Оценка технико-экономической целесообразности создания цифрового ИК измерителя расстояния

 
 

M173IRK (компании MURATA)

 
 

      Проектируемое изделие будет обладать следующими техническими и эксплуатационными характеристиками:  

 
 

      Несмотря на небольшую точность измерения и небольшую стойкость к жестким условиям, данное устройство имеет ряд преимуществ. К ним относятся:  

• Высокая линейность измерения за счет точного математического  описания зависимости выхода от входа
• Небольшое время измерения за счет использования простого метода и быстрого процессора
• Цифровой выход, который позволяет легко сопрягать данный датчик с цифровой техникой
• Встроенный интерфейс RS-232 для сопряжения с компьютером, позволяющий в совокупности с программой-драйвером использовать данный датчик как периферийное компьютерное устройство
• Удобство обращения и портативность позволяют  применять его в широком спектре отраслей хозяйства

 
 

Область применения 

      Разрабатываемое изделие может применяться во многих областях деятельности. В том числе это:

• Промышленность с точным автоматическим оборудованием и умеренными условиями эксплуатации
• Различного рода сборка с подгонкой деталей под определенные габариты корпуса
• Бытовые работы, требующие оценки расстояния (стройки, работы по отделыванию помещений)
• Охранные системы

 
 

Функциональные связи в составе организационно-технической макросистемы 

      В зависимости от конкретной области  применения можно рассмотреть три  возможные схемы таких связей: 

1. При применении в промышленности и охранных системах:

 

 
 

      На  вход датчика поступает измеряемая (входная) величина, он выполняет первичное преобразование, передавая свой выходной цифровой код на вход вторичного преобразователя (адаптера), который преобразует эти данные во внутреннее представление системы сборки и обработки информации. Затем эта система в соответствии с полученной информацией посылает некоторые сигналы блоку, который формирует реакцию в ответ на изменение измеряемой величины, в результате чего приходит в действие исполнительный механизм (механика). 

2. При применении в быту и в сборке с  необходимостью обработки  получаемых показаний

 
 

 
 

      Из  датчика показания передаются в компьютер по интерфейсу RS-232, где подвергаются обработке. Обработка может понадобиться, например, когда происходит сложная планировка интерьера. 

3. При применении в быту и в сборке без  необходимости обработки  получаемых показаний

 

   В этом случае датчик может использоваться самостоятельно, показания будут отображаться на встроенном дисплее. 
 

   Структурная схема и алгоритм работы проектируемого изделия 
 

     
 

      Преобразователь представляет собой пару элементов: источник ИК луча и приемник ИК луча. Источник в начале измерения испускает ИК луч, затем ИК луч отражается от объекта и возвращается в датчик, регистрируясь в ИК приемнике. На выходе приемника образуется напряжение, пропорциональное интенсивности принятого ИК луча, в диапазоне 0 … +10 В. Далее напряжение преобразуется с помощью АЦП в цифровой код, который передается в микропроцессор, проводящий линеаризацию измерения и преобразование входного кода в выходной, а также управляющий встроенным дисплеем и интерфейсом RS-232. Далее сформированный процессором код выводится в выходной 10-и разрядный буфер и появляется на выходе устройства, а также выводится в интерфейс RS-232, передаваясь в компьютер.

      Измеритель (датчик) может использоваться двумя различными способами.

      В первом способе измеритель держится в руке и запускается нажатием на курок. При этом из-за дрожания руки методическая погрешность будет довольно большой.

      Во  втором способе измеритель крепится на штативе, снабженном электроприводом, который позволяет измерителю вращаться  по трем осям. Электропривод, а также сам измеритель в этом случае управляются пультом ДУ, что сделано для минимизации методической погрешности.

      На  измерителе имеется генератор лазерного  луча для определения точки, до которой  меряется расстояние.

      Измеритель  может работать в трех различных режимах измерения.

      В первом режиме производится однократное измерение расстояния до определенной точки.

      Во  втором режиме измеряется расстояние до n-ого количества точек, а затем происходит вычисление расстояния между нужными точками (например между базовой и остальными).

      Третий  режим предназначен для определения  расстояния между параллельными  плоскостями, а также для определения  пересечения непараллельных плоскостей. Этот режим позволяет получить трехмерную модель окружающего пространства (его геометрию). При этом происходит последовательное измерение расстояния до трех различных точек каждой плоскости (т.к. плоскость задается тремя точками). 

Анализ  предполагаемой структуры  жизненного цикла  изделия 

      В жизненном цикле изделия будут  присутствовать следующие этапы: 

1. Внешнее пректирование 
2. Внутреннее проектирование
3. Изготовление
4. Эксплуатация
5. Модернизация
6. Утилизация

 

Внешнее проектирвание 

      На  данном этапе задуманное изделие охарактеризовывается и обрисовывается в целом. Выявляются датчики-аналоги и наиболее близкие по характеристикам аналоги (прототипы), которые уже были рассмотрены выше. Происходит определение характеристик разрабатываемого датчика (см. выше). Определяется место датчика в составе сложной системы (см. выше). Определяется его общая структура и алгоритм работы (см. Выше). 

Внутреннее  проектирвание 

      Данный  этап является логическтм продолжением предыдущего. На этом этапе на начальной  стадии  готовится теоритическая  база задуманого датчика, т.е. проводятся все необходимые Научно-Исследовательские Работы (НИР) в этой области, затем проводятся Опытно-Конструкторские Работы (ОКР), которые начинаются с некоторого момента и ведутся параллельно с НИР. В результате формируется полный комплекс документаций по всем необходимым видам обеспечения и получается опытный отработанный образец. В частности к этим работам относятся (в порядке их выполнения):

• Исследование инфракрасного излучения (определение его характеристик: проникающей способности, отражательной способности, поглощения, направленности, затухания в различных средах), выявление его преимуществ перед другими видами излучений
• Исследование области микроконтроллеров (выявление подходящего для данной задачи микроконтроллера, изучение устройства этого микроконтроллера, изучение его системы команд)
• Изучение работы последовательного интерфейса RS-232
• Исследование элементной базы (выявление подходящих ИК-передатчика и ИК-приёмника, а также всех необходимых электрических элементов для электрической схемы)
• На базе проведенных исследований делаются необходимые расчеты электрической схемы, пишется программа для микроконтроллера (как математическая часть, так и интерфейсная)
• Создается эскизный проект. Т.е. создаются макеты отдельных узлов датчика (см. структурную схему), работа каждого из которых проверяется по отдельности
• Затем создается технический проект. Т.е. обеспечивается взаимодействие всех созданных узлов и производится доработка макета всего устройства.
• После обеспечения всех предъявляемых к устройству требований на макете и обеспечения нормальной работы этого макета происходит разработка опытного образца (создается рабочий проект), который является копией конечного устройства. Производится доработка опытного образца (доведение до ума).

 

      На  каждом этапе работ образуется некоторый  комплекс документаций, который дорабатывается и расширяется на последующих этапах.   

Изготовление 

Технологическая подготовка производства