Комп'ютерно-інтегрована система автоматичного фокусування оптичних приладів підводного спостереження

Панченко, Роман Володимирович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10295

Title:	Комп'ютерно-інтегрована система автоматичного фокусування оптичних приладів підводного спостереження
Authors:	Філімонов, Сергій Олександрович Панченко, Роман Володимирович
Keywords:	Автоматичне фокусування;Радіально-послідовний інтерфейс;Підводне спостереження;Струмова петля
Issue Date:	8-Jun-2026
Abstract:	Основною ідеєю кваліфікаційної роботи є розробка автономної комп’ютерно-інтегрованої системи, яка здатна вирішити проблему ручного налаштування різкості об'єктива під водою. В умовах підводного спостереження виникають специфічні оптичні ефекти (зміна фокусної відстані через рефракцію, сильне поглинання та розсіювання світла), через які класичні методи фокусування втрачають ефективність. Запропонована система покликана автоматично оцінювати якість відеосигналу в реальному часі та формувати прецизійні команди для крокового двигуна об'єктива. Підхід до реалізації базується на пасивному методі аналізу яскравісної складової аналогового телевізійного сигналу стандарту PAL без використання синхроімпульсів. Центральним обчислювальним ядром пристрою було обрано 8-розрядний мікроконтролер AVR ATMega1284p, який забезпечує обробку всіх вхідних даних та керування периферією в реальному часі. Для апаратної обробки відеосигналу та виділення з нього інформації про різкість зображення були розраховані спеціальні аналогові кола. Спочатку застосовується диференціатор на базі високошвидкісного операційного підсилювача ADA4891-2, який створює вихідну напругу, пропорційну швидкості зміни вхідної (реагує на контури та градієнти). Після цього сигнал подається на розрахований фільтр низьких частот (інтегратор), який усереднює показники та знижує вимоги до частоти дискретизації цифрового тракту. Оцифрування підготовленого аналогового сигналу забезпечується 12-бітним аналого-цифровим перетворювачем AD7457 з інтерфейсом SPI. Після обчислення екстремуму функції різкості, мікроконтролер комутує живлення на двигун фокусування за допомогою мікроелектронних твердотільних реле PVG612, які забезпечують гальванічну розв'язку та достатній струм для механіки. Ключовою особливістю розробленого пристрою є інтеграція підсистеми превентивної телеметрії. Оскільки камери працюють у важкодоступних герметичних боксах під високим тиском, система обладнана цифровим датчиком SHT10, який постійно контролює рівень температури та вологості. У разі виникнення конденсату або мікротріщин контролер автоматично фіксує небезпеку та може знеструмити електроніку, запобігаючи повному виходу приладу з ладу. У технологічному плані виріб проєктувався для роботи в екстремальних умовах з жорсткими вимогами до розмірів. Усі розраховані компоненти інтегровані на єдиній двошаровій друкованій платі з матеріалу FR-4, створеній у САПР Altium Designer. Була застосована елементна база виключно для поверхневого монтажу (SMD-компоненти), що дозволило мінімізувати масогабаритні показники та вмістити систему у стандартний посадковий вузол підводної камери. У конструктивному плані розроблена система суттєво відрізняється від комерційних аналогів принципом організації каналу зв'язку. Замість стандартних USB або Ethernet, які втрачають сигнал на довгих кабелях, або надзвичайно дорогого оптоволокна, застосовано промисловий інтерфейс ІРПС (радіально-послідовний інтерфейс, струмова петля 20 мА). Були спеціально розраховані блоки приймача та передавача на базі оптопар H11L1, що гарантує максимальну завадостійкість команд керування на дистанціях у сотні метрів. В економічному аспекті впровадження цієї технології дозволяє суттєво зменшити сумарну вартість володіння підводною технікою. Заміна преміальних пропрієтарних систем (наприклад, Kongsberg) на запропонований комплекс мінімізує витрати при високому показнику надійності, а наявність датчиків герметичності слугує своєрідним економічним страхуванням від втрати дорогої оптики. У соціально-екологічному вимірі автоматизація процесу фокусування бере на себе рутинну роботу, знімаючи когнітивне навантаження з оператора та значно знижуючи необхідність залучення водолазів до роботи у небезпечних умовах. Екологічна цінність проєкту полягає у застосуванні високоефективних DC/DC перетворювачів напруги, які оптимізують енергоспоживання автономних систем, продовжуючи термін служби акумуляторів, а також у наявності системи телеметрії, яка вчасно попереджає про витік хімічних продуктів деградації електроніки у водойму при потенційній аварії.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10295
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Панченко.pdf Restricted Access	КРБ Панченко Р.В. 2026	5.75 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

YEPKACbKMÄ JIEPKABHHÄ TEXHOJOTIYHHÜY HIBEPCHTET
DAKYJIbTET EJIEKTPOHHMX TEXHOJIOFIÄ, ABTOTPAHCIOPTy TA
MAIIIMHOBYIYBAHHA
KAOEJPA IPMJIAIOBY|YBAHHA, MEXATPOHIKH TA
KOMIIOTEPM3OBAHMX TEXHOJIOrŇ
IonyieHO 10 3axHCTY
Bo asnyBaua kaheapu IIMKT
MakcHM BOHIAPEHKO
2026 p.
IIOACHKOBAJILHA 3AIIHCKA
IO KBAJIIOIKALỊIÝHOỈP OBOTH EAKAJIABPA
Ha TeMy «KOMn'oTepHO-İHrerpoBaHa CHCTeMa aBTOMaTHYHOro ɖOKyCyBaHHA OTHYHHX
npuuanİB IiJBOIHOrO cnOCTepeKeHHA»
BuKOHaB 3106yBay ocBİTH 4 Kypcy, rpynu PCACK-23
cIneiaIbHİCTL: 174 «ABTOMaTH3aia, KOMII' KOTePHO
İHTerpOBaHİ TeXHOJIOrii Ta poőoToTeXHİKa»
OCBİTHA IiporpaMa: PoooTOTeXHİVHİ CHCTeMH Ta
aBTOMaTH3aLia
IlaHyeHKO POMaH BonoIHMHPOBH4
KepiBHHK Cepriú JIIMOHOB
PeueH3eHT Cepriž BHCJIOYX
KBanihikauiÄHa poőora 6akanaBpa MiCTHTL pesybTaTH BJacHHX 3I0ốyTKİB aBTOpa.
BHKopHCTaHHA \Jeň, pe3yIbTaTIB 1 TeKCTİB iHIHX aBTOpİB MaroTb noCHJIaHHA Ha
BİNNOBİIHE MKepeIO.
niarHc 3400yBa4a
YepkacH- 2026
VEPKACHKHŰ J\EPKABHNÄ TEXHOJIOTI4HMÝ YHIBEPCMTET
PakybTeT (noDnC nailMcy BannA BMLOro noDuanbHOrO 3aKnauy )
Kapeipa CeKTDOMWWX TexnOJIorii, aBTOTPaHcnopTy Ta MauHHOOVIVBaHHA
OcCBnieuTiHaLo-
uKpBuaanaNOÓVAYDanMA, MexaTponiKH Ta KOMII' 10TepH30BAHHX TeXHOJTori
bHİCTIb idikauinů piBeHL 6akaJaBp
OcBİTHA 174
iporpaMa «ABTOMATIW3ALÜA, KOMI'KOTepHo-iTerpoBani <«PoooTOTeXuiuHİ TexHOJ10riï Ta po6oToTeXHÍKa»
CHCTeMH Ta aBTOMaTH3auis»
3ATBEPIKYIO
B.o. 3ajnýnava kapenpu IIMKT
MakcuM BoHnapeHKo
2026 poKy
3 A B I A H H A
HAK BAJIIOIKAUIÄHY POBOTy 5AKAJIABPA
TirapeHKa OneKcaHıpa CeprižoBu4a
I: TeMa poó0TH: (ipi3Bnne, ix'a, no 6aTbKOBİ)
OITHY4HHX KoMIT'HOTeDHO-İHTerpoBaHa CHCTeMa aBTOMaTHYHOro þokycyBaHHA
CIIOCTepekeHHA ipuNaIIB IIiIBONHOrO
KepiBHHK poőoTH IOeT
KOMII KajenpH
IOTePH3OBaHHX IIpuJal0ỐVIVBaHHA, MeXaTpOHIKH Ta
TeXHOJIOriň, K.T.H., 101eHT QiIIMOHOB
(Inpi3Bme, iM'a, Tno 6aTbKOBİ, HayKOBHĂC Tyrib, B4CHe 3BaHHAC)e priṁ OneKcaHIPOBHY
3aTBepKeHi Haka3OM BHIIOro HaBHaIbHOro 3akJany BİI "13"
2. KBİTHA
CTpOK 2026 poky No
IIONaHHA 94/03-03
3I06yBayem poőoTH 5
3. BuxİJHİ YepBHA
JaHỈ 2026 p.
10 poố0TH: Tenesi3iŽHHÝC HTHaJI
BHrIANI ACKpaBiCHHX (CTaHnapr PAL)
CKIanOBHX Őes oópo61ACTbCA 3
cHHXPOiMIIy KaMepu y
IHTepeñc 3B'a3Ky: BuKopucTOByeTBCA panianbHO-NIBC0İcBH.i JOBHHÄủ iHTepþeňc
(IPIC, "cTpyMOBa neTIa") ANA IyneKCHoro npuňOMy, nepenavi Ta
KOMaHI KepyBaHHA BII onepaTopa. IHTepeňcC ralbBaHI4HO po3B'A3aoHHpĂM 1yJBIAa HHA
3axHCTy o6NaIHaHHA Ta iBHIEHHA CTIĂKOCTI 10 nepeuKoA.
TlapameTpH KOHTPOJIIO Ta AiarHocTHKH (nepenotbCA NO IPIIC):
TeMnepary pa: BumipIOBaHHA B O6eMi repMeTHIROrO KOPnycy 3 noxnốKO1O 3 C•t,
BiņHocHa BOJOricTb: BuMipIOBaHHA B O6'eMÍ repMeTHYHOrO Kopnycy 3 nOXHÕKOHO +5%.
>KMBNeHHA: Bin BTopMHHOro Kepena nocrišHoro crpyMy (48 2, 4)+ B. Heo6xiIHİ
JIA CxEM nonaTKOBİ Hanpyru (5 B ra 12 B) hopmyoTLCa GesnocepeNHbO B
npHcTPoi 3a 10nOMOrOKo DC/DO nepeTBoproBaIB.
4. 3MiCT po3paxyHKOB0-I101CHIOBAJIbHOÏ 3anHCKH (Iepenik nHTaHb, AKi nOTpioHO
pospooHTH 1 06rpyHTYBaHHS Heo6XiAHOCTİ npoeKTYBaHHA HA oCHOBİ aHaaisy
iCHYIO4Hx aHaIoriB. 2 06rpyHTYBaHHA TeXH1YHOTO 3aBIaHHA. 3 Po3poOKa cTpyKTYPHOİi Ta npHHIĻHNOBOi
CXeM. 4 PospaxyHKOBa yacTHHA 5 CneuiaTbHHĂ po3AI. 5.1. TexHONOriYHMÄ posnin. 5.2 EKOHOMİHHÄ
po3ain. 53 Po3nin oxopoHH npaui
5. IIepenik rpaçiyuOro Marepia.ıy (3 TO9HHM 3A3HAVEnuAM 060B'aIKOBHN KPEcneHb)
KoMn'oTepno-inTerpoBanac Hcrema aBTOMaTHYHOro þokycyBauHa onTHYHHx npnnaais niuBoanoro cnocrepexenna.
MemOHCTpauiňHHÄ MaTepian (Al+Al). Cxema eneKTPHHa ipHHLHnOBa (Al). Cxema eneKTpHYH
CTPYKTypHa (Al). CxeMa eneKTpHYHa dyHKUİOHaJIbHa (A1).
2
6. KoncyhlaNTIH PouiN KHanihikaišinoi poforH
Pou1 IpiunuIe, iiiaH Ta nocajla Ilinnnc, nara
KOHCyJIbTaNTa 3aBlaHHA 3aBlaHHA
BMIaB npuÄHAB
Oxoponn npaui KoxeM' AKİH 0.C., CTapuUHĂ BHKJlanay
KaɖenpuT 35KEXI
EkONOMinni iiMOHOB C.O., 10ueHT Ka)eipu
posain, TIMKT, K.T.H., IOueHT
TexHOJOriynwi
poznin
HopMonisauišnni TH4KOB B.B., 101eHT Kaɖexpu IIMKT,
KOHTPO.1b K.T.H., NOUeHT
7. lara BHlaYi 3aBjaHHA
KAJIEHIAPHÝM IIJIAH
No Ha3Ba eTaniB KBanihikauišHoi CpOK BHKOHAHHA
3/I poõoTH IlpMiTKa
eTaniB poõoTH
OốrpyHTYBaHHA HeO6XiNHOCTİ ipo€KTYBaHHA Ha oCHOBI 02.2026 BHK
KpHTHYHOrO aHaIi3y icHyOHX aHaIoriB
2 OorpyHTYBaHHAT eXHİYHOro 3aBņauHA 02.2026 BHK
Pospoőka crpykrypHoi CxeMH 02.2026 BHK
4 PozpooKa IipHHHnOBOÏ eNeKTPHYHOÏ CxeMH 03.2026 BHK
5 Po3paxyHOK eNeMeHTIB CxeMH 03-04.2026 BHK
6 OuiHKa TOYHOCTİT a HaIIŽHOCTİ 03-04.2026
7 TexHOJoriHuă p03nin 03-04.2026 BHK
8 Po3niI oxopoHH Iipauı 03-04.2026 BHK
EKOHOMiYHHĂp 03IJI 03-04.2026 BHK
10 OhopmeHHA KPecneHb 03-04.2026 BHK
11 OopMJIeHHA JOlaTKİB 05.2026 BHK
12 OcopMJIeHHA CYnpOBiIHOi JOKYM eHTauii 05.2026 BHK
3106yBa4 BHIoï 0CBİTH
(m ąufic) IlanyeHKO PomaH
KepiBHHK poõoTM
(InHC DiIiMOHOB Cepriň
Зміст

Стор.
Технічне завдання…………………………………………..…………. 2
Вступ………………………………………………………………….... 5
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу
існуючих аналогів…………………………………………………………….. 8
1.1. Аналіз умов експлуатації та фізичних особливостей підводного
фокусування………………………………………………………………..….. 8
1.2 Огляд сучасних підводних телевізійних систем (Огляд мережі
Інтернет)……………………………………………….…………..…………… 10
1.3. Огляд літературних джерел та методів автоматичного
фокусування……………………………………………………………………. 14
1.4. Патентний пошук…………………………………………………. 15
2 Обґрунтування технічного завдання.................................................. 18
3 Розробка структурної та принципової схеми системи…………….. 20
3.1 Розробка структурної схеми…………………………………...…... 20
3.2 Розробка функціональної схеми………………………………….. 21
3.3 Вибір елементів принципової схеми……………………………… 23
3.4 Розробка принципової схеми………………………………………. 31
4 Розрахунок основних вузлів схеми ………………………………… 36
4.1 Розрахунок блока фільтра високих частот……………………..... 36
4.2 Розрахунок блока фільтра низьких частот……….……………… 37
4.3 Розрахунок блока аналого-цифрового перетворювача…..……... 39
4.4 Розрахунок блока приймача ІРПС…………….….......................... 41
4.5 Розрахунок блока передавача ІРПС………………………………. 43

РСА23ск3.026. 23472.001.ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Розробив Панченко Р.В. Комп'ютерно-інтегрована система Літ. Арк. Аркушів
Перевірив Філімонов С.О. автоматичного фокусування 3
оптичних приладів підводного
Т. Контр. Тичков В.В. спостереження
Пояснювальна записка ЧДТУ
Ств.

4.6 Розрахунок блока мікроелектронних реле……………………… 49
5. Спеціальна частина……………………………………………..….. 51
5.1 Рекомендації до розробки програмного забезпечення…………. 51
5.2 Проєктування друкованої плати……………………..……….….. 57
5.3 Соціально-економічні та етико-екологічні аспекти прийняття
технічних рішень………………………………………………………………. 60
5.4 Охорона праці………………………………………………………. 63
Висновок …………………..…………………………………………… 73
Список використаної літератури ……………………………….……. 75
Додаток А Відомість технічного проєкту ………………… …...….. 78
Додаток Б Розрахунки на ЕОМ …………………………………….… 79
Додаток В Тези доповідей на науковій конференції студентів ….… 80
Додаток Г Презентація випускної роботи ……………..………….…

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 4

Вступ

Сучасний етап розвитку світової економіки та науки нерозривно пов'язаний
з освоєнням ресурсів Світового океану. Підводні дослідження перестали бути
виключно сферою фундаментальної науки і перейшли у площину практичного
застосування: від моніторингу стану опор мостів та гідроелектростанцій до
обслуговування глибоководних нафтогазових комунікацій і проведення пошуково-
рятувальних операцій. Ключовим інструментом у цих процесах є системи
технічного зору, які дозволяють людині-оператору отримувати візуальну
інформацію з середовища, що є непридатним для тривалого перебування людини.
Проте водне середовище створює специфічні перешкоди для отримання
якісного відеосигналу. Високий коефіцієнт поглинання світла, наявність суспензій
(часток мулу, планктону) та складні оптичні ефекти заломлення на межі розділу
середовищ «вода-скло-повітря» створюють серйозні виклики для оптичних
приладів. Однією з найскладніших проблем є динамічне фокусування об’єктива. В
умовах обмеженої видимості та низької контрастності традиційні методи ручного
фокусування стають малоефективними, оскільки оператор витрачає значну
частину часу на налаштування різкості, замість того щоб зосередитися на аналізі
об’єктів спостереження.
Впровадження комп’ютерно-інтегрованих технологій у підводну оптику
дозволяє розв’язувати цю проблему шляхом створення замкнених систем
автоматичного регулювання (САР). Використання мікропроцесорного керування
дає можливість реалізувати складні алгоритми оцінки різкості зображення в
реальному часі. Автоматизація фокусування не просто покращує ергономіку
керування підводним апаратом, але й забезпечує стабільну роботу системи
технічного зору автономних підводних роботів, де втручання людини в реальному
часі є неможливим або обмеженим вузьким каналом зв’язку.
Актуальність теми посилюється необхідністю створення високонадійних
апаратно-програмних комплексів, що здатні працювати в умовах високого
гідростатичного тиску та агресивного хімічного впливу морської води. Такі
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 5

системи повинні бути інтегровані в єдиний інформаційний простір підводного
апарата, забезпечуючи високу швидкість обробки даних та завадостійкість каналів
передачі команд.
При проєктуванні підводних оптичних систем виникає низка критичних
інженерних завдань. По-перше, це питання передачі даних на значні відстані.
Оскільки камерні блоки можуть знаходитися на відстані сотень метрів від поста
керування, традиційні інтерфейси можуть бути вразливими до електромагнітних
завад. Використання цифрового радіально-послідовного інтерфейсу (ІРПС —
«струмова петля») є обґрунтованим рішенням, що гарантує цілісність команд
керування двигуном фокусування за рахунок високої завадостійкості струмового
сигналу.
По-друге, критично важливим є питання живучості системи. Підводна оптика
розміщується у герметичних боксах, доступ до яких для технічного обслуговування
є надзвичайно складним і дорогим (часто можливий лише в сухих доках). Будь-яка
мікротріщина в ущільнювачах може призвести до розгерметизації та миттєвого
виходу з ладу дорогої електроніки. Тому сучасна комп'ютерно-інтегрована система
повинна включати інтелектуальну підсистему телеметрії. Впровадження датчиків
температури та вологості всередині корпусу дозволяє системі здійснювати
самодіагностику. У разі виявлення критичного рівня вологості алгоритм повинен
автоматично знеструмлювати силові блоки (наприклад, освітлювальні кластери),
щоб мінімізувати наслідки аварії та сигналізувати оператору про необхідність
підйому апарата на поверхню.
Використання елементної бази для поверхневого монтажу (SMD-
компонентів) дозволяє досягти мінімальних масогабаритних показників, що є
критичним для підводної робототехніки, де кожен кубічний сантиметр
внутрішнього об’єму гермобоксу є цінним. Разом з тим, до компонентів
висуваються жорсткі вимоги щодо довговічності. Встановлення гарантованого
терміну роботи (MTBF) на рівні не менше 10 000 годин є обов’язковою умовою для
пристроїв, що інтегруються у складні підводні комплекси.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 6

Таким чином, розробка комп’ютерно-інтегрованої системи, яка об’єднує
прецизійне керування механікою об’єктива, надійні протоколи передачі даних та
багаторівневу систему захисту і діагностики, є комплексним науково-технічним
завданням, що відповідає сучасному рівню розвитку автоматизації.
Дана бакалаврська робота присвячена розробці апаратно-програмного
забезпечення комп’ютерно-інтегрованої системи, що поєднує в собі алгоритми
автоматичного фокусування та підсистему телеметричного контролю параметрів
середовища. Проєктований пристрій базується на сучасних мікроконтролерних
засобах, використовує SMD-компоненти для мінімізації габаритів та розрахований
на тривалу експлуатацію у важкодоступних місцях без необхідності частого
сервісного обслуговування.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 7

1 Обґрунтування необхідності проектування на основі аналізу
існуючих аналогів

1.1. Аналіз умов експлуатації та фізичних особливостей підводного
фокусування
Проєктування комп'ютерно-інтегрованих систем для роботи під водою
суттєво відрізняється від розробки наземної оптики. Це зумовлено агресивністю
середовища та фундаментальними відмінностями у фізиці розповсюдження
світлових хвиль. Для побудови ефективної системи автоматичного фокусування
необхідно враховувати наступні чинники:
Оптичні властивості водного середовища та рефракція
Головною особливістю підводного спостереження є зміна показника
заломлення. Показник заломлення води nw ≈1,33 , тоді як для повітря na ≈1,00 . Це
створює явище «оптичного переходу» на межі розділу «повітря (всередині боксу)
— скло ілюмінатора — вода».
Згідно із законом Снелліуса:
n1 ⋅sin(θ1) = n2 ⋅sin(θ2 ) 1.1
Це призводить до декількох критичних ефектів:
1. Зміна фокусної відстані: Уявна відстань до об’єкта під водою здається
меншою на ~25%. Об'єктив із фокусною відстанню f у повітрі під водою
поводиться як об'єктив із відстанню приблизно 1,33f.
2. Звуження кута зору: Поле зору камери (Field of View, FOV) під водою
скорочується. Це явище відоме як «ефект тунелю», що змушує систему
фокусування працювати з більш «вузьким» та наближеним планом.
3. Хроматичні та сферичні аберації: Через різну швидкість розповсюдження
хвиль різної довжини (кольорів) виникає розмиття контурів, що значно
ускладнює роботу пасивних алгоритмів фокусування, які базуються на
аналізі контрастності.
Вибіркове поглинання та розсіювання світла
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 8

Вода діє як потужний світлофільтр. Найшвидше поглинається червона
частина спектра (вже на глибині 5 метрів червоний колір майже зникає), найкраще
проникають синій та зелений кольори.
Для системи автоматичного фокусування це створює проблему низької
контрастності. Більшість стандартних алгоритмів (Contrast Detection Autofocus)
шукають піки інтенсивності між пікселями. У синьо-зеленому «монохромному»
підводному світі градієнт яскравості стає розмитим, що призводить до явища
«дихання» об'єктива (lens hunting), коли система не може зафіксувати точку
фокусу.

Рисунок 1.1 - Системи автоматичного фокусування

Окремим негативним чинником є зворотне розсіювання (backscatter).
Зважені частки (мул, планктон) відбивають світло від штучних джерел освітлення
прямо в об'єктив. Автоматика часто помилково фокусується на цих яскравих
точках перед камерою, залишаючи цільовий об'єкт у зоні розмиття.
Вплив герметичного корпусу та термодинамічні фактори
Система фокусування повинна працювати всередині обмеженого об'єму
герметичного боксу. Це накладає наступні обмеження:
• Конденсація: При зануренні апарата в холодну воду температура всередині
боксу різко падає. Якщо всередині залишилося вологе повітря, на внутрішній
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 9

поверхні скла утворюється конденсат, що унеможливлює фокусування. Це
підкреслює необхідність інтеграції датчика вологості в систему.
• Механічні деформації: Під дією великого гідростатичного тиску корпус
боксу та ілюмінатор можуть незначно деформуватися. Навіть мікронні зміни
положення скла відносно матриці камери зміщують площину фокусування.
Експлуатаційні вимоги до надійності
Специфіка підводних робіт (особливо в таких місцях, як Руська Поляна чи
Черкаський регіон, де підводні об'єкти можуть знаходитися в умовах каламутної
річкової води Дніпра) вимагає від системи:
• Автономності: Система повинна самостійно виходити з режиму помилки
фокусування без втручання оператора.
• Превентивної діагностики: Оскільки ремонт можливий лише після підйому
та розгерметизації (що довго і дорого), система повинна мати високий час
наробітку на відмову (>10,000 годин).
• Мінімальних габаритів: Використання SMD-компонентів є обов'язковим для
того, щоб механіка приводу фокусування та контролер помістилися у
стандартний посадковий вузол камерного блоку.

1.2. Огляд сучасних підводних телевізійних систем (Огляд мережі
Інтернет)
Сучасний ринок підводного телевізійного обладнання представлений
широким спектром систем: від компактних камер для телекерованих підводних
апаратів (ROV) до складних стаціонарних комплексів моніторингу гідротехнічних
споруд. Проведений аналіз дозволив класифікувати існуючі рішення за
функціональним призначенням та рівнем автоматизації.
Професійні системи наукового та промислового призначення
Лідерами у виробництві високонадійного обладнання є компанії, що
спеціалізуються на глибоководних дослідженнях та нафтогазовому секторі.
1. Системи компанії Kongsberg Maritime (Норвегія).
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 10

Продукція цієї компанії, зокрема серія камер OE14-366, вважається
еталоном у галузі. Ці системи відрізняються високою роздільною здатністю та
складними комп'ютерно-інтегрованими блоками керування.
o Технічні особливості: Використання прецизійних крокових двигунів
для позиціонування лінз та передача відеосигналу по волоконно-оптичних лініях
зв’язку.
o Методи фокусування: Застосовується комбінований метод
(інфрачервоне вимірювання дистанції через ілюмінатор у поєднанні з аналізом
контрастності).
o Недоліки: Надзвичайно висока вартість та закриті пропрієтарні
протоколи керування, що ускладнює їх інтеграцію у бюджетні системи
автоматизації.
2. DeepSea Power & Light (США).
Спеціалізується на камерах для екстремальних глибин (до 11 000 метрів).
Моделі серії Apex SeaCam використовують унікальні купольні ілюмінатори для
корекції рефракції.
o Технічні особливості: Модульна конструкція камерного блоку, що
дозволяє замінювати об’єктиви залежно від завдань.
o Керування: Дистанційне керування реалізоване через інтерфейси RS-
232/RS-485.
o Недоліки: Системи орієнтовані на професійних операторів ROV і
мають обмежені можливості автономного інтелектуального фокусування без участі
людини.
Комп’ютерно-інтегровані системи для підводної робототехніки
(ROV/AUV)
Для автоматизації процесів спостереження в автономних апаратах (AUV)
використовуються «розумні» камери, які здатні самостійно обробляти відеопотік.
1. SubC Imaging (Канада).
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 11

Камери серії Rayfin є яскравим прикладом комп’ютерно-інтегрованих
пристроїв. Вони містять вбудований процесор для обробки зображення в
реальному часі.
o Функціонал: Автоматичне коригування кольору (Water Color
Correction) та вбудовані алгоритми автофокусу, адаптовані до каламутної води.
o Інтерфейси: Підтримка Ethernet та цифрових протоколів передачі
даних.
o Критичний аналіз: Попри високу технологічність, ці камери вимагають
значного енергоспоживання, що є критичним для невеликих акумуляторних
систем.
2. Blue Robotics (США).
Пропонують доступні рішення для масового сегмента підводної
робототехніки. Їхні камерні модулі часто базуються на USB або Ethernet
інтерфейсах.
o Особливості: Відкрите програмне забезпечення, що дозволяє
користувачу самостійно програмувати алгоритми керування.
o Недоліки: Низька завадостійкість стандартних USB-інтерфейсів при
роботі через довгі кабельні траси (кабель-троси), що вимагає використання
додаткових репітерів або перетворювачів.
Порівняльний аналіз інтерфейсів передачі даних та команд
Для спеціальності «Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології»
важливо проаналізувати фізичні канали зв’язку, що використовуються в аналогах
табл 1.1.
Аналіз підсистем контролю стану середовища
Аналіз існуючих рішень в мережі Інтернет показав, що більшість
комерційних камер середнього цінового сегмента не мають інтегрованих засобів
моніторингу внутрішнього стану гермоблоку.
• У професійних системах (Kongsberg) використовуються датчики тиску
всередині корпусу, заповненого азотом.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 12

• У бюджетних системах захист практично відсутній, що часто
призводить до «запотівання» оптики або короткого замикання при незначних
протіканнях.
Це підтверджує доцільність розробки, що розглядається у даній роботі, де в
одному контролері поєднуються функції фокусування та превентивної діагностики
(датчики вологості та температури).
Таблиця 1.1 - Порівняльний аналіз інтерфейсів
Тип Дальність Завадостійкість Складність Застосування
інтерфейсу передачі реалізації
Ethernet До 100 м Середня Висока Цифрове відео, IP-
(Cat5/6) камери
RS-485 / RS- До 1200 м Висока Середня Керування
232 приводами,
телеметрія
ІРПС До 1000+ м Дуже висока Низька Промислові
(Струмова системи, агресивні
петля) умови
Fiber Optic Кілька км Максимальна Дуже висока Глибоководні
професійні ROV
Огляд сучасних систем підводного спостереження свідчить про наявність
розриву між високовартісними науковими комплексами та доступними, але
ненадійними споживчими камерами. Більшість існуючих рішень не забезпечують
необхідного рівня завадостійкості при передачі команд на великі відстані без
використання дорогого активного обладнання. Також спостерігається дефіцит
систем, які б інтегрували в собі механізми автоматичного налаштування оптики з
багаторівневою системою апаратного захисту від розгерметизації. Це обґрунтовує
необхідність проєктування нової комп'ютерно-інтегрованої системи на базі
завадостійкого інтерфейсу ІРПС та сучасних мікроконтролерів.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 13

1.3. Огляд літературних джерел та методів автоматичного фокусування
Для розробки ефективної комп’ютерно-інтегрованої системи необхідно
провести глибокий аналіз теоретичних засад формування зображення та методів
визначення ступеня його різкості. У сучасній науковій літературі виділяють два
основні підходи до побудови систем автоматичного фокусування (АФ): активний
та пасивний.
Математична модель оцінки якості фокусування
В основі будь-якого алгоритму АФ лежить обчислення функції оцінки
фокусування (Focus Measure Function — FMF). Завданням системи автоматизації є
пошук положення лінзи z , при якому значення функції f (z) є максимальним:
zopt = arg max z f (z)
В наукових джерелах виділяють такі вимоги до ідеальної функції оцінки:
• Унімодальність: наявність лише одного чіткого максимуму.
• Висока завадостійкість: здатність ігнорувати шуми матриці та зважені
частки у воді.
• Обчислювальна простота: можливість реалізації на базі
мікроконтролерів у реальному часі.
Класифікація пасивних методів фокусування
Пасивні методи базуються на аналізі безпосередньо відеосигналу. В
літературі їх поділяють на декілька груп:
1. Методи просторового градієнта (Gradient-based):
Найпоширенішим є оператор Собеля або Лапласа. Вони обчислюють суму
квадратів градієнтів яскравості сусідніх пікселів.
o Переваги: Висока чутливість до дрібних деталей.
o Недоліки під водою: Чутливість до «морського снігу» (суспензії), що
може призвести до хибного фокусування на об’єктах перед лінзою.
2. Статистичні методи (Entropy-based):
Аналізують гістограму розподілу яскравості. Чітке зображення зазвичай має
більшу ентропію (інформаційну насиченість).
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 14

o Застосування: Ефективні в умовах низького освітлення, що характерно
для великих глибин.
3. Частотні методи (Transform-based):
Використовують дискретне косинусне перетворення (DCT) або швидке
перетворення Фур'є (FFT). Різке зображення містить більше високочастотних
компонентів.
o Критика: Потребують значних обчислювальних ресурсів
мікроконтролера, що може викликати затримки в роботі системи реального часу.
1.3.3. Проблема підводного спостереження у наукових працях
Аналіз спеціалізованої літератури (праці за авторством Ю. Курило, В.
Мур'єва та закордонних дослідників, таких як J. S. Jaffe) вказує на те, що класичні
алгоритми АФ у воді працюють нестабільно через ефект розсіювання.
У наукових джерелах пропонуються наступні методи вдосконалення:
• Метод «темного каналу» (Dark Channel Prior): Використовується для
попередньої цифрової дегенерації «туману» (каламуті) перед обчисленням фокусу.
• Адаптивне виділення контурів: Алгоритми, що ігнорують об'єкти з
певним радіусом (дрібні частки сміття) і фокусуються лише на великих градієнтах.
Апаратно-програмна реалізація в системах автоматизації
В літературі з комп'ютерно-інтегрованих технологій окрема увага
приділяється мехатронним системам. Для переміщення оптичних блоків
рекомендується використовувати:
• Крокові двигуни (Stepper motors): Забезпечують високу дискретність
кроку та утримання позиції без постійного споживання енергії.
• ПІД-регулятори: Використання пропорційно-інтегрально-
диференціальних алгоритмів для плавного підходу лінзи до точки фокусу без
«перельотів» (overshoot).

1.4. Патентний пошук
Для визначення новизни та технічного рівня розробки було проведено
патентний пошук за базами Укрпатенту, Google Patents та ESPACENET.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 15

Основними критеріями пошуку були: «підводна камера», «автоматичне
фокусування», «герметичний блок», «контроль вологості».
Результати аналізу ключових патентів:
1. Патент US 8,576,329 B2 (Canon Inc.): Описує систему автофокусу для
підводної зйомки, що враховує коефіцієнт заломлення води.
o Суть: Введення корекційного коефіцієнта в алгоритм залежно від
щільності середовища.
o Недоліки: Система не має зворотного зв’язку щодо фізичного стану
корпусу камери.
2. Патент UA 104256 (Україна): Стосується пристрою моніторингу
підводних об'єктів.
o Суть: Описує використання спеціальних освітлювачів для підвищення
контрастності.
o Недоліки: Керування фокусуванням залишається напівавтоматичним,
що не вирішує проблему автономності.
3. Патент EP 2932451 A1: Комп’ютерно-інтегрована система для ROV з
інтегрованими сенсорами.
o Суть: Система містить датчик тиску та температури, дані з яких
передаються по каналу зв'язку.
o Критичний аналіз: Хоча система має діагностику, вона використовує
дорогі оптоволоконні канали, що робить її недоступною для масового
використання в інженерних задачах середньої ланки.

На основі проведеного аналізу існуючих аналогів, літературних джерел та
патентної документації можна зробити наступні висновки:
1. Відсутність комплексних рішень: Більшість систем є або виключно
оптичними (без захисту), або захищеними (без інтелектуальної автоматизації
фокусу).
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 16

2. Проблема завадостійкості: Використання стандартних ІТ-інтерфейсів
(USB, Ethernet) у підводних умовах на великих відстанях є ненадійним. Необхідне
впровадження промислового стандарту ІРПС (струмова петля).
3. Необхідність діагностики: В умовах неможливості оперативного
ремонту, критично важливим є включення в систему контролера, що в реальному
часі аналізує герметичність (датчики вологості та температури).
4. Актуальність розробки: Таким чином, проєктування комп’ютерно-
інтегрованої системи на базі мікроконтролера, яка автоматизує фокусування та
одночасно здійснює телеметричний контроль стану обладнання, є обґрунтованим
та актуальним технічним завданням для бакалаврського проєкту.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 17

2. Обґрунтування технічного завдання

Даний дипломний проєкт передбачає розробку комп’ютерно-інтегрованої
системи автоматичного фокусування, що є складником камерного блока
підводного спостереження. Головною метою розробки є підвищення рівня
автоматизації телевізійного комплексу та мінімізація навантаження на оператора
шляхом впровадження інтелектуальних алгоритмів керування оптичними
параметрами.
Пристрій повинен забезпечувати формування прецизійних керуючих
сигналів для крокового двигуна, який механічно поєднаний із кільцем регулювання
фокусування об’єктива. В основі роботи алгоритму лежить аналіз яскравісної
складової аналогового відеосигналу без синхроімпульсів, що надходить
безпосередньо з камерного модуля. Система має підтримувати два режими
функціонування, а саме автоматичний пошук оптимальної різкості за екстремумом
цільової функції та дистанційне позиціонування лінзи за командами з пульта
керування.
Обмін даними між підводним пристроєм та пультом оператора здійснюється
через цифровий радіально-послідовний інтерфейс типу «струмова петля» (ІРПС 20
мА) у дуплексному режимі. Вибір цього інтерфейсу обумовлений необхідністю
забезпечення високої завадостійкості при передачі сигналів по кабель-тросу на
великі відстані. Для гарантування безпеки та стабільності роботи обчислювальної
частини контролера в системі повинна бути реалізована повна гальванічна
розв’язка інтерфейсних ліній.
Окрім функцій керування оптикою, пристрій виконує завдання безперервної
телеметрії та діагностики стану герметичного корпусу. Контролер має здійснювати
вимірювання температури в об’ємі боксу з похибкою не більше одного градуса
Цельсія та відносної вологості з точністю до трьох відсотків. Ці дані дозволяють
системі своєчасно ідентифікувати загрозу розгерметизації та запобігти аварійному
виходу обладнання з ладу.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 18

Електроживлення системи реалізується від вторинного джерела постійного
струму з номінальною напругою 24 В, при цьому формування всіх внутрішніх
рівнів напруги для мікроконтролера та силових драйверів двигуна виконується
інтегрованими в пристрій DC/DC перетворювачами. Конструкція виробу та вибір
елементної бази (з використанням компонентів поверхневого монтажу) мають
відповідати вимогам групи виконання 2.3.5 згідно з ГОСТ РВ 20.39.304-98, що
гарантує стійкість до механічних та кліматичних впливів у складі військової та
спеціальної техніки. Розрахунковий час наробітку системи на відмову повинен
складати не менше десяти тисяч годин в умовах обмеженого доступу для
обслуговування.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 19

3. Розробка структурної та принципової схеми системи

3.1 Розробка структурної схеми

Виходячи з технічного завдання, складемо структурну схему пристрою на
рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема електрична структурна.

Пристрій повинен живитися від бортової мережі електропостачання +48 В.
Оскільки для живлення всіх мікросхем у пристрої нам необхідно забезпечити
постійну напругу 5 В та здійснити гальванічну розв'язку радіально-послідовного
інтерфейсу (ІРПС) від мережі живлення цифрових мікросхем, у пристрої
знадобиться блок формування напруги та фільтрів.
Пристрій повинен управлятися оператором. З цього випливає, що потрібен
перетворювач інтерфейсу ІРПС/USART.
Оскільки пристрій знаходиться за бортом підводного апарата, нам необхідна
система контролю температури та вологості.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 20

Пристрій повинен обробляти телевізійний сигнал з камери, тому необхідний
блок обробки аналогового сигналу. Оскільки телевізійний сигнал також
оброблятиметься в мікроконтролері, потрібен блок аналого-цифрового
перетворення.
Для управління двигуном фокусування необхідний блок контролера
управління, що генерує на основі результату обробки вхідного телевізійного
сигналу сигнал управління двигуном фокусування.

3.2 Розробка функціональної схеми

Виходячи зі структурної схеми пристрою, складено функціональну схему на
рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема електрична функціональна.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 21

Для забезпечення живлення контролера управління використовується DC/DC
перетворювач із 48 В у 5 В; також застосовується перетворювач 5 В у 5 В для
забезпечення гальванічної розв'язки інтерфейсу ІРПС з метою зменшення впливу
завад. Перетворювач із 48 В у 12 В необхідний для живлення аналого-цифрового
перетворювача (АЦП).
Вхідний аналоговий телевізійний сигнал надходить із камери. Щоб отримати
з нього інформацію про різкість зображення, використовується диференціююче
коло. Інтегруюче коло застосовується для зниження частоти диференційованого
сигналу, щоб зменшити мінімально необхідну частоту дискретизації аналого-
цифрового перетворювача та мікроконтролера.
Вхідний сигнал також обробляється в мікроконтролері, тому необхідний
АЦП для перетворення аналогового сигналу в цифровий.
У мікроконтролері, за результатами алгоритму обробки сигналу,
приймається рішення про подачу сигналу фокусування на двигуни фокусування
об'єктива. Також мікроконтролер контролює температуру та вологість у пристрої і
забезпечує зв'язок з оператором через інтерфейс USART.
Посилки команд передаються по ІРПС, тому необхідний перетворювач ІРПС
в інтерфейс USART. Живлення перетворювача також має гальванічну розв'язку для
зменшення ймовірності виникнення помилок.
Датчик температури та вологості перевіряє наявність вологи в приладі після
подачі напруги, і лише після цього вмикаються додаткові DC/DC перетворювачі.
Сформований у мікроконтролері сигнал управління фокусуванням надходить
на інтегруюче коло для зниження впливу інерційності двигунів фокусування. Потім
сигнал з інтегруючого кола відкриває транзисторний ключ, який пропускає 8 В
через мікроелектронне реле на об'єктив. Мікроелектронні реле забезпечують
необхідну силу струму для управління двигунами фокусування.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 22

3.3 Вибір елементів принципової схеми

Вибір операційного підсилювача
ОП необхідний для диференціюючого та інтегруючого кіл. Оскільки вхідний
аналоговий сигнал надходить із частотою слідування пікселів 70 нс, необхідно, щоб
ОП був широкосмуговим (14 МГц). Також необхідно забезпечити високу
швидкодію (швидкість наростання/спаду > 10 МВ/с).
Оскільки потрібні два однакові ОП, був обраний ADA4891-2 з двома
операційними підсилювачами в одному корпусі. Розташування виводів
представлено на рисунку 3.3.

Рисунок 3.3 – Розташування виводів ADA48 1

Характеристики:
• висока швидкодія;
• -3 дБ на частоті 220 МГц;
• швидкість наростання 170 В/мкс;
• діапазон вхідної напруги 0... V_dd;
• 0,1 дБ нелінійність підсилення на частоті 25 МГц;
• похибка диференційного входу 0,05%;
• похибка фази 0,25^\circ;
• напруга живлення 2,7–5,5 В;
• відношення сигнал/шум 79 дБ;
• споживання струму 4,4 мА.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 23

Вибір аналого-цифрового перетворювача
АЦП повинен виконувати перетворення з частотою, що вдвічі перевищує
частоту сигналу. Частота слідування рядків становить 20 кГц, отже, частота
дискретизації має бути більшою за 40 кГц.

Цій вимозі відповідає АЦП AD7457. Залежність відношення сигнал/шум
AD7457 зображено на рисунку 3.4.
Характеристики:
• напруга живлення від 2,7 до 5,25 В;
• споживана потужність 3 мВт (при швидкості передачі даних 100 kSPS та
напрузі живлення 5 В);
• псевдодиференційний аналоговий вхід;
• смуга частот вхідного сигналу 50 кГц;
• високошвидкісний інтерфейс SPI;
• автоматичний режим енергозбереження;
• 8-вивідний корпус SOT-23.

Рисунок 3.4 – Залежність відношення сигнал/шум від частоти вхідного
сигналу (V_DD=3 В та V_DD=5 В)

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 24

Вибір мікроконтролера
Основна задача — підібрати сучасний мікроконтролер, що володіє високими
обчислювальними можливостями та має програмну пам'ять типу Flash. Досить
важливим є наявність достатньої кількості портів введення-виведення інформації,
висока швидкодія та великий час наробітку МК.
Для уніфікації мікропроцесорних пристроїв, що використовуються в
телевізійному комплексі, застосуємо в розроблюваному пристрої 8-розрядний
AVR-мікроконтролер із внутрішньосистемною програмованою пам'яттю типу
Flash ATMega1284p компанії ATMEL. МК має необхідну периферію та програмне
забезпечення (ПЗ) для програмування і налагодження додатків у середовищі
Windows.
МК цієї серії мають функції, що дозволяють підвищити ефективність роботи
в режимі реального часу, полегшують використання мов високого рівня та
забезпечують можливість взаємодії з пам'яттю великого обсягу.
Характеристики:
• посилена RISC-архітектура;
• 128 Кбайт Flash-пам'яті;
• 4 Кбайт незалежної пам'яті EEPROM;
• 16 Кбайт пам'яті RAM;
• термін служби до 20 років;
• інтерфейс JTAG.
Периферійні пристрої:
• два 8-розрядні таймери/лічильники;
• два 16-розрядні таймери/лічильники;
• таймер реального часу;
• 6 каналів ШІМ (широтно-імпульсної модуляції);
• 8-канальний 10-розрядний АЦП;
• двопровідний послідовний інтерфейс TWI;
• два програмовані синхронні/асинхронні приймачі-передавачі USART;
• послідовний інтерфейс SPI;
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 25

• програмований сторожовий таймер;
• аналоговий компаратор.
Спеціальні функції:
• скидання при подачі живлення;
• вбудований калібрований RC-генератор;
• внутрішні та зовнішні джерела запитів на переривання;
• три режими управління енергоспоживанням: холостий хід (Idle), знижене
споживання (Power-down) та черговий (Standby);
Введення-виведення та корпус:
• 35 програмованих ліній введення-виведення;
• 44-вивідний корпус TQFP;
• напруга живлення 4,5–5,5 В;
• робоча частота до 20 МГц.
Розташування висновків мікроконтролера зображено на рисунку 3.5.

Рисунок 3.5 – Розташування висновків мікроконтролера ATMega1284p.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 26

Вибір датчика температури та вологості

Датчик вологості та температури є важливим компонентом у
розроблюваному пристрої. Він необхідний для того, щоб уникнути виходу з ладу
інших компонентів в аварійній ситуації (якщо вода потрапить у корпус пристрою).
Після подачі живлення датчик перевіряє наявність вологи в приладі, і лише після
цього вмикається DC/DC перетворювач.
Датчик — первинний перетворювач, елемент вимірювального, сигнального,
регулюючого або керуючого пристрою системи, що перетворює контрольовану
величину (тиск, температуру, частоту, швидкість, переміщення, напругу,
електричний струм тощо) у сигнал, зручний для вимірювання, передачі,
перетворення, зберігання та реєстрації, а також для впливу ним на керовані
процеси. Датчики є одними з основних елементів у пристроях дистанційних
вимірювань, телевимірювань і телесигналізації, регулювання та управління.
Після аналізу датчиків вологості та температури, представлених на ринку,
було вирішено зупинити увагу на серії датчиків SHT1x від фірми
Sensirion..Факторами вибору саме цих датчиків стали:
• суміщення в одному корпусі датчика вологості та датчика температури;
• мініатюрні розміри виробу;
• можливість отримати одразу цифровий сигнал без використання АЦП;
• відмінні показники точності, повторюваності;
• мала споживана потужність.
Для пристрою оберемо датчик вологості та температури SHT10 фірми
Sensirion. Зовнішній вигляд датчика представлено на рисунку 3.6
Датчик необхідний у пристрої для перевірки вологості та температури в
герметичному боксі перед увімкненням підводних світлових приладів. У лінійці
датчиків вологості з цифровим виходом представлені моделі, що дозволяють
вибрати оптимальне співвідношення функціональності та вартості.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 27

Роздільна здатність датчика становить 14 біт (вологість) і 12 біт
(температура), однак при збільшенні швидкості обробки даних вона може бути
змінена до 12 і 8 біт відповідно.
Датчик призначений для поверхневого монтажу. Елемент поєднує в собі
сенсори вологості та температури, а також блок обробки інфор-мації, який видає
відкалібрований цифровий сигнал, що передається через послідовний інтерфейс.
Усе це забезпечує відмінну якість сигналу та малий час відгуку. Варто відзначити
малі розміри елемента — датчик виконаний у SMD-корпусі та має низьке
енергоспоживання.

Рисунок 3.6 – Зовнішній вигляд датчика температури та вологості SHT10.

Характеристики:
• діапазон вимірюваної відносної вологості: 1...99 %;
• вихідний сигнал: I2C;
• номінальний вихідний струм: 0,5 мА;
• час відгуку: 5–30 с;
• напруга живлення: 2,4–5,5 В.

Вибір DC/DC перетворювачів

Живлення 5 В потрібне для мікросхем пристрою. Споживана потужність
мікросхем наведена в таблиці 3.1.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 28

Таблиця 3.1 – Споживана потужність мікросхем у пристрої
Назва мікросхеми Кількість Споживана потужність
ATMega1284P 1 40 мВт
AD7457 1 1,5 мВт
AD4891-2 3 88 мВт
ADG841 1 <1 мВт
ADG842 1 <1 мВт
H11L1 2 250 мВт
PVG612 2 140 мВт
SHT10 1 <1 мВт

Разом для живлення мікросхем у пристрої нам знадобиться потужність:
40 +1,5 + 88 ⋅3 + 250 ⋅2 +140 ⋅ 2 =1085,5 мВт
Виходячи з цього, для формування напруги 5 В обираємо DC/DC
перетворювач AM2T4805-SZ.

Характеристики:
• вхідна напруга: 36–72 В;
• вихідна напруга: 5 В;
• максимальний вихідний струм: 2 А;
• максимальна ємність навантаження: 2200 мкФ;
• ККД: 84%;
• час перехідного процесу: 350 мс;
• опір ізоляції: >1000 МОм;
• похибка вихідної напруги: ±1% ;
• діапазон температур: від −40°C до +65°C .
Для гальванічної розв'язки передавача ІРПС від мереж живлення цифрових
мікросхем використовуємо DC/DC перетворювач AM1D-0505SZ. При вихідній
напрузі 5 В і низькому логічному рівні 20 мА для нього знадобиться потужність:
5 ⋅20 ⋅10−3 = 0,1 Вт
З цього випливає, що достатньо перетворювача з потужністю 1 Вт.
Характеристики:
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 29

• вхідна напруга: 4,5–9 В;
• вихідна напруга: ±5 В;
• максимальний вихідний струм: ±0,1 А;
• максимальна ємність навантаження: ±1000 мкФ;
• ККД: 77%;
• час перехідного процесу: 350 мс;
• опір ізоляції: >1000 МОм;
• похибка вихідної напруги: ±1% ;
• діапазон температур: від −40°C до +65°C .
Для роботи електродвигуна IG16GM type 04 необхідна напруга 12 В і струм
85 мА, отже, споживана потужність становитиме:
12 ⋅85 ⋅10−3 =1,02Вт
З цього випливає, що для роботи електродвигуна необхідний DC/DC
перетворювач потужністю не менше 2 Вт.
Для формування напруги 9 В обрано перетворювач AM2D-4812DZ.
Характеристики:
• вхідна напруга: 36–72 В;
• вихідна напруга: 9 В;
• максимальний вихідний струм: 1,111 А;
• максимальна ємність навантаження: ±1000 мкФ;
• ККД: 84%;
• час перехідного процесу: 350 мс;
• опір ізоляції: >1000 МОм;
• похибка вихідної напруги: ±1% ;
• діапазон температур: від −40°C до +65°C .

Вибір мікроелектронного реле

Для комутації сигналу управління двигуном фокусування необхідно
використовувати твердотільне реле. Також буде забезпечена гальванічна розв'язка
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 30

між вхідним керуючим колом і вихідним сигналом. Обрано мікроелектронне реле
PVG612. Зовнішній вигляд PVG612 зображено на рисунку 3.7.

Рисунок 3.7 – Зовнішній вигляд PVG612

Характеристики:
• мінімальний вхідний струм: 5,0
мА;
• діапазон вхідного струму: 5,0 – 25 мА;
• максимальна зворотна напруга: 6 В;
• розмах вихідної напруги: від 0 до ±60 В;
• максимальний струм навантаження: 2 А;
• максимальна вихідна ємність: 130 пФ.

3.4 Розробка принципової схеми

Розробка блока формування напруг
Для зниження рівня пульсацій на вході DC/DC перетворювача
підключаються конденсатори великої ємності або LC-фільтри. Конденсатори
фільтра повинні мати мінімальний еквівалентний послідовний опір (ESR). Крім
того, їх слід розташовувати якомога ближче до виводів перетворювача для
зменшення опору з'єднувальних провідників. Для зниження рівня пульсацій на
виході застосовуються конденсатори.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 31

Рекомендована схема підключення перетворювачів фірми Aimtec
представлена на рисунку 3.8.

Рисунок 3.8 – Рекомендована схема підключення перетворювачів Aimtec

Розробимо принципову схему перетворювача з 48 В у 12 В. Схема
представлена на рисунку 3.9.

Рисунок 3.9 – Схема підключення перетворювача AM2D-4812DZ

Згідно з рекомендацією виробника, для перетворювача з вхідною напругою
+48 В обираються такі номінали елементів: C3 = 100 мкФ; C8 = 2,2 мкФ; C12, C13
= 10 мкФ; C16, C17 = 0,1 мкФ; L3 = 18 мкГн.
Розробимо принципову схему перетворювача з 48 В у 5 В. Схема
представлена на рисунку 3.10. Схема фільтрації аналогічна AM2D-4812DZ.
Рисунок 3.10 – Схема підключення перетворювача AM1D-4805SZ
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 32

Обираються такі номінали елементів: C1 = 100 мкФ; C6 = 2,2 мкФ; C10 = 10
мкФ; C14 = 0,1 мкФ; L1 = 18 мкГн.
Розробимо принципову схему перетворювача з 5 В у 5 В. Схема представлена
на рисунку 3.11. Схема фільтрації аналогічна AM2D-4812DZ.
Рисунок 3.11 – Схема підключення перетворювача AM1D-0505SZ
Обираються такі номінали елементів: C2 = 100 мкФ; C7 = 2,2 мкФ; C11 = 10
мкФ; C15 = 0,1 мкФ; L2 = 18 мкГн.

Розробка блока датчика температури та вологості
Рекомендована виробником схема підключення датчика температури та
вологості представлена на рисунку 3.12.

Рисунок 3.12 – Рекомендована схема підключення

Розробимо схему блока з урахуванням рекомендації. Отримана схема
представлена на рисунку 3.13. Обираємо номінали елементів згідно з
рекомендацією: C19 = 0,01 мкФ; R17 = 10 кОм.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 33

Рисунок 3.13 – Схема блока датчика температури та вологості.
Передача даних на мікроконтролер здійснюється по послідовному
інтерфейсу SPI.

Розробка блока мікроконтролера
Схема блока мікроконтролера наведена на рисунку 3.14.
За рекомендацією виробника, порти PB0...PB3 використовуються для
інтерфейсу SPI, порти PD2, PD3 використовуються для інтерфейсу USART. Через
порти PD4, PD5 передається сигнал управління двигуном фокусування на блок
мікроелектронних реле. Через порт PD6 подається сигнал скидання на блок ФВЧ.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 34

Рисунок 3.14 – Схема блока мікроконтролера.

До портів XTAL1 і XTAL2 підключається генератор кварцової частоти з
частотою 20 МГц. Для фільтрації високочастотних завад кварцового генератора
використовуються конденсатори С4 і С5 між живленням і землею. Ємність
фільтруючих конденсаторів С4 і С5 обирається згідно з рекомендованими 22 пФ.
Для здійснення перезавантаження мікроконтролера використовується порт RST.
Порт підтягнутий за допомогою резистора R11 = 3 кОм до позитивного потенціалу,
скидання не відбувається, поки не прийде сигнал.
Згідно з рекомендацією виробника, між портами живлення і портами землі
ставиться фільтруючий конденсатор C9 = 0,1 мкФ.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 35

4 Розрахунок основних вузлів схеми

4.1 Розрахунок блока фільтра високих частот

Схема диференціатора представлена на рисунку 4.1. Диференціатор створює
вихідну напругу, пропорційну швидкості зміни вхідної. При диференціюванні
підсилювач повинен пропускати лише змінну складову вхідної напруги, і
коефіцієнт підсилення диференціюючої схеми має зростати при збільшенні
швидкості зміни вхідного сигналу. Вираз для значення напруги на виході
визначається як:
Uвих = −RC dU1 5.1
dt

Отже,
RC = τ 5.2

Рисунок 4.1 – Схема диференціатора.

Період вхідного сигналу становить 70 нс; оскільки телевізійний сигнал у
стандарті PAL, достатньо проводити диференціювання по 72 елементах.
Обчислимо необхідне значення сталої часу диференціатора:
τ = 70 ⋅10−9 ⋅72 = 5040нс
Оберемо номінали елементів відповідно до ряду номіналів Е24:
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 36

C18 = 510 пФ; R22 = 10 кОм.
Щоб зменшити частку високочастотних шумів у вихідному сигналі,
використаємо конденсатор C23 = 33 пФ.
Щоб переконатися в коректній роботі диференціатора, промоделюємо його в
програмі Microcap 9.0. Часові діаграми моделі диференціатора представлені на
рисунку 4.2.

Рисунок 4.2 – Часові діаграми диференціатора. V (6) — вхідний відеосигнал,
V (4) — сигнал на виході диференціатора.
На наведеному вище графіку видно, що коло коректно виконує операцію
диференціювання над вхідним сигналом.

4.2 Розрахунок блока фільтра низьких частот

Схема інтегратора наведена на рисунку 4.3. Інтегратор на операційному
підсилювачі виконує дії над напругами протягом певного періоду часу, результат
його роботи — сума напруг за певний час.
Обираємо значення елементів так, щоб інтегратор підсумовував 10 періодів з
виходу диференціатора. Період сигналу, що надходить на інтегратор, становить
5040 нс, отже, стала часу інтегратора:
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 37

τ = 5040 ⋅10−9 ⋅10 = 50040нс

Рисунок 4.3 – Схема фільтра низьких частот.

Визначимо номінали R12 та C24 зі співвідношення:

RC = τ 5.3

Номінали: R12 = 10 кОм; C24 = 5100 пФ.
Паралельно конденсатору C24 підключається резистор R23 з опором 51 кОм,
це забезпечить стабільне зміщення за рахунок зворотного зв'язку за постійним
струмом.
Для формування послідовності імпульсів використовується скидання
інтегратора в нуль. Для функції скидання використовується аналоговий ключ DA6
(ADG841), що працює на розмикання, та ключ DA11 (ADG842), що працює на
замикання. Сигнал скидання надходить з мікроконтролера. Коли сигнал скидання
— «1», ключ DA6 відкритий, а ключ DA11 закритий, отже, відбувається
інтегрування. Коли сигнал скидання — «0», ключ DA6 закритий, а ключ DA11
відкритий, інтегрування не відбувається і конденсатор розряджається. В результаті
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 38

операції інтегрування зі скиданням усереднюються значення диференційованого
вхідного сигналу та знижуються вимоги до частоти дискретизації сигналу в блоці
АЦП.
Щоб переконатися в коректній роботі інтегратора, промоделюємо його в
програмі Microcap 9.0. Часові діаграми моделі представлені на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 – Часові діаграми інтегратора. V (4) — сигнал на виході
диференціатора, V (11) — сигнал на виході інтегратора.

На наведеному вище графіку видно, що коло коректно виконує операцію
інтегрування над вхідним сигналом.

4.3 Розрахунок блока аналого-цифрового перетворювача

Розробимо блок АЦП з урахуванням рекомендованої виробником схеми
підключення, що представлена на рисунку 4.5.
Динамічний діапазон дискретизації амплітуди сигналу визначається Vref . Для
використання повного динамічного діапазону на вході АЦП застосовується
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 39

операційний підсилювач. Цю функцію виконує операційний підсилювач у блоці
ФНЧ.

Рисунок 4.5 – Рекомендована схема підключення AD7457.

Схема блока АЦП представлена на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6 – Схема аналого-цифрового перетворювача.

Значення Vref визначає верхній діапазон оцифрування вхідного сигналу.
Задамо значення Vref = 2,5 за допомогою дільника напруги. Для цього використаємо
дільник напруги з номіналами R13 = 1 кОм; R16 = 1 кОм.
Для зниження високочастотних завад на входах Vdd та Vref використовуються
конденсатори C20 = 0,33 мкФ; C25 = 0,1 мкФ; C26 = 10 мкФ.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 40

Імпульси з частотою, що дорівнює частоті дискретизації, подаються на вхід
SCLK.
Передача оцифрованого сигналу до мікроконтролера здійснюється по
послідовному інтерфейсу SPI.

4.4 Розрахунок блока приймача ІРПС

В інтерфейсі радіально-послідовному (ІРПС) цифровий зв'язок відбувається
за рахунок зміни сили струму в колі. За низький логічний рівень прийнято струм
20 мА, а за високий — 5 мА. Дана інверсія відносно традиційного представлення
логічних рівнів зроблена для контролю цілісності лінії передачі. Для роботи з
мікроконтролером необхідно гальванічно розв'язати вихідне коло ІРПС та вхідне
коло мікроконтролера.
У мікроконтролера ATMega1284p при напрузі живлення +5 В за високий
логічний рівень на вході прийнято напругу від 3,5 до 5,5 В, а за низький — від -0,5
до 1,5 В. На виході за високий рівень прийнято напругу від 4,2 до 5 В, за низький
— від 0 до 0,7 В.
Для гальванічної розв'язки використовуємо оптопару H11L1. Оптопара
H11L1 є інвертуючою: при високому струмі на вході загоряється інфрачервоний
світлодіод і тригер Шмітта закривається; на виході утворюється потенціал,
близький до нуля, що розпізнається МК як логічний нуль.
Складемо схему приймача ІРПС. Діод — електронний елемент, що має різну
провідність залежно від напрямку електричного струму. Щоб визначити
протікаючий струм, потрібно скористатися вольт-амперною характеристикою.
Вольт-амперна характеристика світлодіода мікросхеми H11L1 зображена на
рисунку 4.7.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 41

Рисунок 4.7 – Вольт-амперна характеристика світлодіода мікросхеми H11L1.

За робочу точку візьмемо струм 10 мА і напругу 1,2 В, враховуючи, що
пристрій працюватиме при температурі, яка не перевищує 30^\circC. У мережі
ІРПС за низький логічний рівень прийнято струм 20 мА. Напруга в лінії при цьому
становить 2,7 В. Для коректної роботи мікросхеми необхідно сформувати дільник
струму. Схема дільника струму зображена на рисунку 4.8.

Рисунок 4.8 – Схема дільника струму.

Розрахуємо її елементи.
За обраною робочою точкою спад напруги на діоді становить 1,2 В, отже, на
резисторі R2 спадає:
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 42

UR2 = 2,7 −1, 2 =1,5 В
Щоб струм, який протікає через нього, дорівнював 10 мА , його номінал
повинен бути:
R = 1,5
2 =150Ом
0,01
На резисторі R1 спадає 2,7 В; щоб на ньому ділилися решта 10 мА, його
номінал повинен бути:
R1 = 2,7 = 270 Ом
0,01
Також для захисту мікросхеми встановлюється діод, який не пропустить
струм у разі наведеної завади, що захистить тракт зв'язку.
Згідно з документацією на мікросхему, рекомендується встановити
підтягувальний резистор між виходом даних мікросхеми та колом живлення
номіналом 270 Ом. Отримана схема представлена на рисунку 4.9.

Рисунок 4.9 – Схема приймача ІРПС.

Номінали елементів: R2 = 150 Ом; R4 = 270 Ом; R6 = 270 Ом.

4.5 Розрахунок блока передавача ІРПС

Складемо схему передавача ІРПС. На виводі мікроконтролера при високому
логічному рівні встановлюється напруга 5 В, а при низькому — 0,7 В. Для
гальванічної розв'язки та інверсії дискретних відліків нам необхідно скористатися
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 43

згаданою раніше мікросхемою H11L1. Для її активації необхідно забезпечити
струм 10 мА, поставимо на виході МК струмозадавальний резистор номіналом:
R2 = 5 = 500 Ом
0,01
Оберемо в меншу сторону зі стандартного ряду номіналів R2 = 470 Ом.
Однак вихідна напруга мікроконтролера є нестабільною і може змінюватися
від 4,2 до 5 В, тому складемо схему підвищення та зниження логічного рівня.
Підключимо анод мікросхеми H11L1 до постійної напруги 5 В через
розрахований раніше струмо задавальний резистор — це буде підвищувальна
схема, тобто поки не замкнути знижувальну схему, на вході в оптопару завжди буде
високий логічний рівень.
Складемо схему зниження логічного рівня, для цього скористаємося
ключовою схемою на транзисторі. У відкритому стані він замикатиме схему
підвищення рівня на землю; відкриттям і закриттям бази управлятиме МК через
струмо задавальний резистор. Схема підвищення та зниження рівня представлена
на рисунку 4.10.

Рисунок 4.10 – Схема підвищення та зниження логічного рівня.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 44

Розрахуємо ключову схему біполярного транзистора. Для уніфікації на
виробництві в ключових схемах використовують транзистор BC847 фірми Philips.
Його характеристики:
• максимальна напруга колектор-емітер при відкритій базі — 45 В;
• максимальний постійний струм колектора — 100 мА;
• максимальний струм бази при впливі імпульсів тривалістю не більше 1 мс —
100 мА.
Струм через колектор повинен бути не менше 10 мА. Задамося струмом через
колектор — 20 мА. Струм бази і струм колектора пов'язані таким співвідношенням:

IK = IБ ⋅ h21 5.4

де IK — струм колектора, IБ — струм бази, h21 — коефіцієнт підсилення за
струмом.
Залежність коефіцієнта підсилення за струмом від струму колектора при
напрузі колектор-емітер 5 В представлена на рисунку 4.11.

Рисунок 4.11 – Залежність параметра h21 від струму колектора

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 45

При робочій температурі 25°C й IK = 20 мА коефіцієнт підсилення за струмом
дорівнюватиме 200. Тоді розрахуємо струм бази:
I = 0,02
Б =100 ⋅10−6 À
200
Для розрахунку спаду напруги на резисторі R1 необхідно дізнатися напругу
на ділянці база-емітер у режимі насичення. Скористаємося для цього графіком,
зображеним на рисунку 4.12.

Рисунок 4.12 – Залежність напруги база-емітер від струму колектора

При робочій температурі 25°C і IK = 20 мА напруга база-емітер становить
760мВ. Тоді номінал R1 становитиме:
R1 = UЖ −UБЕ , 5.5
IБ

R = 5 − 0,76
1 = 42400 Ом,
0,0001
де UЖ — напруга живлення, UБЕ — напруга база-емітер у режимі насичення.
Однак, зменшуючи опір R1, ми збільшуємо струм бази, а отже, збільшуємо
струм колектора, але струм через колекторне може перевищити встановлений
резистором R2 струм 10 мА. Тому нас обмежує лише межа струму бази,
встановлена виробником — 100 мА.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 46

Для уникнення рідковживаних номіналів у пристрої встановимо R1 = 1 кОм.
Для захисту транзистора від холодної пайки виводу бази встановимо резистор R3
= 10 кОм, тоді у разі відриву бази короткого замикання не буде. У такому разі
струм бази визначатиметься переважно резистором R1, оскільки вхідний імпеданс
при включенні транзистора за схемою зі спільним емітером дорівнює 100 Ом.
Вхідний імпеданс транзистора і резистор R1 майже повністю шунтують резистор
R3, тому його впливом на струм бази можна знехтувати. Тоді струм бази дорівнює:
I = UTXD , 5.6
Б R1
I 5
Б = = 5 мА,
1000
де UTXD — вихідна напруга високого логічного рівня МК.
Розрахувавши вхідне коло мікросхеми H11L1, потрібно вихідну напругу
перетворити у струм і знову дискретно інвертувати, оскільки логічна одиниця з МК
гасить світлодіод в оптопарі, і через тригер Шмітта протікає струм (логічний нуль
для ІРПС). Реалізуємо на виході мікросхеми генератор струму на базі біполярного
транзистора BC857. Його характеристики абсолютно ідентичні BC847, за винятком
провідності. BC847 — транзистор з npn провідністю, а BC857 — з pnp. Схема
генератора струму представлена на рисунку 4.13.

Рисунок 4.13 – Схема генератора струму
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 47

Вихідна напруга низького логічного рівня мікросхеми H11L1 становить 0,3В.
При цьому на виході генератора повинен з'явитися струм 20 мА. Розрахуємо його
елементи. Задамося струмом через резистор R3 — IR3 = 20 мА . Зафіксуємо напругу
на базі дільником напруги. Візьмемо R1 = 1,3 кОм, R2 = 3,9 кОм. Напруга на R1
дорівнюватиме:
U = (UÆ −UOUT ) ⋅ R1 ⋅ R2 5.7
R1 ,
R1 + R2

UR1 = 2, 23 В,
де UOUT — вихідна напруга мікросхеми H11L1 при увімкненому світлодіоді.
Напруга на резисторі R1 дорівнює сумі напруги на R3 та напруги UБЕ в
режимі насичення. Отже, номінал R3:
R = UR3 = UR1 −UБЕ 5.8
3
IR3 IR3

R3 = 76,5 Ом
Оберемо в меншу сторону з ряду стандартних номіналів R3 = 75 Ом.
Резистор R4 повинен бути значно більшим за резистор R3, його призначення
— фіксація струму. Приймемо R4 = 10 кОм. Для гальванічної розв'язки кіл
передавача від цифрових шумів пристрою підключимо живлення та землю,
сформовані DC/DC перетворювачем.
Отриману схему передавача ІРПС див. на рисунку 4.13. Номінали елементів:
R1 = 1 кОм; R3 = 470 Ом; R5 = 10 кОм; R7 = 75 Ом; R8 = 1,3 кОм; R9 = 3,9 кОм;
R10 = 10 кОм.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 48

Рисунок 4.13 – Схема передавача ІРПС.

4.6 Розрахунок блока мікроелектронних реле

Схема блока представлена на рисунку 4.14. Для компенсації інерційності
двигуна управління фокусуванням використовується інтегратор зі сталою часу, що
дорівнює інерційності τ = 1 мс .
Оберемо номінали згідно зі співвідношенням:
RC = τ 5.9
R14, R15 = 10 кОм; C21, C22 = 0,1 мкФ.
Паралельно конденсаторам С21, С22 підключаються резистори R18, R19 з
опорами 10 кОм, це забезпечить стабільне зміщення за рахунок зворотного зв'язку
за постійним струмом.
Оскільки інтегратор інвертує сигнал, на виході поставимо інвертуюче коло з
коефіцієнтом підсилення 1. Для забезпечення такого коефіцієнта підсилення
обираємо номінали елементів R20, R21, R24, R25 = 1 кОм.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 49

Рисунок 4.14 – Схема блока мікроелектронних реле.

З виходу інвертуючого підсилювача сигнал подається на транзисторний
ключ, який керує подачею сигналу на світлодіод мікроелектронного реле.
Транзисторний ключ відкривається при надходженні керуючого сигналу з
мікроконтролера.
Розрахунок транзисторного ключа є аналогічним до попереднього пункту.
R30, R31 = 330 Ом; R26, R27 = 24 кОм; R28, R29 = 10 кОм;
Наведена на рисунку 4.15 схема включення мікроелектронного реле PVG612
підключає навантаження до джерела постійного струму. Вихідні ключі з'єднані
паралельно, що забезпечує струм комутації на 60% більший (2 А), ніж у разі
використання одного ключа.

Рисунок 4.15 – Рекомендована схема включення PVG612.

Залежно від необхідності обертання двигуна в ту чи іншу сторону,
вмикаються реле з відповідно позитивним струмом, що підключається до
навантаження, або негативним.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 50

5. Спеціальна частина

5.1 Рекомендації до розробки програмного забезпечення

Технічне завдання на розробку програмного забезпечення
У пристрої необхідно реалізувати обробку для відеосигналу, це неможливо
зробити без мікроконтролера, який обробляє всю вхідну інформацію. Потрібно
розробити структуру програми для мікроконтролера:
• Необхідно обробляти вхідні посилки від оператора і формувати їх для
відправки.
• Необхідно обробляти дані з датчика температури та вологості.
• Необхідно обробляти дані з АЦП.
• Необхідно управляти скиданням інтегруючих кіл.
• Під час роботи програми одночасно можуть прийматися дані лише від одного
джерела: АЦП, оператора або датчика вологості та температури.
• Усі обчислення для обробки відеосигналу повинні виконуватися відразу
після прийому даних з АЦП і не можуть перериватися від інших джерел,
окрім команд оператора.

Рекомендації до структури модуля прийому та передачі команд
оператору
Для прийому та передачі посилок від оператора до пристрою
використовується радіально-послідовний інтерфейс, який за допомогою схеми
перетворювача перетворює їх у логічні нулі та одиниці, що розпізнаються МК.
Скористаємося інтерфейсом прийому та передачі даних USART. Задамося
швидкістю передачі 250 кбіт/с, оскільки на тактовій частоті 20 МГц похибка
передачі становитиме 0\%. Як тільки оператор відправить команду управління на
пристрій, переривання повинно дочекатися завершення поточного циклу обробки
відеосигналу і почати обробляти команду. Мікроконтролер ATMega1284p має 2
пари портів, що апаратно підтримують інтерфейс USART: PB0, PB1 і PB2, PB3.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 51

Порт PB0 виконує функцію приймача (RXD), PB1 — передавача (TXD).
Підключимо до цих портів вихід приймача і передавача ІРПС відповідно.

Рекомендації до структури модуля прийому даних та управління
датчиком температури і вологості
Датчик температури та вологості потребує 2 лінії підключення до
мікроконтролера — лінію тактової частоти і двонаправлену лінію даних.
Тактова частота обмежена зверху частотою 1 МГц, нижньої межі вона не
має. Враховуючи, що для вимірювання температури не потрібно великих
швидкостей, обмежимося тактовою частотою 1 кГц. Для її формування
використаємо шістнадцятибітний таймер/лічильник. При роботі на частоті 20 МГц
лічильник переповниться в момент:
216
tпереп = 6 = 0,0032768с
20 ⋅10
де tпереп — час переповнення 16-бітного таймера/лічильника.
Частоті 1 кГц відповідає період 1 мс, отже, високий і низький логічні рівні
триватимуть по 0,5 мс.
Такий час буде при досягненні лічильником:
n = 0,0005 ⋅20 ⋅106 =10000
Отже, для формування частоти необхідно написати підпрограму, яка при
збігу таймера з числом 10000 змінює значення певного порту на протилежне. Для
цього підходить будь-який незайнятий порт.
Для початку роботи, після подачі живлення необхідно почекати 11 мкс за
вказівкою виробника; для цього скористаємося тим самим таймером, що і для
підрахунку тактової частоти. Таймер також працюватиме в режимі збігу з числом:
n =11⋅10−6 ⋅ 20 ⋅106 = 220
Друга лінія відповідає за прийом і передачу даних, вона весь час знаходиться
на високому логічному рівні за рахунок підтягувального резистора. Для початку
передачі даних на датчик необхідно опустити лінію до землі, коли на лінії тактової
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 52

частоти знаходиться високий рівень, і тримати її до високого рівня другого
імпульсу тактової частоти, після цього можна починати передачу даних.
Запис даних на датчик можливий протягом високого рівня тактової частоти,
а також під час фронтів; новий біт для читання з'являється на виході мікросхеми
через 15 нс після заднього фронту тактового імпульсу і є актуальним до наступного
заднього фронту.
Для виконання будь-якої операції необхідно відправити відповідну команду.
Список команд наведено в таблиці 6.1; спочатку завжди йдуть три нулі, а потім 5
значущих бітів, починаючи зі старшого.
Таблиця 5.1 – Список команд SHT10.
Команда Код
Зарезервовано 0000x
Виміряти температуру 00011
Виміряти відносну вологість 00101
Прочитати статус-регістр 00111
Записати статус-регістр 00110
Зарезервовано 0101x-1110x
Скидання 11110
Якщо датчик правильно зрозумів команду, то він скине лінію даних в нуль
після 8-го імпульсу тактової частоти; після 9-го імпульсу тактової частоти лінія
даних знову буде вільною для передачі даних.
У статус-регістрі записуються налаштування роботи датчика, значення
кожного біта наведено в таблиці 6.2.
Таблиця 5.2 – Значення бітів у статус-регістрі SHT10.
Біт Значення
7 Зарезервовано
6 Розряд батареї (якщо живлення більше 2,7 В,
то дорівнює 0, якщо менше, то дорівнює 1)
5 Зарезервовано
4 Зарезервовано
3 Тільки для тестування, не використовувати
2 Нагрівач (1 – увімк., 0 – вимк.)
1 Перезавантаження перед кожним вимірюванням
(1 – увімк., 0 – вимк.)
0 1 – Температура 12 біт, вологість 8 біт
0 – Температура 14 біт, вологість 12 біт
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 53

При запуску пристрою, після закінчення затримки в 11 мкс, у цей регістр має
бути записане число 000000112 .
Запит на вимірювання температури та вологості має виконуватися кожні 10
секунд; відраховувати цей час ми будемо на 16-бітному таймері/лічильнику з
виставленим дільником частоти на 1024. Для відліку 1 секунди нам знадобиться
19531 такт; за збігом ми будемо інкрементувати значення обраного регістра
загального призначення і порівнювати його з 10. При рівності в регістр збігу буде
занесено нове число для відліку часу вимірювання, а потім відправлено запит на
вимірювання температури і після нього запит на вимірювання відносної вологості
разом із новим значенням порівняння таймера.
Ми будемо вимірювати значення температури з роздільною здатністю 12 біт,
а значення вологості з роздільною здатністю 8 біт. Виробник заявляє, що при такій
роздільній здатності на вимірювання температури знадобиться 80 мс, а на
вимірювання відносної вологості — 20 мс. Для відліку 80 мс знадобиться 1563
такти частоти таймера, а для 20 мс — 391 такт.
Отже, після того, як ми відправили команду на вимірювання і отримали
нульовий біт підтвердження, датчик підіймає лінію даних у високий стан на час
вимірювання й опускає її, після чого можна почати зчитувати дані, починаючи зі
старшого біта. Після отримання старшого байта мікросхема виведе лінію даних у
високий рівень; МК має опустити її для підтвердження передачі, після чого піде
другий байт.
Для обробки отриманих даних необхідно скористатися наданими
виробником формулами.
Для вологості:
RH 2
linear = c1 + c2SORH + c3SORH 5.1
де c = −2,0468 , c = 0,5872 , c = −4,0845 ⋅10−4
1 2 3 , SORH — отримані дані, переведені
в десяткову систему числення. Отриманий результат необхідно інтерпретувати у
відсотки, де 100% — повністю насичене вологою повітря.
Для температури:
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 54

T = d1 + d2SOT 5.2
де d1 = −40,1, d2 = 0,04 , SOT — отримані дані, переведені в десяткову систему
числення.
Отриманий результат необхідно інтерпретувати в градуси Цельсія.
Максимально допустима температура — 50 градусів Цельсія, максимальна
відносна вологість — 30%. У разі перевищення одного з параметрів МК повинен
відправити команду вимкнення блока.

Рекомендації до структури модуля прийому даних з аналого-цифрового
перетворювача
АЦП потребує трьох ліній підключення до мікроконтролера: лінію тактової
частоти, лінію даних і лінію запиту.
Лінія запиту має завжди підтримуватися мікроконтролером у високому стані.
Весь час, окрім обміну даними, АЦП перебуває в режимі зниженого
енергоспоживання, тому йому необхідний час для відновлення режиму роботи.
Щоб розпочати передачу даних, мікроконтролер повинен запустити тактову
частоту по відповідній лінії, опустити лінію запиту до низького рівня на 0,5 мкс і
потім підняти її назад. У момент, коли лінія даних повернеться у високий стан,
стане доступним перший біт для передачі до заднього фронту імпульсу тактової
частоти. Потім стане доступним другий протягом усього періоду. Так будуть
передані всі 16 біт інформації, починаючи зі старшого. Зауважимо, що перші 4 біти
завжди нульові, і лише наступні 12 є значущими. Після чого необхідно почекати
мінімум 8 мкс до нової сесії передачі даних.
Часова діаграма наведена на рисунку 5.1. Для прийому даних рекомендується
скористатися інтерфейсом SPI.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 55

Рисунок 5.1 – Часова діаграма приймання/передачі даних з аналого-
цифрового перетворювача.
Для максимальної економії енергії виробник рекомендує подавати
максимальну тактову частоту 10 МГц.
Оскільки АЦП 12-розрядний, він може вимірювати 4096 градацій похідної
сигналу, від 0 до 2,5 В. Напрузі 0 В відповідатиме посилка з усіх нулів, напрузі 2,5
В — усі одиниці.
Ідеальна передавальна характеристика представлена на рисунку 5.2.

Рисунок 5.2 – Ідеальна передавальна характеристика АЦП

Щоб різкість зображення була комфортною для спостерігача, необхідно, щоб
середнє значення різкості було максимальним. АЦП 12-розрядний, але оскільки
для визначення середньої похідної не потрібна така точність, достатньо
скористатися лише першими 8 бітами.

Рекомендації до структури модуля обробки даних та визначення режиму
роботи
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 56

Щоб обчислити середню похідну відеосигналу, необхідно порахувати
середню напругу диференційованого сигналу. Для цього необхідно підсумувати всі
відліки, що надходять, і розділити на їхню кількість. Додавання — досить проста
операція для МК, що потребує лише одного машинного циклу. А ось ділення на
натуральне число іноді потребує сотень циклів. Однак ділення на число, кратне 2n
, де n =1, 2,3..., являє собою операцію зсуву вправо, яка займає n тактів (кількість
зсувів).
Саме тому ми беремо 128 відліків. Програма починає роботу із запиту з АЦП
значень напруги за методикою, описаною в пункті 6.3. Час вимірювання всіх 128
відліків становить 0,5 с, з цього випливає, що кожен новий запит повинен
відбуватися кожні 3,9 мс. На частоті 10 МГц час одного прийому даних становить
24 мкс, чого більш ніж достатньо.
Отримані 8 біт даних повинні записуватися в регістрову пару, при цьому в
третьому регістрі має відбуватися інкрементування для відстеження кількості
відліків. Кожен новий відлік повинен підсумовуватися з попереднім. Коли
значення регістра інкрементування досягне 128, необхідно зробити зсув на 7 біт
вправо і перевірити, чи більше воно за попереднє збережене значення. Якщо так,
то необхідно повторити всі попередні операції, а поточне значення прийняти за
максимальне. Якщо ні, то необхідно подати напругу на електродвигун об'єктива,
подавши логічну одиницю на одну зі схем мікроелектронного реле.
Після кожного обчисленого середнього значення необхідно розряджати
конденсатор в інтегруючому колі, замкнувши ключову мікросхему в колі
зворотного зв'язку.

5.2 Проєктування друкованої плати

Для розробки електричної принципової схеми пристрою в електронному
вигляді, а також проектування топології провідного малюнка друкованої плати
(ДП) була використана система автоматизації та проектування Altium Designer 15.1.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 57

На першому етапі проєктування були накреслені умовні графічні позначення
(УГП) всіх елементів схеми відповідно до норм ЄСКД; для цього був використаний
графічний редактор Schematic Editor, і до них додані необхідні за правилами Altium
Designer атрибути. Далі були створені посадкові місця для кожного з компонентів
(включаючи посадкові місця, монтажні отвори, області шовкографії для
розміщення позначення елемента та його графічного позначення на ДП для
зручності читання готової ДП і монтажу). У цьому випадку був використаний
редактор посадкових місць — PCB Editor. У редакторі бібліотек
електрорадіокомпонентної бази були об'єднані УГП і посадкові місця в єдиний
компонент, який тепер можна використовувати в редакторі принципових схем і в
редакторі ДП.
Був створений файл бібліотеки, що містить у собі всі необхідні для
зображення схеми елементи.
На другому етапі проектувалася схема електрична принципова за допомогою
графічного редактора Altium Designer. На даному етапі всі компоненти, створені
раніше, розміщуються на робочому полі, і проводяться електричні зв'язки між
ними. Кожному елементу присвоюється позиційне позначення, наносяться
необхідні написи відповідно до вимог ЄСКД. Далі був складений перелік
елементів. Після того як електрична схема була накреслена, для подальшого
розведення плати потрібно було скомпілювати проєкт для перенесення списку
з'єднань у редактор ДП.
Третій етап — етап проектування провідного рисунка ДП — проводиться в
графічному редакторі Altium Designer. На даному етапі викреслюється контур
майбутньої плати, розміщуються компоненти і проводиться трасування
друкованого монтажу. При розведенні плати використовувалися міркування щодо
оптимального розміщення компонентів (пов'язані один з одним компоненти
доцільно розміщувати поруч; компоненти, що мають велику висоту, ставити там,
де вони не завадять встановленню друкованої плати в корпус; близьке
розташування компонентів не повинно заважати їх монтажу).
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 58

Товщина провідників обиралася виходячи з технічних можливостей
виготовлення, а також з величини протікаючих струмів. На обох платах живильні
провідники та спільний провід («GND») зроблені максимальної товщини.
Застосування суцільної металізації покращує умови електромагнітної сумісності
аналогових кіл, що піддаються впливу паразитних зв'язків.
Конструктивно всі елементи пристрою розташовуються на одній
двосторонній двошаровій платі розміром 100×80 мм. Верхній шар отриманої плати
представлений на рисунку 5.3, нижній шар — на рисунку 5.4.
Плати виготовляються з двошарового фольгованого склотекстоліту FR-4
товщиною 1,5 мм. Усі радіоелементи кріпляться до друкованої плати за допомогою
пайки; пайка проводиться припоєм ПОС-61 за допомогою флюсу ЛТІ-120. Також
плати покриваються лаком УР-231 УХЛ 4.3, крім областей розташування радіатора
та роз'ємів.

Рисунок 5.3 – Верхній шар друкованої плати.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 59

Рисунок 5.4 – Нижній шар друкованої плати.

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

Економічне обґрунтування інженерних рішень базується на комплексному
аналізі життєвого циклу комп’ютерно-інтегрованої системи, починаючи від етапу
проєктування і закінчуючи утилізацією. Основним економічним важелем у даній
роботі є перехід до повної автоматизації процесу фокусування, що безпосередньо
корелює зі зниженням експлуатаційних витрат судна-носія або автономного
безекіпажного апарата. Використання елементної бази для поверхневого монтажу
та інтеграція інтерфейсу ІРПС дозволяють суттєво мінімізувати прямі витрати на
матеріали та комплектуючі. Струмова петля є значно дешевшим рішенням
порівняно з волоконно-оптичними лініями зв’язку, оскільки дозволяє
використовувати стандартні кабельні траси без втрати завадостійкості на
дистанціях до декількох сотень метрів. Окрему увагу приділено концепції сумарної
вартості володіння технікою, де ключову роль відіграє показник надійності. Вибір
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 60

компонентів із часом наробітку на відмову не менше десяти тисяч годин дозволяє
уникнути катастрофічних витрат на позаплановий підйом підводного апарата,
вартість однієї години роботи якого в умовах відкритого моря може перевищувати
вартість всієї електронної частини системи. Таким чином, впровадження
інтелектуальної системи діагностики вологості та температури є формою
економічного страхування, що запобігає втраті високовартісного камерного блока
та оптичних лінз у разі розгерметизації корпусу.
Соціальний аспект розробки розглядається через призму взаємодії людини
з автоматизованою системою та підвищення безпеки праці в екстремальних
умовах. Впровадження комп’ютерно-інтегрованого керування фокусуванням
докорінно змінює характер роботи оператора підводного комплексу,
трансформуючи його з активного регулятора механічних параметрів у контролера-
аналітика. Це суттєво знижує когнітивне та зорове навантаження, запобігаючи
професійному вигоранню та виникненню помилок, спричинених втомою. З
соціальної точки зору, використання таких систем дозволяє мінімізувати залучення
водолазів до виконання небезпечних робіт у каламутній воді або на великих
глибинах, замінюючи їх дистанційно керованими апаратами з високою якістю
технічного зору. Крім того, розвиток таких технологій сприяє інклюзивності
професії, оскільки дозволяє фахівцям з обмеженими фізичними можливостями
керувати складними підводними операціями з берегового поста. Якісна візуалізація
підводних процесів також має вагоме освітнє та наукове значення, надаючи
суспільству можливість спостерігати за екологічним станом водойм та
археологічними об’єктами, що раніше були недоступними для широкого загалу.
Екологічна відповідальність при проєктуванні автоматизованих систем
підводного спостереження полягає у впровадженні принципів «зеленої
автоматизації» та запобіганні забрудненню гідросфери. Технічне рішення щодо
використання енергоефективних DC/DC перетворювачів та крокових двигунів із
режимом низького споживання у стані спокою дозволяє максимально подовжити
термін роботи апарата від акумуляторних батарей. Це зменшує частоту циклів
зарядки-розрядки та подовжує загальний термін служби акумуляторів, що в
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 61

глобальному масштабі знижує обсяги хімічних відходів, які потребують складної
утилізації. Система контролю герметичності відіграє роль екологічного
запобіжника, адже вчасне виявлення протікання запобігає процесам електролізу
морської води та можливому витоку токсичних продуктів деградації електронних
компонентів у водне середовище. Висока надійність вибраної елементної бази
також сприяє сталому розвитку, оскільки пристрої з тривалим терміном
експлуатації зменшують потік електронного бруду. Проєктування пристрою з
урахуванням мінімальних габаритів та ваги дозволяє використовувати меншу
кількість конструкційних матеріалів, що знижує вуглецевий слід під час логістики
та виробництва корпусу.
Етичні аспекти інженерної діяльності у межах даного проєкту охоплюють
питання професійної чесності, відповідальності за точність даних та можливе
подвійне призначення розробки. Оскільки система спроєктована за стандартами
стійкості до зовнішніх факторів, інженер несе моральну відповідальність за
надійність алгоритмів, від яких може залежати успіх рятувальних операцій або
збереження цілісності критичної інфраструктури, як-от дамби чи порти. Етичний
підхід вимагає повної прозорості в роботі діагностичної підсистеми: алгоритм не
має права приховувати навіть незначні відхилення у показниках вологості заради
продовження виконання завдання, оскільки це створює ілюзію безпеки та може
призвести до непередбачуваної аварії. В контексті подвійного використання
технологій, розробник повинен усвідомлювати, що засоби підводного
спостереження можуть застосовуватися не лише для цивільного моніторингу, а й у
військовій сфері. Тому етичним пріоритетом є створення систем, які передусім
служать цілям захисту, спостереження та збереження людського життя.
Інтелектуальна власність та відкритість протоколів передачі даних також є етичним
питанням, де баланс між комерційною таємницею та можливістю інтеграції в
міжнародні наукові проєкти визначає внесок розробника у глобальний
технологічний прогрес.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 62

5.4 Охорона праці

Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на працівників при
роботі в приміщенні проектно-інформаційного відділу
В даному розділі аналізуються умови охорони праці працівників проектно-
інформаційного відділу з метою забезпечення необхідних умов праці, збереження
їх життя та здоров'я в процесі трудової діяльності.
Приміщення відділу знаходиться на першому поверсі двоповерхового
будинку. Розміри приміщення: ширина кімнати – 8,3 м, довжина – 6,5 м, висота –
3,5м. Загалом площа даного приміщення становить 53,95 м2, об'єм – 188,82 м3.
Відповідно до НПАОП 0.00-7.15-18 площа, яка припадає на одне робоче місце
обладнане ПК, повинна становити не менше 6 м2, а об’єм повинен бути не меншим
ніж 20 м3. В даній кімнаті працює 6 осіб. На кожну особу площа становить 8,9 м2
площі та 31,47 м3 об’єму, що відповідає вимогам НПАОП 0.00-7.15-18.
Мікрокліматичні умови приміщення відділу - це температура, відносна
вологість та швидкість руху повітря в робочій зоні. Нормативні значення основних
факторів мікроклімату приміщення відділу, що регламентуються ДСН 3.3.6.042-
99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень» наведені в таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 - Оптимальні та допустимі величини температури, відносної
вологості та швидкості руху повітря в приміщені проектно-інформаційного відділу
Температура Відносна вологість Швидкість руху
Період
повітря, °С повітря, % повітря, м/с
року
Опт. Доп. Опт. Доп. Опт. Доп.
Холодний 21-23 20-24 40-60 75 0,1 ≤0,2
60 при
Теплий 22-24 22-28 40-60 0,2 0,1-0,3
27°С
Фактичні значення параметрів мікроклімату: температура - 28°С влітку, 20
°С взимку; відносна вологість повітря становить 60%, швидкість руху повітря
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 63

становить 0,1 м/с. З наведених даних видно, що фактичні значення параметрів
мікроклімату відповідають ДСН 3.3.6.042-99.
Освітлення відділу виконується двома способами: природним – через бокові
вікна та штучним - за допомогою світильників відповідно до ДБН В.2.5-28-2018
«Природне і штучне освітлення».
Природне світло проникає в кімнату через вікна. Кімната має 3 однакових
вікна, розміри кожного з них становлять 1,5×1,3 м, два з яких зорієнтовані на захід
та одне на південь. Робочі місця розташовані біля вікон, що дозволяє максимально
проникати сонячним променям, що не завжди є корисним, тому вікна в приміщенні
обладнані регульованими жалюзі відповідно до ДБН В.2.5-28-2018.
Природне і штучне освітлення в приміщеннях регламентується залежно від
характеристики зорової роботи, найменшого розміру об'єкта розрізнення, розряду
зорової роботи (І-VIII), системи освітлення, характеристики фону, контрасту
об'єкта розрізнення з фоном. Розряд зорової праці робітників відділу відноситься
до ІІІ розряду (ступінь точності зору - висока, найменші розмір об’єкта розрізнення
0,3-0,5 мм). Для цього розряду нормативне значення КПО при боковому освітлені
згідно норм освітлення ДБН В.2.5-28-2018 дорівнює 2%. Фактичне значення КПО
складає 21-25 %, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
Кабінет обладнаний чотирма світильниками, кожний з яких має дві
люмінесцентні лампи денного світла. Фактичне значення штучного загального
освітлення становить 200-250 лк. Для даного типу зорової праці нормована
величина штучного загального освітлення становить 400 лк відповідно до ДБН
В.2.5-28-2018. Отже, рівень штучного освітлення не відповідає вимогам ДБН В.2.5-
28-2018 «Природне і штучне освітлення». Тому необхідно модернізувати систему
штучного загального освітлення для приміщення проектно-інформаційного
відділу.
Шумом прийнято вважати звуки, які негативно впливають на організм
людини, заважають його роботі та відпочинку. Джерелами шуму в приміщенні є
системний блок комп'ютера, принтер, телефон, факс. Фактичний рівень шуму в
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 64

кабінеті 46-48 дБА при нормі не більше 60 дБА, що відповідає вимогам ДСН
3.3.6.037-99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку».
Джерела вібрації, інфразвуку та ультразвуку відсутні, тому рівень вібрації
відповідає ДСН 3.3.6.039-99, рівні інфразвуку та ультразвуку відповідають ДСН
3.3.6.037-99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку».
Рівні напруженості електромагнітного випромінювання від обладнання
відділу відповідають ДСН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми і правила при
роботі з джерелами електромагнітних полів».
В приміщенні відділу, що за класифікацією можна віднести до приміщень
без підвищеної небезпеки ураження працівників електричним струмом (ПУЕ-17),
розміщено п’ять розеток мережі змінного струму з напругою 230 В та частотою 50
Гц, до яких під’єднано обладнання кабінету.
Задля забезпечення електробезпеки в установі та у окремих приміщеннях
проводять наступні заходи: захисне заземлення корпусів персональних
комп’ютерів, захисне відключення; впровадження системи допусків при виконанні
ремонтних робіт; відгородження, за необхідності, робочих місць або
струмопровідних частин, що залишилися під напругою; розміщення у небезпечних
місцях попереджувальних знаків, плакатів, пам'яток. Електробезпека в
приміщеннях установи регламентується НПАОП 40.1-1.32-01 (ДНАОП 0.00-1.32-
01) «Правила будови електроустановок. Електрообладнання спеціальних
установок», ДСТУ Б В.2.5-82:2016, НПАОП 40.1-1.21-98.
Пожежна безпека відповідно до НАПБ А.01.001-2014 забезпечується
системами запобігання пожежі, пожежного захисту, організаційно-технічними
заходами. Причинами виникнення пожежі у приміщенні можуть бути несправність
електропроводки та устаткування, коротке замикання, перегрів апаратури та
блискавка. Система запобігання пожежі складається з таких елементів: контроль та
профілактика ізоляції, наявності плавких вставок і запобіжників в електронному
устаткуванні; заземлення – для захисту від статичної напруги; блискавкозахисту.
Приміщення відділу за вибухопожежонебезпекою відноситься до категорії
В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. Приміщення відділу має 2 вогнегасники типу
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 65

ВВК-5. На стіні перед виходом наявний план евакуації з приміщення та будівлі
(ДБН В.1.1.7-2016). Серед персоналу проводяться навчання та інструктажі щодо
правил пожежної безпеки.
В приміщені знаходяться шість столів, сейф, шафа для документів. Столи
робочих місць мають висоту 730 мм, ширину 1400 мм, глибину 800 мм, висота
сидіння 450 мм, висота простору для ніг - 650 мм, що забезпечує зручність робочого
місця. Висота і конструкція робочого столу вибрані так, щоб було легко переходити
з робочого положення сидячи, в положення стоячи та відповідають. Відстань від
екрана до ока складає 700 мм при розмірі екрану по діагоналі 24``, а клавіатура
розміщена на поверхні столу на відстані 200 мм від працюючого. Отже, організація
робочого місця повністю задовольняє ергономічним вимогам ДСТУ 8604:2015.
Охорона праці працівників відділу базується на чинному законодавстві
(Закон України «Про охорону праці», Закон України «Про обов’язкове державне
соціальне страхування, «Кодекс законів про працю» та нормативно-правових актах
з питань охорони праці, пожежної безпеки).
Інструктажі з охорони праці для працівників відділу проводяться під час
прийняття на роботу та періодично щодо питань охорони праці, надання першої
медичної допомоги потерпілим від нещасних випадків, а також з правил поведінки
та дій у разі виникнення аварійних ситуацій, пожеж і стихійних лих. Повторний
інструктаж із працівником проводиться 1 раз в 6 місяців. Проходження навчання і
перевірки знань з питань охорони праці 1 раз на 3 роки (НПАОП 0.00-4.12-05).
Медичні огляди працівників проводять згідно Порядку проведення
медичних оглядів працівників певних категорій, затвердженим наказом
Міністерства охорони здоров’я України від 21 травня 2007 року № 246.
Порядок проведення медичних оглядів визначає процедуру проведення
попереднього (під час приймання на роботу) та періодичних (впродовж трудової
діяльності раз на два роки), та щорічного обов’язкового медичного огляду
працівників віком до 21 року.
В результаті проведеного аналізу умов праці робітників проектно-
інформаційного відділу можна зробити висновки, що в даному приміщені всі
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 66

параметри відповідають вимогам законодавчих актів, що регламентуються у галузі
безпеки та охорони праці, але оскільки система штучного загального освітлення в
приміщенні відділу не відповідає ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне
освітлення», тому рекомендується модернізувати систему освітлення.

Модернізація системи загального штучного освітлення в приміщенні
проектно-інформаційного відділу
Сучасні системи штучного освітлення являють собою складні екосистеми,
де переплітаються фізика напівпровідників, цифрове керування та психологія
сприйняття. Наразі саме світло та супровідні технології визначають комфорт
сучасного приміщення.
Ще кілька десятиліть тому вибір освітлення обмежувався підбором
потужності лампи розжарювання. Сьогодні ж панує концепція Human Centric
Lighting (HCL) — освітлення, орієнтоване на людину. Сучасні системи
проєктуються так, щоб імітувати природний сонячний цикл. Вранці вони дають
холодне блакитне світло, яке пригнічує вироблення мелатоніну та допомагає
прокинутися, а ввечері переходять у теплий спектр, готуючи організм до
відпочинку.
Основою сучасних систем освітлення є світлодіоди (LED). Вони дозволили
відійти від громіздких плафонів до інтегрованих рішень: світлових ліній,
прихованих ніш та трекових систем. Але їх головна інновація – це інтелектуальне
керування. За допомогою протоколів DALI, ZigBee або звичайного Wi-Fi ми
можемо змінювати сценарії освітлення одним дотиком до смартфона або
голосовою командою, створюючи ідеальну атмосферу для роботи, вечері чи
перегляду кіно.
Функціональність сучасного світильника визначається кількома
критичними параметрами:
- димування (регулювання яскравості): можливість плавно змінювати
інтенсивність світла без мерехтіння. Це не лише створює комфорт, а й суттєво
економить електроенергію;
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 67

- зміна колірної температури (CCT): моделі Tunable White дозволяють
обирати між «лікарняним білим» для концентрації та «свічковим жовтим» для
релаксу;
- індекс передачі кольору (CRI): в сучасних якісних світильниках цей
показник перевищує 90. Це означає, що кольори інтер’єру та їжі виглядають так
само природно, як під сонцем.
- спрямованість та оптика: використання лінз і відбивачів дозволяє
створювати вузькі акцентні промені (наприклад, для освітлення картини) або м’яке
розсіяне світло, що не засліплює очі;
- датчики присутності та освітленості: світильники самі знають, коли в
кімнаті є люди, або додають яскравості, коли за вікном хмариться.
Щоб зрозуміти переваги сучасних систем освітлення, варто порівняти
основні типи джерел світла та конструкцій, які ще зустрічаються на ринку.
Таблиця 5.4 – Порівняльна характеристика сучасних джерел штучного
освітлення
Лампи
Характеристика розжарювання / Люмінесцентні Сучасні LED-
Галогенні («економки») системи
Дуже низька Найвища
Енергоефективність (90% енергії – Середня (в 8-10 разів
це тепло) економніші за
розжарювання)
Термін служби 1 000 – 2 000 30 000 – 50 000
годин 8 000 – 10000 годин годин
Безпечні, але Містять ртуть, Екологічно чисті,
Екологічність марнотратні потребують підлягають
утилізації переробці
Приємне, але Часто мають Повний контроль
Якість світла обмежене мерехтіння та над спектром і
спектром спотворені кольори стабільністю
Можливості Традиційні Обмежені формою Будь-які форми:
дизайну люстри трубки від стрічок до
панелей
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 68

Якщо порівнювати конструктивні типи світильників, то зараз
спостерігається боротьба між класичними люстрами та магнітними трековими
системами.
Люстри залишаються естетичним центром кімнати, але вони статичні.
Трекові системи — це гнучкість: ви можете пересувати лампи вздовж шини,
додавати їх або змінювати напрямок світла залежно від того, як ви переставили
меблі. Це «конструктор», який адаптується під життя власника.
Враховуючи вищесказане для освітлення приміщення відділу було
запропоновано світильник Delux LED ART PANEL 48W 6500K, оскільки даний
світильник відповідає необхідним параметрам, для забезпечення нормативного
рівня штучного освітлення в приміщені відділу (Рис.5.5).

Рисунок 5.5 - Зовнішній вигляд світильника Delux LED ART PANEL 48W
6500K

Delux LED ART PANEL 48W 6500K - це інноваційний стельовий
світильник, що поєднує в собі передові технології та стильний дизайн, ідеально
підходить для внутрішнього освітлення. Він оснащений високоякісною
світлодіодною (LED) панеллю, яка з потужністю 48 Вт надає потужний світловий
потік у 4800 Лм, здатний забезпечити освітлення навіть великих приміщень.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 69

Завдяки цьому світильник стає ідеальним вибором для офісів, навчальних закладів,
магазинів та інших місць, де важливе якісне світло.
Однією з основних переваг є його енергоефективність. Технологія LED
значно знижує споживання електроенергії, що відображається на зменшенні витрат
на освітлення та обслуговування. Термін служби у 20000 годин дозволяє забути про
часті заміни та додаткові витрати. Це робить світильник не лише економічним, але
й екологічним рішенням.
Світильник має квадратну форму, яка добре інтегрується в сучасний дизайн
приміщень. Він легко встановлюється завдяки вбудованому монтажу і підходить
для натяжних та підвісних стель. Його мінімалістичний дизайн підкреслює
сучасність інтер'єру, а білий колір робить його універсальним для будь-якого стилю
оформлення.
Кольорова температура 6500 K забезпечує холодне біле світло, яке
максимально наближене до природного денного освітлення. Це допомагає
покращити концентрацію і підвищити продуктивність, створюючи комфортну
атмосферу для роботи та навчання. Завдяки такому освітленню ви завжди будете в
тонусі, незалежно від часу доби.
Крім цього, кут розсіювання 120° Delux LED ART PANEL допомагає
забезпечити рівномірне освітлення всієї площі приміщення, виключаючи зони з
поганим освітленням. Це робить світильник особливо корисним в просторих
приміщеннях, де важливо уникнути затемнених кутів.
Високий клас захисту IP20 свідчить про безпечність використання
світильника в закритих приміщеннях, забезпечуючи надійність та довговічність.
Технічні характеристики світильника Delux LED ART PANEL 48W 6500K:
- Джерело світла – світлодіодна
(LED) панель
- Живлення – 220 - 240 В
- Тип світильника – стельовий
- Призначення – внутрішне
освітлення
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 70

- Форма – квадратна
- Тип монтажу – вбудований
- Потужність – 48 Вт
- Світловий потік – 4800 Лм
- Колірна температура – 6500 K
- Кут розсіювання – 120°
- Робоча температура – 0°С - +30°С
- Термін служби – 20 000 годин
- Клас захисту – IPIP20
- Вологозахистний
- Розміри – 595 х 595 х 15 мм
- Вага – 1.54 кг
Для розрахунку необхідної кількості світильників в приміщенні відділу
використаємо метод світлового потоку, який призначений для розрахунку
загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь. Цей метод
дозволяє враховувати як прямий світловий потік, так і відбитий від стін та стелі.
Перш за все, необхідно визначити необхідну кількість світильників для
забезпечення нормативного�� рівн��яН ш⋅т��уч⋅ н��о⋅г��оЗ о світлення за формулою 7.1
��Л ⋅ �� 5.3

де Ен - нормоване загальне штучне освітлення, лк
Кз - коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в
процесі експлуатації.
S - площа приміщення, м2
z - коефіцієнт мінімального освітлення; z=1,05;
Fл - світловий потік світильника – 4800 лм;
η - коефіцієнт використання світлового потоку, відносна одиниця.
Коефіцієнт використання світлового потоку η вибирається в залежності від
групи світильника та індексу приміщення i.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 71

Розрахунок індексу приміщення і:
i = A ⋅ B
h ⋅ (A + B) 5.4

де А, В, Н - довжина і ширина приміщення, м (А = 6,5; В = 8,3; Н=3,5);
h = Н – 0,7 - висота підвісу світильників, м (h =2,8).
Н – висота світильників над підлогою, м.
i = 6,5 ⋅8,3 = 1,3 ≈ 1,5
2,8 ⋅ (8,3 + 6,5)
Індекс приміщення становить і = 1,5
Коефіцієнт використання світлового потоку - 82%
Кількість світиль��ників4 (0ф0о⋅р5м3у,л9а5 7⋅.4800 ⋅ 01
1),0: ,825 ⋅ 1,5 8,63
Отже, для покращення роботи у відділу потрібно встановити дев’ять
світлодіодних світильників Delux LED ART PANEL 48W 6500K.
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 230 В.
Живлячий кабель повинен задовольняти таким вимогам:
− дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої температури.
Для освітлювальної мережі відділу в складі дев’яти світильників Delux LED ART
PANEL 48W 6500K загальною потужністю 432 Вт необхідно використати мідний
кабель ВВГнг-LS з перерізом 1,5 мм2.
− напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних значень;
− механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу
електропроводки.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 72

Висновок

Результатом виконання ВКР є пристрій, що задовольняє поставленому
технічному завданню. Розроблений пристрій дозволяє здійснювати автоматичну
корекцію різкості зображення без участі оператора.
У розробці використана сучасна елементна база. Необхідні схеми
змодельовані, щоб переконатися в їхній коректній роботі. Розроблено рекомендації
для подальшого програмування мікроконтролера, що використовується у пристрої.
Здійснено трасування друкованої плати з урахуванням технологічних вимог та
вимог щодо надійності.
Згідно з наданим документом, розроблена комп'ютерно-інтегрована система
автоматичного фокусування оптичних приладів підводного спостереження має
наступні технічні характеристики:
• Функціональне призначення: Формування сигналу, що надходить на
кроковий двигун фокусування, який підключений до кільця регулювання
об'єктива, для підтримки прийнятної якості телевізійного зображення.
Телевізійний сигнал (стандарт PAL) обробляється з камери у вигляді
яскравісних складових без синхроімпульсів.
• Інтерфейс зв'язку: Використовується радіально-послідовний інтерфейс
(ІРПС, "струмова петля") для дуплексного прийому, передачі та формування
команд керування від оператора. Інтерфейс гальванічно розв'язаний для
захисту обладнання та підвищення стійкості до перешкод.
• Параметри контролю та діагностики (передаються по ІРПС):
o Температура: Вимірювання в об'ємі герметичного корпусу з похибкою
±3°C .
o Відносна вологість: Вимірювання в об'ємі герметичного корпусу з
похибкою ±5% .
• Живлення: Від вторинного джерела постійного струму (48 ± 2, 4) В. Необхідні
для схем додаткові напруги (5 В та 12 В) формуються безпосередньо в
пристрої за допомогою DC/DC перетворювачів.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 73

• Основа обчислювального блоку: 8-розрядний мікроконтролер AVR
ATMega1284p з робочою частотою до 20 МГц.
• Аналогово-цифровий перетворювач: 12-розрядний AD7457 з
високошвидкісним інтерфейсом SPI.
• Умови експлуатації: Пристрій повинен зберігати працездатність відповідно
до групи виконання 2.3.5 ГОСТ РВ 20.39.304-98 (що включає температурний
діапазон від −40°C до +50°C та вимоги до герметичності для роботи під
водою).
• Конструктивне виконання: Всі компоненти розташовані на одній
двосторонній двошаровій друкованій платі розміром 100×80 мм (матеріал
FR-4, товщина 1,5 мм) з використанням компонентів поверхневого монтажу
(SMD) для забезпечення мінімальних масогабаритних характеристик.
• Комутація двигуна: Для керування двигуном фокусування (робоча напруга
12 В, струм 85 мА) використовуються мікроелектронні (твердотільні) реле
PVG612.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 74

Список використаної літератури

1. Lu H., Li Y., Zhang Y., Chen M., Serikawa S., Kim H. S. Underwater Optical
Image Processing: A Comprehensive Review. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 15421–
15435.
2. Song C., Wang J., Li X. Compact underwater multispectral system based on
a liquid crystal tunable filter. Optics Express. 2021. Vol. 29, No. 12. P. 18563–18578.
3. Liu Y., Chen H., Wang S. Underwater hyperspectral imaging system using
liquid lenses to enable autofocus. Optics Letters. 2023. Vol. 48, No. 4. P. 1024–1027.
4. Dansereau D. G. Decoding and calibrating handheld and array-based
plenoptic cameras for underwater imaging. IEEE Transactions on Robotics. 2022. Vol.
38, No. 2. P. 845–859.
5. Neira J., Sequeiros C., Huamani R., Machaca E., Fonseca P., Nina W.
Review on Unmanned Underwater Robotics, Structure Designs, Materials, Sensors,
Actuators, and Navigation Control. Sensors. 2021. Vol. 21, No. 13. P. 4584.
6. Waldner M., Sadhu A. A Systematic Literature Review of Unmanned
Underwater Vehicle-based Structural Health Monitoring Technologies. Journal of
Infrastructure Intelligence and Resilience. 2024. Vol. 3. P. 100112.
7. Sun Y., Li X., Wang J. New Underwater Image Enhancement Algorithm
Based on Improved U-Net. Water. 2025. Vol. 17, No. 6. P. 808.
8. Cong R., Lin J., Zhang J. Gradient Siamese Network (GSN) to capture the
gradient features between distorted and reference images. IEEE Transactions on Image
Processing. 2022. Vol. 31. P. 3451–3465.
9. Kashif M., Ali S., Khan A. DCT Underwater Image Enhancement Based on
Attenuation Analysis. Sensors. 2025. Vol. 25, No. 23. P. 7192.
10. Mai X., Zhang Y., Li H. Visual SLAM for underwater vehicles: A survey.
Robotics and Autonomous Systems. 2024. Vol. 158. P. 104256.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 75

11. Woodfin W. J. Portable Electrochemical Sensor Methods for ROV
underwater inspection. Marine Technology Society Journal. 2022. Vol. 56, No. 4. P. 45–
54.
12. Smith J., Jones A. Focus measure operators for single image blur
segmentation in marine environments. Ocean Engineering. 2023. Vol. 268. P. 113350.
13. Lee H., Kim J. Efficient Two-Stage Autofocus for Micro-Assembly Based
on Joint Spatial-Frequency Image Quality Assessment. Sensors. 2026. Vol. 26, No. 1. P.
125.
14. Chen Y., Wang L. Image Visual Quality: Sharpness Evaluation in the
Logarithmic Image Processing Framework. Journal of Imaging. 2025. Vol. 11, No. 6. P.
154.
15. Zhang W., Li X. A Novel Method To Detect Corrosion In Underwater
Infrastructure Using An Image Processing. IEEE Transactions on Industrial Informatics.
2023. Vol. 19, No. 5. P. 7210–7219.
16. Brown M., Taylor R. Reliable autofocus as a fundamental prerequisite for
precise positioning in underwater optical systems. Applied Optics. 2022. Vol. 61, No. 15.
P. 4410–4418.
17. Kumar P., Singh R. In-vivo studies on embedded fiber Bragg grating based
smart sensors for ROV telemetry. Smart Materials and Structures. 2024. Vol. 33, No. 2.
P. 025007.
18. Wilson D., Adams K. Review and Enhancement of Remotely Operated
Vehicles for Marine Pest Surveillance. Marine Pollution Bulletin. 2021. Vol. 165. P.
112105.
19. Taylor R., Evans J. Autonomous Underwater Robot for Corrosion Detection
and Structural Health Monitoring. IEEE Robotics and Automation Letters. 2024. Vol. 9,
No. 3. P. 2105–2112.
20. Wang Q., Gao S. Industrial anomaly detection algorithms for automated
quality inspection in underwater scenarios. IEEE Sensors Journal. 2023. Vol. 23, No. 11.
P. 12056–12065.
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 76

21. Davis P., Miller T. Telemetry systems for high-pressure underwater
environments: A focus on I2C and RS-485 interfaces. Ocean Engineering. 2022. Vol.
245. P. 110450.
22. White C., Harris B. Microclimate monitoring inside ROV camera enclosures
using digital humidity and temperature sensors. Journal of Marine Science and
Engineering. 2023. Vol. 11, No. 4. P. 805.
23. Robinson A., Clark M. Energy-efficient DC/DC converters for deeply
submerged robotic optical systems. IEEE Transactions on Power Electronics. 2021. Vol.
36, No. 8. P. 9102–9115.
24. Lewis E., Walker D. Implementation of fast image integration algorithms on
8-bit microcontrollers for real-time autofocus. Microprocessors and Microsystems. 2024.
Vol. 104. P. 104990.
25. Hall S., Young C. Hardware-in-the-loop simulation of computer-integrated
optical systems for underwater robotics. Robotics and Computer-Integrated
Manufacturing. 2025. Vol. 89. P. 102765.

Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 77
Ïîçíà÷åííÿ Íàéìåíóâàííÿ Ïðèì³òêà
1 Äîêóìåíòàö³ÿ çàãàëüíà
2
3 çàíîâî ðîçðîáëåíà
4
5 À1 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001 Ý1 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíà 1
6 À1 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001 Ý3 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâà 1
7 À4 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001ÏÇ Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà
8 À1 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001 Ý2 Ñõåìà åëåêòðè÷íà ôóíêö³îíàëüíà 1
9
10 Äîêóìåíòàö³ÿ ³íøà
11
12 çàíîâî ðîçðîáëåíà
13
14
15 À1 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001 ÄÌ Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
16
17 À1 ÐÑÀÑÊ23.23472.026.001 ÄÌ1 Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë 1
18
19 1
20
21
22
23
24
22
23
24
25
26
27
ÐÑÀñê23.23472.026.001 ÒÏ
Çì. Àðêóø ¹ äîêóì. Ï³äï. Äàòà
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â.
Êîìï'þòåðíî-³íòåãðîâàíà ñèñòåìà Ë³ò. Àðêóø Àðêóø³â
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î. Ò 1
àâòîìàòè÷íîãî ôîêóñóâàííÿ îïòè÷íèõ

Í.Êîíòð. Òè÷êîâ Â.Â. ïðèëàä³â ï³äâîäíîãî ñïîñòåðåæåííÿ
Çàòâ. Â³äîì³ñòü òåõí³÷íîãî ïðîºêòó ×ÄÒÓ
¹ ñòðîêè
Ôîðìàò
Ê³ë. ëèñò³â
¹ åêç.
Розрахунок на ЕОМ
Арк.
РСА23ск3.026. 23472.001 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 78
ÐÑÀñê23.23472.026.001 ÄÌ 1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Äðóêîâàíà ïëàòà
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â. 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àë
Ò.êîíòð. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.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
ÐÑÀñê23.23472.026.001 ÄÌ 1
ÐÑÀñê23.23472.026.001 ÄÌ
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Êîìï'þòåðíî-³íòåãðîâàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â. ôîêóñóâàííÿ îïòè÷íèõ ïðèëàä³â ï³äâîäíîãî ñïîñòåðåæåííÿ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Äåìîíñòðàö³éíèé ìàòåð³àëÔ³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.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
ÐÑÀñê23.23472.026.001 ÄÌ
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Å3
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Êîìï'þòåðíî-³íòåãðîâàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â. ôîêóñóâàííÿ îïòè÷íèõ ïðèëàä³â ï³äâîäíîãî ñïîñòåðåæåííÿ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ïðèíöèïîâàÔ³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.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
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Å3
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Ý1
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Êîìï'þòåðíî-³íòåãðîâàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â. ôîêóñóâàííÿ îïòè÷íèõ ïðèëàä³â ï³äâîäíîãî ñïîñòåðåæåííÿ Ò 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Ñõåìà åëåêòðè÷íà ñòðóêòóðíàÔ³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.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
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Ý1
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Å
Ë³ò. Âàãà Ìàñøòàá
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äïèñ Äàòà Êîìï'þòåðíî-³íòåãðîâàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷íîãî
Ðîçðîá. Ïàí÷åíêî Ð.Â. ôîêóñóâàííÿ îïòè÷íèõ ïðèëàä³â ï³äâîäíîãî ñïîñòåðåæåííÿ 1:1
Ïåðåâ. Ô³ë³ìîíîâ Ñ.Î
Ò.êîíòð. Cõåìà åëåêòðè÷íà ôóíêö³îíàëüíàÔ³ë³ìîíîâ Ñ.Î Àðê. Àðêóø³â 1
Ç.íà÷.â³ä.
Í.êîíòð. Òîïòóí À.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
ÐÑÀñê23.23472.026.001 Å

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