Кодовый замок

Министерство образования и высшей школы

Республики Коми

Профессиональный Лицей №3 г. Воркуты

Специальность: «Радиомеханик по ремонту и обслуживанию радиоэлектронного оборудования. Вычислительная техника. Оператор ЭВМ»

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Тема: «Кодовый замок»

Выполнил: Стебельский Игорь Владимирович

                      Учащийся группы 30

Консультант:   _________________    (Берёзкин В.А.)

                                               подпись

Проверил:        _________________    (Зам. дир. по УПП)

                                               подпись

Воркута

2000 год

Введение

Из различных увлечений, пожалуй, наиболее распространённым является радиолюбительство. Многие ещё в школе пытаются собрать простейший радиоприёмник, усилитель для прослушивания грамзаписи или к электрогитаре, электромузыкальный звонок, цветомузыкальную приставку и т.п., не утрачивая интереса к этому и в дальнейшем.

В магазинах по продаже радиоаппаратуры всегда многолюдно. Здесь можно встретить и школьника младших классов, и людей, убелённых сединой.

В чём же секрет массовости, популярности и притягательной силы радиолюбительства? Хотя однозначно и с полной определённостью ответить на этот вопрос трудно, всё же, думается, что основная причина – во всё более широком внедрении радиоэлектроники в самые различные сферы нашей жизни. В связи с этим увеличивается количество книг по радиоэлектронике, советы начинающим радиолюбителям систематически публикуются в журналах «Радиолюбитель», «Радио», «Моделист-конструктор» и др. Однако книг, в которых наиболее полно излагался бы материал по различным вопросам радиолюбительского творчества, всё ещё недостаточно. Это приводит к тому, что начинающие радиолюбители порой не могут справиться даже с элементарными конструкциями, не говоря уже о более сложных.

Практически во всех книгах изложение материала ведётся от простого к сложному, от известного к менее известному. Хотелось бы, чтобы эту последовательность соблюдал в своей практике и начинающий радиолюбитель. Не нужно пренебрегать изучением теоретического материала: не зная принципов работы составных элементов радиоэлектронных устройств, нельзя стать грамотным радиолюбителем-конструктором, а в дальнейшем получить профессию радиоэлектронщика, а так же устроиться на работу в какую-нибудь солидную фирму и продолжать паять и подсказывать подрастающему поколению назначение и принцип работы тех или иных радиоэлементов.

Однако, не смотря на какой-нибудь другой вид деятельности, ни в коем случае не следует забывать, что одной из характернейших особенностей развития науки и техники нашего века является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Проблемы электроники обсуждаются на представительных и авторских всесоюзных и международных конференциях. Достижения электроники влияют не только на экономическое развитие нашего общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование, электронные устройства всё шире применяются в быту.

Что же такое электроника? Это отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твёрдом теле, вакууме и газе. Такими приборами являются полупроводниковые (протекание тока в твёрдом теле), электронные (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе) приборы. Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что они являются существенно нелинейными элементами, нелинейность их вольтамперных характеристик, как правило, является признаком, определяющим важнейшие их свойства.

Промышленная электроника – это часть электроники, занимающаяся применением полупроводниковых, электронных и ионных приборов в промышленности. Несмотря на различие областей применения и многообразие режимов работы промышленных электронных устройств, они строятся на основе общих принципов и состоят из ограниченного числа функциональных узлов – электронных схем – и рассматривает промышленная электроника.

Промышленная электроника делится на две обширные области:

1.                 Информационная электроника, занимающаяся устройствами для передачи, обработки и отображения информации. Усилители напряжения, генераторов напряжений различной формы, логические схемы, счётчики, индикаторные устройства и дисплеи вычислительных машин – всё это устройства информационной электроники. Характерными чертами современной информационной электроники являются сложность и многообразие решаемых задач, высокое быстродействие и надёжность. Информационная электроника в настоящее время неразрывно связана с применением интегральных микросхем, развитие и совершенствование которых в главной мере определяет уровень развития этой отрасли промышленной техники.

2.                 Энергетическая электроника (преобразовательная техника), занимающаяся преобразованием одного вида электрической энергии в другой. Почти половина энергии, производимой в России, потребляется в виде постоянного тока или тока нестандартной частоты. Большая часть преобразований электрической энергии в настоящее время выполняется полупроводниковыми преобразователями. Основными видами преобразователей являются выпрямители (преобразование переменного тока в постоянный), инверторы (преобразование постоянного тока в переменный), преобразователи частоты, регулируемые преобразователи постоянного и переменного напряжений.

Развитие электроэнергетики и электротехники тесно связанно с электроникой. Сложность процессов в энергосистемах, высокая скорость их протекания потребовали широкого внедрения для расчёта режимов и управления процессами электронных вычислений машин (ЭВМ), связанных с системой сложными электронными устройствами и снабжённых разными устройствами для отображения информации. Основные процессы производства автоматизируются на основе современных устройств информационной электроники, в которых в последние годы широко применяются интегральные микросхемы и микропроцессоры. Не менее связана с энергетикой и электромеханикой энергетическая электроника. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии являются одним из основных нагрузочных элементов сетей, их работа во многом определяет режимы работы сетей. Вентильные преобразователи используются для питания электропроводов и электротехнологических установок, для возбуждения синхронных электрических машин и в схемах частотного пуска гидрогенераторов. На основе полупроводниковых вентильных преобразователей созданы линии электропередач постоянного тока большой мощности и вставки постоянного тока.

Таким образом, электронные устройства являются важными и весьма сложными компонентами энергетических и электромеханических установок и систем, и для их создания необходимо привлекать специалистов в области промышленной электроники, автоматики и вычислительной техники. Однако инженеры, специализирующиеся в области электроэнергетики и электротехники, не могут устранить от решения вопросов, связанных с электроникой. Во-первых, они должны уметь чётко сформулировать задачу для разработчиков электронных схем и представлять те трудности, с которыми может столкнуться разработчик. Не полно заданные требования могут привести к созданию неработоспособного устройства, а неоправданное завышение требований – к повышению стоимости и снижению надёжности электронного оборудования. Для того чтобы говорить с разработчиком электронной аппаратуры на одном языке, надо отчётливо представлять себе, что может выполнить электроника и какой ценой и какими способами это достигается. Последнее необходимо также для квалифицированного выбора оборудования, выпускаемого промышленностью.

Во-вторых, возникает необходимость грамотной эксплуатации электронных устройств. В-третьих, инженеры-электрики принимают активное участие в работах по монтажу и наладке оборудования, в том числе электроники. В-четвёртых, проектирование ряда энергетических установок, в том числе линий передач постоянного тока, требуют совместной         работы специалистов по энергетике и преобразовательной технике.

Основными критериями для выбора элементов для построения той или оной схемы является стоимость этого элемента, его габариты, параметры и т.д. В подавляющем большинстве люди привыкли использовать полупроводниковые элементы типа диодов, транзисторов и т.д., поскольку много времени уходило на изучение параметров и принципа работы микросхем и микропроцессоров, но, не смотря на всё это, особенно из-за громоздкой структуры схемы на полупроводниках преимущественное место заняла  микропроцессорная и микросхемная технологии.

Благодаря всему этому мы сей час можем представить вашему вниманию схему кодового замка, собранную на микросхемах с немногочисленными полупроводниковыми элементами обвязки. Как вы сможете убедиться ниже, микропроцессорные элементы напрямую зависят от полупроводниковых, не смотря на все достижения науки на сегодняшний день.

Достоинства и недостатки

Мы выбрали именно эту схему кодового замка из-за ряда достоинств и незначительных недостатков:

К достоинствам данной схемы можно отнести:

1.                 можно менять комбинации примерно каждый день, их хватит примерно на 1,643,835 лет, так как можно реализовать до 6·108 различных комбинаций, состоящих из 8-ми цифр 1…9.

2.                 достаточно маленькая панель кнопочного управления, состоящая всего из 3-х кнопок, одна для включения питания, вторая для набора цифры, а третья для перехода на следующую цифру кода.

3.                 легко перепрограммируется посредствам перестановки перемычек.

4.                 сама схема чуть – чуть больше 2-х спичечных коробков.

5.                 питается напряжением всего 5…12В, что позволяет использовать его в помещениях повышенной опасности.

Что касается недостатков, так это, пожалуй, всего один: все микросхемы данной схемы кодового замка 561 серии, а они очень не любят статическое электричество, но и эта проблема довольно-таки просто решить, всего на всего достаточно заземлить схему на корпус.

Трудности, при выполнении дипломного проекта

Самое первое, с чем мы столкнулись, это было выбор схемы дипломного проекта. Нам пришлось побывать почти во всех ближайших библиотеках и перевернуть все книжки по электронике у своих знакомых. Но вот в одной из очередных библиотек мы наткнулись на большое множество журналов «Юный Техник», нам пришлось просидеть не один час, пересматривая недюжинную стопку этих журналов, останавливаясь практически на каждой схеме, обсуждая и оценивая её. В первую очередь мы смотрели на радио детали и микросхемы, определяя, можно ли найти такую в данное время или существует ли аналог, пользуясь при этом справочником. И вот наконец-то мы остановились на данной схеме, практически на последних журналах, из-за перечисленных выше характеристик данного кодового замка.

Второй проблемой были детали. После долгих размышлений мы решили купить их в Москве, в фирменном магазине «Чип и Дип», именно там потому, что я нашёл каталог этого магазина. После заказа радио деталей не проблемой оказалось найти стеклотекстолит, но вот фотоплёнку для печатания на ней дорожек было найти труднее, так как в нашем городе её почти никто не продаёт, кроме магазина «Импульс». Много времени мы потратили на изучение программы для разработки печатных плат Axel и нанесения дорожек на фотоплёнку, краска струйного принтера постоянно размазывалась по плёнке, и приходилось по несколько раз перепечатывать. Изначально мы думали, что на лазерном принтере будет выглядеть всё это гораздо лучше, но после третьей попытки распечатать на нём до нас дошло, что он печатает не прямыми линиями, а точками, из-за этого дорожки были бы не качественные, так как был бы плохой контакт между двумя сегментами одной дорожки.

Очередная проблема, с которой мы столкнулись, оказалась нанесение дорожек на плату. Делали мы это при помощи кварца, изображение с фотоплёнки фотографическим путём переносилось на стеклотекстолитовую плату. Всё зависело от того, как долго мы продержим плату под кварцем, поскольку кварцевая лампа сильно грелась, то сложно было подгадать время, когда пора было бы вытаскивать, в основном мы передерживали.

Но вот плата с нанесёнными дорожками готова, остаётся только протравить её, и тут возникает ещё одна проблема, заключающаяся в поисках хлорного железа. Искали его два дня и, у одного из наших знакомых, оно оказалось. Но это ещё только полпроблемы, данное хлорное железо оказалось старым и, благодаря этому оно плохо травило, у нас ушло на это, по меньшей мере, пять часов.

Следующим этапом в изготовлении нашего дипломного проекта был запайка элементов на стеклотекстолитовую плату. Вы, конечно же, скажете, ну и что тут такого сложного, а я вам скажу, что при разработке данной печатной платы в программе Axel мы выбрали практически минимально допустимый размер схемы для уменьшения её объёма. Сначала попробовали запаять радиоэлементы паяльником, мощность которого была 40W, но как вы сами понимаете, это была не такая-то уж и хорошая идея, с горем пополам мы нашли 20W паяльник и всё прекрасно запаяли.

Практически не возникло проблем при сборе данной схемы на макете. Изначально было решено сделать кодовую комбинацию, состоящую из четырёх цифр 4.2.1.3. В процессе запайки деталей на монтажную плату (макет) 40W паяльником, поскольку на макете именно им и производилась пайка, мы сожгли два резистора и транзистор, в процессе запайки складывалось впечатление, что мощность данного паяльника на 40W, а все 100W, так как олово на нём просто кипело и плохо бралось на жало.

На макете, собранная схема прекрасно работала, были попробованы различные комбинации, а при наборе неправильной – схема не срабатывала и замок оставался в закрытом состоянии. При запайке элементов на печатную плату всё прошло успешно, нам сразу же стало невтерпёж посмотреть, что же всё-таки у нас получилось, и после первой попытки включить её мы просто опешили, она не работает. Судорожно и в смятении мы схватили близлежащий мультимерт и начали прозванивать все элементы и дорожки, выискивая причину отказа в работе. Во время тестирования деталей мы обнаружили, что у нас греются аж две микросхемы К561ИЕ14 и К561ИЕ8. Найти их оказалось не так то уж и сложно, просто мы всё продумали и заказали по два одинаковых элемента. После замены этих микросхем у нас всё заработало, если можно так сказать, просто мы забыли выставить кодовую комбинацию и, благодаря этому кроме подачи питания на схему у нас ничего не работало.

Ещё одна проблема, связанная с доставанием деталей была соленоид, на его поиски было потрачено не мало сил, нервов, денег и, конечно же, времени.

В процессе тестирования данной схемы возникла ещё одна проблема, связанная с микросхемами, относящаяся к разряду недостатков данной схемы, микросхему К561КП2, из-за отсутствия корпуса выбило статическим электричеством. Для определения данной неполадки мы долго искали осциллограф, но нашли, проверили и поменяли данную микросхему. При замене этой микросхемы нам пришлось паять плохим паяльником, и по этому качество пайки немного ухудшилось, благо не было ни одной, так называемой сопли, капельки олова, замыкающей две соседние дорожки на плате.

Через некоторое время работы нашего устройства у нас сгорел резистор R23, предназначенный для разрядки конденсатора С12, который служит для автоматического выключения питания кодового замка.

Страницы: 1, 2