Разработка электронного вольтметра
Описание работы
Работа пользователя Vseznayka1995
Добрый день! Уважаемые студенты, Вашему вниманию представляется курсовая работа на тему: «Разработка электронного вольтметра»
Оригинальность работы 71%
ВВЕДЕНИЕ
Отечественная промышленность после экономического кризиса находится в упадке. Импортная продукция захватила внутренний рынок сбыта в нашей стране, отодвинув продукцию российских предприятий на второй план. Это мешает нормальному развитию нашей промышленности, т.к., покупая импортную продукцию, мы отдаем деньги иностранным компаниям, т.е. происходит отток капитала за границу. Наши же предприятия из-за недостатка средств не могут совершенствовать процесс производства и повышать объем выпускаемой продукции.
В настоящее время происходит интенсивное развитие радиоэлектронной техники. Каждый день появляются новые возможности. Разрабатывается большой ассортимент различных электронных приборов и устройств, в том числе и устройств для измерения напряжения.
Применение электронных устройств в приборах для измерения переменных напряжений и токов позволяет обеспечить высокий уровень их метрологических характеристик [1]:
– широкий диапазон измерений;
– высокую чувствительность;
– малую потребляемую мощность из измеряемой цепи;
– широкий частотный диапазон и др.
Так, электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений (от 1 мкВ до 1000 В), большим входным сопротивлением (до 30 МОм), малой входной емкостью (10...40 пФ), широким частотным диапазоном (0...1000 МГц) [1].
Эти достоинства обусловили широкое распространение электронных вольтметров и амперметров. Амперметры и вольтметры предназначены для измерения действующего значения переменного тока, или напряжения.
Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.
Так, в распространенных в свое время амперметрах Гуммеля подвижная часть прибора состоит из очень тонкой изогнутой пластинки мягкого железа, которая располагается эксцентрически внутри катушки, так что ось пластинки параллельна оси соленоида. К этой пластинке прикреплена указательная стрелка, конец которой перемещается по дугообразной шкале. Общий центр тяжести подвижной системы при нулевом положении указателя лежит под точкой вращения; таким образом подвижная система уравновешивается ее собственною тяжестью и в положении покоя указатель устанавливается против нулевого деления действием силы тяжести. Небольшой противовес дает возможность привести точно указатель к нулевому делению, когда прибор установлен окончательно [2].
Вольтметр и амперметр цифровой предназначен не только для измерения собственно напряжения и силы тока, но и некоторых других величин, предварительно преобразованных входными устройствами в напряжение.
В настоящее время цифровые вольтамперметры применяются для повышения производительности труда при автоматизации научных исследований; для повышения производительности труда в промышленности; при поверке и градуировке точных приборов; при наладке и регулировке сложной электронной аппаратуры на конвейере [2].
Поэтому целью курсового проекта является разработка сравнительно простого в схемном решении электронного вольтметра, в котором используется широко распространенная элементная база и микроконтроллер. Устройство не требует сложных настроек и регулировок, имеет небольшие габаритные размеры и сравнительно низкую стоимость.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Техническая часть 6
1.1 Анализ технического задания 6
1.2 Патентный поиск 7
1.3 Назначение и принцип действия 12
2 Конструкторская часть 19
2.1 Выбор и обоснование элементной базы 19
2.1.1 Выбор конденсаторов 19
2.1.2 Выбор резисторов 21
2.1.3 Выбор транзисторов 22
2.1.4 Выбор разъемов 24
2.1.5 Выбор микросхем 25
2.1.6 Выбор индикатора 30
2.2 Расчет печатной платы 31
2.3 Расчет надежности 40
2.4 Описание конструкции 44
Заключение 46
Список литературы 47
Приложение А Перечень элементов
Приложение Б Спецификация
Приложение В Структурная схема
Приложение Г Схема электрическая принципиальная
Приложение Д Сборочный чертеж
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Module 11 - Б11 / Измерение переменных напряжений и токов. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://second.udec.ntu-kpi.kiev.ua/lspace/omit_demo/ schedule.nsf/D862E82EAFB758368525663C004F385C/8B4B35A17066092AC2256A550026CFA0?OpenDocument
2 Цифровой вольтметр. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00053666_0.html
3 Патенты России. – Электрон. дан. – Режим доступа: www.ru-patent.info
4 Измерительное устройство. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/patents/115/2350972/patent-2350972.pdf
5 Устройство формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/patents/120/2345923/patent-2345923.pdf
6 Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/img_patents/2/2525/ 2525581/patent-2525581.pdf
7 Конденсаторы керамические К10-17. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.rtkt.ru/files/k10-17.pdf
8 Танталовые чип конденсаторы для поверхностного монтажа. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/074/DOC000074919.pdf
9 Р1-8В Чип-резисторы постоянные непроволочные. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://www.erkon-nn.ru/upload/iblock/9a1/ r1_8v_ozh0.467. 164new_vp _ datasheet_ru.pdf
10 International Rectifier. Provisional IRLML5203. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlml5203.pdf
11 Техническая документация. DS1069. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/413/DOC001413777.pdf
12 ATtiny13. Preliminary. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/059/DOC000059583.pdf
13 Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения: справочник // Б.Ф. Бессарабов, В.Д. Федюк, Д.В. Федюк. – издание 1. – Воронеж: «Воронеж», 1994. – 720 с.
14 ИС стандартной логики К561, К176. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://tec.org.ru/board/k176id2/149-1-0-3691
15 Datasheet TOT-3361AG-B. Three Digit Display LED. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://www.oasistek.com/pdf/TOT-3361AG-B.pdf
16 ГОСТ Р 53429-2009. Платы печатные. Основные параметры конструкции. – М.: Стандартинформ: Изд-во стандартов, 2012. – 8 с.
17 Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры / Г.Д. Фрумкин. – М.: Высшая школа, 1977. – 238 с.
18 Белянин Л.Н. Конструирование печатного узла и печатной платы. Расчет надежности: Учебно-методическое пособие. / Л.Н. Белянин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 77 с.
19 Пирогова Е.В. Проектирование и технология изготовления печатных плат / Е.В. Пирогова. – М.: Форум: инфра-М, 2005. - 560 с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Курсовой проект выполнен в полном объеме в соответствии с техническим заданием. Доказана актуальность разработки миниатюрного вольтметра постоянного напряжения.
В результате выполнения патентного поиска за базовое изделие принята авторская разработка Шехмаметьева Рахима Гереевича (RU) номер 2350972 от 10.10.2007 «Измерительное устройство».
Подробно рассмотрен принцип работы миниатюрного вольтметра постоянного напряжения, выбрана элементная база, в которой имеется большое количество планарных элементов. Это позволило уменьшить размеры платы печатной, которые составили 40 на 25 мм. Рассчитан коэффициент заполнения. Он равен 0,5. Коэффициент получился невысоким исходя из конструктивных соображений. При расчете надежности рассчитана гарантия, которая составила 1 год 10 месяцев и срок эксплуатации.
Для удобства использования миниатюрного вольтметра постоянного напряжения подробно описано конструктивное исполнение, где рассказано о месторасположении элементов настройки вольтметра постоянного напряжения. Подробно представлена технология изготовления миниатюрного вольтметра постоянного напряжения, а также выбрано оборудование для изготовления устройства в заводских условиях.
Графическая часть выполнена с использованием ЭВМ и системе САПР
P-CAD и Altium Designer.
Оригинальность работы 71%
ВВЕДЕНИЕ
Отечественная промышленность после экономического кризиса находится в упадке. Импортная продукция захватила внутренний рынок сбыта в нашей стране, отодвинув продукцию российских предприятий на второй план. Это мешает нормальному развитию нашей промышленности, т.к., покупая импортную продукцию, мы отдаем деньги иностранным компаниям, т.е. происходит отток капитала за границу. Наши же предприятия из-за недостатка средств не могут совершенствовать процесс производства и повышать объем выпускаемой продукции.
В настоящее время происходит интенсивное развитие радиоэлектронной техники. Каждый день появляются новые возможности. Разрабатывается большой ассортимент различных электронных приборов и устройств, в том числе и устройств для измерения напряжения.
Применение электронных устройств в приборах для измерения переменных напряжений и токов позволяет обеспечить высокий уровень их метрологических характеристик [1]:
– широкий диапазон измерений;
– высокую чувствительность;
– малую потребляемую мощность из измеряемой цепи;
– широкий частотный диапазон и др.
Так, электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений (от 1 мкВ до 1000 В), большим входным сопротивлением (до 30 МОм), малой входной емкостью (10...40 пФ), широким частотным диапазоном (0...1000 МГц) [1].
Эти достоинства обусловили широкое распространение электронных вольтметров и амперметров. Амперметры и вольтметры предназначены для измерения действующего значения переменного тока, или напряжения.
Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.
Так, в распространенных в свое время амперметрах Гуммеля подвижная часть прибора состоит из очень тонкой изогнутой пластинки мягкого железа, которая располагается эксцентрически внутри катушки, так что ось пластинки параллельна оси соленоида. К этой пластинке прикреплена указательная стрелка, конец которой перемещается по дугообразной шкале. Общий центр тяжести подвижной системы при нулевом положении указателя лежит под точкой вращения; таким образом подвижная система уравновешивается ее собственною тяжестью и в положении покоя указатель устанавливается против нулевого деления действием силы тяжести. Небольшой противовес дает возможность привести точно указатель к нулевому делению, когда прибор установлен окончательно [2].
Вольтметр и амперметр цифровой предназначен не только для измерения собственно напряжения и силы тока, но и некоторых других величин, предварительно преобразованных входными устройствами в напряжение.
В настоящее время цифровые вольтамперметры применяются для повышения производительности труда при автоматизации научных исследований; для повышения производительности труда в промышленности; при поверке и градуировке точных приборов; при наладке и регулировке сложной электронной аппаратуры на конвейере [2].
Поэтому целью курсового проекта является разработка сравнительно простого в схемном решении электронного вольтметра, в котором используется широко распространенная элементная база и микроконтроллер. Устройство не требует сложных настроек и регулировок, имеет небольшие габаритные размеры и сравнительно низкую стоимость.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Техническая часть 6
1.1 Анализ технического задания 6
1.2 Патентный поиск 7
1.3 Назначение и принцип действия 12
2 Конструкторская часть 19
2.1 Выбор и обоснование элементной базы 19
2.1.1 Выбор конденсаторов 19
2.1.2 Выбор резисторов 21
2.1.3 Выбор транзисторов 22
2.1.4 Выбор разъемов 24
2.1.5 Выбор микросхем 25
2.1.6 Выбор индикатора 30
2.2 Расчет печатной платы 31
2.3 Расчет надежности 40
2.4 Описание конструкции 44
Заключение 46
Список литературы 47
Приложение А Перечень элементов
Приложение Б Спецификация
Приложение В Структурная схема
Приложение Г Схема электрическая принципиальная
Приложение Д Сборочный чертеж
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Module 11 - Б11 / Измерение переменных напряжений и токов. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://second.udec.ntu-kpi.kiev.ua/lspace/omit_demo/ schedule.nsf/D862E82EAFB758368525663C004F385C/8B4B35A17066092AC2256A550026CFA0?OpenDocument
2 Цифровой вольтметр. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00053666_0.html
3 Патенты России. – Электрон. дан. – Режим доступа: www.ru-patent.info
4 Измерительное устройство. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/patents/115/2350972/patent-2350972.pdf
5 Устройство формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/patents/120/2345923/patent-2345923.pdf
6 Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freepatent.ru/images/img_patents/2/2525/ 2525581/patent-2525581.pdf
7 Конденсаторы керамические К10-17. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.rtkt.ru/files/k10-17.pdf
8 Танталовые чип конденсаторы для поверхностного монтажа. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/074/DOC000074919.pdf
9 Р1-8В Чип-резисторы постоянные непроволочные. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://www.erkon-nn.ru/upload/iblock/9a1/ r1_8v_ozh0.467. 164new_vp _ datasheet_ru.pdf
10 International Rectifier. Provisional IRLML5203. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlml5203.pdf
11 Техническая документация. DS1069. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/413/DOC001413777.pdf
12 ATtiny13. Preliminary. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/059/DOC000059583.pdf
13 Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения: справочник // Б.Ф. Бессарабов, В.Д. Федюк, Д.В. Федюк. – издание 1. – Воронеж: «Воронеж», 1994. – 720 с.
14 ИС стандартной логики К561, К176. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://tec.org.ru/board/k176id2/149-1-0-3691
15 Datasheet TOT-3361AG-B. Three Digit Display LED. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://www.oasistek.com/pdf/TOT-3361AG-B.pdf
16 ГОСТ Р 53429-2009. Платы печатные. Основные параметры конструкции. – М.: Стандартинформ: Изд-во стандартов, 2012. – 8 с.
17 Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры / Г.Д. Фрумкин. – М.: Высшая школа, 1977. – 238 с.
18 Белянин Л.Н. Конструирование печатного узла и печатной платы. Расчет надежности: Учебно-методическое пособие. / Л.Н. Белянин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 77 с.
19 Пирогова Е.В. Проектирование и технология изготовления печатных плат / Е.В. Пирогова. – М.: Форум: инфра-М, 2005. - 560 с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Курсовой проект выполнен в полном объеме в соответствии с техническим заданием. Доказана актуальность разработки миниатюрного вольтметра постоянного напряжения.
В результате выполнения патентного поиска за базовое изделие принята авторская разработка Шехмаметьева Рахима Гереевича (RU) номер 2350972 от 10.10.2007 «Измерительное устройство».
Подробно рассмотрен принцип работы миниатюрного вольтметра постоянного напряжения, выбрана элементная база, в которой имеется большое количество планарных элементов. Это позволило уменьшить размеры платы печатной, которые составили 40 на 25 мм. Рассчитан коэффициент заполнения. Он равен 0,5. Коэффициент получился невысоким исходя из конструктивных соображений. При расчете надежности рассчитана гарантия, которая составила 1 год 10 месяцев и срок эксплуатации.
Для удобства использования миниатюрного вольтметра постоянного напряжения подробно описано конструктивное исполнение, где рассказано о месторасположении элементов настройки вольтметра постоянного напряжения. Подробно представлена технология изготовления миниатюрного вольтметра постоянного напряжения, а также выбрано оборудование для изготовления устройства в заводских условиях.
Графическая часть выполнена с использованием ЭВМ и системе САПР
P-CAD и Altium Designer.
