Системы стеклоочистителей ветрового стекла

РАЗДЕЛ 1

Аналитический обзор

 

В данном разделе приведены особенности устройства стеклоочистителя семейства ВАЗ (LADA), принцип действия и разновидности стеклоочистителей. Раздел включает обзор щеток стеклоочистителя и обзор существующих конструкций моторедукторов стеклоочистителей.

Микроконтроллеры

Основными причинами ложных срабатываний датчика дождя и загрязнений могут быть встречный автомобиль с включенными фарами в ночное время, въезд-выезд машины в туннель, затемнение деревьями или высотными домами, ночное освещение дорог.

Поэтому целесообразно не просто сравнивать напряжение фотодиода с уставкoй, но и так же следить за величиной и динамику изменения внешнего уличного освещения, а тaкже хранeние предыдущих состояний. Поэтому целесообразно использовать микроконтроллерное устройство, которое выполняла бы все эти функции, реализованные в программе микроконтроллера. Дополнительно на микроконтроллер можно возложить функции настройки, диагностики и обмена информации с бортовым компьютером автомобиля, по возможности обеспечить адаптивную многорежимную работу датчика с целью выявления ложных срабатываний дaтчикa дождя и загрязнений.

Так как все процессы измерения медленные по времени и не требуют высокой точности измерения, поэтому можно выбрать недорогой микроконтроллер, но обязательно имел внутренний аналого-цифровой преобразователь и контроллер коммуникационной последовательной связи.

Рассмотрим микроконтроллер AVR ATtiny15.

ATtiny15 является 8-ми разрядным CMОS микроконтроллером с низким уровнем энергопотребления, основанным на АVR RISC архитектуре. Благодаря выполнению высокопроизводительных инструкций за один период тактового сигнала, ATtiny15 достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц, обеспечивая рaзрaботчику возможность оптимизировать уровень энергопотребления в соответствии с необходимой вычислительной производительностью.

Ядро AVR содержит мощный набор инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра напрямую подключены к арифметико-логическому устройству, что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. В результате, данная архитектура имеет более высокую эффективность кода, при повышении пропускной способности, вплоть до 10 раз, по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC.

ATtiny15L имеет: 1 Кбайт Flаsh памяти, 64 байт EEPRОM, 6 линий I/O общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, 2 8-ми разрядных универсальных таймера/ счетчика, один с высокоскоростным выходом с ШИМ, встроенные генераторы, внутренние и внешние прерывания, программируемый следящий таймер, 4-х канальный, 10-ти разрядный АЦП с одним дифференциальным входом сигнала напряжения с опциональным х20 усилением, а также, три программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Режим ожидания «Idlex Mоde» останавливает CPU, но позволяет функционировать АЦП, аналоговому компаратору, таймеру/ счетчикам и системе прерываний. Режим подавления шумов АЦП обеспечивает высокопрецизионные АЦП- измерения путем остановки CPU и сохранения работоспособности АЦП. Режим экономии энергопотребления «Pоwer Dоwn» сохраняет содeржимoе регистрoв, но останавливает тактовые генераторы, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации. Функции активации, или прерывания при смене логического уровня на входе позволяет ATtiny15L быть высокочувствительной к внeшним сoбытиям, при сoхранении минимaльнoгo урoвня энергопотребления при нахождении в режимах экономии энергопотребления.

Устройство изготавливается с применением технологи энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel. Благодаря совмещению усовершенствованного 8-ми разрядного RISC CPU с Flаsh- памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получился высокопроизводительный микроконтроллер ATtiny15L, обеспечивающий гибкое и экономически- высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления, особенно в случае применения в зарядных устройствах, системах балластного освещения, и во всех типах приложений, использующих интеллектуальные сенсоры.

 

Вывод по разделу

Был проведен аналитический обзор среди существующих конструкций, на основании чего были поставлены следующие задачи:

1. Спроектировать структурную и электрическую принципиальную схемы блока автоматического управления стеклоочистителем;

2. Произвести расчет оптопары;

3. Произвести расчет генератор прямоугольных импульсов;

4. Произвести расчет схемы задержки;

5. Рассмотреть и описать технологию производства проектируемой установки.

 

 

РАЗДЕЛ 2

Конструкторская часть

 

В конструкторской части рассчитываются элементы оптопары, элементы генератора прямоугольных импульсов, элементы схемы задержки и составляются структурная и электрическая принципиальная схемы блока автоматического управления.

 

2.1 Структурная схема автоматической системы управления стеклоочистителем

Блок – схема разработанной системы управления стеклоочистителем изображена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 - Структурная схема автоматической системы управления стеклоочистителем.

 

В состав структурной схемы входят следующие узлы:

1. Подрулевой переключатель;

2. Блок управления стеклоочистителем;

3. Электродвигатель омывателя;

4. Электродвигатель стеклоочистителя;

Концевой выключатель.

 

Блок управления стеклоочистителем содержит следующие узлы:

- Схема задержки;

- Генератор прямоугольных импульсов (ГПИ);

- Электронные ключи (ЭК1, ЭК2);

- Датчик дождя.

Функциональные особенности узлов структурной схемы

Режимы работы устройства

По контактам подрулевого переключателя подаётся питание на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ). По переднему фронту импульса с выхода ГПИ открывается электронный ключ ЭК1, подавая напряжение на щётку электродвигателя стеклоочистителя. Щетки начинают двигаться. По заднему фронту импульса с выхода ГПИ закрывается электронный ключ ЭК1. В этот момент щётки стеклоочистителя находятся уже в непарковом положении. Концевой выключатель в непарковом положении щёток автоматически перебрасывает свои контакты, открывая электронный ключ ЭК2, что обеспечивает дальнейший ход щёток. Вернувшись в парковое положение, щётки остановятся. С приходом очередного импульса с ГПИ цикл повторится.

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя - режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в нефиксированное положение “0”. Далее система стеклоочистки работает описанным образом.

В промежутке времени когда подрулевой переключатель замкнут в положении “0” на стекло подаётся омывающая жидкость. При отпускании подрулевого переключателя, его контакты возвращаются в исходное положение и двигатель стеклоочистителя начинает работать. Накопленная в цепи задержки энергия поддерживает в открытом состоянии электронный ключ ЭК1 втечение времени, достаточного для совершения трёх циклов работы щёток стеклоочистителя (І, ІІ, ІІІ). Причём в конце третьего цикла доведение щёток в парковое положение производится посредством концевого выключателя.

Работа на первой скорости - режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение “1ск”. Питание через контакты подрулевого переключателя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При отмене режима, щётки вернутся в парковое положении посредством концевого выключателя.

Работа на второй скорости - в этом режиме работа стеклоочистителя происходит на повышенной скорости. Данный режим используется в случае интенсивного залива ветрового стекла (идёт ливень). В этом случае переключатель устанавливается в положение “2ск”. Питание якоря двигателя происходит через щётку смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

 

2.3 Выбор элементной базы узлов устройства

В качестве датчика загрязнения стекла выбрана оптопара EL817 с открытым оптическим каналом, особенностью которого является возможность управлять извне интенсивностью излучения, попадающего от излучателя к фотоприемнику оптопары.

Оптопара работает с компаратором К1401СА1. Это счетверенный компаратор среднего быстродействия (t_ЗАД≤120 нс) и небольшого тока потребления (I_ПОТ≤45 мА). Компаратор работает в диапазоне питающего напряжения 3…16,5В.

Параметры оптопары EL817:

прямой ток	20 мА
пробивное напряжение коллектор – эмиттера	15 В
напряжение насыщения коллектор – эмиттера	5 В

В качестве времязадающих элементов использованы таймеры КР1006ВИ1[2]. Они имеют следующие достоинства: небольшие размеры (восьмивыводной корпус DIP); минимальное количество и простота расчета времязадающих R,C-элементов обвязки; достаточно мощный выход (I_ВЫХ≈100мА) позволяет работать непосредственно на транзистор средней мощности КТ815А.

Транзистор КТ815А выбран с запасом по току, для того чтобы иметь возможность использования его без теплоотвода (постоянная рассеиваемая мощность без теплоотвода транзистора КТ815А Р_РАС=1ВТ) для снижения массогабаритных параметров [1].

Диоды КД522Б и КД106А выбраны из-за своих миниатюрных размеров, а следовательно, занимаемой площади на печатной плате. Немалую роль играет их доступность и дешевизна.

	Напряжение питания	от 3 до 15 В
	Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Iвых=5 мА при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Iвых=0,1 А	не более 9,35 В не более 2,5 В
	Выходное напряжение высокого уровня при Uп=5 В, Uср=1,8...2,8 В, Iвых=0,1 А при Uп=15 В, Uср=5,5...8 В, Iвых=0,1 А	не менее 2,75 В не менее 12,5 В
	Ток потребления при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Uвх=2,3...3,3 В при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Uвх=7...9,5 В	не более 6 мА не более 15 мА
	Ток сброса при Uп=15 В	не более 1,5 мА
	Выходной ток при Uп=15 В	не более 2 мкА
	Ток срабатывания	250 нА
	Время нарастания (спада)	300 нс
	Начальная погрешность при Uп=15 В	не более 3 %

Таблица 2.1. Электрические параметры микросхемы КР1006ВИ1

2.4 Принципиальная электрическая схема системы управления стеклоочстителем

Принципиальная электрическая схема разработанной системы управления стеклоочистителем приведена на листе ДП 1.140706.65.11.27.07 00 Э3.

Система стеклоочистки работоспособна при включённом выключателе зажигания и при наличии сигнала от датчика дождя. При переводе подрулевого переключателя в положении “0” из любых рабочих положений через выводы 53 и 53е накоротко замыкается обмотка якоря через основные щётки, чем обеспечивается динамическое торможение электродвигателя стеклоочистителя.

Рассмотрим работу системы управления стеклоочистителем в каждом режиме.

Работа устройства при прерывистом режиме

Для организации этого режима подрулевой переключатель переводится в положение 1, 2. Сигнал от датчика дождя подаётся на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ).

ГПИ построен на базе ИМС DD1 [2] (рисунок 2.2). Он генерирует сигнал с регулировкой длительности подстроечным резистором R4 и регулировкой паузы переменным резистором R3, расположенным в корпусе рычага подрулевого переключателя Длительность импульсов задаётся резисторами R1, R4 и конденсатором С1.Длительность паузы задаётся резисторами R2, R3 и конденсатором С1. Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С1.

 

Рисунок 2.2 - Схема генератора прямоугольных импульсов и осциллограммы его работы

 

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С1 заряжается от 0 до 2/3 Uп через резисторы R1, R4 и диод VD1 за время T0. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент T0, когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С1 начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп через диод VD2, резисторы R3, R2 и вывод 7 микросхемы DD1. Время T0 определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся импульсы. Конденсатор С2 снижает влияние помех на длительность формируемых импульсов.

В момент появления импульса на выходе ГПИ (момент времени t₁) открываются транзисторы VT1 и VT3, и питание +12 В от замкнутого выключателя зажигания (точка Н), через вывод 15 блока управления, точку M, к–э переход транзистора VT3, точку F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точку В, вывод 1 привода стеклоочистителя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя – щётки выходят из паркового положения. В момент времени t₂ щётки стеклоочистителя отклоняются на угол достаточный для переключения контактов концевого выключателя из нормальнозамкнутого положения 1–2 в положение 1–3. Во время отсутствия импульса напряжение на выходе ГПИ уменьшается практически до нуля, и транзисторы VT1, VT3 закрываются, а питание на электродвигатель стеклоочистителя подаётся посредством контактов 1–3 концевого выключателя. Замкнутые контакты 1–3 концевого переключателя обеспечивают открытие транзисторов VT2, VT4 тем самым подаётся питание электродвигателя стеклоочистителя по следующей цепи: +12 В от выключателя зажигания, точка Н, вывод 15 блока управления, точка M, к–э переход транзистора VT4, точка F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точка В, вывод 1 привода стеклоочистителя, щётка электродвигателя стеклоочистителя (момент времени t₂ – t₃ ). Электродвигатель останавливается (щётки не движутся) после возвращения щеток в парковое положение (момент времени t₃–t₄).

Таким образом, с приходом последующего импульса с ГПИ (момент времени t₄) цикл повторится.

Рисунок 2.3 - Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем

 

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя

Совместная работа стеклоочистителя и стеклоомывателя обеспечивается блоком управления. Для организации этого режима подрулевой переключатель из исходного положении “0” переводится в нефиксированное положение 5. Вследствие чего питание через выводы 53аh и W подрулевого переключателя подаётся на электродвигатель омывателя и схему задержки блока управления (вывод 86. блока управления стеклоочистителем).

Схема задержки состоит из следующих узлов:

- Времязадающая цепь (С3, R6, VD3);

- Резистивный делитель (R7, R8);

- Компаратор DA1.

При подачи питания на времязадающую цепь, потенциал в точке К мгновенно примет значение U_К-U_VD3= 11,6 В, что превышает значение потенциала в точке L (U_L=3 В), с выхода компаратора будет сниматься высокий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 откроются (момент времени t₀–t₁). При отключении питания времязадающей цепи в момент t₁, контакты подрулевого переключателя вернутся в положение “0” и цепь питания электродвигателя стеклоочистителя замкнётся, щётки стеклоочистителя начнут двигаться. В это же время конденсатор C3 начинает разряжаться через резистор R7. Диод VD3 препятствует разряду конденсатора С3 через электродвигатель омывателя. Как только потенциал в точке К станет меньше потенциала в точке L с выхода компаратора будет сниматься низкий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 закроются. За время разряда конденсатора С3 (t₁–t₂) щётки стеклоочистителя успевают сделать 3 цикла работы. В конце третьего цикла доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение (при необходимости) осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанном режиме (момент времени t₂–t₃).

Рисунок 2.4 – Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем (Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя).

 

 

Работа на первой скорости

Режим работы на первой скорости осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение 3. Питание через вывод 53а и 53 подрулевого переключателя, вывод 1 привода стеклоочистителя, подается на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При этом доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанных режимах

Работа на второй скорости

В этом случае подрулевой переключатель устанавливается в положение 4. Питание через вывод 53а и 53b подрулевого переключателя, вывод 2 привода стеклоочистителя, подается постоянно на щётку электродвигателя стеклоочистителя, смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

При выборе элементной базы принципиальной схемы, в качестве элементов DA1, выбираем микросхемы типа LM111N [19]. В качестве интегрального таймера DD1 по справочнику выбираем микросхему КР1006ВИ1 [16]. На рисунке 2.5 показана функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555).

Схема состоит из следующих узлов:

- Резистивный делитель (R1–R3);

- Два компаратора – верхний (ВК) и нижний (НК);

- Триггер памяти (Тр);

- разрядный транзистор (VT3);

- выходные транзисторные каскады (VT1, VT2).

Рисунок 2.5 – Функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555)

 

Резистивный делитель содержит три одинаковых резистора и подает на нижний по схеме компаратор напряжение U_н = Un/3, а на верхний – напряжение U_в = 2Un/3. Таким образом, если на выводе 2 таймера напряжение станет меньше, чем Uн, то на триггер пойдет сигнал установки в единицу, транзистор VT1 откроется и с выхода 3 таймера будет сниматься высокий уровень напряжения; если же напряжение на выводе 6 станет больше, чем U_B, то с верхнего компаратора на триггер придет сигнал установки в нуль, транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2 и VT3 откроются тем самым, образуя цепь: вывод 7 таймера – переход коллектор-эмиттер транзистора VT3– вывод 1 таймера.

 

 

Расчет элементов оптопары

Для начала расчета следует выбрать модель используемого светодиода. Выбирается модель АЛ 307, так как он полностью соответствует следующим критериям: низкая цена, необходимая сила света. Его характеристики:

Постоянное прямое напряжение, B, 4.

Максимальный постоянный прямой ток, мА 20.

Для расчета резистора к светодиоду необходимо знать напряжение в линии, что соответственно составляет 12 В.

Так как резистор и светодиод соединены последовательно, то через них будет протекать одинаковый ток I_vd. Этот ток должен быть равен номинальному току светодиода. Согласно второму закону Кирхгофа, напряжение источника питания U_пит разделится на напряжение на светодиоде U_vd и на напряжение на искомом сопротивлении U_r. Напряжение на светодиоде принимаем равным его номинальному напряжению. Тогда напряжение на сопротивлении будет равно тому что осталось от напряжения питания:

U_r = U_пит – U_vd

Теперь, зная необходимые значения напряжения на резисторе и тока протекающего через него, можно найти его сопротивление.

Закон Ома для участка цепи гласит, что величина тока, протекающего через участок цепи прямо пропорциональна приложенному к этому участку цепи напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Либо так:

I= U/R

Подставим в формулу закона Ома необходимые значения тока и напряжения и выразим значение сопротивления:

R = Ur/Ivd = (U_пит – U_vd)/I_vd

R = (12-4) В / 20 мА = 400 Ом

Результат 400 Ом. Из стандартного ряда значений номиналов резисторов следует выбрать больший, так как при выборе меньшего из значений ток в цепи будет большим, чем номинальный, что сократит срок службы светодиода. Следовательно подходящее значение из этих соображений 480 Ом.

При выборе резистора необходимо обратить внимание на его мощность рассеивания. Если взять резистор, мощность которого меньше рассчитанной, то он будет греться, а в конечном итоге может выйти из строя. Это в лучшем случае, а в худшем – нагрев резистора может вывести из строя соседние элементы. Мощность резистора можно рассчитать по формуле:

P = U∙I = U_r∙I_vd

Р = (12-4) В · 0,02 А = 0,16 Вт

Необходимо использовать резистор мощностью 0,25 Вт.

По сопротивлению и мощности и цене следует выбрать резистор С2-33Н-0,25Вт-480 Ом.

 

2.5.2 Расчёт элементов генератора прямоугольных импульсов

Генератор на основе интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555) формирует на выходе прямоугольные импульсы, параметры которых зависят от номиналов элементов времязадающих цепей. Весь расчёт ГПИ сводится к выбору конденсаторов С1,С2 и резисторов R1, R2, R3, R4.

При заряде конденсатора С1 напряжение на выводе 6 (2) возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением:

;

где

t _з - время заряда конденсатора С1.

Время заряда t з можно найти отсюда заменив Uc=2/3Uп. Тогда

Отсюда

При разряде конденсатора С1 напряжение на выводе 6 (2) уменьшается экспоненциально от 2/3Uп до 1/3Uп и определяется уравнением:

,

где

время разряда конденсатора С1

Подставив вместо Uc=1/3Uп получим:

Таким образом получим выражение для времени разряда:

Согласно [3] частота вращения вала моторедуктора стеклоочистителя в прерывистом режиме (первая скорость) составляет 45–65 об/мин. Один цикл работы щёток при этом составляет T_ц=1–1,3 с. Время заряда конденсатора С1 соответствует длительности импульса на выходе ГПИ. Этого времени должно быть достаточно для срабатывания концевого выключателя моторедуктора стеклоочистителя.

Принимаем минимальную длительность импульса T1min=t3min= 0,3 с.

время разряда tp конденсатора С1 соответствует времени, в течение которого стеклоочиститель сначала работает посредством концевого выключателя -T_КВ, и времени паузы -T_П.

T_П = Т2 – (Т_Ц – Т1_min)

Исходя из этого, принимаем минимальное время разряда конденсатора

С1 t_{P min} =4 c. При этом R3 следует считать равным нулю.

 

Принимаем С1=100 мкФ С2=0,1 мкФ.

Рассчитаем резисторы R1 и R4.

кОм

Выбираем из ряда Е24 R1=1,1 кОм, R=3,3 кОм.

Рассчитаем резисторы R2 и R3.

кОм

t_{р мin} соответствует минимальному значению сопротивления переменного резистора R3. Поэтому выбираем из ряда Е24 для резисторов кОм, кОм (R3_min≈0).

Проведем проверку временных параметров, используя полученные номиналы резисторов R1, R4.

с

с

Согласно рекомендациям, указанным в [2] В качестве диодов VD1, VD2 выбираем диоды КД 522А.

Таким образом, в положении движка подстроечного резистора R4=3,3 кОм длительность импульса на выходе ГПИ составляет T1min= t3min= 0,304 с. В положении движка переменного резистора R3 соответствующему R3=43 кОм время отсутствия импульса (“лог 0”) на выходе ГПИ составляет T2min= tрmin= 4,296 с. Рассчитаем длительность паузы работы стеклоочистителя.

с.

Результаты расчёта паузы работы стеклоочистителя при различных фиксированных положениях движка переменного резистора R3 сведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Расчёт паузы в работе стеклоочистителя

Сопротивление резистора R2, кОм	Сопротивление резистора R3, кОм	Время разряда конденсатора С1 (T2, с)	Пауза в работе стеклоочистителя (Тп, с)
	min	4,296	2,79
	1/3 R3	6,606	5,71
	2/3 R3	8,916	8,02
	max	11,226	10,33

 

2.5.3 Расчёт элементов схемы задержки

Расчёт делителя напряжения

Зададимся потенциалом в точке L U_L=3 В

Составим уравнение делителя:

,

отсюда .

Берём R7 + R8 = 100кОм, подставив в уравнение значения величин, получим:

кОм.

R7 = 100кОм – R8 = 100кОм - 25кОм = 75 кОм

Выбираем из ряда Е24 для резистора R7 = 75 кОм.

Выбираем из ряда Е24 для резистора R8= 24 кОм.

Рассчитаем потенциал в точке L, подставив значения R7, R8.

В

Расчёт времязадающей цепи

Общее выражение напряжения на конденсаторе С3 экспоненциально убывающее от питающего напряжения Uп до нулевого потенциала имеет вид:

Время разряда конденсатора С3 от Uп=12 В до UL= 2,9 В соответствует времени, в течение которого с выхода компаратора DA1 снимается высокий уровень напряжения(UE= Uп= 12 В), а значит и времени открытого состояния транзистора VT1, которое определяется из уравнения:

,

где время разряда конденсатора C3

Решив это уравнение для , получим:

Как уже было отмечено выше, один цикл работы щёток составляет TЦ=1 – 1,3 с. Исходя из этого, для обеспечения трёх циклов работы щёток стеклоочистителя после отпускания подрулевого переключателя зададимся временем t_Р:

t_Р = 3∙T_Ц – 0,6∙T_Ц= 2,9 c,

где 0,6∙Tц – время работы стеклоочистителя посредством концевого выключателя в конце последнего цикла.

Рассчитаем R6, подставив t_Р = 2,9 c.

Зададимся конденсатором С3= 20 мкФ.

кОм

Выбираем из ряда Е24 резистор R6 = 100 кОм.

Расчёт элементов электронных ключей

Сопротивление обмотки якоря Rя электродвигателя стеклоочистителя составляет 0,25 – 0,3 Ом.

Импульс тока при включении электродвигателя стеклоочистителя:

I_M = U/ R_я,

где Rя=0,25 Ом – сопротивление обмотки якоря электродвигателя стеклоочистителя

I_M = 12/ 0,25 = 48 А

В качестве VT3, VT4 выбираем транзисторы КТ819А. В качестве VT1,VT2 выбираем транзисторы КТ315А.

Коэффициент усиления транзисторов VT1,VT3 (VT2,VT4):

β_∑=β₁₍₂₎×β₃₍₄₎ + β₁₍₂₎ +β₃₍₄₎= 15 × 90 + 15 + 90 = 1455

Ток базы транзистора VT1

I_{Б VT1} = I_К×I_Нmax/ β = 1,1×I_Н / β = 1,1 × 48 / 1455 = 38 мА

Сопротивление резисторов R5,R9:

U_R5(R9)= Uвых – Uб-э

R5 =U_R/ I_{Б VT1} U_R5(R9)= Uвых – Uб-э / I_{Б VT1;}

R5 =11,6/ 38 10^{-3 =}0,305 10³ Ом.

Выбираем резистор R5= R9= 1 кОм.

 

 

Расчет датчика дождя

Для расчета параметров стабилизатор тока используем документацию по микросхеме HV9910. Согласно рекомендации производителя емкость С1 должна быть больше 100 нФ. Поэтому выбираем конденсатор С1 типа К10-79-50 В-220 нФ±5% МП0 АЯЖР.673511.004 ТУ.

Рассчитаем сопротивление резистора R2 на входе CS микросхемы DA1

Выбираем значение сопротивления резистора из ряда Е24 R2=3,3 Ом

Рассчитаем сопротивление резистора R1 на входе RT микросхемы DA1. Сопротивление резистора R1 находиться исходя из формулы:

(с),

Таким образом, принимаем частоту осциллятора микросхемы DA1 f_OSC=100 кГц и получаем

Выбираем значение сопротивления резистора из ряда Е24 R1=3 кОм

Согласно рекомендации производителя микросхемы HV9910 целесообразно использовать внешний полевой n-типа транзистор с временем включения меньше, чем 25 нс для частоты осциллятора микросхемы f_OSC≤100 кГц и для частоты осциллятора микросхемы f_OSC>100 кГц меньше, чем 15 нс.

Выбираем полевой n-типа полевой транзистор со следующими параметрами:

I_max³11,2 А, U_си.max³14 В, t_вкл³15 нс.

Выбираем отечественный n-типа полевой транзистор типа КП933А

I_си.max=15 А, U_си.max³=45 В, t_вкл=15 нс.

Потребляемая мощность микросхемы

I_IN≈1,0 мА+Q_G×f_OSC=1,0 мА+2,1×10^-10×100000=1,021 мА,

где Q_G – заряд затвора полевого транзистора КП933А.

Найдем значение емкости конденсатора С2.

Определим емкостное сопротивление:

Определим емкость конденсатора С2

Выбираем значение емкости конденсатора из ряда Е24 C16=750 пФ.

Выбираем конденсатор С2 типа К10-79-50 В-750 пФ±5% МП0 АЯЖР.673511.004 ТУ.

Найдем значение индуктивность катушки LD2

Определим индуктивное сопротивление:

так как при напряжении U_max время, когда транзистор VT1 закрыт имеет максимальное значение и поэтому требуется большее индуктивное сопротивление для поддержания постоянного тока.

Найдем индуктивность катушки LD1

.

Выбираем значение индуктивность катушки из ряда Е24 LD1=0,27 мГн.

Выбираем chip-катушку для поверхностного монтажа SWI453232-271.

Рассчитаем сопротивления R3 и R4.

Обратный протекаемый через фотодиод в режиме освещения I=3 мкА, тогда

Выбираем резистор R4 и R3 = 1,8 Мом.

Рассчитаем сопротивления R3 и R4.

Ток протекаемый через входы микросхемы I_out<10 мА,

.

Выбираем резистор R5, R6 и R7 – 5,1 кОм.

Вывод по разделу:

В данном разделе был произведен расчет элементов оптопары, элементов ГПИ, элементов схемы задержки и были спроектированы структурная и электрическая принципиальная схемы блока автоматического управления стеклоочистителем.

 

 

РАЗДЕЛ 3

Технологическая часть

 

В данном разделе рассматриваются вопросы технологии изготовления печатных плат для сборки принципиальных электронных схем проектируемых устройств.

 

3.1 Технология изготовления печатных плат

К печатным платам предъявляются следующие требования: поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания, снижающих электрическое сопротивление и прочность изоляции.

Материал основания печатных плат должен быть таким, чтобы при механической обработке (сверление, штамповка, распиловка), не образовывались трещины, расщепления, отслоения и другие неблагоприятные явления, влияющие на эксплуатационные свойства, а также на электрические параметры плат.

Тoлщина печaтной плaты ограничена. Она выбирaется в зaвисимости oт трeбoваний, предъявляемых к конструкции изделия, метода изготовления платы, веса и габаритов устанавливаемых элементов и в подавляющем большинстве случаев не превышает 3 мм. В соответствии с международными требованиями номинальная толщина печатной платы может быть следующая: 0,2; 0,5; 0,8; (1,0); (1,2); 1,6; (2,0); 2,4; 3,2; 6,4 мм (величины, указанные в скобках, допускаются, но не рекомендуются).

Исходным параметром при кoнструировании печатных плат является шаг кooрдинатной сетки.

С помoщью координатной сетки регламентируются основные геометрические размеры печатных плат.

Координатная сетка определяет размещения навесных и печатных элементов на плате, а также требования к технологическому оборудованию, оснастке и контрольной испытательной аппаратуре. В нашей стране принята координатная сетка с основным шагoм 2,5 мм. Допускается координатная сетка с дополнительным шагом 1,25мм и 0,5 мм.

Оснoвные габариты печатных плaт определяются рациональной компоновкой на них навесных радиоэлементов, входящих в функционально законченную схему. При кoмпoновке печaтной плaты стремятся дoстигнуть максимального заполнения её поверхности навесными элементами и размес-

тить их так, чтобы обеспечить кратчайшие связи между ними, выполняемые печатными проводниками. Одновременно следует помнить, что печатная плата выполняет функцию шасси, и нужно ограничивать её габариты с целью достижения заданной прочности.