Создание прототипа электронного реле поворотов МК ATtiny13

- Содержание

Введение

1. Описание устройства
2. Описание схемы электрической принципиальной
3. Создание прототипа устройства
   1. Сборка прототипа с использованием отладочной платы, имитатора датчика и индикатора исполнительного устройства
   2. Создание функционального прототипа с использованием цифровых каналов ввода/вывода и микроконтроллера
   3. Разработка программы
   4. Отладка прототипа
4. Перенос схемы в CAD-систему
5. Трассировка печатной платы
   1. Оценка качества печатной платы
   2. Расчёт элементов рисунка печатной платы
   3. Изготовление и монтаж платы
6. Разработка технологической документации
7. Сборка и монтаж узла на печатной плате
   1. Оценка качества пайки
8. Разработка корпуса
   1. Изготовление корпуса
9. Расчёт надёжности
10. Составление технологической карты для настройки
11. Определение контрольных точек для ремонта
12. Заключение

Список использованных источников
Приложение А

- Описание

Выпускная работа посвящена разработке электронного реле поворотов на базе микроконтроллера ATtiny13, предназначенного для замены штатного трёхконтактного прерывателя автомобилей и мотоциклов. Акцент сделан на создании узла на компактной печатной плате с подтверждённой надёжностью, технологичностью и возможностью промышленного изготовления.

Целью проекта является разработка конструкции электронного прерывателя указателей поворота, совмещающего управление световой сигнализацией и звуковую индикацию на базе микроконтроллера ATtiny13. Устройство работает от стандартной бортовой сети 12 В, совместимо с лампами накаливания и светодиодными указателями при наличии одной «обманочной» лампы, что делает его удобным кандидатом для замены устаревших электромагнитных реле в парке транспортных средств стран СНГ. Такое решение может без особого труда быть внедрено в условиях автосервисов и небольших предприятий, где требуется недорогое, но достаточно надёжное оборудование для сигнализации поворота и повышения удобства водителя.

В основном описании анализируется полный цикл разработки устройства – от функциональной схемы до настройки и ремонта. На уровне схемотехники электронное реле поворотов построено на P-канальном MOSFET IRF4905, который выполняет коммутацию нагрузки вместо электромагнитного реле, и стабилизаторе L7805, формирующем питание 5 В для микроконтроллера ATtiny13. Применены цепочки RC для надёжного сброса и запуска программы, делители напряжения и защитный диод на входе контроля тока через лампу, что снижает риск ложных срабатываний и, честно говоря, неплохо страхует схему от некоторых неприятных эксплуатационных «сюрпризов». Звуковая индикация реализована через отдельный транзисторный драйвер и пьезоизлучатель, управляемый ШИМ-сигналом с изменяемой скважностью, благодаря чему мигание сопровождается мягкой мелодией вместо щелчков. Далее подробно рассматривается этап макетирования и программирования. Для первоначальной сборки применена беспаечная макетная плата BX-4112N с 840 контактными гнёздами, что позволило быстро перебрать соединения и отловить паразитные связи, минимизируя риск серьёзных ошибок уже на стадии печатной реализации. Студент решил использовать среду Bascom-AVR для написания программы на языке высокого уровня, а функциональная проверка алгоритма выполнена в Proteus, где модель схемы и загруженный код микроконтроллера отрабатывают совместно. Такое сочетание макетной платы и схемного моделирования даёт вполне рабочий инструмент для отладки без лишних затрат на переделку готовых плат.

Особое внимание уделено конструкторской части – именно здесь формируется промышленный облик узла. На этапе переноса схемы в Altium Designer создан проект PCB, библиотеки условных обозначений и посадочных мест, а затем выполнена автоматическая трассировка по сетке 2,5 мм с толщиной проводников порядка 0,75 мм. Размер печатной платы принят 30×30 мм, при этом расчёты площадей компонентов и коэффициента запаса показывают, что компоновка остаётся достаточно плотной, но без излишней скученности элементов. В качестве материала применён двухсторонний стеклотекстолит типа СФ-2-35-1,5, для выводных элементов рассчитаны диаметры отверстий и контактных площадок по ОСТ 4.070.010-78, что, пусть и не выглядит чем-то выдающимся, но заметно упрощает серийное изготовление. Используется выводной монтаж (THT) с ориентацией на пайку волной припоя; отдельно разобраны критерии качества пайки, типичные дефекты и требования к вибропрочности и коррозионной стойкости соединений. Конструкция корпуса рассмотрена как логичное продолжение работы над узлом. В Autodesk Inventor смоделированы основание и крышка пластикового корпуса габаритами примерно 75×100×41,5 мм, с крепёжными стойками под плату, вентиляционными отверстиями и проушиной под фиксацию в автомобиле, а также местом под разъём KF2EDGWB-5.08-3P. Корпус напечатан на 3D-принтере из PLA-пластика, отмечается его достаточная жёсткость, отсутствие усадки и экологичность при утилизации; для учебной и малосерийной практики стран СНГ это более чем разумный подход, который в значительной мере сокращает сроки изготовления опытных образцов.

Завершающую часть составляют технологические и эксплуатационные аспекты. На основе сборочного чертежа (графическая часть выполняется в САПР и дополняет пояснительную записку) разработана маршрутная карта по ГОСТ, описывающая последовательность операций сборки узла в условиях предприятия. Отдельно сформирована технологическая карта настройки с контролем напряжений и импульсных сигналов в четырёх контрольных точках, а также таблица типовых отказов с указанием причин и способов устранения. Расчёт надёжности, выполненный по уточнённой методике, даёт суммарную интенсивность отказов порядка 60·10⁻⁶ 1/ч и среднюю наработку до первого отказа около 16,6 тыс. часов; при работе примерно по четыре часа в день это эквивалентно сроку службы около одиннадцати лет, что для простого узла на уровне автотранспортного предприятия ККЭП и подобных структур выглядит более чем достаточным.

В итоге дипломник рассчитал и обосновал электронное устройство, для которого прослеживается весь жизненный цикл: от прототипа на макетной плате до промышленно ориентированной конструкции на печатной плате с корпусом, технологической документацией и оценкой надёжности.

- Чертежи

1. Расчетно-пояснительная записка со схемами и графиками;
2. Чертежи:
   • Схема электрическая структурная;
   • Корпус;
   • Крышка;
   • Перечень элементов;
   • Плата печатная;
   • Сборочный чертёж;
   • Спецификация;
   • Схема электрическая принципиальная.

Чертежи в формате *.vsdx (Microsoft Visio)