Интеллектуальный комплекс безопасности пилота

На рисунке 5.1 представлен процесс ввода принципиальной электрической схемы в программе Schematic.Рисунок 5.1 – Ввод схемы электрической-принципиальной в программе SchematicНа рисунке 5.2 представлено окно параметров элемента (PartProperties)резистора R5.Рисунок 5.2 – Окно параметров элемента (PartProperties)Для элемента могут быть указаны следующие параметры:Порядковый номер и тип(RefDes) – R5;Номинал (Value) – 1.2 кОм;Тип элемента (Type) – резистор С2-33H-0,125;Используемая библиотека элементов (Library);Далее необходимо перенести данные из программы Shematicв программу PCB, которая позволит провести размещение элементов и трассировку ПП. Выполнить это можно с помощью команды Utils – GenerateNetList (Рисунок 5.4)Рисунок 5.3 – Создание списка соединенийПосле размещения ЭРЭ приступаем к трассировке, т.е. к прокладке необходимых линий соединений (проводников) между контактными площадками.Рассмотрим данный процесс более подробно.Трассировку печатной платы можно выполнить вручную и с помощью автотрассировщика. Для ручной трассировки в системе PCAD предлагаются инструменты, которые условно можно разделить на три группы:- инструменты для ручной трассировки- инструменты интерактивной трассировки- специальные инструментыНа рисунке 5.4представлены результаты работы по трассировке ПП системы контроля.Когда работа с автотрассировщиком полностью завершена, необходимо вернуться в программу PCB, для этого выполнить: FileSaveandReturn. Все результаты трассировки средствами программы PCADShapeRoute будут перенесены в программу PCB, в которой можно продолжить работу над проектом, в частности воспользоваться любыми приёмами корректировки. [2]Рисунок 5.4 – Трассировка ПП системы контроляВ данном проекте при разработке топологии печатной платы технологический контроль помог обнаружить: узкие места и нарушения установленных зазоров. Коррекция топологии была произведена, ошибки исправлены.5.4 Расчёт надёжностиИнтенсивности отказов элементов зависят от электрической нагрузки, температуры окружающей среды и других факторов, учитываемых с помощью поправочных коэффициентов.[1, 16]Интенсивность отказов элементов i-го типа определяется по формуле:, (5.1)где λ0 i – интенсивность отказов данного типа элементов при номинальной электрической нагрузке и нормальных условиях эксплуатации, 1/ч;αi – коэффициент, учитывающий влияние температуры окружающей среды и электрической нагрузки элемента;k1 – коэффициент, учитывающий влияние механических факторов (вид проектируемого устройства – наземный стационарный, следовательно, принимаем k1 равное 1,07); k2 – коэффициент, учитывающий влияние климатических факторов (система будет эксплуатироваться при влажности окружающей среды 60 - 70 % и температуре 20 - 40 °С, следовательно, k2 равен 1);k3 – коэффициент, учитывающий влияние пониженного атмосферного давления (система будет эксплуатироваться в наземном помещении, следовательно,k3 равен 1).Характеристики надёжности элементов, их среднее время восстановления и количество указаны в таблице 2.Принимая во внимание значения для поправочных коэффициентовk1,k2,k3, приводим формулу (5.1) к виду:.(5.2)Интенсивность отказов устройства в целом Λ, (1/ч) определяется по формуле:, (5.3)где mi – количество элементов i-го типа;λi – интенсивность отказов.Подставляя известные данные получаем:Λ=2,32092(1/ч)Таблица 5.6 – Характеристики надёжности элементовТип элементаЧисло элементов m, шт.КоэффициентнагрузкиИнтенсивность отказов, λ0 i∙10–6, 1/чαiλ0 i∙10–6, * αi1/чλi∙10–61/чМикросхемы30,20,50,350,037450,11235Диоды40,20,20,770,032950,1318Конденсаторыкерамические190,20,070,280,00410,0796Конденсаторыэлектролитические90,20,50,280,029960,26964Резисторы280,20,020,20,000850,0237Кварцевыйрезонатор10,20,510,1070,107Диодныймост50,20,60,770,09880,49434Стабилизатор20,20,510,1070,214Разъемы60,20,2510,05350,321Пайка2650,20,0110,002140,5671Итого 0,47342,3209Вероятность безотказной работы устройства P определяется по формуле:, (5.4)где t – время, определяющее безотказность работы устройства, ч.Значение t выбирается из стандартного ряда: 1000 ч, 2000 ч, 4000 ч, 8000 ч, 16000 ч. Пусть время безотказности работы t равно 8000 ч, тогда:Р(t) = .Условие безотказной работы выполняется т.к. P(t) не менее 0,8 [19].5.5Выбор технологического оборудования и технологических режимов изготовления печатной платыПоиск аналогов и прототипаПри комбинированном позитивном методе изготовления проводящий рисунок схемы получают субтрактивным методом, а металлизацию отверстий производят электрохимическим способом. Вначале поверхность платы и отверстия подвергают химическому и предварительному гальваническому омеднению для получения слоя меди толщиной 5...7 мкм. После подготовки металлизированных поверхностей на них создается изображение схемы проводников. Это изображение может быть получено с помощью сеткографической краски или сухого пленочного фоторезиста.Входной контроль фольгированного диэлектрикаПри входном контроле диэлектрика визуально устанавливают наличие царапин, проколов и других повреждений..Нарезка заготовокВ качестве инструмента для получения заготовок целесообразно применить роликовые или гильотинные ножницы. Нарезку заготовок осуществляют с припуском по контуру на одну или несколько плат.Получение фиксирующих и монтажных отверстийДля установки заготовок при выполнении отдельных операций технологического процесса предусматривают фиксирующие и технологические отверстия. Существует два метода выполнения отверстий в печатных платах: пробивка на специальных штампах и сверление. Для получения всех отверстий целесообразно использовать сверление, которое имеет более низкую стоимость по сравнению с пробивкой. Сверление отверстий производят на специализированных одношпиндельных и многошпиндельных сверлильных станках, на станках с программным управлением или на станках с автоматической сменой сверл. Контроль качества отверстий производят визуально с помощью специальных широкоугольных микроскопов с развертыванием поверхности. Наличие отверстий проверяется на специальных компараторах методом сканирования изображения контролируемой и эталонной платы.Химическая и предварительная электролитическая металлизацияХимическая металлизация печатных плат заключается в последовательности химических реакций осаждения меди, используемой в качестве подслоя при нанесении основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом. Слой химической меди толщиной 0,25…1,0 мкм должен полностью покрывать поверхность диэлектрика и стенки отверстий. Получаемый слой меди должен обладать пластичностью и хорошим сцеплением с диэлектриком. Получение рисунка схемыНанесение рисунка схемы на печатную плату необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации для осуществления процессов металлизации. ЭкспонированиеЦелью экспонирования является полимеризация фотополимера, расположенного под прозрачными участками фотошаблона, под воздействием источника света, что делает эти участки нерастворимыми в проявляющих растворах. При обработке в проявляющих растворах позитивных фоторезистов их засвеченные участки растворяются и вымываются. Гальваническая металлизация и нанесение защитного покрытия из сплава олово-свинецГальваническая металлизация при комбинированном методе изготовления печатных плат применяется для увеличения тонкого слоя химической меди до толщины 5…8 мкм с целью последующего нанесения на поверхность проводящего рисунка схемы. При этом используется гальваническая ванна, анодом в которой является металл необходимого покрытия, катодом – печатная плата, а также имеет значение тщательная подготовка плат, обеспечивающая полное смачивание электролитом поверхности, подлежащей металлизации, и создание надежного электрического контакта с платами и анодами.Должны выполняться следующие требования:- металлизация должна быть сплошной, без трещин и отслоений, с шириной проводников не менее допустимой;- слой меди должен быть мелкозернистым, светло-розового цвета, пластичным и прочным, без шероховатостей;- толщина слоя меди в переходных и монтажных отверстиях должна быть не менее 25 мкм;- поверхность покрытия не должна иметь посторонних включений, раковин, неровностей в виде утолщений, металлизированных заусенцев и т.п.Электроосаждение двух элементов, входящих в состав покрытия олово-свинец, по сравнению с осаждением одного элемента более сложно, что вызвано необходимостью подержания определенного состава покрытия. При нанесении покрытия олово-свинец для обеспечения последующего оплавления при минимальной температуре и хорошей паяемости печатной платы необходимо поддерживать соотношение составляющих покрытия, близкое к эвтектическому состоянию, при минимальной толщине покрытия 12 мкм. Содержание олова в осажденном покрытии увеличивается при повышении плотности тока, увеличении количества добавок, снижении температуры электролита, избытке олова в электролите и сильном его перемешивании.Травление меди с пробельных местВ данном типовом технологическом процессе изготовления ДПП позитивным комбинированным методом травлению подвергаются медная фольга исходного материала с нанесенным на нее слоем предварительной металлизации, при этом проводящий рисунок защищен слоем стойкого к травителю металлорезиста, например сплавом олово-свинец.Обработка печатной платы по контуруПри обработке ПП по контуру применяют два способа: вырубку штампами и фрезерование.Применение вырубки плат на эксцентриковых прессах с помощью штампов для заданного типа производства нецелесообразна. Поэтому для обработки печатной платы по контуру применяем способ фрезерования. Этот способ отличается высокой производительностью, дает хорошее качество кромок плат и точность размеров в пределах ±0,025 мм, имеет более низкую стоимость, уменьшает отходы материала. При этом в качестве инструмента используют алмазные дисковые фрезы или твердосплавные концевые фрезы диаметром 3…8 мм.5.6 Выбор и обоснование компоновочного решения и системы БНКПлата устройства расположена в корпусе. Корпус состоит из двух деталей: основания и крышки. На верхней стороне крышки сделано несколько вырез для отвода тепла. На внутренней стороне крышки имеется четыре стойки высотой 5 мм. Плата крепится горизонтально на стойках винтами М2,5. На плате применен монтаж с частичным использованием SMD-элементов (элементов для поверхностного монтажа). SMD-элементы имеют малые габариты, поэтому могут быть помещены на обеих сторонах печатной платы. При их установке нет необходимости в сверлении отверстий под выводы.Разрабатываемая конструкция устройства должна соответствовать данным требованиям. Необходимо обеспечить технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты, а также предусмотреть возможность замены на аналогичное устройство.В данном ФУ нет параметра, влияющего на конструкцию ПП.Так как устройство должно обладать виброустойчивость и удароустойчивостью, то ячейка будет для блока разъемного типа и по ГОСТ 52003-2003 будет моделироваться пластиной с жестким закреплением всех сторон. Ячейка будет представлена в рамочном исполнении.5.7 Разработка конструкции модуляДля дальнейшего процесса проектирования необходимо выбрать критерии и методы конструирования.Целью конструирования данного устройства является построение конструкции, которая, в первую очередь, будет обладать большими функциями, чем прототип, а также, по возможности, будет дешевле, будет поддерживать большее число датчиков, чем прототип, будет иметь наименьший потребляемый ток и напряжение питания, работать при отрицательных температурах.Далее необходимо сформулировать и произвести анализ комплекса задач проектирования. Вследствие того, что импульсный блок питания – прибор, выдвигаюший очень большие требования к конструкции РЭА, а также из-за того, что прототип не имеет готового конструктивного решения, а имеет только готовую электрическую принципиальную схему, важной (возможно основной) задачей данного проекта является создание конструкции устройства, то есть материальная реализация принципиальной схемы прототипа. Важными конструкционными параметрами ИИП являются ударопрочность, пыле- и влагозащищенность, долговечность, компактность.Второй комплекс задач проектирования включает в себя модернизацию, обновление практически всех компонентов схемы. Исходя из уровней сложности задач проектирования, видно, что в процессе проектирования будет создана конструкция устройства, произойдут существенные изменения среди элементов прототипа, а также изменятся некоторые параметры схемы устройства прототипа.Обзор существующих методов контроля готовых изделий и измерения их параметровГотовое радиотехническое изделие это общее понятие, которое включает в себя множество конкретных изделий разного уровня сложности. Таковым изделием может быть и радиолокационная станция и блок питания компьютера, телевизор, радиоприемник. Тем не менее все эти изделия объединяет этап завершающий процесс изготовления того или иного изделия. Это процесс контроля готового изделия.К типовым испытаниям относятся испытания на устойчивость к климатическим и механическим воздействиям. Таким образом, видно, что многообразие видов контроля готового изделия сводится к тем или иным измерениям параметров готового изделия указанным в технических условиях (ТУ) на это изделие.Единство измерений может быть выполнено при соблюдении двух основополагающих условий: - выражение результатов измерений в узаконенных единицах; - установление допускаемых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности. Для подтверждения заданных параметров указанных в ТУ на единичное изделие, партию изделий, партию изделий изготовленных в разное время и на разных заводах изготовителях, необходимо, чтобы измерения, проводимые на разных предприятиях, проводимых в разное время отвечали бы критерию истинности. Эту сложную задачу берет на себя наука метрология. Одной из главных задач метрологии является обеспечение единства измерений. Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. 6.РАЗРАБОТКА ПО СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПИЛОТА6.1 Разработка алгоритма работыПод алгоритмом управления понимается описание процедуры обработки информации о наблюдаемые переменные состояния с целью определения управляющих воздействий, реализуемых для получения требуемых показателей управляемого процесса как в установившемся, так и в переходном режиме.Для упрощения задачи программиста при написании программного обеспечения для контроллера технолог должен предварительно составить алгоритм управления, который, в свою очередь, должен давать четкое представление о том, какую последовательность действий нужно произвести, чтобы наилучшим образом решить поставленную задачу.Отдельные функциональные действия, выполняемые в ходе основной программы, для удобства, выполнены в виде подпрограмм[9].Алгоритм программы управления безопасностью пилота представлен на рисунке 6.1При подаче питания система инициализирует текущее состояние, наличие подключенных модулей и датчиков после этого запускается подпрограмма измерения текущих параметров.Рисунок 6.1 – Алгоритм работы системы измеренияВ подпрограмме происходит измерение мгновенных значений текущих параметров, а также их усреднение за заданный промежуток времени. После сохранения измеренных значений происходит возврат в основную подпрограмму.Далее в зависимости от результатов измерений происходит либо формирование и реализация управляющего воздействия, либо возврат к подпрограмме измерения.Рисунок 6.2 – Блок схема подпрограммы таймераНа рисунке 6.3 представлена блок-схема подпрограммы обработки прерываний от UART(прием) Рисунок 6.3 – Блок схема подпрограммы приема данныхПрограмма работы микроконтроллера написана на языке ассемблер восьмиразрядных RISC микроконтроллеров семейства AVR фирмы ATMEL [24]. Архитектура RISC позволяет выполнять большинство команд за один такт.Программа не имеет команды останова и выполняется циклически пока микроконтроллер подключен к питанию. Основные команды и процессы описаны в комментариях в тексте программы.6.2 Интегрированная система разработки AVR StudioAVRStudio – это интегрированная отладочная среда разработки приложений для 8-разрядных RISC – микроконтроллеров семейств AVR (Tiny, Classic, Mega). Версия AVRStudio 4 объединяет средства управления проектами, текстовый редактор, Ассемблер и отладчик программ на языках Си и Ассемблер. Таким образом, AVRStudio 4 поддерживает проектировщика на стадиях разработки, отладки и верификации программного обеспечения. Кроме того, AVRStudio 4 поддерживает аппаратную платформу STK500, которая позволяет программировать все устройства AVR, и внутрисхемные эмуляторы ICE40, ICE50, ICE200, JTAGICE.AVR Studio состоит из нескольких панелей и модулей, каждый из которых выполняет часть общей задачи. Создание программ в среде AVR Studio происходит в виде проектов, каждый из которых имеет файл, сохраняющий информацию о проекте и входящих в него файлах, установки Ассемблера, пользовательские настройки и т. д.Описание: Atmel Studio 6 позволяет осуществлять разработку и отладку на платформах AVR, AVR32 и ARM, поддерживает большое количество средств программирования и отладки для этих платформ, содержит встроенный компилятор С/С++ (GNU GCC).Рисунок 6.4 – Внешний вид программы AVRStudioЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной выпускной работе была разработана автоматизированная система контроля безопасности пилота для применяя на воздушных суднах. Отличительными чертами, разработанной системы являются: возможность удаленного контроля и настройки, универсальность и хорошая масштабируемость, низкая, в сравнение с другими системами стоимость, применение различных типов датчиков, что делает данную систему очень универсальной. Система может устанавливаться на различных объектах малой авиации.В проекте проведен анализ существующих систем подобного рода в данных областях, проанализированы их недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция, ПО и приведены необходимые технико-экономические расчёты. При проектировании использовалась современная элементная база, а также применялись последние достижения проектирования систем контроля безопасностью пилота.Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.В заключительной части проекта описываются возможное влияние используемого оборудования, энергии, и условий работы на человека и окружающую среду; техника безопасности при работе с оборудованием.В качестве производственного помещения рассматривается аудитория, в которой установлен персональный компьютер.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВТрамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров / В. Трамперт; пер. с нем. – Киев.: МК-Пресс, 2006. – 208 с.Синилов В.Г. Системы охранной, пожарной и охранной-пожарной сигнализации: Учебное пособие / В.Г. Синилов. – М.: Академия, 2010. – 350 с.Кравченко А.В. 10 Практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008.–224с.; Ил.Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование / Под ред. У. Кестера. – М.: Техносфера, 2007. – 1016 с.Глонасс_GPS приемник GL8088S.Режим безопасности пилота: https://ptelectronics.ru/wp-content/uploads/glonass-priemnik_ml8088se.pdfСистема контроля и предотвращения несанкционированных полетов летательных аппаратов малой авиации в воздушном пространстве крупных городов и критически важных объектов. Патент №2343530. Режим безопасности пилота: http://allpatents.ru/patent/2343530.htmlВолович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств Г.И. Волович.– М.: Додэка-XXI, 2005. –528 с.SIM900D Harware Design Datasheet [Электронныйресурс]URL: http://www.amuroboclub.in/downloads/ebooks/GSM_MANUAL_SIM900_Hardware%20Design_V2.00.pdfMAX 13410E. RS-485 Transceiver. Datasheet [Электронныйресурс]URL. http://lib.chipdip.ru/974/DOC000974578.pdfATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 164. Datasheet [Электронный ресурс]URL.: http://atmel.ru.LM317. 1.2V to 37V voltage regulator. Datasheet [Электронный ресурс]URL:http://www.datasheetarchive.com/LM317T-datasheet.html..Никитинский В.З. Маломощные силовые трансформаторы / В.З. Никитинский. – М.: Энергия, 1968. – 47 с.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. – 240 сПетров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / И.В. Петров. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 с.Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров /А.-Й. К. Марцинкявичюс, Э.-А. К. Багданскис, Р.Л. Пошюнас и др.; Под. ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса. – М.: Радио и связь, 1988. – 224 с.Интегральные микросхемы: микросхемы для линейных источников питания и их применение. – М.: ДОДЭКА, 1998. – 400 с.Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11 / Д.В. Кирьянов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации. – М.: Экономика, 1991.– 44 с.Мазель Б. Трансформаторы электропитания / Б. Мазель. – М.: Энергоиздат, 1983. – 78 с. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя / А.В. Евстифеев. – М.: Додека-XXI, 2007. – 592 с.Хемминг Р. В. Цифровые фильтры / Р.В. Хемминг. – М.: Недра, 1987. – 221 с.Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд. – М.: Мир, 1978. – 847 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. – М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Описание шины CAN [Электронный ресурс] /ООО «ИТТ-Лтд». – URL: http://www.itt-ltd.com/reference/ref_can.html. – дата обращения: 11.11.2015.Солодянкин С. RS–485 против Ethernet в системах СКУД / С. Солодянкин// Алгоритм безопасности.–2008. – № 4.– С. 32-35.Локотков А. Интерфейсы последовательной передачи данных. Стандарты RS-422/RS-485// СТА.– 1997. № 3Воздушная навигация и элементы самолетовождения: Учеб. пособие В. Я. Мамаев, А. Н. Синяков, К. К. Петров, Д. А. Горбунов; СПбГУАП. СПб., 2002. 256 с.: ил. Бузыкин Г. А., Вертоградов В. И., Подашевский М. В.Радиотехническое оборудование летательных аппаратов. М., Воениздат, 1970, 416 с.Методическое указание «Оценка показателей безотказности технического устройства на этапе проектирования» Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева (КАИ).Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование.: Пер. с англ. — К.: "МК-Пресс", 2007. — 288 е., ил.ГОСТ 13.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования: Учебное пособие. – М.: Издательство Стандартов, 1996. – 109 с.