Proiectarea Tehnologica a Echipamentelor (Subiect in finala concursul TIE 2002)

Proiectarea Tehnologica a Echipamentelor (Subiect in finala concursul TIE 2002)

In figura 1 este reprezentata schema bloc a unui dispozitiv pentru monitorizarea unui spatiu cu ajutorul a 4 camere video si 4 senzori de miscare. Sistemul gestioneaza semnalele furnizate de taste si senzori si directioneaza unul dintre cele 4 semnale video furnizate de camerele CCD catre iesirea video (spre monitor). In figura 2 sunt detaliate blocurile circuit de comanda, matrice senzori/taste si circuit de iesire.

Figura 1

a) circuit de comanda

 

b)circuit de iesire c) matrice senzori/taste

Figura 2

Schema electronica a circuitului prezentat se va genera utilizand pachetul de programe OrCAD 9.x.

a)     Schema electrica se realizeaza ca o structura ierarhizata, pe nivelul superior fiind schema circuitului de comanda, schema pentru matricea tastatura (incluzand conectorul pentru tastatura si cel pentru senzori) si blocurile ierarhice corespunzatoare circuitelor de iesire.

b)     Conexiunile pe nivelul superior al structurii ierarhizate, sunt realizate folosind magistrala de comunicatie.

c)     Simbolul releului Reed va fi creat in conformitate cu specificatiile din figura 3. Terminalele "+" si "-" corespund intrarilor de comanda, "ND1" si "ND2" contactelor "normal deschis" iar "NI1" si "NI2" contactelor "normal inchis" ale releului.

Figura 3 Simbolul releului Reed

d)     Tastatura matriceala este o componenta independenta ce se monteaza pe panoul frontal al carcasei dispozitivului si se conecteaza la placa de circuit imprimat printr-un conector cu un numar minim de terminale (mai putin rezistoarele de 10k).

e)     Senzorii nu vor fi amplasati pe placa de circuit imprimat, ci in apropierea camerelor CCD; dispunerea matriciala a acestora va fi realizata printr-o cablare corespunzatoare, iar pe placa vor fi conduse doar 8 semnale printr-un conector de tip DB-9, conectate la 5V prin rezistente de 10k, dupa cum este indicat in figura 2.c.

Proiectarea plachetei electronice.

2.1 Se va realiza structura pasiva de interconectare (PCB) a schemei electronice prezentate mai sus , respectand urmatoarele cerinte:

a)     Componentele utilizate vor avea urmatoarele amprente de cablare:

- Componenta AT89C51 (circuitul microcontroller) are capsula 44 TQFP (Thin Quad Flat Package) Anexa 1.

- rezistoarele SM/R0805 de tip SMD (Surface mounted devices);

- codensatoarele nepolarizate, SM/C0805 (SMD)

- codensatoarele polarizate case D (SMD)

pentru componentele la care nu se specifica utilizarea unor anumite amprente, studentul va alege din bibliotecile mediului Layout, capsulele potrivite (SOT 23 pentru BC151, etc.).

b)     Releele utilizate vor avea amprenta de cablare prezentata in figura 4, in care toate cotele sunt exprimate in mm. Dimensiunile exterioare ale componentei sunt 17mm x 11mm, iar pastile de lipire au dimensiunea (diametrul pentru pad-urile circulare, respectiv latura pentru pad-urile patrate) de 2mm, cu diametrul gaurii de 0.8 mm.

Figura

c)     LED-urile din schema electronica si butonul AUTO vor fi montate pe panoul frontal al dispozitivului, conexiunile realizandu-se prin fire. Pentru fiecare LED se va utiliza o amprenta de cablare de tip SIP (Single In-line Package) cu doua terminale, cel corespunzator catodului fiind patratic iar cel corespunzator anodului circular, cu dimensiunea pastilelor de lipire de 1,4mm(diametrul pad-ului circular) si gaura de insertie 0,8 mm, distantate la 2,54 mm.

d)     Tensiunile de alimentare (+12V, +5V si GND) vor fi aduse pe placheta utilizand un conector cu 3 terminale SIP (Single In-line Package) cu dimensiunea pastilelor de lipire de 2mm (diametrul pad-ului circular) si gaura de insertie de 1mm, distantate la 3 mm.

2.2 Dimensionarea plachetei, amplasarea componentelor.

a)    

Placa de circuit imprimat va fi dreptunghiulara, avand dimensiunile 20cm x 10cm, destinata montarii intr-o carcasa paralelipipedica avand baza de 21cm x 11cm si inaltimea 6cm.

b)     Componentele ce se conecteaza prin fire vor fi dispuse pe placa de circuit imprimat astfel incat conexiunile sa fie cat mai scurte, tinand cont de modul de amplasare a elementelor de interconectare pe panoul frontal si pe cel din spate ale carcasei, prezentate in figura 5.

Figura 5

c)     Semnalele video vor fi conduse utilizand conectori BNC de tipul celor reprezentati in figura 6 (toate dimensiunile sunt in mm), dispusi pe panoul carcasei conform figurii 5. Amprentele de cablare ale acestora vor fi create de catre concurent si dispuse pe placa de circuit imprimat astfel incat fiecare semnal sa fie condus cu retur propriu, prin fire de conexiune cat mai scurte.

Figura 6

d)     Toate componentele vor fi amplasate pe aceeasi parte a placii de cablaj imprimat (TOP)

2.3 Rutarea plachetei:

a)     Este realizata pe 4 straturi : TOP,GND,POWER si BOTTOM

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

c)     Latimile traseelor conductoare vor fi urmatoarele:

1,5 mm pentru traseul de masa

1,2 mm pentru tensiunea de alimentare +12V

1 mm pentru tensiunea de alimentare +5V

0,254 mm minim pentru restul semnalelor

d)     Pentru functionarea corecta a circuitului microcontroller, AT89S51 si a cristalului de cuartz, se va implementa solutia prin care se face corect conectarea la potentialul de referinta (se vor lua toate masurile antiperturbative pentru rutarea capsulelor de microcontroller si cuartz).

2.4 Detalierea echiparii

a)     Planul de gaurire contine maxim 3 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 GND pozitionat langa pinul GND al conectorului de alimentare.

d)     Pe un layer neelectric asociat stratului TOP va fi inscriptionat numele studentului cu caractere de inaltime 1mm si grosime de 0.2mm.

2.5 Pentru finalizarea proiectarii

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

b)     Se va genera (ca raport) fisierul lista de legaturi (Netlist) si fisierul lista de materiale.

c)     Se vor genera fisierele (Gerber) necesare realizarii plachetei electronice si echiparii.

Anexa 1

Specificatii mecanice AT89S8252