3834

Погрешность расчетов для MathCAD равна

Как видно из расчетов, погрешности для аналитической и численной моделей достаточно малы и составляют менее 2%. Аналитические методы, использованные нами в MathCAD, в основе которых лежит теория теплопроводности, имеют весьма узкую область применения, так как такая система не может быть слишком сложной, при подсчетах принимаются следующие упрощения: тела имеют простую форму, начальные и граничные условия не отличаются сложностью. Во всех других случаях метод практически неприменим, поскольку приводит к необходимости решения систем дифференциальных уравнений в частных производных, что представляет собой задачу крайне сложную. Соответственно, численное моделирование в САПР Pro/ENGINEER можно считать достаточно точным и приоритетно использовать при моделировании тепловых процессов в конструкциях РЭУ. Практическая полезность от использования подсистемы теплового анализа РЭУ в САПР Pro/ENGINEER значительно возрастает от использования её в рамках единого программного комплекса, а также применения моделирования уже на начальных этапах конструкторской подготовки производства, что позволяет на ранних стадиях определить и устранить недостатки изделия с точки зрения тепловых режимов, уменьшить затраты на проведение испытаний, тем самым повысить качество изделия и снизить его себестоимость.

Литература

1.Дульнев, Г. Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах [Текст] / Г. Н. Дульнев, Э. М. Семяшкин – Л.: Энергия, 1968.

2.Кирьянов, Д. В. Самоучитель Mathcad 13 [Текст] / Д. В. Кирьянов – СПб: БХВ-Петербург, 2006.

3.Буланов, А. В. Wilgfire 3.0 Первые шаги [Текст] / А. В. Буланов, О. Шевченко, С. Гусаров – М.: Поматур, 2008.

Воронежский государственный технический университет

201

УДК 621.9

Н.А. Дружинина, Л.Н. Никитин

ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ АККУМУЛЯТОРОВ

Надежная работа любого мобильного устройства напрямую зависит от состояния его аккумулятора. Снижение емкости у аккумуляторов необратимо, так как используемые и их элементах металлы предназначены для работы только в течение определенного времени. Вследствие этого в последнее время особенно актуальна задача создания прибора, позволяющего производить тестирование аккумуляторов

Источники питания (аккумуляторы) являются важной частью

различной портативной радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время наиболее интенсивно развивающейся технологией являются аккумуляторы на основе лития, которые широко применяются в портативных компьютерах и мобильных устройствах связи. Это обусловлено:

-высокой плотностью электрической энергии, по крайней мере, вдвое большей, чем у никель-кадмиевых (Ni-Cd) того же размера, а значит и вдвое меньшими габаритами при той же самой емкости,

-большим числом циклов заряд/разряд (от 500 до 1000);

-хорошей работой на больших токах нагрузки, что необходимо, например, при использовании данных аккумуляторов в сотовых телефонах и портативных компьютерах;

-достаточно низким саморазрядом (2-5 % в месяц плюс примерно 3 % на питание встроенной электронной схемы защиты);

-отсутствием каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости предварительного заряда перед длительным хранением;

-позволяют проводить заряд при любой степени разряда аккумулятора.

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые появились в бытовых устройствах. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые

202

аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за возникших проблем в обеспечении их безопасной эксплуатации. В частности, в 1991 году, пионер разработки и производства литиевых аккумуляторов - фирма Sony, была вынуждена отозвать первую партию аккумуляторов для сотовых телефонов, в связи с их опасностью для пользователя.

Тем не менее, достоинства этого типа химии настолько очевидны, что разработка продолжалась, и был достигнут разумный компромисс между эксплуатационными характеристиками и безопасностью. Вслед за Sony, литиевые аккумуляторы стали производить и другие фирмы, такие как Panasonic, Sanyo, Moly Energy, Polystor.

Наряду с неоспоримыми достоинствами, Li-ion аккумуляторы имеют свои недостатки, одним из которых является эффект старения. Снижение емкости у Li-ion аккумуляторов необратимо, так как используемые в их элементах металлы, предназначены для работы только в течение определенного времени.

Не секрет, что надежная работа любого мобильного устройства напрямую зависит от состояния его аккумулятора. От качества аккумулятора зависит не только продолжительность работы сотового телефона без подзарядки, но и надежность связи. Стоимость аккумуляторов еще сравнительно высока, поэтому важно оценить их свойства и принять решение о замене или продолжении эксплуатации. Поможет в этом прибор, описание которого приведено ниже.

Прибор предназначен как для тестирования, так и зарядки аккумуляторов с номинальным напряжением 3,6 В, которые широко применяются в сотовых телефонах и другой радиоаппаратуре. Он позволяет определять основные параметры аккумулятора и проводить тренировку, обеспечивающую частичное или полное восстановление его емкости. Рабочий цикл состоит из трех этапов: «Первичная зарядка», "Разрядка" и "Окончательная зарядка". Несмотря на то, что аккумуляторы не обладают так называемым "эффектом памяти", использование такого цикла часто сказывается положительно на их "самочувствии". Это важно в тех случаях, когда новый аккумулятор приобрести затруднительно или невозможно, тем более, что стоимость такого восстановления не идет ни в какое сравнение со стоимостью нового аккумулятора [1].

Устройство позволяет определить емкость аккумулятора при сто

203

разрядке и емкость, получаемую при зарядке, что помотает принять решение о целесообразности его дальнейшей эксплуатации. До 80 % аккумуляторов, выбракованных без тестирования, оказываются пригодными для дальнейшего использования.

Структурная схема прибора показана на рисунке ниже. Его основа - микроконтроллер, имеющий встроенный аналоговоцифровой преобразователь (АЦП), с помощью которого и осуществляется контроль за напряжением аккумулятора. Для индикации режимов работы и емкости использован трехразрядный цифровой светодиодный индикатор, пьезоизлучатель необходим для подачи акустического сигнала. Кнопками «Пуск» и «Qзар »,

входящими в устройство управления, производят переключение режимов работы прибора. Блок питания устройства состоит из выпрямителя и стабилизаторов напряжения, необходимых дня питания узлов устройства.

Обеспечена индикация следующих режимов работы:

-«Исходное состояние» - во всех разрядах индикатора нули и мигает десятичная занятая;

-«Первичная зарядка» аккумулятора - во всех разрядах индикатора нули и мигает старший разряд;

-«Разрядка» аккумулятора - мигает средний разряд индикатора;

-«Окончательная зарядка» аккумулятора - мигает младший разряд индикатора;

-«Конец цикла» - на индикатор выведено значение емкости, которую аккумулятор отдал при разрядке.

Переход от первого режима ко второму, а затем и к третьему

сопровождается четырьмя короткими акустическими сигналами. Завершение цикла сопровождается пятью длинными акустическими сигналами. Кроме того, при возникновении аварийных и нештатных ситуаций, например, обрыве в цепи подключения аккумулятора, понижении напряжения аккумулятора до 2,5 В и менее, а также при неправильной полярности подключения аккумулятора начнут мигать все разряды светодиодного индикатора и кодом Морзе зазвучит акустический сигнал «SOS».

204

Выпрямительи стабилизатор

12-15В

Структурная схема прибора

После подачи напряжения питания прибор будет находиться

врежиме «Исходное состояние». Подключив аккумулятор, следует нажать и отпустить кнопку «Пуск». Отсутствие сигналов об аварийной ситуации означает, что начинается «Первичная зарядка» аккумулятора стабильным током 0,3 А. Если зазвучит сигнал тревоги, то необходимо проверить, правильно ли подключен аккумулятор и какое на нем напряжение. Когда в процессе зарядки напряжение на аккумуляторе достигнет 4,29 В, прибор переключится

врежим «Разрядка» стабильным током 0,3 А. Значения зарядного и разрядного токов выбраны как компромиссные, исхода из сокращения времени рабочего цикла и безопасности для основной номенклатуры аккумуляторов сотовых телефонов [1].

При снижении напряжения на аккумуляторе до 2,7 В произойдет переключение и режим «Окончательная зарядка», по завершении которого прибор перейдет в режим «Конец цикла». На светодиодном индикаторе будет индицироваться значение емкости аккумулятора в ампер-часах при его разрядке. При нажатии на

205

кнопку «Qзар » будет индицироваться значение емкости, которую

аккумулятор получил при зарядке. Для перехода в режим «Исходное состояние» нажимают и отпускают кнопку «Пуск», показания индикатора обнуляются и аккумулятор отсоединяют. В любом режиме нажатием на кнопку «Пуск» длительностью не более 2 с можно перевести прибор в режим «Исходное состояние», а повторным нажатием запустить новый рабочий цикл. Если на любом этапе цикла в цепи аккумулятора произойдет обрыв, то появится соответствующая индикация и зазвучит сигнал тревоги. После устранения неисправности рабочий цикл без потери информации продолжится дальше.

Таким образом, решение о пригодности протестированных аккумуляторов к дальнейшей эксплуатации принимается на основе полученных результатов. Если емкость при разрядке составляет 70…80% от номинальной, то такие аккумуляторы можно эксплуатировать и дальше. Если же наблюдается более значительное снижение емкости или значение Qзар превышает на 10…15%

значение номинальной емкости, а также происходит нагрев при зарядке, от эксплуатации такого аккумулятора следует воздержаться. При первоначальном отборе аккумуляторов для тестирования следует проверить напряжение на них без нагрузки. Если оно менее 3 В, то существует большая вероятность плохих параметров, если менее 2,5 В, то тратить время на тестирование нет смысла.

Литература

1. Гумеров, Ю. Устройство для тестирования Li-ion аккумуляторов [Текст] / Ю. Гумеров, А. Зуев // Радио. - 2007. - № 5.

Воронежский государственный технический университет

206

УДК 621.9

Д.Н. Кривцов, Л.Н. Никитин

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ

эксплуатационными характеристиками, позволяющего осуществлять измерение температуры, влажности и давления в помещениях с повышенной влажностью и выводить полученные данные на графический жидкокристаллический экран, в диапазоне температур от 0 до + 40 0С. Предельная относительная погрешность измерения температуры и влажности в данном диапазоне составляет 2%. Предельная относительная погрешность измерения давления 1,5%

На российском рынке представлены в основном аналоги зачастую хоть и имеющие больший набор дополнительных функций, но и в тоже время более высокую стоимость. Всем же известные гигрометры, психрометры и барометры при гораздо большей трудоемкости получения информации об измеряемых параметрах по сравнению с разрабатываемым изделием имеют более высокую стоимость, к тому же они недостаточно информативны. Еще одним недостатком данной группы устройств является невозможность записи и сохранения данных измеряемых параметров для их последующего анализа. Однако основным преимуществом данного устройства является защита от влаги, благодаря чему его можно использовать не только в быту, например, дома или в офисе, но и в закрытых помещениях любого типа, в том числе и с повышенной влажностью: в теплицах, подвалах, оранжереях. Имеющиеся же на рынке аналоги тех же домашних метеостанций не предназначены для работы в таких условиях, и как следствие, имеют более ограниченную сферу применения.

Устройство фактически объединяет в себе часы, календарь, барометр, термометр и гигрометр. На встроенный графический жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) не просто выводятся текущие значения времени и измеряемых параметров, но и строятся графики изменения атмосферного давления, температуры и относительной влажности за предшествующие четверо суток.

207

Таким образом, можно узнать не только значение отображаемого параметра в любой точке графика, но и время его измерения. Также при разработке устройства особое внимание было уделено его экономичности и обеспечению длительной автономной работы от гальванической 9В батареи вплоть до её разрядки до напряжения 5 В. Поэтому основной режим его работы - энергосберегающий, в котором идёт счёт времени, но экран и все датчики выключены. При этом замеры атмосферного давления, относительной влажности и температуры автоматически выполняются каждый час, а их результаты записываются в оперативную память микроконтроллера [1].

Основными узлами устройства являются: датчики, стабилизаторы, коммутатор, микроконтроллер и графический ЖК экран. Принцип работы устройства заключается в следующем. Информация с датчиков атмосферного давления, относительной влажности воздуха и температуры через коммутатор поступает в микроконтроллер, где обрабатывается и выводится на графический экран. Для наглядности представляемая информация отображается в виде графика, который впоследствии легко анализировать.

208

Согласно требованиям технического задания устройство контроля параметров микроклимата имеет группу условий эксплуатации УХЛ 5, он предназначен для работы в помещениях с повышенной влажностью, например, в неотапливаемых и невентилируемых помещениях и других помещениях, в которых возможно длительное наличие воды. Изделие соответственно может также эксплуатироваться в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями. Проанализировав значения климатических факторов можно сделать вывод, что конструкцию изделия необходимо выполнить в соответствии с требованиями по защите от дестабилизирующих влияний повышенной влажности при температуре эксплуатации от 0 до плюс 40 0С, давлении от 600 до 850 мм.рт.ст., относительной влажности от 20 до 98 % (при 25 0С). Согласно требованиям к конструкции, разрабатываемое устройство относится к бытовой стационарной аппаратуре. Конструкция должна быть прочной, компактной и соответствовать требованиям эстетики и эргономики, а также ремонтопригодной. Габаритные размеры и масса изделия должны предусматривать удобное использование в процессе эксплуатации [2,3]. Применение импортной элементной базы позволит снизить себестоимость изделия и повысить конкурентоспособность проектируемого устройства на рынке. При разработке конструкции прибора контроля микроклимата учтены требования по стандартизации, унификации и миниатюризации за счет модульности конструктивного решения [4]. Параметры и характеристики применяемой элементной базы и материала печатной платы соответствуют климатическому исполнению изделия и выполняют свои функции в заданных условиях эксплуатации. Корпус блока также удовлетворяет всем выше перечисленным требованиям. В нем используются серийные и доступные радиоэлементы, а также традиционные конструкционные материалы. Требования к эргономике обычные и в нашем случае связаны только с удобством эксплуатации прибора. Требования к надежности тоже являются обычными для такого вида аппаратуры. Прибор контроля микроклимата имеет небольшие габариты, а его внешний вид удовлетворяет современным требованиям технической эстетики по форме и цветовому решению.

Конструкция устройства контроля параметров микроклимата состоит из корпуса, выполненного из АБС-пластика, обладающего

209

высокой пластичностью и ударопрочностью, методом литья под давлением. В верхней части корпуса предусмотрены отверстия для доступа воздуха к датчикам. В составные части устройства входят: печатная плата, экран, колодка-корпус для крепления батареи. Печатная плата и экран крепятся к стойкам корпуса с помощью винтов, а питание устройства осуществляется с помощью аккумуляторной батареи «Крона». Для размещения прибора на корпусе конструктивно предусмотрено отверстие, с помощью которого его можно закрепить на стене.

Электрорадиоэлементы устройства размещаются на печатной плате, изготовленной химическим субтрактивным методом из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Для влагозащиты печатной платы применяется лак HumiSeal фирмы CONCOAT. Одним из важных преимуществ данного лака по сравнению с распространенными УР–231, ФЛ-582, ЭП-730 является то, что его сушка осуществляется за очень короткое время, что значительно повышает технологичность изготовления изделия. Также, благодаря специфике данного лака для образования качественного покрытия достаточно нанести всего один слой.

Разрабатываемое устройство отличается от аналогов использованием влагозащитного покрытия, высокой надежностью, долговечностью, возможностью сохранения в памяти измеряемых параметров, а также сравнительно высокой точностью, простотой установки, сохранением работоспособности при отсутствии части датчиков, наличием часов, обычного и лунного календарей.

Литература

1.Самойлов, С. Домашняя метеостанция [Текст] / С. Самойлов // Журнал «Радио». – 2012. – №7. – С. 31-36

2.Основы эргономики и дизайна РЭС [Текст]: учеб. пособие по курсовому проектированию / Н.А. Кольтюков, О.А. Белоусов. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. – 124 с.

3.Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / под ред. Парфенова Е.М. – М.: Радио и связь.

1989. 272 с.

4. Львович, Я.Е. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности РЭА [Текст]: учебник / Я.Е. Львович, В.Н. Фролов. - М.: Радио и связь, 1986. –192 с.

Воронежский государственный технический университет

210