1. 設(shè)計(jì)目標(biāo)：
加固筆記本設(shè)計(jì)目標(biāo)是優(yōu)選工業(yè)級嵌入式主板和優(yōu)質(zhì)商用顯示屏在保證其電氣技術(shù)指標(biāo)的前提下，進(jìn)行抗振隔沖設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、安全性、電源適應(yīng)性等方面的加固設(shè)計(jì)，使其達(dá)到在惡劣環(huán)境下可正常使用的要求。
2. 要求達(dá)到技術(shù)指標(biāo)
2.1環(huán)境指標(biāo)
工作溫度： -40℃～+55℃；
存貯溫度： -55℃～+70℃；
濕 熱： 溫度為40±2℃，相對濕度為95％±3％；
振 動(dòng)： 工作狀態(tài)下10Hz～55Hz限幅0.075mm，
55～500Hz，加速度1.0g；
非工作狀態(tài)下10Hz～55Hz限幅0.15mm，
55～500Hz，加速度2.0g；
電磁兼容性： 符合GJB151A-97有關(guān)規(guī)定；
安 全 性： 符合GJB367.1-1987中的1.8的有關(guān)規(guī)定；
2.2性能指標(biāo)
CPU： Pentium M 1.6 GHz以上
內(nèi)存： 512M
硬盤： 40G
顯存： 64MB共享顯存
液晶類型： 12" TFT LCD
分 辨率： 1024×768
接口： 2個(gè)USB 、1個(gè)串口、1個(gè)并口、1個(gè)CRT接口
1個(gè)CAN接口
電 源： AC115V 400Hz 或DC 27V
3. 加固設(shè)計(jì)方案
3.1 硬件選型
根據(jù)加固筆記本的環(huán)境及性能要求，結(jié)合我們以往同類產(chǎn)品的加固經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)過多方調(diào)查與研究，我們計(jì)劃選用寬溫型工業(yè)級嵌入式低功耗主板、寬溫電子硬盤以及優(yōu)質(zhì)寬溫液晶顯示屏來組成加固筆記本的硬件平臺。其主要性能指標(biāo)如下：
主 板： 寬溫型5.25英寸嵌入式主板，支持“迅馳”技術(shù)
C P U： Pentium M 1.6 GHz
內(nèi) 存： 512M
硬 盤： 電子盤 16GB
顯 示卡: 主板集成，共享顯存64MB
接 口： 4個(gè) USB 2.0、1個(gè)并口、1個(gè)串口
擴(kuò) 展槽： 1個(gè)32位PCI擴(kuò)展槽
操作系統(tǒng)： 支持DOS、Windows、Linux
液晶類型： 12" TFT LCD
分 辨率： 1024×768
鍵盤鼠標(biāo)： 87鍵防水鍵盤含鼠標(biāo)
3.2電源適應(yīng)性設(shè)計(jì)：
根據(jù)要求，加固筆記本需要能夠在僅提供直流+27V和交流115V 400Hz的情況下工作。考慮到加固筆記本體積小巧、便攜的特點(diǎn)，我們計(jì)劃為加固筆記本采用直流供電方式，輸入電壓DC +27V。為使其適應(yīng)交流115V供電方式，再為其配備一款專用的AC/DC適配器。這樣提供直流電時(shí)直接接入即可，提供交流電時(shí)只需先連接AC/DC適配器即可。
3.2 熱設(shè)計(jì)
加固筆記本主要發(fā)熱部件為CPU，因此我們有針對性的選擇了支持“迅馳”CPU的主板。Pentium M（“迅馳”）CPU為Intel專為移動(dòng)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的CPU，其具有功耗低、發(fā)熱量小、執(zhí)行效率高的特點(diǎn)。
盡管選用了低功耗的CPU，但由于筆記本本身體積小巧，機(jī)箱內(nèi)空間有限還是不利于CPU的散熱。因此，我們計(jì)劃采用傳導(dǎo)、對流及輻射多種方式相結(jié)合的手段進(jìn)行散熱處理。一方面加大CPU散熱器面積增加其輻射散熱面，其次把散熱器與機(jī)殼相連接使熱量能夠通過傳導(dǎo)來散發(fā)，另一方面還要合理布置機(jī)內(nèi)風(fēng)道，進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)散熱。
由于設(shè)計(jì)要求筆記本的工作溫度最低為-40℃，這對筆記本的主板、硬盤、顯示屏均影響非常大。我們選用了寬溫電子硬盤其工作溫度為-45℃～+80℃，首先解決硬盤的低溫問題；所選用的工控主板為寬溫型主板，其標(biāo)稱的工作溫度為-30℃～+55℃。經(jīng)測試-40℃可正常工作，為保證其在低溫下穩(wěn)定可靠的工作還需采取低溫加熱措施，使局部環(huán)境溫度在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到板卡可正常工作的溫度范圍；我們選用了寬溫的液晶器件，其標(biāo)稱的工作溫度范圍為-10℃～+55℃。為了使液晶顯示屏在低溫下正常啟動(dòng)并獲得較好的顯示效果一方面要在液晶屏后部進(jìn)行加熱另一方面要在顯示屏前面用加熱玻璃進(jìn)行加熱，使液晶屏在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最好的顯示效果。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)預(yù)熱時(shí)間約為8分鐘左右。
為滿足以上高溫散熱低溫加熱措施的有效實(shí)施和控制，我們設(shè)計(jì)了專用的溫度控制模塊來進(jìn)行自動(dòng)控制。
3.4 抗振隔沖設(shè)計(jì)
抗振隔沖設(shè)計(jì)也是筆記本加固的一個(gè)主要工作。印刷電路板及液晶顯示屏均為抗振隔沖設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。
對于電路板我們采用壓板與導(dǎo)向支柱連接，多點(diǎn)支撐固定，提高其固有頻率減小共振來保證其抗振隔沖性能，對板上體積較大器件進(jìn)行粘膠處理，以吸收振動(dòng)沖擊過程中的應(yīng)力；對于液晶屏的抗振隔沖，我們多年來在加固液晶顯示器方面已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)，因此我們將沿用以往行之有效的“有限浮動(dòng)連接”方式進(jìn)行抗振隔沖設(shè)計(jì)。
3.5 電磁兼容設(shè)計(jì)
我們計(jì)劃采用抑源、屏蔽、接地等多種手段綜合運(yùn)用來提高加固筆記本的電磁兼容性。主要措施有：選用軍用電源濾波器、I/O接口盡量使用航空連接器、機(jī)箱接縫處使用導(dǎo)電橡膠材料進(jìn)行填充、機(jī)箱通風(fēng)口安裝波導(dǎo)材料屏蔽、機(jī)箱內(nèi)合理布線可靠接地，對重要信號線束加裝磁環(huán)濾波。
3.6 安全性設(shè)計(jì)
對于加固筆記本的安全性，我們充分考慮加固筆記本在惡劣環(huán)境條件下使用的特點(diǎn)，在保證加固筆記本技術(shù)性能和環(huán)境適應(yīng)性的前提下，吸收借鑒商用筆記本的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中貫徹人機(jī)工程設(shè)計(jì)要素，采取機(jī)箱棱角處適當(dāng)?shù)菇恰⒑侠碓O(shè)計(jì)把手的機(jī)械強(qiáng)度、合理布置鍵盤鼠標(biāo)位置、增加轉(zhuǎn)軸阻尼、合理設(shè)置顯示屏旋轉(zhuǎn)角度、合理布置機(jī)內(nèi)線束可靠接地等措施來保證加固筆記本具有易用、舒適、安全的特點(diǎn)。
3.7 電池的考慮
設(shè)計(jì)要求配備一塊電池以保證加固筆記本在無外接電源時(shí)也可工作。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)電池在低溫下電能消耗極快，溫度過低的時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)無輸出的故障，而且嚴(yán)重影響電池的壽命。因此，我們建議后備電池與加固筆記本分體設(shè)計(jì)。將電池單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)便攜電池盒，其輸出電壓為DC +21.6V(加固筆記本輸入電壓為+18V～+36V)，可通過電纜直接接入加固筆記本的直流電源輸入接口為筆記本供電。
3.8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
加固筆記本整機(jī)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)“上翻”式，即顯示屏向上翻起的打開方式。
整機(jī)分為兩部分，上部為顯示機(jī)箱，下部為計(jì)算機(jī)機(jī)箱。把手、航空接插件等均安裝于計(jì)算機(jī)機(jī)箱。整機(jī)外形尺寸約為：390（W）×320（D）×100（H），機(jī)箱采用鋁合金精密機(jī)械加工而成，總重量小于12.5Kg，外形效果見圖1。
