Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления тепловыми процессами

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский Государственный  Университет

Информатики и Радиоэлектроники

 

Кафедра Электронно Вычислительных Средств

Факультет Компьютерного Проектирования

К защите допустить

Заведующий кафедрой

д. т. н. профессор :

__________/ Петровский А.А. /

«_____»_______________2002г.

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

НА ТЕМУ:

Разработка  конструкции и технологии изготовления модуля управления тепловыми процессами.

 

 

Дипломник:		________________	(   Чабан Д.В.      )
Руководитель:		________________	(   Соколов В.Б.   )
Консультанты:
	по экономике:	________________	(   Слюсарь Т.Л.  )
	по охране труда и экологической  безопасности:	________________	(   Навоша А.И.   )
	нормоконтроль:	________________	(   Соколов В.Б.   )
Рецензент:		________________	(                            )

 

Минск 2002 г. 

Содержание.

 

 

1. Введение.

В настоящее время существует множество  конструкторских центров по созданию промышленной аппаратуры и разработке новых технологий, внедряемых в производство. Исходя из тяжелого экономического положения, существующего в нашей стране и жесткой конкуренции, продукция должна отвечать мировым стандартам и всем требованиям потребителей.

На плечи конструктора ложится сложнейшая задача по созданию новой аппаратуры. Создаваемые РЭС должны совмещать экономическую эффективность и конкурентоспособность.

На основании вышесказанного любую  разработку необходимо начинать с изучения факторов и условий эксплуатации.

Модуль управления температурными процессами является устройством, регулирующим температуру в различных тепловых процессах. Регулировка температуры  непосредственно связана с ее изменениями.

Современная термодинамика определяет температуру как величину, выражающую состояние внутреннего движения равновесной макроскопической системы и определяемую внутренней энергией и внешними параметрами системы. Непосредственно температуру измерить невозможно, можно лишь судить о ней по изменению внешних параметров, вызванному нарушением состояния равновесия благодаря теплообмену с другими телами.

Каждому методу определения температуры, в основе которого лежит зависимость  между каким-либо внешним параметром системы и температурой, соответствует  определенная последовательность значений параметра для каждого размера температуры, называемая температурной шкалой. Наиболее совершенной шкалой является термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина). Практическая ее реализация осуществляется с помощью Международной практической температурной шкалы (МПТШ), устанавливающей определенное число фиксированных воспроизводимых реперных точек, соответствующих температуре фазового равновесия различных предельно чистых веществ.

Исходным эталоном температуры  является комплекс изготовленных в разных странах мира газовых термометров, по показаниям которых определяются численные значения реперных точек по отношению к точке кипения химически чистой воды при давлении 101325 Па, температура которой принята равной 100.00 °С (373.15 К точно). Для практического воспроизведения и хранения МПТШ международным соглашением установлены единые числовые значения реперных точек, которые с развитием техники время от времени уточняются и корректируются.

 

 

2. Анализ технического задания.

2.1. Назначение.

Разрабатываемое устройство предназначено  для контроля и управления различными технологическими производственными процессами, где требуется повышенная точность поддержания значения измеряемого параметра.

2.2. Основание для разработки.

Основанием для разработки устройства является задание на дипломное проектирование.

2.3. Источники разработки.

Устройство должно быть разработано  на базе уже существующих схемных  решений аналогичных устройств.

2.4. Технические требования.

2.4.1. Состав изделия и принцип работы.

Устройство собрано  на процессоре AT89S8252 фирмы ATMEL. Реализована возможность записи изменений температуры на внешний носитель DS1996 фирмы Dallas Semiconductor, который представляет собой энергонезависимый модуль памяти 64к NVRAM.

2.4.2. Устройство должно иметь следующие технические параметры:

• Устройство разрабатывается на базе микропроцессора AT89S8252.
• Конструктивно устройство выполняется в виде отдельного блока.
• Напряжение питания ≈220 В.
• Мощность, потребляемая прибором от сети электропитания, не должна превышать 4 Вт.
• Габаритные размеры не более 100х50х150.
• Устройство должно обеспечивать запись на модуль памяти DS1996.

2.4.3. Требования к надёжности.

Средняя наработка на отказ должна быть не менее 10000 часов в нормальных условиях эксплуатации.

Среднее время восстановления прибора обслуживающим персоналом должно быть не более 2 часов. После восстановления работоспособности устройство должно сохранять показатели назначения, указанные в данном пункте. Средний срок службы не менее 10 лет с учётом ремонтно-восстановительных работ.

2.4.4. Конструкторско-технологические требования.

Конструкция устройства должна обеспечивать свободный доступ к составным  элементам изделия при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ.

Материалы и комплектующие изделия  должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

Показатели технологичности конструкции  изделия должны соответствовать  ГОСТ 14.201-73.

Устройство должно удовлетворять  требованиям эргономики по ГОСТ 12.2.032-78, ГОСТ 12.2.033-78 и общим требованиям эстетики по ГОСТ 24750-81.

2.4.5. Условия эксплуатации.

Разрабатываемое устройство должно быть рассчитано на эксплуатацию в условиях по ГОСТ 21552-84 (группа3) при температуре  от -25 до +50 ˚С и относительной влажности 40 - 80% при 35 ˚С.

Устройство должно быть устойчиво  к воздействию атмосферного давления от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм. рт. ст. ).

По стойкости к климатическим  и механическим воздействиям устройство должно соответствовать ГОСТ 21552-84.

2.4.6. Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению.

Маркировка разрабатываемого устройства должна соответствовать ГОСТ 21552-84. она должна содержать:

• Полное торговое наименование по ГОСТ 26794-85.
• Торговый знак и (или) наименование предприятия изготовителя.
• Месяц и год выпуска.
• Отметку ОТК предприятия изготовителя.
• Порядковый номер изделия по системе нумерации предприятия изготовителя.
• Предупредительные знаки по ГОСТ 12.2.006.
• Обозначение стандарта на модуль.
• Дополнительные требования (определяет предприятие изготовитель).

Место и способ нанесения маркировки устанавливается в ТУ на модуль. Транспортирование приборов осуществляется всеми видами закрытого транспорта с соблюдением правил и норм, действующих на каждом виде транспорта.

Приборы следует хранить на стеллажах  в транспортной таре предприятия  изготовителя. Расстояние между стенами, полом хранилища и приборами должно быть не менее 100 мм. расстояние между отопительными устройствами хранилищ и приборами должно быть не менее 0.5 м.

2.5. Экономические показатели.

Тип производства – единичное.

2.6. Порядок испытаний.

По ГОСТ 11478-88 аппаратуру в зависимости  от условий эксплуатации  подразделяют на 4 группы.  Разрабатываемое устройство относится к группе 1 (условия эксплуатации - в  производственных помещениях).

На аппаратуру этой группы действуют  следующие дестабилизирующие факторы :

• синусоидальные вибрации;
• различные механические воздействия при транспортировке;
• пониженная и повышенная температура среды;
• повышенная влажность воздуха;
• воздействие пыли.

Для того, чтобы выяснить, как поведет  себя аппаратура при воздействии этих факторов, а также для проверки соответствия ее установленным в техническом задании требованиям, проводят испытания  аппаратуры на воздействие внешних механических и климатических факторов.

Опытный образец изделия должен быть подвергнут предварительным и приёмо-сдаточным испытаниям. Они должны проводиться на соответствие требованиям ТЗ по согласованным и утверждённым программе и методике.

 

 

3. Анализ известных разработок по теме дипломного проекта.

Характерной чертой  научно-технического прогресса, определяющей мощный дальнейший подъем  общественного производства, является широкое внедрение электроники во все отрасли народного хозяйства.

Современная  электронная  цифровая вычислительная техника широко применяется  в народном хозяйстве. В настоящее время создано четыре поколения ЭВМ с улучшающимися технико-экономическими показателями, что способствует  дальнейшему расширению  сферы применения  ЭВМ  и  их  эффективности.

Четвертое поколение ЭВМ на основе интегральных схем  с  большой  степенью интеграции элементов (БИС)  появилась в начале 70 - х  годов и существенно изменило параметры  ЭВМ всех   классов. Вместе с тем возник совершенно новый  класс ВТ на  основе БИС - микропроцессорные вычислительные машины - микроЭВМ.

В конце 70 - х годов в результате интеграции всех электронных устройств ЭВМ в одном кристалле были созданы однокристальные микроЭВМ, вычислительная мощность которых не уступает  вычислительной  мощности средних ЭВМ начала 70 - х  годов.

Микропроцессоры  и микроЭВМ стали  новым массовым классом ЭВМ вследствие  малой   материалоемкости и стоимости, низкого энергопотребления и высокой надежности. Отечественной промышленностью ежегодно производится несколько десятков тысяч микроЭВМ, сотни тысяч микропроцессоров и микрокалькуляторов на их основе. Разрабатываются операционные системы общего применения и стандартное программное обеспечение микроЭВМ.

Массовость этого нового класса и его высокие  технико-экономические  параметры оказывают революционизирующее  влияние на целое поколение приборов, оборудования, агрегатов со встроенными микропроцессорными средствами.

Микропроцессоры и микроЭВМ применяют  в различных областях народного  хозяйства (в управлении технологическими процессорами, информационных и измерительных комплексах, энергетике, медицине и др.). На базе выпускаемых микропроцессоров и микроЭВМ созданы высокопроизводительные устройства числового программного управления. Крупносерийное производство ряда моделей мини - ЭВМ позволяет начать работы по созданию нескольких типов проблемно - ориентированных комплексов для автоматизации научных исследований и технологических процессов. Особое значение микроЭВМ приобретают в связи с реализацией школьной реформы.  МикроЭВМ положены в основу  организуемых в каждой школе учебных классов по дисциплине “ Основы информатики и вычислительной техники”.

Построение ЭВМ на основе микропроцессорных  БИС позволяет уменьшить стоимость  микроЭВМ, сравнимых по  своим  параметрам с ранее созданными ЭВМ, в 103 - 104 раз , габаритным размерам - в ( 2 - 3 ). 104 раз , по мощности потребления  -  в 105 раз. Это означает , что без увеличения общих затрат микроэлектронная технология позволяет  обществу  произвести в сотни и тысячи раз больше ЭВМ , чем ранее.

Микропроцессор – функционально  законченное устройство обработки  информации, управляемое хранимой в памяти программой. Появление микропроцессоров (МП) стало возможным благодаря развитию интегральной электронике. Это позволило перейти от схем малой и средней степени интеграции к большим и сверхбольшим интегральным микросхемам (БИС и СБИС).

По логическим функциям и структуре  МП напоминает упрощенный вариант процессора обычных ЭВМ. Конструктивно он представляет собой одну или несколько БИС  или СБИС.

По конструктивному признаку МП можно разделить на однокристальные  МП с фиксированной длиной (разрядностью) слова и определенной системой команд; многокристальные (секционные) МП с наращиваемой разрядностью слова и микропрограммным управлением (они состоят из двух БИС и более).

В последнее время появились  однокристальные МП с микропрограммным управлением.

Архитектура многокристального МП с микропрограммным управлением  позволяет достичь гибкости в  его применении и сравнительно простыми средствами организовать параллельное выполнение отдельных машинных операций, что повышает производительность ЭВМ на таких МП. 

Несмотря на то, что возможности  многокристальных МП существенно выше, чем у однокристальных, многие прикладные задачи успешно решаются на основе однокристального микропроцессора.