602 Elektroniikka. Kilpailutehtävä 1. Asiakirjan nimi 1(2) LEDeillä toteutetun nuolimoduulin kokoaminen ja testaus (10p)

Transkriptio

1 602 Elektroniikka Kilpailutehtävä 1 LEDeillä toteutetun nuolimoduulin kokoaminen ja testaus (10p) Tehtävänä on kalustaa valmis nuolimoduulin piirikortti dokumentaation mukaisesti. Piirikortille asennettavat komponentit ja mekaaniset osat ovat sekä SMD- että läpiladottavia komponentteja. SMD-komponentit asennetaan piirilevyn alapuolelle ja läpiladottavat yläpuolelle. Koottuaan moduulin kilpailija testaa moduulin sähköisen toiminnan. Juottamisessa käytettävä tina on lyijytöntä. Vaihe 1 Tähän tehtävään on varattu aikaa 2 tuntia. Kilpailijalle jaetaan valmiiksi kerättynä nuolimoduuliin tarvittavat komponentit ja piirilevy. Tarkista että saat oheisen osaluettelon mukaiset komponentit: Part Value Device Package Description JP1 PINHD-1X2 1X02 PIN HEADER LED1 LED5MM LED5MM LED LED2 LED5MM LED5MM LED LED3 LED5MM LED5MM LED LED4 LED5MM LED5MM LED LED5 LED5MM LED5MM LED LED6 LED5MM LED5MM LED LED7 LED5MM LED5MM LED LED8 LED5MM LED5MM LED LED9 LED5MM LED5MM LED LED10 LED5MM LED5MM LED LED11 LED5MM LED5MM LED LED12 LED5MM LED5MM LED LED13 LED5MM LED5MM LED LED14 LED5MM LED5MM LED LED15 LED5MM LED5MM LED R1 100 Ohm M1206 RESISTOR R2 1,5 kohm M1206 RESISTOR T1 BC847 BC847 SOT23 NPN TRANSISTOR X1 MSTBA4 MSTBA4 MSTBA4 PHOENIX

2 Kokoa piirilevy alla olevaa kytkentäkaaviota ja piirilevydokumenttia hyväksi käyttäen: Kytkentäkaavio

3 Piirilevyn osasijoittelu päältä katsottuna. Nuolen alakärjen muodostavia komponentteja LED11 LED15 ei asenneta. Saatuasi piirikortin valmiiksi ja se on mielestäsi valmis esittele se tuomarille ja saatuasi luvan siirry vaiheeseen 2. Vaihe 2 Tarkista nuolimoduulin toiminta kytkemällä se tasajännitelähteeseen 12 VDC (+12VDC / X1-1, 0V / X1-2). Oikosulje liitin JP1 ja tarkista, että nuolen kaikki LEDit palavat. Liitä jännitesyöttöön yleismittari mittaamaan tasavirtaa ja mittaa laitteen ottama virta. Poista oikosulkupala ja kytke johdin CONTROL / X1-4 -liittimeltä käyttöjännitteeseen +12VDC / X1-1 ja tarkista, että nuolen kaikki LEDit palavat. Kirjoita kilpailijanumerosi ja mittaamasi virran arvo viimeisellä sivulla olevaan tunnistekorttiin. Liimaa saamasi kilpailijanumerotarra piirikorttiin. Luovuta nuolimoduuli tuomarille

4 Pisteytys Arviointikohde Komponenttien käyttö (lisäkomponentit) Juotokset Komponenttien asennus Toiminta Siisteys Kestävä kehitys Työturvallisuus Pisteet, maksimi 10 p 2 p 2 p 1 p 2 p 1 p 1 p 1 p Arviointi Työturvallisuus Tehtävästä arvioidaan ESD-suojien, työkäsineiden, silmäsuojaimien, työkalujen ja varusteiden käyttöä. Jos tarpeellisia suojausvälineitä ei käytetä tai havaitaan kilpailijan vaarantavan oman tai muun ihmisen turvallisuutta vähennetään pisteittä. Kaikkien edellä määriteltyjen asioiden ollessa tuomariston mielestä kunnossa annetaan osiosta täydet pisteet. Komponenttien käyttö (lisäkomponentit) Jokainen lisäkomponentti vähentää pisteen. Juotokset Juotoksissa virhepisteitä aiheuttavat vajaat täytöt ja kylmät juotokset. Komponenttien asennus Komponentit asennettu oikein (ei vinossa, kallellaan, eri suuntiin, väärin asennettu) vähentää pisteen. Toiminnan testaus Jos laite ei toimi, menettää kilpailija pisteitä. Siisteys Kilpailija saa pisteen osiosta pitäessään työpisteensä työkalut ja laitteistot järjestelmällisesti ja siististi paikoillaan sekä pitämällä roskat pois pöydältään. Kestävä kehitys Kilpailija menettää mahdollisuuden saada osiosta pisteen, jos hän joutuu pyytämään uuden komponentin kisatehtävän rakentamista varten. Komponentin rikkoutuessa, hävitessä tai pudotessa lattialle tulee pyytää uusi komponentti. TEHTÄVÄ 1 TUNNISTEKORTTI

5 Kilpailija numero: Nuolimoduulin ottama virta: A

6 602 Elektroniikka Kilpailutehtävä 2 Liityntäyksikön piirikaavion piirtäminen ja piirikortin suunnittelu (20p) Vaihe 1 Kilpailija piirtää omalla tietokoneella ja itse valitsemallaan ohjelmalla paperilla annetun piirikaavion ja suunnittelee piirikaaviota vastaavan piirilevyn annettujen ohjeiden mukaan. Kilpailijalla saa käyttöönsä kaikki kytkennässä esiintyvät komponentit, jotka kerätään tehtävän jälkeen pois. Tähän tehtävään on varattu aikaa 3,5 tuntia. Piirrä seuraavalla sivulla oleva piirikaavio valitsemallasi piirikaavio-ohjelmalla. Ohjeet piirtämiselle: 1. Laita piirikaavioon oma nimesi ja kilpailijanumerosi piirtoalueen oikeaan alalaitaan. 2. Mikäli et löydä transistoreista tai diodeista sopivaa tyyppiä voit käyttää vastaavaa tyyppiä kunhan se on samassa kotelossa. 3. Mikäli ohjelmasi kirjastossa ei ole optoerotinta voit käyttää yleiskäyttöistä DIL14 koteloa kunhan numerointi liityntäpisteiden mukaan on oikein. 4. Tarkista komponenttien oikeellisuus sinulle annettujen komponenttien mukaan. 5. Huomioi tehoyksikön ja ohjausyksikön erilliset maapotentiaalit ja virransyötöt.

7 Assembly variant: Part Value Device Package Description CONTROL MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX D1 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D2 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D3 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D4 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE IC1 ULN2001AN ULN2001AN DIL16 DRIVER ARRAY MOTOR MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX OK1 TIL193 TIL193 DIL16 TEXAS INSTRUMENTS OPTO COUPLER POWER MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX R1 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R2 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R3 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R4 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R5 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R6 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R7 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R8 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R9 100 R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol T1 TIP102 -NPN-TO220 TO220 NPN Transistror T2 TIP102 -NPN-TO220 TO220 NPN Transistror T3 TIP107 -PNP-TO220 TO220 PNP Transistror T4 TIP107 -PNP-TO220 TO220 PNP Transistror Saatuasi piirikaavion valmiiksi esittele se tuomareille. Saatuasi luvan talleta se sinulle varatulle muistikortille ja siirry vaiheeseen 2.

8 Vaihe 2 Suunnittele piirikaavion perusteella 1-puoleinen piirilevy seuraavien ohjeiden ja sinulle annettujen komponenttien mittojen mukaan: 1. Piirilevyn mitat 72 mm * 109 mm. Piirilevyn tulee mahtua sinulle annettuun DIN kiskoelementtiin. 2. Asettele ruuviliittimet (power, optopower, motor, control) piirilevyn alareunaan ja tehokomponentit (T1-T4) piirilevyn yläreunaan. 3. Johtimien minimileveydet moottorivirtapiireille 1.6mm (0.066 ) ja muille johtimille 0.8mm (0.032 ). Piirilevyllä sallitaan enintään kaksi hyppylankaa. Kilpailualueella on vitriinissä esimerkki valmiista piirikortista. Saatuasi piirilevyn valmiiksi esittele se tuomareille. Saatuasi luvan talleta se sinulle varatulle muistitikulle. Tulosta piirikaavio ja piirilevy tiedostoiksi pdf-muodossa ja talleta tiedostot sinulle varatulle muistitikulle. Pisteytys Arviointikohde Piirikaaviosuunnitelman oikeellisuus Piirikortin suunnittelu Piirikortin mitat Hyppyjohtimet Liittimien ja piirien jalkojen välistä ei ole viety johtimia Johtimien leveydet Työturvallisuus Pisteet, maksimi 20 p 5 p 5 p 3 p 2 p 2 p 2 p 1p Arviointi Työturvallisuus Ergonomia, sähkötyöturvallisuus Piirikaavion suunnitelman oikeellisuus Komponentit ja kytkennät oikein, maadoitukset.

9 Piirilevyn mitat Leveys 72 mm +- 1 mm, pituus 109 mm +- 1mm Piirikortin suunnittelu Tehokomponenttien sijoittelu, liittimien sijoittelu, komponenttien mitat Hyppyjohtimien lukumäärä Sallitaan kaksi hyppylankaa Liittimien ja piirien jalkojen välistä viedyt johtimet Enintään yksi veto komponentin jalkojen välistä Johtimien leveydet Johtimien annettujen minimileveyksien noudattaminen.

10 602 Elektroniikka Kilpailutehtävä 3 Liityntäyksikön kokoaminen ja yksikkötestaus Tehtävään varattu aikaa 3,5 tuntia. Kilpailija kokoaa liityntäyksikön annetuista komponenteista piirilevylle. Piirikaavio:

11 Osaluettelo: Part Value Device Package Description CONTROL MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX D1 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D2 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D3 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE D4 1N4933 1N4933 DO41-10 DIODE IC1 ULN2003AN ULN2003AN DIL16 DRIVER ARRAY MOTOR MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX OK1 TIL193 TIL193 DIL16 TEXAS INSTRUMENTS OPTO COUPLER POWER MSTBA2 MSTBA2 MSTBA2 PHOENIX R1 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R2 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R3 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R4 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R5 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R6 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R7 1k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R8 10k R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R9 100 R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol R R-EU_0207/ /12 RESISTOR, European symbol T1 TIP31 -NPN-TO220 TO220 NPN Transistror T2 TIP31 -NPN-TO220 TO220 NPN Transistror T3 TIP32 -PNP-TO220 TO220 PNP Transistror T4 TIP32 -PNP-TO220 TO220 PNP Transistror

12 Asennuskuva:

13 Valmiiksi kalustettu piirikortti asennetaan DIN kiskomoduuliin ja koko yksikkö asennetaan DINkiskolla varustettuun asennusyksikköön. Liityntäyksikköön kytketään DC sähkömoottori ja painonapit lohkokaavion mukaisesti. Kytkennän testaus tapahtuu seuraavasti: Vaihe 1 toiminnan testaus: 6. Kytke liityntäyksikkö 16 V DC virtalähteeseen. Tarkista ennen kytkentää että virtalähteen virranrajoitus on säädetty arvoon 0,40A. Virranrajoitus asetetaan estämään yksikön tuhoutumisen väärän kytkemisen tai käytön vuoksi. 7. Kytke liityntäyksikköön DC-sähkömoottori. 8. Kytke liityntäyksikön tulot kahden painonapin avulla lohkokaavion mukaisesti käyttöjännitteeseen 12 V DC. 9. Paina toinen ja vain toinen nappi alas ja tarkista moottorin pyörimissuunta. HUOM! Jos painat molemmat painonapit pohjaan samaan aikaan, kytkentään syntyy transistoreiden kautta oikosulku ja komponentteja saattaa tuhoutua. 10. Tee sama tarkistus toisella painonapilla. 11. Esittele toiminnan tarkistuksen tulokset tuomareille. Saatuasi luvan siirry vaiheeseen kaksi.

14 Vaihe 2 mittaukset: 1. Tehtävän viimeisellä sivulla on valmis mittauspöytäkirja. Tutustu pöytäkirjaan. 2. Suorita mittaukset pöytäkirjan ohjeiden mukaan ja kirjaa tulokset pöytäkirjaan. 3. Tehtyäsi mittaukset luovuta pöytäkirja ja koottu liityntäyksikkö tuomareille. Kilpailualueella on vitriinissä nähtävillä esimerkki valmiiksi kootusta liityntäyksiköstä ja testauskytkennästä. Pisteytys Arviointikohde Juotokset ja kokoamisen laatu Painonappien kytkentä testauskäytössä Moottorin pyöriminen ohjauksen mukaan Virranrajoituksen oikea käyttö Mittauspöytäkirjan mittaukset ja laskelmat Työturvallisuus Pisteet, maksimi 20 p 5 p 2 p 4 p 2 p 6 p 1 p

15 Arviointi Juotokset ja muu kokoamisen laatu Juotoksissa virhepisteitä aiheuttavat vajaat täytöt ja kylmät juotokset. Komponentit on asennettu oikein, ei vinossa, kallellaan, eri suuntiin. Painonappien kytkentä testauskäytössä Painonapit on kytketty ohjeen mukaisesti. Moottorin pyöriminen ohjauksen mukaan Moottorin toimii ohjeen mukaisesti. Virranrajoituksen oikea käyttö Virranrajoitus säädetty ohjeen mukaisesti. Mittauspöytäkirjan mittaukset ja laskelmat Mittaukset ja laskelmat on tehty oikein. Työturvallisuus Tehtävästä arvioidaan ESD-suojien, työkäsineiden, silmäsuojaimien, työkalujen ja varusteiden käyttöä. Jos tarpeellisia suojausvälineitä ei käytetä tai havaitaan kilpailijan vaarantavan oman tai muun ihmisen turvallisuutta vähennetään pisteittä. Kaikkien edellä määriteltyjen asioiden ollessa tuomariston mielestä kunnossa annetaan osiosta täydet pisteet.

16 602 Elektroniikka KILPAILIJA NUMERO: Moottorinohjauskytkennän mittauspöytäkirja 1. Paina vihreää nappia ja mittaa moottorin yli oleva jännite ja virtalähteen antama virta. Jännite V Virta ma 1 p 2. Paina punaista nappia ja mittaa moottorin yli oleva jännite ja virtalähteen antama virta. Jännite V Virta ma 1 p 3. Laske moottorin tehot ( merkitse laskujen vaiheet näkyviin): Vihreää nappia painettaessa: P = W 1 p Punaista nappia painettaessa: P = W 1 p Mottorinohjauskortin käyttöjännite on 16VDC. Kytkentä on mitoitettu siten, että transistorit menevät kyllästystilaan. V CE(SAT) kummallekin transistorille on tässä kytkennässä 0,2 VDC. Laske yhdessä transistorissa tapahtuva tehohäviö silloin kun punaista nappia on painettu ja moottori pyörii. Merkitse laskujen vaiheet näkyviin.

17 602 Elektroniikka Kilpailutehtävä 4 Manuaalisen ohjauksen toteutus Tehtävään on varattu aikaa 3,5 tuntia. Kilpailija kokoaa ohjausmoduulista, nuolimoduuleista, liityntäyksiköstä, karamoottorista ja sairaalasängyn pienoismallista toimivan kokonaisuuden. Piirrä kytkennästä johdotuskaavio liitteenä olevalle dokumenttipohjalle ja hyväksytä se tuomarilla ennen kytkennän aloittamista. Toimivassa kokonaisuudessa sairaalasängyn päätyosa nousee tai laskee riippuen siitä mitä painonappia painetaan. Ohjausyksikön haluttua painonappia painettaessa päätyosa nousee, vihreä nuoli palaa liikkeen aikana ja näytössä lukee teksti UP. Toista ohjausyksikön painonappia painettaessa päätyosa laskee, punainen nuoli palaa liikkeen aikana ja näytössä lukee teksti DOWN. Kun päätyosa ei liiku kumpikaan nuoli ei pala ja näytössä lukee teksti STBY. Moottorille ja moottorinohjauskortille käyttöjännite otetaan erillisestä virtalähteestä jossa jännite säädetään 16VDC ja virtaraja säädetään arvoon 400 ma. Ohjainkortille ja nuolimoduuleille käyttöjännite otetaan erillisestä virtalähteestä jossa jännite säädetään 12 VDC ja virtarajoitus arvoon 200 ma. HUOM! Virtalähteitä ei saa kytkeä mistään kohdasta toisiinsa koska moottoriosa ja ohjausosa on erotettu toisistaan optoerottimilla häiriöiden siirtymisen estämiseksi. Liitynnät: 1. Sängyn ohjaamiseen kaksi kilpailijan vapaavalintaista painonappia ohjelmoitavasta moduulista. 2. Liityntäyksikön kautta ohjataan karamoottoria ylös- tai alaspäin. Liityntäyksikkö vaatii kaksi ulostuloa ohjelmoitavasta moduulista. Kilpailija saa päättää mitä ulostuloja käyttää. 3. Liityntäyksikön kautta ohjataan nuolimoduuleita. Nuolien ohjaus vaatii kaksi ulostuloa ohjelmoitavasta moduulista. Kilpailija saa päättää mitä ulostuloja hän käyttää.

18 HUOM! Älä kytke karamoottorin potentiometrin johtimia, jotta saat pidettyä kytkennän tässä vaiheessa yksinkertaisena. Pisteytys Arviointikohde Virtalähteiden oikea kytkentä ja käyttö Painonappien käyttö testauskäytössä Nuolimoduulien toiminta Tekstit näytössä Dokumentointi Työturvallisuus Pisteet, maksimi 25 p 4 p 4 p 4 p 6 p 6 p 1 p Arviointi Virtalähteiden oikea kytkentä ja käyttö Jännitelähteet on säädetty ja kytketty ohjeen mukaan. Painonappien käyttö testauskäytössä Painonappi toimii tehtävässä määritellyllä tavalla ohjaten toimilaitetta. Nuolimoduulien toiminta Nuolimoduulit toimivat ja niiden näyttämä suunta on oikein. Tekstit näytössä Näytössä esitetään tehtävässä määritellyt toimintojen mukaiset tekstit. Dokumentointi Johdotuskaavio on oikein piirretty Työturvallisuus Tehtävästä arvioidaan ESD-suojien, työkäsineiden, silmäsuojaimien, työkalujen ja varusteiden käyttöä. Jos tarpeellisia suojausvälineitä ei käytetä tai havaitaan kilpailijan vaarantavan oman tai muun ihmisen turvallisuutta vähennetään pisteittä. Kaikkien edellä määriteltyjen asioiden ollessa tuomariston mielestä kunnossa annetaan osiosta täydet pisteet.

19 LIITE TEHTÄVÄÄN 4. (JOHDOTUSKAAVIO)

20 602 Elektroniikka Kilpailutehtävä 5 Automaattiohjauksen toteutus Tehtävään varattu aikaa 3,5 tuntia. Kilpailija liittää kokoamaansa sairaalasängyn pienoismalliin käsisäätöyksikön ja toteuttaa sängyn käytön ohjausyksikön avulla. Piirrä kytkennästä johdotuskaavio liitteenä olevalle dokumenttipohjalle tai muuta tehtävässä 4 laatimaasi johdotuskaaviota. Hyväksytä se tuomarilla ennen kytkennän aloittamista. Tehtävät muutokset: 1. Kytke käsisäätöyksikön keinuvipu vapaana olevaan sisääntuloon ja tee ohjelmaan keinuvivun asennon luku. Toisessa asennossa sairaalasänky on automaattiohjauksella ja toisessa manuaalisella ohjauksella. Käsiohjauksessa näytölle kirjoitetaan teksti MANUAL ja automaattiohjauksessa teksti AUTOM. Tekstien paikat näytöllä kilpailija voi valita itse. Käsiohjauksen toiminta ei muutu muilta osin edellisestä tehtävästä. HUOM! Jos kilpailijan ohjelmoitavasta moduulista loppuvat IO-nastat nuolet voidaan poistaa käytöstä tässä vaiheessa. Ei aiheuta pistemenetyksiä. 2. Kytke sairaalasängyn karamoottorista tuleva potentiometri sopivalla kytkennällä ohjelmoitavan yksikön vapaaseen analogiatuloon. Käytä tätä tietoa sängyn säädettävän pääosan asennon seuraamiseen (oloarvo). Karamoottorin potentiometrin resistanssi on 10kOhm. 3. Kytke käsisäätöyksiköstä tuleva potentiometri sopivalla kytkennällä ohjelmoitavan yksikön toiseen vapaaseen analogiatuloon. Käytä tätä tietoa sängyn säädettävän pääosan asennon ohjaukseen (asetusarvo). Käsisäätöyksikön potentiometrin resistanssi on 5kOhm. 4. Laadi ohjelma jonka avulla sairaalasängyn pääosa seuraa potentiometrin asentoa. Potentiometrin ollessa alkuasennossa sängyn pääosa on alhaalla 0 astetta. Potentiometrin ollessa loppuasennossa pääosa on yläasennossa 60 astetta. 5. Lisää ohjelmaan toiminta joka näyttää pääosan asennon asteissa näytöllä 5 tarkkuudella. Käytä hyväksesi saranaosassa olevaa astelevynäyttöä.

21 Lisäksi näytöllä on näytettävä sekä asetusarvo (0-60 ) ja oloarvo (0-60 ). Käsisäätöyksikön potentiometrin kiertokulman ei tarvitse fyysisesti noudattaa 0-60 kiertoa kunhan sillä pystytään säätämään asetusarvo Pisteytys Arviointikohde Ohjainyksikön nappien toiminta käsisäädöllä Käsisäädön/automaattisäädön valinnan toiminta Automaattisäädön toiminta Automaattisäädön asteluvun näyttö Työturvallisuus Pisteet, maksimi 25 p 4 p 4 p 8 p 8 p 1 p Arviointi Ohjainyksikön nappien toiminta käsisäädöllä Painonappi toimii tehtävässä määritellyllä tavalla ohjaten toimilaitetta. Käsisäädön/automaattisäädön valinnan toiminta Toimintatavan valinta toimii tehtävässä määritetyllä tavalla tekstinäyttöineen. Automaattisäädön toiminta Potentiometrisäätö toimii tehtävässä määritetyllä tavalla ja oikeansuuntaisesti. Automaattisäädön asteluvun näyttö Asteluvun näyttö toimii annetulla tarkkuudella, pistevähennys 2p / 5 virhe. Työturvallisuus Tehtävästä arvioidaan ESD-suojien, työkäsineiden, silmäsuojaimien, työkalujen ja varusteiden käyttöä. Jos tarpeellisia suojausvälineitä ei käytetä tai havaitaan kilpailijan vaarantavan oman tai muun ihmisen turvallisuutta vähennetään pisteittä. Kaikkien edellä määriteltyjen asioiden ollessa tuomariston mielestä kunnossa annetaan osiosta täydet pisteet.

22 LIITE TEHTÄVÄÄN 5. (JOHDOTUSKAAVIO)