Аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ технического задания

2. Обзор существующих методов и аппаратов

2.1 Обзор физических характеристик диадинамических токов

2.2 Физиологическое и лечебное действие диадинамических токов

2.3 Лечебные методики физиотерапии диадинамическими токами

2.4 Обзор существующих аппаратов

3. Разработка электрической схемы аппарата

3.1 Разработка электрической структурной схемы

3.2 Разработка электрической принципиальной схемы

4. Разработка функционального алгоритма работы аппарата

5. Разработка конструкции аппарата

5.1 Выбор элементной базы и материалов конструкции

5.2 Выбор и обоснование компоновочной схемы

5.3 Выбор и обоснование метода и принципа конструирования

5.4 Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации и виброзащиты

5.5 Расчет конструкторских показателей изделия

5.6 Анализ технологичности конструкции изделия

6 Инструкция по эксплуатации аппарата

6.1 Подготовка к работе

6.2 Порядок работы

6.3 Общие требования по охране труда

7. Технико-экономическое обоснование производства аппарата для физиотерапии низкочастотными ДДТ

8. Обеспечение электробезопасности при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными ДДТ

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Диадинамотерапия - метод лечения токами полусинусоидальной формы с частотой 50 и 100 Гц и задним фронтом, спадающим по экспоненте, низкого напряжения (60-80В) и малой силы тока (до 50 мкА).

В 1937 году А.Н. Обросов совместно с И.А. Абрикосовым впервые в медицине описал воздействие на нервно-мышечный аппарат человека выпрямленных синусоидальных токов. В послевоенный период эта идея была использована П. Бернаром в физиотерапии диадинамическими токами, который в 1946 году предложил применения этих токов с лечебными целями [1].

Диадинамические токи оказывают раздражающее действие на рецепторный аппарат кожи, импульсы от рецепторов поступают в центральную нервную систему, где создается доминантный очаг раздражения этими токами, который по силе должен быть больше доминанты, связанной с заболеванием. В связи с этим прерывается поток патологических импульсов из болевой зоны в кору головного мозга. Наступает обезболивающий эффект.

В данном дипломном проекте будет разработан аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами.

Аппарат предназначен для лечения острых болевых синдромов при поражении периферического отдела нервной системы, заболевания и поражения органов опоры и движения, заболевания желудочно-кишечного тракта, заболевания органов дыхания, гинекологических заболеваний, заболевания мочевыводящих путей, заболевания ЛОР-органов.

Анализ аппаратов диадинамотерапии показывает недостаточное разнообразие предлагаемых отечественных аппаратов с микроконтроллерным управлением и возможность создания более дешевого аналога, с надежными радиоэлектронными элементами, что позволит аппарату увеличить работоспособность и надежность в течение всего срока службы.

Проектирование микроконтроллерного аппарата основывается на анализе схемы электрической принципиальной, технических требований на устройство, оценкой элементной базы, компоновкой, разработкой сборочных и детальных чертежей, выбором материалов и покрытий, а также расчетами, проводимыми при конструировании с технико-экономическим обоснованием разрабатываемой конструкции.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Целью дипломного проектирования является разработка аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами.

В ходе работы необходимо спроектировать новый аппарат на основе уже существующего, совершенствуя его схемные решения, обновляя элементную базу и дополняя аппарат новыми функциями. Оформить конструкторскую документацию (сборочный чертеж аппарата и лицевой панели) согласно установленным стандартам требований (СТБ 1014-95 и СТБ 1022-96) [2].

Создаваемое устройство предполагается эксплуатировать в районах с умеренным и холодным климатом, в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых, охлаждаемых, вентилируемых или других помещениях в которых : отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, ветра, песка, пыли наружного воздуха, отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги.

Согласно техническому заданию на дипломное проектирование условия эксплуатации разрабатываемой конструкции аппарата соответствуют второй группе. Климатическое исполнение УХЛ 2.1 по ГОСТ 15150-69:

? температура окружающего воздуха от -70 до +45С;

? относительная влажность воздуха при t= +25С от 45 до 98%;

? атмосферное давление от 86 до 106,7кП или от 645 до 800 мм рт. ст..

Требования к конструкции разрабатываемого аппарата вытекают из его функционального назначения и условий его эксплуатации. Конструкция прибора должна обеспечивать ремонтопригодность, удобство эксплуатации, иметь, по возможности, малые габариты и вес, и высокую надежность в работе. Эстетические требования должны соответствовать ГОСТ 2.004-88. Конструкция прибора должна отвечать требованиям к технологичности по ГОСТ 2.605-68, ГОСТ 2.120-73.

При конструировании аппарата должны выполняться требования, действующих в отрасли стандартов, нормативно-технических документов по стандартизации (НТДПС).

Конструктивно аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами должен быть выполнен в корпусе с габаритами не более 190х180х80±5мм, а так же другим действующим в отрасли НТДПС в части шрифтов, символов, сокращений терминов.

Конструкция аппарата должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки и смены их в процессе эксплуатации, а так же возможность замены сменных элементов и составных частей.

Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия, должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

Масса аппарата не должна превышать 5кг.

Конструкция аппарата должна обеспечивать возможность автоматизации контрольных и регулировочных операций, а так же автоматизацию сборочно-монтажных работ. Конструкция и электрическая схема печатных плат и узлов печатных плат должны обеспечивать возможность автоматизированного контроля с помощью автоматизированной системы контроля печатных плат.

По схемным и конструктивным решениям аппарат должен обладать патентной чистотой относительно ведущих стран в данной отрасли техники.

Требования по электробезопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.025-76.

2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И АППАРАТОВ

2.1 Обзор физических характеристик диадинамических токов.

Диадинамические токи (ДДТ) получают путем одно- или двухполупериодного выпрямления переменного сетевого тока частотой 50Гц. Внедрены в лечебную практику П. Бернаром. Им же проведены исследования биологического действия ДДТ, поэтому эти токи называют также токами Бернара.

Для уменьшения адаптации к воздействиям и повышения эффективности лечения предложен ряд разновидностей тока, представляющих собой последовательное чередование токов частотой 50 и 100Гц или чередование последних с паузами. Современные аппараты генерируют следующие виды ДДТ (рисунок 2):

? Однополупериодный непрерывный (ОН) ? ток частотой 50Гц, длительность импульсов ? 20 мс (рисунок 2, а). Ток обладает выраженным раздражающим и миостимулирующим действием, вызывает крупную вибрацию у пациента.

? Двухполупериодный непрерывный (ДН) ? ток частотой 100Гц, длительность импульсов ? 10мс; в связи с затянутым задним фронтом он имеет постоянную гальваническую составляющую, на которую как бы наслаивается импульсный ток (рисунок 2, б). Обладает выраженным анальгетическим и вазоактивным действием, вызывает фибриллярные подергивания мышц, мелкую разлитую вибрацию. Он наиболее часто используется для электрофореза.

? Однополупериодный ритмический (ОР) ? посылки тока частотой 50Гц, длительностью 1,5 с чередуются с паузами такой же продолжительности (рисунок 2, в). Оказывает наиболее выраженное миостимулирующее действие.

? Однополупериодный волновой (ОВ) ? плавно нарастающий и убывающий ток частотой 50Гц, длительностью 8с, чередующийся с паузами длительностью 4с (рисунок 2, г). Для него характерно нейромиостимулирующее действие.

? Двухполупериодный волновой (ДВ) ? посылки плавно нарастающего и убывающего тока частотой 100Гц, длительностью 8с, чередующегося с паузами продолжительностью 4с (рисунок 2, д). Ток проявляет нейротрофическое и вазоактивное действие.

? Короткий период (КП) ? последовательное чередование токов частотой 50 и 100Гц с длительностью серий по 1,5с (рисунок 2, е). Оказывает нейромиостимулирующее и анальгезирующее действие.

Рисунок 2 ? Графическое изображение диадинамических токов

а ? однополупериодный непрерывный, б ? двухполупериодный непрерывный, в ? однополупериодный ритмический, г ? однополупериодный волновой, д ? двухполупериодный волновой, е ? токи, модулированные короткими периодами, ж ? токи, модулированные длинными периодами

? Длинный период (ДП) ? чередование тока частотой 50Гц, длительностью посылки 4с и плавно нарастающего и убывающего тока 100Гц продолжительностью 8с (рисунок 2, ж). Ток, модулированный длинным периодом, вызывает анальгетический, вазоактивный и трофический эффекты [1].

2.2 Физиологическое и лечебное действие диадинамических токов

Наиболее характерным клиническим эффектом воздействия ДДТ (в особенности ДП и КП) является обезболивающий. Он обусловлен действием ряда факторов. По мнению самого Бернара, наступающая адаптация периферических рецепторов, в том числе болевых, к ДДТ приводит к повышению порога болевого восприятия и, следовательно, к уменьшению болей. Однако эта точка зрения не может считаться исчерпывающей. Несомненно, что первичный анальгезирующий эффект ДДТ обусловлен также процессами, происходящими на уровне спинного и головного мозга. В настоящее время полагают, что раздражение ритмическим импульсным током большого количества экстеро- и проприорецепторов ведет к появлению ритмически упорядоченного, обладающего большой биологической активностью потока импульсации. Этот поток афферентной импульсации устремляется по быстропроводящим толстым миелиновым волокнам и, в соответствии с концепцией контроля болевых ощущений (R.Melzack, P.D Wall, 1965), блокирует на уровне желатинозной субстанции спинного мозга прохождение болевых импульсов, которые проводятся по так называемым тонким немиелинизированным волокнам. Существенная роль в механизме обезболивания принадлежит также вызываемому ДДТ снижению проводимости и изменению лабильности Ад- и С-волокон, являющихся основными болевыми афферентами [1].

Ритмические восходящие афферентные потоки формируют доминантный очаг возбуждения в коре мозга, который по закону отрицательной обратной индукции подавляет болевую доминанту. Длительное обезболивающее действие ДДТ обеспечивается также рефлекторным возбуждением опиоидной и серотонинэргической систем лимбико-ретикулярного комплекса и желатинозной субстанции спинного мозга. Наблюдается усиление выброса эндорфинов, повышение активности ферментов, разрушающих основные медиаторы боли (гистаминаза, ацетилхолинэстераза), увеличение уровня кининаз.

Анальгезирующий эффект в значительной степени объясняется и резорбцией отеков, уменьшением сдавления нервных стволов, нормализацией трофических процессов и кровообращения, устранением гипоксии, которые наблюдаются в тканях при диадинамотерапии. Противоотечное действие ДДТ обусловлено изменением коллоидного состояния тканей под электродами в результате низкочастотной вибрации, повышением их всасывающей способности, изменением проницаемости клеточных мембран и увеличением венозного оттока.

Влияние диадинамических токов на тонус мышц зависит от исходного функционального состояния нервно-мыщечного аппарата, локализации электродов и параметров тока. При продольном расположении электродов можно наблюдать тетаническое сокращение, повышение тонуса и сократительной способности мышц при периферических парезах, уменьшение выраженности двигательных расстройств. При поперечном воздействии, наоборот, происходит снижение тонуса гладкой и поперечнополосатой мускулатуры. ДДТ при воздействии на паравертебральные зоны способствуют восстановлению нарушенной системы спинального торможения благодаря активации клеток Реншоу. Тем самым они могут уменьшать повышенный мышечный тонус и разрывать порочный круг: боль ? повышение мышечного тонуса ? боль.

ДДТ активно влияют на кровоснабжение тканей. При поперечном расположении электродов наблюдается улучшение капиллярного кровотока, снижение тонуса спазмированных сосудов, при продольном ? увеличение скорости кровотока в 2-3 раза. Кроме того, ДДТ стимулируют коллатеральное кровообращение, увеличивают число функционирующих капилляров. Установлено положительное влияние ДДТ на очищение и заживление гнойных ран, язв, пролежней, репаративную регенерацию тканей, воспалительный процесс в тканях. ДДТ оказывают также активное влияние на многие внутренние органы (эндокринные железы, желудок, поджелудочная железа, почки и др.).

Диадинамические токи, являясь постоянными токами, обладают вводящей способностью, что обосновывает их использование в методиках лекарственного электрофореза (диадинамофорез). Уступая гальваническому току по количеству вводимого в организм лекарственного вещества, они обеспечивают его более глубокое проникновение, нередко потенцируют его действие. В связи с этим ДДТ-электрофорез предпочтительнее использовать для лечения глубоко локализованных процессов, в клинической картине которых превалируют болевой синдром и вегетососудистые нарушения [1].

2.3 Лечебные методики физиотерапии диадинамическими токами

При физиотерапии диадинамическими токами расположение электродов и их размеры во всех методиках лечения одинаковы. Однако при диадинамотерапии воздействуют током постоянного направления и при одной локализации нередко применяют несколько видов тока, увеличивая при этом интенсивность воздействия. При острой боли на этот участок обычно помещают катод и воздействуют первоначально током ДН в течение 30-60с, после чего применяют ток КП в течение 2-3мин и заканчивают процедуру воздействием током ДП в течение такого же времени. При очень острой боли воздействие в первые 2 дня ограничивают током ДН или током ДВ (двухполупериодным волновым) в течение 2-3мин.

Основные методики:

? Диадинамотерапия тройничного нерва. Применяют малые круглые электроды на ручном держателе. Один из электродов (катод) устанавливают на месте выхода одной из ветвей тройничного нерва (рисунок 2.1, а), второй ? в зоне иррадиации боли. Воздействуют током ДН 20-30с, а затем током КП в течение 1-2мин. Сила тока ? до выраженной безболезненной вибрации; процедуры проводят ежедневно; на курс ? 6 процедур. Процедуры проводят ежедневно или через день; на курс ? 8-10 процедур. При болях в зоне всех трех ветвей тройничного нерва один электрод в виде полумаски располагают на больной половине лица, а другой ? размером 15x20см помещают в межлопаточной области. Параметры воздействия такие же, как указано для одной ветви тройничного нерва [3].

Рисунок 2.1 ? Схема воздействия диадинамическими токами

а - при поражении ветвей тройничного нерва; б ? на область верхнего шейного симпатического узла; в ? при атеросклерозе сосудов головного мозга

? Диадинамотерапия области верхнего шейного симпатического узла. В положении больного лежа на боку воздействуют малыми круглыми электродами на ручном держателе. Катод устанавливают на 2см сзади от угла нижней челюсти на область верхнего шейного симпатического узла, анод ? на 2см выше (рисунок 2.1, б). Электроды размещают перпендикулярно поверхности шеи. Применяют ток ДН в течение 3мин. Сила тока ? до ощущения выраженной вибрации. Воздействие проводят с двух сторон. Курс - 4-6 процедур, ежедневно [3].

? Диадинамотерапия височной области (по В.В.Синицину). Применяют малые двойные электроды на ручном держателе, которые располагают в височной области (на уровне брови) так, чтобы височная артерия находилась в межэлектродном пространстве (рисунок 2.1, в). Назначают КП при его силе, вызывающей ощущение периодической вибрации или мелькания в глазу на стороне воздействия. Длительность первых процедур ? 1-2мин с последующим изменением полярности на 1мин. Затем воздействуют также током КП в течение 2-3мин, с последующим изменением полярности на 2мин. Процедуры проводят при положении больного лежа на боку, воздействуя поочередно на одну и другую височные артерии в течение одной процедуры; процедуры проводят ежедневно или через день; курс ? 10-12 процедур. При необходимости повторный курс лечения проводят через 3-4 недели [3].

? Диадинамотерапия плечевого сустава. Пластинчатые электроды размером 10x15см располагают поперечно на передней и задней поверхности сустава (катод ? на месте проекции боли). Применяют 3 вида токов: ДВ (или ДН) ? 2-3мин, КП ? 2-3мин, ДП ? 3мин. При болях под обоими электродами меняют полярность на обратную в середине воздействия каждым видом тока. Сила тока ? до выраженной безболезненной вибрации; процедуры проводят ежедневно или через день; курс ? 8-10 процедур [3].

? Диадинамотерапия (СМТ-терапия) голеностопного сустава.

Большие круглые электроды на раздвигающихся браншах устанавливают с обеих сторон сустава на наиболее болезненные точки. Воздействуют первоначально в течение 1мин током ДН, затем током КП по 2мин в прямом и обратном направлении. Сила тока ? до максимально выраженной вибрации. Процедуры проводят ежедневно, а при свежих травмах ? 2 раза в день; курс ? 5-7 процедур [3].

? Диадинамотерапия ветвей тройничного нерва. Два круглых чашечных электрода на ручном держателе помещают: один ? в зоне максимальной болезненности, в месте выхода одной ветви тройничного нерва, другой ? в зоне иррадиации боли [3].

? Диадинамотерапия области желудка. Один пластинчатый электрод площадью 300см² располагают в эпигастральной области, другой (площадью 200см²) ? поперечно на спине (в зоне D_I_V-D_VIII). Используют режим тока ОВ и КП по 3мин каждый. Силу тока увеличивают до появления у больного ощущения выраженной безболезненной вибрации, курс лечения ? 8-12 процедур [3].

? Диадинамотерапия шейного отдела позвоночника. Два пластинчатых электрода размером по 3x12 см накладывают паравертебрально (рисунок 2.2), а слева и справа в области шейного и верхнегрудного отдела позвоночника. Воздействуют ДДТ ДН?1мин, КП?3мин со сменой полярности, процедуры проводят ежедневно, курс лечения ? 6 процедур [3].

Рисунок 2.2 ? Расположение электродов при воздействии ДДТ токами: а ? шейный отдел позвоночника; б ? поясничный отдел позвоночника

? Диадинамотерапия пояснично-крестцового отдела позвоночника. Два пластинчатых электрода площадью 200см² размещают в области паравертебральных зон пояснично-крестцового отдела позвоночника (Ln_IV-Sn_II) рисунок 3, б. Один электрод над пораженной областью соединяют с катодом, второй ? с анодом аппарата. Воздействуют током ДН ? 30с, а затем КП ? по 3мин со сменой полярности электродов. Через 2 процедуры продолжительность воздействия током КП увеличивают до 4мин. Используют импульсы тока 10-12мА. Общая продолжительность ежедневно проводимых процедур ? 6,5-8,5мин., курс лечения ? 5-10 процедур [3].

? Диадинамотерапия трахеи и бронхов. Два пластинчатых электрода размером по 8x15см каждый располагают паравертебрально в межлопаточной области. Режим ? переменный. Воздействуют током НЧ в течение 1мин при глубине модуляции 0%. После этого применяют в течение 3мин ток ДП при частоте модуляции 100Гц. Заканчивают процедуру током ОВ в течение 3-5мин с частотой модуляции 100Гц. Сила тока ? до ощущения выраженной вибрации; процедуры проводят ежедневно; курс ? 8-10 процедур [3].

? Диадинамотерапия области толстого кишечника. Пластинчатые электроды площадью 150см² размещают в области восходящей и нисходящей ободочной кишок (рисунок 2.3). Электрод на месте проекции восходящей кишки соединяют с катодом, нисходящей ? с анодом. Воздействуют током ДН ? 1мин, а затем ОВ ? 5-7мин со сменой полярности. Используют импульсы тока силой 4-8мА. Продолжительность ежедневно проводимых процедур ? 11-15мин, курс лечения ? 8-10 процедур [3].

Рисунок 2.3 ? расположение электродов при диадинамотерапии ободочной кишки

? Диадинамотерапия области матки. Один пластинчатый электрод (катод) площадью 120см² располагают над лонным сочленением, другой равновеликий (анод) ? в пояснично-крестцовой области. В первых 3-4 процедурах используют выпрямленный режим ДП и ОВ по 5-7мин каждый, частота модуляции 100Гц, глубина 25-50%, длительность посылок ? 1-1,5 с. При снижении остроты процесса применяют ОВ и КП или ДР по 7-10мин каждый, длительность посылок 4-6с. Силу тока увеличивают до появления у больного ощущения выраженной безболезненной вибрации, курс лечения ? 10-12 процедур [4].

? Диадинамотерапия нижней конечности. Используют плоские электроды, которые располагают паравертебрально на уровне корешков Th_XII-L_v, а затем последовательно на области бедра, голени и стопы. Начинают воздействие током ОВ в переменном режиме в течение 30с. После этого переходят на ток ДВ и ДП по 3-5мин каждым, длительность посылок ? 2-3с. Сила тока ? до выраженной вибрации; процедуры проводят ежедневно или через день; на курс -12-15 процедур [4].

? Диадинамотерапия области глаза. Круглый электрод диаметром 5см с прокладкой, смоченной теплой водой, помещают на закрытые веки пораженного глаза. Другой плоский электрод размером 10x10см располагают на задней поверхности шеи. Режим ? переменный. Воздействуют током ОВ в течение 30-40с. Затем применяют ток ДП (2мин) и ток ДВ (2мин). Длительность посылок? 1с. Сила тока ? до ощущения вибрации; процедуры проводят ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

? Диадинамотерапия области легкого. Электроды 8x12см располагают в области проекции пораженного очага поперечно. Ток ДН ? 1мин, ОН и КП ? по 4-5мин. Сила тока 3-5мА, ежедневно; курс лечения ? 6-10 процедур [4].

? Диадинамотерапия области межреберных нервов.Электроды размером 5x10см располагают по ходу межреберных нервов: в области выхода нервных корешков и на передней поверхности грудной клетки. Ток ДВ ? 3мин, затем КП и ДП по 3мин [4].

? Диадинамотерапия области раны. Локальные электроды со стерильными гидрофильными прокладками располагают с двух сторон от краев раны на расстоянии 4-5см или проксимальнее раны поперечно к оси конечности или нервного ствола. Ток ДН ? 2-3мин, затем КП в течение 8-10мин, ежедневно или через день, курс ? 5-7 процедур [4].

? Диадинамотерапия околоносовых пазух. Двойной электрод на ручном держателе размещают в области проекции полостей. При одностороннем поражении ? катод на пораженной стороне. Ток ДВ, КП и ДП ? по 3мин; Сила тока ? до безболезненной вибрации, ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

? Диадинамотерапия области миндалин. Двойной локальный электрод располагают в подчелюстной области. Используют токи КП и ДП ? по 3-4мин, ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

? Эндоауральный диадинамофорез. Слуховой проход и раковину заполняют марлевой турундой, смоченной теплым лекарственным раствором цинка, йода, фурацилина, лидазы и др. Электрод размером 6x8см размещают на тампоне и соединяют с соответствующим полюсом. Второй электрод с прокладкой размером 6x8см располагают на противоположной щеке. Используют ток ДП. Сила тока ? до ощущения безболезненной вибрации в ухе, продолжительность процедуры 5-10мин, ежедневно или через день; курс лечеия ? 10-12 процедур. После слуховосстанавливающей операции применяют на 7-10 день [4].

? Диадинамотерапия области гортани. Положение больного ? лежа или сидя. Электроды размером 3x4см фиксируют на боковых поверхностях гортани у заднего края щитовидного хряща. Используют ток ДН, КП и ДП ? по 3мин. Сила тока ? до появления безболезненной вибрации; ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

? Диадинамотерапия языкоглоточного нерва. Положение больного ? сидя или лежа. Двойной локальный электрод располагают под углом нижней челюсти. Используют ток ДВ ? 1мин, затем КП ? 4-5мин. Сила тока ? до безболезенной вибрации; ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

? Диадинамотерапия почек. Электроды размером 8x12см располагают в области проекции почки и симметрично поперечно ? на животе. Используют ток ДВ и ДП по 4-5мин, сила тока ? до безболезненной вибрации; ежедневно или через день; курс лечения ? 6-8 процедур [4].

? Диадинамотерапия желчного пузыря. Положение больного ? лежа. Один электрод размером 6x8см располагают в правом подреберье на месте проекции пузыря, другой размером 10x15см ? поперечно на спине. Используют ток ДН и КП ? по 5-6 мин, сила тока ? до безболезненной вибрации; ежедневно; курс ? 8-10 процедур [4].

? Диадинамотерапия мочевого пузыря. Положение больного ? лежа. Активный электрод размером 8x12см располагают в области гипогастрия (выше лонного сочленения), второй электрод размером 10x15см ? в области крестца. Применяют ток ДВ и ДП по 4-5мин, сила тока ? до безболезненных сокращений мышц передней брюшной стенки. Продолжительность процедуры 10мин, ежедневно; курс лечения ? 10-15 процедур [4].

? Диадинамотерапия промежности. Положение больного ? на спине. Электроды размером 6x8см располагают над лобком (анод) и под мошонкой или в области крестца у женщин. Применяют ток ДВ и ДП по 4-6мин, сила тока ? до безболезненной вибрации; ежедневно или через день; курс лечения ? 12-15 процедур [4].

? Диадинамотерапия мышцы. После определения границ растяжения или ушиба мышц в данной области размещают пластинчатые или локальные электроды. Используют ток ДВ ? 3мин, затем КП ? 3-4мин с изменением полярности, сила тока ? до безболезненной вибрации; ежедневно; курс ? 8-10 процедур [4].

? Диадинамотерапия мышц бедра и голени. Электроды размером 10x15см размещают на передней (катод) и задней поверхности бедра или на боковых поверхностях голени. Применяют ток ДВ со сменой полярности по 5-6мин, сила тока ? от легкой вибрации до сокращения мышц, ежедневно; курс ? 6-8 процедур [4].

2.4 Обзор существующих аппаратов

Для проведения физиотерапии диадинамическими токами используют отечественные аппараты «Тонус-1», «Тонус-2», «Радиус-01», «Рэфтон-01», ДТГЭ-70-01, а также зарубежные аппараты ? «Диадинамик ДД5А», Miosan NT, Ergon и Compact 100 (Италия),ВТЛ-06 (Чехия), Medistim (Италия), D2 Electro (Финляндия), Duoter (Венгрия), Mediodyn (Словения), Jonoson, Jonoson-Expert, Curatur 421, Stimutur 500, Stimutur 510 (Германия) и др.

Отечественный аппарат «Тонус-1» предназначен для лечения болевых состояний, возникших в результате растяжений, травм, а также различных нервно-мышечных заболеваний и болевых состояний со спазмами мышц, подострого и острого периартрита плеча, люмбаго, ишиалгии, гастроптоза, невралгии, парезов, невралгических радикулитов, невритов и др [5].

Внешний вид аппарата диадинамотерапии «Тонус-1» изображен на (рисунке 2.4).

Рисунок 2.4 - Аппарат диадинамотерапии «Тонус-1»

Аппарат «Тонус-1» представляет собой источник непрерывного импульсного тока синусоидальной формы (частотой 50 и 100 Гц) и различных посылок этого тока, отличающихся по длительности, числу и частоте импульсов, форме нарастания и спада амплитуды. Генерируемые аппаратом токи обладают хорошим болеутоляющим действием, а также вазомоторной активностью (способной рассасывать отечности). Схема аппарата обеспечивает независимость тока пациента от его сопротивления. В аппарате предусмотрено автоматическое отключение пациента при резком возрастании тока во время процедуры, а также постепенный спад тока по окончании процедуры. Придаваемые к аппарату плоские электроды из упрочнено-углеродной ткани, электрододержатели с углеграфитовыми электродами удобны и надежны в эксплуатации. В отличии от аналогичных зарубежных моделей аппарат имеет большое количество форм токов. Аппарат соответствует второму классу защиты и эксплуатируется без заземляющего провода, что обеспечивает полную безопасность пациента и обслуживающего персонала. Аппарат снабжен набором рабочих электродов, двумя электрододержателями и имеет следующие технические характеристики:

? Питание от сети переменного тока 220 В, 50 Гц;

? Число форм тока ? 9;

? Максимальная величина среднего значения тока: при нагрузке 500 Ом - 50 мА, при нагрузке 4 кОм - 25 мА, при нагрузке 6 кОм - 10 мА;

? Мощность, потребляемая аппаратом, Вт - 60;

? Габаритные размеры, мм - 430*160*380;

? Масса аппарата (без комплекта), кг, не более - 9.

Аппарат ТОНУС-2М (рисунок 2.5) предназначен для лечения диадинамическими токами, осуществляет терапию различных нервно-мышечных заболеваний и болевых состояний в условиях физиотерапевтических кабинетов больниц, поликлиник и других лечебно-профилактических учреждений, а так же на дому [6].

Принцип действия аппарата основан на получении импульсов тока синусоидальной формы с экспоненциальным срезом, частотой 50 или 100 Гц и формировании серий импульсов этого тока, отличающихся различной длительностью и видом модуляции.

Рисунок 2.5 - Аппарат диадинамотерапии «ТОНУС-2М»

Аппарат дает 7 видов токов:

? двухполупериодный непрерывный ? импульсы тока синусоидальной формы с частотой 100Гц;

? однополупериодный непрерывный ? импульсы тока синусоидальной формы с частотой 50Гц;

? однополупериодный ритмический;

? короткий период ? чередование серии импульсов однополупериодного непрерывного и двухполупериодного непрерывного тока;

? длинный период ? чередование импульсов однополупериодного непрерывного и дополняющих его до вида двухполупериодного непрерывного тока серий импульсов, огибающая которых нарастает от 0 до амплитуды тока вида однополупериодный непрерывный и спадает до 0;

? однополупериодный волновой с длительностью волны 12сек;

? двухполупериодный волновой с длительностью волны 12сек.

Технические характеристики аппарата ТОНУС-2М для лечения диадинамическими токами:

? По защите от поражения электротоком аппарат выполнен по классу 2;

? Допустимое время непрерывной работы, час. 5;

? Питаниеот сети переменного тока 220В, 50Гц;

? Потребляемая мощность, Вт не более 40;

? Габаритные размеры, мм315 х 300 х 110;

? Масса, кгне более 5.

Аппарат «ДТГЭ-70-01» (рисунок 2.6) генерирует 7 видов диадинамических токов и гальванический ток, а также позволяет вводить лекарственные вещества посредством электрофореза [7].

Рисунок 2.6 - Физиотерапевтический аппарат «ДТГЭ-70-01»

Электроды выполнены из токопроводящего полимера.

Применяется для лечения широкого спектра заболеваний:

? вялотекущих хронических воспалительных и дегенеративных процессов нервно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата;

? нарушений артериального и венозного кровотока, лимфотока нарушений трофики тканей;

? острых болей и хронических болевых синдромов.

Технические характеристики:

? Амплитуда импульсов тока, мА: 0-70;

? Длительность процедуры: (шаг установки ? 1мин), мин 1-30;

? Электропитание от сети переменного тока: 220 ± 10%, 50Гц;

? Максимальная потребляемая мощность, Вт: 50;

? Электробезопасность: II класс, тип BF;

? Масса комплекта, нетто, кг: 8.

Аппарат электростимуляции «Stimutur 500» фирмы TUR Therapietachnik GmbH, Германия (рисунок 2.7) [8].

Рисунок 2.7 - Аппарат электростимуляции «Stimutur 500»

Stimutur 500 (Стимутур 500) выгодно отличается своим эргономичным исполнением и современным стильным пастиковым корпусом. Дизайн и примененные высококачественные материалы отвечают всем требованиям здоровья и гигиены. Использование электронных компонентов последнего поколения позволяет проводить простые и последовательные действия.

Технические параметры:

? Диадинамические токи DF/CP, DF/LP, CP/CP модулированные по выбору с 15% постоянной составляющей;

? Токи Траберта 2мс/140 Гц;

? Нефарадический ток ? прямоугольные импульсы 1 мс/50Гц;

? TENS-токи - прямоугольные импульсы 1 мс/10Гц или 0,1мс/100Гц;

? Дельтовый ток ? единичные импульсы 50/250/500 мс или в виде последовательности с 1/2/4 с между импульсами;

? Волновой ток ? единичные импульсы с длительностью 2/5/10с или в виде последовательности с 3/10/30 с между импульсами;

? Сила тока 0-60мА (гальванический) 0-80мА (импульсный);

? Дистанционное управление;

? Таймер до 60 мин с автовыключением;

? Напряжение 230/115В ±10%, 50/60 Гц 20Вт;

? Класс защиты I тип BF;

? Размер 130х330х310мм;

? Вес 3кг.

Аппарат «MIOSAN NT» (рисунок 2.8) разработан в соответствии с самыми последними методами исследований [9].

Рисунок 2.8 - Аппарат «MIOSAN NT»

Аппарат полностью управляется микропроцессором, что обеспечивает очень простое использование и самую высокую точность рабочих параметров. Все рабочие параметры, четко и постоянно отображаются на буквенно-цифровом ЖК-дисплее. Регулировка выходного тока, импульсов, паузы, интервалов осуществляется быстро, и точно, с помощью курсоров высокого разрешения.

Характеристики прибора:

? Внутренне напряжение снижено до 12В, а затем востановленно до требуемого значения, обеспечивая тем самым максимальную безопасность как для пациента и для оператора.

? Микропроцессор в приборе обеспечивает высокую точность параметров лечения. Их правильная работа постоянно контролируется отдельной систем управления.

? Автоматическая система управления поддерживает выбранный текущий режим, автоматически регулируя выходное напряжение в соответствии с сопротивлением кожи, которое может изменяться при проведении терапевтических мероприятий.

? Вырабатывает токи частотой 50Гц - 100Гц, диадинамические токи и автоматический цикл с 6 различными видами диадинамических токов.

? ЖК-дисплей показывает: время применения (в реальном времени), название волны, ток в мА для каждого выхода.

Технические характеристики:

? Напряжение 220/240В, 50/60Гц;

? Мощность:30Вт;

? Габаритные размеры: 430х350х140мм;

? Вес 6кг.

3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ АППАРАТА

3.1 Разработка электрической структурной схемы

Разрабатываемая структурная схема аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами состоит из следующих основных блоков (рисунок 3):

? выпрямитель;

? формирователь;

? регулятор выходного тока;

? усилитель;

? защитное устройство;

? электроды;

? пациент;

? блокировочное устройство;

? микроконтроллер;

? ЖКИ-индикатор;

? клавиатура;

? блок питания.

Рисунок 3 - Структурная схема прибора

Для питания аппарата используется сетевое напряжение 220В частотой 50гц.

Блок питания состоит из трансформатора с 2-мя вторичными обмотками и стабилизатора напряжения.

Формирование импульсов необходимой формы осуществляется после согласования входного сопротивления усилителя и выходного сопротивления выпрямителя, для чего используется эмиттерный повторитель.

Импульсы усиливаются с помощью операционного усилителя, после чего поступают на электроды. Если величина тока превышает допустимое программное значение, то с порта микроконтроллера идет уменьшение подстроечного резистора.

При каком-либо случайном пробое, скачке или другой неполадке предусмотрена схема защиты на тиристоре. Питание микросхем, микроконтроллера и ЖКИ-индикатора осуществляется при помощи стабилизатора напряжения.

3.2 Разработка электрической принципиальной схемы

Проектируемая схема аппарата физиотерапии питается от промышленной сети напряжением 220В, частотой 50Гц. После включения вилки сетевого шнура аппарата в розетку напряжение через переключатель SA1 поступает на клемму XT1, далее с клеммы через предохранитель FU1 поступает на трансформатор Т1.

Потребляемая мощность не более 50Вт. Максимальный входной ток

(3.1)

Выбираем предохранитель с двойным запасом т.е. на 0.5А.

Трансформатор Т1 понижающий. Коэффициент понижения вторичной обмотки №1 равен К=2,75, №2 К=18. С обмотки №1 трансформатора сигнал поступает на диодный мост VD1, а с обмотки №2 на диодный мост VD2. Принцип работы диодного моста заключается в пропускании положительной полуволны переменного напряжения положительными диодами и обрезании отрицательной полуволны отрицательными диодами. Поэтому на выходе выпрямителя образуется немного пульсирующее положительное напряжение с постоянной величиной 80В и 12В. Для сглаживания пульсаций напряжения 80В ставим емкость С9 на выходе.

На реле К1 происходит коммутация сигнала, когда реле находиться в нормальном режиме работы с выхода мостового выпрямителя VD1-VD4 поступает двухполупериодный сигнал частотой 100Гц, а когда контакты реле находятся во втором положении идет сигнал однополупериодный частотой 50Гц. Переключение режимов осуществляется микроконтроллером DD1.

Конденсатор С10 ? разделяющий конденсатор, на транзисторе VT2 собран эмиттерный повторитель. Транзистор подключен по схеме с общим коллектором. Резисторы R23 и R24 ? делитель, которые задает смещение на базе транзистора VT2. Резистор R26 ? сопротивление эмиттера.

Для реализации повторителя применим практически любой маломощный транзистор с большим коэффициентом усиления по току h₂₁.Выбираем 2SC1654 с параметрами:

? коэффициент усиления по току h₂₁ = 20..300;

? обратный ток коллекторного перехода I_кбо ? 0,1мкА;

? граничная частота f_гр ? 120МГц;

? емкость коллекторного перехода С_к ? 2,3пФ;

? допустимое напряжение коллектор-эмиттер U_кз_m_ах = 15В;

? мощность, рассеиваемая на коллекторе Р_к = 150мВт.

Определяем средний коэффициент усиления по току:

(3.2)

Амплитуда тока, отдаваемого в нагрузку:

(3.3)

где К_п?1 ? ориентировочно коэффициент передачи повторителя.

Зададимся током покоя транзистора:

I_к?(5..10)?I_нм = (5..10)?56,6?10^-3=(0,30..0,57) мА (3.4)

Из соображений температурной стабильности ток целесообразно увеличить до (1..2) мА. Принимаем I_к = 1мА.

При этом постоянный ток базы:

(3.5)

Задаемся током делителя в пределах:

I (5..10); I_б = (5..10) 13 10^-6 =(65..130)мкА (3.6)

Выбираем I_д=120мкА = 0,12мА.

Для получения максимального входного сопротивления принимаем R23 = R24. Общее сопротивление делителя:

(3.7)

Отсюда R= R23= R24= 0.5 R_д= 50кОм

Выбираем из ряда E24 значение R23 = R24 = 47кОм.

Определяем напряжение на базе транзистора:

U_б= (I_д+ I_б) R1=(0.12+ 0,013) 10^-3*47 10^-3= 7,3В(3.8)

Напряжение на эмиттере:

U_э = U_б + U_бэ = 7,3 + 0,7 = 8В(3.9)

Сопротивление резистора в эмиттерной цепи:

(3.10)

Выбираем из ряда Е24 стандартное значение R26 = 6,2кОм

Емкость разделительного конденсатора C10:

(3.11)

Выбираем C10 = 2.2мкФ.

Блокировочный конденсатор C13 ограничивает полосу частот, повышая помехоустойчивость системы. Принимая частоту среза f_с = 1.5 кГц, определяем емкость:

(3.12)

Принимаем C12 = 0,03 мкФ.

Рассчитаем входное сопротивление повторителя по формуле:

R_вхэп=R23?R24?R_{вх т},(3.13)

где R_{вх т}= (R26?R_н)*h21

449кОм(3.14)

Отсюда:

(3.15)

Рассчитаем емкость разделительного конденсатора С6 на входе повторителя:

(3.16)

Из ряда Е6 выбираем наиболее близкое значение емкости конденсатора. Получаем С6=1,5мкФ.

Коэффициент передачи повторителя при h₂₁ >> 1

,(3.17)

Где (3.18)

Вычисляем дифференциальное сопротивление эмиттера.

(3.19)

Отсюда получаем коэффициент передачи:

(3.20)

Итого мы имеем: напряжение питания +12В подаётся на коллектор транзистора VT2, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100% отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. При этом, необходимо отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Одновременно с этим мы выравниваем выходное сопротивление с входным сопротивлением операционного усилителя, собранного в микросхеме DA2.

Для формирования сигнала необходимого уровня применим операционный усилитель AD8542. Помним что:

? Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы дифференциальное напряжение (разность между напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах) было равно нулю. Это реализуется за счет обратной связи (напряжение передается с выхода на вход таким образом, что разность потенциалов становится равной нулю).

? Входы ОУ не потребляют тока.

Операционный усилитель включен по схеме неинвертирующего повторителя напряжения. Это напряжение создается на входе делителя R28, R29. Для получения U_вых принимается R29=10*R28, причем относительная точность и стабильность установки U_вых будет практически определяться точностью и стабильностью делителя. Резистор R26 выбираем равным 1кОм.

Следовательно:

? напряжение питания E0= 2,7..5,5В;

? сопротивление резистора R29=10*R28=10*1000=10кОм;

? выходное напряжение U_вых = (Е_о/2) ± 2%;

? ток нагрузки I_н< 2 мА;

? выходное сопротивление R_вых< 10^?2Ом.

? коэффициент усиления:

(3.21)

Для реализации схемы выбираем операционный усилитель ОУ AD8542.

Особенности данного ОУ:

? малое потребление (I_потр ? 2,8мА), хорошая температурная стабильность и низкие уровни входных токов.

? напряжение смещения U_см ? 5мВ;

? дрейф напряжения смещения ? U_см / ? T ? 20мкВ;

? входной ток I_вх ? 25нА;

? входное сопротивление R_вх ? 2МОм;

? выходное сопротивление R _вых ? 100Ом;

? частота единичного усиления f₁ = 1 МГц;

? максимальный выходной ток I_вых_max = 30мА.

Коэффициент передачи:

(3.22)

Резисторы R35 и R36 берем аналогичные резисторам R28, R29.

R35= 10кОм, R36 =1кОм

Вычислим сопротивление питания усилителя R_п = R38:

(3.23)

Из стандартного ряда E24 выбираем ближайшее значение резистора R38=10 Ом.

Емкость конденсатора С16 определим по формуле:

(3.24)

Из ряда E24 Выбираем С16=0,1 мкФ.

Транзисторы VT4-VT6,VT9 выбираем одинаковыми KTC3880S, а VT3, VT7 ? KTA1505 т.к. они являются своего рода дифференциальным каскадом.

Сигнал с выходов 3-4 трансформатора T1 подается через ключ реле K1 на электроды. На реле собрана схема защиты. Амплитуда входного тока может изменять аппаратно при помощи подстроечного резистора R37.

При напряжении менее 80В на клеммах тиристор ВТ151F закрыт и нормально-замкнутый контакт реле К2 замкнут, напряжение с трансформатора подается в нагрузку к пациенту. Сигнальный светодиод HL1 горит в полнакала. При повышении выходного напряжения на клеммах, выше 80 В, ток протекающий через стабилитрон BZV55C5V6 открывает тиристор ВТ151F и контакты реле К2 размыкаются. Светодиод загорается ярче, сигнализируя о наличии неисправности.

Порог срабатывания тиристора VS1 устанавливаться подстроечным резистором R27. Реле постоянного тока с напряжением срабатывания 24В, имеет нормально замкнутые контакты, выдерживающие ток 25..З0А. Резистор R34=100Ом снижает напряжение на обмотке реле до 12В.

Резисторы R30 и R32 выбираем величиной 330Ом.

Подстроечный резистор R27 выбираем величиной 2,2кОм.

Максимальный ток на выходе клемм XT3, XT4 равен

(3.25)

Конденсатор C15 электролитический ? 220мкФ ±10%, на 450В.

В качестве управляющего элемента системы используется микроконтроллер Cygnal С8051F310. Основные параметры данного микроконтроллера приведены в (таблице 3).

Порты микроконтроллера используются следующим образом:

? подключение клавиатуры (P0.4-P0.7);

? подключение ЖКИ-модуля (Р1.0-Р1.7, Р2.0-P2.2);

? мониторинг защиты (P2.4);

? кварцевый генератор (P0.2, P0.3);

? подача сигнала на АЦП (P0.7).

Таблица 3

Основные параметры микроконтроллера Cygnal С8051F310

ЦПУ: Ядро	MCS-51
ЦПУ: MIPS	25
ЦПУ: F, МГц	от 0 до 25
Память: Flash, КБайт	16
Память: RAM, КБайт	1.25
I/O (макс.), шт.	29
Таймеры: 16-бит, шт	4
Таймеры: RTC	Да
Интерфейсы: UART, шт	1
Интерфейсы: SPI, шт	1
Интерфейсы: I²C, шт	1
Аналоговые входы: Разрядов АЦП, бит	10
Аналоговые входы: Каналов АЦП, шт	21
Аналоговые входы: Быстродействие АЦП, kSPS	200
Аналоговые входы: Аналоговый компаратор, шт	2
VCC, В	от 2.7 до 3.6
ICC, мА	7
TA, °C	от -40 до 85

Микроконтроллер C8051F310 имеет конвейерную архитектуру; 70% команд выполняются за 1 или 2 системных тактовых цикла; производительность до 25MIPS при тактовой частоте 25МГц; развитую систему прерываний. Структурная схема микроконтроллера приведена на (рисунке 3.1) [10].

Для отображения информации используется жидкокристаллический индикатор WH1602B. Модуль позволяет принимать команды с шины DB7-DB0, записывать данные в ОЗУ по 8-ми разрядной шине данных DB7-DB0, читать данные из ОЗУ на шину DB7-DB0, читать статус состояния на шину DB7-DB0. Структурная схема ЖКИ-модуля изображена на (рисунке 3.2), он состоит из контроллера, жидкокристаллического индикатор и подсветки.

Рисунок 3.1 - Структурная схема микроконтроллера

Рисунок 3.2 - Структурная схема ЖКИ-модуля

Для соединения ЖКИ-модуля с управляющей системой используется параллельная синхронная шина, насчитывающая 8 линий данных DB0..DB7, линия выбора операции R/W, линия выбора регистра RS и линия стробирования/синхронизации E. Кроме линий управляющей шины имеются две линии для подачи напряжения питания 3.3B-GND и Vcc, для подачи напряжения питания драйвера ЖКИ используется линия V0, а также для подсветки А-К. На начальном этапе необходимо подать питание на ЖКИ-модуль и добиться от него признаков работоспособности. Питание через делитель на резисторах R17-R18 задает напряжение питания драйвера ЖКИ, устанавливая угол поворота жидких кристаллов. Этим делителем можно отрегулировать фактическую контрастность при некотором преимущественном угле наблюдения.

Для питания ЖКИ индикатора используется постоянный резистор R19 величиной 10 Ом. Ток, поступающий на ЖКИ, равен 330мА.

К портам P0.2 и P0.3 микроконтроллера DD1 через разделительные конденсаторы С4 и С5 величиной в 15пФ подключен кварцевый резонатор.

Резисторы R2-R16 являются слаботоковыми подтяжками. Они служат для того, чтобы вывод определенного порта микроконтроллера был либо низкого либо высокого уровня. Т.е. при помощи резистора, подключенного к напряжению +3,3В вывод порта «подтягивают» к этому напряжению, в так называемое положение единицы.

Для ввода информации используется клавиатура. Для её подключения необходимо подтянуть 4 линии порта для кнопок «Ввод», больше «?», меньше «?», «Отмена».

Микросхема DA1 является стабилизатором напряжения. Она необходима для подачи стабильной величины питания для микросхем.

Конденсаторы С2-С7 необходимы для оптимальной работы микросхемы, это своего рода фильтр нижних частот, а конденсаторы С3-С6 являются шунтами (фильтр высоких частот) при попадании помехи на вход/выход стабилизатора напряжения.

4. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО АЛГОРИТМА РАБОТЫ АППАРАТА

Инициализируется микроконтроллер таким образом: сначала отключаем сторожевой таймер. Далее работаем с таймерами 0,1,2. Затем инициализируем внутренний тактовый генератор с делением системной частоты на 4 (3МГц). Инициализируем прерывания, т.е. разрешаем общие прерывания и прерывания от таймеров. Инициализируем порты. Сначала включаем подтяжки. Далее включаем матрицу Crossbar, и выключаем слаботочную подтяжку. Следом за этим инициализируем модуль SMBus для передачи данных на наш цифровой потенциометр. Инициализируем регистры, значения которых нам понадобятся в дальнейшей работе. Инициализируем АЦП. Выбираем вход, выравниваем влево. И наконец, инициализируем ЖК - индикатор. Устанавливаем матрицу символов 16х2, вывод производиться будет в одну строку. Разрешаем сдвиг экрана влево путем установления автоинкрементна. При помощи кнопок «?», «?» устанавливается вид импульса, который потом пройдет через пациента. Затем следует нажатие кнопки «OK». После этого вводится кнопками «?», «?» время процедуры. Затем должна быть нажата кнопка «OK» , чтобы была запущена процедура, но если при этом была нажата кнопка «C», то мы возвращаемся к установке вида импульса. Параллельно микроконтроллер будет следить, чтобы аппарат не работал непрерывно более 5 часов. Далее начинается выполняться процедура. После этого делаем проверку: закончилось ли время процедуры? Если да, то возвращаемся к установке параметров. Если нет, делаем проверку: нажата ли кнопка. Если да, то возвращаемся к установке параметров. Если нет, делаем проверку: превышает ли ток на пациенте 50мА. Если да, то с помощью и резистора и тиристора срабатывает защита - и мы прекращаем подачу тока на пациента. Если нет, возвращаемся к проверке времени процедуры.

Функции, выполняемые микропроцессорным блоком, условно можно разделить на 2 группы: подача информации с кнопок управления клавиатуры и вывод её на ЖКИ-дисплей, программная реализация генератора.

Обозначим соответствие подключения кнопок клавиатуры к портам: P0.4 - «?», P0.5 - «?»; P0.6 - «OK»; P0.7 - «C», P2.0-P2.2, - для управления ЖК индикатором, P1.0-P1.7 - для вывода значений на ЖК индикатор.

После того как прошла инициализация микроконтроллера мы переходим к вводу данных и выводу информации на ЖК индикатор. Выводим на ЖК индикатор слово СТАРТ, которое говорит, что прибор готов для ввода информации. Затем идет процедура обработки клавиш, т.е. мы вводим значения импульса, который будет подан на пациента. Чтобы пользователь не нажимал на кнопки «?», «?» многократно, выходя при этом за границу диапазона, мы это предусматриваем сравнением данного значения с максимально возможным или с минимальным. Когда нужно значение типа импульса увеличивается или уменьшается на единицу. Далее, после нажатия кнопки «OK» загружаем в регистр R5 значение 16 ? максимальное время одной процедуры. Затем происходит вывод на ЖК индикатор слова ИМПУЛЬС и значения типа импульса. Следом происходит ввод времени процедуры. Аналогично обрабатывается время процедуры и значение выводится на ЖК индикатор. Если была нажата кнопка «C», то ввод типа импульса происходит снова, при этом меняется значение в регистре R4 с 0 на 1, тем самым показывая нам, что была нажата кнопка ”C”. При каждом нажатии и отжатии любой из кнопок запускается процедура гашения дребезга контактов.

Значение времени процедуры мы заносим в 036 регистр. Включаем SMBus0. Модуль SMBus0 управляет временными параметрами и сдвигом последовательных данных. Включаем модуль SMBus в режиме ведущего передатчика. Последовательные данные выдаются на линию SDA, а тактовые импульсы выдаются на линию SCL. SMBus0 генерирует бит START и затем передает первый байт, который содержит адрес потенциометра и бит направления. В этом случае бит направления (R/W) будет сброшен в 0, инициируя операцию записи. Затем модуль SMBus0 передает один или несколько байт последовательных данных. После передачи каждого байта потенциометр генерирует бит подтверждения. Передача заканчивается, когда бит STО устанавливается в 1 и генерируется бит STOP.

Затем идет прерывание от таймера 0. Бит TR0 устанавливается в ноль. Записывается младшая и старшая часть константы, устанавливаем бит AD0BUSY равным 1 и запускаем таймер установкой бита TR0 в 1. Далее мы обрабатываем данные на АЦП и сравниваем значение тока, чтобы оно было меньше 50мА. Если нет, то устанавливаем бит pKEY в 1 и выводится на ЖК индикатор слово КОНЕЦ. Если меньше, то устанавливаем бит pRS в 1 (запись), выводим значение байта данных на линии шины DB0...DB7, формируем импульс E (стробирование/синхронизация) и формируем задержку в 16мс. Далее сравниваем значение типа импульса и переходим к соответствующему режиму тактирования.

Следом за этим следует прерывание от таймера 2. Аналогично заносим значения константы в младший и старший байты, а далее идет процедура проверки времени до конца процедуры и параллельно ей проверка работы не более 5 часов подряд. Если время процедуры истекло, то устанавливается в 1 бит pKEY и выводится на ЖК индикатор слово КОНЕЦ. Каждые 5мс происходят прерывания от таймера 1, который следит за изменением состояния кнопок.

Схема алгоритма работы приведена в графическом материале чертеж ГУИР 941525.011 ПД.

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ АППАРАТА

5.1 Выбор элементной базы и материалов конструкции

Материалы для изделий РЭС определяются исходя из функционального назначения, серийности производства, технического уровня заготовительного производства и экономической целесообразности применения определенного способа изготовления заготовок. Материалы деталей выбирают с учетом специальных требований, предъявляемых к работе не только каждой детали изделия, но и отдельных элементов детали. Это дает возможность уменьшить массу детали, сборочных единиц и изделия РЭС в целом.

Материал, сэкономленный при конструировании и изготовлении изделий это один из важнейших резервов производства, позволяющий получать новые изделия без дополнительных затрат на исходные материалы. Вопросу экономии материалов и повышению качества изделия необходимо уделять внимание на всех стадиях разработки конструкторской документации, изготовления, испытания и пуска изделий в эксплуатацию.

Для изготовления печатных плат в РЭС наиболее широкое распространение получили стеклотекстолит и гетинакс. При выборе материала печатной платы необходимо иметь ввиду следующее:

? материал печатной платы должен иметь высокие электроизоляционные показатели в заданных условиях эксплуатации РЭС;

? иметь малые диэлектрические потери;

? обладать химической стойкостью к действию химических растворов, используемых при изготовлении печатных плат;

? допускать штамповку;

? выдерживать кратковременное воздействие температуры до 240°С в процессе пайки на плате ЭРЭ;

? иметь высокую влагостойкость;

? быть дешёвым.

Основные материалы для изготовления плат приведены в (таблице 5) [11].

Таблица 5

Основные материалы для изготовления плат

Материал	Марка	Толщина	Область применения
		фольги, мкм	материала, мм
Стеклотекстолит:
травящийся	ФТС-1(2)	18;35	0,08-0,5	МПП, ДПП
с адгезионным слоем	СТЭК	-	1,0-1,5	ДПП
Фольгированный диэлектрик (ламинаты и препреги):
ламинат	GFN PND 39	18;35	0,8-3	ДПП
ламинат	CEM-1, CEM-3	18;35	0,8-3	ДПП
ламинат	FR-1, FR-2	18;35	0,8-3	ДПП
ламинат	FR-4 LamPlex	18;35	0,8-3	ДПП
ламинат	FR-5	18;35	0,8-3	ДПП
тонкий диэлектрик	ФДТ-1	50	0,5	МПП
для МПП	ФДМ-1(2)	35	0,2-0,35	МПП
Стеклоткань прокладочная	СП-1-0,0025	-	0,0025	МПП
	СП-2-0,1	-	0,1	МПП

Общие характеристики ламинатов FR4:

? класс огнестойкости - 94V-0;

? весь материал поставляется с ультрафиолетовой блокировкой;

? возможная толщина фольги - 18…105мкм.

Учитывая вышеизложенные требования и характеристики ламинатов, в разрабатываемом приборе применена плата из ламината марки FR4.

Большое значение на надежность радиоэлектронной аппаратуры оказывает выбор припоя для электрического монтажа.

Выбирая припой следует учитывать, что припой должен быть легкоплавким, недорогим и технологичным. Кроме этого припой должен обладать хорошей адгезией к меди, а также иметь малое переходное сопротивление. Выберем бессвинцовый припой с малоостаточным флюсом марки SAC-305.

Физико-механические свойства этого припоя этого приведены в (таблице 5.1) [12].

Таблица 5.1

Физико-механические свойства припоя SAC-305

Марка припоя	Температура плавления, °С	Ориентировочная температура пайки, °С	Плотность кг/мі	Удельное электрическое сопротивление, мкОм*м	Предел механической. прочности при растяжении, МПа
	Солидус	Ликвидус
SAC-305	183	190	240	8500	0,139	4,3

В качестве материала для изготовления корпуса выберем по ГОСТ 24888-81 ? аминопласт МФЕ2 (ТУ 6-05-211-1422-86) представляет собой продукт, получаемый на основе меламиноформальдегидного олигомера, наполнителей и целевых добавок [13].

Гранулированный дугостойкий аминопласт МФЕ2 предназначен для изготовления прямым и литьевым прессованием крупногабаритных изделий электротехнического назначения.

Аминопласт МФЕ2 характеризуется высокой трекингостойкостью (класс «Б») и может применяться во взрывозащищенном и рудничном электрооборудовании. Минимальная усадка и негорючесть позволяет применять материал в различных областях электротехнической, машиностроительной, авиационной и судостроительной промышленности.

5.2 Выбор и обоснование компоновочной схемы

5.2.1 Размещение элементов

Компоновочная схема блока определяется количеством и видом составляющих элементов и их расположением.

Все компоновочные схемы делятся на два вида: централизованная и децентрализованная.

Децентрализованная компоновочная схема устройства принимается для аппаратуры обладающей мощными выходными блоками, источниками помех и т.д., тогда устройство разносится по нескольким корпусам.

В данном случае будем использовать централизованную компоновочную схему устройства, то есть все его элементы располагаются в одном корпусе.

На компоновочные схемы устройств значительное влияние оказывают вспомогательные элементы. Это различные индикаторы, ручки управления, переключатели. В зависимости от их количества необходимо выбирать порядок их размещения на передней панели, что влияет на форму самого устройства.

Компоновка аппарата осуществляется уже на этапе технического предложения, поскольку необходимо учесть требования по габаритам и массе, которые определены в техническом задании. На последующих стадиях проектирования происходит корректировка и уточнение компоновочных параметров. Как правило, при компоновке необходимо определить площадь и объем, массу конструкции. В том случае, если результаты расчетов не будут соответствовать требованиям ТЗ, то по согласованию с заказчиком в технически обоснованных случаях в ТЗ могут быть внесены соответствующие корректировки.

Учитывая приведенное разбиение схемы электрической и конструкции уже существующих аналогов, выбирается метод конструирования.

Существует несколько методов конструирования. Рассмотрев их основные принципы, выберем наиболее подходящий для данной конструкции с учетом выше сказанного.

Геометрический метод ? в основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему нескольких опорных точек. Размеры и число этих точек связаны с количеством степеней свободы и геометрическими свойствами тела. Геометрический метод применяется чаще всего для устройств и конструкций, для которых характерно точное взаимоположение деталей и их точное взаимоперемещение.

Топологический метод ? предусматривает структуру физических связей ЭРЭ. Этот метод наиболее подходит для связей ЭРЭ, описываемых графами. Данный метод применяется для проектирования ИС, печатных плат, печатных соединителей.

Машиностроительный метод ? предусматривает структуру механических связей между элементами, представляющих собой систему опорных поверхностей. Этот метод используется для конструирования устройств РЭС, которые предусматривают наличие больших механических нагрузок и больших деформаций как следствие.

Метод моноконструкций ? основан на минимизации числа связей в конструкции. Он применяется для создания функциональных узлов и блоков РЭС, на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла с оригинальными элементами. Данный метод имеет недостатки: большие время затраты, ограниченная возможность унификации и типизации, недостаточная надежность, малая ремонтопригодность, сложность модификации конструкции, большая стоимость.

Модульный метод конструирования ? предусматривает модульность, то есть разбиение устройства на функционально законченные блоки (модули) конструкции устройства. Данный метод очень часто применяется при выборе и содержит в себе немало достоинств, а именно:

? позволяет при разработке вести параллельно работу по проектированию нескольких узлов. Это резко сокращает время разработок, упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, упрощает конструирование и макетирование, возможность модификации аппаратуры без существенных изменений конструкции всего устройства;

? сокращаются сроки введения в серийное производство, упрощение сборки, монтажа, снижение требований к квалификации сборщиков, снижение стоимости, возможность механизации и автоматизации производства;

? повышается эксплуатационная надежность, облегчение обслуживания, высокая ремонтопригодность.

При компоновке устройства должны быть учтены следующие основные требования:

? оптимальность, устойчивость и стабильность функциональных межблочных связей;

? требования по жесткости и прочности;

? эргономика, удобство ремонта;

? оптимальное размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней с учетом коэффициента заполнения по объему и удобству для осмотра и ремонта;

? сосредоточение центра тяжести ближе у опорной поверхности;

? наличие достаточного пространства для межблочных соединений.

В настоящее время наиболее приемлемым методом конструирования РЭС является базовый метод, предусматривающий деление схемы электрической на функционально законченные узлы.

Исходя из сказанного, схема электрическая принципиальная делится на несколько функциональных частей. Все эти блоки реализованы на одной печатной плате.

На заключительных операциях сборки печатная плата покрывается лаком для защиты от внешних воздействий и увеличения механической прочности.

5.2.2 Требования помехозащищенности на этапе компоновки

При компоновке платы следует особое внимание уделять возможному взаимодействию составных частей между собой из-за паразитных электромагнитных связей. Учет и анализ этих связей на ранней стадии проектирования позволит в значительной степени снизить затраты на производство всего изделия, сократить сроки проектирования, добиться более устойчивой работы.

Способом решения этой проблемы является исключение с самого начала конструирования схемы причин, порождающих помехи. При этом необходимо:

? понять, какие виды помех наиболее вероятны в данной схеме;

? выбрать и разместить печатные платы, кабели и другие структурные составляющие системы таким образом, чтобы исключить как можно больше причин, вызывающих помехи, и обеспечить при этом возможность подключения подавляющих помехи компонентов.

Проблемы возникновения помех и наводок можно свести к минимуму, изолируя чувствительные части схемы от источника помех, устраняя паразитные индуктивные и емкостные связи. Для этого необходимо:

? располагать маломощные (чувствительные) схемы поблизости от источника сигнала;

? размещать мощные схемы (в которых велика вероятность возникновения помех) вблизи нагрузок;

? располагать маломощные и мощные схемы как можно дальше друг от друга;

? стараться свести к минимуму длину проводников;

? использовать максимально короткие контуры прохождения тока.

Из анализа схемы электрической принципиальной видно, что имеется возможность появления взаимных наводок в цепях микроконтроллера, которые могут повлиять на передаваемый сигнал. Для обеспечения надежной работы микроконтроллера, во избежание появления наводок, длину цепей необходимо минимизировать, разместив ЭРЭ, подключенные к микроконтроллеру, возле него.

5.3 Выбор и обоснование метода и принципа конструирования

На основе проведенного разбиения электрической схемы и анализа существующих конструкций выбирается метод конструирования устройства в целом и его частей. Существующие методы конструирования РЭС подразделяются на три взаимосвязанные группы [14]:

? по видам связей между элементами;

? по способу выявления и организации структуры связей между элементами;

? по степени автоматизации конструирования РЭС - зависит от назначения аппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровня унификации, автоматизации и т.д.

Рассмотрим кратко сложившиеся методы конструирования РЭС.

Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы и геометрических свойств твердого тела [14].

Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положена структура механических связей между элементами, представляющая собой систему опорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструирования устройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которых неизбежны вследствие этого большие деформации [14].

Топологический метод. В основу метода положена структура физических связей между ЭРЭ. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, где связности элементов может быть сопоставлен граф [14].

Метод проектирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, он применяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) с оригинальными элементами [14].

Базовый (модульный) метод конструирования. В основу метода положен модульный принцип проектирования. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями, схемной конструкторской унификацией структурных уровней (модулей функциональных узлов, блоков). Базовый метод является основным при проектировании современной РЭС, он имеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций [14]:

? на этапе разработки позволяет одновременно вести работу над многими узлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок; упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, так как работа любого функционального узла определяется работой известных модулей, резко упрощается конструирование и макетирование; сокращает объем оригинальной конструкторской документации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренных изменений конструкции; упрощает и ускоряет внесение изменений в схему, конструкцию и конструкторскую документацию;

? на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производства аппаратуры; упрощает сборку, монтаж, снижает требования к квалификации сборщиков и монтажников; снижает стоимость аппаратуры благодаря широкой механизации и автоматизации производства; повышает степень специализации производства;

? при эксплуатации повышает эксплуатационную надежность РЭС, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.

При компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость, стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить к разборке всей конструкции или ее составных частей. Для устойчивого положения изделия в процессе эксплуатации центр тяжести должен находиться, возможно, ближе к опорной поверхности. При компоновке модулей всех уровней необходимо выделить достаточно пространства для межсоединений.

При проектировании необходимо придерживаться следующих рекомендаций [14]:

? минимальный внутренний радиус изгиба проводника должен быть не менее диаметра провода с изоляцией;

? провода питания переменного тока следует свивать для уменьшения возможности наводок;

? провода, подводящие к сменным элементам должны иметь некоторый запас по длине, допускающий повторную заделку провода;

? провода не должны касаться острых металлических кромок;

? монтажные провода целесообразно связать в жгут, при этом обеспечивается возможность расчленения монтажных операций на более простые.

Для разъемного варианта конструкции большое распространение получило использование объединительной печатной платы, что позволяет существенно уменьшить габаритные размеры изделия, упростить сборку.

При компоновке РЭС необходимо решать вопросы электромагнитной совместимости элементов, в частности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех.

При защите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значение сигналов помехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линиях входа-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, для элементов РЭС разрабатывают кожухи-экраны.

В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.

Исходя из сказанного проведем деление схемы электрической принципиальной на функционально законченные узлы. Схему прибора целесообразно разделить на 3 узла:

? базовый модуль;

? модуль управления (клавиатура);

? модуль отображения информации (ЖК-индикатор).

Радиоэлементы каждого функционального узла предлагается разместить на отдельных печатных платах. Силовой трансформатор необходимо закрепить непосредственно на плате базового модуля. Связь между базовым и модулем управления, отображения информации обеспечивается посредством гибких монтажных проводов.

При данном разбиении схемы электрической принципиальной обеспечивается минимальное количество соединительных проводников, т.е. минимум электрических связей между узлами, высокая ремонтопригодность.

5.4 Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации и виброзащиты

5.4.1 Выбор способа теплозащиты

Выбор метода охлаждения определяется следующими факторами интенсивностью (плотностью) теплового потока, условиями теплообмена с окружающей средой, условиями эксплуатации (возможностью демонтажа или замены элементов), нормами эксплуатации (уровень шума, токсичностью хладагентов), специальными условиями работы (стационарными или кратковременными режимами, работой против сил тяготения и так далее и другими.

Основным критерием выбора метода охлаждения является значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена. Вторым критерием выбора метода охлаждения является допустимый перегрев элемента, равный разности между допустимой температурой корпуса элемента и температурой окружающей среды.

Анализируя схему электрическую аппарата для лечения низкочастотными диадинамическими токами так же воспользовавшись техническим заданием, можно сделать предположение о необходимости применения естественного воздушного охлаждения. Последующие расчеты призваны или опровергнуть или подтвердить целесообразность такого способа охлаждения.

При естественном охлаждении отвод тепла происходит за счет теплопроводности, естественной конвекции окружающего воздуха и излучения.

5.4.2 Выбор способа герметизации

Воздействие влаги на металл и изоляционные материалы имеет разную природу, но одинаковый конечный результат - разрушение исходной структуры материала. В металлах это происходит за счет коррозии, в изоляционных материалах - за счет влагопоглощения.

Наличие влаги - причина электрохимической коррозии, реакции которой идут при низких температурах.

Коррозия может быть равномерной (по всей поверхности изделия), и неравномерной (например, за счет повреждения защитного слоя и образования за тем отверстий в металле) и межкристаллической (распространение коррозии вдоль границы кристаллов и разрывах в их структуре).

Влияние влаги на изоляционные материалы определяется отсутствием изоляционных пластмасс, которые могут противостоять воздействию влаги.

Разрабатываемый аппарат для лечения диадинамическими токами и электросудорожной терапией относится к классу аппаратуры, которая будет эксплуатироваться в отапливаемых сухих помещениях. Воздействие таких климатических факторов, как высокая влажность, дождь, туман исключается, поэтому применение специальных средств герметизации не предоставляется необходимым. Временное возможное воздействие вышеперечисленных климатических факторов значительно уменьшается или исключается благодаря хорошей упаковке изделия перед транспортировкой.

5.4.3 Выбор способа виброзащиты

В процессе эксплуатации и транспортировки аппарат для лечения низкочастотными диадинамическими токами подвергается различным видам механических воздействий в виде вибраций (основные параметры: частота вибраций f, и возникающее при этом ускорение g), ударов (основные параметры: ускорение и длительность) и линейных ускорений.

При проектировании устройства прежде всего следует выяснить, нужны ли вообще защитные мероприятия. С этой целью сравнивают оговоренные в технических условиях причины допустимых механических воздействий для предназначенных к использованию элементов (микросхем, резисторов и так далее) с величинами механических действий на объекте установки РЭС. При этом величины воздействующих механических факторов следует скорректировать с учетом возможного резонансного усиления колебаний по пути их распространения с места установки блока до конкретного рассматриваемого элемента. В случае, если уровни воздействующих механических факторов превышают допустимые, предусматривают защитные мероприятия с оценкой их эффективности [15].

В данном разделе решается вопрос о необходимости виброзащиты устройства и выборе, при необходимости, способа ее осуществления.

Плату устройства можно представить как колебательную систему с равномерно распределенной нагрузкой. Она характеризуется собственной частотой. Поведение колебательной системы при воздействии на нее извне вибраций зависит от отношения частоты этих вибраций к резонансной частоте. Собственная частота колебаний плат зависит от формы, размеров, характера материала и условий закрепления.

В разрабатываемом аппарате для лечения низкочастотными диадинамическими токами использовался способ увеличения жесткости конструкции. Так как форма платы прямоугольная, то четырех крепежных отверстий будет достаточно. Это позволит избежать возможности механических повреждений платы и увеличить жесткость конструкции.

5.5 Расчет конструкторских показателей изделия

Опытно-конструкторская разработка любого устройства предполагает проведение различного рода расчетов конструкторского плана, позволяющих оценить соответствие параметров заданным в техническом задании. К таким расчетам можно отнести:

? компоновочный расчет печатной платы;

? компоновочный расчет блока;

? расчет элементов печатного монтажа;

? расчет помехоустойчивости;

? расчет вибропрочности устройства;

? тепловой расчет;

? расчет надежности устройства.

5.5.1 Компоновочный расчет печатных плат разрабатываемого прибора

Исходными данными для расчета являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ. Численные значения установочных размеров ЭРЭ для базового модуля приведены в (таблице 5.2).

Таблица 5.2

Установочные значения размеров ЭРЭ базового модуля

Вид элемента	Тип, типономинал	Кол. n_i	Установочн. площадь, S_у_i, мм²	n S_у_i, мм²
1	2	3	4	5
Конденсаторы	Чип 0805	9	2,5	22,5
	Чип 1206	3	5,6	16,8
	Чип 2512	4	20,32	81,28
Микросхема	MIC5219	1	9,0	9,0
Микросхема	AD8542	1	31,0	31,0
Микросхема	C8051F310	1	81,0	81,0
Вставка плавкая	ВП 4-0,5А	1	21,0	21,0
Светодиод	L-180	1	5,6	5,6
Реле	RT314730	2	280	560,0
Резисторы	Чип 0805	29	2,5	72,5
	Чип 1206	6	5,6	33,6
	Подстроеч.	3	28,3	84,9
Трансформатор	ОЛ 30/60-20	1	2807,4	2807,4
Трансформатор	ОЛ15/30-10-ВН	1	706,8	706,8
Диод	1N4007	2	12,8	25,6
Диодный мост	B500S	1	84,66	84,66
Диод	1N4001	1	12,8	12,8
Стабилитрон	BZV55C5V	1	12,8	12,8
Тиристор	BT151F	1	21,0	21,0
Транзистор	2SC1654	1	7,23	7,23
Транзистор	KTA1505	2	7,23	14,46
Транзистор	KTC3880S	3	21,0	63,0
Транзистор	M28S	1	7,23	7,23
Клемма	726388	4	12,56	50,24
Кварцевый резонатор	Q 20МГц НС-49	1	60,0	60,0
S?=4892,4

Численные значения установочных размеров ЭРЭ для модуля управления приведены в (таблице 5.3).

диадинамический микроконтроллерный аппарат физиотерапия

Таблица 5.3

Установочные значения размеров ЭРЭ модуля управления

Вид элемента	Тип, типономинал	Кол. ni	Установочн. площадь, Sуi, мм2	n Sуi, мм2
1	2	3	4	5
Кнопка	SWT-6	4	49,0	196,0
S?=196,0

Суммарная площадь S_ИЭТ, занимаемая всеми ИЭТ на плате найдем по формуле:

,(5.1)

где S_у_i - значение установочной площади i-го элемента;

n - количество элементов.

Согласно таблице 5.4 суммарная площадь базового модуля составляет

S_ИЭТ=4892,4мм²

Приблизительная площадь печатной платы с учетом способа монтажа (односторонний, двусторонний)найдем по формуле:

, (5.2)

где - коэффициент заполнения платы печатной, как правило, должен быть в пределах от 0,3 до 0,8;

m - количество сторон монтажа (1, 2).

Принимаем коэффициент заполнения k_ЗПл=0,3 (т.к. используется два типа элементов: со штыревыми выводами и SMD элементы).

Тогда площадь печатной платы:

Размер платы: 170Ч100 мм

Согласно таблице 5.5 суммарная площадь модуля управления составляет

S_ИЭТ=196,0мм²

Площадь печатной платы:

Размер платы: 44Ч38 мм

5.5.2 Компоновочный расчет блока

Исходными данными для расчета являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ.

Необходимые данные сведены в (таблице 5.4).

Таблица 5.4

Установочные значения V_усти массы ЭРЭ проектируемой конструкции

Вид элемента	Тип, типономинал	Кол. n_i	Установочный объем, V_уст, см³	n V_уст, см³	Масса m, гр.	mn, гр.
1	2	3	4	5	6	7
Конденсаторы	Чип 0805	9	0,4	3,6	0,55	4,95
	Чип 1206	3	0,9	2,7	1,0	3,0
	Чип 2512	4	1,2	4,8	1,25	5,0
Микросхема	MIC5219	1	1,4	1,4	1,5	1,5
Микросхема	AD8542	1	5,2	5,2	1,9	1,9
Микросхема	C8051F310	1	13,0	13,0	2,4	2,4
Встав. плавкая	ВП 4-0,5А	1	4,9	4,9	0,6	0,6
Светодиод	L-180	1	0,9	0,9	0,5	0,5
Реле	RT314730	2	280	560	4,0	8,0
Резисторы	Чип 0805	29	0,4	11,6	0,55	15,95
	Чип 1206	6	0,9	5,4	1,0	6,0
	Подстроеч.	3	28,0	69,0	3,6	10,8
Трансформатор	ОЛ 30/60-20	1	5654,0	5654,0	280,0	280,0
Трансформатор	ОЛ15/30-10-ВН	1	706,0	706,0	80,0	80,0
Диод	1N4007	2	3,0	6,0	1,0	2,0
Диодный мост	B500S	1	27,0	27,0	1,6	1,6
Диод	1N4001	1	3,0	3,0	1,0	1,0
Стабилитрон	BZV55C5V6	1	3,0	3,0	1,0	1,0
Тиристор	BT151F	1	0,7	0,7	1,0	1,0
Транзистор	2SC1654	1	7,23	7,23	0,9	0,9
Транзистор	KTA1505	2	7,23	14,	0,9	1,8
Транзистор	KTC3880S	3	3,36	10,0	3,0	9,0
Транзистор	M28S	1	7,23	7,23	0,9	0,9
1	2	3	4	5	6	7
Клемма	726388	4	12,0	48,0	0,5	2,0
Кварцевый резонотор	Q 20МГц НС-49	1	30,0	30,0	0,7	0,7
V=6850,3см³ m=229гр.
Модуль управления		1	473,2	473,2	5,0	40,0
ЖКИ	WH1602B	1	3801,6	3801,6	7,0	7,0
Переключатель	SWR-41	1	456,0	456,0	4,0	4,0
V=4730,8см³ m=51гр.

Суммарный объем, занимаемый всеми ЭРЭ и деталями найдем по формуле:

,(5.3)

где - значение объема i-го ИЭТ;

n - количество ИЭТ;

- значение объема j-й детали;

m - количество деталей.

Согласно таблице 5.6 суммарный объем, занимаемый всеми ЭРЭ и деталями

11581см³

Суммарный приблизительный объем всего устройства:

,(5.4)

где К_З - коэффициент заполнения устройства по объему выбирают (для ориентировочного расчета можно использовать значение от 0,2 до 0,6).

Суммарный объем 11581см³. Из конструктивных соображений выбираем коэффициент заполнения объема корпуса корректора равным 0,5.

см³

Окончательные габариты корпуса: 190Ч160Ч80мм.

5.5.3 Расчет элементов печатного монтажа

Выбирая конструкцию печатной платы, рассчитывая параметры линий связи и подготавливая технологическое оборудование для изготовления печатных плат, мы должны определить такие параметры печатной платы, как ширина и шаг трассировки печатных проводников; диаметр контактных площадок; число проводников, которое можно провести между двумя соседними отверстиями; диаметр отверстий в плате до и после металлизации.

При расчете печатной платы необходимо учитывать и особенности производства, допуски на всевозможные отклонения параметров элементов печатного монтажа, установочные характеристики корпусов ЭРЭ.

Класс точности определяет наименьшие минимальные значения основных размеров конструктивных элементов (ширина проводника, расстояния между центрами 2-х проводников (контактных площадок), ширина гарантийного пояска металлизации контактной площадки и др.) ? ГОСТ 23751-86 определяет 5 классов точности. Минимальные размеры конструктивных элементов уменьшаются с 1 по 5-й классы точности.

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический расчет.

Исходя из технологических возможностей производства, выбирается метод изготовления и класс точности печатной платы. ПП изготавливаем комбинированным позитивным методом. По точности выполнения элементов конструкции отнесем проектируемую печатную плату к 3-му классу точности.

Быстродействие, установочные размеры, эксплуатационные характеристики, технологические особенности, автоматизация и т.п. влияют на выбор размеров и конфигурации ПП. Необходимо выбирать размеры и конфигурацию ПП по ГОСТ 10317-79.

На первом этапе расчета элементов печатного монтажа определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления, мм:

,(5.5)

где I_max- максимальный постоянный ток через проводник;

J_доп - допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления ПП таблица 8;

t - толщина проводника, мм.

В нашем случае значение максимального тока 5А, j_доп=48А/мм² ? с учетом комбинированного метода изготовления и толщины фольги 35 мкм (таблица 5.5).

Таблица 5.5

Методы изготовления ПП

Метод изготовления	Толщина фольги, t, мм.	Допустимая плотность тока, j_доп, А/мм.²	Удельное сопротивление, с, Ом·мм²/м.
Химический: ДПП Внутренние слои МПП Наружные слои ОПП,	20, 35, 50 20, 35, 50	15 20	0,050
Комбинированный позитивный	18,35, 50	75,48,38	0,0175
Электрохимический	-	25	0,050

b_min=5/(480,035)=2,9мм.

Определяем минимальную ширину проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

,(5.6)

где с - удельное объемное сопротивление материала;

l - максимальная длина проводника;

U_доп - допустимое падение напряжения, В (определяется из анализа электрической схемы - не больше 5% от напряжения питания 220В5%=11В);

Возьмем удельное сопротивление с=0,0175Ом мм²/м и максимальную длину проводника l=134мм из (таблицы 5.5). Подставив эти значения в формулу (5.6) получим

b_min₂=50,01751340,001/110,035= 0,03мм.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d под клему:

,(5.7)

где d_э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ИЭТ, мм;

Дd_н.о- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (определяется классом точности ПП и диаметром отверстия), мм;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ИЭТ, ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм.

Рассчитанные значения d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм и т.д.

d=1+0,05+0,4=1,45мм, выбираем 1,5мм.

Минимальный диаметр контактных площадок для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом:

при фотохимическом способе получения рисунка:

(5.8)

D_min=1,5+1,50,035+0,03=1,58мм;

Максимальный диаметр контактной площадки:

(5.9)

D_max=1,58+0,06=1,64мм.

Рассчитаем те же параметры для переходного отверстия ПП:

d=0,6+0,05+0,2=0,85мм,

выберем из ряда значение 0,9 мм.

D_min=0,9+1,50,035+0,03=0,98мм,

D_max=0,98+0,02=1мм.

Выберем из ряда значение 1,1мм.

Допуски для рассчитаных отверстий выберем из (таблицы 5.6).

Таблица 5.6

Допуски для отверстий

Параметры	Класс точности
	2	3	4	5
Допуск на отверстие , мм, без металлизации, d < 1мм	0,10	0,05	0,05	0,025
То же, d > 1мм	0,15	0,10	0,10	0,10
Допуск на отверстие , мм, с металлизацинй, d < 1мм	+0,05 -0,18	+0,00 -0,13	+0,00 -0,13	+0,00 -0,13
	2	3	4	5
То же, d > 1мм	+0,10 -0,23	+0,05 -0,18	+0,05 -0,18	+0,05 -0,18
Допуск на ширину проводника , мм				+0,00
без покрытия	-0,10	-0,05	-0,03	-0,03
то же, с покрытием	+0,15 -0,10	0,10	0,05	0,03
Допуск на расположение отверстий , мм, при размере платы не менее	0,15	0,08	0,05	0,05
то же, при размере платы от180 до 360мм	0,20	0,10	0,08	0,08
то же, при размере платы более 360мм	0,25	0,15	0,10	0,10
Допуск на расположение контактных площадок , мм, на ОПП и ДПП при размере платы менее 180мм	0,25	0,15	0,10	0,05
то же, при размере платы от180 до 360мм	0,30	0,20	0,15	0,08
то же, при размере платы более 360мм	0,35	0,25	0,20	0,15
Допуск на подтравливание диэлектрика МПП , мм	0,03	0,03	0,03	0,03
Допуск на расположение контактных площадок , мм, на МПП (внутренний слой) при размере платы менее 180мм	0,30	0,20	0,15	0,10
то же, при размере платы от180 до 360мм	0,35	0,25	0,15	0,10
то же, при размере платы более 360мм	0,40	0,30	0,25	0,20
Допуск на расположение проводников на ОПП и ДПП , мм	0,10	0,05	0,03	0,02
то же на МПП (внутренний слой)	0,15	0,10	0,08	0,05
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, bм, мм	0,045	0,035	0,025	0,015

Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка:

(5.10)

где b₁_min ? минимальная эффективная ширина проводника,

b₁_min = 0,10мм для плат 3- и 4-го класса точности.

b_min=0,1+1,50,035+0,03=0,18мм.

Максимальная ширина проводников:

(5.11)

b_max=0,18+0,02=0,20мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой вилки:

(5.12)

где L₀ ? расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

дl - допуск на расположение проводников (таблица 5.6).

S₁_min=2,5- [(1/2+0,15)+(0,20/2+0,05)]= 1,7мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

(5.13)

S₁_min=2,5-(1+0,15)=1,35мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

(5.14)

S₁_min=2,5- (1+0,05)=1,45мм.

5.5.4 Расчет электромагнитной совместимости

В радиоэлектронных изделиях печатные проводники, электрически объединяющие те или иные элементы схемы, проходят на достаточно близком расстоянии друг от друга и имеют относительно малые размеры сечения. При большом времени переключения и малых тактовых частотах параметры печатных проводников, соединяющих входы одних элементов с входами других, не оказывают существенного воздействия на быстродействие всей схемы в целом и на помехоустойчивость элементов.

С уменьшением времени переключения (в микроэлектронных изделиях оно составляет единицы наносекунд) большое значение имеют степени влияния линий связи (сопротивления, емкости, индуктивности и т.д.) друг на друга (паразитная емкость, взаимоиндуктивность и т.д.). Постоянный ток в печатных проводниках распределяется равномерно по его сечению при условии, что материал проводника однороден и не имеет локальных посторонних включений других веществ.

Рассчитаем сопротивление проводника по формуле:

R=l_n/(bt_n),(5.15)

где ? удельное объемное электрическое сопротивление проводника,

= 0,0175мкОм/м - для медных проводников, полученных методом химического травления;

l_n - длина проводника, мм;

b - ширина проводника, мм;

t_n - толщина проводника, мкм.

R=0,0175*33/(0,3*35)=0,021Ом

Рассчитаем допустимый ток в печатном проводнике:

I_max=10^-3_допbt_n,(5.16)

где _доп доп - допустимая плотность тока,

_доп= 30А/мм²для проводников, полученных методом химического травления.

I_max=10^-3*30*0,8*35=0,315 мА.

Далее найдем паразитные емкости и индуктивности печатного монтажа в наиболее критических местах печатной платы (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 Фрагмент печатной платы

Емкость, между двумя параллельными проводниками, расположенными на одной стороне платы, находится по формуле:

(5.17)

где: ? диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенных на наружных поверхностях платы, покрытой лаком.

,(5.18)

где: _п и _л ? диэлектрические проницаемости материала платы и лака (для ламината _п= 6, для лака _л=4)

;

l_n ? длина участка, на котором проводники параллельны друг другу, мм (l_n =31 мм);

b ? ширина проводника, мм (b=0,8 мм);

t_n ? толщина проводника, мм (t_n =35мкм);

а ? толщина диэлектрика, мм (а =0,5 мм).

Собственная индуктивность печатного проводника:

(5.19)

Индуктивность двух параллельных печатных проводников:

(5.20)

Наводимые помехи не будут оказывать существенного влияния на полезный сигнал. Следовательно, размещение элементов и трассировка платы обеспечивают правильное функционирование устройства.

5.5.5 Расчет теплового режима

Расчет теплового режима целесообразно проводить в три этапа. На первом этапе определяются среднеповерхностные температуры платы с расположенными на них ЭРЭ, кожуха и температуры воздуха внутри РЭС.

На втором этапе определяются среднеповерхностные температуры корпусов элементов, используя результаты первого этапа.

На третьем этапе определяют максимальные температуры критических зон элементов и их функциональные связи со среднеповерхностной температурой как корпусов так и плат.

Существует значительное число методик расчета теплового режима, обладающих различной точностью и трудоемкостью. Эта задача достаточно доступно и с высокой точностью может быть решена с помощью коэффициентного метода.

Для расчета теплового режима аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами используем упрощенный алгоритм расчета температурного поля в неперфорированном корпусе, базирующийся на коэффициентном методе.

Исходными данными для проведения последующего расчета являются:

? K_з ? коэффициент заполнения по объему0,5;

? суммарная мощность, рассеиваемая в блоке не более5Вт;

? давление окружающей среды106,7кПа;

? давление внутри корпуса106,7кПа;

? габаритные размеры корпуса190х160х80мм;

? температура окружающей среды45°С;

Расчета теплового режима блока РЭА в герметичном корпусе:

Рассчитаем поверхность корпуса блока:

,(5.21)

где L₁, L₂ - горизонтальные размеры корпуса, м;

L₃ - вертикальный размер, м.

Для разрабатываемой конструкции блока L₁=0.19м, L₂=0.12м, L₃=0.08м. Подставив данные в 5.21, получим:

м²

Определим условную поверхность нагретой зоны:

,(5.22)

где k_З - коэффициент заполнения корпуса по объему.

В нашем случае k_З=0,5. Подставим значение k_З в 5.22, получим:

м².

Определим удельную мощность корпуса блока:

,(5.23)

Вт/м².

Определим удельную мощность нагретой зоны:

,(5.24)

Вт/м².

Найдем коэффициент ₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

(5.25)

Находим коэффициент ₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

(5.26)

Определим коэффициент К_Н1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

,(5.27)

где Н₁ - давление окружающей среды в Па. В нашем случае Н₁=106,7кПа. Подставив значение Н₁ в 5.27, получим:

Определим коэффициент К_Н2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока:

,(5.28)

где Н₂ - давление внутри корпуса в Па. Тогда:

Рассчитаем перегрев корпуса блока:

°С(5.29)

Определим перегрев нагретой зоны:

°С(5.30)

Определим средний перегрев воздуха в блоке:

°С(5.31)

Определим температуру корпуса блока:

(5.32)

°С

Определим температуру нагретой зоны:

(5.33)

°С

Находим среднюю температуру воздуха в блоке:

(5.34)

°С

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин.

Таким образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемые и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с другими способами охлаждения РЭС.

5.5.6 Полный расчет надежности

Надежность является одним из главных технических параметров, характеризующих РЭС.

Исходные данные для расчета надежности зависят от вида учитываемых отказов, количества подлежащих расчету показателей надежности, степень точности расчета. В нашем случае расчет будет выполнен для периода нормальной эксплуатации при следующих основных допущениях:

? отказы случайны и независимы;

? учитываются только внезапные отказы;

? имеет место экспоненциальный закон надежности.

При расчете будут учитываться не только элементы электрической схемы, но и элементы конструкции (монтажные соединения, печатная плата, монтажные проводники, несущие конструкции и т.д.).

Кроме того, при расчете надежности будет произведен точный учет электрического режима и эксплуатационных условий работы элементов.

Исходными данными для полного расчета надежности будут:

? схема электрическая принципиальная с перечнем используемых в конструкции элементов;

? значения коэффициентов электрической нагрузки элементов;

? справочные значения интенсивностей отказов элементов;

? условия эксплуатации элементов с учетом внешних и внутренних воздействующих факторов таких как: температура корпусов элементов, относительная влажность, уровень вибрации, передаваемый на элементы и т.д.;

? заданное время непрерывной работы устройства, t.

Расчет надежности выполняется в два этапа [11]. На первом этапе лабораторные значения интенсивностей отказа элементов пересчитываются на конкретный электрический режим и условия эксплуатации по формуле:

(5.35)

где ? значение интенсивности отказа i-го элемента с учетом режима

и условий работы;

? справочное значение интенсивности отказа i-го элемента;

? поправочный коэффициент, учитывающий j-ый фактор;

? общее число учитываемых эксплуатационных факторов.

В качестве поправочных коэффициентов будем использовать коэффициент, учитывающий влияние температуры и электрической нагрузки ? ₁₂, и коэффициент, учитывающий влияние влажности и механических воздействий ? ₃₄.

На втором этапе вычисляют значение суммарной интенсивности отказов по формуле:

(5.36)

где ? суммарная интенсивность отказов;

? число однотипных элементов конструкции.

При равенстве значений интенсивностей отказов однотипных элементов рекомендуется объединять их в группы. Тогда формула примет вид:

(5.37)

где ? соответственно интенсивность отказа и число элементов в

h ? ой группе;

? общее число групп.

Далее по общепринятым формулам определяем значения наработки на отказ и вероятности безотказной работы :

(5.38)

(5.39)

Если расчетное значение показателей надежности не отвечает требованиям технического задания, то необходимо принять меры по повышению надежности. Например, можно заменить наиболее ненадежные пассивные элементы на другие типы, а после этого снова повторить расчет.

Расчет производился на ЭВМ при помощи программы, написанной на кафедре РЭС ? 'SNAD.EXE'. Исходные данные для этой программы приведены в (таблице 5.7).

Таблица 5.7

Исходные данные для расчета надежности

Наим. группы элементов	К-во, n_j	л_jЧ10^-6,1/ч	К_н	б₁₂	б₃₄	б_?	л_j?n_j, Ч10^-6,1/ч	ф_j,ч	л_j?n_j? ф_j, Ч10^-6
Кварцевые резонаторы	1	0,37	0,6	0,4	1,6	2	0,74	0,8	0,59
Конденсаторы	16	0,25	0,4	0,5	1,6	2,1	11,75	0,55	6,46
Микросхемы	3	0,6	0,6	1,8	1,6	3,4	6,0	1,5	9,00
Реле	2	0,7	0,6	0,6	1,6	2,2	13,2	0,6	7,98
Резисторы	38	0,05	0,35	0,15	1,6	1,75	3,15	1,2	3,74
Кнопка	5	0,4	0,4	0,7	1,6	2,3	0,4	0,6	0,24
Транзисторы	9	0,6	0,2	0,35	1,6	1,95	1,8	0,7	1,26
Клеммы	4	0,7	0,4	0,7	1,6	2,3	1,4	0,6	0,84
Несущая конструкция	1	3,0	-	0,7	1,6	2,3	3,0	-	-
Гнездо	1	0,7	0,4	0,7	1,6	2,3	2,1	2	4,2
Соединение пайкой	264	0,03	-	0,7	1,6	2,3	12,72	-	-
Соединение винтами	15	0,001	-	0,7	1,6	2,3	0,014	-	-
Плата печатная	2	0,2	-	0,65	1,6	2,25	0,2	-	-

Результаты вычислений представлены в (таблице 5.8).

Таблица 5.8

Результаты расчета показателей надежности

Характеристика, рассчитанная на ПЭВМ	Значение
Средняя наработка на отказ, ч.	20564,6
Вероятность безотказной работы	0,95254
Среднее время восстановления, ч.	1,6
Вероятность восстановления	0,85447
Коэффициент готовности	0,99992
Вероятность безотказной работы с учетом восстановления	0,97431
Вероятность нормального функционирования	0,95246
Доверительные границы для наработки на отказ, ч.	9390,2…22244,0

Таким образом, полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надежности, так как при заданном времени непрерывной работы ч проектируемый аппарат будет работать с вероятностью P(t)=0,97431. При этом он будет иметь среднюю наработку на отказ То=20564,6ч и вероятность восстановления V_(ф)=0,85447, следовательно, дополнительных мер по повышению надежности проектируемого аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами не требуется.

5.6 Анализ технологичности конструкции изделия

Проектирование технологического процесса сборки и монтажа радиоэлектронной аппаратуры начинается с тщательного изучения исходных данных (технические условия и технических требований, комплекта конструкторской документации, программы выпуска, условий запуска в производство и т.д.). На данном этапе основным критерием, определяющим пригодность аппаратуры к промышленному выпуску, является технологичность конструкции.

Для пайки радиоэлементов в блоке управления синхронизации применяется припой марки SAC-305, а для пайки SMD элементов паяльная паста ПП1-180Ср. Печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Печатная плата должна соответствовать ГОСТ 23759-79, группа жесткости 3. Класс точности 4 по ГОСТ 23751-86. Шаг координатной сетки 0,25 по ГОСТ 10316-78. Плату после сборки необходимо покрыть лаком УР-2319.2.

Под технологичностью конструкции ГОСТ 18831-73 понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Для оценки технологичности конструкции используются показатели, которые делятся на качественные и количественные. К качественным показателям относят взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальная доступность конструкции. Количественные показатели согласно ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП классифицируются на:

? базовые (исходные) показатели технологичности конструкций, регламентируемые отраслевыми стандартами;

? показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке изделий;

? показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей.

Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от вида изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации.

Базовые показатели технологичности блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭC) установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства ОСТ 4ГО.091.219-81 «Методы количественной оценки технологичности конструкций изделий РЭC». Согласно нему все блоки по технологичности делятся на 4 основные группы:

? электронные: логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число интегральных микросхем (ИМС) больше или равно числу электрорадиоэелементов (ЭРЭ);

? радиотехнические: приемно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки и т.д., где число ЭРЭ больше ИМС;

? электромеханические: механизмы привода, отсчетные устройства, кодовые преобразователи и т.д.

? коммутационные: соединительные, распределительные блоки, коммутаторы и т.д.

В данном дипломном проекте разрабатывается аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Для аппарата определяются 7 основных показателей технологичности (таблица 5.9), каждый из которых имеет свою весовую характеристику ц_i. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

, (5.40)

где ? порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

Таблица 5.9

Показатели технологичности конструкции РЭС

	Показатели технологичности	Обозначение	Степень влияния, ц_i
1	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	К_мм	1,0
2	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	К_м.п.ИЭТ	1,0
3	Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц (ДСЕ)	К_осв	0,8
4	Коэффициент применения микросхем и микросборок	К_мс	0,5
5	Коэффициент повторяемости печатных плат	К_пов.ПП	0,3
6	Коэффициент применения типовых технологических процессов	К_тп	0,2
7	Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля	К_арк	0,1

Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:

,(5.41)

Коэффициент технологичности находится в пределах 0< К< 1.

Рассчитываем показатель технологичности и находим комплексный показатель технологичности.

1. Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

,(5.42)

где H_MM ? количество монтажных соединений ЭРЭ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ЭРЭ и последующей пайке волной припоя;

H_M ? общее количество монтажных соединений.

Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяется по количеству выводов.

2. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

, (5.43)

где Н_мпИЭТ ? количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в число их включается ЭРЭ, не требующие специальной подготовки (патроны, разъемы, реле и т.д.);

Н_ИЭТ ? общее число ЭРЭ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

3. Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц (ДСЕ):

,(5.44)

где ДТз ? количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;

ДТ ? общее количество типоразмеров ДСЕ.

4. Коэффициент применения микросхем и микросборок:

,(5.45)

где Н_э.мс? общее число дискретных элементов, замененных микросхемами и микросборками;

Н_эрэ. ? общее число ЭРЭ, не вошедших в микросхемы

5. Коэффициент повторяемости печатных плат

,(5.46)

где ДТпп ? число типоразмеров печатных плат в изделии;

Дпп ? общее число печатных плат.

6. Коэффициент применения типовых технологических процессов

,(5.47)

где Д_тп и Е_тп ? число деталей и сборочных единиц (ДСЕ), изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов;

Д_и Е ? общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.

7. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля

, (5.48)

где Н_арк ? число операций контроля и настройки, выполняемы на полуавтоматических и автоматических стендах;

Н_рк ? общее количество операций контроля и настройки.

Рассчитываем комплексный показатель технологичности

Полученный комплексный коэффициент технологичности довольно высок. Это является результатом того, что большинство электрорадиоэлементов, применяемых в проектируемом изделии, подготавливаются к монтажу, а также устанавливаются автоматизированными методами.

6. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТА

6.1 Подготовка к работе

Перед началом эксплуатации аппарата следует:

1) проверить:

• комплектность аппарата;

• отсутствие видимых механических повреждений аппарата, кабелей питания и пациента;

• чистоту гнезд и разъемов.

2) разместить аппарат на рабочем месте, обеспечив удобство работы и условия естественной вентиляции;

3) обработку других элементов, контактирующих с телом пациентов, проводить в соответствии с рекомендациями Министерства здравоохранения Республики Беларусь;

6.2 Порядок работы

Аппарат должен быть установлен на основании, исключающем сотрясения и падения.

Кабель пациента должен быть подсоединен к розетке на передней панели аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами.

Включение аппарата осуществляется сетевой кнопкой на задней панели аппарата. После включения загорается жидкокристаллический дисплей При помощи кнопок “?”, ”?” устанавливается вид импульса (ОН, ДН, ОР, КП, ДП, ОВ, ДВ). Подтверждение осуществляется нажатием кнопки “OK”. Вход в активный режим осуществляется кнопкой “OK”. Затем производится увеличение и регулировка силы тока до требуемой величины (5,3-50мА) кнопками “?” ? больше, ”?” - меньше. После чего кнопками “?”,”?” вводится время процедуры, подтверждается кнопкой “OK”. Кнопкой ”C” осуществляется обратный переход курсора на жидкокристаллическом дисплее. Параллельно микроконтроллер следит, чтобы аппарат не работал непрерывно более 5 часов. Далее начинается выполняться процедура. Для принудительного окончания процедуры требуется нажать кнопку ”C”.

Электроды на тело пациента должны накладываться после включения сетевого напряжения, выбора вида воздействующего сигнала и установки его параметров.

6.3 Общие требования по охране труда

1. К самостоятельной работе с аппаратом для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет, имеющие соответствующее образование и подготовку по специальности, обладающие теоретическими знаниями и профессиональными навыками в соответствии с требованиями действующих нормативноправовых актов, не имеющие противопоказаний к работе по данной специальности по состоянию здоровья, прошедшие в установленном порядке предварительный (при поступлении на работу) и периодические (во время трудовой деятельности) медицинские осмотры, обучение безопасным методам, приемам выполнения работ, изучивший руководство по эксплуатации, ознакомившийся со средствами защиты.

2. По электробезопасности аппарат выполнен по II классу защиты.

3. Персонал, работающий с аппаратом для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами должен:

? соблюдать требования по охране труда;

? бережно относиться к оборудованию, выполнять профилактическое ежедневное обслуживание;

? поддерживать порядок на рабочем месте;

? выполнять нормы и обязательства по охране труда, предусмотренные коллективным договором, соглашением, трудовым договором, правилами внутреннего трудового распорядка, должностными обязанностями;

? внимательно выполнять свои должностные обязанности, не отвлекаться;

? использовать оборудование и инструменты в строгом соответствии с инструкциями заводов-изготовителей;

? правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты в соответствии с условиями и характером выполняемой работы;

? при обнаружении неисправностей оборудования, приспособлений, инструмента, средств защиты, об ухудшении своего здоровья, отсутствие средств индивидуальной защиты, нарушениях технологического процесса работник обязан уведомить об этом руководителя структурного подразделения.

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА АППАРАТА ДЛЯ ФИЗИОТЕРАПИИ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ ДДТ

7.1 Характеристика аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами

Разработанный аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами, предназначен и используется для проведения физиотерапии диадинамическими токами при лечении заболеваний периферической и центральной нервной системы, органов пищеварения, сердечно-сосудистой системы, травм и заболеваний опорно-двигательной системы.

Технические характеристики:

1. Виды тока: постоянный ток (ПТ), двухполупериодный непрерывный (ДН), однополупериодный непрерывный (ОН), однополупериодный ритмический (ОР), короткий период (КП), длинный период (ДП), однополупериодный волновой (ОВ), двухполупериодный волновой (ДВ).

2. Максимальная величина действующего значения выходного тока в режимах ДН, КП, ДП, ДВ ? 50мА ±30% в диапазоне нагрузок от 0Ом до 2кОм.

3. Максимальная величина действующего значения выходного тока в режимах ОН, ОР, ОВ ? 25мА ±30% в диапазоне нагрузок от 0Ом до 2кОм.

4. Таймер с диапазоном установки времени процедуры от 1 до 99 минут.

5. Система автоматики, обеспечивающая блокировку переключения параметров процедуры (кроме величины тока) при наличии тока в цепи пациента, блокировку подачи тока при разомкнутой цепи пациента, индикацию включения выходного тока.

6. Напряжение питания ? 220В, частотой 50Гц.

7. Потребляемая мощность ? не более 50Вт.

8. Габаритные размеры 190х160х80мм.

9. Масса ? не более 1кг.

7.2 Расчет стоимостной оценки затрат

7.2.1. Расчет себестоимости и отпускной цены нового изделия

1. Расчет затрат на сырьё и материалы (Рм) представлен в (таблице 7.1)

Таблица 7.1

Расчёт затрат на материалы

Наименование материала	Единица измерения	Норма расхода на единицу продукции	Оптовая цена за единицу, руб.	Сумма, руб
1	2	3	4	5
1. Припой ПСр-40	кг	0,15	71095	10664
2. Канифоль	кг	0,08	73012	5841
3. Краска МКЭЧ	кг	0,03	65000	1950
4. Клей Dow Corning 744 RTV	кг	0,02	65200	1304
5.Флюс глицериновый	л	0,05	312850	15643
6. Лак ISOTEMP	кг	0,01	48700	487
7. Лист фольгированный СФ 2-35-1,5	кг	0,08	50000	4000
8. Провод ПЭВ-1	м	5	1380	6900
Итого	46789
Всего с учетом транспортных расходов (20%)	56147

2. Расчет затрат на покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера (Рк) представлен в (таблице 7.2).

Таблица 7.2

Расчёт затрат на комплектующие изделия и полуфабрикаты

Наименование комплектующего или полуфабриката	Количество на изделие, шт.	Цена, р.	Сумма, р.
Цифровые микросхемы:
MIC5219 «Microchip»	1	48600	48600
AD8542 «Microchip»	1	48600	48600
C8051F310DK «Sygnal»	1	118035	118035
Резисторы
Подстроечный 2K2кОм ±5% «Microchip»	2	6863	13726
10Ом ? 47кОм ±5%-0,125Вт-0805	29	2361	68469
100Ом ? 18кОм ±5%-0,25Вт-1206	6	3321	19926
Подстроечный 15кОм ±5%	1	6863	6863
Конденсаторы
100мкФ ? 220мкФ -2512-450В	4	8784	35136
15рФ ? 0,1мкФ - 0805-100B	9	2059	18531
Танталовый 1,5мкФ ? 4,7мкФ 1206-6,3	3	4447	13341
Транзисторы
2SC1654 «Datr»	2	24705	49410
KTA1505 «Datr»	2	24705	49410
KTC3880S «Datr»	4	24705	98820
M28S «Datr»	1	24705	24705
Дисплей WH1602B-YGH-CP	1	87550	87550
Светодиод L-180	1	1890	1890
Диодный мост B500S	1	1782	1782
Диод 1N4007	2	1782	3564
Диод 1N4001	1	1782	1782
Стабилитрон BZV55C5V6	1	1782	1782
Тиристор BT151F	1	1782	1782
Переключатель SWR-41	1	3245	3245
Кнопка SWT-6	4	3245	12980
Вставка плавкая ПВ4-0,5А	1	2400	2400
Вставка плавкая ПВ4-0,5А	1	2400	2400
Трансформатор ОЛ30/60-20	1	188000	188000
Трансформатор ОЛ15/30-10-BH	1	188000	188000
Клемма 726388 «Molex»	4	17568	70272
Кварцевый резонатор Q 20MГц HC-49	1	8784	8784
Реле RT314730	2	24705	49410
Вилка BH-14'Symmetron'	4	17568	70272
Вилка 5267-03A «Molex»	1	17568	17568
Итого	1324635
Всего с учетом транспортных расходов (20%)	1589562

3. Расчёт основной заработной платы основных производственных рабочих (Зо) представлен в таблице 7.3.

Таблица 7.3

Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих

Вид работы (операция)	Часовая тарифная ставка руб./ч	Норма времени по операции, нормо-час	Расценка (прямая зарплата), руб.
1	2	3	4
1. Подготовительная операция	2900	4,05	11745
2. Установка элементов на печатную плату	3925	1,62	6359
3. Пайка волной	4350	4,05	17618
4. Очистка плат	3375	4,86	16403
5. Визуальный контроль	4750	4,9	23275
6. Маркировка плат	3375	0,81	2734
7. Контроль электрических параметров плат	3925	8,1	31793
8. Лакировка плат	3375	7,8	26325
9. Изготовление крышки	3925	1,5	5888
10. Изготовление основной части	2925	1,62	4739
11. Сборка корпуса	2900	2,43	7047
12. Общий контроль	4350	7,5	32625
13. Маркировка корпуса	2900	0,8	2320
14. Упаковка	2900	0,7	2030
Всего	190901
С учетом премий (40%)	267261

4. Дополнительная зарплата (Зд) определяется следующим образом:

, (7.1)

где H_Д ? норматив дополнительной заработной платы основных производственных рабочих (10%).

(7.2)

5. Отчисления на социальные нужды (Рсоц) определяются следующим образом:

,(7.3)

где H_соц ? страховые взносы на обязательное социальное страхование наёмных работников(34%) и обязательное страхование от несчастных случаев на производстве (0,6%)

6. Общепроизводственные расходы (Робщ) определяются следующим образом:

, (7.4)

где Р общ ? норматив общепроизводственных расходов (200 %)

7. Себестоимость единицы продукции (Сп)

Сп = Рм + Рк + Зо + Зд + Рсоц + Робщ(7.5)

Сп = 56147 + 1589562 + 267261 + 26726 + 101720 + 534522 = 2575938

8. Плановая прибыль (Пп) определяется следующим образом:

(7.6)

где Р_П ? уровень рентабельности (15 %)

9. Налог на добавленную стоимость (НДС) определяется следующим образом:

(7.7)

где Н_ДС ? ставка налога на добавленную стоимость (20 %)

10. Отпускная цена единицы продукции (Цотп)

Цотп = Сп + Пп + НДС(7.8)

Цотп = 2575938 + 386391 + 592466 = 3554795.

7.2.2 Расчет чистой прибыли

На основе маркетинговых исследований и заказов потребителей был определен плановый объем реализации изделия. В первый год объем реализации составит 3000 шт, в последующие годы - 5000 шт. Чистая прибыль рассчитывается по формуле:

Пч = N·Пед (1- Нп/100)(7.9)

где N ? годовой объем выпуска продукции, нат. ед.;

Пед ? прибыль, приходящаяся на единицу изделия, руб.;

Нп ? ставка налога на прибыль, 18%.

Пч¹ = 3000·386391 (1- 18/100) = 950 млн. руб.

Пч^2,3,4= 5000·315505 (1- 18/100) = 1584 млн. руб.

7.3 Расчет инвестиций в производство нового изделия

Инвестиции в производство нового изделия включают инвестиции на разработку нового изделия и инвестиции в основной и оборотный капитал.

1. Инвестиции на разработку нового изделия (Ираз).

1. Расчет затрат на расходные материалы (Рм) представлен в (таблице 7.4.)

Таблица 7.4

Расчет затрат на расходные материалы (Рм)

Категории товаров	Количество, шт.	Цена за единицу, руб.	Стоимость, руб.
1. Бумага формата А1	20	3000	60000
2. Бумага формата А4	1000	80	80000
3. Картриджи	3	100000	300000
4. Ручки	5	4000	20000
5. Карандаши	5	2000	10000
Итого	470000

2. Расчет затрат на оплату труда научно-технического персонала представлен в (таблице 7.5)

Таблица 7.5

Расчет основной зарплаты научно-технического персонала (Зо)

Исполнители	Кол-во	Трудоемкость, ч	Среднечасовая заработная плата, руб.	Заработная плата, руб.
Руководитель группы	1	176	12800	2252800
Инженер-конструктор	2	176	9900	1742400
Всего	3995200
С учетом премий (40%)	5593280

3. Дополнительная зарплата (Зд):

Отчисления на социальные нужды (Рсоц):

5. Накладные расходы (Рнакл):

6. Себестоимость разработки (Сп)

Сп = Рм + Зо + Зд + Рсоц + Рнакл (7.10)

Сп = 470000 + 5593280 + 559328+2128802 + 6152608 = 14904018

7. Плановая прибыль (Пп):

8. Налог на добавленную стоимость (НДС) определяется следующим образом:

9. Стоимость разработки (Цд):

Ц = Сп + Пп + НДС(7.11)

Цд = 14904018 + 2235603 + 3427924 = 20567545

Производство продукции предполагается осуществлять на действующем оборудовании на свободных производственных мощностях, поэтому инвестиции в основной капитал не требуются.

Для производства нового вида продукции требуется прирост инвестиций в собственный оборотный капитал в размере 30% общей годовой потребности в материальных ресурсах.

Годовая потребность в материалах определяется по формуле:

млн. руб.(7.12)

где ? материалы на единицу продукции (таблица. 7.1) , руб.

Годовая потребность в комплектующих изделиях определяется по формуле

млн. руб.(7.13)

где ? затраты на комплектующие изделия на единицу продукции (таблица 7.2), руб.

Инвестиции в прирост собственного оборотного капитала определяются по формуле

Иоб = 0,3 · (Пм + Пк)(7.14)

Иоб = 0,3 · (281 + 7948) = 2469 млн. руб.

Таким образом, инвестиции в производство нового изделия составят:

И = 29 + 2469 = 2498 млн. руб.

7.4 Расчет показателей экономической эффективности проекта

При оценке эффективности инвестиционных проектов необходимо осуществить приведение затрат и результатов, полученных в разные периоды времени, к расчетному году, путем умножения затрат и результатов на коэффициент дисконтирования , который определяется следующим образом [16]:

,(7.15)

где ? требуемая норма дисконта, 40%;

? порядковый номер года, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году;

? расчетный год, в качестве расчетного года принимается год вложения инвестиций, = 1. ;

;

Расчет чистого дисконтированного дохода за четыре года реализации проекта и срока окупаемости инвестиций представлены в (таблице 7.6).

Таблица 7.6

Экономические результаты работы предприятия

Наименование показателей	По годам производства (млн. руб.)
	2012	2013	2014	2015
1	2	3	4	5
Результат
1. Выпуск изделий (шт.) (Nt)	3000	5000	5000	5000
2. Прирост чистой прибыли (Пч)	950	1584	1584	1584
3. Тоже с учетом фактора времени ()	950	1125	808	570
4. Инвестиции в разработку нового изделия (Ираз)	29	_	_	_
5. Инвестиции в собственный оборотный капитал (Иоб)	2469
6. Общая сумма инвестиций (И)	2498
7. Тоже с учетом фактора времени ()	2498	_	_	_
8. Чистый дисконтированный доход (п.3-п.7)	-1548	1125	808	570
9. Чистый дисконтированный доход с нарастающим итогом	-1548	-423	385	955
10. Коэффициент дисконтирования ()	1	0.71	0.51	0.36

В результате технико-экономического обоснования инвестиций по производству нового изделия были получены следующие значения показателей их эффективности:

1. Чистый дисконтированный доход за четыре года производства продукции составит 955 млн.руб.

2. Все инвестиции окупаются на третий год;

Таким образом, производство нового аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами является эффективным и инвестиции в его разработку и производство целесообразны.

8. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТА ДЛЯ ФИЗИОТЕРАПИИ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ ДДТ

Выбор темы обеспечение электробезопасности при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами в качестве раздела ОТ дипломного проекта, связан с обеспечением электробезопасности при эксплуатации аппарата, это обусловленно рядом причин, основными из которых являются: аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами ? изделие медицинского назначения, аппарат выполнен по II классу защиты что определяет повышенные требования электробезопасности при его эксплуатации; рассматриваемый аппарат относится к классу терапевтических медицинских приборов, основным физическим фактором воздействия которого является электрический ток; процесс эксплуатации рассматриваемого изделия связан с непосредственным физическим контактом рабочей части аппарата (электродов) с телом пациента. Выше перечисленные факторы определяют важность и актуальность рассмотрения опасности поражения электрическим током, а также проектирования и расчета методов и средств обеспечения электробезопасности при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами.

Проходя через организм, электрический ток может вызывать термическое, электролитическое и биологическое действие. Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов и нервных волокон. Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, вызывая значительные нарушения их физико-химических составов. Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что может сопровождаться непроизвольным судорожным сокращением мышц, в том числе мышц сердца и легких. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

Раздражающее действие тока на ткани может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям, и рефлекторным, то есть через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих органов.

Все многообразие действия электрического тока приводит к двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам. [17].

Оценка опасности поражения электротоком заключается в расчете максимально возможного тока, проходящего через тело человека , или напряжения прикосновения и сравнении этих величин с предельно допустимыми значениями в зависимости от продолжительности воздействия этого тока или напряжения прикосновения. Оценка производиться как в нормальном режиме работы оборудования, так и в аварийном. Под аварийным режимом понимается режим работы неисправной установки, при котором могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с установкой. Оценка опасности электропоражения позволяет определить необходимость применения способов и средств защиты, а фактические и предельно допустимые значения и служат исходными данными для их проектирования и расчета [17].

В соответствии с вышеописанной методикой проведем оценку поражения электрическим током при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Исходные данные: питание аппарата ? от двухпроводной сети переменного тока, изолированной от земли (=220 В), пробой фазы на корпус (рисунок 8).

Значение тока, проходящего через тело человека в указанных условиях равно:

(8.1)

где - фазное напряжение сети; - полное сопротивление в цепи человека

Рисунок 8 ? Схема включения человека в электрическую цепь

Сопротивление в цепи человека включает в себя сумму сопротивлений тела человека , обуви и основания (пола или грунта), на котором стоит человек :

(8.2)

Предполагаем наихудшие возможные условия эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Тогда принимаем сопротивление тела человека равным 1кОм (для напряжения прикосновения ?50В); сопротивление опорной поверхности ног =10кОм (влажный ксилолитовый пол), а сопротивление обуви протеканию тока - 0,7кОм (материал подошвы ? кожимит, помещение сырое). Тогда:

В результате:

Рассчитанное значение =18,8мА значительно превышает предельно допустимое значение тока =6мА для рассматриваемых условий (переменный ток 50Гц, длительное воздействие), следовательно необходимо предусмотреть способы защиты человека от возможного электропоражения при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Для двухпроводных сетей, изолированных от земли, наиболее эффективным способом защиты человека от электропоражения является зануление эксплуатируемого оборудования. Зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с неоднократно заземленным защитным проводником сети частей оборудования (например, металлического корпуса), которые могут оказаться под напряжением в результате замыкания электропитания на эти части или корпус.

Для определения зануления необходимо рассчитать: отключающую способность; заземление нейтрали, исходя из условий безопасности при замыкании фазы на землю; повторные заземлители нулевого защитного проводника для обеспечения безопасности при замыкании фазы электроустановки.

Проведем расчет зануления по выше представленной методике аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Расчет на отключающую способность заключатся в расчете тока короткого замыкании , величина которого определяется проводимостью фазных и нулевых защитных проводников и достаточна для срабатывания устройства отключения установки (предохранитель, электромагнитный расцепитель и т.п.) от сети, т.е.:

(8.3)

где ? коэффициент кратности номинального тока ( = 3 для плавкой вставки предохранителя);

? номинальный ток срабатывания устройства защиты (плавкой вставки предохранителя или электромагнитного расцепителя), который определяется исходя из потребляемой мощности установки (N_у):

(8.4)

где =1,1 ? коэффициент надежности; - напряжение питания установки.

Потребляемая мощность аппарата не более 50Вт, тогда номинальный ток срабатывания устройства защиты:

В качестве средства автоматической защиты для аппарата для гальванизации подходящим является предохранитель ВП-4 0,5А, номинальный ток которого ? 500мА. Ток однофазного короткого замыкания без учета тока, протекающего через землю, величина которого незначительна, определим по формуле:

(8.5)

где .? фазное напряжение, и - модули полного сопротивления обмоток источника питания (трансформатора, генератора) и полного сопротивления петли «фаза-нуль», Ом.

Принимаем =4Ом, тогда ток короткого замыкания будет равен:

После расчета тока короткого замыкания проверяем выполнение условия:

Выполнение условия свидетельствует произведению правильного расчета.

Таким образом, при соблюдении выше изложенных требований по эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами, выявлен наиболее опасный из них (электротравмирование). Подробно рассмотрены вероятность воздействия, экспозиция и влияние на организм человека данного фактора; на основе типового расчета проведена оценка опасности электропоражения, выбран и рассчитан способ защиты человека от электротравмирования при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Проделанная работа обеспечивает безопасность медперсонала и пациентов при эксплуатации аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Возможность негативного воздействия на человека основного для данного прибора производственного фактора (электротравмирование) сведена к минимуму за счет грамотного анализа опасности электропоражения и применения соответствующего способа защиты (зануление), который обеспечивает отключение оборудования от сети в результате срабатывания защитного устройства при возникновении опасности электротравмирования (замыкание фазы питающей сети на нулевой защитный проводник).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте был разработан аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами на основе микроконтроллера Сygnal. Использование микроконтроллера позволяет быстро производить обработку сигналов, анализировать полученные результаты, оперировать с полученными данными в дальнейшем, быстро менять алгоритмы обработки, при появлении более качественных методик.

Были разработаны: электрическая- структурная и принципиальная схемы аппарата, функциональный алгоритм работы аппарата, конструкция аппарата, а также инструкция по эксплуатации аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами. Оформлен графический материал аппарата. Проведено технико-экономическое обоснование производства аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами, результат ? производство нового аппарат для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами является эффективным и инвестиции в его разработку и производство целесообразны.

Были рассмотрены вопросы охраны труда и обеспечения электробезопасности при использовании аппарата для физиотерапии низкочастотными диадинамическими токами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Улащик, В.С. Общая физиотерапия: Учебник / В.С.Улащик, И.В. Лукомский. ? Минск: «Книжный дом», 2003. ? 511с.

2. Доманов, А.Т. СТП01-2010 / А. Т. Доманов, Н. И. Сорока. ? Минск: БГУИР, 2011. - 169с.

3. Илларионов, В.Е Современные методы физиотерапии: Руководство для врачей обшей практики / В.Е. Илларионов, В.Б. Симоненко. ? М.: ОАО 'Издательство Медицина', 2007. ? 176с.

4. Проф медицинская техника.? [Электронный ресурс]

5. Компания NV LAB.? [Электронный ресурс]

6. Медтехника.? [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.med-texnika.com/catalog/apparat_Tonus-2M.htm

7. Медтехника.? [Электронный ресурс]

8. Медсоюз.? [Электронный ресурс]

9. Медтехника для фитнеса.? [Электронный ресурс]

10. Рынок микроэлектронники.? [Электронный ресурс]

11. Костюкевич, А.А. Конструирование и технология электронных систем: учеб.-метод. пособие к курсовому проектированию для студ. спец. «Электронно-оптические системы и технологии» / А.А. Костюкевич [и др.]. - Минск: БГУИР, 2011. - 119 с.

12. Материалы для пайки.? [Электронный ресурс]

13. Открытая база гостов.? [Электронный ресурс]

14. Варламов, Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е переработанное / Р.Г. Варламов ? М.: Сов. радио, 1975. ? 53с.

15. Панков, Л.Н. Основы проектирования электронных средств: Учеб. Пособие. / Л.Н. Панков [и др.] - Владимир : гос. ун-т. Владимир, 2007. ? 238с.

16. Носенко, А.А. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов: Методическое пособие в 4 ч. ч.2 / А.А. Носенко, А.В. Грицай. ? Минск.: БГУИР, 2002. ? 57с.

17. Михнюк, Т.Ф. Охрана труда / Т.Ф. Михнюк ? Минск: ИВЦ Минфина, 2009. ? 365с.