Система автоматичного налаштування яскравості відеозображення в умовах недостатнього освітлення

Братанич, Сергій  Вікторович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10291

Title:	Система автоматичного налаштування яскравості відеозображення в умовах недостатнього освітлення
Authors:	Філімонов, Сергій Олександрович Братанич, Сергій Вікторович
Keywords:	Налаштування яскравості відеозображення;Комп'ютерний зір;Двоконтурне керування;Цифрова фільтрація
Issue Date:	8-Jun-2026
Abstract:	Основна ідея роботи полягає у створенні відкритої комп'ютерно-інтегрованої системи для усунення проблеми деградації якості відеосигналу в умовах нестабільного або недостатнього промислового освітлення. Замість традиційного використання активного підсвічування, яке викликає відблиски, або суто програмних методів, що призводять до затримок і втрати даних, запропоновано комплексний системний підхід. Підхід базується на двоконтурному адаптивному керуванні. Зовнішній апаратний контур відповідає за фізичне дозування світлового потоку через керування електромеханічним приводом оптичної діафрагми об'єктива. Одночасно внутрішній програмний контур здійснює високошвидкісну цифрову передобробку відеопотоку для відновлення деталей у глибоких тінях та стабілізації зображення. Технологічно система має трирівневу архітектуру. Нижній рівень включає КМОН-матрицю з моторизованим об'єктивом. Середній рівень реалізується вбудованим комп'ютером для фільтрації за алгоритмом Retinex та програмованим логічним контролером (ПЛК) для реалізації ПІД-регулятора. Верхній рівень диспетчеризації будується на базі SCADA-системи. Схемотехнічне рішення ядра системи побудовано на 8-бітному мікроконтролері ATmega1284p. Для отримання інформації про середню яскравість відеосигналу та відсікання високочастотних шумів (відблисків) застосовано інтегруючі ланки на базі операційних підсилювачів AD4891-4 та 12-бітний АЦП AD7457. Зв'язок із верхнім рівнем відбувається через гальванічно розв'язаний інтерфейс ІРПС («струмова петля»). В роботі проведено глибокі математичні розрахунки. Розраховано постійні часу для двох режимів: стеження (1 с, частота зрізу 0,318 Гц) для ігнорування швидких завад та регулювання (10 мс, частота зрізу 159 Гц) для блискавичної реакції двигуна діафрагми. Також доведено термічну стабільність DC/DC перетворювачів Aimtec без необхідності застосування додаткових радіаторів. Програмне забезпечення мікроконтролера розроблене для роботи у жорсткому реальному часі. Впроваджено алгоритми циклічного опитування АЦП, програмного обміну з датчиком температури та вологості SHT10 і формування керуючих імпульсів на реверсивний двигун із вбудованим захистом від одночасного ввімкнення обох каналів обертання. Апаратну частину було спроектовано у САПР Altium Designer 15, де розроблено двошарову друковану плату на базі склотекстоліту FR-4 із продуманим трасуванням для захисту від електромагнітних завад (застосування мідних полігонів під МК) та створено повну 3D-модель виробу. У конструктивному та технологічному планах результати роботи суттєво перевершують найближчі комерційні аналоги (наприклад, смарт-камери закритої архітектури). Запропоноване рішення дозволяє інженеру безпосередньо втручатися в контур обробки, уникаючи артефактів розмиття рухомих об'єктів (motion blur), які характерні для алгоритмів типу WDR на швидких конвеєрах. У соціо-екологічному плані система зменшує зорове навантаження на операторів, оскільки автоматизує налаштування та працює без сліпучих активних прожекторів. Використання мікроелектроніки стандарту RoHS (безсвинцеві технології паяння) та модульний принцип заміни деталей значно зменшують обсяги утворення токсичного електронного сміття. В економічному плані система є високорентабельною. Вона використовує доступну, але промислово стандартизовану елементну базу. Підтверджена розрахунками безвідмовність системи (імовірність 95,3% для роботи 24/7 протягом року, MTBF понад 20 років) гарантує радикальне зниження витрат на експлуатацію та ремонт у порівнянні з дорогими пропрієтарними комплексами.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10291
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Братанич.pdf Restricted Access	КРБ Братанич С.В. 2026	5.14 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

YEPKACHKHİ IEPKABHHÀT EXHOJIOTTYHMM YHIBEPCHTET
DAKYJTbTET EJIEKTPOHHHX TEXHOJIOTI, ABTOTPAHCITOPTY TA
MAIIIHHOEYIYBAHHA
KAOEMPAI IPHJIAIOEYIYBAHHA, MEXATPOHIKM TA
KOMTIIOTEPU3OBAHHX TEXHOJIOTỶ
AonymeHO 10 3axHCTy
B.o zasiyBava kahexpu TIMKT
to MaKCHM BOHĮIAPEHKO
2026 p.
IIOACHHOBAJIHHA 3AIIHCKA
I0 KBAJIIOIKAIIIŽHOŤ POBOTH 5AKAJIABPA
Ha TeMy «CHCTeMa aBTOMaTHYHOro HanauITYBaHHA ACKpaBOCTI BII€030opakeHHA B
yMOBax HCIOCTaTHLOTO 0CBİTJICHHA)
BukoHaB 3106yBa4 oCBiTH 4 Kypcy, rpymu PCA-23H
cIneiaIbHÍCTb: 174 «ABTOMaTH3aujs, KOMIT'HOTepHO
IHTerpOBaHi TeXHOIorii Ta po60TOTeXHİKa)
oCBİTH IiporpaMa: PoóoTOTexHİTHİ CHCTeMH Ta
aBTOMaTH3aıiA
BparaHuY Cepriž BiKTopOBHY
KepiBHHK Cepriň ÕiİMOHOB
PeueH3eHT Cepriň Bucnoyx
KBarioikauišHa poóoTa GakanaBpa MicTHTb pe3yibTaTH BlaCHHX 3106yTKIB aBTOpa.
BuKopHCTaHHA ineŭ, pe3y TbTaTIB i TeKcTİB İHUIHX aBTOpiß MaroTb noCHJTaHHA Ha
BİJ|IOBİIHe KEpeio.
niannc 3n06y Bava
Yepkacu– 2026
VEPKACLKWİL JIEPKABIHİT EXHOJIOTT4HHM YHIBEPCHTET
( MOBHC HolvenYB amns RHULOrO Mae4LHOro aKUUTY )
Dakybtei GuCKTDomux TCXLOIOriİ, ADTOTPAICL9PTY TA MAIHHO6YIYBAUHA
Kaɖıeıpa UpMALOÓyIYBAUH, MCXATPOriKu TA KOMII'0TCpH3OBAWHX TCx1010rii
OcniTL0-KhaJihikanišini pibcHb GAKaJABD
CneuiaILHİCTL Į74 <«AnTOMaT)amin, KUMI'1OTCDpuo-iTerponani TexM0/10riï Ta po6oTOTexuiKa»
OCBİTIA iporpaMa PoooTOTCXHİYui CHCTeMU TA ABTOMATH3auia»
3ATBEPAKYIO
B.o. 3aBirysqaa kağexpu IMKT
MakcHM Bouiapeuko
96 2026 poKy
3 A BIA H H A
HA KBAJIIOIKAUIÄHY POEOTY EAKAJIABPA
BparaHu9 Cepriň BiKTOpOBHY
(pisRMIIc. iM'2, Io 6uTsKOB)
1. Tema poboTH CHCTeMa aBTOMaTHYHOro HaTaIIITYBAHHA ACKPaBOCT1 BIIEO3OOpaxeHHA B
YMOBax HeIOCTaTHboro 0cBITJICHHA
KepiBHHK po6oTH 1OCHT Kadeipu PHla06YIVBaHHA, MeXaTOHIKH Ta
KOMII HOTepH30BaHHX TeXHOJIOriž, K.TH.. 101eHT PIIIMOHOB Cepriň OneKcaHApoBHY
(InpiRIae, iM's, Io őaTbKOBİ, HaykoBdi crvTHS, BYeHe 3Bau)
3aTBepIKEHİ Haka3oM BHLOro HaBYaJIBHOrO 3akJlaly BI1 "13 KBITHA 2026 poky No 94/03-03
2. CTpOK IOMaHHA 3I06yBaveM poóoTH 5 4epBHA 2026 p.
3. BuxXiJHİ NaHi 10 poóoTH PexHM poboTH CHCTeMH: GegnepepBHHĂ, y uuIOIo6oBOMV nexui
(24/7). TeMIneparypAHň ianas0H CKCIIYaTaii: BII 0 °C 10 +50 °C. CTYMHB 3axHCTY o6onOHKH He
HHX4e IP65 (nOBHHÀ 3aXHCT BII IIHJIY Ta cTpyMeHIB BONH) A BIICOKaMepH Ta lOKaibHHX MOIViR
KepyBaHHA CepeaHi yac Hapo6iTKY Ha BİJMOBY (MTBF): He NeHMe 50 000 xOIHH (pO3paxyHKOBe
3HaYeHHA CTaHOBHTL IOHan 20 poOKİB 5e31epepBHOi poboTH). IMOBIDHICTL be3BIIMOBHoi poóoTH: 95 30%
morsroM I pOKy 6esnepepBHoi eKenuIyarauii (8760 roNMH). EKoJoriHa BiAnOBİJHİCTb: KOHCIDVKLÚA
He NicCTHTb TOKCHTHHX MaTepiamiB Ta opieHTOBAHa Ha KopcTKI BHMOIH EBpoteCLKOi THpeKTHHRH RoHS
4. 3MicT po3paxyHKOB0-108CHIOBAJIbHOÏ 3anHCKH (nepeiK nHTAHb, AKi noTpióRO
no3poőHTH 1 0ốrpyHTYBaHHa Heo6xIIHOCTI IpoeKTYBaHHA IDHTANIB JIA JOCMDKEHHA AKİCHHX Ta
KiJbKİCHHX XapakTepCTHK IpHpoNHOi BOJH, 2 ObrpyHTY BaHHA TeXHİYHOTO 3aBlaHHA. 3 PospooKa
CTpVKTYpHOi Ta pHHIHIOBoi cxeM, 4 Po3paxyHKOBA 4acTHHa. 5 CneiaTbHHÄ po3in. S1
TexHoJIOriHHĂ po3Iin, 5.3 EKOHOMI4IIHĂpo3uuL, 53 Poznun OXOPOHH Ipaui
5. IlepeTİK rpapi4noro MaTepiaIy (3 TO9HHM 3a3HaveHHAM o00B'A3KOBHX KpecIEHE)
CHCTeMa aBTOMaTHYHOrO HajauTYBaHHA ACKpaBOCTI BIICO305pakeHHA B YMOBax HeIOCTaTHbOro
oCBİTNeHHA, CxeMa eJleKTDHHa cTpyKTYPHa (A1). CxeMa eneKTpHYHa yHKUiOHaNbHa (Al). CxeMa
eneKTPHYHa npHHUHNOBa (Al). 1eMOHCTpauiÄHHÄ MaTepia (Al+Al).
2
6. KoncynLTAITH DO3AiniB KBAnipikauiiuoi poóoTH
Po3un lpisanc, inimaIH Ta nOcala liainc, nara
3aBlaHHA
KOHCyNbTONTa 3aBAaHHA
BHAQB ipknsB
Oxopom npaui KoxeM'aKiH O.C., CTapuMÄ BHKJIIau
Kapeapu 36KEXI
EkonoMiui DiiMOHOB C.O., 101eHT kapenpH
pouin, TIMKT, K.T.H., AoueHT
TeXNONoriynui
posnin
Hopmo.ninauiinuä TrHKOB B.B., nOueHT Kadeupu IIMKT,
KoNTpoTB K.T.H., nOuEHT
7. MaTa BHJaYİ 3aB1aHHA
KAJIEHIAPHMÜI JIAH
No HasBa eranis KBanidhikauišnoi CTpoK BHKOHAHHA IpMiDA
3/n poboTH eTarniB poboTH
I |OrpyHTYBaHHA HeOŐXŲJHOCTİ Ipo€KTY BaHHA Ha oCHOBİ 02.2026 BHK
KpHTHHOTO aHam3y iCHyrOYHX aHanoriB
O6rpyHTY BaHHA TeXHI4HOro3 aBIaHHA 02.2026 BHK
3 Po3poőka crpykTypHOỈ CxCMH 02.2026 BHK
4 Po3poőka ipHHUHINOBOÏ eNeKTPHYHOi cxeMH 03.2026 BHK
5 Po3paxyHOK eJIEMeHTİB CXeMH 03-04.2026 BHK
6 OuiHKa TOYHOCTİ Ta HaniÄHOCTİ 03-04.2026
7 TexHoNori4HHÄ po3ıur 03-04.2026 BHK
Po3nino xopOHH npaui 03-04.2026 BHK
EkOHOMİYHHỶ PO3MÜI 03-04.2026 BHK
10 OdopMICHHA KDecJICHL 03-04.2026 BHK
OhopMeHHA N0MaTKİB 05.2026 BHK
12 OpopMeHHA CyIpoBiIHOÏ 1OKYMeHTaiï 05.2026 BHK
3a06yBaY BHIMoÏ 0CBİTI Cepriň BparaHuy
(1u
KepiBruK po6oTu Ceprii DiriMOHOB
(uwHC )
Зміст

Стор.
Технічне завдання…………………………………………..…………. 2
Вступ 5
1. Обґрунтування необхідності проєктування на основі аналізу
існуючих аналогів 8
1.1. Огляд комерційних рішень та інформації з мережі Інтернет 8
1.2. Огляд наукових літературних джерел 11
1.3. Патентний пошук та аналіз існуючих технічних рішень 16
2. Обґрунтування технічного завдання 19
3. Розробка структурної та принципової схеми системи 22
3.1. Розробка структурної схеми 22
3.2. Розробка схеми електричної функціональної 24
3.3. Вибір елементної бази 26
3.4. Розробка схеми електричної принципової системи 28
4. Розрахунок основних вузлів схеми 36
4.1. Розрахунок параметрів приймально-передавального тракту
ІРПС 36
4.2. Розрахунок параметрів інтегруючих ланок (ФНЧ) 38
4.3. Розрахунок потужності та вибір перетворювачів живлення
(DC/DC) 39
4.4. Розрахунок амплітудно-частотної характеристики (АЧХ)
інтегруючих ланок 40
4.5. Аналіз теплового режиму роботи силових елементів 41
4.6. Розрахунок надійності системи 42
4.7. Розробка програмного забезпечення системи 44

РСАск23. 18033.026.001.ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Розробив Братанич С.В. Система автоматичного Літ. Арк. Аркушів
Перевірив Філімонов С.О. налаштування яскравості 3
відеозображення в умовах
Т. Контр. Тичков В.В. недостатнього освітлення
Пояснювальна записка ЧДТУ
Ств.

5. Спеціальна частина 51
5.1. Технологія розробки друкованої плати 51
5.2. Соціально-економічні та етико-екологічні аспекти прийняття
технічних рішень 55
5.3 Охорона праці 57
Висновки 68
Список використовуваної літератури 70
Додаток А Відомість технічного проєкту 72
Додаток Б Специфікація та перелік елементів 73
Додаток В Результати розрахунку на ЕОМ 75
Додаток Г Презентація доповіді 76
Додаток Д Тези доповіді студентської науково-практичної
конференції «ДНІ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ – 2026»…….

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 4

Вступ

Сучасний етап розвитку промислової автоматизації, робототехніки та
систем безпеки характеризується стрімким впровадженням технологій
комп'ютерного зору (Computer Vision) та комп'ютерно-інтегрованих оптико-
електронних комплексів. Візуальні сенсори сьогодні є ключовим джерелом
інформації для контурів зворотного зв'язку в автоматизованих системах керування
технологічними процесами (АСУ ТП), мобільних робототехнічних платформах,
безпілотних транспортних засобах та інтелектуальних системах відеомоніторингу.
Проте ефективність функціонування алгоритмів аналізу зображень (таких як
детектування об'єктів, розпізнавання образів, оптичний потік, трекінг та
просторова локалізація) критично залежить від якості первинного відеосигналу.
Однією з найбільш складних та поширених проблем на практиці є деградація якості
зображення в умовах нестабільного, нерівномірного або критично недостатнього
освітлення робочої зони.
Робота оптико-електронних датчиків у низькоосвітлених середовищах
призводить до різкого зниження відношення сигнал/шум, стиснення динамічного
діапазону, втрати хроматичної інформації та розмиття контурів об'єктів унаслідок
вимушеного збільшення часу експозиції. Традиційні апаратні методи вирішення
цієї проблеми, такі як використання активного інфрачервоного чи видимого
підсвічування, мають низку суттєвих обмежень: високе енергоспоживання,
обмежену дальність дії, появу завад від зворотного розсіювання (у задимлених,
запилених чи водних середовищах) та виникнення зон критичного пересвіту
(відблисків) від дзеркальних поверхонь. З іншого боку, суто програмні методи
цифрової обробки сигналів часто мають високу обчислювальну складність, що
унеможливлює їх реалізацію в системах реального часу на базі промислових
контролерів без значних затримок у контурі керування.
У контексті спеціальності 174 «Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані
технології» виникає необхідність створення комплексного, системного підходу,
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 5

який поєднує гнучке автоматичне керування фізичними параметрами відеосенсора
(оптичною діафрагмою, часом витримки електронного затвора, підсиленням) із
високошвидкісними адаптивними алгоритмами цифрової передобробки
відеопотоку. Розробка та дослідження такої системи є надзвичайно актуальною
науково-практичною задачею, що безпосередньо спрямована на підвищення
надійності, точності та автономності сучасних систем автоматизації.
Проблема стабілізації та корекції яскравості відеопотоку перебуває в центрі
уваги провідних світових дослідників у галузі цифрової обробки сигналів та теорії
автоматичного керування. Історично перші підходи базувалися на лінійних та
нелінійних точкових перетвореннях яскравості, серед яких найбільш відомими є
глобальне вирівнювання гістограми (Histogram Equalization) та гамма-корекція.
Вони відрізняються низькою обчислювальною складністю, проте мають суттєвий
недолік — ігнорування просторового контексту зображення, що в умовах
нерівномірного освітлення призводить до появи артефактів та надмірного
підсилення високочастотного шуму.
Значним кроком уперед став розвиток методів локальної модифікації
гістограм, зокрема алгоритму адаптивного вирівнювання гістограми з обмеженням
контрасту (CLAHE). Цей підхід дозволяє ефективно підкреслити локальні деталі,
проте вимагає ретельного налаштування параметрів обмеження, щоб уникнути
блочних артефактів. Іншим фундаментальним напрямом є теорія Retinex, що
базується на моделюванні зорового сприйняття людини та розглядає зареєстроване
зображення як добуток освітленості та відбивної здатності поверхні. Алгоритми
Single-Scale Retinex (SSR) та Multi-Scale Retinex (MSR) фокусуються на оцінці та
вилученні низькочастотної компоненти освітленості, що дозволяє отримати чіткий
контур об'єкта.
З розвитком мікропроцесорної техніки з'явилася можливість інтеграції в
контури автоматизації нейромережевих методів. Вони демонструють вражаючі
результати відновлення візуальних характеристик у критично темних сценах, але
їх пряме використання в промислових контролерах реального часу обмежене
жорсткими часовими рамками циклу виконання задач АСУ ТП (одиниці або
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 6

десятки мілісекунд). Головним недоліком більшості існуючих рішень є розгляд
програмної обробки відірвано від апаратного рівня керування камерою. Синтез
оптимального закону керування, який гармонійно поєднує швидкість цифрової
фільтрації та інерційність виконавчих механізмів, досі залишається відкритою
інженерною проблемою.
Метою кваліфікаційної роботи є розробка, дослідження та впровадження
комп'ютерно-інтегрованої системи автоматичного налаштування яскравості
відеозображення, яка за рахунок поєднання адаптивного двоконтурного керування
апаратними параметрами відеосенсора та оптимізованої цифрової передобробки
забезпечує стабілізацію візуальних характеристик відеопотоку в умовах
недостатнього та динамічно змінного освітлення в реальному часі.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 7

1 Обґрунтування необхідності проєктування на основі аналізу
існуючих аналогів

1.1. Огляд комерційних рішень та інформації з мережі Інтернет

Сучасний етап розвитку систем промислової автоматизації неможливо
уявити без інтеграції технологій машинного зору, які виступають головним
сенсорним інструментом для оцінки якості продукції, позиціювання
робототехнічних маніпуляторів та забезпечення безпеки на виробництві. Аналіз
глобального ринку комерційних рішень, представлених у відкритому доступі на
офіційних ресурсах провідних світових виробників, таких як Cognex, Keyence,
Basler, SICK та FLIR, свідчить про те, що проблема деградації якості відеосигналу
в умовах недостатнього або нестабільного освітлення є однією з найбільш гострих.
Більшість вендорів пропонують готові смарт-камери та оптико-електронні модулі,
що мають вбудовані механізми компенсації дефіциту світла. Аналізуючи технічну
документацію, специфікації та інформаційні брошури (White Papers) цих компаній,
можна виділити кілька домінуючих підходів, які індустрія сьогодні використовує
для вирішення проблеми низькоосвітлених сцен. Ці підходи еволюціонували від
суто апаратних до комплексних апаратно-програмних, проте кожен з них має свою
специфіку та суттєві обмеження в контексті інтеграції у складні контури керування
технологічними процесами.
Найбільш розповсюдженим і традиційним методом, який пропагується
практично всіма виробниками промислових систем зору, є використання систем
активного підсвічування. Компанії пропонують широкий спектр інтегрованих або
зовнішніх освітлювачів, що працюють у видимому або інфрачервоному діапазонах
спектра. Логіка цього рішення полягає у фізичному усуненні причини проблеми —
дефіциту фотонів. Інфрачервоне підсвічування є особливо популярним у системах
безпеки та автономної навігації (наприклад, для складських роботів AGV), оскільки
воно не створює візуального дискомфорту для персоналу. Проте, цей підхід має
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 8

низку фундаментальних недоліків з точки зору системного проектування. По-
перше, використання активного освітлення суттєво підвищує загальне
енергоспоживання системи та потребує додаткових контурів тепловідведення. По-
друге, в умовах реального промислового виробництва (наприклад, у цехах
металообробки, де присутні масляний туман, пара або значна запиленість) активне
спрямоване світло викликає ефект зворотного розсіювання, створюючи на
зображенні щільну світлову завісу. Крім того, при контролі металевих, скляних чи
глянцевих деталей виникають зони критичного пересвіту (відблиски), які
призводять до повної втрати інформативності в локальних областях кадру. Отже,
спроба вирішити проблему недостатнього освітлення виключно за рахунок
збільшення потужності джерела світла часто генерує нові, ще складніші оптичні
завади.
Іншим потужним напрямом комерційного розвитку є вдосконалення самої
напівпровідникової технології виготовлення відеосенсорів. Сучасні промислові
камери активно оснащуються КМОН-матрицями з технологією зворотного
засвічення (BSI - Back-Illuminated Sensor), яскравим представником яких є лінійка
сенсорів STARVIS від компанії Sony. Завдяки переміщенню шару металізації під
світлочутливий шар (фотодiоди), виробникам вдалося значно збільшити квантову
ефективність матриць та їхню здатність реєструвати сигнал в умовах мінімальної
освітленості (аж до рівнів зоряного світла, тобто тисячних часток люкса). Хоча
впровадження таких високочутливих сенсорів суттєво покращує базове
відношення сигнал/шум, цей апаратний підхід не є панацеєю. У реальних умовах
освітленість може змінюватися динамічно (наприклад, рух безпілотного
транспорту з цеху на вулицю або тіні від рухомих механізмів). У таких випадках
високочутлива матриця без належного динамічного керування експозицією
миттєво переходить у режим насичення, видаючи повністю "білий" кадр.
Для компенсації динамічних змін яскравості комерційні смарт-камери
оснащуються вбудованими мікропроцесорами, які реалізують технології широкого
динамічного діапазону (WDR - Wide Dynamic Range) та високого динамічного
діапазону (HDR - High Dynamic Range). Аналіз маркетингових матеріалів компаній
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 9

показує, що ці функції позиціонуються як ідеальне рішення для сцен із високим
контрастом та глибокими тінями. Технологічно WDR найчастіше реалізується
шляхом послідовного зчитування кількох кадрів з різним часом електронної
витримки (коротка витримка для яскравих зон, довга — для темних) з подальшим
їх програмним "зшиванням" у єдине зображення. З точки зору якості статичної
картинки цей метод демонструє відмінні результати. Однак, з позиції спеціальності
"Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології", такий підхід є критично
вразливим. У промисловості об'єкти моніторингу часто рухаються з великими
швидкостями (наприклад, деталі на конвеєрі). Оскільки кадри для WDR знімаються
не одночасно, а послідовно, при їх зшиванні виникають часові артефакти та
розмиття контурів рухомих об'єктів (motion blur). Це призводить до хибних
спрацьовувань алгоритмів детектування країв або неможливості зчитати
маркування, що робить класичний WDR непридатним для швидкоплинних
технологічних процесів у реальному часі.
Ще одним поширеним вбудованим програмним інструментом є функція
автоматичного регулювання підсилення (AGC - Automatic Gain Control). Цей
механізм автоматично збільшує коефіцієнт підсилення аналогового або цифрового
сигналу з матриці у разі падіння загального рівня освітленості. Аналіз роботи
комерційних камер з увімкненим AGC демонструє, що алгоритм справді здатний
підтримувати середню яскравість зображення на заданому рівні. Проте, закон
підсилення застосовується до всього корисного сигналу разом із фоновим тепловим
та квантовим шумом сенсора. При роботі в глибоких тінях підсилення сягає
екстремальних значень, через що зображення вкривається інтенсивною
«зернистістю» (кольоровим та яскравісним шумом). Цей високочастотний шум є
згубним для подальших алгоритмів машинного зору, оскільки градієнтні фільтри
(наприклад, оператор Собеля або Кенні) починають сприймати шумовий піксель як
фізичну границю об'єкта, порушуючи логіку роботи всієї автоматизованої системи.
Критично оцінюючи ринок комерційних рішень, необхідно зазначити їхню
головну системну проблему — закриту архітектуру. Сучасні смарт-камери від
провідних виробників є так званими "чорними скриньками". Вони пропонують
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 10

багатий арсенал внутрішніх налаштувань, інтегруються в промислові мережі за
протоколами PROFINET, EtherNet/IP або EtherCAT, і видають на програмований
логічний контролер (ПЛК) вже готовий результат (наприклад, координати об'єкта
або дискретний сигнал браку). Однак інженер-автоматизатор позбавлений
можливості втручатися у внутрішній алгоритм формування яскравості. Неможливо
побудувати гнучку комплексну систему, де, наприклад, дані з зовнішнього
лазерного далекоміра чи датчика освітленості цеху безпосередньо і без затримок
керували б діафрагмою або ваговими коефіцієнтами просторового фільтра
всередині камери. Закритість пропрієтарних алгоритмів унеможливлює
математичне моделювання стійкості такого контуру зору, що є обов'язковою
вимогою при проектуванні відповідальних комп'ютерно-інтегрованих систем.
Резюмуючи огляд рішень, представлених у глобальній мережі Інтернет,
можна зробити висновок, що індустрія пропонує потужні, але фрагментовані
рішення. Комерційні системи намагаються вирішити проблему недостатнього
освітлення або грубою силою (додаткові прожектори), або алгоритмами, що
вносять часові затримки та артефакти руху (WDR), або лінійним підсиленням, що
знищує корисний сигнал у шумах (AGC). Відсутність на ринку доступних
відкритих комплексів, які б органічно поєднували адаптивне апаратне керування
оптикою з високошвидкісною локальною цифровою фільтрацією в реальному часі,
беззаперечно підтверджує доцільність розробки власної спеціалізованої
комп'ютерно-інтегрованої системи автоматичного налаштування яскравості
відеозображення.

1.2. Огляд наукових літературних джерел

Фундаментальна проблема корекції яскравості та покращення видимості
зображень (Low-light Image Enhancement) стабільно перебуває у фокусі уваги
світової наукової спільноти. Аналіз сучасних англомовних та вітчизняних
наукових публікацій, матеріалів міжнародних конференцій з комп'ютерного зору
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 11

(CVPR, ICCV) та публікацій у базах Scopus і Web of Science дозволяє класифікувати
існуючі алгоритмічні методи покращення відеосигналу на три основні групи.
Кожна з цих груп має свої математичні особливості та межі застосування у
промислових комп'ютерно-інтегрованих системах.
Методи на основі просторової модифікації гістограми
Найбільш ранньою та обчислювально найпростішою групою методів є
точкові перетворення простору яскравості. Базовим алгоритмом тут виступає
глобальне вирівнювання гістограми (Global Histogram Equalization - GHE). Його
математична суть полягає у перетворенні функції щільності розподілу
ймовірностей рівнів яскравості вхідного зображення до рівномірного розподілу.
Імовірність появи пікселя з рівнем яскравості rk описується формулою:
P(rk ) = nk 1.1
MN
де nk — кількість пікселів із рівнем яскравості rk , M та N — розмірності
матриці зображення.
Незважаючи на високу швидкодію, науковці відзначають суттєвий недолік
GHE — ігнорування просторового контексту. В умовах нерівномірного
промислового освітлення це призводить до втрати деталей у світлих ділянках та
надмірного підсилення шумів у тінях.
Значним еволюційним кроком став алгоритм адаптивного вирівнювання
гістограми з обмеженням контрасту (CLAHE — Contrast Limited Adaptive
Histogram Equalization). У ньому зображення розбивається на локальні блоки
(тайли), і гістограма вирівнюється для кожного блоку окремо, при цьому
обмежується максимальний рівень підсилення.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 12

Рисунок 1.1: Графічне порівняння оригінального затемненого зображення
та результату його обробки алгоритмами GHE та CLAHE

Як зазначається у працях багатьох дослідників, CLAHE ефективно
підкреслює локальні деталі, що робить його придатним для завдань детектування
контурів. Проте, його застосування в потокових системах відеомоніторингу
реального часу часто вимагає складного динамічного підбору розміру тайлів,
інакше на зображенні виникають помітні блочні артефакти.
Методи на основі моделі зорового сприйняття (Retinex)
Друга, більш потужна група методів, базується на теорії Retinex (від слів
Retina — сітківка та Cortex — кора головного мозку), запропонованій Е. Лендом
(E. Land). Згідно з цією теорією, будь-яке зареєстроване зображення S (x, y) можна
представити як попіксельний добуток освітленості сцени (Illumination) L(x, y) та
власної відбивної здатності об'єктів (Reflectance) R(x, y) :

S (x, y) = R(x, y) ⋅ L(x, y) 1.2

Завдання алгоритмів Retinex полягає у виділенні чистого рефлектансу
R(x, y) шляхом оцінки та видалення компоненти освітленості L(x, y) . У класичних
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 13

алгоритмах Single-Scale Retinex (SSR) та Multi-Scale Retinex (MSR) освітленість
оцінюється за допомогою низькочастотної просторової фільтрації (найчастіше —
згортки з функцією Гаусса).

Рисунок 1.2 - Структурна схема або блок-схема класичного алгоритму
Multi-Scale Retinex (MSR)

Ці методи дають чудові візуальні результати, зберігаючи природність
об'єктів у глибоких тінях. Головним недоліком, згідно з дослідженнями у галузі
промислової автоматизації, є висока обчислювальна складність. Багаторазова
фільтрація Гаусса для матриць високої роздільної здатності вимагає значних
процесорних потужностей, що спричиняє неприпустимі затримки (latency) у
контурах зворотного зв'язку АСУ ТП, які зазвичай оперують мілісекундними
циклами.
Методи на основі штучних нейронних мереж (Deep Learning)
Останнє десятиліття характеризується стрімким розвитком підходів на базі
глибокого машинного навчання. Сучасні архітектури згорткових нейронних мереж
(CNN), такі як Zero-DCE (Zero-Reference Deep Curve Estimation), LLNet або KinD,
формулюють завдання покращення яскравості як процес навчання «з кінця в
кінець» (end-to-end learning) на великих наборах парних зображень (світле-темне).
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 14

Рисунок 1.3: Узагальнена архітектура згорткової нейронної мережі

Нейромережеві методи показують найвищу якість відновлення візуальних
характеристик, ефективно пригнічуючи при цьому кольоровий шум. Однак, їх
застосування вимагає наявності потужних тензорних або графічних прискорювачів
(GPU/TPU). У контексті вбудованих систем (Embedded Systems) та промислових
логічних контролерів (ПЛК), де важливими є детермінованість часу виконання та
низьке енергоспоживання, використання "важких" нейромереж є економічно та
технічно недоцільним.
Аналіз наукової літератури виявив суттєвий розрив між теоретичними
алгоритмами комп'ютерного зору та суворими вимогами промислової
автоматизації. Більшість дослідників зосереджені виключно на якості статичної
картинки, ігноруючи апаратні обмеження обчислювачів реального часу. Для
розв'язання задач існує нагальна потреба у розробці «полегшених» адаптивних
алгоритмів (наприклад, просторово-модифікованого підходу Retinex без важких
Гауссових згорток), які можна було б реалізувати на базі мікропроцесорів
промислових камер, поєднавши їх із замкненим контуром керування оптичною
діафрагмою.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 15

1.3. Патентний пошук та аналіз існуючих технічних рішень

Для об’єктивної оцінки світового рівня техніки та виявлення існуючих
конструктивних і схемотехнічних рішень у галузі адаптивного керування
яскравістю відеозображень було проведено комплексний патентний пошук.
Дослідження здійснювалося з використанням міжнародних баз даних
інтелектуальної власності, зокрема Всесвітньої організації інтелектуальної
власності (WIPO), Відомства з патентів і товарних знаків США (USPTO),
Європейського патентного відомства (EPO), а також бази даних Українського
інституту інтелектуальної власності (Укрпатент). Глибина пошуку склала 10 років,
що обумовлено високою динамікою розвитку технологій комп'ютерного зору та
мікроелектроніки. Пошук проводився за ключовими запитами, пов'язаними з
автоматичним керуванням експозицією, адаптивними оптичними системами,
апаратно-програмними комплексами покращення відеосигналу в умовах низької
освітленості та комп'ютерно-інтегрованими системами зору.
Аналіз знайдених патентних документів дозволяє виділити кілька типових
напрямів, якими рухаються винахідники, проте кожен із цих напрямів має суттєві
обмеження щодо застосування у промисловій автоматизації. Значний масив
патентів, яскравим представником яких є патент США US8120697B2 («Метод та
апарат автоматичного керування експозицією»), зосереджений виключно на
внутрішній програмній обробці сигналу всередині процесора камери. У таких
рішеннях пропонується метод розбиття кадру на локальні зони з присвоєнням їм
вагових коефіцієнтів значущості, після чого процесор самостійно коригує час
електронної витримки (затвора) та цифрове підсилення. Критичним недоліком
подібних винаходів є відсутність зовнішнього електромеханічного контуру
керування оптичною діафрагмою об'єктива. Система намагається «витягнути»
зображення суто електронним шляхом, що в умовах критичного дефіциту світла
неминуче призводить до експоненційного зростання цифрового шуму. Крім того,
архітектура таких пристроїв є абсолютно закритою: зовнішній промисловий
контролер не має доступу до внутрішніх регістрів камери для оперативної корекції
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 16

алгоритму, що унеможливлює гнучку інтеграцію такого рішення в загальну АСУ
ТП цеху чи підприємства.
Інший концептуальний підхід демонструється у групі патентів, присвячених
апаратній реалізації складних математичних алгоритмів. Наприклад, у патенті
США US9451167B2 («Система та метод покращення зображень при слабкому
освітленні з використанням обробки Retinex») запропоновано спеціалізований
апаратний блок обчислень. Винахідники перенесли важкі математичні операції
локальної просторової фільтрації на рівень спеціалізованої інтегральної
мікросхеми (ASIC) або окремого цифрового сигнального процесора (DSP). З точки
зору продуктивності та швидкодії це рішення є дуже ефективним, оскільки
дозволяє обробляти відеопотік високої роздільної здатності в реальному часі без
затримок. Однак, жорстка «зашитість» алгоритму в кремній позбавляє систему
будь-якої гнучкості. У випадку зміни технологічного процесу, модернізації
виробничої лінії або необхідності передачі розширеної діагностичної інформації на
верхній рівень керування (SCADA-систему), інженер-автоматизатор не зможе
переналаштувати такий модуль.
На рівні вітчизняних розробок, зареєстрованих у базі Укрпатенту,
переважають рішення у вигляді корисних моделей, які мають дещо спрощену
архітектуру. Типовим аналогом є пристрої адаптивного відеомоніторингу, в яких
для оцінки освітленості використовується окремий зовнішній датчик (наприклад,
фоторезистор або фотодіод), встановлений поруч із камерою. Сигнал із датчика
подається на аналого-цифровий перетворювач мікроконтролера, який, при
досягненні певного порогу, видає релейний сигнал на увімкнення блоку
додаткового інфрачервоного прожектора. Недоліком таких рішень є примітивність
релейного закону керування та розімкненість системи відносно самого цифрового
зображення. Зовнішній датчик вимірює лише загальний (інтегральний) фон
освітленості в приміщенні. Він принципово не здатний виявити локальні затемнені
ділянки в полі зору камери (наприклад, тінь від рухомого маніпулятора), а раптове
увімкнення прожектора створює імпульсну заваду у відеопотоці та може викликати
відблиски від металевих поверхонь, що дезорієнтує алгоритми комп'ютерного зору.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 17

Проведений патентний пошук переконливо доводить, що серед захищених
об'єктів інтелектуальної власності на даний момент відсутні комплексні рішення,
які б повною мірою задовольняли вимоги сучасної комп'ютерно-інтегрованої
автоматизації. Існуючі пристрої або мають вузьку спеціалізацію (суто програмна
обробка без керування оптикою), або реалізовані на базі негнучких закритих
архітектур, або базуються на застарілих релейних принципах оцінки освітленості
без аналізу самої цифрової матриці зображення.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 18

2. Обґрунтування технічного завдання

Проєктована комп'ютерно-інтегрована система автоматичного
налаштування яскравості відеозображення призначена для оптимізації та
стабілізації візуальних характеристик відеопотоку в режимі реального часу.
Система компенсує вплив нестаціонарного, контрастного або критично низького
освітлення робочої зони.
Областю застосування системи є автоматизовані системи керування
технологічними процесами (АСУ ТП), комплекси машинного зору на конвеєрних
лініях контролю якості, автономні мобільні робототехнічні платформи, а також
системи промислового відеомоніторингу, які функціонують у складних цехових
умовах (затемнені ділянки, мінлива хмарність при зовнішньому моніторингу,
наявність відблисків від металевих деталей).
Впровадження даної системи дозволить мінімізувати кількість хибних
спрацьовувань алгоритмів детектування дефектів та розпізнавання образів, які
виникають через деградацію первинного відеосигналу.
Для успішного виконання поставлених завдань комп'ютерно-інтегрована
система повинна забезпечувати виконання наступних функцій:
1. Безперервне захоплення відеопотоку: отримання цифрового
відеосигналу від промислової смарт-камери з частотою не менше 30 кадрів за
секунду (fps) для забезпечення мінімальної транспортної затримки в контурі
керування.
2. Адаптивний аналіз яскравості: програмний розрахунок локальної та
глобальної освітленості кожного кадру з використанням методів аналізу гістограм
та просторової ентропії.
3. Двоконтурне автоматичне регулювання:
o Апаратний контур (зовнішній): формування аналогового або широтно-
імпульсного (ШІМ) сигналу керування сервоприводом оптичної діафрагми
об'єктива для фізичного дозування світлового потоку, що потрапляє на матрицю.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 19

o Програмний контур (внутрішній): розрахунок керуючих впливів для
зміни внутрішніх регістрів камери (часу електронної витримки та коефіцієнта
цифрового підсилення AGC).
4. Просторова цифрова фільтрація: обробка отриманого кадру
алгоритмами локального підвищення контрасту (на базі оптимізованої моделі
Retinex) для відновлення деталей у глибоких тінях без надмірного підсилення
високочастотних шумів матриці.
5. Діагностика та візуалізація: передача відфільтрованого відеопотоку та
телеметричних даних (поточне значення діафрагми, рівень підсилення) на верхній
рівень АСУ ТП (SCADA-систему) для візуалізації оператором.
Апаратна реалізація системи повинна базуватися на сучасній та надійній
елементній базі, що відповідає стандартам промислової автоматизації:
• Промисловий контролер (ПЛК): Для реалізації загальної логіки
керування, обробки сигналів із периферійних пристроїв та координації роботи
контурів необхідно використати продуктивний програмований логічний
контролер. Оптимальним вибором є застосування ПЛК модульної архітектури,
наприклад, серії Omron CJ2M. Цей контролер забезпечує високу швидкодію
виконання базових інструкцій (від 0.04 мкс), підтримує роботу з модулями
аналогового виводу високої роздільної здатності для керування приводами, а також
має вбудовані інтерфейси EtherNet/IP для безшовної інтеграції з мережами
машинного зору та системами верхнього рівня.
• Відеосенсорна підсистема: Промислова камера з інтерфейсом GigE
Vision або PROFINET. Камера повинна бути оснащена КМОН-матрицею
(наприклад, формату 1/2.8") з розширеним динамічним діапазоном, а також
моторизованим об'єктивом (Motorized Iris/Focus/Zoom) для можливості
зовнішнього апаратного керування.
• Виконавчі механізми: Прецизійний кроковий двигун або сервопривід
інтегрований в об'єктив камери, який реагує на керуючий сигнал від ПЛК
(наприклад, стандартний сигнал 0-10 В або 4-20 мА).
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 20

Програмна частина є ядром комп'ютерно-інтегрованої системи та повинна
відповідати наступним критеріям:
1. Програмне забезпечення нижнього рівня (ПЛК): Логіка роботи
контролера має бути реалізована мовами стандарту IEC 61131-3 (наприклад,
Structured Text або Ladder Diagram). Програма повинна містити ПІД-регулятор із
захистом від інтегрального насичення (Anti-windup) для плавного керування
механікою діафрагми без виникнення автоколивань.
2. Алгоритм цифрової обробки зображень: Має бути написаний
високорівневою мовою (C++ або Python із використанням бібліотек OpenCV).
Обчислення повинні бути оптимізовані для роботи в режимі жорсткого реального
часу: час обробки одного кадру не повинен перевищувати 33 мс.
3. Людино-машинний інтерфейс (HMI/SCADA): На верхньому рівні має
бути розроблена мнемосхема в середовищі SCADA. Інтерфейс повинен
відображати два відеовікна (вихідне та оброблене зображення), поточні значення
керованих параметрів, а також надавати оператору можливість перемикання між
автоматичним та ручним режимами керування яскравістю.
1. Надійність: Система повинна працювати в цілодобовому режимі (24/7).
Середнє наробіток на відмову (MTBF) апаратної частини має становити не менше
50 000 годин.
2. Умови експлуатації: Оскільки система проєктується для промислових
умов, відеокамера та локальні модулі керування повинні мати ступінь захисту
оболонки не нижче IP65 (повний захист від пилу та струменів води).
Температурний діапазон експлуатації: від 0 °C до +50 °C.
3. Етико-екологічні аспекти та БЖД: Конструкція системи не повинна
містити токсичних матеріалів. Оскільки система використовує пасивний метод
налаштування яскравості (без використання потужних сліпучих прожекторів), вона
не створює візуального дискомфорту для персоналу, який працює в цеху, та
відповідає санітарно-гігієнічним нормам щодо освітлення робочих місць.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 21

3. Розробка структурної та принципової схеми системи

3.1 Розробка структурної схеми

Проєктування комп’ютерно-інтегрованої системи автоматичного
налаштування яскравості відеозображення вимагає чіткого розмежування функцій
між її апаратними та програмними компонентами, а також побудови раціональної
топології інформаційних зв'язків. Для забезпечення роботи комплексу в режимі
реального часу з мінімальним часом транспортної затримки в контурі зворотного
зв'язку розроблено трирівневу структурну схему системи автоматизації.
Основою для побудови схеми є концепція двоконтурного керування, де
зовнішній апаратний контур відповідає за фізичне дозування світлового потоку за
допомогою електромеханічного приводу оптичної системи камери, а внутрішній
програмний контур здійснює цифрову передобробку та фільтрацію відеосигналу
від завад, викликаних дефіцитом світла.
На нижньому (польовому) рівні системи розташована оптико-електронна
підсистема, що включає промислову камеру з високочутливою КМОН-матрицею
та моторизований об'єктив. Фізичний світловий потік від об'єкта спостереження
проходить через оптичні лінзи та регульований отвір діафрагми, потрапляючи на
світлочутливі елементи матриці. Керування геометричним отвором діафрагми
здійснюється прецизійним сервоприводом (або кроковим двигуном), інтегрованим
у корпус об'єктива.
Середній рівень (рівень керування та обробки даних) розділений на два
взаємопов'язані блоки для оптимізації обчислювального навантаження:
1. Блок цифрової обробки відеосигналу: Являє собою
високопродуктивний обчислювальний модуль (вбудований комп'ютер
промислового виконання), який по високошвидкісному інтерфейсу GigE Vision
приймає первинні цифрові кадри з камери. На цьому модулі функціонує програмне
забезпечення, що реалізує адаптивний алгоритм локального підвищення контрасту
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 22

на основі оптимізованої моделі Retinex. Програма аналізує просторовий розподіл
яскравості кадру, виділяє низькочастотну компоненту освітленості сцени та
розраховує інтегральну похибку розбалансу яскравості.
2. Програмований логічний контролер (ПЛК): Для реалізації
детермінованого контуру керування та забезпечення високої надійності системи
використано ПЛК модульної архітектури Simatic S7-1200. Контролер зчитує
обчислені блоком обробки параметри розбалансу яскравості по промисловій
мережі EtherNet/IP. У процесорному модулі ПЛК реалізовано алгоритм
адаптивного ПІД-регулятора. Керуючий вплив із контролера передається на
модуль аналогового виводу, який формує стандартний сигнал напруги (0–10 В) для
драйвера сервоприводу діафрагми. Таким чином замикається апаратний контур
зворотного зв'язку: зміна освітленості викликає реакцію програмного алгоритму,
який через ПЛК змушує привід відкривати або закривати діафрагму, стабілізуючи
світловий потік.
Верхній рівень (рівень візуалізації та диспетчеризації) представлений
автоматизованим робочим місцем (АРМ) оператора на базі SCADA-системи.
SCADA-рівень зв'язаний з ПЛК та блоком цифрової обробки через стандартні
промислові протоколи передачі даних. На цьому рівні виконуються функції
моніторингу працездатності системи, відображення потокового відео (як
первинного, так і покращеного цифровим фільтром), виведення графіків динаміки
зміни експопараметрів, а також забезпечення можливості оперативного переходу з
автоматичного режиму регулювання на ручне керування виконавчим механізмом
діафрагми

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 23

Рисунок 3.1 – Схема електрична структурна

3.2 Розробка схеми електричної функціональної

Функціональна схема — це документ, що роз'яснює процеси, які протікають
в окремих функціональних колах виробу або установки в цілому. Вона є
експлікацією окремих видів процесів, що відбуваються в цілісних функціональних
блоках пристрою.
Для розробки функціональної схеми скористаємося технічним завданням та
розробленою раніше структурною схемою (див. рис. 3.2).
Мікроконтролер (МК) виконує функцію обробки даних у всьому пристрої. З
огляду на це, до нього повинні бути підключені всі функціонуючі вузли пристрою
для передачі інформації або управління.
Блок перетворення інтерфейсу реалізує функцію передачі, прийому та
перетворення сигналів ІРПС (інтерфейс радіально-послідовний) в інтерфейс, що
розпізнається мікроконтролером. Відповідно, у схемі реалізовані приймач та
передавач ІРПС, які забезпечують зв'язок з ЕОМ.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 24

Датчик температури та вологості виконує вимірювання температури та
відносної вологості всередині камерної установки (КУ). Сигнали з відповідною
інформацією надсилаються на МК для подальшої обробки та діагностики стану
герметичного корпусу.
Блок живлення реалізує всі необхідні постійні напруги для функціонування
вузлів у пристрої. Сформовано дві незалежні напруги +5В для роботи цифрових
мікросхем і передавача ІРПС, а також різнополярну напругу +12В та -12В для
забезпечення роботи електродвигуна камерної установки.
Блок аналого-цифрового перетворення (АЦП) виконує функцію
перетворення аналогового телевізійного відеосигналу в цифрову форму для
подальшої обробки в МК. Оскільки відеосигнал містить значну кількість
високочастотних складових, його пряме оцифрування вимагало б великої частоти
дискретизації. Для уповільнення процесу між входом відеосигналу та АЦП
встановлено інтегруючу ланку (ФНЧ). На виході ФНЧ формується усереднена
напруга відеосигналу, що є оптимальною для визначення середньої яскравості. Для
коректної роботи пристрою передбачено два інтегруючих ланцюги (для режиму
стеження та режиму регулювання), вибір між якими здійснюється за допомогою
Ключової схеми.
Блок управління електродвигуном КУ реалізує функцію подачі
різнополярної напруги на виводи шагового електродвигуна КУ для обертання за
або проти годинникової стрілки (відкриття/закриття діафрагми). Для комутації
використовуються мікроелектронні реле, якими керує МК.
Оскільки наявність механічного електродвигуна робить систему інерційною,
виникає потреба в нівелюванні помилки регулювання. Для цього введено ще два
додаткові інтегруючі ланцюги (ФНЧ) безпосередньо на тракті управління, перед
реле електродвигуна.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 25

Рисунок 3.2 – Схема електрична цункціональна

3.3 Вибір елементної бази

Для технічної реалізації розробленої функціональної схеми пристрою
автоматичного регулювання діафрагми камери було здійснено підбір сучасної
елементної бази. З урахуванням вимог уніфікації виробництва та надійності роботи
в ізольованому середовищі, обрано такі компоненти:
• Мікроконтролер: Функції центрального процесора обробки даних та
координації всіх вузлів виконує 8-бітний мікроконтролер ATmega1284p
архітектури AVR від фірми Atmel. Він обраний як оптимальне рішення для систем
управління, що не потребують екстремально високих тактових частот, але мають
суворі вимоги до енергоспоживання.
• Аналого-цифровий перетворювач: Для переведення інтегрованого
аналогового відеосигналу в цифрову форму обрано АЦП AD7457 фірми Analog
Devices. Дана мікросхема має розрядність 12 біт, низьке енергоспоживання та
передає дані в мікроконтролер по послідовному інтерфейсу SPI.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 26

• Операційні підсилювачі: Для побудови активних фільтрів нижніх
частот (інтегруючих ланок), які здійснюють усереднення композитного
відеосигналу та згладжування помилок регулювання, використано дві
чотириканальні мікросхеми AD4891-4 від Analog Devices.
• Ключова мікросхема: Надійне підключення необхідних інтегруючих
ланок та швидке скидання (розряджання) накопичувальних конденсаторів у колах
зворотного зв'язку реалізовано за допомогою аналогових швидкодіючих ключів
ADG841 та ADG842 від Analog Devices.
• Оптичний ізолятор: Гальванічна развязка цифрових кіл
мікроконтролера від зовнішніх завад у лінії зв'язку радіально-послідовного
інтерфейсу (ІРПС) виконана на базі оптопари H11L1 виробництва Motorola.
Мікросхема містить інфрачервоний світлодіод і приймач із тригером Шмідта, що
додатково забезпечує апаратну інверсію сигналу.
• Мікроэлектронне реле: Оскільки порти мікроконтролера не можуть
безпосередньо комутувати струми для живлення двигуна камери, як силові ключі
обрано реле PVG612 від International Rectifier. Воно працює на базі безконтактних
MOSFET-перемикачів і використовується у схемі для подачі різнополярної
напруги на кроковий електродвигун IG16GM.
• Датчик температури та вологості: Для безперервної самодіагностики і
контролю герметичності корпусу камерної установки застосовано цифровий
датчик SHT-10 фірми Sensirion, який підключається безпосередньо до
мікроконтролера по двопровідному інтерфейсу.
• DC/DC перетворювачі: Для трансформації зовнішньої напруги
живлення комплексу +48 В у стабілізовані внутрішні номінали обрано модулі
фірми Aimtec : AM3T-4812DZ (для формування різнополярних \pm12 В живлення
двигуна) , AM3T-4805SZ (для живлення основної логіки +5 В) та ізольований
перетворювач AM1D-0505SZ (для захисту лінії передавача ІРПС від цифрових
шумів плати).

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 27

3.4 Розробка схеми електричної принципової системи

Електрична принципова схема визначає повний склад електричних
елементів пристрою, їхні взаємозв'язки і служить основою для розробки друкованої
плати та монтажних документів. Нижче наведено детальний опис розробки
окремих функціональних вузлів принципової схеми розроблюваного пристрою
автоматичного регулювання діафрагми камери.
Вузол формування напруг та фільтрів живлення
Пристрій отримує живлення від зовнішнього джерела постійного струму
напругою (48 ± 2, 4) В. Для формування необхідних для роботи логіки та виконавчих
механізмів номіналів напруг (+5 В, ±12 В) застосовуються три типи DC/DC
перетворювачів.
Для виключення взаємного завадового впливу окремих пристроїв
телевізійного комплексу по лініях живлення, на вході схеми встановлюється П-
подібний фільтр, що складається з конденсаторів ємністю 0,1 мкФ та котушки
індуктивності номіналом 22 мкГн.

Рисунок 3.3 — Схема П-фильтра)
Для згладжування високочастотних пульсацій безпосередньо на виходах
DC/DC перетворювачів встановлюються конденсатори ємністю 10 мкФ та 0,1 мкФ
відповідно до рекомендацій виробника елементної бази. При цьому ємність на 10
мкФ на печатній платі має розміщуватися якомога ближче до перетворювача.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 28

Рисунок 3.4 — Принципова схема підключення DC/DC перетворювача

Вузол перетворювача інтерфейсу ІРПС
Службовий зв'язок з оператором ЕОМ реалізується через радіально-
послідовний інтерфейс (ІРПС), побудований за принципом струмової петлі.
Враховуючи інвертовану логіку лінії комплексу (де за високий рівень прийнято
струм менше 2 мА, а за низький — більше 15 мА з метою контролю цілісності лінії),
схема перетворювача виконує дискретну інверсію рівнів та узгодження струмових
сигналів із рівнями напруги мікроконтролера.
Для гальванічної розв'язки тракту застосовано оптопару H11L1. Схема
приймача містить вхідний дільник струму на базі резисторів (R1 = 280 Ом, R2 = 150
Ом) та захисний діод для запобігання наведеним імпульсним завадам у лінії зв'язку.

Рисунок 3.5 — Схема дільника струму

Рисунок 3.6 — Принципова схема приймача ІРПС
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 29

Схема передавача ІРПС використовує транзисторні ключі підвищення й
пониження рівня на базі транзистора BC847, керовані з порту TXD
мікроконтролера. На виході оптопари реалізовано керований генератор струму на
базі біполярного транзистора BC857 p-n-p провідності для забезпечення
стабільного вихідного струму 20 мА в лінію зв'язку оператора.

Рисунок 3.7— Схема підвищення та зниження логічного рівня

Рисунок 3.8 — Схема генератора струму ІРПС

Рисунок 3.9 — Принципова схема передавача ІРПС
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 30

Блок перетворення відеосигналу та інтегруючі каскади
Для виділення інформації про середню яскравість зображення та
нівелювання впливу короткочасних завад (наприклад, відблисків від об'єктів або
пропливаючої підводної фауни) композитний відеосигнал потребує часового
усереднення за допомогою інтегруючих ланок на базі операційних підсилювачів. У
системі реалізовано два окремі режими обробки:
1. Режим стеження (слежения): час усереднення становить близько 1 с, що
дозволяє пропускати швидкі завади, але реагувати на тривалу зміну фонової
освітленості. Інтегруючий каскад побудовано на базі ОУ AD4891 з
постійною часу τ = 0,5 с ( R = 1 МОм, C = 0,5 мкФ). Оскільки схема є
інвертуючою, застосовано додатковий повторювач-інвертор з коефіцієнтом
підсилення K = 1.

Рисунок 3.10 — Схема інтегратора ОП

Рисунок 3.11 — Схема інтегруючого каскаду
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 31

2. Режим регулювання (регулировки): для запобігання автоколиванням та
перерегулюванню через механічну інерційність двигуна, інформація про яскравість
має оновлюватися значно швидше — кожні 0,01 с. Для цього спроєктовано каскад
зі схемою примусового розряду накопичувального конденсатора в колі зворотного
зв'язку на основі аналогового ключа ADG841. Постійна часу становить τ =1 мс (
R =10 кОм, C = 0,1 мкФ), де в межах циклу 4 мс відведено на заряд (установлення
напруги), 5 мс на стабільне вимірювання з АЦП та 1 мс на керований
мікроконтролером розряд ємності через ключ.

Рисунок 3.12 — Схема інтегруючого каскаду зі схемою розряду

Комутація та безпосередній вибір робочого тракту обробки (стеження або
регулювання) здійснюється за допомогою комбінації аналогових ключів ADG841
та ADG842 за єдиною командою від порту PC0 мікроконтролера.

Рисунок 3.13— Ключова схема вибору інтегруючого каскаду

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 32

Схема підключення датчика температури та вологості
Для безперервного моніторингу герметичності корпусу камерної установки
використовується цифровий датчик SHT10. Виводи живлення (VDD) та землі
(GND) підключаються до внутрішнього DC/DC перетворювача +5 В. Лінії
тактування (SCK) та послідовних даних (DATA) з'єднуються з відповідними
портами мікроконтролера. Оскільки вихід даних датчика виконано за схемою з
відкритим колектором, лінію DATA додатково підтягнуто до шини живлення +5 В
через резистор номіналом 10 кОм.

Рисунок 3.14 — Схема підключення мікросхеми SHT10)

Інтегруюча ланка нівелювання похибки регулювання
Наявність крокового двигуна IG16GM робить систему автоматичного
регулювання інерційною, що викликає появу динамічної похибки позиціонування.
Механічна вибігання ротора після припинення подачі імпульсів струму становить
близько 300–400 мкс. Для апаратного нівелювання цієї помилки перед силовим
вузлом комутації двигуна інтегровано додаткову RC-ланку з постійною часу 1 мс,
що реалізована на базі номіналів R = 1 кОм та C =1 мкФ.
Схема підключення мікроконтролера
Для забезпечення стабільного функціонування та взаємодії всіх
периферійних вузлів розроблено повну схему обв'язки мікроконтролера
ATmega1284p відповідно до рекомендацій виробника:
• Усі виводи живлення підключені до внутрішньої мережі +5 В, а виводи
землі — до цифрової землі пристрою, при цьому шина живлення розв'язана
конденсатором ємністю 0,1 мкФ.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 33

• Для тактування процесорного ядра на частоті 20 МГц до виводів
XTAL1 та XTAL2 підключено кварцовий резонатор типу HC-49U із двома
заземленими конденсаторами ємністю по 22 пФ.
• Вивід апаратного скидання RST підтягнутий до лінії стабільного
живлення +5 В через резистор номіналом 3,3 кОм.
• Інтерфейс SPI зовнішнього 12-бітного АЦП AD7457 підключено до
апаратних виводів: лінія DATA з'єднана з портом PB6 (MISO), тактова частота SCK
— з портом PB7 (SCK), а сигнал вибору кристалу CS — з портом PB4.
• Тракти приймача та передавача ІРПС з'єднані з апаратним блоком
USART МК: виводи оптопар підключені до портів PD0 (RXD) та PD1 (TXD)
відповідно.
• Датчик температури та вологості SHT10 підключено до вільної
інженерної периферії: порт PB3 використовується для генерації тактових імпульсів
синхронізації, а порт PC2 — як двонаправлена лінія передачі даних.
• Для управління блоком комутації на базі мікроелектронних реле
PVG612 виділено порти PD2 (для подачі позитивної полярності напруги 12 В на
двигун) та PD3 (для подачі негативної полярності, що забезпечує зміну напрямку
обертання).
• Керування аналоговими ключами вибору тракту інтегрування
підключено до цифрового порту PC0, а подача імпульсів на розряд конденсатора
— до порту PC1.
• Для внутрішньосхемного програмування мікроконтролера лінії
інтерфейсу SPI та вивід RST виведені на окремий стандартний роз'єм на друкованій
платі.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 34

Рисунок 3.15 — Схема підключення мікроконтролера

Загальна схема пристрою показана на рисунку 3.16

Рисунок 3.16— Схема електрична принципова пристрою

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 35

4 Розрахунок основних вузлів схеми

Для забезпечення стабільної та надійної роботи розробленої системи
автоматичного налаштування яскравості відеозображення необхідно провести
розрахунок параметрів ключових аналогових та цифро-аналогових вузлів, зокрема:
приймально-передавального тракту інтерфейсу зв'язку, інтегруючих ланок
(фільтрів нижніх частот) та підсистеми живлення.

4.1. Розрахунок параметрів приймально-передавального тракту ІРПС

У розроблюваній системі для зв'язку з оператором використовується
радіально-послідовний інтерфейс (ІРПС), який працює за принципом «струмової
петлі». Для забезпечення контролю цілісності лінії в системі застосовано
інвертовану логіку: за високий логічний рівень прийнято струм менше 2 мА, а за
низький логічний рівень — струм 20 мА.
Розрахунок вхідного кола (приймача):
Для гальванічної розв'язки використовується оптопара H11L1. Згідно з
вольт-амперною характеристикою її інфрачервоного світлодіода, за робочу точку
при температурі 25 °C обрано прямий струм IF = 10 мА, при якому падіння напруги
на діоді становить ULED = 1, 2 В.
Напруга в лінії зв'язку при струмі 20 мА становить Uline = 2,7 В. Для
забезпечення номінального струму через світлодіод використовується резистивний
дільник струму (резистори R1 та R2). Падіння напруги на обмежувальному
резисторі R2 становить:
UR2 = Uline −ULED 4.1

UR2 = 2,7 −1,2 =1,5 В
Знаходимо номінал резистора R2 для забезпечення струму 10 мА:
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 36

R2 = U R2
I 4.2
F

R2 = 1,5 =150 Ом
0,01
На шунтуючому резисторі R1 падає вся напруга лінії (2,7 В), і через нього
має протікати залишковий струм лінії (20 мА - 10 мА = 10 мА):
R1 = Uline
I 4.3
R1

R1 = 2,7 = 270 Ом
0,01
Зі стандартного ряду номіналів обираємо найближче значення R1 = 280 Ом.
Розрахунок вихідного кола (передавача):
Для керування лінією передачі використовується транзисторний ключ на
базі біполярного транзистора BC847 (n-p-n). Напруга база-емітер у режимі
насичення становить UBE = 0,76 В (при IK = 20 мА та T = 25 °C).
Номінал базового резистора для відкриття транзистора логічною одиницею
мікроконтролера (5 В) розраховується як:
R = UMCU −UBE
B
I 4.4
B

R 5 − 0,76
B = = 42400 Ом
0,0001
Для гарантованого введення транзистора в глибоке насичення та уникнення
рідкісних номіналів, опір базового резистора знижено до стандартного значення
RB =1 кОм. У цьому випадку струм бази становитиме:
I 5
B = = 5 мА
1000
Цей струм є абсолютно безпечним для порту мікроконтролера
ATmega1284p (максимальний струм порту 40 мА) і гарантує надійну роботу ключа.
Для стабілізації вихідного струму в лінію на рівні 20 мА на виході оптопари
застосовано генератор струму на транзисторі BC857 (p-n-p). Опір
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 37

струмозадавального резистора R3 розраховується виходячи з напруги зміщення
бази:
R3 = UR1 −UBE
I 4.5
line

R3 = 2, 23− 0,76 = 73,5 Ом
0,02
Зі стандартного ряду E24 обираємо R3 = 75 Ом.

4.2. Розрахунок параметрів інтегруючих ланок (ФНЧ)
Для знаходження середньої яскравості відеосигналу та усунення
високочастотних завад (шумів матриці, відблисків) застосовуються аналогові
інтегруючі ланки на базі операційних підсилювачів AD4891-4. Час накопичення
енергії (усереднення) визначається постійною часу τ :

τ = R ⋅C 4.6

1. ФНЧ для режиму стеження:
У цьому режимі система має ігнорувати короткочасні зміни освітленості.
Заданий час усереднення становить τ = 0,5 с.
Задавшись опором резистора R = 1 МОм, розрахуємо необхідну ємність
конденсатора зворотного зв'язку:
C = τ
R 4.7

C = 0,5 = 0,5 ⋅10−6 = 0,5 мкФ
1⋅106
2. ФНЧ для режиму регулювання:
У цьому режимі двигун активно змінює діафрагму, тому дані про яскравість
повинні оновлюватися швидко (кожні 10 мс) для запобігання перерегулюванню.
Задамо постійну часу τ =1 мс.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 38

Оберемо опір резистора R =10 кОм, тоді ємність становитиме:

C = 0,001
3 = 0,1⋅10−6 = 0,1 мкФ
10 ⋅10
3. ФНЧ для нівелювання похибки інерційності двигуна:
Механічна інерційність (час вільного обертання ротора після зняття
напруги) для крокового двигуна IG-16GM становить близько 300–400 мкс. Для
апаратного згладжування цієї похибки перед каскадом управління реле
встановлено інтегруючу ланку з τ =1 мс.
Прийнято номінали: R = 1 кОм, C =1 мкФ.

4.3. Розрахунок потужності та вибір перетворювачів живлення (DC/DC)

Пристрій живиться від зовнішньої мережі постійного струму +48 В. Для
розрахунку необхідної потужності внутрішніх DC/DC перетворювачів визначимо
споживання основних вузлів.
1. Живлення виконавчого механізму (електродвигуна):
Для роботи двигуна об'єктива IG-16GM потрібна напруга 12 В та струм 85
мА. Споживана потужність:

Pmot =12 ⋅0,085 = 1,02 Вт

Для забезпечення реверсивного обертання та надійного запасу потужності
обрано ізольований DC/DC перетворювач AM3T-4812DZ потужністю 3 Вт із
двополярним виходом ±12 В..
2. Живлення логічної частини (+5 В):
Розрахуємо сумарну споживану потужність цифрової та аналогової
мікроелектроніки при напрузі живлення 5 В:
• Мікроконтролер ATmega1284p: 40 мВт
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 39

• АЦП AD7457: 1,5 мВт
• Операційні підсилювачі (2 шт. AD4891-4): 88 мВт
• Оптопари (2 шт. H11L1): 250 мВт
• Мікроелектронні реле (2 шт. PVG612): 140 мВт
• Аналогові ключі та датчики: < 5 мВт
Загальна потужність логічної частини:
Plog ≈ 40 +1,5 + 88 + 250 +140 + 5 = 524,5 Вт
З урахуванням коефіцієнта навантаження (не більше 0,8 для промислових
систем) обрано DC/DC перетворювач AM3T-4805SZ потужністю 3 Вт.
3. Живлення гальванічної розв'язки ІРПС:
Для ізоляції передавача ІРПС від цифрових шумів плати використовується
окреме живлення. При струмі лінії 20 мА та напрузі 5 В споживана потужність
становить:
Piso = 5 ⋅0,02 = 0,1 Вт
Для цієї мети обрано мініатюрний DC/DC перетворювач AM1D-0505SZ
потужністю 1 Вт.

4.4. Розрахунок амплітудно-частотної характеристики (АЧХ)
інтегруючих ланок

Спроєктовані в підрозділі 4.2 інтегруючі ланки на базі операційних
підсилювачів за своєю фізичною суттю є активними фільтрами нижніх частот
(ФНЧ) першого порядку. Їх головне завдання — пропускати низькочастотну
корисну складову відеосигналу (загальну яскравість фону) та пригнічувати
високочастотні завади (відблиски, матричний шум, дрібні рухомі об'єкти).
Основним параметром, що визначає ефективність фільтрації, є частота зрізу
( fc ), при якій амплітуда вихідного сигналу зменшується в 2 разів (або на -3 дБ).
Частота зрізу для RC-фільтра розраховується за класичною формулою:
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 40

fc = 1
2π ⋅ R ⋅C 4.8

1. Аналіз ФНЧ режиму стеження:
Для цього режиму було обрано номінали R = 1 МОм (106 Ом) та C = 0,5 мкФ
( 0,5 ⋅10−6 Ф). Розрахуємо частоту зрізу:
f 1 1
c1 = = ≈ 0,318 Гц
2 ⋅3,14 ⋅106 ⋅0,5 ⋅10−6 3,14
Висновок: Частота зрізу 0,318 Гц означає, що фільтр повністю згладжує
будь-які зміни освітленості, що відбуваються швидше, ніж за 3 секунди. Це
ідеально підходить для нівелювання раптових спалахів від дрібних об'єктів.
2. Аналіз ФНЧ режиму регулювання:
Для активного керування двигуном обрано R =10 кОм (104 Ом) та C = 0,1
мкФ (10−7 Ф).
fc2 = 1 1
2 ⋅3,14 ⋅104 ⋅10−7 = ≈ 159,15 Гц
0,00628
Висновок: Частота зрізу ~159 Гц дозволяє ефективно відфільтрувати
високочастотний квантовий шум самої КМОН-матриці (який лежить у
мегагерцовому діапазоні), але при цьому вільно пропускає корисний сигнал у
мілісекундному діапазоні, забезпечуючи миттєву реакцію приводу діафрагми.

4.5. Аналіз теплового режиму роботи силових елементів

Оскільки система проєктується для роботи в герметичному корпусі
камерної установки (де відсутня природна конвекція повітря), критично важливим
є розрахунок тепловиділення (дисипації) силових компонентів для уникнення їх
перегріву.
Найбільш теплонавантаженим елементом системи є DC/DC перетворювач
AM3T-4812DZ, який живить електродвигун.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 41

Розрахуємо потужність втрат (тепловиділення) P_d за умови максимального
навантаження Pout =1,02 Вт та паспортного коефіцієнта корисної дії (ККД)
перетворювача η = 80% (0,8):
P = P ⋅ 1 
d out  −1
η  4.9


Pd = 1,02 ⋅ 1
 −1 = 1,02 ⋅0,25 = 0,255 Вт
 0,8 
Визначимо температуру кристала (переходу) мікросхеми Tj . Для
стандартних корпусів типу DIP тепловий опір «кристал-середовище» становить
RthJA ≈ 50 °C/Вт. Максимальна температура повітря всередині камери (за ТЗ) Ta = 50
°C.
Tj = Ta + (Pd ⋅ RthJA ) 4.10

Tj = 50 +12,75 = 62,75 °C
Висновок: Розрахункова температура кристала становить 62,75 °C, що
значно нижче максимально допустимої робочої температури перетворювача (+85
°C). Отже, використання додаткових алюмінієвих радіаторів охолодження для
даного пристрою не потрібне, тепловідведення природним шляхом через мідні
полігони друкованої плати є повністю достатнім.

4.6. Розрахунок надійності системи

Для відповідальних комп'ютерно-інтегрованих систем базовим показником
надійності є імовірність безвідмовної роботи P(t) та середній час наробітку на
відмову (MTBF, T0 ). Оскільки відмова будь-якого компонента (МК, живлення,
АЦП) призводить до втрати працездатності пристрою в цілому, розрахунок
ведеться за послідовною логічною моделлю.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 42

Інтенсивність відмов системи λsys дорівнює сумі інтенсивностей відмов її
складових частин. На основі довідкових даних (MIL-HDBK-217F) для інтегральних
мікросхем промислового класу при T = 50 °C приймемо такі усереднені значення
інтенсивностей відмов ( λi , 1 / год ):
• Мікроконтролер (DD1): 1,0 ⋅10−7
• DC/DC перетворювачі (сумарно 3 шт.): 3,0 ⋅10−6
• АЦП та ОУ (сумарно): 0,5 ⋅10−6
• Мікроелектронні реле та оптопари: 0,8 ⋅10−6
• Пасивні елементи (резистори, конденсатори): 0, 2 ⋅10−6
Сумарна інтенсивність відмов системи:
λ = (1,0 + 3,0 + 0,5 + 0,8 + 0,2) ⋅10−7
sys = 5,5 ⋅10−6 1/ год
Розрахуємо середній час наробітку на відмову (T0 ):
T0 = 1
λ 4.11
sys

T 1
0 = ≈181818 годин
5,5 ⋅10−6
Отримане значення (понад 20 років безперервної роботи) повністю
задовольняє вимоги до промислових засобів автоматизації.
Розрахуємо імовірність безвідмовної роботи пристрою протягом 1 року
безперервної експлуатації (t = 8760 годин) за експоненціальним законом
надійності:
P(t) = e−λsys ⋅t 4.12

P(t) = e−5,5⋅10−6 ⋅8760 = e−0,04818 ≈ 0,953
Висновок: З імовірністю 95,3% розроблений пристрій відпрацює 1 рік (24/7)
без жодної апаратної поломки, що свідчить про високу стійкість обраної
схемотехніки та елементної бази.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 43

4.7 Розробка програмного забезпечення системи

Програмне забезпечення (ПЗ) мікропроцесорної системи автоматичного
регулювання розробляється для вбудованого мікроконтролера DD1
(ATmega1284p). Головною функцією ПЗ є координація роботи всіх периферійних
вузлів, зчитування та обробка аналогових і цифрових даних, а також формування
детермінованих у часі керуючих сигналів для виконавчого механізму в режимі
жорсткого реального часу.
Загальна структура та алгоритм функціонування головної програми
Програма побудована за класичною архітектурою для вбудованих систем:
після подачі живлення або апаратного скидання (Reset) виконується лінійний блок
ініціалізації, після чого керування передається в нескінченний операційний цикл
(while(1)).
Блок ініціалізації виконує такі операції:
• Налаштування напрямку роботи розрядів портів введення-виведення
(DDRxUSART для зв'язку по лінії ІРПС.
• Конфігурація модуля SPI для роботи з аналого-цифровим перетворювачем.
• Налаштування таймера-лічильника Timer1 для генерації дискретних
інтервалів часу.
• Дозвіл глобальних переривань.
Головний цикл програми реалізує дворівневу .логіку (режим стеження та
режим регулювання), перемикання між якими залежить від стану прапорів, що
надходять від оператора через інтерфейс зв'язку.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 44

Рисунок 4.1 — Блок-схема алгоритму функціонування головної програми

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 45

Алгоритм ініціалізації периферійних модулів мікроконтролера
Для забезпечення взаємодії з апаратною частиною плати, конфігураційні
регістри мікроконтролера налаштовуються таким чином:
1. Порти введення-виведення (GPIO):
o Регістр DDRB налаштовується на вихід для пінів PB4( CSАЦП),PB7 (
SCK АЦП) та PB3 (CLK датчика). Пін PB6(MISO) налаштовується на вхід.
o Регістр DDRC визначає піни PC0 (керування ключем вибору каскаду)
та PC1 (імпульс розряду) як виходи. Пін PC2 ( DATA датчика) динамічно змінює
напрямок у процесі обміну.
o Регістр DDRD встановлює піни PD1 ( TXD ), PD2 ( Mot+ ) та PD3 ( Mot- )
як виходи, а пін PD0 ( RXD ) — як вхід.
2. .Модуль USART (Інтерфейс ІРПС):
o Для забезпечення заданої швидкості обміну (наприклад, 9600 бод) при
тактовій частоті fosc = 20 ÌÃö у регістр UBRR1 записується розраховане значення
константи ділення.
o У регістрі UCSR1B вмикаються дозволи прийому ( RXEN1), передачі (
TXEN1) та переривання по завершенню прийому кадру ( RXCIE1).
o Регістр UCSR1C встановлює асинхронний режим роботи, формат
кадру: 8 біт даних, 1 стоп-біт, без контролю парності.
3. Модуль SPI (Зв'язок з АЦП AD7457):
o Управління здійснюється через регістр SPCR. Мікроконтролер
налаштовується як провідний пристрій ( MSTR ).
o Встановлюється режим роботи SPI Mode 3 ( CPOL = 1, CPHA =1), що
відповідає часовим діаграмам зчитування АЦП AD7457. Швидкість тактування
задається переддільником частоти на 16.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 46

Рисунок 4.2 — Алгоритм ініціалізації мікроконтролера

Алгоритм взаємодії з аналого-цифровим перетворювачем
Зчитування інформації про середню яскравість відеосигналу з 12-бітного
АЦП DD2 виконується циклічно. Програмна функція реалізує послідовний
протокол обміну по шині SPI:
1. На виводі PB4 ( CS ) формується низький логічний рівень, що активує
АЦП та запускає процес квантування аналогової напруги.
2. Програма здійснює послідовне читання двох байт даних шляхом запису
dummy-байту в регістр SPDR та очікування прапора закінчення передачі SPIF у
регістрі SPSR.
3. Отримані 16-бітні дані зсуваються ліворуч, а службові біти маскуються
за допомогою порозрядної кон'юнкції ( AND ).
4. На виводі PB4 встановлюється високий рівень, переводячи АЦП у
режим очікування.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 47

Рисунок 4.3 — Блок-схема алгоритму читання даних з АЦП

Алгоритм програмного обміну з датчиком SHT10
Оскільки цифровий датчик температури та вологості SHT10 використовує
пропрієтарний двопровідний інтерфейс, протокол обміну реалізовано програмним
методом (Bit-Banging) через маніпуляцію станами виводів PB3 (SCK ) та PC2(DATA ).
Алгоритм містить такі етапи:
1. Генерація стартової послідовності (Transmission Start): при
високому рівні на лінії SCK здійснюється перемикання лінії DATA з високого на
низький рівень, після чого слідує такт SCK і повернення DATA у високий стан.
2. Передача команди: побітово передається 8-бітний код команди
(наприклад, 0x03 для вимірювання температури або 0x05 для вологості). Після 8-
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 48

го такту лінія PC2переводиться на вхід для зчитування біту квитування ( ACK ) .від
датчика.
3. Очікування завершення вимірювання: датчик підтягує лінію DATA
до низького рівня після завершення внутрішнього аналого-цифрового
перетворення (час очікування до 80 мс).
4. Зчитування результату: програма тактує лінію SCK і зчитує 2 байти
даних, підтверджуючи прийом кожного байту генерацією імпульсу ACK .

Рисунок 4.4 — Блок-схема алгоритму взаємодії з датчиком SHT10

Алгоритм формування керуючих впливів на виконавчий механізм
У контурі автоматичного регулювання програма обчислює похибку
відхилення поточної яскравості Lcur від заданої уставки Lset :
e(t) = Lset − Lcur
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 49

На основі величини та знаку помилки e(t) приймається рішення про
активацію реверсивного крокового двигуна через порти PD2 ( MOT _ P ) та PD3 (
MOT _ N ):
• Якщо e(t) > ΔLdb (де ΔLdb — зона нечутливості алгоритму для
запобігання постійному смиканню механіки), виставляється високий рівень на PD2
для відкриття діафрагми.
• Якщо e(t) < −ΔLdb , активується пін PD3 для закриття діафрагми.
• В алгоритмі реалізовано жорсткий програмний захист від одночасного
ввімкнення обох каналів: перед активацією будь-якого напрямку протилежний пін
примусово скидається в нуль.
Вхідні команди, що надходять від оператора по USART, обробляються у
функції переривання ISR(USART1_RX_vect). Вони дозволяють змінювати
величину уставки Lset , вручну відкривати/закривати діафрагму або перемикати
постійну часу інтегрування через порт PC0.

Рисунок 4.5 — Блок-схема алгоритму формування команд управління
електродвигуном
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 50

5. Спеціальна частина

5.1 Технологія розробки друкованої плати

Для розробки електричної принципової схеми та друкованої плати
використовується сучасна система автоматизованого проектування (САПР) Altium
Designer 15. Процес проектування є комплексним і починається зі створення
власної бібліотеки компонентів, що входять до складу електронного модуля. Вона
складається з бібліотеки умовно-графічних позначень (УГП) та бібліотеки
посадкових місць (footprints). Під час розробки бібліотеки УГП створюється
позначення елементів на схемі разом із виводами. При цьому номер виводу і його
функціональне позначення мають строго збігатися з реальною документацією на
компонент.

Рисунок 5.1 – Умовно-графічне позначення мікросхеми H11L1 з нумерацією
виводів

Для розробки посадкових місць у САПР застосовується два основні підходи.
Перший — використання вбудованого редактора IPC Compliant Footprint Wizard.
Цей спосіб є найзручнішим у випадках, коли створюється посадкове місце з
поширеним (стандартним) типом корпусу. Необхідно вибрати тип корпусу, задати
у відповідних полях утиліти його фізичні розміри та кількість виводів, після чого
посадкове місце генерується автоматично. Другий спосіб — ручне створення
посадкового місця, що найчастіше застосовується у випадках, коли корпус
елемента є нестандартним або має специфічну форму виводів (що характерно,
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 51

зокрема, для вітчизняної елементної бази). На рисунку 6.2 зображено приклад
посадкового місця, розробленого за допомогою автоматичного редактора.

Рисунок 5.2 – Посадкове місце (footprint) мікросхеми ATmega1284p

Наступним етапом є компонування та розміщення елементів на площині
друкованої плати. Фізичний розмір друкованої плати задано як 100х100 мм. По
кутах плати передбачені монтажні отвори діаметром 3,2 мм для надійної фіксації
виробу в корпусі. Елементи доцільно розташовувати поблизу один від одного,
орієнтуючись на логіку схеми електричної принципової. Відстань між краями
елементів не повинна бути меншою за 0,2 мм через жорсткі технологічні
обмеження автоматизованого монтажу.
Після розстановки компонентів виконується трасування (розведення)
електричних з'єднань. Для забезпечення надійності та технологічності
виготовлення у САПР задано наступні обмеження (Design Rules): мінімальна
відстань (зазор) між провідниками одного шару становить 0,3 мм, а мінімальна
товщина сигнальних ліній також дорівнює 0,3 мм. Для формування провідників
ліній живлення рекомендується використовувати товщину не менше 0,5 мм або
суцільні мідні полігони. При трасуванні центрального мікроконтролера
ATmega1284p, для забезпечення його термічної стабільності та захисту від завад,
безпосередньо під корпусом створено мідний полігон, який підключено до кола
аналогової землі.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 52

Рисунок 5.3 – Верхній шар друкованої плати)

Рисунок 5.4 – Нижній шар друкованої плати
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 53

Для зручності конструкторської роботи САПР Altium Designer 15 надає
можливості розробки 3D-моделі друкованої плати. Це дозволяє наочно
продемонструвати фінальний вигляд виробу, перевірити відсутність механічних
колізій компонентів та точно розрахувати місце для монтажу плати всередині
корпусу.

Рисунок 5.5 – 3D модель друкованої плати

Безпосередньо самі друковані плати виготовляються з двошарового
фольгованого склотекстоліту міжнародного стандарту FR-4 товщиною 1,5 мм. Всі
радіоелементи кріпляться до друкованої плати за допомогою пайки. Процес
проводиться з використанням стандартного припою ПОС-61 за допомогою
слабкоактивованого флюсу ЛТІ-120, що забезпечує надійний контакт. Готові
зібрані плати покриваються електроізоляційним лаком УР-231 УХЛ 4.3, за
винятком областей розташування радіаторів охолодження та контактних роз'ємів.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 54

5.2 Соціально-економічні та етико-екологічні аспекти прийняття
технічних рішень

Впровадження сучасних комп'ютерно-інтегрованих систем автоматизації
вимагає від інженера не лише вирішення суто технічних завдань, але й
комплексного аналізу наслідків прийнятих рішень для суспільства, економіки та
навколишнього середовища. Розроблена система автоматичного регулювання
проектувалася з урахуванням концепції сталого розвитку, принципів соціальної
відповідальності та сучасних європейських стандартів інженерної етики.
З соціально-економічної точки зору, ефективність розробленої системи
визначається її здатністю кардинально покращити умови праці оперативного
персоналу. Повна автоматизація процесу налаштування та позиціювання усуває
необхідність постійного ручного втручання, що суттєво знижує зорове та
психоемоційне навантаження на людину. Це мінімізує вплив людського фактора,
знижує ймовірність помилок через втому та дозволяє перевести працівників на
виконання більш висококваліфікованих і безпечних аналітичних завдань.
Економічна доцільність проекту підтверджується використанням сучасної, але
доступної елементної бази, такої як мікроконтролер ATmega1284p та
стандартизовані промислові перетворювачі живлення. Завдяки високому
розрахунковому показнику надійності, що перевищує двадцять років безвідмовної
роботи, та відсутності необхідності в частому технічному обслуговуванні, система
забезпечує значну економію експлуатаційних витрат протягом усього свого
життєвого циклу.
Важливим етичним аспектом інженерної діяльності є створення безпечних,
прозорих та надійних систем, а також суворе дотримання професійних стандартів
розробки і принципів академічної доброчесності. У процесі виконання даної
кваліфікаційної роботи було застосовано свідомий та принциповий підхід до
вибору науково-технічної інформації, який полягає у повній відмові від
використання будь-яких наукових джерел, літератури та матеріалів російського
походження. Проектування базувалося виключно на оригінальній технічній
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 55

документації світових виробників мікроелектроніки, таких як Analog Devices,
Atmel, а також на міжнародних стандартах IEC та IEEE. Такий підхід не лише
відповідає етичним нормам сучасного суспільства, але й гарантує інтеграцію
розробки у передовий європейський та світовий технологічний контекст. Крім того,
етика розробника вимагає безумовного пріоритету безпеки. Саме тому програмне
забезпечення та апаратна частина спроектовані з багаторівневим захистом,
включаючи алгоритмічні зони нечутливості та апаратні блокування реверсу
двигуна, що унеможливлює аварійні ситуації та гарантує безпеку як для самого
обладнання, так і для персоналу.
Екологічна безпека та мінімізація негативного впливу електронної
апаратури на довкілля були закладені ще на початкових етапах проектування.
Система побудована на базі сучасних енергоефективних електронних компонентів,
завдяки чому загальне споживання логічної частини є мінімальним, що сприяє
зменшенню вуглецевого сліду під час довготривалої безперервної експлуатації
пристрою. Розроблена друкована плата та застосовані радіоелектронні деталі
орієнтовані на відповідність жорстким вимогам європейської директиви RoHS, яка
суворо обмежує використання свинцю, ртуті, кадмію та інших високотоксичних
речовин у промисловому виробництві. У перспективі серійного випуску
передбачається застосування виключно безсвинцевих технологій паяння.
Додатково, висока надійність компонентної бази та використання модульної
конструкції з роз'ємними з'єднаннями роблять пристрій високоремонтопридатним.
У разі виходу з ладу окремого вузла його можна легко замінити без необхідності
повної утилізації всієї системи, що безпосередньо відповідає сучасним екологічним
концепціям циркулярної економіки та сприяє глобальному зменшенню обсягів
електронного сміття.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 56

5.4 Охорона праці

Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають у приміщенні
проектно-технічного відділу
В даній роботі проводиться розробка системи автоматичного налаштування
яскравості відеозображення. Подібні роботи пов’язані з опрацюванням великої
кількості матеріалу, вивчення аналогічних проектів, проведенням математичних
розрахунків, створення схем та креслень, що потребує використання сучасної
комп’ютерної техніки.
Дослідження з цього проєкту проводяться працівниками проектно-
технічного відділу. Приміщення відділу має наступні геометричні розмірами:
довжина 8 м, ширина 5 м та висота 3 м. Площа всього приміщення складає 40 м2, а
об’єм - 120 м3. В приміщенні працюють чотири працівника, тому на одного
працюючого припадає 10 м2 площі та 30 м3 об’єму, що відповідає вимогам ДБН
В.2.2.28-2010 та НПАОП 0.00-7.15-18, відповідно до яких площа, виділена для
одного робочого місця з ПК, повинна складати не менше 6 м2, а об’єм - не менше
20 м3.
Висота робочої поверхні робочого столу працівника становить 70 cм, а
ширина і глибина - 115 і 80 cм відповідно, що дозволяє розташувати дисплей на
оптимальній відстані від очей користувача, що становить 60-70 см. Робочий стілець
підйомно-поворотний, поверхня сидіння м'яка, що дозволяє уникнути
передавлення судин на ногах. Висота поверхні сидіння регулюється в межах 40-50
см. Отже, організація робочого місця повністю задовольняє ергономічним вимогам
ДСТУ 8604:2015.
Мікроклімат виробничих приміщень - це сукупність параметрів повітря у
виробничому приміщенні, які діють на людину у процесі праці, на її робочому
місці, у робочій зоні. Фізичне навантаження працівників відділу слід віднести до
категорії Ιа, оскільки робота здійснюється сидячи та без фізичної напруги. До
параметрів мікроклімату відноситься температура повітря, відносна вологість
повітря та швидкість руху повітря. Параметри температури, відносної вологості і
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 57

швидкості руху повітря нормуються в комплексі. Нормативне значення залежить
від категорії важкості робіт та від періоду року. Розрізняють два періоди року:
холодний - середньодобова температура зовнішнього повітря +10°С і нижче,
теплий - середньодобова температура зовнішнього повітря понад +10°С.
Основним нормативним документом, що визначає параметри мікроклімату
виробничих приміщень є ДСН 3.3.6.042-99. Вказані параметри нормуються для
робочої зони - простору, обмеженого по висоті 2 м над рівнем підлоги чи
майданчика, на якому знаходяться робочі місця постійного або непостійного
(тимчасового) перебування працівників.
Основна роль у підтриманні оптимального теплового стану відводиться
терморегуляції, тобто процесам утворення тепла і віддачі тепла в зовнішнє
середовище, спрямованих на забезпечення термостабільності організму, тобто
підтримка внутрішньої температури тіла на постійному рівні.
Отже, для того щоб визначити, чи відповідає повітряне середовище даного
приміщення встановленим нормам, необхідно кількісно оцінити кожний його
параметр. Нормативні параметри мікроклімату для категорії Іа наведені в таблиці
5.1.

Таблиця 5.1 - Нормативні параметри мікроклімату для категорії роботи Iа
Відносна
Температура, Швидкість руху
Період Категорія вологість,
°С повітря, м/с
року роботи %
Опт. Доп. Опт. Опт. Допуст.
ХолоднийIа 22-24 21-25 40-60 0,1 ≤ 0,1
Теплий Iа 23-25 22-28 40-60 0,1 0,1-0,2

В таблиці 5.2 наведені фактичні параметри мікроклімату приміщення.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 58

Таблиця 5.2 - Фактичні значення параметрів мікроклімату
Теплий період Холодний період
Показник
року року
Температури повітря, °С 24 23
Відносна вологість повітря,% 55 52
Швидкість руху повітря, м/с 0,1 0,1

Отже, наведені фактичні значення мікроклімату задовольняють вимогам
ДСН 3.3.6.042-99.
Для підтримки оптимальної температури в теплий період року в приміщенні
відділу використовується 1 кондиціонер типу DELFA ADW-07C.
В холодний період року в приміщенні використовується система
центрального водяного опалення. Для забезпечення оптимальної температури в
холодний період року додатково використовуються 1 електричний обігрівач типу
Tiberis Classik.
Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм
людини в процесі праці, світло посідає одне з перших місць. Адже відомо, що
майже 90 % усієї інформації про довкілля людина одержує через органи зору.
Підчас здійснення будь-якої трудової діяльності втомлюваність очей, в основному,
залежить від напруженості процесів, що супроводжують зорове сприйняття.
Світло впливає не лише на функцію органів зору, а й на діяльність організму
в цілому. У разі поганого освітлення людина швидко втомлюється, працює менш
продуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків.
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід ураховувати не лише
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так, при світлому
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла),
різкість тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення. При надмірній
яскравості джерел світла та предметів, що знаходяться у полі зору, може статися
засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та неоднакова яскравість
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 59

навколишніх предметів призводять до частої преадаптації очей під час виконання
роботи і, як наслідок цього, до швидкого втомлення органів зору. Тому поверхні,
що добре освітлюються і перебувають у полі зору, краще фарбувати в кольори
середньої світлості, коефіцієнт відбиття яких знаходиться в межах 0,3-0,6; бажано,
щоб вони мали матову або напівматову поверхню.
Освітлення робочого приміщення нормується згідно ДБН В.2.5-28-2018
«Природне і штучне освітлення». Усі робочі місця працівників розташовані біля
вікна таким чином, щоб світло падало на робоче місце з лівого або правого боку.
Природне освітлення здійснюється через 2 вікна розмірами 1,4×2,06 м,
загальною площею - 5,8 м2. З метою розсіювання прямих сонячних променів, на
вікнах висять штори. Робота працівника відповідає розряду - ІІг, тобто дуже точній
зоровій праці. Нормативне значення КПО ен=1,5 %, а фактичне значення – 29-32 %,
що відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
Штучне освітлення приміщення здійснюється 4 растровими світильниками
Lumen ЛВО-02У-418, кожен з яких має 4 люмінесцентні лампи типу T8.
Фактичне значення величини штучного освітлення відділу становить 410
лк., а нормативне значення – 400 лк. Отже, система штучного освітлення відповідає
вимогам ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення».
Шум – це хаотична сукупність різних за силою і частотою звуків, що
заважають сприйняттю корисних сигналів. Під шумом розуміють усі неприємні та
небажані звуки (їх сукупність), які заважають нормально працювати, сприймати
потрібні звуки, відпочивати. Шум несприятливо впливає на людину і може
спричинити хворобливі наслідки: з'являються симптоми перевтоми, послаблюється
увага, підвищується нервова збудливість, знижується працездатність, порушується
робота шлунково-кишкового тракту. Шум - це одна з форм фізичного (хвильового)
забруднення природного середовища, адаптація до якого організму людини
практично не можлива.
В приміщенні основним джерелом шуму являються вентилятори системних
блоків ПК. Згідно вимог ДСН 3.3.6.037-99 «Державні санітарні норми виробничого
шуму, ультразвуку та інфразвуку» нормативне значення еквівалентного рівня
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 60

шуму становить 50 дБА. Шум від вентиляторів становить – 40-44 дБА, а отже
відповідає нормативним вимогам.
Категорія приміщення проектно-технічного відділу за вибухопоже-
жонебезпечністю відповідає типу В (пожежонебезпечна), а клас пожежі - Е (горіння
установок і обладнання, які знаходяться під напругою), А2 (горіння твердих
матеріалів яке не супроводжується тлінням), що відповідає ДСТУ Б В.1.1-36:2016.
В приміщенні знаходяться 1 переносний вуглекислотний вогнегасник ВВК-
5, який використовуються для гасіння легкозаймистих та горючих рідин,
електропроводок, що не відповідає Правилам експлуатації вогнегасників, згідно
яких на кожні 20 м2, площі приміщення повинен припадати 1 вогнегасник. Окрім
цього, в приміщенні відсутня система протипожежної сигналізації, що є грубим
порушенням правил пожежної безпеки НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної
безпеки в Україні» та ДБН В.2.5-56-2014 «Інженерне обладнання будинків і споруд.
Системи протипожежного захисту».
Для того, щоб уникнути нещасних випадків на робочому місці в установі
складені та проведені інструктажі з охорони праці та техніки електробезпеки
працівників (вступний, первинний, повторний, позаплановий, цільовий),
відповідно НПАОП 0.00-4.12-05.
Працівники проектно-технічного відділу проходять медогляд один раз на
два роки, що відповідає вимогам документу «Порядок проведення медичних
оглядів працівників певних категорій», затверджений наказом Міністерства
охорони здоров'я України від 21.05.2007 р. № 246.
Отже, аналіз умов праці робітників проектно-технічного відділу показав, що
всі фактори виробничого середовища, відповідають своїм нормативним значенням
але необхідно розробити та впровадити систему протипожежних заходів для
зменшення імовірності виникнення пожежі на підприємстві.

Розробка протипожежних заходів на підприємстві
Забезпечення пожежної безпеки підприємств, як об’єктів з масовим
перебуванням людей, є важливим завданням органів державного пожежного
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 61

нагляду. Як показує практика незважаючи на заходи, що приймаються керівниками
цих установ, протипожежний захист залишається на низькому рівні.
Отже, можна запропонувати такі заходи, щодо уникнення пожежних
ситуацій:
1) організувати навчання працівників правилам пожежної безпеки,
спрямованих на запобігання пожежам, забезпечення безпеки людей, зниження
можливих майнових втрат і зменшення негативних екологічних наслідків у разі
виникнення пожеж, створення умов для швидкого виклику пожежних підрозділів
та успішного гасіння пожеж;
2) розробити і вивісити на видних місцях плани евакуації людей, який
встановлює обов'язки і дії працівників закладів і установ на випадок виникнення
пожежі;
3) ознайомити всіх працівників з порядком оповіщення людей про пожежу,
для запобігання надзвичайних ситуацій;
4) працівники об’єкта мають бути ознайомлені з вимогами протипожежного
режиму на протипожежних інструктажах із записом у журналі з зазначенням
особистого підпису;
5) визначити і обладнати місця для паління, за для запобігання виникнення
пожежі;
6) двері горищ, підвальних приміщень, технічних поверхів, венткамер,
електрощитових слід утримувати зачиненими. На дверях цих приміщень повинно
бути вказане місце знаходження ключів;
7) обладнати сходові марші евакуаційним освітленням, щоб при виникненні
пожежі працівники могли бачити дорогу до виходу;
8) влаштувати систему вентиляції вогнезатримуючими клапанами в місцях
приєднання поверхових повітроводів до вертикального колектору, для затримки
потрапляння вогню до приміщення;
9) вогнегасники в місцях розміщення не повинні створювати перешкоди під
час евакуації людей. Переносні вогнегасники слід розміщувати шляхом
навішування за допомогою кронштейнів на вертикальні конструкції на висоті не
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 62

більше 1,5 м від рівня підлоги до нижнього торця вогнегасника і на відстані від
дверей, достатній для їх повного відчинення, або встановлювати у пожежні шафи
поруч з пожежними кранами на пожежні щити та стенди, підставки чи спеціальні
тумби;
10) у разі пожежі ліфти й підйомники повинні опускатися на перший поверх
автоматично, відчинятися й відключатися, для безпеки працівників.
Будівля підприємства відноситься до першого класу відповідальності та
другого (II) ступеню вогнестійкості.
З першого поверху підприємства необхідно, щоб було чотири
розосереджених евакуаційних виходи, що відповідає вимогам ДБН В.1.1-7-2016.
Сходові клітини повинні сполучаються коридорами через протипожежні
тамбур-шлюзи 1-го типу з натиском повітря 20 Па. В ці сходові клітини
забезпечується натиск повітря при пожежі - 40 Па, влаштовується евакуаційне
аварійне освітлення з автономними елементами живлення. Дверні пройми
протипожежних тамбур-шлюзів з боку коридорів, та самі тамбур-шлюзи
захищаються спринклерними водяними завісами, що відповідає вимогам ДБН
В.1.1-7-2016.
На поверхах в коридорі необхідно, щоб були встановлені перегородки з
протипожежними дверима з межею вогнестійкості 35 хвилин, що відповідає
вимогам ДБН В.2.2-9-2009.
Для забезпечення безперебійної подачі води на господарсько-побутові та
протипожежні потреби необхідно обладнати два вводи водопроводу, з міської
водопровідної системи.
Пожежні шафи на пожежних стояках повинні обладнуватись пожежними
кранами діаметром 50 м, рукавами довжиною 20 м та пожежними стволами, в
пожежних шафах також передбачається розміщення не менше двох вогнегасників,
відповідно до вимог Правил експлуатації вогнегасників.
Відповідно до вимог ДБН В.2.5-56-2014 необхідно, щоб була звукова та
світлова сигналізація пуску пожежних насосів на пульті пожежної та охоронної
сигналізації. Також необхідно, щоб була встановлена автоматична установка
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 63

пожежної сигналізації призначена для виявлення пожежі та оповіщення
обслуговуючого персоналу про її виникнення, а також відключення вентиляції та
включення сповіщувачів загальної евакуації.
Так, як проектно-технічний відділ знаходиться на третьому поверсі
необхідно розробити план евакуації (рис.5.6).
Під час евакуації на шляху виведення людей не повинно бути пандусів з
крутизною підйому більшою за 1/5 гвинтових сходів, порогів та інших перешкод,
які можуть спричинити падіння людей.
Двері, ворота і проходи вважаються евакуаційними, якщо вони ведуть з
приміщень:
а) першого поверху назовні безпосередньо або через коридор, вестибюль,
сходову клітку;
б) будь-якого поверху, крім першого, в коридор або прохід до сходової
клітки або в сходову клітку, що має вихід безпосередньо назовні або через
вестибюль, відділений від коридорів перегородками з дверима;
в) в сусідні приміщення на тому ж поверсі, що забезпечені вищеназваними
виходами.

Рисунок 5.6- План евакуації працівників з третього поверху будівлі
підприємства
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 64

Евакуаційних виходів з допоміжних будівель або приміщень повинно бути
не менше двох.
Ширина маршів і площадок на сходах, коридорів, переходів між будівлями,
проходів і дверей для евакуації людей повинна відповідати розрахункам, але не
бути меншою від таких величин, м: (маршів і майданчиків сходів - 1,2; коридорів і
переходів між будівлями - 1,0; проходів - 1,4; дверей - 0,8)
Ширина зовнішніх дверей на сходових клітках не повинна бути меншою від
ширини маршу сходів, а сходових маршів і площадок на сходах - не більше 2,4 м.
На підприємстві необхідно, щоб була встановлена припливно-витяжна
вентиляція з механічним та природним спонуканням. Кондиціювання повітря
відділів передбачає приготування санітарної норми зовнішнього повітря 100 м3/год
на один відділ в центральних кондиціонерах розташованих на горищі будівлі та
працюючих по прямоточній схемі.
Витяжка з відділів виконується із санвузлів витяжними системами з
механічним збудженням в об’ємі 80 м3/год на один відділ, що відповідає ДБН В
2.5.67-2025.
В проектно-технічному відділі необхідно, щоб було 2 переносних
вуглекислотних вогнегасника ВВК-5 (при використанні яких слід пам’ятати, що
при гасінні пожежі в приміщенні необхідно враховувати можливість зниження
вмісту кисню в повітрі приміщення нижче граничнодопустимого значення), які
використовуються для гасіння легкозаймистих та горючих рідин, твердих горючих
речовин та матеріалів, електропроводок, що знаходяться під напругою до 1000 В
(рис. 5.7), що відповідає Правилам експлуатації вогнегасників. Необхідно
використовувати саме ці вогнегасники оскільки, вони дуже надійні в експлуатації,
мають миттєву готовність і не потребують техобслуговування (розраховані на 10
років з моменту виготовлення), їх рекомендується використовувати в офісних
приміщеннях чи електроустановках напругою до 1 кВ. Вогнегасники розміщують
шляхом навішування за допомогою кронштейнів на вертикальні конструкції на
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 65

висоті не більше 1,5 м від рівня підлоги до нижнього торця вогнегасника і на
відстані від дверей, достатній для їх повного відчинення.

Рисунок 5.7 - Загальний вигляд вуглекислотного вогнегасника ВВК-5

Для попередження пожеж в приміщенні необхідно розмістити звукову
систему оповіщення та 4 димових пожежних оповісника ИП-212-54Р (рис.5.8),
відповідно ДБН В.2.5.56-2014.

Рисунок 5.8 - Загальний вигляд пожежного оповісника ИП-212-54Р

Отже, провівши аналіз протипожежного стану було виявлено, що на
підприємстві дотримуються не всіх вимог техніки безпеки. Тому для того, щоб
попередити можливі наслідки пожежі були запропоновані заходи покращення
протипожежного режиму на об’єкті.
Пожежна безпека повинна забезпечуватися шляхом проведення
організаційних, технічних та інших заходів, спрямованих на попередження пожеж,
забезпечення безпеки людей, зниження можливих майнових втрат і зменшення
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 66

негативних екологічних наслідків у разі їх виникнення, створення умов для
швидкого виклику пожежних підрозділів та успішного гасіння пожеж.
Забезпечення пожежної безпеки є складовою частиною виробничої або
іншої діяльності посадових осіб, працівників підприємств та підприємців. Це
повинно бути відображено у трудових договорах (контрактах) та статутах
підприємств.
Керівник підприємства повинен визначити обов’язки посадових осіб (у тому
числі заступників керівника), щодо забезпечення пожежної безпеки, призначити
відповідальних за пожежну безпеку окремих будівель, споруд, приміщень,
дільниць тощо, технологічного та інженерного устаткування, а також за утримання
і експлуатацію технічних засобів протипожежного захисту. Обов’язки щодо
забезпечення пожежної безпеки, утримання та експлуатації засобів
протипожежного захисту мають бути відображені у відповідних посадових
документах (функціональних обов’язках, інструкціях, положеннях тощо).

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 67

Висновок

У кваліфікаційній роботі успішно вирішено актуальну науково-практичну
задачу — розроблено комп'ютерно-інтегровану систему автоматичного
налаштування яскравості відеозображення, здатну ефективно функціонувати та
стабілізувати візуальні характеристики відеопотоку в умовах недостатнього й
динамічно змінного освітлення в реальному часі. На основі ґрунтовного аналізу
існуючих комерційних рішень та наукових алгоритмів комп'ютерного зору
доведено необхідність створення власного адаптивного комплексу, оскільки наявні
аналоги мають закриту архітектуру або занадто високу обчислювальну складність
для промислових умов.
Для реалізації поставленого завдання було розроблено оптиптимальну
трирівневу структурну схему з двоконтурним керуванням, де зовнішній апаратний
контур відповідає за фізичне дозування світлового потоку через моторизовану
діафрагму об'єктива, а внутрішній програмний — за високошвидкісну цифрову
передобробку сигналу. Спроектована електрична принципова схема базується на
надійному 8-бітному мікроконтролері ATmega1284p, аналого-цифровому
перетворювачі AD7457, інтегруючих ланках на основі операційних підсилювачів
AD4891-4 для нівелювання високочастотних завад, а також містить радіально-
послідовний інтерфейс (ІРПС) для зв'язку з верхнім рівнем.
Працездатність розробленої системи підтверджена детальними
математичними розрахунками параметрів фільтрів нижніх частот для режимів
«стеження» та «регулювання», а також тепловим розрахунком силових елементів
живлення. Розрахунок надійності засвідчив високу стійкість пристрою із
розрахунковим середнім часом наробітку на відмову понад двадцять років. Для
керування апаратною частиною було створено спеціалізоване програмне
забезпечення мікроконтролера, яке функціонує в режимі жорсткого реального часу,
забезпечуючи точне позиціювання діафрагми за допомогою реверсивного
крокового двигуна. Крім того, у спеціальній частині роботи за допомогою САПР
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 68

Altium Designer 15 було розроблено друковану плату та побудовано її повну 3D-
модель.
Проект розроблявся з урахуванням сучасних стандартів інженерної етики,
директиви RoHS щодо екологічної безпеки електроніки (відмова від токсичних
матеріалів) та соціально-економічних аспектів автоматизації. Додатково було
проведено розгорнутий аналіз умов праці у проектно-технічному відділі та
розроблено заходи з охорони праці й пожежної безпеки. У підсумку, гармонійне
поєднання апаратного керування відеосенсором та оптимізованої цифрової
фільтрації дозволило повністю досягнути мети кваліфікаційної роботи, створивши
надійну систему, готову до впровадження у сучасні АСУ ТП, мобільні
робототехнічні платформи та комплекси промислового відеомоніторингу.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 69

Список використаних джерел

1. Afifi M., Brown M. S. Rethinking Exposure Correction for Spatially Non-
uniform Degradation. Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and
Pattern Recognition. 2026. P. 1245–1254.
2. Aktaş A., Pehlivan I. A Hybrid Machine Learning Approach for Cyberattack
Detection and Classification in SCADA Systems. Electronics. 2026. Vol. 15, No. 1. P.
10. DOI: 10.3390/electronics15010010.
3. Burger W., Burge M. J. Digital Image Processing: An Algorithmic
Introduction. 3rd ed. London : Springer, 2022. 972 p.
4. Chen W., Li S., Zeng D. Two-phase underwater image enhancement network
using multiscale attentive unsharp. IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 45123–45135.
5. Elango M., Kulkarni S. Implementation of Size-Based Recognition on
Automatic Machine Using Canny-Edge Detection Method and PLC. 9th International
Conference on Wireless and Telematics (ICWT). 2023. P. 112–117.
6. Hussain A., Dziubek M. Using PLC Data and Machine Vision to Model the
Lifecycle Impact of Automated Assembly Lines. Journal of Industrial Information
Integration. 2026. Vol. 38. P. 100567.
7. Kim Y., Park J. Learning to Control Camera Exposure via Reinforcement
Learning. Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern
Recognition (CVPR). 2024. P. 29930–29939.
8. Li X., Guo X., et al. Low-Light Image Enhancement by Retinex-Based
Algorithm Unrolling and Adjustment. IEEE Transactions on Image Processing. 2023.
Vol. 32. P. 15758–15771. DOI: 10.1109/TIP.2023.3289054.
9. Petruzella F. Programmable Logic Controllers. 6th ed. New York :
McGraw-Hill Education, 2022. 512 p.
10. Pratama A., Wijaya K. Underwater Image Enhancement Based on
Generative Adversarial Network with Multi-Attention. Journal of Subsea and
Underwater Technology. 2025. Vol. 4, No. 1. P. 45–58.
Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 70

11. Rabiee M. Programmable Logic Controllers: Hardware and Programming.
5th ed. Tinley Park : Goodheart-Willcox, 2021. 432 p.
12. Sharma R., Singh P. A vision transformer based CNN for underwater image
enhancement. Displays. 2023. Vol. 78. P. 102422.
13. Szeliski R. Computer Vision: Algorithms and Applications. 2nd ed. Cham :
Springer, 2022. 925 p.
14. Upadhyay B. B., Sarawadekar K. A Low Cost FPGA Implementation of
Retinex Based Low-Light Image Enhancement Algorithm. IEEE Transactions on
Circuits and Systems II: Express Briefs. 2024. Vol. 71, No. 7. P. 3503–3507.
15. Wang Y., Chen L. Retinex-based Low-Light Image Enhancement. Asia
Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference
(APSIPA ASC). IEEE, 2023. P. 1420–1425.
16. Wu J., et al. Embodied neuromorphic synergy for lighting-robust machine
vision to see in extreme bright. Nature Communications. 2024. Vol. 15. P. 3875.
17. Yildirim M., Kaya A. Adaptive Histogram Equalization Algorithms for
Industrial Optical Inspection. Journal of Manufacturing Systems. 2024. Vol. 68. P. 210–
225.
18. Zhang J., Wang H. Low-Light Image Enhancement Using a Retinex-based
Variational Model with Weighted Lp Norm Constraint. IEEE Transactions on Image
Processing. 2025. Vol. 34. P. 1202–1215. DOI: 10.1109/TIP.2025.11202294.
19. Zhang L., Chen S. Integration of SCADA and Machine Vision in Automated
Production Lines. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2025. Vol. 21, No. 3. P.
3412–3420.
20. Zhou Q., et al. Frequency-space and latent-space disentanglement strategies
for low-light image enhancement. Pattern Recognition. 2026. Vol. 145. P. 109841.

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 71
Ïîçíà÷åííÿ Íàéìåíóâàííÿ Ïðèì³òêà
1 Äîêóìåíòàö³ÿ çàãàëüíà
2
3 çàíîâî ðîçðîáëåíà
4
5 À1 ÐÑÀÑÊ23.18033.026.001 Ý1 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíà 1
6 À1 ÐÑÀÑÊ23.18033.026.001 Ý3 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâà 1
7 À4 ÐÑÀ23.22335.026.001ÏÇ Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà
8 À1 ÐÑÀÑÊ23.18033.026.001 Ý2 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ôóíêö³îíàëüíà 1
9
10 Äîêóìåíòàö³ÿ ³íøà
11
12 çàíîâî ðîçðîáëåíà
13
14
15 À1 ÐÑÀÑÊ23.18033.026.001 ÄÌ Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
16
17 À1 ÐÑÀÑÊ23.18033.026.001 ÄÌ1 Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
18
19 1
20
21
22
23
24
22
23
24
25
26
27

ÐÑÀñê23.18033.026.001 ÒÏ
Çì. Àðêóø ¹ äîêóì. Ï³äï. Äàòà
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â.
Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ Ë³ò. Àðêóø Àðêóø³â
Ïåðåâ. Ò 1
ÿñêðàâîñò³ â³äåîçîáðàæåííÿ â óìîâàõ

Í.Êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. íåäîñòàòíüîãî îñâ³òëåííÿ ×ÄÒÓ
Çàòâ. Â³äîì³ñòü òåõí³÷íîãî ïðîºêòó

¹ ñòðîêè
Ôîðìàò
Ê³ë. ëèñò³â
¹ åêç.

Ïîç. Íàéìåíóâàííÿ Ê³ë. Ïðèì³òêà
C Êîíäåíñàòîðè
C1, C4, C5, Êîíäåíñàòîð òàíòàëîâèé Ê10-79, 0.1 ìêÔ 7 Íà ñõåì³ äâà C12
C11, C12, C16
C6, C10 Êîíäåíñàòîð êåðàì³÷íèé Ê53-68, 10 ìêÔ 3 Íà ñõåì³ äâà C6
C15 Êîíäåíñàòîð òàíòàëîâèé Ê10-79, 0.33 ìêÔ 1
C16 Êîíäåíñàòîð êåðàì³÷íèé Ê53-68, 1 ìêÔ 1 Äëÿ äâèãóíà; äóáëü ïîç. C16
Á/Ï Êîíäåíñàòîð òàíòàëîâèé Ê10-79, 22 ïÔ 2 Á³ëÿ ZQ1 (áåç ïîçíà÷åííÿ)
DA Ì³êðîñõåìè àíàëîãîâ³
DA1 Ïåðåòâîðþâà÷ íàïðóãè AM3T4805-SZ 1
DA2 Ïåðåòâîðþâà÷ íàïðóãè AM3T-4812DZ 1
DA3 Ïåðåòâîðþâà÷ íàïðóãè AM1D-0505SZ 1
DA4, DA5 Îïåðàö³éíèé ï³äñèëþâà÷ ADA4891-4 2
DD Ì³êðîñõåìè öèôðîâ³
DD1 Ì³êðîêîíòðîëåð ATMega1284p 1
DD2 Àíàëîãîâèé êëþ÷ ADG841 1
DD3 Àíàëîãîâèé êëþ÷ ADG842 1
DD4 ÀÖÏ AD7457 1
K Ðåëå
K1, K2 Ì³êðîåëåêòðîííå ðåëå PVG612 2
L Êîòóøêè ³íäóêòèâíîñò³
L1 Êîòóøêà ³íäóêòèâíîñò³ DR73-220-R, 22 ìêÃí 1
M Äâèãóíè
M1 Êðîêîâèé åëåêòðîäâèãóí (Stepper Motor) 1
R Ðåçèñòîðè
R1 Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 3.3 êÎì 1
R2, R4 Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 280 Îì 2
R3 Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 150 Îì 1
R5, R9, Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 1 êÎì 6
R10, R11,
RT3, RT4
R6, R12 Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 10 êÎì 2
R8 Ðåçèñòîð Ð-1-12-0,125, 470 Îì 2 Íà ñõåì³ äâà R8

ÐÑÀñê23. 18033.026.001 ÏÅ

Áðàòàíè÷ Ñ.Â.

Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ ÿñêðàâîñò³
â³äåîçîáðàæåííÿ â óìîâàõ íåäîñòàòíüîãî îñâ³òëåííÿ
Òè÷êîâ Â.Â.
Ïåðåë³ê åëåìåíò³â ×ÄÒÓ

U Îïòîåëåêòðîí³êà
U1, U2 Îïòè÷íèé ³çîëÿòîð H11L1 2 Íà ñõåì³ îäèí åëåìåíò áåç
ïîç.
VD Ä³îäè
VD1 Çàõèñíèé ä³îä 1N4148 1
VT Òðàíçèñòîðè
VT1, VT3, Òðàíçèñòîð BC847B 3
VT4
VT2 Òðàíçèñòîð BC857B 1
XP Ðîç'ºìè òà ç'ºäíàííÿ
XP1 Ðîçåòêà ÑÍÏ-394-20ÂÏ21-2 1 Çàãàëüíå ç'ºäíàííÿ
XP2 Ðîçåòêà ÑÍÏ-394-4ÂÏ21-2 1 Äëÿ äâèãóíà (óìîâíî)
XP3 Øòèðüîâèé ðîç'ºì ÑÍÏ-346-6ÂÏ21-1 1 Äëÿ SPI (óìîâíî)
ZQ Êâàðöîâ³ ðåçîíàòîðè
ZQ1 Êâàðöîâèé ðåçîíàòîð HC-49U 20MHz 1
- ²íø³ åëåìåíòè
SHT10 Äàò÷èê òåìïåðàòóðè òà â³äíîñíî¿ 1
âîëîãîñò³

² ÐÑÀñê23. 18033.026.001 ÏÅ

Арк.
РСАск23. 18033.026.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 72
ÐÑÀñê23.18033.026.001 Å2
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â. ÿñêðàâîñò³ â³äåîçîáðàæåííÿ â óìîâàõ íåäîñòàòíüîãî îñâ³òëåííÿ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î.
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ôóíêö³îíàëüíà Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.18033.026.001 Å2
ÐÑÀñê23.18033.026.001 Ý1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â. ÿñêðàâîñò³ â³äåîçîáðàæåííÿ â óìîâàõ íåäîñòàòíüîãî îñâ³òëåííÿ Ò 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î.
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíà Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.18033.026.001 Ý1
ÐÑÀñê23.18033..026.001 ÅÇ
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â. ÿñêðàâîñò³ â³äåîçîáðàæåííÿ â óìîâàõ íåäîñòàòíüîãî îñâ³òëåííÿ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î.
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâà Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.18033..026.001 ÅÇ
ÐÑÀñê23.18033.026.001 ÄÌ 1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àëãîðèòì ðîáîòè
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â. 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.18033.026.001 ÄÌ 1
ÐÑÀñê23.18033.026.001 ÄÌ
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Àëãîðèòì ðîáîòè
Ðîçðîá. Áðàòàíè÷ Ñ.Â. 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ×ÄÒÓ
Çàòâ.
Êîï³þâàâ Ôîðìàò A1
²íâ. ¹ îð. Ï³äï. è äàòà Çàì. ³íâ. ¹ ²íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. è äàòà Äîâ³äêîâèé ¹ Ïåðâèííå çàñòîñóâàííÿ
ÐÑÀñê23.18033.026.001 ÄÌ

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets