тракта питания; рассчитан микрофонный тракт и параметры импульсных источников питания; подобрана и обоснована элементная база мобильного терминала охранной системы; спроектирован печатный узел и проведены расчеты, подтверждающие его работоспособность и соответствие его параметров требованиям технического задания; подтверждена экономическая целесообразность запуска изделия в производство; дана оценка условиям производства и охраны труда.

Результатом проведенной работы стал комплект конструкторской документации, необходимый для изготовления мобильного терминала охранной системы для автомобиля.

Annotation

The methods analysis of security systems construction hardware-assisted with the possibilities of global positioning system GPS and communication channels GSM is carried out; the mobile terminal of security system for the car is improved by introduction of an acoustical data channel and reengineering the section of a power supply; the microphone section and parameters of pulsed feeding sources are rated; the element baseline of the mobile terminal of security system is selected and proved; the printed board assembly is designed and the calculations confirming its service capability and conformity of its parameters to demands of the technical project are carried out; the economic feasibility of production start-up of the hardware product is confirmed; the conditions of production and labour safeties are estimated.

The complete set of the design documentation necessary for manufacturing of the mobile terminal of security system for the car became the result of the spent work.

Найменування та область застосування

Мобільний термінал охоронної системи автомобіля для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв’язку стандарту GPRS.

1.  Підстава для розробки

Підставою для виконання роботи є навчальний план спеціальності "Виробництво електронних засобів" і завдання на дипломне проектування.

2.  Мета та призначення розробки

Метою роботи є розробка мобільного терміналу для дистанційного контролю координат об'єктів, що рухаються, в режимі реального часу в складі охоронної системи, що задовольняє умовам ТЗ, має підвищений рівень точності, надійності, економічності та зручності експлуатації та естетичний зовнішній вигляд.

3.  Джерела розробки

Схема електрична принципова КЮГИ.467479.091 РЭ, видана на підприємстві ТОВ "АВІАРМ" м. Київ.

4.  Технічні вимоги

4.1.  Склад мобільного терміналу

6.2.1.  Моноплата;

6.2.2.  Корпус;

6.2.3.  Акумулятор;

6.2.4.  Суміщена GPS/GSM антена.

4.2.  Показники призначення

5.2.1. Максимальна кількість контрольованих базою даних об’єктів – 100.

5.2.2.  Підтримка систем навігації – GPS, GALILEO.

5.2.3. Використання мереж GSM/GPRS і якості каналу передачі інформації

5.2.4.  Максимальний час визначення місцеположення, не більше 30 с

5.2.5.  Точність визначення місцеположення, не більше ............. 2,5 м

5.2.6.   Автономність роботи мобільного терміналу в режимі GSM/GPRS , не більше                   24 год.

5.2.7. Об’єм бази даних мобільного терміналу – до 100000 записів.

5.2.8. Можливість контролю встановлених на автомобілі давачів – відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

5.2.9. Можливість трансляції аудіо інформації на диспетчерський центр.

5.2.10.  Напруга живлення…………………………від 9,5 до 35 В.

5.2.11.  Середній споживаний струм при напрузі живлення 12 В,

не більше………………………………………………...........110 мА

5.2.10.  Час роботи від внутрішньої акумуляторної батареї при температурі 20°С, не менше………………………………………...…4 год.

5.3.  Вимоги до електромагнітної сумісності

Пристрій повинен відповідати вимогам до електромагнітної сумісності і індустріальним радіозавадам згідно ГОСТ 22505-83.

5.4.  Умови експлуатації

5.4.1.  Робоча температура

мінімальна........................................................................... мінус 10 °С

максимальна............................................................................... +40 °С

5.4.2.  Гранична температура

мінімальна............................................................................ мінус 25°С

максимальна................................................................................ +55°С

5.4.3.  Робоча відносна вологість при температурі +20°С

мінімальна....................................................................................... 50%

максимальна................................................................................... 80%

5.4.4.  Гранична відносна вологість при температурі +25°С........ 93%

5.4.5.  Атмосферний тиск

мінімальний................................................................................ 84 кПа

максимальний........................................................................... 107 кПа

5.4.6.  Синусоїдальна вібрація.

діапазон частот........................................................................ 10-70 Гц

прискорення не більше.............................................................. 40 м/с² 

5.5.  Вимоги до надійності

5.5.1.  Середній наробіток на відмову, з довірчою ймовірністю , не менше                   10000 годин.

5.5.2.  Середній час відновлення, не більше...................... 5 годин.

5.5.3.  Пристрій повинен бути відновлюваний та ремонтопридатний згідно ГОСТ 27.002-89.

5.5.4.  Термін зберігання не менше ................................... 3 років.

5.6.  Естетичні та ергономічні вимоги

5.6.1.  Ергономічні вимоги повинні відповідати ГОСТ 12.2.032-78, ГОСТ 12.2.033-78 і ГОСТ 26.035-78.

5.6.2.  Умовні функціональні позначення повинні відповідати ГОСТ 25874-83.

5.6.3.  Естетичні вимоги повинні відповідати ГОСТ 23852-79.

5.6.4.  На терміналі повинні бути передбачена індикація режимів роботи терміналу для однозначного сприйняття працездатності виробу.

5.7.  Вимоги до транспортування та збереження

5.7.1.  Транспортування терміналу здійснюється в упакованому виді за умовами ГОСТ 23088-80. Термінал витримує транспортування на будь-які відстані автомобільним, залізничним та повітряним транспортом (у закритих транспортних засобах), а також водним транспортом (у трюмах судів).

5.7.2.  При навантаженні та транспортуванні повинні суворо виконуватися вимоги маніпуляційних знаків на тарі.

5.7.3.  Норми умов збереження приладу згідно ГОСТ 15150-69.

5.8.  Вимоги до безпеки обслуговування

Пристрій повинен задовольняти умовам безпеки згідно ГОСТ 12.2.006-87. Забезпечити відсутність гострих кромок конструкції.

5.9.  Вимоги до стандартизації та уніфікації

Рівень стандартизації та уніфікації повинен відповідати ГОСТ 12.201-83. Коефіцієнт стандартизації не менше 0,4. Коефіцієнт уніфікації не менше 0,6.

5.10.  Вимоги до технологічності

Вимоги до технологічності згідно ГОСТ 14.201-83. Всі комплектуючі вироби повинні проходити вхідний контроль на відповідність вимогам ТУ.

5.11.  Масогабаритні показники

5.11.1.  Маса терміналу, не більше.............................................. 0,23 кг;

5.11.2.  Габарити:

довжина, не більше...................................................................... 135 мм

ширини, не більше....................................................................... 70 мм

висота, не більше.......................................................................... 30 мм

6.  Економічні показники

При розробці терміналу має враховуватися досвід попередніх розробок, техніко-економічні показники повинні бути на рівні кращих вітчизняних і зарубіжних зразків.

При розробці терміналу повинні бути враховані вимоги з мінімізації вартості зразків при їх подальшому тиражуванні.

За результатами розробки необхідно визначити орієнтовну вартість приладів при серійному виробництві.

Обсяг випуску 2000 штук за рік. Відпускна ціна не більше 630 USD.

7.  Вимоги до складальних частин конструкції, сировини та експлуатаційних матеріалів

7.2.  При розробці терміналу для забезпечення вимог до надійності і термінів активного функціонування повинні застосовуватися комплектуючі вироби, характеристики яких забезпечують виконання вимог ТЗ.

7.3.  Матеріали, що входять до складу терміналу, повинні зберігати свої фізико-механічні властивості при дії на них зовнішнього середовища та забезпечувати гарантійні терміни експлуатації, зберігання і транспортування.

7.4.  При розробці терміналу допускається застосування матеріалів і комплектуючих виробів як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва, що забезпечують виконання вимог ТЗ.

8.  Вимоги до маркування та пакування

Термінал пакувати в індивідуальну тару.

Маркування приладу проводиться згідно ГОСТ 24388-88.

9.  Патентно-правові вимоги

9.2.  Термінал повинен вільно використовуватися в Україні без інтелектуальних прав власників діючих патентів.

9.3.  В процесі розробки терміналу повинна бути передбачена можливість патентування основних технічних рішень.

10.  Вимоги до збереження комерційної таємниці

10.2.  В даній роботі не повинні використовуватися і міститися відомості, що становлять комерційну таємницю. Всі роботи, що виконуються за даним ТЗ, технічна документація і звіти є відкритими.

10.3.  Розробка матеріалів за даним ТЗ повинна проводитися з урахуванням дотримання вимог комерційної таємниці відповідно до існуючих на підприємстві-виконавці керівних документів.

10.4.  Відповідальність за забезпечення конфіденційності і комерційної таємниці при розробці терміналу покладається на відповідального виконавця робіт.

11.  Вимоги до розробки конструкторської і технологічної документації

Конструкторська та технологічна документація повинні виконуватися відповідно до вимог ЕСКД.

12.   Стадії та етапи розробки

1.  Технічне завдання

2.  Технічна пропозиція

3.  Ескізний проект

4.  Технічний проект

5.  Захист проекту.

Дане ТЗ на всіх етапах розробки може уточнюватися та доповнюватися за погодженням сторін.

Перелік умовних позначень та скорочень

 

CDMA	–		доступ з кодовим розділенням каналів;
CSD	–	Circuit Switched Data – технологія передачі даних, розроблена для телефонів стандарту GSM;
Ethernet	–	пакетна технологія комп’ютерних мереж;
GALILEO	–	європейський проект супутникової системи навігації;
GPRS	–	General Packet Radio Service – пакетний радіозв’язок загального користування;
GSM	–	Global System for Mobile Communications – глобальний цифровий стандарт для стільникового зв’язку;
GPS	–	Global Positioning System – глобальна система позиціонування
ID	–	ідентифікаційний номер;
ISO	–	міжнародна організація з стандартизації;
SIM	–	ідентифікаційний модуль абонента, який застосовується в мобільному зв’язку;
SMD	–	surface mounted device (елементи поверхневого монтажу);
SMS	–	служба передачі коротких текстових повідомлень;
БД	–	база даних;
БТ	–	базовий термінал;
ДП	–	друкована плата;
ДЦ	–	диспетчерський центр;
ЗСВ	–	відмови на зносостійкість та старіння;
ІВ	–	інтенсивність відмов.
ІСН	–	імпульсний стабілізатор напруги
МК	–	мікроконтролер
МТ	–	мобільний термінал
ОСТ	–	охоронна система
СНВ	–	середнє напрацювання на відмову
ТЗ	–	технічне завдання
ТРЗ	–	транспортний засіб

Вступ

Охоронні системи (ОСТ) для автомобіля с кожним днем стають дедалі складнішими і використовують щоразу нові принципи роботи для забезпечення більшої надійності, безпеки та захисту від злому. На сучасному рівні розвитку таких систем, беручи до уваги наявні технологій виробництва електронних компонентів, їх інтеграція з мережами GSM (Global System for Mobile Communications [28]), GPRS (General Packet Radio Service [29]) та GPS (Global Positioning System [30]) стає економічно обґрунтованим, як в плані реалізації так і в обслуговуванні та надійності передачі даних.

Актуальність впровадження охоронних систем для автомобіля полягає в забезпеченні захисту транспортного засобу, життя та здоров'я водія та пасажирів, а також вантажів, що транспортуються у ньому, включаючи і джерела інформації.

Оскільки технології охоронних систем постійно розвиваються і змінюються, надзвичайно актуальною є розробка дешевих і надійних систем, причому таких, алгоритм роботи котрих можна змінити вже після встановлення завдяки програмному забезпеченню.

Метою роботи є вдосконалення конструкції мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

·  провести аналіз схем та конструкцій існуючих GPS/GSM охоронних систем та визначити їх переваги та недоліки;

·  вдосконалити функціональну та принципову схеми обраного терміналу шляхом введення додаткових пристроїв, які реалізують акустичний канал зв’язку та тракт живлення, при цьому маючі на меті привнесення мінімальних затрат у собівартість пристрою;

·  провести електричні розрахунки основних функціональних вузлів;

·  обрати необхідну елементну базу, яка б забезпечила відповідність мобільного терміналу вимогам ТЗ до точності, надійності, економічності та зручності в експлуатації;

·  спроектувати друкований вузол, який реалізує привнесені функції терміналу;

·  провести розрахунки, що підтверджують працездатність виробу;

·  провести аналіз ринку, оцінити рівень якості виробу, визначити собівартість та мінімальний обсяг виробництва;

·  провести аналіз умов виробництва та охорони праці на підприємстві-виготовнику.

Новизна роботи полягає в тому, що в спроектованому пристрої об’єднано багато функцій - навігаційних, охоронних, сигнальних, що дає переваги в експлуатації та обслуговуванні, а також економічну вигоду та зручність і надійність при дистанційному керуванні та програмуванні такого пристрою.

Практична цінність полягає в використанні терміналу в складі системи для моніторингу пересувних об’єктів в межах України та країн СНД, можливості застосування її в сфері охорони власності та в логістиці.

Результати роботи можуть бути використані при розробці новітніх охоронних систем із застосуванням GSM каналу зв'язку та GPRS технології, а також в навчальному процесі для вивчення основних принципів побудови подібних автомобільних охоронних систем та сучасної елементної бази, яка дозволяє реалізувати такі системи апаратно.

1. Аналіз технічного завдання

 

Розроблюваний пристрій – мобільний термінал – є складовою частиною мобільної охоронної системи для автомобіля, яка використовується для дистанційного контролю координат об'єктів в режимі реального часу з використанням супутникової системи навігації "NAVSTAR" та каналів мобільного зв’язку стандарту GPRS.

Згідно з ТЗ, даний пристрій маєв своєму складі два вбудовані прийомопередавачі, які забезпечують, відповідно, роботу з супутниковими системами навігації GPS та GALILEO, та обмін даними через канали GSM та GPRS і також елементну базу, яка надає можливість підключення 8 логічних та 2 аналогових датчиків.

Живлення пристрою здійснюється від бортових мереж рухомих об’єктів з напругою 9,5 -35 В, а в разі автономної роботи - від акумулятора, що забезпечує роботу терміналу без зовнішнього живлення впродовж 24 годин.

В якості матеріалу для несучої конструкції (корпусу) використовується алюміній через його високі антикорозійні властивості, легкість обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Згідно ТЗ, розроблюваний пристрій призначений для встановлення на рухомих об’єктах у місцях, де відсутні агресивні середовища та є стабільний температурний режим, тому його герметизація не потрібна.

2. Аналіз методів побудови охоронних систем та їх функції

 

2.1  Огляд сучасних методів побудови охоронних систем

В сучасних умовах до охоронних систем висуваються підвищені вимоги надійності та безпеки. Як правило такі системи розробляються на базі найновіших досягнень науки та техніки. Для охоронних систем, які використовують для передачі даних GSM канал, найбільш прийнятним є використання GPRS режиму передачі даних. Такі системи забезпечують належний захист при передачі даних про стан ТРЗ та дають можливість експлуатації на всій території, де існує покриття GSM мережі.

В найпростішому випадку охоронна система містить:

·  датчики охоронної системи (зазвичай не більше трьох);

·  мобільний термінал – здійснює обробку сигналів,які надходять від датчиків, приймає дані від GPS приймача та здійснює обмін даними по мережі GSM

·  мобільний телефон клієнта.

Дані про стан терміналу надходять на мобільний телефон клієнта у вигляді SMS повідомлень.

Переваги такої системи:

·  низьке енергоспоживання;

·  простота в експлуатації;

·  а також конфіденційність обслуговування.

Недоліки:

·  повільний та ненадійний метод передачі даних про стан системи

·  неможливість дублювання інформації через інші канали зв'язку.

Більш ефективною та надійною є система з режимом CSD. CSD (Circuit Switched Data) – технологія передачі даних через еквівалент модемного зв’язку в мережі GSM. При використанні CSD інформація передається по одному виділеному та закріпленому за CSD-з’єднанням каналу в мережі GSM. Зона CSD покриття відповідає зоні покриття мережі GSM.

Крім мобільного терміналу та мобільного телефону така система містить:

·  базовий термінал, розміщений в диспетчерському центрі (ДЦ);

·  сервер бази даних (БД) з картографічним програмним забезпеченням (ПЗ). Сервер БД може бути суміщений з ДЦ [2].

Використання режиму передачі даних CSD та SMS одночасно значно підвищує ефективність охоронної системи.

Недоліками такої системи є – повільна та коштовна передача даних та наявність лише одного сервера БД, це пов'язано з підвищеною небезпекою втрати даних.

Для збільшення надійності та економії ресурсів в якості каналу передачі даних в охоронних системах може використовуватись мережа Internet [3].

За своїм складом такі системи не відрізняються від аналогічних з використанням режиму CSD з деякою відмінністю – модем мобільного терміналу працює виключно в GPRS режимі.

При встановленій на мобільному телефоні карті та наявності доступу до GPRS мережі телефон може виступати в якості спрощеного ДЦ з можливістю моніторингу об’єкту в режимі реального часу.

Недоліками такої системи є:

·  використання для передачі даних виключно GPRS режиму;

·  недостатня захищеність даних.

Інший підхід реалізовано при реалізації охоронних систем з використанням мобільних та базових терміналів, які працюють в діапазоні УКВ. Головною перевагою таких систем є низька собівартість. З іншого, боку таким системам притаманний головний недолік, з-за якого широкого розповсюдження для охорони мобільних об’єктів такі системи не набули – можливість забезпечення зв’язку лише на відстані до десятків кілометрів.

Найбільш досконалими є системи, в яких їх компоненти (мобільні та базові термінали) працюють одночасно в режимі GPRS та CSD з підтримкою дублювання службою SMS. Завдяки цьому термінал у будь-який момент часу, при наявності покриття стільникової мережі GSM, може здійснювати обмін даними з ДЦ.

Термінал захищений від злому завдяки використанню проміжного сервера (Сервер 1, див. рис 2.1) та захисного екрану локальної мережі. Сервер 2 виступає у ролі БД. В такій системі відсутній обмін даними з мобільним телефоном клієнта.

2.2  Моніторинг рухомих об’єктів

У загальному випадку система моніторингу місцезнаходження об'єктів складається з двох частин – центру моніторингу та управління – ДЦ, та об’єктів моніторингу – деякої кількості транспортних засобів (ТРЗ). На транспортний засіб встановлюється мобільний термінал – реєстратор навігаційних й інших даних.

У ДЦ встановлюється комп'ютер або комп'ютерна мережа з інстальованими засобами, які забезпечують:

·  одержання даних від мобільних терміналів;

·  зберігання даних;

·  відображення та аналіз отриманої інформації;

·  можливість дистанційного керування виконавчими пристроями на ТРЗ.

Відомі два основних способи моніторингу рухомих об'єктів: пасивний моніторинг і активний.

Пасивний моніторинг передбачає запис навігаційних і інших даних в енергонезалежну пам'ять мобільного терміналу. Зчитування даних може відбуватись по прибутті ТРЗ до місця призначення.

Активний моніторинг передбачає поточну передачу даних про стан ТРЗ через канали зв’язку GSM мережі до ДЦ.

За сучасного розвитку GSM мереж, які набули широкого розповсюдження, найбільш ефективним є варіант активного моніторингу рухомих об'єктів з використанням технологій GSM/GPRS.

Поєднання активного і пасивного моніторингу дає можливість мінімізувати ймовірність втрати інформації та забезпечити своєчасну передачу необхідної інформації про стан ТРЗ.

2.3  Вимоги до працездатності та надійності систем моніторингу рухомих об’єктів

На повну чи часткову працездатність системи можуть безпосередньо впливати такі фактори:

·  наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS;

·  наявність сигналу GPS необхідного рівня;

·  економічний фактор (оплата послуг оператора GSM)

·  наявність напруги живлення системи;

·  надійність роботи внутрішнього програмного забезпечення (ПЗ) терміналу;

·  якість надання послуг мобільного зв’язку та Internet з боку ДЦ

Наявність сигналу/покриття GSM чи покриття GPRS.

При відсутності покриття GSM/GPRS, охоронні системи можуть або втрачати зв'язок з ТРЗ внаслідок його виходу із зони обслуговування, або бути взагалі заблокованими. Вирішенням цієї проблеми є дублювання каналів передачі даних.

Наявність GPS сигналу необхідного рівня.

При відсутності прямого супутникового зв’язку з об’єктом зв’язку, що проявляється у відсутності дійсних координат від приймача GPS, координати можна визначати альтернативними, хоча і менш точними методами. Перший з них - це визначення координат за допомогою номера базової станції GSM мережі в межах якої знаходиться ТРЗ. Точність визначення координат обмежена радіусом розташуванням базових станцій. Другий спосіб полягає у використанні спеціальних типів GPS приймачів з можливістю продовження розрахунку місцеположення за допомогою сигналів з гіроскопу та одометру коліс автомобіля. Цей спосіб дозволяє деякий час продовжувати визначати координати, але похибка їх визначення буде зростати з часом через наявність похибки датчиків.

Наявність зовнішнього живлення системи.

Зникнення живлення по будь-яким причинам повністю виводить систему з ладу, тому наявність у мобільному терміналі власного автономного живлення стає просто необхідним. Тривалість підтримки автономності терміналу напряму пов’язана з алгоритмами роботи самої системи. Прийнятною є автономність порядку 24 – 72 годин, що також враховує час на розшук ТРЗ в разі угону.

Надійність роботи внутрішнього ПЗ терміналу

Це один із головних факторів, який напряму впливає на надійність та ефективність охоронної системи. В недостатній мірі протестоване програмне забезпечення веде до часткової чи повної непрацездатності системи охорони.

Якість надання послуг операторів мобільного зв’язку та послуг Internet з боку ДЦ впливає на повну чи часткову втрату працездатності системи. Дублювання каналів зв’язку значно підвищує надійність роботи систем.

 

2.4 Аналіз функціонування та характеристик існуючих терміналів

На сьогоднішній день вітчизняний ринок насичений багатьма видами різноманітних охоронних систем, у тому числі такими, що використовують канали GPS, GALILEO, GSM та GPRS для моніторингу стану різноманітних об’єктів, зокрема ТРЗ.

Зведену характеристику сучасних мобільних охоронних систем, які займають чинне місце на ринку нашої країни наведемо у вигляді таблиці (див. таблицю 2.1).

Таблиця 2.1 – Зведена характеристика сучасних мобільних охоронних систем

SCAR navi

+/–/–

–

GPS

12

-142

39/35/9

активна

–

1

10…18

55/280

230×160×47

8/8

-20…55 ˚C

16

0,005

10

Trim Track

–/–/+

+

GPS

8

-138

84/42/13

активна

–

1

8…32

25/150

144×118×30

2/2

-10…60 ˚C

2

до 1440

PINSyS

+/–/–

–

GPS

50

-160

29/28/1

активна

–

1

10…18

120/400

240´128 ´80

8/8

-20…60 ˚C

32

1

0

Гелікс 2

–/–/–

–

GPS

8

-138

84/42/13

активна

–

2

8…32

100/450

115×82×32

4/4

-35…85 ˚C

4

1

36

МТ-МТ

–/+/+

–

GPS GALILEO

32

-159

34/33/3

пасивна

+

1

6,5…32

90/650

100×80×45

6/6

-10…55 ˚C

16

1

48

ИТЕК-БН 3.0

–/+/+

–

GPS GLONASS

12

-142

39/35/9

активна

–

1

9…36

100/300

60×75×50

10/2

-30…40 ˚C

32

0,1

24

SHS-RICS

+/+/–

–

GPS

8

-130

300/120/45

активна

–

1

8…15

55/150

145×104×35

8/210/2

-20…55 °C

-

-

-

Функції/Тип системи

ПідтримкаGPRS/CSD/SMS

Виявлення глушіння GSM каналу

Підтримка систем навігації

Кількість каналів GPS, шт

GPS чутливість, dBm

Час старту GPS приймача, с

Тип антени GPS

Наявність мікрофонного тракту

Кількість SIM, шт

Напруга живлення, В

Струм споживання середн./макс. , мА

Габаритні розміри блоку, мм

Кількість входів/виходів

Діапазон робочих температур

Об’єм внутрішньої пам’яті, Mb

Інтервал дискретизації запису, с

Час автономної роботи, год.

Перелічимо деякі особливості кожної з розглянутих систем:

Універсальна система SHS-RICS

Ця система використовує мережу GSM та канал GPRS, дозволяє легко підключати обладнання інших розробників та швидко інтегруватись у складні системи.

Особливістю системи є дублювання каналів обміну даними, що забезпечує стабільність та надійність роботи, а також виключає можливу втрату даних [6]

Промисловий накопичувач цифрових даних ИТЕК-БН 3.0

Промисловий контролер/накопичувач ИТЕК–БН 3.0 застосовується при автоматизації на транспорті та дозволяє збирати інформацію та вести контроль над характеристик ТРЗ.

Особливістю цієї системи є реалізований енергозберігаючий адаптивний режим роботи системи. Конфігурація накопичувача ИТЕК–БН 3.0 орієнтована в першу чергу на перевезення циклічного характеру, як вантажні так і пасажирські [7].

МТ-МТ GSM/GPS Terminal

Термінал є типовим для активного моніторингу об’єктів. Для передачі даних використовуються режими CSD та SMS.

Особливостями терміналу є: великий час автономної роботи, використання адаптивних режимів енергоспоживання, висока точність визначення місцеположення підконтрольного об’єкту [8].

Гелікс 2

Особливостями терміналу є наявність роз’ємів для 2х SIM-карток, що дозволяє здійснювати роботи з двома операторами мобільного зв’язку в разі необхідності роботи в умовах нестабільного покриття GSM мережі або для забезпечення дешевого зв’язку у роумінгу [9].

Інтелектуальна система PINSyS

Особливість цього терміналу в відсутності в ньому акумулятора взагалі. Припускається що акумуляторна мережа автомобіля достатньо надійна для його роботи [10].

Трекер Trim Track

Цей мобільний термінал не використовує ДЦ, а працює безпоседньо з мобільним телефоном клієнта та не потребує підключення до автомобільної мережі живлення, працюючи від звичайних батарей. В пристрої реалізована розвинута система енергозбереження, вбудована надчутлива GPS антена та датчик вібрації [11].

Навігаційна система SCARnavi

Комплекс SCARnavi призначений для моніторингу пересування і збору даних про стан вузлів автомобілів з використанням технології GPS і передачею даних по GSM (GPRS) каналах [12].

Проведений аналіз сучасних автомобільних охоронних систем показав, що особливостями мобільного терміналу, що розроблюється, є:

·  використання режиму GSM/GPRS для швидкісної передачі даних;

·  використання багатоканального зв'язку (до 50) у сучасному модулі GPS/GALILEO для визначення місцеположення об’єкту моніторингу;

·  передача звукової інформації;

·  напруга живлення терміналу від 9,5 до 35 В;

·  автономність терміналу протягом доби;

·  можливість контролю встановлених на ТРЗ давачів – відкривання дверей, багажника, вікон та ін.

До складу системи в найпростішому випадку входять: мобільний термінал та набір охоронних датчиків, ДЦ з набором топографічних електронних карт та базовий термінал. При розширенні охоронної системи кількість мобільних терміналів може бути збільшена до 100, а кількість диспетчерських центрів, які можуть віддалено за ними спостерігати до 5шт.

3. Аналіз електричної схеми

 

3.1  Опис структурної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Структурна схема пристрою, що розробляється представлена на рис. 3.1.

Датчиками охоронної системи, які використовуються для моніторингу стану об’єкту, можуть бути, як вже встановлені на автомобілі і працюючі зі штатною ОСТ, так і додаткові, спеціально встановлені датчики. Базовими є сенсори удару, руху, відкривання дверей, капоту та сигнали ввімкнення запалення автомобіля.

Базовий GSM термінал призначений для прийому даних від мобільного терміналу в режимі CSD та SMS. Це потрібно у випадку зникнення зв’язку, що здійснюється через GPRS канал, чи при відсутності з’єднання з мережею Internet.

На кожному ДЦ встановлене програмне забезпечення користувача з картографічними модулями. Відповідно до місцеположення програмне забезпечення завантажує з Internet мережі потрібну карту (карти можуть бути доступні з серверу виробника, наприклад компанії Transnavi.com, або з будь-якого іншого, на якому налагоджений доступ до завантаження відповідних карт з мережі Internet) і в подальшому працює з нею. З ДЦ можна встановлювати налаштування для мобільного терміналу та здійснювати прослуховування салону автомобіля в реальному часі. Сервер 1 та сервер 2 (рис. 3.1) виконують захисну та розвантажувальну функції відповідно. Фізично сервер 2 може бути суміщений з ДЦ.

На Рис. 3.1 сервери 1/1, сервер 2/1 – відповідно захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ1; сервери 1/2, сервер 2/2 захисний та розвантажувальний сервер для ДЦ2; сервери 1/n, сервер 2/n захисний та розвантажувальний сервер для n –го ДЦ.

3.2 Опис функціональної схеми мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля

Термінал складається з декількох функціональних вузлів скомпонованих згідного цільового призначення. Повна функціональна схема наведена на рисунку 3.2. Розглянемо кожний з функціональних вузлів та принципи їх роботи.

3.2.1  Тракт передачі звукової інформації

Обробка звуку проводиться GSM модемом Telit GM868-PY, який, крім того, виконує частину функцій по керуванню мобільним терміналом.

Сигнал з мікрофона М1 (див рис. 3.2) надходить до першого мікрофонного підсилювача МП1, який конструктивно суміщений з ним, де здійснюється його попереднє підсилення. Це підвищує відношення сигнал/шум на вході мобільного терміналу. Потім сигнал подається на вхід “АУДІО” мобільного терміналу, додатково в ньому підсилюється другим малошумлячим мікрофонним підсилювачем МП2 та попадає на вхід GSM модуля. Аудіо канал має схема луно придушення і збалансований вхід для компенсації звукових перешкод, тож для МП1 та МП2 використовується також збалансована схема.

Чутливість мікрофона, який використаний для роботи в мобільному терміналі, становить -45дБ·В/Па. Для нормальної роботи в салоні автомобіля та подачі на вхід аудіо каналу підсилення МП1+МП2 має складати 44 дБ. Смуга робочих частот за рівнем -3 дБ для всього тракту звуку становить 150-8000 Гц.

На Рис. 3.2:

“GSM” – канал передачі даних через стільникову мережу;

“GPS” – канал передачі навігаційних даних через систему NAVSTAR;

GSM модем – модем фірми Telit з підтримкою передачі даних через стільникову мережу;

GPS – приймач з підтримкою навігаційних систем GPS та GLONASS;

Програм. GSM – роз’єм, через який здійснюється програмування GSM модему;

Програм. CPU – роз’єм, через який здійснюється програмування CPU;

NMEA – текстовий протокол звя’зку навігаційного устаткування між собою;

ДТ1 ударн. – датчик ударів;

ДТ2 тепл. –датчик температури;

ДТ3 руху –датчик руху;

ДТ4 ц.з. – датчик центрального замку;

ДТ6 пальн. –датчик пального;

ДТ7 резерв,ДТ8 резерв. – резервні датчики;

ЗК1..7 – захисні кола;

SW1 – вузол, який виконує функції мультиплексора;

DC/DC – перетворювач напруги;

ІСН – імпульсний стабілізатор напруги;

Flash ОЗП – пам’ять;

ДН1, ДН2 – дільники напруги;

ПН1, ПН2 – підсилювачі напруги;

SIM – роз’єм SIM-карти;

МП1, МП2 – мікрофонні підсилювачі;

ДРП1, ДРП2 – аналогові входи;

CPU – центральний оброблювальний процесор;

ПП – попередній підсилювач;

ОР1..4 – оптрони;

К1 бл.ст. – ключ блокування реле стартеру;

К2 бл. зап. – ключ блокування запалення;

К3 сигн. – ключ ввімкнення/вимкнення бортової сигналізації/сирени;

К4 бл. БН – ключ блокування бензонасосу;

VD1..3 – діоди індикації режимів роботи терміналу.

3.2.2 Тракт входів та комутації

Сюди входять вхідні, захисні, вихідні кола та приймач GPS.

В якості приймача координат місцеположення вибрано 50 канальний суміщений GPS/GALILEO приймач LEA-4H фірми Anaris [13]. Його чутливість становить понад -160 dBm, що дозволяє вільно отримувати валідні дані від приймача в умовах міської забудови та навіть всередині залізобетонних приміщень. На сьогоднішній день система GALILEO не працює, тому для визначення місцезнаходження підконтрольних об’єктів використовуються навігаційні сигнали системи GPS NAVSTAR. Коли європейська навігаційна система GALILEO буде введена в дію, то термінал одразу зможе працювати в 2-х системах одночасно, покращуючи точність визначення місцеположення [14].

Оскільки приймач постійно споживає струм близько 100 мА, а це половина всього споживаного струму, використовується система енергозбереження. Вона відключає за допомогою ключа GPS приймач тоді, коли місцеположення визначати непотрібно.

Антена для приймача GPS є активною. Живлення до неї подається по центральній жилі кабелю. Конструктивно вона суміщена з GSM антеною.

Вхідні кола складаються з датчиків ДТ1-ДТ8, сигнали з яких приходять на роз’єм терміналу “IN/OUT”. Далі вони проходять захисні кола ЗК1-ЗК8 та приходять на порти P1 CPU, де інформація обробляється та, при спрацюванні якогось елемента датчика, йде на модем GSM.

Крім восьми цифрових входів мобільний термінал має 2 аналогових входи ДРП1, ДРП2 від датчиків рівня палива, чи інших. З них сигнал йде до роз’єма “AIN” потім ділиться дільниками на багатооборотних резисторах ДН1, ДН2 і йде на підсилювачі напруги ПН1, ПН2, які масштабують напругу, забезпечуючи її необхідний рівень для роботи з внутрішнім АЦП CPU.

Вихідні керуючі кола побудовані з використанням оптичної розв’язки ОР1-ОР4 та керують ключами К1-К4. Ці ключі, зазвичай, використовують для блокування реле стартера, блокування запалення, ввімкнення сирени, блокування бензонасосу чи інших. Логіка роботи ключів програмується диспетчерським центром.

3.2.3  Ядро системи

Ядром системи є GSM модем та CPU. GSM модем працює під керуванням програмного забезпечення, створеного на мові програмування Python. Модем має АЦП та ЦАП, вбудовану внутрішню пам’ять та велику кількість портів вводу-виводу [15]. На нього покладені функції обробки даних від GPS приймача, синхронізація його внутрішнього таймера з часом GPS, робота з двома АЦП, передача звукової інформації, керування вихідними командами та робота з CPU та пам’яттю.

Модем по команді з ДЦ, за допомогою мультиплексора, керує індикацією на світлодіодах VD1-VD3. Реалізовано режим захисту від зависання внутрішнього програмного забезпечення. Модем та CPU стежать за роботою один одного та, якщо стан роботи їх не відповідає заданому відбувається процес вимкнення-вмикання для модему ключем на транзисторі та перезавантаження програми в CPU.

Запис коду програм в CPU при програмуванні у виробника відбувається через роз’єм “JTAG”. Запис коду програми до модему Telit GM868-PY програмною мовою Python відбувається через роз’єм “COM”. Далі код поступає через мультиплексор SW1 на вхід UART модему GSM. Мультиплексором можна вибрати або підключення до модулю GPS, або роз’єм “COM” для програмування модема. Це зроблено, оскільки модем має лише два UART порти. Обмін даними між CPU та пам’яттю Flash пам’яттю (128 МБ), та CPU і модемом відбувається по SPI протоколу.

3.2.4  Тракт живлення та керування енергозбереженням

Для живлення мобільного терміналу використано бортову автомобільну мережу 12-35 В яка напряму подається на роз’єм “PWR”.

Живлення схеми організоване паралельно, тобто поки є бортова напруга 12-35 В термінал працює від неї через DC/DC перетворювач зі стабілізатором струму. Він видає стабілізовану напругу 4,2 В з обмеженням по струму в 1 А, одночасно заряджаючи резервну батарею. На вході цього стабілізатора стоїть захисна схема з обмежувального діоду, діоду та відновлюваного запобіжника. Вона дозволяє захистити мобільний термінал при подачі напруги неправильної полярності та при перевищенні її 36 В.

В якості резервного джерела живлення застосовується літієва акумуляторна батарея G1 напругою 3,6 В і ємністю 1,5А∙год.

Використання такого низьковольтного живлення дозволило безпосередньо підключати модем до акумулятора і відмовитись від потужного багатоканального перетворювача напруги для живлення інших елементів. Це подовжило час автономної роботи терміналу. Коли батарея зарядиться вона споживає невеликий струм (декілька мА) для компенсації саморозряду і на роботу терміналу більше не впливає.

Напруга 4,2 В використовується для живлення модему GSM, інші ж елементи схеми живляться від ще одного джерела живлення – імпульсного стабілізатора напруги (ІСН). ІСН перетворює рівень вхідної напруги 4,2 В до 3,15 В. Він має низьке власне енергоспоживання 85 мкА та ККД не нижче 90%, що дозволяє не вимикати його взагалі.

Функції енергозбереження реалізовано за допомогою комутації живлення для GPS приймача, переходу CPU в сплячий режим та ввімкненням режиму енергозбереження в модемі. Основні технічні характеристики розробленого терміналу наведені в  табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Основні технічні характеристики розроблюваного терміналу

Напруга живлення, В	6…36
Струм споживання середн./макс. , мА	110/250
Габаритні розміри блоку, мм	135´70´30
Типи зовнішніх датчиків, кількість входів/виходів	10/4
Діапазон робочих температур	-30…65 ˚C
Об’єм внутрішньої пам’яті, Mb	128
Ресурс пам’яті	100000 циклів запис/стирання
Інтервал дискредитизації запису, с	0,02
Час автономної роботи, год.	≥24

 

3.3  Опис електричної схеми мікрофонного тракту мобільного терміналу

В більшості існуючих мобільних терміналів, зокрема в розглянутих вище, відсутні тракти прийому та передачі звукової інформації. Призначенням розробленого мікрофонного тракту є зйом та передача стану звукового становища в підконтрольних транспортних засобах до ДЦ в якості достатній для його аналізу та однозначного сприйняття голосових повідомлень. Наявність мікрофонного тракту збільшує функціональність терміналу та зручність його експлуатації, а також зменшує додаткові фінансові витрати на пристрої, які забезпечують обмін голосовими повідомленнями між підконтрольним транспортним засобом та ДЦ.

3.3.1 Мікрофонний підсилювач тракту передачі звукової інформації

Для роботи мобільного терміналу використовується два мікрофонних підсилювача. Один з них (МП1) встановлений безпосередньо в мобільному терміналі, а інший поруч з мікрофоном, забезпечуючи основне підсилення та покращуючи відношення сигнал-шум на вході другого підсилювача (МП2).

Схема частини мікрофонного підсилювача наведена на рис. 4.1. В схемі використано два однакових підсилювача.

3.4 Опис електричної схеми тракту живлення і керування енергозбереженням мобільного терміналу

 

3.4.1 Перетворювач на мікросхемі L6902D

Для розробки мобільного терміналу використовувалися інтегральні мікросхеми високого ступеня інтеграції та готові модулі (GSM та GPS). Оскільки кожен елемент схеми має певні вимоги до джерела живлення як по пульсаціям, так і по допустимим коливанням напруги, а також необхідно враховувати мобільність терміналу (забезпечення низьких втрат при перетворенні напруги) застосовано двохступінчате пониження напруги за допомогою імпульсних інтегральних понижуючих перетворювачів. Баланс струмів споживання першого з них на мікросхемі L6902 приведено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2 – Баланс струмів споживання для L6902

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., А
MAX1692	1	3,2–6	300
GC864	1	3,4–4,25	500
GSP103448	1	3,0–4,2	200

Стабілізатор перетворює вхідну напругу, що може змінюватися в діапазоні 8…36 В у стабілізовану 4,2 В. Він також живить другий стабілізатор з вихідною напругою 3,15 В, заряджає внутрішній акумулятор та живить GSM модем. Має внутрішнє обмеження струму на рівні 1 А.

Вибір саме L6902 обумовлений наступними її можливостями:

–  до 1 А вихідний струм з обмеженням (стабілізатор струму);

–  діапазон вхідних напруг 8 – 36 В;

–  джерело опорної напруги 3,3 В з нестабільністю 2 %;

–  5 % нестабільність по обмеженню вихідного струму;

–  регульована вихідна напруга 1,235 – 34 В;

–  фіксована частота генерації 250 кГц;

–  робота у режимі холостого ходу;

–  регульоване обмеження максимального струму;

–  захист від обриву зворотного зв’язку;

–  інтегрований термозахист;

–  розроблена спеціально для застосування в якості зарядного пристрою для акумулятора.

3.4.2  Перетворювач на мікросхемі МАХ1692

Для роботи інших елементів схеми використовується перетворювач на мікросхемі МАХ1692. Він стабілізує напругу 3,15 В з 4,2 В. Баланс струмів споживання цього джерела живлення на мікросхемі МАХ1692 приведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 – Баланс струмів споживання для мікросхеми МАХ1692

Споживач	Кількість споживачів у тракті, шт	Діапазон напруги живлення, В	Струм споживання середн., мА
OP496	1	2,6–5,0	3
MSP430	1	2,0–5,5	3
CD4052	2	2,0–15	1
LEA-4H	1	2,7–3,6	100

Вибір саме МАХ1692 обумовлений наступними її можливостями:

–  стабілізування напруги від 5,5 В до U_IN ;

–  ефективність перетворення до 95%;

–  гарантований вихідний струм 600 мА;

–  інтегрований діод Шотткі;

–  струм споживання не більше 85 мкА;

–  інтегрований термозахист;

–  фіксована 750 кГц частота генерації;

–  джерело опорної напруги 1,25 В з нестабільністю 1,2 %;

–  мініатюрний корпус.

4. Обґрунтування конструктивних параметрів пристрою та вибір матеріалів

 

Конструктивно виріб виконаний у вигляді розбірного корпусу, який складається з двох частин – основи та кришки, які виготовлені з алюмінієвого П-подібного профілю, до якого з торців за допомогою чотирьох гвинтів М2,5 прикручені пластини. У паз нижньої кришки вставлена плата з радіоелементами. Габаритні розміри мобільного терміналу складають, ДхШхВ, мм 135×70×30 (див рис. 4.1).

З лицевої сторони знаходяться двох-, восьми- та двадцяти контактні НЧ роз’єми, два ВЧ роз’єми «GPS» та «GSM», три світлодіоди та тримач SIM-картки.

На задній стороні виробу знаходиться десятиконтактний НЧ роз’єм, два отвори для підстроювальних резисторів та отвір до кнопки вмикання/вимикання пристрою.

Вибір матеріалу для несучої конструкції (корпусу) обумовлений його високі антикорозійні властивості, легкістю обробки та прийнятні показники витривалості та маси.

Конструкція передбачає зручну та надійну фіксацію та монтаж друкованої плати (ДП) в середині корпусу у процесі складання. Монтаж мобільного терміналу здійснюється в салоні ТРЗ, наприклад, під приладовою панеллю автомобіля, або у багажнику, з допомогою текстильної застібки та пластикових джгутів.

4.1  Обґрунтування вибору елементної бази

Однією з основних задач, поставлених при виконанні розробки даного пристрою, окрім забезпечення необхідних параметрів схеми, які б гарантували необхідні режими та надійність роботи пристрою, було створення малогабаритного, загальнодоступного, відносно дешевого модуля з використанням сучасної компонентної бази зо всіма її перевагами. ДП мобільного терміналу повинна мати якомога більший ступінь інтеграції.

За сучасного ступеню розвитку монтажу плат, повсякчас використовується автоматичний SMT, DIP та BGA монтаж, тому ще одним з критеріїв вибору радіоелементів була можливість автоматизації збирання плат на сучасних автоматичних лініях та підвищення характеристик надійності.

Суміщена активна GPS/GSM антена виконана з удароміцної пластмаси у пилозахищеному виконанні. Вона має самоприклеювальну основу для встановлення на рухомий об’єкт без використання засобів кріплення. З корпусу антени виходять два ВЧ кабелі довжиною по 5 метрів з роз’ємами типу SMA на кінцях. Зовнішній вигляд GPS/GSM антени наведений на рис.4.2.

Вибір активної антени зумовлений необхідністю максимізувати чутливість пристрою до слабких сигналів GPS та GSM мережі в умовах міської забудови та всередині залізобетонних приміщень.

GPS/GSM антена – покупний виріб. Її габаритні характеристики та спосіб кріплення обрані з огляду на необхідність прихованого встановлення на ТРЗ та забезпечення надійного зв’язку через канали GPS та GSM.

Антена встановлюється на горизонтальній поверхні таким чином, щоб у верхній полусфері були відсутні затінення та перешкоди для проходження радіосигналів від супутників.

4.2  Електричні розрахунки основних функціональних вузлів

 

4.2.1  Розрахунок мікрофонного підсилювача

Проведемо розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення та ширини смуги пропускання сигналу [15] для частини мікрофонного підсилювача наведеній на рис. 4.1.

Коефіцієнт підсилення для цієї схеми становить:

Для забезпечення смуги пропускання 150 – 8000 Гц, необхідно розрахувати і ємність С3. Частота зрізу становитиме:

Вихідні дані для розрахунку зведені до табл. 4.1.

Таблиця 4.1 – Вихідні дані для розрахунку підсилення

Чутливість мікрофону, дБ·В/Па	-45
Вхідний опір диференційний, кОм	25
Номінальна вхідна чутливість, мВ	50
Максимальна вхідна напруга, мВ	360
Смуга пропускання (-3 дБ), Гц	150 - 8000

В умовах нормальної розмови на відстані 7 см від джерела акустичного сигналу створюється тиск в -4,7дБ для мікрофону з чутливістю -45 дБ·В/Па. При такому акустичному тиску вихідна напруга від мікрофону становить:

 

U_ВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),

що відповідає

U_ВИХ=10^(-49,7/20)=3,3 (мВ)

Щоб забезпечити сигнал з амплітудою 50 мВ на вході наступного каскаду підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення:

Відповідно при підсиленні в 15 разів (24 дБ). При вхідному опорі розрахованого підсилювача в 10 кОм необхідний опір R₄ буде дорівнювати:

 

R₄=К_ПІДС·R₃=10·10³·15=150·10³(Ом)

Промислові значення цих опорів з ряду Е96 складають 10 кОм та 150 кОм.

Відповідно значення ємності конденсатора С3:

(Ф);

З огляду на необхідну смугу пропускання, обираємо найближче значення С3 з ряду Е24 – 120 пФ.

Значення для другого каналу підсилювача ідентичні першому.

4.2.2  Розрахунок стабілізаторів напруги

4.2.2.1  Розрахунок перетворювача на мікросхемі L6902D

Розрахуємо загальну потужність втрат P_TOT на мікросхемі L6902 за формулою.

Вихідні умови:

–  вхідна напруга U_IN = 12 В;

–  вихідна напруга U_OUT = 4,2 В;

–  вихідний струм I_OUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);

–  опір внутрішнього ключа R_DSON = 0,4 Ом (середнє значення);

–  час перемикання типовий T_SW = 70 нс;

–  струм споживаний самою ІС I_Q = 2,5 мА;

Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де T_J – температура кристалу мікросхеми, T_А – температура навколишнього середовища та R_{th J-A} тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 42 ˚C/Вт [32]. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C [16].

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 4,2 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 3,3 кОм R1 має рівнятись:

Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е48 найближче значення 7,87 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що, загалом, цілком влаштовує нас по точності.

4.2.2.2  Розрахунок перетворювача на мікросхемі МАХ1692

Розрахуємо загальну потужність втрат P_TOT на мікросхемі MAX1692.

Вихідні умови:

–  вхідна напруга U_IN = 4,2 В;

–  вихідна напруга U_OUT = 3,15 В;

–  вихідний струм I_OUT = 0,1 А, рівний сумі струмів споживаних елементами схеми, (табл. 3.3);

–  опір внутрішнього ключа R_DSON = 0,6 Ом (середнє значення);

–  час перемикання типовий T_SW = 50 нс;

–  струм споживаний самою ІС I_Q = 85 мкА;

Отже теплові втрати становлять 0,024 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.

Вона становитиме:

,

де T_J – температура кристалу мікросхеми, T_А – температура навколишнього середовища та R_{th J-A} тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 280 ˚C/Вт. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:

Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C

Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 3,15 В.

,

звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 301 кОм R1 має дорівнювати:

Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е192 найближче значення 470 кОм та перерахуємо значення для цього опору:

,

що також влаштовує нас по точності [17].

4.3 Проектування друкованого вузла

 

4.3.1  Визначення площі монтажної поверхні

Визначення площі монтажу малогабаритних деталей

,

де  –сумарна площа, яку займають конденсатори;  - сумарна площа, яку займають діоди;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми,  - сумарна площа, яку займають індуктивності;  - сумарна площа, яку займають резистори;  - сумарна площа, яку займають транзистори.

Визначення площі монтажу середньогабаритних деталей

,

де  –сумарна площа, яку займають роз’єми;  - сумарна площа, яку займають діоди;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми,  - площа, яку займає кварц;  - сумарна площа, яку займають резистори.

Визначення площі монтажу великогабаритних деталей

 

,

де  –сумарна площа, яку займають роз’єми;  - сумарна площа, яку займають мікросхеми.

Розрахунок площі монтажної поверхні.

,

де К – коефіцієнт, який вибирається з інтервалу 1,5…3, в залежності від кількості зв’язків.

4.3.2  Вибір габаритних розмірів і конфігурації

ДП, що виготовляється розробимо у двосторонньому виконанні. Таким чином забезпечимо оптимальне розташування та режими роботи радіоелектронних компонентів різного цільового призначення. Отже, розділимо у просторі ВЧ модулі, джерела живлення, вузли ядра системи керування терміналом, забезпечивши оптимальні режими роботи з точки зору виділення теплової енергії, взаємного впливу наводок та оптимального трасування з’єднувальних провідників.

Вибір габаритних розмірів друкованої плати для розроблюваного терміналу здійснюємо використовуючи ряд стандартних лінійних розмірів за ГОСТ 10317-79 з урахуванням розрахованої площі монтажної поверхні та оптимального розміщення компонентів згідно їх призначення та вимог до монтажу.

Габаритні розміри ДП повинні відповідати ГОСТ10317-79 і не перевищувати співвідношення 3:1. З конструкторських та естетичних міркувань вибираємо ДП прямокутної форми та, керуючись рядом стандартних лінійних розмірів ДП, вибираємо плату з розмірами Д×Ш, мм. - 124×65.

ДП з габаритними розмірами 128×65 задовольняє вимогам ГОСТ 23752-88, який забороняє застосовувати клас точності вищий, ніж 2-ий для плат більше 170×170. По точності виготовлення для пристрою, що розроблюється, оберемо ДП ІII-го класу точності. Такі плати прості в виконанні, надійні в експлуатації та мають невисоку вартість. Вважається, що ДП третього класу точності має підвищену густину рисунку (роздільна здатність – 3,33 лінії/мм).

4.3.3 Вибір матеріалів

В якості матеріалу ДП використаємо склотекстоліт – шарований пресований матеріал підвищеної теплостійкості, виготовлений зі склотканини просоченої термореактивною смолою, яка має підвищений опір ізоляції. Заготівка має з обох боків шар металізації – мідна електролітична оксидна фольга. Таке виконання ДП забезпечить малу сприйнятливість конструкції до вібраційних навантажень та дозволить запобігти небажаних деформацій плати.

Основні конструктивні параметри матеріалу ДП:

1.  Вид плати: двостороння (ДДП);

2.  Матеріал: СФ1,5-35-30, ДСТ 10316-78;

3.  Товщина фольги: 35 мкм;

4.  Товщина матеріалу з фольгою: 1,5 мм;

5.  Діапазон робочих температур: -60º..+120º С;

6.  Клас точності: 3;

7.  Допуски на ДДП за ГОСТ 23751-86:

7.1.  Номінальне значення ширини провідника: t=0,25 мм;

7.2.  Номінальна відстань між провідниками: S=0,25 мм.

7.3.  Відношення діаметра отвору до товщини плати не менше 0,33

7.4.  Гарантійний поясок:

На зовнішньому шарі: b_з=0,2 мм

На внутрішньому шарі: b_вн=0,1 мм

7.5.  Допуск на отвори без металізації:

При діаметрі d ≤1мм   Δd=±0,05мм.

При d >1мм                 Δd=±0,1мм.

7.6.  Допуск на отвори з металізацією:

При діаметрі d ≤1мм   Δdмм.

При d >1мм                 Δdмм.

7.7.  Допуск на ширину провідника:

без покриття:      Δt=±0,05мм.

з покриттям:       Δt=±0,1мм.

7.8.  Допуск на розміщення осей отворів:

Т_д= 0,03мм.

7.9.  Допуск на розміщення центрів контактних площадок:

Т_D= 0,15мм.

7.10.  Допуск на розміщення друкованих провідників:

T_l=0,05мм.

7.11.  Допуск на підтравку діелектрика в отворі для ДДП:

=0 мм.

4.3.4  Розрахунок параметрів друкованого рисунку

Друкований рисунок плати виготовляється комбінованим негативним ме тодом. Трасування провідного шару друкованого вузла здійснена засобами программного пакета автоматизованого проектування P-CAD [31]. P-CAD — система автоматизованого проектування електроніки (EDA [29]) виробництва компанії Altium. Призначена для проектування багатошарових друкованих плат обчислювальних та радіоелектронних пристроїв. Використання САПР при проектуванні дозволяє збільшити ефективність, зручність та швидкість процесу проектування складних радіоелектронних вузлів у складі пристроїв з великим ступенем інтеграції.

4.3.4.1  Розрахунок мінімального діаметру контактної площадки навколо монтажного отвору

Більшість застосованих радіоелементів відносяться до типу SMD (поверхневий монтаж), тому необхідно розрахувати лише невелику кількість контактних площадок, які мають монтажний отвір. До компонентів, виводи яких монтуються в отвори, відносяться мікросхеми у DIP корпусах, конденсатори, діоди та світлодіоди.

У таблиці 4.2. наведені характеристики використаних у схемі мобільного терміналу радіокомпонентів.

Таблиця 4.2. Фізичні характеристики радіоелементів

Назва компонент	Габаритні розміри, ДхШ/діаметр, мм	Розміри контактних площадок: ДхШ/діаметр, мм	Вага, г
Конденсатори
В корпусі типу А	3.2х1.6	1,2х0,8	0,02
Типорозміру 0805	2х1.2	3х1,5	0,001
В корпусі типу Е	7.3х4.3	7.3х2.4	0,03
В корпусі типу D	7.3х4.3	7.3х2.4	0,03
Запобіжник
MF-RX375	23.51x3.1	Ø0,5	0,3
Мікросхеми
LEA-4H	22x17	1,5х1,2	2,1
MAX4043EUD	3.15x3.099	0,699х0,27	0,3
MAX1692EUD	3.15x3.099	0,66х0,36	0,3
TLP627-4	9.66x7.62	Ø 0,5	0,26
L6902D	4.8x3.8	0,48х1,27	0,3
MAX494MJA	3.05x3.05	0,66х0,36	0,3
GC864-PY	36x30	1,5х1	6,1
CD4052BCM	19.94x7.87	Ø 0,46	0,5
MSP430F1611	10.20x10.20	0,27х0,75	1,2
AT45DB642	18.4x10	0,7х0,27	1,8
Індуктивності
LQH43CN100C01-10 мГн-1812	4.5x3.2	3,5х3	0,1
LQH43CN220C01-22 мГн-1812	4.5x3.2	3,5х3	0,1
Резистори
Типорозміру 0805	2х1.2	3х1,5	0,001
Типорозміру 1206	2х1.2	3,5х1,8	0,0013
PV38Z-0,5-22 кОм±10%	9.53x4.95	Ø 1	1,13
Діоди
BAV99	3x1.4	0,48х0,45	0,01
1N4148	4.2x2	0,0559	0,25
BZX-37-B3V0	3x1.4	0,48х0,45	0,01
10BQ100N	4.57x3.94	2,21х1,52	0,013
SMBJ39Q	4.57x3.94	2,26х2,16	0,093
30BQ060	7.11x6.22	3,15х1,52	0,24
3R4SC-B	5.9	Ø 0,5	0,1
3G4SC-B	5.9	Ø 0,5	0,1
3Y4SC-B	5.9	Ø 0,5	0,1
Транзистори
IRF7503	3.05x3.05	0,66х0,36	0,3
IRF7307	3.05x3.05	0,66х0,36	0,3
BC847B	3x1.4	0,48х0,45	0,01
Роз’ємні з’єднання
MICRO-FIT-2P	3.85x16.89	Ø 1,2	2
MICRO-FIT -8P	12.85x16.89	Ø 1,2	3,5
MICRO-FIT -20P	30.85x16.89	Ø 1,2	5
MICRO-FIT -10P	15.85x16.89	Ø 1,2	4,3
MICRO-FIT -6P	9.85x16.89	Ø 1,2	3
WH2-2	5.9x2	Ø 0,5	2
SMA-5010-94	7x6	1,5х1	7
SIM 91228.0001	31x25	0,8х1	1,22
Кварцовий резонатор
SMU3-3,6768 МГц	10.1x4.8	5,5х2	0,8

Серед обраних компонентів наявні такі, що мають наступні діаметри виводів: 0,46мм (CD4052BCM); 0,5 мм (3R4SC-B, 3G4SC-B, 3Y4SC-B, TLP627-4, MF-RX375, WH2-2); 0,559 мм (1N4148); 1,2 мм (MICRO-FIT-2P, MICRO-FIT -6P, MICRO-FIT -8P, MICRO-FIT -10P, MICRO-FIT -20P); 1 мм (PV38Z).

Всі перелічені розміри мають однаковий порядок і близькі за значеннями, тому згрупуємо їх та оберемо єдиний розмір монтажного отвору для кожної з груп.

Отже, нехай монтажні отвори першої групи радіоелементів мають розмір D=0,6 мм., другої - D=1,1 мм, третьої - D=1,3 мм.

При виробництві ДП для створення отворів використовується ряд стандартних розмірів свердел за СТ СЭВ 235 (1-1935).

Діаметр всіх монтажних отворів повинен бути більше мінімального, який розраховується за формулою:

,

де γ - відношення мінімального діаметру металізованого отвору до товщини плати (для 3-го класу точності γ=0,33), h – товщина ДП.

 мм.

Для всіх монтажних отворів виконується нерівність.

Розрахуємо мінімальний діаметр контактної площадки навколо монтажного отвору для кожної з груп:

де d - діаметр виводу елементів;

- верхнє граничне відхилення діаметра отвору;

- верхнє граничне відхилення діаметра контактної площадки;

- нижнє граничне відхилення діаметра контактної площадки.

Для першої групи отворів:

=0,9 мм.

Для другої групи отворів:

=1,4 мм.

Для третьої групи отворів:

         =1,6 мм.

Окремо для забезпечення електричного зв’язку передбачимо наскрізні (перехідні) металізовані отвори у шарі металізації діаметром d = 0,5 мм. та d = 1 мм.

4.3.4.2  Розрахунок друкованих провідників і відстаней між ними

Розрахуємо номінальне значення ширини  провідника за формулою:

,

де - мінімальне значення номінальної ширини провідника, - нижнє відхилення ширини провідника.

Мінімальне значення номінальної ширини провідника:

,

де ρ- питомий електричний опір провідника (для міді ),

- довжина провідника, м;

- максимальний струм в провідниках кіл живлення ДП;

- максимальний струм в інших колах ДП;

=35мкм - товщина фольги ДП;

 напруга живлення в колах живлення ДП;

 В - напруга живлення в інших колах ДП;

Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного рисунку, мм:

де  - мінімальна відстань між провідниками, - верхнє відхилення ширини провідника.

Мінімальне значення номінальної ширини провідника становитиме:

1)  Для кіл живлення:

мм.

2)  Для інших кіл:

мм.

Номінальне значення ширини провідника становитиме:

1)  Для кіл живлення:

мм.

2)  Для інших кіл:

 мм.

Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного рисунку:

 мм.

 

4.3.5 Розрахунок маси

Розрахунок проводимо за формулою:

,

де - густина склотекстоліту, a, b, h – відповідно довжина, ширина та товщина ДП.

 г.

Для розрахунку маси радіоелементів скористаємося даними таблиці 4.3.3

г.

Масу друкованого вузла розраховуємо за формулою:

 г.

4.4  Розрахунки, що підтверджують працездатність виробу

4.4.1  Розрахунок теплового режиму

Конструктивно розроблений пристрій має вигляд алюмінієвого корпусу з жорстко закріпленою всередині друкованою платою. Проведемо аналіз теплового режиму розробленого радіоелектронного засобу (РЕЗ).

Бокові стінки пристрою мають отвори, тобто розроблений пристрій відноситься до РЕЗ у перфорованому корпусі.

Для проведення аналізу використаємо спрощену теплову модель за. Друкована плата (шасі) з розташованими на ній компонентами має горизонтальну орієнтацію і жорстко закріплена у корпусі з двох боків (останні дві сторони сперті на стінки корпусу). Таким чином конвективні потоки розвиваються тільки у верхньому напрямку, у нижньому відсіку (під шасі) конвекція практично відсутня (рух прошарків повітря затримується поверхнею шасі). При вертикальній орієнтації шасі висхідні та низхідні конвективні потоки розвиваються в обох відсіках. Через високу щільність компонування, променистий теплообмін між компонентами і корпусом РЕЗ пов’язаний лише з поверхнями, які безпосередньо зорієнтовані до корпусу. Теплова модель корпусу представлена на Рис.4.1.

Рис.4.1. Схематичне зображення розробленого РЕЗ (а), його теплова модель (б), теплова схема (в): 1 – корпус; 2 – шасі; 3 – елементи; 4 – нагріта зона. На рисунку позначено:

Р – потужність, яка виділяється в нагрітій зоні;

R_ЗК – тепловий опір нагріта зона-корпус РЕЗ;

R_К – тепловий опір стінки корпусу;

R_КС – тепловий опір корпус-середовище;

t_З – температура нагрітої зони;

t_КВ – температура внутрішньої поверхні корпуса;

t_КН – температура зовнішньої поверхні корпуса;

t_С – температура середовища.

Обравши найгірший випадок умов роботи пристрою, визначимо вихідні дані для терміналу:

·  Термінал встановлений на транспортному засобі під панеллю приладів:

·  Максимальна температура середовища t_с=55^°С;

·  Максимальна напруга живлення U_ж=35 В;

·  Максимальний споживаний струм I=250 мА;

·  Матеріал корпусу – алюміній;

·  Характер навколишнього середовища – повітря.

·  Тиск повітря Н₁ = Н₂ = 0,1 МПа;

·  Коефіцієнт заповнення К_З = 0,6;

·  Габаритні розміри корпуса дорівнюють 135х70х30 мм.

Розраховуємо поверхню корпуса блоку за формулою:

 

S_к = 2∙[L₁L₂ +L₁+L₂)L₃] =2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03)=0,031 м²

Визначаємо умовну поверхню нагрітої зони за формулою:

 

S_з=2∙[L₁L₂+(L₁+L₂)L₃K_з]=2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03∙0,6)=0,026 м²

Визначаємо питому потужність, яка розсіюється корпусом блоку за формулою:

 

q_к = Р_З/S_К,

де Р_З=U_ж·I= 1,32– максимальна потужність, яку споживають всі елементи пристрою.

 

q_к = (12·110·10^-3)/ 0,031 = 42,31 Вт/м²

Визначаємо питому потужність нагрітої зони за формулою:

 

q_З = Р_З/S_З = 1,32/0,026 = 50,21 Вт/м²

В загальному випадку перегрів корпусу визначається залежністю:

υ₁=0,1472∙q_к-0,2962∙10^-3 q_к²+0,3127∙10^-6∙q_к³,

де q_к – питома потужність корпусу приладу, Вт/м²

υ₁=0,1472∙42,31 -0,2962∙10^-3∙42,31²+0,3127∙10^-6∙42,31³= 5,72°С

Перегрів нагрітої зони визначається аналогічною залежністю

υ₂=0,1390∙q₃-0,1223∙10^-3∙q₃²+0,0698∙10^-6∙q₃³,

де q₃ – питома потужність нагрітої зони, Вт/м²

υ₂=0,1390∙50,21 -0,1223∙10^-3∙50,21²+0,0698∙10^-6∙50,21³=6,69°С

Зміна атмосферного тиску зовні корпусу впливає на перегрів корпусу приладу відносно температури навколишнього середовища, а в середині корпусу – на перегрів нагрітої зони відносно температури корпусу приладу. Виходячи з цього перегрів нагрітої зони в загальному випадку визначається як:

υ_з=υ₁ К_Н1+( υ₂- υ₁) К_Н2·K_П,

де перший доданок є перегрів корпусу:

υ_к=υ₁ К_Н1,

коефіцієнт К_Н1 визначається тиском повітря зовні приладу:

 

К_Н1=0,82+1/(0,925+4,6∙10^-5∙Н₁),

а коефіцієнт К_Н2 залежить від тиску середовища у середині приладу та визначається за формулою:

 

К_Н2=0,80+1/(1,25+3,8∙10^-6∙Н₂),

де Н₁ та Н₂ – атмосферний тиск, МПа, зовні та у середині приладу відповідно.

Виходячи з цього маємо:

К_Н1=0,82+1/(0,925+4,6∙10^-5∙0,1)=1,9

К_Н2=0,80+1/(1,25+3,8∙10^-6∙0,1)=1,6

 

K_П – коефіцієнт, який враховує перфорацію корпусу:

 

K_П=0,82·0,32·(S_отв/S_пп),

де S_отв – плаща отворів на вході блоку, S_пп – площа поперечного перерізу порожнього блоку.

 

K_П=0,06

υ_к=5,72 1,9=10,87°С

υ_з=5,72 1,9+(6,69-5,72)∙1,6·0,06=10,96°С

По отриманим значенням визначаємо перегрів повітря у приладі:

υ_п=0,5∙( υ_к +υ_з),

де υ_з – перегрів нагрітої зони.

υ_п=0,5∙(10,87+10,96)=10,92°С

Визначаємо середню температуру повітря у приладі за формулою:

T_п= υ_п+t_c,

де t_c – температура оточуючого середовища;

T_п=10,92+55=65,92°С

Визначаємо температуру корпусу приладу за формулою:

T_к= υ_к+ t_c

T_к=10,87+55=65,87°С

Визначаємо температуру нагрітої зони за формулою

T_з= υ_з+ t_c

T_з=10,96+55=65,96°С

Гранично допустима температура для спроектованого пристрою визначається на основі аналізу гранично допустимих температур його елементів. В результаті аналізу гранично допустимих температур всіх складових елементів обирається найменше значення температури. Воно приймається за гранично допустиму температуру. Таким чином серед елементів, які входять до складу розробленого терміналу найнижчу допустиму температуру має GSM модуль, робочий діапазон температур якого складає мінус 30..+80°С. Визначена в результаті розрахунків температура нагрітої зони в найбільш екстремальних умовах теплового навантаження T_з< T_GSMдоп. Отже отримані значення температури нагрітої зони задовольняють вимогам до умов експлуатації пристрою.

 

4.4.2 Оцінка вібростійкості ДП

4.4.2.1.  Розрахунок частоти власних коливань

Для оцінки вібростійкості друкованої плати терміналу скористаємося методикою розрахунку для багатошарових друкованих плат (розроблена плата двостороння).

Сформуємо вихідні дані для розрахунків власної частоти двосторонньої плати:

·  Габаритні розміри:

a=0,128 м; b=0,065м; h=0,0015 м;

·  Матеріал основи плати – склотекстоліт СФ1,5-35-30 з параметрами:

Е₂=5,7·10¹⁰ Н/м², ρ₂=2,67·10³ кг/м³, ε₂=0,24;

·  Матеріал плакування – мідна фольга товщиною h₁=h₃=35·10^-6м з параметрами Е₁=Е₃=13,2·10¹⁰ Н/м²; ρ₁=ρ₃=8,9·10³ кг/м³; ε₁=ε₃=0,3;

·  Маса ЕРЕ m=0,045 кг.

Розрахуємо величину ефективних модулів пружності:

(Н/м²);

(Н/м²)

Розрахуємо приведений коефіцієнт поперечного стискання:

Розрахуємо відстань до нейтральної зони з урахуванням симетричності структури:

Визначимо значення приведеної жорсткості з урахуванням , h₁=h₃:

Визначимо приведену щільність плати:

Визначимо приведене значення модуля пружності:

,

де M - масса плати, m - маса ЕРЕ.

По таблиці 2.3 [27] знаходимо значення С=127,6

Поправочний коефіцієнт на матеріал:

Розраховуємо власну частоту коливань плати:

 

 

4.4.2.2  Розрахунок вібростійкості

Перевіримо умову віброміцності розробленої друкованої плати:

Вихідні умови для розрахунків:

·  Діапазон частот вібрацій за ГОСТ 16019-78 (рухома/автомобільна РЕА): Δf=(10-70) Гц;

·  Коефіцієнт віброперевантаження: П_п=4;

·  Час випробувань: Т=45 хв=2700 с;

·  Габаритні розміри:

o  a=0,128 м; b=0,065м; h=0,0015 м.

·  Частота власних коливань плати: ;

·  Межа пружності для склотекстоліту: ;

·  Логарифмічний декремент загасання: ;

·  Запас міцності: n=10,4.

Розрахуємо коефіцієнти динамічності, при цьому використаємо в якості збуджуючих частот частоту власних коливань плати , нижнє та верхнє значення частоти за ГОСТ 16019-78.

 

 

 

Припустимі напруги при відповідних частотах коливань (власних коливань,нижня, верхня) визначимо з наступного виразу, оскільки Tf<10⁷:

 

 

 

Вигинаючий момент в центрі плати у режимі вібраційних коливань:

, де М – маса встановлених на платі ЕРЕ, кг; g – прискорення вільного падіння,  - коефіцієнт вібраційного перевантаження; .

Розрахункові напруги в центрі плати визначимо наступним чином (умова віброміцності плати):

Таким чином, на всіх трьох частотах розраховані напруги менші за припустимі: ;

4.4.3. Розрахунок надійності

4.4.3.1.  Розрахунок надійності по раптових експлуатаційних відмовах

Надійність за раптовими відмовами характеризують такими показниками, як інтенсивність відмов, середня наробка до відмови, ймовірність безвідмовної роботи.

Проведемо розрахунок надійності, з огляду на зовнішні впливи та вплив теплових і електричних навантажень. Для цього скористаємося формулою для ймовірності безвідмовної роботи [1].

де λ_j=α_j∙λ_0j, k_λ=k_λ1∙k_λ2 k_λ3, λ_j - інтенсивність відмов елементів j-ї рівнонадійної групи при експлуатації в заданих умовах; λ_0j - інтенсивність відмов елементів j-ї рівнонадійної групи при експлуатації в номінальному режимі; α_j-поправочний коефіцієнт інтенсивності відмов j-ї групи, який враховує вплив температури навколишнього середовища та електричне навантаження елемента; t - час безвідмовної роботи; m - кількість рівнонадійних груп; N_J - кількість елементів j-ї групи; k_λ - поправочний коефіцієнт, який враховує умови експлуатації РЕА:

k_λ1 - вплив механічних факторів; k_λ2 - вплив кліматичних факторів; k_λ3 - умови роботи при зниженому атмосферному тиску.

Сформуємо вихідні дані для розрахунку коефіцієнта k_λ:

·  пристрій працює в стаціонарних умовах експлуатації;

·  вологість повітря становить 80%;

·  висота над рівнем моря до 1 км.

Таким умовам відповідають значення:

k_λ1=1,07;

k_λ2=1,5;

k_λ3=1,0.

Звідси знаходимо коефіцієнт k_λ = 1,605 [19].

Розрахуємо коефіцієнт λ_j та середній час напрацювання на відмову за відповідними формулами

λ_j=λ_0jk_н

Вихідні дані та результати розрахунків згруповані в таблиці 4.3.

Таблиця 4.3. – Характеристики надійності по раптових експлуатаційних відмовах

Рівнонадійні групи	N	α	λ0, 10-6, годин	λ, 10-6, годин	N∙λ, 10-6, годин
МК	1	0,7	0,2	0,14	0,14
Підсилювачі	10	0,7	0,15	0,105	1,05
Резистори	84	0,6	0,1	0,06	5,04
Конденсатори	43	0,8	0,1	0,08	3,44
Діоди	33	0,85	0,1	0,085	2,805
Кварцевий резонатор	1	1	0,2	0,2	0,2
Плата друкована	1	1	0,01	0,01	0,01
Роз’єми	13	1	0,06	0,06	0,78
Паяні з’єднання	610	1	0,0005	0,0005	0,305
				∑	13,77

Ймовірність безвідмовної роботи становить:

 

P_{С (10000)}=exp(-1,605·10000·13,77·10^-6)=0,978.

Середній час напрацювання на відмову становить:

 

Т_сер =1/(1,605·13,77·10^-6)=45247≈45200 годин.

4.4.3.2   Розрахунок надійності по відмовам на зносостійкість

Для розрахунку СНВ відмов на зносостійкість та старіння (ЗСВ) використаємо вираз:

де t_i – напрацювання i-го пристрою з урахуванням тільки ЗСВ; N₀ - кількість пристроїв.

Також розрахуємо гамма-процентний ресурс:

де Z_доп - аргумент інтеграла ймовірностей для часу безвідмовної роботи по відмовам на зносостійкість та старінню γ=0,98; σ_і - середньоквадратичне відхилення напрацювання на відмову від свого середнього значення,

Результати розрахунків приведені в таблиці 4.4.

Таблиця 4.4. – Характеристики надійності по відмовам на зносостійкість

Рівнонадійні групи	N	ti, годин	Тсрі, годин	(ti-Тсрі)2
МК	1	30000	29916,7	6944,44
Підсилювачі	10	30000	29916,7	69444,4
Резистори	84	30000	29916,7	583332,96
Конденсатори	43	30000	29916,7	298610,92
Діоди	33	30000	29916,7	229166,52
Кварц. резонатор	1	30000	29916,7	6944,44
∑	172			1194443,68

Z_доп = -2,04;

Величина гамма-процентного ресурсу становить:

 

Т_рγ = -2,04·83,57+29 916,7 = 29746≈30000 годин.

4.4.3.3  Розрахунок відновлюваності

Для розрахунку відновлюваності використаємо вираз:

де Т_вj - середній час відновлення елементів j-ої рівнонадійної групи; λ_j - інтенсивність відмов елементів j-ї групи; m - кількість рівнонадійних груп.

Складемо таблицю 4.5. вихідних даних характеристик відновлюваності.

Таблиця 4.5. – Характеристики відновлюваності

Рівнонадійні групи	N	λ, 10-6, 1/год.	Тв, годин
МК	1	0,2	1,5
Підсилювачі	10	0,15	1,5
Резистори	84	0,1	1,3
Конденсатори	43	0,1	1,7
Діоди	33	0,1	1,5
Кварц. резонатор	1	0,2	0,8
Плата друкована	1	-	-
Роз’єми	13	0,06	1,1
∑		0,91

Середній час відновлення становить: Т_в=1,34 години.

4.4.3.4  Комплексна оцінка надійності

В якості комплексного показника надійності використаємо коефіцієнт готовності:

де Т₀ - середній час напрацювання на відмову. У випадку зміни надійності за експонентою Т₀=Т_сер, таким чином коефіцієнт готовності матиме величину:

k_г = 45247/(45247 +1,34) = 0,99997 , отже, вимоги ТЗ виконуються.

5.  Технологічна підготовка виробництва пристою

 

5.1  Аналіз технологічності пристрою

 

Аналіз технологічності конструкції будемо проводити за методикою, описаною в [20]. На основі складального креслення виробу, креслень складальних одиниць, специфікації та переліку елементів складемо таблицю (табл.5.1), в яку занесемо всі використані вихідні дані.

Таблиця 5.1

№	Вихідні дані	Умовне позначення	Кількість
1.	Кількість монтажних з¢єднань, що виконуються автоматизованим способом		420
2.	Загальна кількість монтажних з¢єднань		463
3.	Кількість мікросхем і мікрозбірок (кількість елементів в мс)		13(107)
4.	Загальна кількість ЕРЕ у виробі		183
5.	Кількість ЕРЕ, підготовка і монтаж яких ведеться механізованим способом		166
6.	Кількість типів ЕРЕ		8
7.	Кількість типів оригінальних ЕРЕ		0

На основі приведених у табл. 5.1 вихідних даних вирахуємо відносні часткові показники технологічності.

1.  Коефіцієнт використання мікросхем та мікро збірок:

2.  Коефіцієнт автоматизації і механізації монтажу виробу:

3.  Коефіцієнт автоматизації і механізації підготовки ЕРЕ до монтажу:

4.  Коефіцієнт повторюваності ЕРЕ:

5.  Коефіцієнт застосовуваності ЕРЕ:

Складемо таблицю(табл. 5.2), в яку занесемо дані часткових показників, і коефіцієнти, що показують вплив кожного з цих показників (коефіцієнти вагової значимості)

Таблиця 5.2

Часткові показники	Значення показника	Ваговий коефіцієнт	Величина
	1	1	1
	0,9	1	0,9
	0,91	0,75	0,683
	0,956	0,5	0,478
	1	0,3	0,3

На основі даних табл. 5.2 проведемо розрахунок комплексного показника технологічності за формулою:

Визначимо числове значення базового комплексного показника технологічності К_Б:

 

К_Б =К_А·К_СП·К_ТУ·К_ОП·К_ОТ·К_ПР,

де:

К_А – комплексний показник технологічності для виробу - аналогу;

К_СП – коефіцієнт складності (технічної досконалості) нового виробу у порівнянні з виробом-аналогом;

К_ТУ – коефіцієнт, що враховує зміну технічного рівня основного виробництва заводу-виробника нового виробу у порівнянні з заводом виробником виробу-аналогу;

К_ОП, К_ОТ – коефіцієнти, що враховують застосування рівня організації виробництва до праці заводу виробника виробу-аналогу;

К_ПР – враховує зміну типу виробництва.

Відповідно з рекомендаціями приведеними в [21], приймаємо:

;

;

;

Звідки:

К_Б = ··1≈1;

Коли відомо комплексний базовий показник технологічності , оцінка рівня технологічності розроблюваного виробу виражається відношенням досягнутого показника до базового :

≈1

Таким чином, , тобто рівень технологічності розробленого пристрою відповідає вимогам.

5.2  Обґрунтування технологічної схеми збірки

Вихідними даними для розрахунку параметрів і організації дільниці складально-монтажного виробництва являються: номенклатура виробів, річна програма випуску виробів, технологічний процес складання виробу, трудоємність операцій складання.

Розрахунок такту потокової лінії визначимо за формулою:

де T_Ф – Фонд робочого часу за плановий період (рік);

N_річ – планова норма випуску на рік, з врахуванням браку, шт.

N_річ = 2000 шт.

Розрахунок фонду робочого часу за плановий період(рік) визначимо за формулою:

 

T_Ф =(365 - T_вих)·T_зм·К

Де T_вих = 105 – кількість неробочих днів;

T_зм = 480 – тривалість зміни, хв.;

К = 0,95 – поправочний коефіцієнт.

 

T_Ф =(365 - 105)·480·0,95=1,187·10⁵ хв.

Отже, такт потокової лінії:

хв./шт.

Обрахуємо трудоємність виготовлення виробу по операціях – для цього скористуємось нормами часу на складально-монтажну операцію і занесемо їх до таблиці 5.3

Таблиця 5.3

Назва роботи	Норма часу, хв.	Кількість дій, шт.	Загальний час, хв.
Інсталяція акумулятора	0,7	3	2,1
Монтаж плати в корпус	0,5	1	0,5
Встановлення верхньої кришки	0,1	1	0,1
Встановлення передньої панелі корпусу	0,5	4	2
Встановлення задньої панелі корпусу	0,5	4	2
Маркування	0,1	1	0,1
Загальний час (Тзаг), хв.			6,8

Кількість робочих місць розрахуємо за формулою:

 

N = Т_заг /τ

N=6,8/93,6=0,073

Для складання даного виробу доцільно залучати одного робітника.

Як видно, такт потокової лінії виходить багато більший, ніж середній час виконання певної операції одним робітником, тобто є можливість збільшувати обсяги виробництва.

6.  Економічна частина

 

6.1  Аналіз ринку

Прийняття рішення про розробку та освоєння виробництва нового виробу повинно починатись з аналізу ринкової ситуації. Дослідження ринку товарів є самостійною, складною задачею, тому під час виконання економічної частини дипломного проекту розглянемо лише окремі питання цієї проблеми.

Приведемо стислу характеристику розробленого GSM/GPS/GPRS мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля та визначимо його основні функціональні характеристики.

Призначення

Розроблений пристрій – мобільний термінал охоронної системи для автомобіля – відноситься до апаратури спеціального призначення і характеризується рядом підвищених вимог щодо надійності, працездатності та захисту від несанкціонованого доступу.

Цільове аудиторія

Подібні пристрої, за специфіки їх використання, не потребують масштабних рекламних заходів щодо їх популяризації. Цільовою аудиторію для пропозиції аналогічних пристроїв є управлінський (керівний) персонал підприємств, охоронні структури та організації, які пропонують логістичні та охоронні послуги, або будь-які інші підприємства та організації, які бажають підвищити рівень безпеки власного рухомого транспорту та вантажних перевезень.

Інформаційне забезпечення

Враховуючи специфіку роботи такої апаратури, найзручнішими джерелами інформації про неї можуть слугувати спеціалізовані каталоги (періодичні галузеві видання) та мережа Internet (сайти фірми-виробника).

Ринок збуту

Розроблений виріб призначений для реалізації на ринку України та ринках країн СНД. Обсяг виробництва складає приблизно 2000 примірників на рік, та може варіюватися в невеликих межах.

Обслуговування

Післяпродажне та гарантійне обслуговування проводиться фірмою-виробником за умовами «Гарантійного та післягарантійного обслуговування».

Мета розробки

Метою розробки терміналу було забезпечення його максимальної функціональності та унікальності на ринку для зменшення впливу конкуренції. Як один із головних показників контролювалась невисока вартість, як всієї системи взагалі, так і мобільного терміналу зокрема.

Особливості пристрою

Важливою особливістю розроблюваного терміналу є надання споживчій аудиторії явних економічних переваги над конкурентами та простоти у розрахунку економічного ефекту від введення згаданої вище охоронної системи в дію. До таких переваг можна віднести відсутність абонентської плати за користування транзитним сервером (практикується в багатьох існуючих системах) та свободу вибору оператора зв’язку. Таким чином, при купівлі системи покупець здійснює разовий платіж і самостійно відповідно до сформованих вимог до каналу зв’язку обирає провайдера.

Проведемо розрахунок рівня якості і конкурентоздатності розробленого мобільного GSM/GPS/GPRS терміналу.

Таблиця 5.1 – Характеристики мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля та виробів-аналогів

№ в розрахунках	1	2	3	4	5	6	7	8
Модель	SHS-RICS	ИТЕК-БН 3.0	МТ-МТ	Мобільний термінал	Гелікс 2	PINSyS	Trim Track	SCAR navi
Кількість каналів GPS	8	12	32	50	8	50	8	12
GPS чутливість, dBm	-130	-142	-159	-142	-138	-160	-138	-142
Автономність, год	-	-	48	24	10	-	600	33
Габарити, мм	145´104 ´35	60´75 ´50	482´ 133´360	135´80´30	95´180´45	240´128 ´80	144´118 ´30	230´160 ´47

Технічні характеристики мобільного терміналу та виробів-аналогів наведені в таблиці 5.1.

6.2  Оцінка рівня якості виробу

Оцінка рівня якості приладу проводиться з метою порівняльного аналізу визначення найбільш ефективного в технічному відношенні варіанта інженерного рішення. Така оцінка проводиться на стадіях створення нової і модернізації діючої техніки, при впровадженні її в виробництво, в процесі проведення функціонально вартісного аналізу тощо.

На різних етапах оцінка рівня якості виробу має свої особливості. На стадії створення нових або модернізації діючих виробів (при проведенні функціонально-вартісного аналізу) коли по варіантах, що підлягають розгляду недостатньо інформації щодо кількісної характеристики властивостей виробу узагальнюючи показник рівня якості – коефіцієнт технічного рівня () розраховується для кожного варіанту інженерного рішення за формулою:

(1)

де , – коефіцієнт вагомості і-го параметра якості j-гo варіанта в сукупності прийнятих для розгляду параметрів якості;  – оцінка і-го параметра якості j-гo варіанта виробу в балах; п – кількість параметрів виробу, які прийняті для оцінки.

Кращим варіантом інженерного рішення виробу з прийнятих до розгляду є варіант, якому відповідає найбільше значення коефіцієнта технічного рівня

(2)

де  – кількість варіантів інженерних рішень, які були прийняті для порівняльної оцінки.

При наявності кількісної характеристики виробу коефіцієнт технічного рівня можна визначити за формулою:

                                                                                    (3)

де  – відносний (одиничний) і-й показник якості.

Обираємо і обґрунтовуємо систему параметрів, по яких будуть порівнюватись новий та базовий вироби. Відносні (одиничні) показники якості по будь-якому параметру q,, так як вони находяться в лінійній залежності від якості, (формула 8.3) визначаємо за формулами:

                                                                                      (4)

або

                                                                                      (5)

де  - числові значення і-го параметру нового і базового виробів відповідно.

Формула 4 використовується при розрахунку відносних показників якості коли збільшення величини параметра веде до покращення якості виробу (наприклад продуктивність виробу) і формула 5 – коли зі збільшенням величини параметра якість виробу погіршується (наприклад, маса, споживча потужність).

Значення відносного показника якості повинно бути більше одиниці - при покращенні і-го показника і менше одиниці – при його погіршенні.

Порівняльна характеристика параметрів нового і базового виробів наведена в табл. 5.2.

 

Таблиця 5.2 Характеристика параметрів нового і базового виробів

№	Назва параметра	Абсолютне значення параметру		Показн. якості
		Базовий (Гелікс 2)	Новий (Мобільний термінал)
1	Кількість каналів GPS	8	50	1,8
2	GPS чутливість, dBm	-138	-142	1,03
3	Автономність, год	10	24	2,4
4	Габарити, мм	95´180´45	135´80´30	0,42

Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів

Вагомість кожного параметра в загальній кількості розгляданих при оціни параметрів визначається методом попарного порівняння. Оцінку проводить експертна комісія, кількість членів якої повинна дорівнювати непарному числу (не менше 7 чол.). Експерти повинні бути фахівцями у даній предметній галузі.

Визначення коефіцієнтів вагомості передбачає: визначення ступеня важливості параметрів шляхом присвоєння їм різних рангів; перевірку придатності експертних оцінок для подальшого використання; виявлення і оцінку попарного пріоритету параметрів; обробку результатів і визначення коефіцієнтів вагомості ().

Після детального обговорення та аналізу кожний експерт оцінює ступінь важливості параметрів шляхом присвоєння їм рангів. Результати експертного рангування даються в табл. 5.3.

 

Таблиця 5.3. - Результати ранжування параметрів

	Назва параметра	Ранг параметра за оцінкою експерта							Сума рангів,	Відхилення,
		1	2	3	4	5	6	7
Х1	Кількість каналів GPS	3	3	4	3	3	3	3	22	4,5	20,25
Х2	GPS чутливість, dBm	4	4	3	4	4	4	4	27	9,5	90,25
Х3	Автономність, год	2	2	1	2	1	2	2	12	-5,5	30,25
Х4	Габарити, мм	1	1	2	1	2	1	1	9	-8,5	72,25
		10	10	10	10	10	10	10	70	0	213

Перед подальшою обробкою перевіряємо суму рангів по кожному стовпцю (ранг параметра за оцінкою експерта 1 - 7), яка має дорівнювати , де n – кількість оцінюваних параметрів.

Визначення можливості використання результатів ранжування проводимо на підставі розрахунку коефіцієнта конкордації (узгодження) експертних оцінок. Для цього:

а) визначаємо суму рангів кожного показника (по рядках):

                                          (6)

де  - ранг і-того параметра визначений 1-м експертом;  – число експертів.

Проводимо перевірку загальної суми рангів, яка повинна дорівнювати

                                      (7)

б) обчислюємо середню суму рангів (T) за формулою:

                                               (8)

в) визначаємо відхилення суми рангів кожного параметру () від середньо суми рангів () (таблиця 2.2):

                                       (9)

сума відхилень за всіма параметрами дорівнює 0, що свідчить про те, що розрахунки проведені вище виконані правильно;

г) обчислюємо квадрат відхилень за кожним параметром () та загальну суму квадратів відхилень (таблиця 2.2):

                                          (10)

д) визначаємо коефіцієнт узгодженості (конкордації) за даними

таблиці 2.2:

                           (11)

Розрахункове значення коефіцієнт узгодженості більше нормативного. Для радіотехнічних виробів , тому визначені дані заслуговують на довір'я і придатні до використання.

Користуючись отриманими від кожного експерта результатами ранжування параметрів, проводимо попарне порівняння всіх параметрів і результати заносимо в таблицю 5.4.

Таблиця 5.4 – Результати попарного порівняння параметрів

Параметри	Експерти							Підсумкова оцінка	Числове значення коефіцієнтів переваги ()
	1	2	3	4	5	6	7
X1 і Х2 Х1 і Х3 Х1 і Х4	< > >	< > >	> > >	< > >	< > >	< > >	< > >	< > >	0,5 1,5 1,5
Х2 і Х3 Х2 і Х4	> >	> >	> >	> >	> >	> >	> >	> >	1,5 1,5
Х3 і Х4	>	>	<	>	<	>	>	>	1,5

Найбільш широко використовуються наступні значення коефіцієнтів переваги ():

де х_i i  х_j.- параметри, які порівнюються між собою.

На основі числових даних  (Таблиця 5.4) складаємо квадратну матрицю  (Таблиця 5.5).

Таблиця 5.5 – Коефіцієнти вагомості параметрів

Хі	Параметри Хі				Перша ітерація		Друга ітерація		Третя ітерація
	Х1	Х2	Х3	Х4
Х1	1,0	0,5	1,5	1,5	4,5	0,281	16,25	0,275	59,125	0,274
Х2	1,5	1,0	1,5	1,5	5,5	0,344	21,25	0,36	77,875	0,361
Х3	0,5	0,5	1,0	1,5	3,5	0,219	12,25	0,208	44,875	0,208
Х4	0,5	0,5	0,5	1,0	2,5	0,156	9,25	0,157	34,125	0,158
Всього					16	1,0	59	1,0	216	1

Розрахунок вагомості кожного параметра φ_і, проводиться за наступними формулами:

;                               (12)

,                              (13)

де  – вагомість і-го параметра за результатами оцінок всіх експертів визначається як сума значень коефіцієнтів переваги () даних усіма експертами по і-му параметру.

Відносні оцінки вагомості () розраховуємо декілька раз, доки наступне значення буде незначно відхилятися від попереднього (менше 5%). На другій ітерації значення коефіцієнта вагомості () розраховуємо так:

                                                                                          (14)

де  визначаємо так:

              (15)

Результати розрахунків занесено в таблицю 2.4.

Відносну оцінку, яку отримали на останній ітерації розрахунків, приймаємо за коефіцієнт вагомості () і-го параметру.

Визначимо за отриманими значеннями коефіцієнта вагомості ; та відносного показника якості q ( коефіцієнт технічного рівня) за формулою (3):

6.3  Розрахунок собівартості виробу

Проведемо розрахунок собівартості спроектованого виробу. Розрахунок собівартості передбачає складання калькуляції відповідно до встановленого в галузі переліку статей витрат.

Калькуляція собівартості

Калькуляцію собівартості складаємо згідно з "Типовим положенням планування, обліку і калькулювання собівартості (робіт, послуг) у промисловості" Будемо враховувати калькуляції, які найчастіше використовуються на підприємствах приладобудівних галузей виробництва.

Сировина та матеріали

Витрати на придбання матеріалів обчислюємо на підставі норм їх витрачання цін з урахуванням транспортно-заготівельних витрат.

                                                                       (16)

це  – норма витрат і-го матеріалу на одиницю продукції, грн.;  – ціна одиниці і-го матеріалу, грн.;  – коефіцієнт, який враховує транспортно-заготівельні витрати ()

Розрахунки зводимо у табл. 5.6.

Таблиця 5.6 - Витрати на матеріали

Матеріал	Стандарт або марка	Одиниця виміру	Норма витрат на виріб	Ціна одиниці, грн.	Сума, грн.
1.Паста паяльна	623602W-38	0,5 кг	0,01	622	6,22
2.Захисне покритття	Dynamask	0,5 кг	0,003	318	0,95
4.Припій	Sn60/Pb30 Multicore Solders	0,5 кг	0,015	185	2,78
Разом					9,95
Разом невраховані матеріали, 10 %					0,96
Транспортно-заготівельні витрати, 5 %					0,5
Всього					11,41

Отже, витрати на матеріали  складають 11,41 грн.

Покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх підприємств та організацій

Ціни на покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, тощо визначені за прайс-листами з сайтів фірм-постачальників:

·  http://imrad.kiev.ua ООО «Имрад»;

·  http://radiodetali.com.ua ООО "ДЛС-Радиодетали";

·  http://www.radioman.com.ua «Радиоман»;

·  www.megaprom.kiev.ua Компания «Мегапром»

Таблиця 5.7 Витрати на покупні вироби та напівфабрикати

Вироби, напівфабрикати	Стандарт або марка	Кількість	Сума, грн.
1. Друкована плата	двостороння	1	27
2. Корпус	MT-MT GPRS	1	12
3. Конденсатор	SMD	43	1,7
4. Запобіжник	MF-RX375	1	0,27
5. Мікросхема		11	923
6. Індуктивність	SMD	2	0,5
7. Резистор	SMD	84	0,84
8. Діод	SMD	27	2,25
9. Транзистор	SMD	4	1,6
10. Роз’єм		13	4
11. Кварц	SMD	1	0,9
12. Антена	GPS/GSM	1	270
13. Акумулятор		1	17
14. Наклейка	Логотип	1	0,19
Разом			1261,25
Транспортно-заготівельні витрати, 10%			126,13
Всього			1387,38

 

Основна заробітна плата

Витрати за цією статтею розраховуємо по кожному виду робіт (операцій залежно від норми часу (нормативної трудомісткості) та погодинної тарифної ставки робітників:

                                                                                (17)

де  – погодинна тарифна ставка для і-го виду робіт (операцій), гри.;  – норма часу для і-го виду робіт (операцій), н. годин.

Перелік робіт (операцій) відповідає технологічному процесу виробництва виробу. Норми часу для монтажних робіт визначаються типовими нормами часу на монтажні роботи табл. 5.8.

 

Таблиця 5.8 - Основна заробітна плата

Найменування робіт (операцій)	Середня часова тарифна ставка, грн.	К-ть, шт.	Норма часу, годин	Сума, грн.
1. Підготовка друкованої плати	15	1	0,0083	0,1245
2. Нанесення паяльної пасти	15	1	0,0083	0,1245
3. Встановлення SMD/BGA ЕРЕ на плату	17	172	0,083	1,411
4. Пайка в конвекційній печі	17	1	0,05	0,85
5. Видалення забруднень в УЗВ ванні	15	1	0,033	0,495
6. Встановлення вивідних ЕРЕ на плату	15	14	0,017	0,255
7. Ручний монтаж ЕРЕ (пайка)	17	14	0,1	1,7
8. Завантаження ПЗ МП	15	2	0,23	3,45
9. Монтаж плати у корпус	15	1	0,067	1,005
10. Кліматичні випробовування	17	1	0,05	0,85
11. Вихідний контроль	20	1	0,067	1,34
12. Складання виробу в тару	12	1	0,017	0,204
Разом				11,81
Інші невраховані роботи, 25%				2,95
Всього				14,76

Згідно розрахунку основна заробітна плата  становить 14,76 грн.

Додаткова заробітна плата

Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до основної заробітної плати:

                                                    (18)

де  – коефіцієнт, який враховує додаткову заробітну плату.

Відрахування на соціальні заходи

За діючими нормативами відрахування на соціальне страхування складає 1,5%, до пенсійного фонду 33,2%, до фонду зайнятості 1,3% від суми основної та додаткової заробітної плати, 1% до фонду страхування від нещасних випадків на виробництві. Тоді відрахування на соціальні заходи складуть:

                          

де  – коефіцієнт, що враховує відрахування на соціальні заходи.

Загальновиробничі витрати

Враховуючи, що собівартість виробу визначається на ранніх стадіях його проектування в умовах обмеженої інформації щодо технології виробництва та витрат на його підготовку у загальновиробничі витрати включаються, крім власне цих витрат, витрати на: освоєння основного виробництва; відшкодування зносу спеціальних інструментів і пристроїв цільового призначення; утримання та експлуатацію устаткування. При цьому загальновиробничі витрати визначаються у відсотках до основної заробітної плати. При такому комплексному склад загальновиробничих витрат їх норматив досягає 100–200%. Приймемо норму загальновиробничих витрат . Тоді маємо:

                                                        (19)

 

Адміністративні витрати

Ці витрати відносяться на собівартість виробу пропорційно основній заробітній платі і на приладобудівних підприємствах вони становлять 100 – 200 %. Приймемо норму загальногосподарських витрат . Тоді маємо:

                                                      (20)

 

Витрати на збут

Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до виробничої собівартості (звичайно 2,5–5%). Візьмемо норму позавиробничих витрат . Тоді маємо:

          (21)

Сума за усіма наведеними вище статтями калькуляції є повною собівартістю продукції.

Результати виконаних розрахунків зводимо до таблиці 5.9.

 

Таблиця 5.9 Калькуляція собівартості виробу

№	Статті витрат	Сума, грн.	Питома вага, %
1	Матеріали	11,41
2	Покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх підприємств та організацій	1387,38
3	Основна заробітна плата	14,76
4	Додаткова заробітна плата	5,9
5	Відрахування на соціальне страхування	7,64
6	Загальновиробничі витрати	29,52
	Виробнича собівартість	1456,61
7	Адміністративні витрати	22,14
8	Витрати на збут	41,62
	Повна собівартість	1520,37	100

Згідно з проведеними розрахунками повна собівартість розробленого пристрою становить 1520,37 грн.

6.4  Визначення ціни виробу

Для визначення ціни виробу на стадії проектування застосуємо метод лімітних цін. При цьому визначається нижня та верхня межа ціни.

Нижня межа ціни

Нижня межа ціни () захищає інтереси виробника продукції і передбачає що ціна повинна покрити витрати виробника, пов'язані з виробництвом та реалізацією продукції, і забезпечити рівень рентабельності не нижчий за той, що має підприємство при виробництві вже освоєної продукції.

      (22)

                                                                   (23)

де  – оптова ціна підприємства, грн.;  – повна собівартість виробу, грн.;  - нормативний рівень рентабельності, % ();  – податок на додану вартість, % (); Тоді маємо:

                                                    

                                                  

 

Верхня межа ціни

Верхня межа ціни () захищає інтереси споживача і визначається тією ціною, яку споживач готовий сплатити за продукцію з кращою споживчою якістю.

                                                 (24)

де  – ціна базового виробу, грн.;  – рівень якості нового виробу відносно базового (порахований за формулою 3).

Договірна ціна

Договірну ціну () встановлюємо за домовленістю між виробником споживачем в інтервалі між нижньою та верхньою лімітними цінами.

   

В нашому випадку: . Приймаємо договірну ціну нового виробу

6.5  Визначення мінімального обсягу виробництва продукції

Собівартість річного випуску продукції:

                                                            (25)

де  - повна собівартість одиниці продукції, грн;  - відповідно умовно-змінні та умовно-постійні витрати у склад собівартості одиниці продукції ();  - розрахункова виробнича потужність підприємства з випуску продукції шт/рік ( шт/рік);  - річний обсяг випуску продукції, шт/рік ( шт/рік).

Тоді маємо:

                            

Вартість річного випуску продукції:

                                                (26)

Визначимо при якому обсязі продукції () виторг від реалізації продукції та ї собівартість співпадають (прибуток дорівнює 0), що відповідає беззбитковості виробництва:

        (27)

Визначимо при якому обсязі продукції () буде досягнуто запланований рівень рентабельності:

          (28)

Річний прибуток при досягненні запланованого рівня рентабельності складе:

                   (29)

Будуємо графік (рис. 1), за допомогою якого визначаємо обсяги виробництва при яких відповідно буде беззбитковість виробництва або досягнуто запланований рівень рентабельності.

Рис. 5.1. Визначення мінімального обсягу виробництва

Будуємо графік (рис. 5.1), за допомогою якого визначаємо обсяги виробництва при яких відповідно буде беззбитковість виробництва або досягнуто запланований рівень рентабельності.

Висновок

В розділі була приведена стисла характеристика розробленого GSM/GPS/GPRS мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля; були визначені його основні функціональні характеристики; дана оцінка якості та конкурентноздатності; проведені аналіз ринку збуту та розрахунки собівартості ціни виробу. Договірна ціна на розроблений виріб була встановлена вищою за базову і склала 4960 грн. за одиницю продукції. Мінімальний обсяг виробництва, при якому виробництво буде беззбитковим становить 351 виріб. При досягненні запланованого рівня рентабельності річний прибуток очікується у розмірі грн.

7.  Охорона праці

Метою даного розділу дипломного проекту є виявлення небезпечних та шкідливих виробничих чинників, які мають місце при розробці, виготовленні та експлуатації мобільного терміналу охоронної системи для автомобіля. Необхідно перевірити чи відповідають ці фактори вимогам санітарних норм і якщо ні, то передбачити заходи по зменшенню або повному усуненню їх впливу на робочий персонал та оточуюче середовище. Основну увагу у розділі приділено питанням електробезпеки, негативному впливу шкідливих речовин при проведенні процесу пайки та поліпшенню умов праці у робочому приміщенні, в якому виконувалася дана розробка, а також забезпеченню необхідного рівня пожежної безпеки.

7.1  Наявність небезпечних та шкідливих виробничих факторів в робочій зоні

До основних шкідливих та небезпечних факторів, що впливають на людей, зайнятих на виробництві радіоелектронної апаратури (РЕА), можна віднести:

·  Недостатня освітленість робочої зони (умови освітленості виробничих приміщень повинні задовольняти нормам, зазначеним в ДБН В 2-5-28-2006);

·  Підвищені рівні електромагнітних випромінювань (рівні випромінювань і полів повинні відповідати ГОСТ 12.1.006-84 та ДСНіП №239);

·  Небезпека ураження електричним струмом;

·  Невідповідність параметрів мікроклімату робочої зони санітарним

нормам (величини показників мікроклімату у виробничих приміщеннях повинні відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і

ДСН 3.3.6.042-99);

·  Наявність у повітрі робочої зони шкідливих речовин різного характеру впливу в концентраціях, що перевищують гранично допустимі (гранично допустима концентрація (ГДК) шкідливих речовин у повітрі робочої зони повинні відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і ГОСТ 12.1.007-80);

·  Підвищений рівень шуму на робочому місці (припустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку і еквівалентні рівні звуку на робочих місцях варто приймати відповідно до санітарних норм припустимих рівнів шуму на робочих місцях ДСН 3.3.6.037-99);

·  Підвищена напруженість електричного поля промислової частоти на робочому місці (напруженість електричних полів промислової частоти на робочих місцях повинна відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.002-88);

·  Вплив шкідливих факторів впливу моніторів ПК (згідно з ДСанПіН 3.3.2.007-98);

·  Психофізіологічні перевантаження.

7.2  Електробезпека

Згідно ОНТП24-86 і ДНАОП 0.00-1.21-98 приміщення по рівню небезпеки ураження людей електричним струмом можна віднести до приміщень без підвищеної небезпеки, тому що:

·  відносна вологість повітря не перевищує 90%;

·  температура повітря не перевищує 30⁰ С;

·  використані заходи щодо техніки безпеки виключають можливість одночасного дотику людини до металоконструкцій будови, апаратів, механізмів, металевих корпусів, які мають з'єднання із землею з одного боку, і струмопровідних елементів електроустаткування з іншого;

·  матеріал підлоги (лінолеум) є діелектриком.

Використовується 3-и фазна мережа з глухо заземленою нейтраллю та зануленням. Опір заземлення нейтралі не перевищує 3,7 Ом, що задовольняє ГОСТ 12.1. 030-81 - заземлення повинне бути не більше 4 Ом. Устаткування, що використовується в приміщенні, відносять до І та ІІ класу по електрозахисту відповідно до ГОСТ 12.2. 007.0-75.

Розроблюваний пристрій по електрозахисту відносять до ІIІ класу - пристрій не потребує окремого заземлення.

В приміщенні лабораторії не жарко, сухо і відповідно до ОНТП24-86 та ДНАОП 0.00-1.21-98 воно відноситься до класу приміщень без підвищеної небезпеки ураження робочого персоналу електричним струмом, оскільки відносна вологість повітря не перевищує 90%, температура не більше +30 °С, відсутні хімічні агресивні середовища, відсутня можливість одночасного дотику до елементів конструкцій будівлі, які мають з’єднання з землею з одного боку та до струмопровідних частин електрообладнання з іншого.

Живлення електроприладів всередині приміщення здійснюється від трьохфазної електромережі з глухо заземленою нейтраллю, зануленням, напругою 220 В та частотою 50 Гц із використанням автоматів струмового захисту.

В лабораторії передбачено захисне відключення напруги живлення мережі при аварійному режимі роботи електроустаткування.

В розглянутому приміщенні електропроводка схована, проведена в прорізах штукатуркою на висоті 2 м. Силові провідники, які з’єднують між собою ПК з системним блоком та принтером мають подвійну ізоляцію. Штепсельні розетки встановлені на висоті 1 м від підлоги. Вимикачі на стінах розміщені на висоті 1,75 м від підлоги з боку ручки для відчинення дверей. Корпус дисплея, клавіатури і принтера виготовлений з діелектричного матеріалу – пластмаси, що робить ураження електричним струмом людини, при доторканні до нього практично неможливим.

Корпус системного блоку виготовлений з металевих деталей. Відповідно виникає небезпека ураження людини електричним струмом через порушення ізоляції і переходу напруги від струмопровідних частин. У зв’язку з цим, корпус системного блоку, необхідно передчасно з’єднати з нульовим заземлюючим проводом.

Ураження людини електричним струмом може статися в результаті:

·  дотику до відкритих струмопровідних частин;

·  дотику до струмопровідних елементів устаткування, що виявилися

під напругою в результаті порушення ізоляції чи з інших причин.

Виконаємо електричний розрахунок електромережі в робочому приміщенні на перевірку вимикаючої здатності автоматів струмового захисту. При розрахунку струму однофазного короткого замикання скористаємося формулою:

;

де: r_n = r_ф + r_н – сума активних опорів фазного і нульового проводів;

 - еквівалентний опір трансформатора; в даному випадку U_ф = 220В,

 

r_ф = 0,8 Ом, r_н = 1 Ом, = 0,12 Ом.

Підставивши значення у приведену формулу, отримаємо:

 А.

Обчислимо номінальний струм спрацювання автоматичного вимикача:

;

Звідси отримуємо:

А;

Автомат, який використовується в робочому приміщенні має І_СР = 20 А, що задовольняє умові.

Знайдемо максимальну напругу дотику на корпусному електрообладнанні при аварійному режимі роботи:

В.

Розрахована напруга U_дот < U_{дот.доп.} у відповідності з ГОСТ 12.1.038-88

при t < 0,1 с U_дот = 500 В.

Для зменшення значень напруг дотику і відповідних їм величин струмів, при нормальному та аварійному режимах роботи устаткування необхідно виконати захисне заземлення нульового проводу.

7.3  Мікроклімат робочої зони

Для аналізу параметрів мікроклімату робочого приміщення, скористаємося ГОСТ 12.1.005-88 і ДСН 3.3.6.042-99, що встановлюють такі параметри мікроклімату як температура, вологість і рухливість повітря в залежності від важкості виконуваних робіт та пори року.

Роботу, яка виконується в робочому приміщенні можна віднести до категорії 1а, тому що вона виконується сидячи і не вимагає значних фізичних зусиль. Джерелом теплового випромінювання є радіатор центрального опалення, що складається з семи секцій.

Таблиця 6.1. Нормовані значення параметрів мікроклімату.

Період року	Температура повітря, С		Відносна вологість повітря, %		Швидкість руху повітря, м/с
	Оптима-льна	Припусти-ма	Оптима-льна	Припустима	Оптима-льна	Припустима
Холодний	22-24	21-25	40-60	не більше75	0.1	не більше 0.1
Теплий	22-24	22-28	40-60	55 при 28°С	0.1	0.1-0.2
Існуючі	22-24		55		0.1

Нормовані значення параметрів мікроклімату відповідно до

ДСН 3.3.6.042-99 представлені в таблиці 6.1. Оптимальні і припустимі норми температури, відносна вологость і швидкость руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень, параметри мікроклімату підтримуються також за допомогою системи кондиціонування, яка реалізована на базі кондиціонерів LG.

7.4  Освітлення робочої зони

Умови освітлення робочої зони повинні відповідати нормам, зазначеним у ДБН В 2-5-28-2006. Рівень фактичного освітлення задовольняє умовам КПО при сумісному боковому освітленні.

У розглянутому приміщенні, використовується система загального рівномірного освітлення. Як джерело світла використовуються люмінесцентні лампи низького тиску ЛБ80 у кількості 24 штук, розміщені в дванадцяти світильниках 101-2x80-02, розташовані на стелі в два ряди.

Перевіримо освітленість, яка забезпечується загальним рівномірним штучним освітленням. Для визначення освітленості застосуємо метод коефіцієнта використання світлового потоку:

Де:

N =12- кількість світильників у приміщенні;

Ф_л - 7200 Лм - світловий потік світильника;

S - 54 м² площа освітлюваного приміщення;

η - коефіцієнт використання світлового потоку. Визначається в залежності від індексу приміщення і коефіцієнтів відображення стелі р₁= 0,7, стін р₂=0,5 і підлоги р₃= 0,1.

Обчислюємо індекс приміщення:

 

l=9 довжина приміщення;

b=6м - ширина приміщення;

h=3,5 м - висота підвісу світильників;

За табличними данними визначаємо:

η= 0,45

К_з - коефіцієнт запасу. При використанні люмінесцентних ламп у при

міщеннях з повітряним середовищем, що містить менш 1мг/м пилу,

К_з = 1,5;

Z=1,1 - коефіцієнт нерівномірності освітлення.

Лк

Норма загального освітлення робочих місць (контраст об'єкта розрізнення середній, фон середній, розряд зорової роботи ЗБ; робота високої точності) складає 300 Лк. Так як Е фактичне більше Е нормованого, то ДБНВ 2.5-28-2006 виконуються. Розряд зорової роботи 3 підрозряд Б. Мінімальний об’єкт розпізнання 0,3-0,5 мм.

На робочому місці монтажника комбіноване освітлення повинне забезпечити освітленість Е_норм =750Лк. Загальне освітлення забезпечує 374 Лк, місцеве повинно бути Е_норм-Е_заг=750-436=314 Лк. Застосуємо джерело місцевого освітлення Л201-2x80-02.

Перевіримо, чи забезпечить даний світильник необхідну освітленість:

Де:

Е - освітленість, забезпечувана місцевим світильником;

N - число світильників;

К_з=1,5 - коефіцієнт запасу;

n=2 - число ламп у світильнику;

Ф_л = 3660 Лм - світловий потік лампи ЛД80

μ=1.2 - коефіцієнт, що враховує збільшення освітленості від навколишніх предметів;

L= 100 - умовна освітленість за графіком;

ψ=1 - враховує кут нахилу робочої площини;

Лк

Комбіноване освітлення з джерелом Л201-2х80-02 забезпечить необхідну освітленість на робочому місці монтажника.

7.5 Шум, вібрація, ультразвук, інфразвук

Шумом називається всякий небажаний звук. Як фізичне явище – це сукупність звуків різної частоти й інтенсивності.

Шум шкідливо відображається на здоров'ї і працездатності людей. Під впливом сильного шуму притупляється гострота зору, з'являються головні болі і запаморочення, підвищується кров'яний тиск, порушується процес травлення, відбувається зміна об'ємів внутрішніх органів. Вимоги до шуму базуються на ДСанПін-3.3.2.007-98.

Шум у приміщеннях з обчислювальною технікою і ПЕОМ не повинен перевищувати припустимих норм по ДСН 3.3.6. 037-99

Гранично припустимі рівні звукових тисків в октавних смугах частот нормованого діапазону (ДСН 3.3.6. 037-99 ) для конструкторського бюро, теоретичних лабораторій  наведений у табл. 6.2.

Таблица 6.2 – Гранично припустимі рівні звукових тисків

FСР., Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
LДОП., дБ	71	61	54	49	45	42	40	38

Припустимий рівень шуму L_ДОП. = 50 дБ.

Вимоги до вібрацій базуються на ДСанПіН-3.3.2.007-98.

У приміщеннях  з обчислювальною технікою і ПЕОМ рівні вібрацій не повинні перевищувати припустимих норм за ГОСТ 12.1.004-83

Припустимий рівень вібрації L_ДОП. = 115 дБ.

Джерел шуму, вібрації, ультразвуку, інфразвуку, які б могли привести до виникнення небезпеки для здоров'я людини, у даному приміщені немає, а отже фактичні значення відповідних параметрів відповідають встановленим нормам.

7.6 Захист від виробничих випромінювань ВДТ та ПЕОМ

 

Вимоги до виробничих випромінювань нормуються по

ДСанПіН-3.3.2.007-98.

У випадку неможливості виконання норм необхідно застосувати заходи для захисту персоналу від дії цих факторів:

·  використовувати захисні екрани, що навішуються на монітор;

·  захист відстанню (віддалити монітор на безпечну відстань від оператора);

·  захист часом (режим праці і відпочинку).

Час безперервної роботи не повинен бути більше 2 годин. Під час перерв необхідно виконувати комплекс вправ що рекомендуються ДСанПін-3.3.2.007-98.

Джерел ЕМВ, НРВ і статистичної напруги, які б могли привести до виникнення небезпеки для здоров'я людини, у даному приміщені немає, а отже фактичні значення відповідних параметрів відповідають установленим нормам.

 

7.7  Пожежна безпека

Робоче приміщення відповідно до ОНТП 24 - 86 та НАПБ Б.07.005-98 можна віднести по вибухо-пожежонебезпечності до категорії "В". Клас робочої зони приміщення згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 П-ІІа - пожежонебезпечна.

Можливими причинами виникнення пожежі можуть бути:

·  коротке замикання проводки;

·  порушення робочої ізоляції електрообладнання;

·  паління в недозволених місцях, користування побутовими електро-

нагрівальними приладами.

У зв'язку з цим необхідно передбачити наступні ходи:

·  застосування автоматичного електрозахисту;

·  ретельна ізоляція всіх струмоведучих провідників до робочих місць;

·  періодичний огляд і перевірка ізоляції;

·  ретельне дотримання норм протипожежної безпеки на робочому

місці;

·  проводяться організаційні заходи (заборона паління, інструктаж:);

·  дотримання усіх вимог по вогнестійкості будинків, часу евакуації

людей у випадку виникнення пожежі, ширині евакуаційних прохо-

дів і виходів із приміщень зовні.

У приміщенні наявний план евакуації. Час евакуації відповідає вимогам СНиП2.01.02-85, а максимальне віддалення робочих місць від евакуаційних виходів вимогам СНиП2.09.02-85.

Відповідно до вимог ДБНВ.2-13-98 та ГОСТ 12.4.009-75 робоче приміщення обладнане шістьма пожежними оповіщувачами типу СПД-1, від яких сигнал надходить на приймальний прилад пожежної сигналізації.

У приміщенні лабораторії є:

·  вогнегасник ОУБ-3 — 1шт.;

·  вогнегасник ОП-1 "Момент"- 1шт.

Така кількість вогнегасників відповідає вимогам ДСТУ 3675-98 та ISO3941-77. Наявність первинних засобів пожежогасіння, їх кількість і зміст відповідає також і вимогам ГОСТ 12.4.009-75.

У приміщенні виконуються всі вимоги по пожежній безпеці відповідно до вимог НАПБ А. 01.001-95 "Правила пожежної безпеки в Україні".

В дипломному проекті розглянуто мобільний термінал охоронної системи для автомобіля. Прилад спроектований з урахуванням і дотриманням всіх галузевих стандартів і державних норм України.

Висновки

В результаті проведеного аналізу конструкцій та характеристик найбільш відомих систем місцевизначення транспортних засобів (GPS) показано недосконалість або відсутність каналу голосового зв'язку через мережу GSM, а також залежність живлення мобільних терміналів таких систем від бортової електромережі автомобіля.

Вказані недоліки знижують надійність функціонування GPS систем, а також послаблюють захист від несанкціонованого втручання в їх роботу та доступу до вантажів, що знаходяться на транспортному засобі.

В дипломному проекті проведено вдосконалення акустичного каналу зв'язку та блоку живлення мобільного терміналу автомобіля, що серійно виробляється. Це дозволило підвищити надійність роботи системи GPS, а також підсилило захист вантажів (у тому числі й носіїв інформації), що транспортуються автомобілем, від несанкціонованого доступу.

Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля Технічне завдання Анотація Проведений аналіз методів побудови охоронних систем з використанням можливостей глобальної системи позиціонування GPS та каналів GSM зв’язку; вдоск

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу