Частотомер многофункциональный на однокристальном микроконтроллере АТ89С2051

Плата изготовлена химическим методом (травление в хлорном железе FeCl3 ГОСТ4147-65). Дорожки наносим краской ТНПФ ТУ29-02-35-9-70. Плата изготовлена по ГОСТ23732-79, группа жесткости 1, класс точности 2. Отверстия под выводы и крепление элементов выполнены в узлах координатной сетки с шагом 2,5 (мм). В углах платы выполнены отверстия для крепления платы – диаметр 3(мм). Медные проводники выполн

ены по координатной сетке и ширина проводников 0,75±0,3 (мм). В узких местах допускается занижение проводников и контактных площадок до 0,15 (мм). Расстояние между проводниками не менее 0,3 (мм). Маркировка элементов выполнена белой краской ТУ029-02-859-78 с обеих сторон, шрифт 2, маркировка на чертеже указана условно.

3.2 Разработка модуля частотомера на однокристальном микроконтроллере АТ89С2051

Модуль представляет собой ПП прямоугольной формы с установленными элементами. Все элементы схемы электрической принципиальной ГЮИК.411140.001Э3 установлены на плате, кроме кнопок SB1, SB2 и ЖКИ индикатора HQ1. Эти элементы крепятся к передней панели с помощью клея. Также по схеме электрической принципиальной выполнен и электромонтаж элементов. Все элементы на плату устанавливаются вертикально и крепятся посредством пайки к контактным площадкам припоем ПОС-61 ГОСТ21931-76. Микроконтроллер устанавливается в специальный разъём, припаянный к плате.

Печатная плата крепится к корпусу с помощью четырёх винтовых соединения М3х1х7. Расположение и установку элементов производить по ОСТ4 Г0.010.030-81. Габаритные размеры модуля печатной платы (МПП): длина – 105мм, ширина – 105мм, высота – 28мм. Масса – 300г.

4 Аналитическое обоснование принятых конструктивных решений частотомера

4.1 Расчет частоты собственных колебаний печатной платы (ПП)

Плата закреплена в четырех точках по углам. Размер печатной платы 95х85(мм). Расчет частоты собственных колебаний ПП выполняется по формуле 4.1:

, (4.1)

, (4.2)

где: D – цилиндрическая жесткость платы

n, m=1 – произвольные целые числа, определяющие основной вид колебаний

Е=2,1×1010(Н\м2) – модуль упругости 1го рода материала платы

r=1,6×103(кг\м3) – удельная плотность материала платы

а=95(мм) – длина платы

b=85(мм) – ширина платы

D=1,5(мм) – толщина платы

m=0,25 – коэффициент Пуансона

Подставляя коэффициенты в формулы 4.1 и 4.2, находим частоту собственных колебаний ПП:

Таким образом, частота собственных колебаний платы составила 76,038(кГц). Определим коэффициент динамичности h на частоте f=1(кГц), h - показывает, во сколько раз увеличится деформация (прогиб) платы при действии синусоидальной вибрационной нагрузки f, по сравнению с деформацией, обусловленной статической нагрузкой (т. е. деформацией за счет силы тяжести элементов расположенных на плате).

, (4.3)

4.2 Оценка прочности и жесткости элементов конструкции при действии статических нагрузок

Статические нагрузки обусловлены непосредственным действием сил тяжести и реакции опор. Для решения задачи выбираем систему координат: OXY – параллельна основанию платы и проходит через середину её толщины, начало координат выбирается в центре платы, OZ – направлено вертикально вниз. Ось OX – параллельна большей стороне а=95(мм), меньшая сторона b=85(мм). Закрепление платы соответствует жесткому закреплению всех сторон платы.

Находим величину удельной статической нагрузки:

, (4.4)

где: miэ, mпл – соответственно массы всех элементов и узлов размещенных на плате, и масса платы (кг)

S – площадь поверхности платы (м2)

Находим изгибающий момент вокруг оси ОУ – Мх, приходящийся на единицу длины стороны b с коэффициентом k1=0,025 – используется для случая жесткого закрепления четырех сторон ПП:

Мх=k1×qст×b2=0.025×280.619×0.0852=0.051, (4.5)

Находим изгибающий момент вокруг оси ОХ – Му, приходящийся на единицу длины стороны а с коэффициентом k2=0,022 – используется для случая жесткого закрепления четырех сторон ПП:

Му=k2×qст×а2=0.022×280.619×0.0952=0.056, (4.6)

По максимальным значениям Мх и Му определяем, максимальное нормальное напряжение в сечении, перпендикулярном оси ОХ и ОУ в начале координат:

, (4.7)

, (4.8)

Тангенциальные напряжения, действующие в этих сечениях, по величине значительно меньше sхmax и sуmax, и их можно не учитывать.

Рассчитываем максимальную деформацию прогиба платы:

, (4.9)

где: k3=0,017 – коэффициент, зависящий от отношения сторон платы и способа закрепления Е=2,1×1010(Н\м2) – модуль упругости 1го рода материала платы

Рассчитали фактические значения напряжений и деформаций. Теперь сравним их с допустимыми значениями. Которые рассчитываются по формуле 4.10:

, (4.10)

где: sВ=3,1×108(Н\м2) – временное сопротивление

Кпр=4 – коэффициент запаса прочности для статических нагрузок

Определяем допустимую величину деформации:

[h]=0.25×D=0.25×0.0015=0.000375 (4.11)

Фактическая величина деформации h=0,00032 меньше допустимой [h]=0,000375.

Решим задачу синтеза, т. е. определение необходимой толщины сечения платы. Из условия обеспечения прочности можно использовать формулу 4.12:

, (4.12)

Для нахождения толщины сечения, из условий обеспечения требуемой жесткости, воспользуемся формулой 4.13:

, (4.13)

По результатам расчета определили, что фактические значения прочности и жесткости элементов конструкции при действии статических нагрузок меньше допустимых значений этих нагрузок, и соответствую т выбранной конструкции, и выбранным элементам конструкции.

5.Разработка конструктивной документации с применением САПР

В настоящее время существует множество программ для разработки конструкторской документации, такие как AutoCad, Pcad, Smart Artwork, Or-Cad и другие. В данном курсовом проекте использовались программы Auto-Cad и OrCad так как, на мой взгляд, они наиболее просты в эксплуатации и решают все поставленные задачи. Программа OrCad служит для проектирования печатных плат, работа с которой будет изложена в последующих пунктах, а программа "AutoCad 2000" служит для реализации конструкторских решений.

 Скачать реферат