Прилад прийому та обробки метеорологічних даних (стр. 6 из 18)
(7)де: N – кількість вітків катушки,
L – індуктивність катушки у мкГн,
R – радіус вітка катушки у дюймах,
Н – висота катушки.
Обчислимо:
Звідки взявши висоту катушки 0,1 дюйма, а радіус катушки 0,025 дюйма, обчислимо кількість вітків:
(8)
Знайдемо амплітуду сили тока, та силу тока в пучності:
(9)
Для чвертьволнового вібратора опір випромінювання, віднесений до пучності тока складає RΣп 37Ом.
Візьмемо опір втрачень у антені Rп = 7Ом.
Від прийомо-передавального пристрою до антени підводиться потужність Pa = 10мВт.
Обчислимо:
(10)Знайдемо КПД антени:
(11)
Обчислимо: ηa=0,84.
Знайдемо максимальну напруженість електричного поля на відстані 5 кілометрів від антени:
(12)де: r – відстань від антени для вимірювання;
Е – напруженність електричного поля.
Обчислимо:
Е = 60∙0,03/5000 = 0,36 мВт/м.
Що перевищує показники чутливості приймача, та є достатнім для передачі сигналу.
7. Розробка конструкторського виконання приладу
7.1 Розміщення мікросхем усередені приладу
Оскільки основні мікросхеми приладу мають невеликий розмір, та схожі електричні параметри, їх можна розмістити на одній печатній платі, що кріпитиметься чорирьма штирами до корпусу.
Запропонуємо пласмасове виконання корпсу приладу.
Розглянемо розміри елементів мікросхем приладу, щодо їх розміщення на печатній платі.
- прийомо-передавальний пристрійXE1201A – 25х25х5 мм;
- мультиплексор IW4053B – 19х7,5х5 мм;
- компаратор TLC339 – 19х7,5х5 мм;
- мікросхема “виключаюче або” 74ALS86 19х7,5х5 мм;
- мікросхема “або” SN7432 19х7,5х5 мм;
- стандартне рознімання lpt-порту DB-25S 40х7 мм.
Для розміщення мікрохем використаємо печатну плату розміром 45х60 мм. Представимо розміщення елементів на печатній платі у масштабі 1:1 (рис. 7.1.1):
Рисунок 7.1.1. Умовне розміщення основних мікросхем приладу на печатній платі.
- XE1201A (1) – прийомо-передавальний пристрій;
- IW4053B (2) – обробка сигналу для передачі;
- TLC339 (3), 74ALS86 (4), SN7432 (5) – обробка прийнятого сигналу.
7.2 Забезпечення живлення приладу
Для забезпечення живлення приладу використовуватимемо підзаряджувані акумулятори.
Наприклад запропонуємо нікельметалгідридний акумулятор:
вихідна напруга 1,2В;
ємкіть укумулятора 800 mA/ч;
розміри 16х16х8 мм.
Якщо послідовно включити три таких акумулятори, отримаємо вихідну напругу живлення 3,6 В, що буде достатньо для подання живлення на будь-яку з обраних мікросхем.
Розглянемо основні елементи, які будуть включені у корпус приладу:
- головна печатна плата приладу(2);
- блок живлення приладу(1);
- вихідне рознімання приладу DB-25S(3);
- закріплення антени(4).
Зобразимо усі основні блоки приладу у масштабі 1:1 (рис. 7.2.1):
Як бічимо, для розміщення основних блоків приладу у корпусі, достатньо використати корпус, розміром 108х50х20 мм.
Рисунок 7.2.1. Розміщення основних блоків приладу у корпусі.
7.3 Зовнішній вигляд приладу
Усі елементи приладу будуть розміщені у пластмасовому корпусі, розміром 105х50х20 мм, оскільки штирьова антена має довжину 107,5 мм, її доцільно було б розмістити “вздовж” корпуса, зовнішній вигляд приладу матиме такий вигляд (рис. 7.3.1).
Для якомога кращого прийому та передачі даних, антена має бути розташована горизонтально до земної поверхні. Тому запропонуємо два види розташування приладу під час роботи з ним. У вигляді “зачіпки” (рис. 7.3.2 (а)), та у вигляді стойки (рис. 7.3.2 (а)).
 |  |
Рисунок 7.3.1. Зовнішній вигляд приладу.
 |
 |
Рисунок 7.3.2(а,б). Розташування та закріплання приладу під час роботи з ним.
7.4 Розрахунок ударостійкості
Зробимо необхідні розрахунки, щодо ударостійкості приладу при падінні з певної висоти.
Візьмемо початкові умови:
висота падіння приладу h = 1м;
пружність поверхні при падінні h0п = 1 мм;
пружність корпусу приладу h0к = 2мм;
початкова швидкість падіння v0 = 0 м/с;
будемо вважати, що пришвидшення a0 під час „тормозного шляху” приладу при падінні є рівномірним.
Довжина „тормозного шляху” приладу дорівнює суммі пружності поверхні та корпусу приладу
h0 = h0п + h0к (1)
Швидкість приладу при падінні становитиме
v = v0 + gt = 10t (2)
Шлях при падінні визначаємо за формулою:
(3)
Отже час падіння визначаємо як:
(4)
Швидкість тіла у момент падіння
(5)Визначимо прискорення приладу у момент падіння (деформацію корпусу приладу та поверхні падіння приймаємо рівномірній у часі):
Отже ударостійкість приладу має складати a = 1,33 104, або 1,33 103g.
Сумарну вагу головної мікросхеми приладу, що кріпитиметься на штирьові опори корпусу приймемо 50 г.
, або (6)
Візьмемо чотири штирьові опори для фіксації мікросхеми усередені копруса.
Оскільки максимальне навантаження на закріплення мікросхеми становитиме при горизонтальному навантаженні на штирьові опори, тобто при горизонтальному падінні мікросхеми (рис. 7.1).
Рисунок 7.1 Закріплення плати до корпуса.
s – довжина штиру;
d – діаметр штиру;
F – сила, що діє на штир при падінні.
Зробимо розрахунок діаметру капронового штиру, який витримає нагрузку при падінні:
Для капрону максимальна припустима напруга складатиме 30 Мпа.
(7)
σmax – максимальна напруга, Па;
Мх – момент при падінні Н∙м.
Для циліндричного штиру маємо:
(8)
Момент при падінні:
(9)
Тобто
(10)
Звідки:
Отже для закріплення головної плати на корпусі використаємо 4 капронові штири діаметром 4,5 мм.
8. Техніко-економічне обгрунтування розробки
8.1 Опис виробу
Апаратний продукт “прилад прийому та обробки метеорологічних даних”, розроблений в даному проекті (далі – прилад), є складовою частиною комплексу збирання та обробки метеорологічних даних (далі – комплекс) і потрібен для прийому та обробки метеорологічних данних від окремих збираючих модулів комплекса та їх подальшої обробки.
Продукт представляє собою конструктивно закінчений вироб, що підключається для передачі даних в ПК через паралельний порт.
Середня нароботка на відмову приладу становить не менше 8 000 годин.
Розробка вказаного апаратного продукту завершується створенням і передачею замовнику принципової схеми пристрою та супроводжувальної документації.
8.2 Дослідження і аналіз ринків збуту
8.2.1 Сегментація ринку по споживачах
Вироб орієнтований на наступні категорії споживачів:
Сегментація ринку по споживачах наведена у таблиці 8.1.
Таблиця 8.1 – Сегментація ринку за категоріями споживачів.
| Області використання (сегменти) | Код сегмента |
| Спеціалізовані метеорологічні установи | А |
| Сільське господарство | Б |
| Інші оргаізації | В |
Результати аналіза ємності сегментів ринку збуту наведені у таблиці 8.2.
Таблиця 8.2 – Ємність сегментів ринку
| Область використання, Код сегмента | Кількість об’єктів, що використовують вироб, шт. | Передбачуване число продажів одному об’єкту, шт. | Передбачувана ємність сегмента, шт. |
| А | 10 | 5 | 50 |
| Б | 50 | 1 | 50 |
| В | 30 | 1 | 30 |
| УСЬОГО | 130 | ||
Передбачувана підсумкова ємність, можливо, зросте у зв'язку з розширенням ринку збуту за рахунок зарубіжних споживачів (збільшення частки експорту), так як ціна продукції, що виробляється в Україні значно нижче, ніж у зарубіжних конкурентів.