Разработка громкоговорителя для систем коммутации речевой связи: проектирование электрических схем и оценка надежности

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 60 страниц
В избранное:

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический университет»

Факультет Заочный факультет

Кафедра Управления и информатики в технических системах и вычислительной техники

Направление 27. 03. 04 - «Управление в технических системах»

Профиль « Управления и информатики в технических системах»

К защите допустить

Заведующий кафедрой УиИТСиВТ

Т. Г. Асланов

^{(подпись, дата)}

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

НА ТЕМУ:

«РАЗРАБОТКА ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

ДЛЯ СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ РЕЧЕВОЙ СВЯЗИ»

Выпускник Мамедов А. Я.

^{(подпись, дата) (Ф. И. О. )}

Руководитель Мамедов Л. К.

^{(подпись, дата)} ^{(Ф. И. О. )}

Нормоконтролер Асланов Т. Г.

^{(подпись, дата)} ^{(Ф. И. О. )}

МАХАЧКАЛА 2020 г.

Аннотация

Выпускная квалификационная работа посвящена разработке громкоговорителя для системы коммутации речевой связи. В работе приведено описание назначения систем коммутации речевой связи, функций громкоговорителя и вариантов его построения в системе коммутации речевой связи.

В выпускной квалификационной работе выполнено технико-экономическое обоснования выполнения работы, а также рассмотрены вопросы охраны труда и производственной санитарии.

Выпускная квалификационная работа содержит:

___ страниц машинописного текста.

___ рисунков

___ графиков

___ таблиц

а также приложение на ___ страницах

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. .

Введение. .: Глава 1. Обзор по теме и анализ существующих схем построения громкоговорителей …… . . . . . …. .

7: 10

Введение. .: 1. 1. Системы коммутации речевой связи, как вариант применения громкоговорителя. ………. .

7: 10

Введение. .: 1. 2. Варианты построения громкоговорителей . .

7: 12

Введение. .: 1. 3. Классификация громкоговорителей . . .

7: 14

Введение. .: Глава 2. Разработка схемы электрической структурной громкоговорителя.

7: 18

Введение. .: 2. 1. Разработка схемы электрической структурной громкоговорителя.

7: 18

Введение. .: 2. 2. Разработка альтернативной схемы электрической структурной громкоговорителя……… . . .

7: 21

Введение. .: Глава 3. Разработка схемы электрической функциональной громкоговорителя.

7: 23

Введение. .: 3. 1. Разработка схемы электрической функциональной громкоговорителя . . .

7: 23

Введение. .: 3. 2. Принцип работы громкоговорителя. .

7: 26

Введение. .: Глава 4. Разработка схемы электрической принципиальной громкоговорителя.

7: 27

Введение. .: 4. 1. Выбор и обоснование элементной базы громкоговорителя

7: 27

Введение. .: 4. 2. Принцип работы схемы электрической громкоговорителя

7: 39

Введение. .: 4. 3. Размещение громкоговорителей на столах. .

7: 41

Введение. .: 4. 4 Разработка 3D модели громкоговорителя в программе Solidworks

7: 42

Введение. .: Глава 5. Определение надежности …… . . .

7: 43

Введение. .: 5. 1. Определение понятия надежности

7: 43

Введение. .: 5. 2. Критерии надежности.

7: 44

Введение. .: 5. 3 Меры по повышению надежности.

7: 50

Введение. .: Глава 6. Технико-экономическое обоснование работы… . . .

7: 54

Введение. .: Глава 7. Охрана труда и производственная санитария. ……

7: 64

Введение. .: Заключение.

7: 73

Введение. .: Список использованной литературы

7: 74

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО

«ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Заочный факультет

Кафедра Управления и информатики в технических системах и вычислительной техники

Направление 09. 03. 01 - «Информатика и вычислительная техника»

Профиль « Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

К защите допустить

Заведующий кафедрой УиИТСиВТ

Т. Г. Асланов

^{(подпись, дата)}

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу

Студентки 5 курса ЗУ-52 группы Мамедова Арсена Яшаровича

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема ВКР: Разработка громкоговорителя для систем коммутации речевой связи

2. Тема утверждена приказом ректора по университету от « » 2020г. № -с.

3. Исходные данные (технические, экономические, организационные и другие требования) для выполнения ВКР

3. 1. Громкоговоритель предназначен для усиления и воспроизведения звукового сигнала, регулировки уровня громкости и световой индикации наличия звукового сигнала.

3. 2 Требования к техническим характеристикам Громкоговорителя:

номинальная мощность - 10 Вт
номинальное сопротивление 8 Ом
диапазон частот от 120 . . . 16000 Гц
неравномерность АЧХ не более 6Дб в указанном диапазоне частот.

3. 3. В громкоговорителе предусмотреть световую индикацию наличия звукового сигнала.

3. 4. Предусмотреть в громкоговорителе регулировку уровня громкости и отключение электропитания.

3. 5 Предусмотреть на задней панели громкоговорителя разъем для подключения к источнику дифференциального сигнала. Тип разъема - 733-364 WAGO.

3. 6. Требования к электропитанию: громкоговоритель должен питаться от постоянного напряжения +12В (±0, 2В), потребление не должно превышать 0, 9А.

3. 7. Рабочая температура от минус 40º С до + 50º С.

3. 8. Р(4) ≥0, 85.

4. Содержание пояснительной записи (перечень вопросов, подлежащих разработке)

4. 1. Введение

4. 2. Глава 1. Обзор по теме и анализ существующих схем построения громкоговорителей.

4. 3. Глава 2. Разработка схемы электрической структурной громкоговорителя

4. 4. Глава 3. Разработка схемы электрической функциональной громкоговорителя

4. 5. Глава 4. Разработка схемы электрической принципиальной громкоговорителя

4. 6. Глава 5. Расчет надежности

4. 7. Глава 6. Технико-экономическое обоснование работы

4. 8. Глава 7. Охрана труда и техника безопасности

4. 9. Заключение. Список использованной литературы

5. Перечень, рекомендуемой литературы

5. 1. Гольдштейн Б. С. Системы коммутации. - СПб. : БХВ - Санкт-Петербург, 2003. - 318 с. : ил.

5. 2. Абилов А. В. Сети связи и системы коммутации. Учебное пособие для вузов. М. : Радио и связь, 2004, 288 с.

5. 3. http://www. escortpro. ru/ Громкоговорители для систем оповещения.

6. Перечень разрабатываемого графического (иллюстрированного) материала

№

п/п

Наименование графического (иллюстрированного материала)

Количество

листов

Формат

№п/п: 1.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Постановочный плакат

Количестволистов: 1

Формат: А1

№п/п: 2.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Структурная схема структурная громкоговорителя

Количестволистов: 1

Формат: А2

№п/п: 3.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Альтернативный вариант схемы электрической структурной громкоговорителя

Количестволистов: 1

Формат: А2

№п/п: 4.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Схема электрическая функциональная построения громкоговорителя

Количестволистов: 1

Формат: А1

№п/п: 5.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Схема электрическая принципиальная построения громкоговорителя

Количестволистов: 1

Формат: А1

№п/п: 6.

Наименование графического (иллюстрированного материала): Сетевой и операционно-ресурсный график хода выполнения выпускной квалификационной работы

Количестволистов: 1

Формат: А1

7. Консультанты по разделам ВКР

Раздел выпускной квалификационной работы

Фамилия, инициалы консультанта

Подпись

: 1.

Раздел выпускной квалификационной работы:

Фамилия, инициалы консультанта:

Подпись:

: 2.

Раздел выпускной квалификационной работы:

Фамилия, инициалы консультанта:

Подпись:

8. Календарный план-график выполнения работ

№

п/п

Содержание этапов работ

Объем, %

Контрольные сроки выполнения

№п/п: 1.

Содержание этапов работ: Обзор по теме и анализ существующих схем построения громкоговорителей

Объем, %: 10

Контрольные сроки выполнения: 25. 03. 2020г.

№п/п: 2.

Содержание этапов работ: Разработка структурной схемы устройства громкоговорителя

Объем, %: 10

Контрольные сроки выполнения: 10. 04. 2020г.

№п/п: 3.

Содержание этапов работ: Разработка функциональной схемы устройства громкоговорителя

Объем, %: 5

Контрольные сроки выполнения: 15. 04. 2020г.

№п/п: 4.

Содержание этапов работ: Разработка принципиальной электрической схемы устройства громкоговорителя

Объем, %: 15

Контрольные сроки выполнения:

№п/п: 5.

Содержание этапов работ: Расчет надежности

Объем, %: 10

Контрольные сроки выполнения: 30. 04. 2020г.

№п/п: 6.

Содержание этапов работ: Проработка вопросов техники безопасности и охраны труда

Объем, %: 10

Контрольные сроки выполнения: 10. 05. 2020г.

№п/п: 7.

Содержание этапов работ: Технико-экономическое обоснование проекта

Объем, %: 15

Контрольные сроки выполнения: 20. 05. 2020г.

№п/п: 8.

Содержание этапов работ: Оформление пояснительной записки

Объем, %: 15

Контрольные сроки выполнения: 26. 05. 2020г.

№п/п: 9.

Содержание этапов работ: Подготовка к защите

Объем, %: 10

Контрольные сроки выполнения: 10. 06. 2020г.

Дата выдачи задания «»20г.

Дата сдачи ВКР на кафедру «»20г.

Руководитель ВКР / /

(подпись) (фамилия, инициалы)

Студент / /

(подпись) (фамилия, инициалы)

Примечание:

К данному заданию может быть приложено дополнение с более полным раскрытием специальных требований.
В случае отсутствия консультантов пункт 7 задания может быть не заполнен.

ВВЕДЕНИЕ

Связь - это неотъемлемый элемент существования современного человеческого общества. В наш технологически развитый век мы просто не представляем свою жизнь без телефонов. А ведь еще сто лет назад человек даже и мечтать не мог о такой роскоши. До середины XIX века связь между Европой, Англией и Америкой устанавливали с помощью пароходной почты. Но так как это средство связи не позволяло быстро получать известия, то человеческий разум стал задумываться над более совершенным решением проблемы.

Развитие средств связи набрало новые обороты с открытием Вольтом в 1800 году электрической батареи. Уже в конце XVIII века, после опытов Гальвани и Вольта, положивших практическое начало науке об электричестве, начались работы, нацеленные на создание электрических средств связи. Первые такие работы касались передачи телеграфных сообщений. Наиболее примитивный способ телеграфии был основан на том, что две телеграфные станции соединяли между собой линиями связи, число которых было равно числу знаков алфавита, и каждый провод служил для передачи одного определенного знака. Для уменьшения количества проводов между станциями потребовалось изыскать более совершенные способы передачи данных.

Успехи телеграфии стимулировали разработку идей передачи на расстояние живой человеческой речи. Переход на цифровую передачу и коммутацию речевого сигнала немедленно привел к резкому улучшению качества речи, особенно в тех случаях, когда участники соединения были разделены большим расстоянием (для предотвращения потерь передаваемой информации требуется множество регенераторов, кумулятивный побочный эффект которых - значительное искажение сигнала, но цифровой сигнал, в отличие от аналогового, очень легко восстанавливать) .

Системы коммутации речевой связи (СКРС) и сейчас находят свое применение в центрах управления воздушным движением (УВД) и обеспечивают получение диспетчерским составом следующих основных услуг [1] :

1) двухстороннюю радиосвязь с экипажами воздушных судов (ВС) и другими диспетчерами в ОВЧ/УВЧ диапазоне частот;

2) двухстороннюю связь с подвижными наземными объектами;

3) внутреннюю телефонную связь для диспетчеров и обслуживающего технического персонала;

4) документирование речевой информации для последующей регистрации;

5) внешнюю телефонную связь с различными абонентами и т. п.

Внутренняя телефонная связь для диспетчеров осуществляется через громкоговорители, которые имеют самое широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: в промышленности, транспорте, спорте, культуре, сфере бытовых услуг. Например, в промышленности громкоговорители используются для обеспечения громкоговорящей связи (ГГС), в сфере транспорта - для экстренной связи, объявлений, в бытовой сфере - для пейджингового оповещения, а также музыкальной фоновой трансляции.

Для обеспечения надлежащего качества громкоговоритель должен работать громко и качественно - воспроизводить звуковой сигнал в допустимом (слышимом) динамическом (85-120дБ) и частотном (200 -5000Гц) диапазонах.

В связи с изложенным выше разработка громкоговорителя для систем коммутации речевой связи является актуальной задачей.

В главе 1 выпускной квалификационной работы, проводится обзор по теме и анализ существующих схем построения громкоговорителей.

В главе 2 приводятся альтернативные варианты схемы электрической структурной построения громкоговорителя.

В третьей главе разрабатывается схема электрическая функциональная громкоговорителя для систем коммутации речевой связи.

В четвертой главе разрабатывается схема электрическая принципиальная громкоговорителя.

В пятой главе приводится расчет надежности схемы громкоговорителя.

В шестой главе приводится технико-экономическое обоснование выпускной квалификационной работы.

В седьмой главе раскрываются вопросы по охране труда и технике безопасности.

Глава 1. ОБЗОР ПО ТЕМЕ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ПОСТРОЕНИЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

1. 1. Системы коммутации речевой связи, как вариант применения громкоговорителя.

Система коммутации речевой связи (СКРС) предназначена для:

- организации наземной громкоговорящей и телефонной связи, управления радиосвязью с воздушными и наземными объектами;

- использования в составе систем управления воздушным движением и обеспечения рабочих мест диспетчерского и административно-технического центра управление воздушным движением (УВД) .

СКРС применяются для организации оперативной речевой связи в центрах УВД и для организации речевой связи предприятий и организаций других ведомств, где имеется несколько различных средств связи и оперативного управления (диспетчерские службы, центры управления, мониторинга и др. ) . Структурная схема СКРС приведена на рисунке 1. 1.

СКРС обеспечивает:

управление радиосвязью с экипажами воздушных судов и наземными объектами;
оперативную громкоговорящую связь между диспетчерскими пунктами, техническими и прочими службами центров УВД и аэропортов;
оперативную громкоговорящую связь с удаленными объектами и смежными диспетчерскими пунктами по междугородным каналам;
телефонную связь.

Рис. 1. 1 Структурная схема СКРС

Громкоговоритель - это устройство, преобразующее электрический звуковой сигнал на входе, в слышимый акустический сигнал на выходе и имеют самое широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: в промышленности, транспорте, спорте, культуре, сфере бытовых услуг. Например, в промышленности громкоговорители используются для обеспечения громкоговорящей связи (ГГС), в сфере транспорта - для экстренной связи, объявлений, в бытовой сфере - для пейджингового оповещения, а также музыкальной фоновой трансляции.

1. 2. Варианты построения громкоговорителей для систем.

Громкоговорители активно применяются в широкой сфере организационных мероприятий по защите населения: в сфере безопасности - в системах оповещения и управление эвакуацией (СОУЭ), в сфере гражданской обороны - в локальных системах оповещения (ЛСО) и предназначены для непосредственного (звукового) оповещения людей при пожаре и чрезвычайных ситуациях.

Чаще всего в системах применяются трансформаторные громкоговорители. Это громкоговорители со встроенным трансформатором являются конечными исполнительными элементами в проводных трансляционных системах, на базе которых строятся системы оповещения о пожаре, локальные системы оповещения, системы громкоговорящей связи. В таких системах реализован принцип трансформаторного согласования, при котором отдельный громкоговоритель или линия с несколькими громкоговорителями подключается к высоковольтному выходу трансляционного усилителя. Передача сигнала в высоковольтной линии позволяет сохранять величину передаваемой мощности за счет уменьшения токовой составляющей, тем самым минимизировать потери на проводах.

В трансформаторном громкоговорителе осуществляется 2 этапа преобразования. На первом этапе при помощи трансформатора происходит понижение напряжения высоковольтного звукового электрического сигнала, на втором этапе осуществляется преобразование электрического сигнала в слышимый акустический звуковой сигнал.

На рисунке 1. 1 изображена задняя часть корпусного настенного трансформаторного громкоговорителя.

Корпус громкоговорителя в зависимости от области применения может быть выполнен из различных материалов, наиболее широким из которых на сегодняшний день является АВС пластик. Корпус необходим как для удобства монтажа громкоговорителя, предохранения токоведущих частей от попадания пыли и влаги, улучшения акустических характеристик, формирования необходимой диаграммы направленности (ШДН) . Понижающий трансформатор предназначен для понижения высоковольтного напряжения входной линии (15/30/60/120В или 25/75/100В) до рабочего

Рисунок 1. 1. Задняя часть трансформаторного громкоговорителя

напряжения электродинамического преобразователя (динамика) . Первичная обмотка трансформатора может содержать несколько отводов (например, полная мощность, 2/3 мощности, 1/3 мощности), что позволяет варьировать выходной мощностью. Отводы маркируются и подключаются к клеммным колодкам. Таким образом каждый такой отвод обладает своим импедансом (r, Ом) - реактивным сопротивлением (первичной обмотки трансформатора) зависящим от частоты. Выбирая (зная) значение импеданса можно рассчитать мощность (p, Вт) громкоговорителя при различных напряжениях (u, В) входной трансляционной линии, как:

$p = \frac{u^{2}}{r}$ $p = \frac{u^{2}}{r}$ .

Клеммная колодка обеспечивает удобство подключения трансляционной линии к различным отводам первичной обмотки трансформаторного громкоговорителя.

Динамик - устройство для преобразования электрического сигнала на входе в звуковой (слышимый) акустический сигнал на выходе. Подключается ко вторичной обмотке понижающего трансформатора. В рупорном громкоговорителе роль динамика выполняет драйвер, жестко скрепленный с рупором.

1. 3. Классификация громкоговорителей

Возможный вариант классификации громкоговорителей представлен на рисунке 1. 2.

Громкоговорители для систем оповещения можно классифицировать по следующим категориям:

По области применения,
По характеристикам,
По конструктивному исполнению.

Рисунок 1. 2. Классификация громкоговорителей

Громкоговорители в зависимости от области применения и класса решаемых задач можно дополнительно классифицировать по следующим признакам:

по ширине амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ;
по ширине диаграммы направленности (ШДН) ;
по уровню звукового давления.

Классификация громкоговорителей по ширине АЧХ.

В зависимости от ширины АЧХ громкоговорители можно разделить на узкополосные, полосы которых достаточно только для воспроизведения речевой информации (от 200Гц до 5кГц) и широкополосные (от 40Гц до 20кГц), применяемые для воспроизведения не только речи, но и музыки.

Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению - это графическая или численная зависимость уровня звукового давления от частоты сигнала, развиваемого громкоговорителем в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра при постоянном значении напряжения на выводах громкоговорителя.

В зависимости от ширины АЧХ громкоговорители могут быть узкополосными и широкополосными.

Узкополосные громкоговорители, характеризуются ограниченным значением АЧХ и, как правило, используются для воспроизведения речевой информации, находящейся в диапазоне от 200 . . . 400 Гц -низкий мужской голос, до 5 . . . 9 кГц - женский высокий голос.

Широкополосные громкоговорители характеризуются широкой АЧХ. Качество звучания громкоговорителя определяется величиной неравномерности частотной характеристики - разности максимального и минимального значений уровней звукового давления в заданном диапазоне частот. Для обеспечения надлежащего качества данная величина не должна превышать 10%.

Классификация громкоговорителей по ширине диаграммы направленности.

Ширина диаграммы направленности (ШДН) определяется типом и конструкцией громкоговорителя и существенным образом от частотного диапазона.

Громкоговорители с узкой ШДН называют узконаправленными (например, рупорные громкоговорители, прожекторы) . Преимуществом таких громкоговорителей является высокое звуковое давление.

Громкоговорители с широкой ШДН называют широконаправленными (например, акустические системы, звуковые колонны, корпусные громкоговорители) .

Классификация громкоговорителей по звуковому давлению.

Громкоговорители можно условно различить по уровню звукового давления.

Уровень звукового давления SPL (Sound Pressure Level) - измеренное по относительной шкале значение звукового давления, отнесённое к опорному давлению 20 мкПа, соответствующему порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц. Величину SPL называемую чувствительностью громкоговорителя (измеряется в децибелах, дБ) следует отличать от (максимального) уровня звукового давления, max SPL, характеризующего способность громкоговорителя воспроизводить без искажений верхний уровень заявленного динамического диапазона. Таким образом, звуковое давление громкоговорителя (в паспортах обозначается как, maxSPL) по другому называемое громкостью громкоговорителя и складывается из его чувствительности (SPL) и электрической (паспортной) мощности (Р, Вт), переведенной в децибелы (дБ), по правилу "десяти логарифмов":

$\text{maxSPL = SPL + 10Lg}(P)$ $\text{maxSPL = SPL + 10Lg}(P)$ .

Из данной формулы видно, что высокий или низкий уровень звукового давления (громкости) в большей степени зависит не его электрической мощности, а от чувствительности определяемой типом громкоговорителя.

Громкоговорители внутреннего исполнения, как правило, имеют maxSPL не превышающее 100дБ, в то время как звуковое давление, например, рупорных громкоговорителе может достигать 132дБ.

Классификация громкоговорителей по конструктивному исполнению.

Громкоговорители для трансляционных систем различаются по конструктивному исполнению. В самом общем случае громкоговорители можно разделить на корпусные (с электродинамическим громкоговорителем) и рупорные. Корпусные громкоговорители в свою очередь можно разделить на потолочные и настенные, врезные и накладные. Рупорные громкоговорители могут отличаться формой раскрыва - круглые, прямоугольные, материалом - пластик, алюминий.

Глава 2. Разработка схемы электрической структурной громкоговорителя

Разработка схемы электрической структурной громкоговорителя

Структурная схема - это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели . Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию.

Элементарные звенья изображаются прямоугольниками, а связи между ними - сплошными линиями со стрелками, показывающими направление действия звена. Иногда в поле прямоугольника вписывают математическое выражение закона преобразования сигнала в звене, в этом случае схему иногда называют алгоритмичной.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.