Проектирование малогабаритной метеостанции

1. Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Выпускная квалификационная работа
Тема: Проектирование малогабаритной
метеостанции
Пыриков А. А. ИВ-15-1
Руководитель: Бельцов В. М.

2. Цели и задачи

Цели
1.
2.
3.
Проектирование устройства, согласно техническим
характеристикам
Создание программы, для работы устройства
Практическая реализация устройства
Задачи
1.
2.
3.
4.
5.
Разработка структурной схемы
Обзор аналогичных разработок, выявление их достоинств
и недостатков
Подбор элементной базы
Разработка электрической принципиальной схемы устройства
Разработать схему сборки устройства

3. Технические требования, предъявляемые к малогабаритной метеостанции

Напряжение питания
Потребляемый ток
Потребляемая мощность
Температура в помещении
Температура на улице
Давление
Влажность
Рабочая температура
Относительная влажность
Габариты платы
Габариты изделия
Требования по питанию
5 ±10%
1
2
Диапазон измерений
-40.. +50 ± 0.01
-40..+50 ± 0.5
300..1100
0..100 ± 0.3
Климатические требования
-25…+50
90
Конструктивные требования
не более 120x120
не более 130x130x50
В
А
Вт
°C
°C
hPa
%
°С
%
мм
мм

4. Обзор существующих аналогов

5. Достоинства и недостатки

Достоинства
1.
2.
Возможность питания от сети 220 вольт.
Высокая точность измеряемых температур и давления.
Недостатки
1.
2.
3.
4.
Малый диапазон измеряемых температур.
Отсутствует автономное питание.
Нет сохранения полученных данных в памяти МК
Нет графиков температур, из-за используемого типа экрана.

6. Структурная схема

7. Выбор элементной базы

Модуль STM32F103C8T6
Краткие технические характеристики
Параметры
Разрядность
32 бит
Тактовая частота
72 МГц
Объем flash памяти
64 Кб
Объем SRAM
20 Кб
АЦП
2шт. по12 разрядов
Напряжение питания
2..3,6 В
Потребляемый ток
50 мА
Температурный диапазон
Порты ввода/вывода
Габариты платы
Внешний вид модуля STM32f103c8t6
-40..85 °С
37
53x23x4 мм
УГО модуля STM32f103c8t6

8. Электрическая принципиальная схема модуля  STM32F103C8T6

Электрическая принципиальная схема модуля STM32F103C8T6

9. Выбор элементной базы

ЖК дисплей ILI9341
Краткие технические характеристики
Параметры
Разрешение дисплея
Диагональ дисплея
Системный интерфейс
240 x 320 точек
2,4 дюйма
8-бит, 9 бит, 16 бит, 18 бит
3 / 4-проводной SPI
Количество цветов
Напряжение питания
Потребляемый ток
Габариты
65536 (при использовании SPI)
Внешний вид дисплея ILI9341
5 или 3,3 вольта
300 мА
76x42x5 мм
УГО дисплея ILI9341

10. Выбор элементной базы

Датчик AM2320
Краткие технические характеристики
Параметр
Диапазон температуры
Диапазон влажности
Напряжение питания
Потребляемый ток
Интерфейс
Габариты
-40..80°С ± 0.5
0..100% ± 3%
Внешний вид датчика AM2320
3..5,5 Вольт
0,95 мА
I2C
21x10x4 мм
УГО датчика AM2320

11. Выбор элементной базы

Модуль BMP280
Краткие технические характеристики
Параметр
Диапазон температуры
Диапазон давления
Напряжение питания
Потребляемый ток
Интерфейс
Габариты
-40 - +85 C ± 0.5%
300..1100 hPa ±0.12%
1,6..3,6 Вольт
Внешний вид модуля BMP280
2 мА
I2C и SPI
15x11x3 мм
УГО модуля BMP280

12. Электрическая принципиальная схема модуля  BMP280

Электрическая принципиальная схема модуля BMP280

13. Выбор элементной базы

Модуль TP4056
Краткие технические характеристики
Параметр
Входное напряжение
Макс. напряжение заряда
Мин. напряжение разряда
Макс. ток заряда
Макс. ток разряда
Габариты
5В
4,25 В
Внешний вид модуля TP4056
2,5 В
1А
3,2 А
22х17x1 мм
УГО модуля TP4056

14. Электрическая принципиальная схема модуля  TP4056

Электрическая принципиальная схема модуля TP4056

15. Выбор элементной базы

Модуль AMS1117
Краткие технические характеристики
Параметр
Входное напряжение
Выходное напряжение
Выходной ток
Габаритные размеры
4,8..12 В
3,3 В
Внешний вид модуля AMS1117
0.8 А
25х11х1 мм
УГО модуля AMS1117

16. Электрическая принципиальная схема модуля  AMS1117

Электрическая принципиальная схема модуля AMS1117

17. Принципиальная схема устройства

18. Расчет мощности

ИМС
Кол-во
Iпот,мА
Uпит,В
P,мВт
1
50
3.3
165
1
0.95
3.3
3,135
1
2
3.3
6,6
1
300
3.3
990
STM32F103C8T6
AM2320
BMP280
ILI9341
Pэл. = PSTM32F103C8T6 + PAM2320 + PBMP280 + PILI9341 = 165 мВт + 3,135 мВт + 6,6 мВт + 990 мВт = 1165 мВт
= 1,165 Вт
PДискретные элементы = Pэл. *20% = 1,165 Вт * 20% = 0.233 Вт = 233 = мВт
Pобщ = Pэл. + PДискретные элементы = 1,1+0,233 = 1,333 Вт = 1333 мВт

19. Алгоритм

20. Сборочный чертеж

21. Плата печатная

Расположение компонентов
Разведение трасс

22. Экономические расчеты

Наименование
Характеристики
Объем выпускаемой продукции в
натуральных показателях, шт
4000
Численность рабочих на участке
-основные рабочие
5
-вспомогательные рабочие
1
-инженерно-технические рабочие
1
Средняя месячная зар. плата
22817
Полная себестоимость изделия, руб.
1459
Розничная цена, руб
2417
Прибыль от реализации продукции,
руб.
648268,25
Производственные фонды
52096,55
Фондоотдача
6,2
Затраты на рубль товарной
продукции
0,6
Рентабельность фактическая
11 %
Основные производственные фонды
Диаграмма фонда заработной платы

23. Охрана труда

24.

СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ
Пыриков А. А. ИВ-15-1
Проектирование малогабаритной метеостанции