Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля (стр. 6 из 17)
– стабілізування напруги від 5,5 В до UIN ;
– 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:
UВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),
що відповідає
UВИХ=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=КПІДС·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 PTOT на мікросхемі L6902 за формулою.
Вихідні умови:
– вхідна напруга UIN = 12 В;
– вихідна напруга UOUT = 4,2 В;
– вихідний струм IOUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);
– опір внутрішнього ключа RDSON = 0,4 Ом (середнє значення);
– час перемикання типовий TSW = 70 нс;
– струм споживаний самою ІС IQ = 2,5 мА;
Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.
Вона становитиме:
,де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth 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 PTOT на мікросхемі MAX1692.
Вихідні умови:
– вхідна напруга UIN = 4,2 В;
– вихідна напруга UOUT = 3,15 В;
– вихідний струм IOUT = 0,1 А, рівний сумі струмів споживаних елементами схеми, (табл. 3.3);
– опір внутрішнього ключа RDSON = 0,6 Ом (середнє значення);
– час перемикання типовий TSW = 50 нс;
– струм споживаний самою ІС IQ = 85 мкА;
Отже теплові втрати становлять 0,024 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.
Вона становитиме:
,де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth 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: