Proiectarea Tehnologica a Echipamentelor (Subiect in finala concursul TIE 2003)

In figura 1 este prezentata schema bloc a unui Data Logger cu urmatoarele functii:

achizitia semnalelor logice (de tip contact releu) reflectand starea unor aparate electrice.

generarea semnalelor de telecomanda pentru aparate electrice.

transmisia/receptia de mesaje la/de la un server de comunicatie, aflat la distanta.

In figurile 2,3,4,5 si 6 sunt prezentate schemele electrice ale blocurilor functionale. Pentru interconectarea cu exteriorul Data Logger-ul a fost prevazut cu conectori asa cum este prezentat in figurile 3,4,5 si 6.

Figura 1. Schema bloc a sistemului Data Logger

Figura 2. Schema electrica a blocului de comanda

Figura 3. Schema electrica a blocului de intrare

Figura 4. Schema electrica a blocului de iesire

Figura 5. Schema electrica a blocului de alimentare

Figura 6. Schema electrica a blocului de interfata seriala

Schema electrica.

1.1 Schema electrica a sistemului Data Logger prezentat se genereaza utilizind pachetul de programe OrCAD 9.x.

a)     Schema electrica este realizata ca o structura ierarhizata, pe nivelul superior fiind circuitul corespunzator blocului de comanda, circuitul corespunzator blocului de interfata seriala si toti conectorii.

b)     Conexiunile intre blocul de comanda si celelalte blocuri, exceptind blocul de alimentare, sunt realizate folosind magistrala de comunicatie.

1.2 Pentru realizarea schemei sunt utilizate entitatile necesare din bibliotecile sistemului de proiectare. Se vor genera simbolurile care nu se gasesc in biblioteci: DC-DC  converter si reteaua rezistiva RPACK8 (8x10K).

a)     Componenta DC-DC converter (SW2-505S) va fi creata in conformitate cu specificatiile din figura 7.

Figura 7. Simbolul convertorului DC-DC

b)    

Componenta RPACK8 va fi creata in conformitate cu specificatiile din figura 8.

Figura 8. Simbolul retelei rezistive RPACK8

c)     pentru net-urile etichetate 12V, din figurile 3,4 si 5, se creaza un simbol, altul decit cele existente in libraria pentru simbolurile de power.

1.3 Dupa finalizarea proiectarii schemei se va verifica corectitudinea legaturilor electrice.

Obs. Numele simbolurilor si textele trebuie aranjate pentru a fi citite cu usurinta . Valorile componentelor vor fi vizibile in SCM, putind fi scrise si ca text.

Proiectarea plachetei electronice.

2.1 Interconectarea plachetei Data Logger cu exteriorul, este realizata cu componente THD  ( Through - Hole - Device) respectind cele prezentate mai jos:

a)     Conectorul de intrari, D-Subminiature Thru - Hole Mount Conectors (DSUBT/RP), de tipul Rt. Angle plugs, cu dimensiunea cea mai mica.

Conectorul de iesiri, D-Subminiature Thru - Hole Mount Conectors (DSUBT/RS), de tipul Rt. Angle sockets, cu dimensiunea cea mai mica.

Conectorul de comunicatie seriala, D-Subminiature Thru - Hole Mount Conectors (DSUBT/RP), de tipul Rt. Angle sockets, cu dimensiunea cea mai mica.

b)     Alimentarea sistemului este facuta printr-un conector cu 3 terminale,THD, a carui capsula este realizata in conformitate cu figura de mai jos:

Figura 9. Informatii privind conectorul de alimentare

Dimensiunile sunt in mm, dupa cum urmeaza: T-reprezinta latimea = 9mm, H-inaltimea=12,5mm, L-lungimea=15,24mm. Pastilele de lipire au dimensiunea (diametrul pentru pad-ul circular al pinului 2, respectiv latura pentru pad-ul patrat al pinului 1) de 2mm.

Capsula pentru componenta DC-DC converter este realizata in conformitate cu figura de mai jos:

Figura 10. Informatii privind componenta DC-DC converter

Dimensiunile sunt in mm. Pastilele de lipire au dimensiunea (diametrul pentru pad-ul circular al pinilor 2.6, respectiv latura pentru pad-ul patrat al pinului 1) de 1.47mm.

c)     Capsulele pentru celelalte componente se aleg conform tabelului de mai jos:

Figura 11. Specificatii mecanice privind capsula cristalului de cuartz

2.2 Dimensionarea plachetei, amplasarea componentelor.

a)     Placa de circuit imprimat a sistemului Data Logger este prezentata in figura 12. Toate valorile sunt date in "mil" cu exceptia cazurilor in care unitatea de masura este scrisa in mod explicit.

b)     Conectorii sunt plasati astfel: Conectorul de intrari in spatiul special realizat din partea stinga, A, (712mil x 6mm), Conectorul de iesiri in spatiul special realizat din partea dreapta, B (712mil x 6mm), Conectorul de comunicatie seriala in spatiul special realizat din zona inferioara, C (712mil x 6mm), Conectorul de alimentare este plasat in zona inferioara pe latura de dimensiune 3475mil.

Toate componentele sunt amplasate pe aceasi parte a placii de cablaj imprimat (TOP), functie de posibilitatile de rutare.

c)     Placa are 4 gauri de prindere avind diametrul de 3mm, nemetalizate, plasate in apropierea colturilor, la distante de 7.62 mm de colt pe directiile OX si OY.

Figura 12. Forma si dimensiunile plachetei electronice

2.3 Rutarea plachetei, respecta regulile de separare galvanica intre partea digitala si cea analogica.

a)     Este realizata pe 4 straturi dupa cum urmeaza: pe straturile externe TOP si BOTTOM traseele de semnal pe straturile interne sunt definite plane de masa respectiv alimentare.

Spatierile sunt facute la 0.254mm (10mil) in toate situatiile.

b)     Dimensiunile pentru traseele conductoare sunt urmatoarele:

1mm minim pentru traseele din partea analogica si sursa de alimentare.

0.254 mm minim pentru traseele din partea digitala.

c)     Pentru functionarea corecta a cuartului si a regulatorului LM7805, se va implementa solutia prin care se face corect conectarea la potentialul de referinta.

2.4 Detalierea echiparii.

a)     Planul de gaurire contine maxim 5 tipuri de gauri.

b)     Planul de inscriptionare (planul de echipare) este orientat conform pozitiei plachetei.

c)     Pe un layer neelectric asociat stratului TOP va fi inscriptionat numele studentului cu caractere avind inaltimea de 5mm si grosimea de 0.5mm

2.5 Pentru finalizarea proiectarii,

a)     Se vor face verificarile legate de corectitudinea spatierilor si regulile de rutare.

b)     Se vor renumerota componentele pe placheta conform regulii stinga sus dreapta jos. Corespunzator se va redefini numerotarea componentelor de pe schema raportat la placheta electronica.

c)     Se va genera fisierul lista de legaturi (Netlist) si fisierul lista de materiale.

d)     Se vor genera fisierele gerber pentru realizare practica.

Anexa1

Specificatii mecanice microcontroller AT89S8252

Annex 2

8S2, 8-lead, Plastic Gull Wing Small Outline (JEDEC SOIC)

Dimensions in Inches and (Millimeters)

Annex 3

16S1, 16-lead, 0.300' Wide, Plastic Gull Wing Small Outline (JEDEC SOIC)

Dimensions in Inches and (Millimeters)

Annex 4

20S, 20-lead, Plastic Gull Wing Small Outline (JEDEC SOIC)

Dimensions in Inches and (Millimeters)