Модель світлофора зі звуковою сигналізацією на базі мікроконтролера i8051

Для автоматичного  рестарту мікросхеми після подачі напруги  живлення до виходу RESET необхідно підключити RC-ланцюжок, що забезпечує необхідну затримку, що дозволяє генерувати одиночний імпульс скидання.

Після зняття сигналу RESET проходить від 1 до 2 тактових періодів до їх активізації. При цьому мікроконтролер починає виконувати програму з адреси 0000h внутрішньої або зовнішньої пам'яті програм (залежно від рівня сигналу EA).

Утримання висновків ALE і PSEN в активному (нульовому) стані  при активному сигналі RESET призводить до перекладу всіх висновків мікросхеми в високоімпедансний стан (режим "ONCE"). Цей режим використовується для відлагоджування системи.

Час затримки сигналу  скидання при підключенні зовнішнього RC –ланцюга

приблизно визначається за формулою:

             (1.3)

Розрахунок  потужності споживання. В розроблюваний пристрій входять:

1. MiкpoEOM MCS-8051: U_cn = 5 В; l_cn = 0,025 А

Обчислюємо  споживану потужність:

2. Буферні інвертори К561ЛН2: U_ж = 5 В; І_сп = 0,25мкА

Обчислюємо споживану потужність:

3. Лампи розжарювання потужністю 100Вт, увімкнені по 2 паралельно:

4. Голівки гучномовця 0,5 ГДШ-2:

Складаємо таблицю  для визначення загальної споживаної потужності (табл.

Таблиця 1.3 –  Споживана потужність моделі світлофора

№ п/п	Найменування  елемента	Кількість	Споживаємо  потужність
1.	MCS-8051	1	0,125 Вт
2.	К561ЛН2	1	0,0025 Вт
3.	Лампи розжарювання	1	500 Вт
4.	0,5 ГДШ-2	1	0,1 Вт
		1
	Модель світлофора на базі MCS-8051	1	500,2275 Вт

 

 

3.3 Розрахунок на надійність

Задаємо час роботи пристрою мінімальний (Тмін), максимальний (Тмакс) і час прирощення Тприр.:

Т(мінімальне) = 0

Т(середнє) = 20000 год

Т(прирощення) =2000 год

 Будуємо  структурну схему (рис.1.3) блоку з точки зору надійності. Ця схема буде складатися із послідовно  з'єднаних елементів, що  впливають на нормальну роботу пристрою  (в схему  вносяться  елементи  відмова яких приводить до відмови блоку чи пристрою.

Надаємо інформацію про пристрій, по слідкуючій схемі: ількість типів елементів  8, кількість типів блоків 1.

Елемент 1-го типу: Резистор металоплівковий

Значення інтенсивності  відмов для, елемента 1-го типу:

• мінімальне - 0,004 10^-6;
• середнє - 0,103 10^-6;
• максимальне - 0,202 10^-6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3 – Структурна схема блоку моделі світлофора з точки зору надійності

 

Кількість елементів 1-го типу - 19

Коефіцієнт  навантаження на 1-й елемент -0,5

Елемент 2-го типу: Конденсатор  єлектролітичний

Інтенсивність відмов для  елементу 2-го типу становить:

• мінімальне - 0,003 10^-6;
• середнє - 0,2279 10^-6;
• максимальне - 0.4515 10^-6.

Кількість елементів 2-го типу - 2

Коефіцієнт навантаження на другий елемент - 0,7

Елемент 3-го типу: Конденсатор керамічний

Інтенсивність відмов для  елементу 3-го типу становить:

• мінімальне -0,04 10^-6;
• середнє -0.33 10^-6;
• максимальне - 0,7 10^-6.

 

 

Кількість елементів 3-го типу - 4

Коефіцієнт навантаження на четвертий елемент - 0,7

Елемент 4-го типу: Діод напівпровідниковий

Інтенсивність відмов для  елементу 4-го типу становить:

• мінімальне -0,35 10^-6;
• середнє - 0,62 10^-6;
• максимальне - 0,9 10^-6.

Кількість елементів 4-го типу - 8

Коефіцієнт навантаження на четвертий елемент - 0,5

Елемент 5-го типу: Інтегральна мікросхема напівпровідникова

Інтенсивність відмов для  елементу 5-го типу становить:

• мінімальне -0,01 10^-6;
• середнє -1,255 10^-6;
• максимальне -2,5 10^-6.

Кількість елементів 5-го типу - 3

Коефіцієнт навантаження на 5 елемент - 1

Елемент 6-го типу: Транзистор біполярний

Інтенсивність відмов для  елементу 6-го типу становить:

• мінімальна -0, 5 10^-6;
• середнє -0,9 10^-6;
• максимальна -1,2 10^-6.

Кількість елементів 6-го типу – 8

Коефіцієнт  навантаження на 6 елемент - 0,7

Елемент 7-го типу: Трансформатор мережевий

Інтенсивність відмов для елементу 7-го типу становить:

• мінімальна -0,05 10^-6;
• середнє -0,625 10^-6;
• максимальна -1,2 10^-6.

Кількість елементів 7-го типу – 1

 

 

Коефіцієнт  навантаження на сьомий елемент - 0,7

Елемент 8-го типу: Резонатор кварцовий

Інтенсивність відмов для елементу 8-го типу становить:

• мінімальна -0,162 10^-6;
• середнє -0,162 10^-6;
• максимальна -0,162 10^-6.

Кількість елементів 8-го типу - 1

Коефіцієнт  навантаження на восьмий елемент - 1

Елемент 9-го типу: Пристрій індикації

Інтенсивність відмов для елементу 9-го типу становить:

• мінімальна -0,07 10^-6;
• середнє -0,165 10^-6;
• максимальна -0,4 10^-6.

Кількість елементів 9-го типу - 10

Коефіцієнт  навантаження на дев'ятий елемент - 1

Проводимо орієнтований розрахунок надійності пристрою, в  якому на підставі знайдених інтенсивностей відмов для кожного елемента будуємо  таблицю (1.3).

В графу 1 таблиці  заносимо схемне позначення елементів які входять в схему пристрою (резистори, конденсатори, діоди, транзистори, ІМС, трансформатори, реле, дроселі, котушки індуктивності, індикаторні прибори, перемикачі, вимикачі, рознімання тощо).

В графу 2 заносимо найменування елемента.

В графу 3 заносимо значення коефіцієнта навантаження визначене з урахуванням температури (визначається по таблиці 2; 3).

В графи 4: 5: 6 заносимо мінімальне, середнє і максимальне  значення інтенсивності відмов (визначається по таблиці 1).

В графи 7: 8: 9 заносимо мінімальне, середнє і максимальне значення інтенсивності відмов, визначені з урахуванням умов експлуатації, як значення

 

 взяті з  4: 5: 6 граф і помножені на значення  коефіцієнта навантаження з графи  2.

Таблиця 1.4 – Таблиця інтенсивностей відмов елементів моделі світлофора

Схемне позначення елемента	Наймену-вання елемента	Коефіцієнт  навантажень	λ характеристика номінальних значень 10-6			- характеристика з урахуванням експлуатаційних умов: значень 10-6
			min	сер	max	min	сер	max
1	2	3	4	5	6	7	8	9
R1	МЛТ 0,125 – 100К	0.42	0.004	0.103	0,202	0.00168	0.0432	0.0848
R2	МЛТ 0,125-20К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0.0432	0.0848
R3	МЛТ 0,125-1,5К	0.42	0.004	0,103	0,202	0,00168	0,0432	0.0848
R4	МЛТ 0,125-1,5К	0,42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0.0432	0.0848
R5	МЛТ 0,125-1,5К	0,42	0.004	0,103	0.202	0,00168	0.0432	0.0848
R6	МЛТ 0,125-1,5К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R7	МЛТ 0,125-1,5К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R8	МЛТ 0,125-570К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R9	МЛТ 0,125-570К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R10	МЛТ 0,25-10К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R11	МЛТ 1-82Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R12	МЛТ 1-82Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R13	МЛТ 1-82Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R14	МЛТ 1-82Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R15	МЛТ 1-82Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R16	МЛТ 1-18Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R17	МЛТ 1-18Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R18	МЛТ 0,125-2К	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
R19	МЛТ 0,125-430Ом	0.42	0.004	0,103	0,202	0.00168	0,0432	0,0848
СІ	К71-3-4,7 мк	0,65	0,003	0,227	0.4515	0,00195	0.293	0,294
С2	К10-17-30пф	0.23	0,04	0.33	0.7	0,0092	0.0759	0,161
С3	К10-17-30пф	0.23	0,04	0.33	0.7	0,0092	0.0759	0,161
С4	К11-6-0,1мкф	0.8	0.003	0,849	1.7	0.0024	0,679	1,36
С5	К73-10-0,05мкф	0.8	0.003	0,849	1.7	0.0024	0,679	1,36
С6	К30-6-300мкф	0.8	0.003	0,849	1.7	0.0024	0,679	1,36
С7	К50-16-300мкф	0.8	0.003	0,849	1.7	0.0024	0,679	1,36
VD1	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VD2	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VD3	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VD4	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VD5	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VD6	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VД7	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VД8	КД212А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
ДД1	MCS – 8051	1	0.01	1.255	2.5	0.1	1,255	2.5
ДД1.1	К561ЛН2	1	0.01	1.255	2.5	0.1	1,255	2.5
ДД1.2	К561ЛН2	1	0.01	1.255	2.5	0.1	1,255	2.5
VT1	КТ503А	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT2	КТ503А	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT3	КТ503А	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT4	КТ503А	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT5	КТ503А	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT6	КТ315Г	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT7	КТ315Г	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VT8	КТ315Б	0,7	0,5	0,9	1,2	0,35	0,63	0,84
VД1	КС156А	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VS1	T112-16	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VS2	T112-16	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VS3	T112-16	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VS4	T112-16	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
VS5	T112-16	0,81	0,35	0,625	0,9	0,284	0,506	0.506
ТІ	Трансформатор	1	0.05	0.625	1.2	0.5	0.625	1,2
ZQ1	Резонатор	1	0.162	0,162	0,162	0.162	0,162	0Л62
HL1	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL2	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL3	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL4	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL5	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL6	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL7	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL8	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL9	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
HL10	Лампа розжарювання	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
ВА1	0,5 ГДШ-2	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
ВА2	0,5 ГДШ-2	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
SA1	Т82-1	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
SA2	Т82-1	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
SA3	ПТ-13	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4
SA4	ПТ-13	1	0.07	0,165	0,4	0,07	0.165	0.4

 

 

Після заповнення 7; 8;  9 граф таблиці визначаємо очікувану мінімальну, середню і максимальну інтенсивності відмов блоку, як суму інтенсивностей відмов окремих елементів.

(сума всіх значень 7 графи) 

 

(сума всіх значень 8 графи)

(сума всіх значень 9 графи)

Визначається  мінімальна, середня і максимальна  інтенсивності відмов всього пристрою (вони дорівнюють інтенсивностям відмов блоку).

Використовуючи  формулу  визначаємо мінімальний, середній і максимальний час напрацювання на відмову:

          (1.4)

           (1.5)

          (1.6)

Використовуючи  формулу  визначаємо імовірність безвідмовної роботи пристрою протягом часу T (табл.1.4).

             (1.8)

Таблиця 1.5 – Розрахунок імовірностей безвідмовної роботи моделі світлофору

Час Т	Pmin(t)	Pсер(t)	Pmax(t)
0	1	1	1
2000	1,01604253	1,047698	1,059866
4000	1,03234241	1,047698	1,123317
6000	1,04890379	1,09767	1,190566
8000	1,01604253	1,047698	1,059866
10000	1,08282787	1,20488	1,337383
12000	1,10019917	1,26235	1,417447
14000	1,11784914	1,322562	1,502305
16000	1,13578226	1,385645	1,592242
18000	1,15400308	1,451737	1,687564
20000	1,1725162	1,520981	1,788593

 

Будуємо графіки (рис.1.4) імовірності безвідмовної роботи пристрою, відкладаючи по вісі абсцис час напрацювання на відмову, а по вісі ординат значення імовірності безвідмовної роботи для цього часу. Графіки будуються для P_min(t); P_сер(t); P_max(t);