Разработка и применение цветомузыкального устройства со спектроанализатором

Введение…………………………………………………………………….…. 4
Раздел 1. Теоретическая часть
1.1 Разработка структурной схемы………………………………….…… 7
1.2 Принцип работы устройства…………………………………………. 8
1.3 Разработка принципиальной схемы……………………………….…. 9
1.4 Разработка блок-схемы программы…………………………….……. 10
1.5 Написание кода на языке ассемблер…………………………….…… 12
Раздел 2. Техническая часть.
2.1 Выбор радиоэлементов и их технических параметров………….….. 19
2.2 Расчет размеров печатной платы……………………………….…….. 25
2.3 Расчет надежности устройства……………………………………….. 26
Раздел 3. Экономическая часть.
3.1 Расчет трудоемкости на разработку цветомузыкального
устройства со спектроанализатором………………………………… 28
3.2 Определение фонда заработной платы…………………….………… 30
...

Данная выпускной квалификационной работы состоит из содержания, введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений.
Первая часть главы один демонстрирует теоретические сведения о приборе, принцип его работы и написание кода. Во второй главе описан выбор радиоэлементов и технические расчёты. В третьей главе содержится подсчёт экономической части реализации данного устройства. В четвертой главе находятся наставление по технике безопасности при работе с оборудованием.

Микроконтроллеры PIC компании MICROCHIP имеют RISC-архитектуру, обеспечивающую компактную, но мощную систему команд. В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их на сегодняшний день самыми высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и с ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе. При проектировании устройства необходимо грамотно выбрать нужный контроллер. Он должен удовлетворять многим требованиям: отвечать треб ованиям надёжности, энергопотребления, стоимости. Кроме того, его вычислительная мощность и объем памяти должны рационально использоваться – нельзя применять для решения простой задачи сложный и дорогостоящий микроконтроллер, это усложнит схему, увеличит энергопотребление, усложнит работу программиста и увеличит стоимость конечного изделия [2].
Целью данного дипломного проекта разработка и применение цветомузыкального устройства со спектроанализатором, проектирование технологического процесса сборки и монтажа данного устройства, а так же расчета трудоемкости на разработку данного устройства.

В гарвардской архитектуре RISC ядра микроконтроллера разделены 14-разрядная память программ и 8-разрядная память данных. Такой подход позволяет выполнять все инструкции за один машинный цикл. Дополнительные регистры управления и архитектурные новшества позволяют создавать высокоэффективные устройства.Микроконтроллеры PIC16F628A удовлетворяют ряду параметров для их использования, от зарядных устройств до удаленных датчиков с малым потреблением электроэнергии. FLASH технология и большое количество периферийных модулей, совместимых с предыдущими микроконтроллерами, позволяют быстро и удобно разрабатывать программное обеспечение. Высокая производительность, малая стоимость, легкость в использовании и гибкость портов ввода/вывода делают PIC16F628A универсальными микроконтроллерами.Резисторы C2-23Рисунок 8. Резистор С2-23l = 6 ;d = 2,3Резисторы С2-23 пригодны для монтажа в аппаратуре методом групповой пайки или паяльником.При групповой пайке и пайке паяльником применяемый флюс должен состоять из 25% по массе канифоли (ГОСТ 19113—84) и 75% по массе изопропилового (ГОСТ 9805—84) или этилового спирта (ГОСТ 18300—87). Температура припоя при групповой пайке 260±5 °С, время пайки не более 4 с; при пайке паяльником мощностью 50 Вт температура припоя 350±10 °С, продолжительность пайки 5 с.Допускается эксплуатация резисторов С2-23-1 Вт в режиме Р=2Рном (режим эксплуатации резисторов С2-23-2 Вт), при этом изменение сопротивления резисторов в течение срока минимальной наработки не более:±5 % не менее чем у 90 % резисторов;±15 % не менее чем у 7 % резисторов.Транзисторы 2SC4517Рисунок 9. Транзисторы 2SC4517l = 10,1 ; b = 4,2Полярность: NPN Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 30 Макc. допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 900 Макc. допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 550 Макc. допустимое напряжение эмиттер-база (Ueb): 7 Макc. постоянный ток коллектора (Ic): 3 Предельная температура PN-перехода (Tj), град: Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 6 Ёмкость коллекторного перехода (Cc), пФ: Статический коэффициент передачи тока (hfe): 101270309245Транзисторы КТ342АМl = 5,2 ; b = 4,5Тип материала: Si Полярность: NPN Рисунок 10. Транзистор КТ342АММаксимальная рассеиваемая мощность (Pc): 0.25 Макc. допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 35 Макc. допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 0 Макc. допустимое напряжение эмиттер-база (Ueb): 5 Макc. постоянный ток коллектора (Ic): 0.05 Предельная температура PN-перехода (Tj), град: 175 Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 250 Ёмкость коллекторного перехода (Cc), пФ: 8 Статический коэффициент передачи тока (hfe): 10026035302895Резонатор кварцевый HC-49Ul = 11,5 ; b = 5Резонансная частота,МГц: 4.00Точность настройки dF/Fх10-6: 30-2323465113665Рисунок 11. Резонатор кварцевый HC-49U00Рисунок 11. Резонатор кварцевый HC-49UТемпературный коэф. Ктх10-6: 30Нагрузочная емкость,пФ: 32 Рабочая температура,С: -20…70 Корпус: HC-49U Длина корпуса L.,мм: 13.5 2.2 Расчет размеров печатной платыРасчет размеров печатной платы производится в несколько этапов: 1. Определяем площадь всех элементовSконденсаторов=Sc1+Sc2+Sc3+Sc4+Sc5+Sc6+Sc7+Sc8+Sc9=468,3 мм2Sстабилизатора=SDA1=14,8 мм2Sмикроконтроллер=SDD1+=198 мм2Sсветодиодов=SHL1+SHL1+SHL1+SHL1+SHL1+SHL1+SHL1+SHL1+=156,8 мм2Sрезисторов=SR1+SR2+SR3+SR4+SR5+SR6+SR7+SR8+SR9+SR10+SR11+SR12+SR13+SR14+SR15+SR16+SR17+SR18+SR19+SR20+SR21=307,1 мм2Sтранзисторов=SVT1+SVT2+SVT3+SVT4+SVT5+SVT6+SVT7+SVT8+SVT9+SVT10+SVT11+SVT12+SVT13+SVT14+SVT15+SVT16+SVT17=546,6 мм2Sразъемы=SXS1+SXS2=400 мм2Sрезонатора кварцевого=SZQ1=55 мм2Sэлементов=2146 мм2 2. Определяем площадь печатной платы по формуле:Sпп=(1,2…2,5)Sэлементов=2,4*2146=5151 3. Выбираем в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкции устройства, размер одной стороны печатной платы (ширину):а = 85 мм 4. Вычисляем размеры второй стороны печатной платы:b=Sппa=515185=61 мм5. Выбираем размеры печатной платы: a = 85мм ;b = 61мм2.3 Расчет надежности устройства.Надежность - это свойство объекта сохранять во времени, в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортировки. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.Для большинства радиоэлектронных устройств вероятность безотказной работы может быть определена по формуле: P=e-tПри определении надежности аппаратуры имеют в виду значение интенсивности отказов , которое имеет место в период нормальной работы. При этом исходит из того, что элементы с "грубыми" дефектами, отказы которых характерны для периода приработки, должны быть выявлены и заменены.Расчет надежности.№обозначение∙10-6Кнt0,Cai(Kн, t)ni0∙ai∙10-61C10,30130110,32C20,30130110,33C30,011300,1210,0364C40,30130110,35C50,011300,1210,0366C60,30130110,37C7, C80,011300,1220,00128C90,30130110,39DA10,8130110,810DD10,10,1301,210,111HL1...HL80,1130180,112R1...R160,0081300,25160,00213R170,0081300,2510,00214R18-R190,0081300,2520,00215R200,0081300,2510,00216R210,41300,0310,001217VT1...VT80,30130180,3018VT9...VT170,30130190,3019ZQ10,20,230110,220DC-JACK0,0021300,2510,00521Печатная плата0,10,1300,110,000122Паяное соединение0,010,1300,411630,0041Итого3,0915∙10-6Суммарная интенсивность отказа Хобщ=3,0915∙10-6Наработка на отказ t=1000чВероятность безотказной работы за время равное 1000ч составляет:Pt=e-t≈2,72(-0,00000030915∙1000)≈0,9996907Из расчетов следует,что вероятность безотказной работы стремится к 1, а значит, что устройства соответствует требованиям надежности, которая предъявляется к устройству данного типа.Раздел 3. Экономическая частьРасчет затрат на разработку цветомузыкального устройства со спектроанализатором.Расчет технико-экономических показателей.Целью экономической части дипломного проекта является определение цены на разработку цветомузыкального устройства со спектроанализатором, в рыночных условиях.3.1 Расчет трудоемкости на разработку цветомузыкального устройства со спектроанализатором.Трудоемкость и норма времени на комплекс выполненных работ определены, исхода из фактически затраченного времени, при условии оптимальной организации труда и применения современного оборудования и инструментов. Трудоемкость на комплекс выполненных работ рассчитана и представлена в таблице 3.1 Таблица 3.1.№Наименование операцииВремя операции, чКоличество операцийЧисло занятых рабочихТрудоемкость, чел*ч1Ознакомление с заданием11112Разработка структурной и принципиальной схемы устройства22163Написание кода и программирование микроконтроллера32164Расчет размеров и травля печатной платы12125Монтаж радиоэлементов26011206Проверка работоспособности1111Итого:1068136 Время выполнение операций (Топ.) составляет 10ч. Норма времени на комплекс выполненных работ рассчитывается по формуле 5.1:Нвр. =Топ. + Тобс. + Тот. + Тпз.;(5.1)Где: Топ. -время операции, ч.; Тобс. - время на обслуживание оборудования, ч.; Тог,- время на отдых и личные надобности, ч.; Тпз. - Время подготовительно - заключительных работ, ч. Время на обслуживание оборудования Тобс, на отдых и личные надобности Тот, определяется опытно-статистическим методом по нормативам; Тобс. = 5% * Топ. Тобс. = 10 * 0,05 = 0,5 чТот. = 2,5% * Топ. Тот. = 10 * 0,025 = 0,25 ч Время подготовительно-заключительных работ Тпз. условно принимается в размере 2,5% от Топ.:Тпз. = 2,5% * Топ.Тпз. = 10 * 0,025 = 0,25 чНвр. = 10 + 0,5 + 0,25 + 0,25 = 11 ч3.2 Определение фонда заработной платы. При планировании предоставления обществу данной услуги, необходимо учесть все затраты на реализацию услуги с целью назначения цены на нее и получения прибыли. Одной существенной статей затрат является оплата труда работников, Средства, предназначенные на выплату заработной платы, формируется в фонд оплаты груда (ФОТ), который складывается из следующих составляющих, формула 5.2: ФОТ=ОЗП+ДЗП+НЗП,(5.2)Где: ОЗП — основная заработная плата работников, ДЗП — дополнительная заработная плата работников, НЗП — начисления на заработную плату работников. Прямая заработная плата специалистов за год рассчитывается, исходя из месячной ставки, количества работающих но каждой штатной должности, количества рабочих месяцев и норматива премии, формула 5.3:ПЗПг.=ОМ*Ч*11, (5.3),где ОМ — месячный оклад специалистов, равный 50000 руб., 11 — число рабочих месяцев. ПЗПг.= 50000 * 1 * 11 = 550000 руб Далее определяем часовую тарифную ставку специалиста Чт.с: Чт.с. = ПЗПг./Вр,Где: Вр — количество рабочих часов в год, 1995 ч.Чт. с. = 550000 / 1995 = 275 руб/час Определяем расценку единицы проведенной работы Sp.:Sр. = Чт.с.*Нвр.Sp. = 275 * 11 = 3025 руб. Прямая заработная плата основных рабочих рассчитывается по формуле 5.4:ПЗП = Sр.*Пг., (5.4)Где: Sр. — сумма расценок на операции, Пг. — количество проведенных работ. ПЗП = 3025 * 1 = 3025 руб Премия для специалистов рассчитывается по формуле 5.5:ПР = (ПЗП * Нпр.)/100%,(5.5),Где: Нпр. -норма премии для специалистов составляет 50% от прямой заработной платы.ПР = (3025* 30%) / 100% = 907 руб Основная заработная плата специалистов равна сумме премии и прямой заработной платы, формула 5.6:ОЗП = ПЗП+ПР, (5.6)ОЗП = 3025 + 907 = 3932 руб Кроме того, специалистам выплачивается дополнительная заработная плата (ДЗП), которая составляет 9% от основной заработной платы, формула 5.7.ДЗП — оплата отпусков, выполнение государственных обязанностей, оплата учебных отпусков.ДЗП = ОЗП*0,09 (5,7)ДЗП 3932 * 0,09 = 353 руб На основную и дополнительную заработную плату делают начисления (страховой взнос – СВ):— в пенсионный фонд -22%,— в фонд медицинского страхования -5.1%,— в фонд социального страхования -2,9%. Итого начислено на заработную плату (СВ) 30% и рассчитывается по формуле 5,8.СВ= 0,3*(ОЗП+ДЗП)(5,8)СВ= 0,3(3932 + 353) = 1285,5 руб Таким образом, ФОТ основных рабочих будет равен сумме основной, дополнительной заработной платы и начислений на заработную плату, формула 5.9:ФОТ = ОЗП+ДЗП+СВ (5.9)ФОТ = 3932 + 353 + 1285,5 = 5570,5 рубРезультаты расчета сведены в таблицу 5.2.Таблица 5.2№Категория работающихПЗП, руб.ПР, руб.ОЗП,рубДЗП, руб.СВ, рубФОТ, руб.1Специалисты302590739323531285,55570,5Итого:302590739323531285,55570,53.3 Определение стоимости основных фондов К основным фондам относятся основное и вспомогательное оборудование, инструменты, инвентарь. 5.3.1 Арендная плата рассчитывается исходя из минимальной заработной платы в РФ, коэффициента приведения, коэффициента размещения, коэффициента блочности, коэффициента территориальности, количества арендуемой площади по формуле 5.10:Апп = Змоп. * Кпр. * Кразм. * Кбл. * Ктер. * П * N,(5.10),Где: Змоп - Минимальный уровень заработной платы в РФ, равный 2500 руб.; Кпр. - Коэффициент приведения, равен 0,041; Кразм - Коэффициент размещения (степень этажности), равный 1,2; Кбл. - Коэффициент блочности, равен 1,4; Ктер. - Коэффициент территориальности, равный 1; П - Количество арендуемой площади, 5 м2; N - количество дней, 365 Апп.= 2500 * 0,041 * 1,2 * 1,4 * 1 * 5 * 1,5 = 1292 руб 5.3.2 Стоимость используемого оборудования и приборов определяется численностью рабочих мест, в данном технологическом процессе используется следующее оборудование, представленное в таблице 5.3 [4]:Таблица 5.3№Наименование оборудованияКоличество, шт.Стоимость, руб.Потребляемая мощность, Вт.1Ноутбук1900001002Мультиметр125009Итого:292500109 Общая стоимость оборудования рассчитывается по формуле 5.11;СТоб. = , (5.11)Где: - стоимость единицы оборудования,n - количество единиц оборудования.СТоб. = 92500 руб Стоимость производственного инвентаря рассчитывается как 1% от стоимости оборудования, формула 5.12.СТинв.пр. = (СТоб. *1 %)/ 100%,(5.12)СТинв.пр.= 92500 * 0,01 = 925 руб Стоимость хозяйственного инвентаря для специалистов рассчитывается исходя из нормы 900 руб. на человека формула 5.13.(5.13) 1 * 900 = 900 рубИспользуемые инструменты и их цены приведены в таблице 5.4 [4].Таблица 5.4№Наименование инструментовКоличество, шт.Цена, руб.1Паяльник125002Кусачки15003Пинцет15004Провода25 Итого:53510 Стоимость инструмента рассчитывается по формуле 5.14.СТинст.= (5.14)СТинст. = 3510 руб Затраты на возмещение износа инструментов рассчитываются по формуле 5.15,Звоз. = 0,05 * СТинстр.(5.15)Звоз. = 0,05 * 3510 = 175,53.4 Расчет амортизационных отчислений.Таблица 5.5 №Наименование ОФ и МБПБалансовая стоимость, руб.Норма амортизационных отчислений, %Годовой размер амортизационных отчислений, руб.1Оборудование1.1Компьютер900001090001.2Мультиметр2500123002Инструменты3510207023Инвентарь производственный975252444Хоз. инвентарь90025180 Итого:9788510526Общие годовые амортизационные отчисления (АОг.) на данном предприятии составляют 10526 руб. Тогда амортизационные отчисления за 11 часов рабочего времени составят:АО = (АО г./Вр) * 12,1Где: АО г. - годовые амортизационные отчисления; Вр - рабочее время за год, 1995 час.АО = (10526 / 1995) * 11 = 58 руб3.5 Расчет затрат на разработку устройства С целью определения затрат на разработку необходимо рассчитать величину следующих отдельных статей и элементов затрат: 5.4.1 Расчет стоимости материалов производится по формуле 5.16.См.i=Нр.i*Оцi,(5.16)Где: Hp.i — норма расходов i-oro материала на единицу изделия, ОЦi - оптовая цена i-ого материала.См.припой = 1 м; См.флюс = 150 МлСтоимость различных материалов, требуемых для изготовления одного изделия, представлено в таблице 5.6 [4].Таблица 5.6№Наименование материалаЕд. измеренияРасход материалаОптовая цена материала, руб.Стоимость, руб.1Припой ПОС 61М150 руб/метр502Флюс ФСМл1501000 руб/л1503Хлорное железог3002000 руб/кг600Итого:800С транспортно-заготовительными расходами:848 Общая стоимость различных материалов, требуемых для изготовления одного изделия с учетом транспортно-заготовительных расходов, рассчитывается по формуле 5.17:СТм. = Стi*(1+Нтзр./100%),(5.17),Где: CTi - общая стоимость материала, требуемого для изготовления, Нтзр. - норма транспортно-заготовительных расходов, равная.: СТм. = 800 * 1,06 = 848 руб 5.4.2 Расчет стоимости покупных полуфабрикатов. Цены и количество покупных полуфабрикатов, используемых при разработке, представлены в таблице 5.7.Таблица 5.7№ п/пНаименование полуфабрикатовЕд. изм.Количество элементов на 1 изделиеОпт.цена единицы в рубляхСтоим. элементов на изделие руб.1Конденсатор К50-35 - 47мкФ х QUOTE %шт.1442Конденсатор К50-35 - 220мкФ х QUOTE %шт.1663КонденсаторК10-17а-H90 - QUOTE %шт.1444КонденсаторК50-6 - 2,2мкФ х QUOTE %шт.28165Конденсатор К10-17а-M47 - 5600пФ ±10%шт.1336Конденсатор К10-17а-M47 - 39пФ±10%шт.2367КонденсаторК50-6 - 4,7мкФ х QUOTE %шт.1448Стабилизатор 78L05шт.110109Микроконтроллер Pic16f628Aшт.1757510СветодиодыL1513шт.832411Резистор C2-23-0,25 - 1 кОм ±10%шт.160,5812Резистор C2-23 - 0,25 - 2Ом ±5%шт.10,80,813Резистор C2-23 - 0,25 - 4,7кОм ±5%шт.21114Резистор C2-23 - 0,25 - 33кОм ±10%шт.11,51,515Резистор CП3-19А - 0,5 - 10кОм ±15%шт.11,21,216Транзистор 2SC4517шт.81512017Транзистор KT342AMшт.921818Разъемmini-jackшт.15519Разъемпитанияшт.15520Резонатор кварцевыйHC-49U -4MHzшт.1101021Печатная платашт.15050Итогошт.61- 372С транспортно-заготовительными расходами: 395 Общая стоимость полуфабрикатов с учетом транспортно - заготовительных расходов рассчитывается по формуле 5.18:СТп. = СТп.i*(1+Нтзр./100%),(5.18)Где: CTп.i - общая стоимость покупных полуфабрикатов. СТп.= 372 * 1,06 = 395 руб 5.4.3 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО) включает в себя стоимость технологической электроэнергии, затраты на текущий ремонт оборудования, амортизационные отчисления оборудования и инструментов. 5.4.3.1 Затраты на энергию для технологических целей рассчитывается по формуле 5.19:Зэ.i. = Qo6.* Т, (5.19)Где: Qo6. - потребление энергии оборудованием; Т -тарифная ставка за 1кВт электроэнергии, 4,50 руб.Зэ.i. = 0,109 * 4,5 = 0,5 руб 5.4.3.2 Затраты на отопление помещений, формула 5.20.Зоi. = Qт. * N * Цт., (5.20)Где: Qт. - количество потребляемой тепловой энергии, 0,02 Гкал;N - отапливаемый период, 12,1 час.; Цт. - цена за 1Гкал тепловой энергии, 1570 руб. Зоi. = 0,2 * 12,1 * 1570 = 380 руб5.4.3.3 Затраты на освещение рассчитываются на основе формулы 5.21Зэ.осв.