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
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5696| Title: | Розробка мікроконтролерного пристрою керування автомобільною світлотехнікою |
| Authors: | Клопотовський, Павло Анатолійович Дульський, Ярослав Іванович |
| Keywords: | автомобіль;світлотехніка;мікроконтроллер;індикація;ходові;вогні |
| Issue Date: | 2023 |
| Abstract: | Об’єкт дослідження – мікроконтролерний пристрій керування автомобільною світ-лотехнікою. Мета роботи – розробка сучасного пристрою з цифровою індикацією для реалізації автоматичного вмикання ближнього чи дальнього світла при запуску автомобіля з вико-ристанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конс-трукторської документації. Методи дослідження – патентний пошук та огляд існуючих рішень, обґрунтування технічного завдання, розробка структурної схеми, розробка принципової електричної схеми, розрахунок та аналіз основних схемних елементів об’єкта проектування. В роботі проаналізовано існуючі схемні рішення аналогічних пристрів та обґрунто-вано необхідність їх використання певними групами користувачів. Проведений аналіз тех-нічного завдання, за результатами якого, розроблена структурна схема пристрою, що про-ектується. Розглянуто особливості роботи окремих блоків схеми. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5696 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Дульский_Клопотовський.pdf Restricted Access | 1.16 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІЙКАЦІЙ І
РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній рівень)
на тему Розробка мікроконтролерного пристрою керування
автомобільною світлотехнікою
Виконав: студент 2 курсу, групи РТ-95СК
напряму підготовки (спеціальності)
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Дульський Я.І.
(прізвище та ініціали)
Керівник Клопотовський П.А
(прізвище та ініціали)
Рецензент Ключка К.М.
Черкаси – 2023 року
ЗМІСТ
ВСТУП ............................................................................................................... 4
1. ПОШУК ТА ОГЛЯД НАЯВНИХ РІШЕНЬ ............................................... 5
1.2 КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ДХВ ................................. 10
1.3 КЕРУЮЧИЙ ПРИСТРІЙ ТА БЛОК ІНДИКАЦІЇ ............................................... 13
1.3.1 Керуючий пристрій ATTiny13 ...................................................... 13
1.3.2 Блок індикації ................................................................................. 17
2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ................................... 19
2.1 НАПРУГА ЖИВЛЕННЯ ............................................................................... 20
2.2 АВТОНОМНА РОБОТА ГОДИННИКА ВІД БАТАРЕЇ...................................... 21
2.3 НАОЧНА ЦИФРОВА ІНДИКАЦІЯ ................................................................ 23
2.4 ОБГРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ ТОЧНОГО КОНТРОЛЮ РІВНЯ ЯСКРАВОСТІ
СВІТЛА...................................................................................................................... 26
3. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ....................................................... 29
4. ОХОРОНА ПРАЦІ ...................................................................................... 33
4.1. АНАЛІЗ ШКІДЛИВИХ ТА НЕБЕЗПЕЧНИХ ФАКТОРІВ, ЩО ВИНИКАЮТЬ В ... 33
ПРИМІЩЕННІ ПРОЕКТНО-ТЕХНІЧНОГО ВІДДІЛУ ............................................ 33
4.2. МОДЕРНІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ВОДЯНОГО ОПАЛЕННЯ ВІДДІЛУ ..................... 38
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ................................................ 45
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Дульський Я.І. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Клопотовський П.А. Розробка мікроконтролерного 3 45
Реценз пристрою керування
Н. Контр. Клопотовський П.А. автомобільною світлотехнікою ЧДТУ 2023
Затверд.
.
Вступ
Актуальність теми
Сучасні автомобілі все більше використовують електронні системи
керування світлотехнікою для поліпшення безпеки та зручності водіїв.
Мікроконтролери стають ключовими елементами цих систем, забезпечуючи
точне керування та координацію роботи різних компонентів автомобільної
світлотехніки, таких як фари, сигнальні лампи, денні ходові огні (ДХО) та інші.
Однак, необхідно постійно розвивати та вдосконалювати
мікроконтролерні пристрої керування автомобільною світлотехнікою з огляду
на зростання вимог до безпеки на дорогах, енергоефективності, забезпечення
максимальної видимості та інших функцій.
Також, інтеграція мікроконтролерів з розумними системами автомобіля,
такими як системи адаптивного освітлення, системи допомоги при паркуванні
та інші, відкриває нові можливості для покращення безпеки та зручності водіїв.
Дослідження в галузі мікроконтролерних пристроїв керування
автомобільною світлотехнікою допоможе вдосконалити наявні системи,
розробити нові функції та забезпечити високу ефективність та надійність
роботи автомобільної світлотехніки. Крім того, це сприятиме подальшому
розвитку автомобільної індустрії та впровадженню інноваційних рішень в цій
сфері.
В даній роботі пропонується розробка сучасного пристрою з цифровою
індикацією для реалізації автоматичного вмикання ближнього чи дальнього
світла при запуску автомобіля.
Основна перевага даного пристрою полягає в тому, що в ньому
передбачено функцію вмикання світла автоматично при запуску автомобіля в
залежності від дати та часу , регулювання яскравості світла фар, цифрову
індикацію та можливість використання пристрою для роботи в ручному
режимі. Використання в схемі сучасної елементної бази дозволить підвищити
надійність та функціональність даного пристрою.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. 4
Арк. № докум. Підпис Дата
Основною новизною є використання в схемі мікроконтроллера, цифрової
індикації інформації про роботу пристрою його мобільність та можливість
регулювання. Що дає можливість не втручатись в систему керування фарами
автомобіля та продовження її роботи в штатному режимі.
Вмикання ближнього світла при їзді за населеними пунктами зазвичай
виконується в ручному режимі або з встановленням аналогів керування
світлотехнікою автомобіля. В останньому випадку блок керування здійснюють
безпосередньо з використанням реле та відсутністю будь якої індикації та
регулювання. Під час руху автомобіля поза населеним пунктом необхідно
вмикати світло для безпеки руху автомобіля та уникненню отримання штрафу.
Пристрій сам автоматично вмикає і вимикає світло в залежності від дати та
часу, що є дуже зручною функцією для водія.
У разі вмикання світла чи габаритів, під час роботи пристрою, він
автоматично завершує свій процес, та розмикає коло, що забезпечує уникненню
виходу пристрою з строю та пошкодженню автомобільної електроніки.
1. Пошук та огляд наявних рішень
1.1 Загальні принципи функціонування пристроїв керування
автомобільною світлотехнікою.
Отже, актуальність дослідження мікроконтролерних пристроїв керування
автомобільною світлотехнікою полягає в їх значущості для таких аспектів:
безпека на дорозі: Автомобільна світлотехніка, належним чином
керована мікроконтролерними пристроями, відіграє важливу роль у
забезпеченні безпеки на дорозі. Вона дозволяє автомобілю бути
видимим і розпізнавати дорожні знаки, пішоходів та інші
транспортні засоби навіть за поганих погодних умов, зменшуючи
ризик аварій;
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 5
№ докум. Підпис Дата
енергоефективність: Розумне керування автомобільною
світлотехнікою дозволяє ефективно використовувати енергію,
зменшуючи споживання палива і електроенергії. Мікроконтролери
можуть регулювати яскравість та напрямок світлових джерел
залежно від умов дороги, швидкості руху і наявності інших
автомобілів;
розширені функції: Мікроконтролерні пристрої дозволяють
реалізувати різноманітні функції в автомобільній світлотехніці.
Наприклад, системи адаптивного освітлення, автоматичного
перемикання дальнього/ближнього світла, інтелектуального
керування освітленням під час повороту, світлові ефекти та інші
додаткові можливості, які покращують комфорт та безпеку
пасажирів;
інновації в автомобільній індустрії: Дослідження та розвиток
мікроконтролерних пристроїв керування автомобільною
світлотехнікою сприяють інноваційному прогресу в автомобільній
індустрії. Вони відкривають нові можливості для реалізації
передових технологій, таких як системи розпізнавання дорожньої
обстановки, автоматичного керування світлотехнікою, взаємодії з
іншими елементами смарт-автомобілів і т.д. Це сприяє розвитку
автономних транспортних засобів, розумного міста та забезпеченню
більш безпечного та зручного дорожнього руху;
надійність та довговічність: Мікроконтролерні пристрої
забезпечують точне та стабільне керування автомобільною
світлотехнікою. Вони мають високу надійність та довговічність, що
є особливо важливим у вимогливих умовах автомобільної
експлуатації, таких як вібрації, температурні коливання і вологість.
Управління автомобільною світлотехнікою базується на кількох основних
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
принципах, які забезпечують ефективну роботу світлових пристроїв та безпеку
на дорозі. Розглянемо їх докладніше.
Електрична система автомобіля. Електрична система автомобіля
відповідає за живлення всіх електричних пристроїв, включаючи світлові. Це
означає, що правильна робота світлових пристроїв залежить від належного
постачання електричної енергії. Акумулятор автомобіля та генератор генерують
електричний струм, необхідний для живлення світлових пристроїв;
Електронні реле в автомобільній світлотехніці.
Електронні реле в системах керування автомобільною світлотехнікою
виконують важливі функції що будуть наведені нижче. Принцип їх роботи
базується на використанні напівпровідникових компонентів, таких як
транзистори і тиристори, для керування потоком електричного струму. На
малюнку 1.1 зображений приклад реле автоматичного включення світла (авто
будь-якої марки) універсальне.
Мал. 1.1 Реле автоматичного включення світла (авто будь-якої марки)
універсальне.
Основна функція електронного реле полягає в управлінні живленням
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
світлових джерел. Воно контролює постачання електричного струму до ламп
або інших світлових пристроїв, забезпечуючи їх працездатність. Замість
традиційних механічних контактів, які можуть підлягати зносу і потребують
заміни, електронні реле використовують напівпровідникові компоненти для
переключення струму. Це забезпечує більш швидке і точне керування, а також
підвищує надійність системи.
Крім управління живленням, електронні реле також можуть здійснювати
переключення режимів роботи світлових джерел. Наприклад, вони можуть
дозволяти перемикатися між денними ходовими вогнями і ближнім світлом або
включати додаткові функції, такі як протитуманні фари або дальнє світло. Це
дає водію більше можливостей контролювати освітлення автомобіля відповідно
до умов дорожнього руху і власних потреб.
Вимоги безпеки. Пристрої керування автомобільною світлотехнікою є
важливою складовою системи безпеки транспортного засобу. Для забезпечення
безпечної експлуатації автомобіля вони повинні відповідати певним вимогам
безпеки.
Один з аспектів безпеки полягає в захисті цих пристроїв від
перевантажень і короткого замикання. Перевантаження може спричинити
пошкодження електричної системи автомобіля, а коротке замикання може
викликати небезпечні ситуації, включаючи загоряння.
Для запобігання таким проблемам, часто використовують плавкий
вимикач. Плавкі вимикачі (плавки запобіжники) є захисними пристроями, які
призначені для розриву електричного кола у випадку перевантаження або
короткого замикання. Вони мають плавкої ртуті або інші матеріали, які швидко
розплавляються під дією великого електричного струму, перериваючи коло і
захищаючи систему від пошкоджень.
Додатково, пристрої керування автомобільною світлотехнікою також
можуть включати інші функції безпеки. Наприклад, вони можуть мати
вбудовані механізми контролю і діагностики, які дозволяють виявляти можливі
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
несправності або відхилення в роботі системи. Це допомагає забезпечити
надійну роботу світлотехніки і попередити можливі небезпечні ситуації.
Регулювання яскравості. Керування яскравістю світлових пристроїв,
таких як фари, дозволяє водіям контролювати освітлення залежно від умов
дорожнього руху та особистих вподобань. Наявність регуляторів яскравості
дозволяє збільшувати або зменшувати інтенсивність світла, щоб забезпечити
оптимальну видимість в різних ситуаціях. Наприклад, вночі на темній дорозі
можна збільшити яскравість фар для кращої видимості, а в умовах обмеженої
видимості або густого трафіку можна знизити яскравість, щоб не створювати
незручностей для інших водіїв;
Використання сенсорів та систем автоматичного керування. Сучасні
автомобільні системи світлотехніки можуть бути обладнані різноманітними
сенсорами та системами автоматичного керування. Наприклад, датчики
освітленості дозволяють автоматично регулювати яскравість фар в залежності
від рівня освітленості навколишнього середовища. Датчики дощу можуть
активувати автоматичне включення фар під час дощу або снігопаду. Камери та
радари використовуються для виявлення і відстеження інших транспортних
засобів, що дозволяє автоматично керувати функціями, такими як автоматичне
переключення між дальнім і ближнім світлом або системи адаптивного
освітлення.
Ці загальні принципи функціонування пристроїв керування
автомобільною світлотехнікою спрямовані на забезпечення безпеки, комфорту
та ефективності освітлення автомобіля. Розуміння цих принципів допомагає
розробляти та вдосконалювати системи керування світлотехнікою, щоб вони
задовольняли потреби водіїв та вимоги безпеки на дорозі. Це також дозволяє
розвивати нові технології, які сприяють ефективнішому використанню енергії
та поліпшенню видимості на дорозі.
Важливо відзначити, що правильна робота пристроїв керування
автомобільною світлотехнікою потребує регулярного обслуговування та
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
перевірки. Водії повинні періодично перевіряти роботу світлових пристроїв,
включаючи фари, сигнальні лампи та інші світлові елементи, щоб
переконатися, що вони працюють належним чином.
Отже пристрої керування автомобільною світлотехнікою грають важливу
роль у забезпеченні безпеки та ефективності освітлення автомобіля. Розуміння
основних принципів їх функціонування допомагає водіям керувати освітленням
залежно від умов дорожнього руху та особистих вимог, забезпечуючи
комфортну та безпечну поїздку.
1.2 Класифікація та особливості побудови ДХВ
Денні ходові вогні або скорочено ДХВ це по суті елемент системи
пасивної безпеки автомобіля, тобто пристрій який допомагає запобігти
виникненню потенційно аварійної ситуації. Наявність денних ходових вогнів
сприяє візуальному виділенню автомобіля на дорозі (див малюнок 1.2). Тобто
пішохід або водій іншого транспортного засобу раніше помітить автомобіль з
ДХВ, а значити встигне зреагувати відповідно до ситуації. Сучасні ДХВ
виробляються з використанням світлодіодних (LED) технологій.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Мал 1.2 Приклади ДХВ (денні ходові вогні)
Класифікація Денних Ходових Вогнів (ДХВ) може залежати від різних
факторів, таких як конструкція, використовувані джерела світла, функції та
режими роботи. Основні типи класифікації ДХВ включають:
За монтажем:
Інтегровані ДХВ. Інтегровані ДХВ вбудовуються безпосередньо у
передні фари автомобіля. Вони можуть бути об'єднані в одному блоку разом з
ближнім та дальнім світлом. Цей тип ДХВ зазвичай розташовується поруч з
основними фарами або в їхній безпосередній близькості. Інтегровані ДХВ
можуть мати спеціальні оптичні системи або рефлектори, що дозволяють
досягнути необхідного світлового розподілу.
Самостійні ДХВ: самостійні ДХВ мають окрему конструкцію і можуть
бути встановлені окремо від передніх фар. Зазвичай вони розташовуються на
передньому бампері або в районі основних фар. Самостійні ДХВ можуть бути
вбудовані у спеціальні декоративні елементи або бути окремими блоками, які
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
кріпляться до автомобіля. Цей тип ДХВ надає більшу гнучкість при виборі
місця розташування та дизайну ДХО залежно від вимог стилю або дизайну
автомобіля.
Класифікація ДХВ за типом джерела світла:
Лампові ДХВ: Лампові ДХВ використовують традиційні галогенові або
ксенонові лампи як джерела світла. Галогенові лампи володіють високою
яскравістю, але споживають більше енергії. Ксенонові лампи, в свою чергу,
мають більшу яскравість і довгу тривалість служби. Ці ДХВ можуть мати
окремі лампи для ДХВ або використовувати одну лампу з роздільними
рефлекторами, які регулюють напрямок світлового потоку.
LED-ДХВ: LED-ДХВ використовують світлодіоди (LED) як джерело
світла. LED-світлодіоди мають високу яскравість, низьке споживання енергії і
довгу тривалість служби. Вони здатні швидко включатися та вимикатися, що
дозволяє їм працювати в режимі денних ходових огнів. LED-ДХВ можуть мати
різні конструкції, включаючи одиночні LED-модулі або ряди світлодіодів, що
забезпечують більш рівномірне освітлення.
Обраний тип джерела світла для ДХВ може впливати на яскравість,
енергоефективність, тривалість служби та можливості регулювання світлового
потоку. Вибір між ламповими та LED-ДХО залежить від вимог до світлових
характеристик, енергоефективності та бюджету проекту.
За функціями та режимами роботи Денні Ходові Вгні (ДХВ) можуть
бути класифіковані наступним чином.
Світлофункціональні ДХВ. Цей тип ДХВ виконує не лише функцію
денного освітлення, але також може виконувати інші світлові функції на
автомобілі. Наприклад:
Основне світло. Деякі ДХВ можуть працювати як основні фари, надаючи
достатнє освітлення для видимості на дорозі в темний час доби.
Поворотні сигнали. Можуть мати вбудовані поворотні сигнали, які
світяться яскравіше для покращення видимості при зміні напрямку руху.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Додаткові функції. ДХВ можуть бути обладнані додатковими
світловими функціями, такими як протитуманні ліхтарі, світло заднього ходу
тощо.
Адаптивні ДХО Адаптивні ДХВ володіють здатністю автоматично
регулювати світловий потік, ширину пучка або напрямок освітлення в
залежності від умов дороги та руху автомобіля. Деякі характеристики
адаптивних ДХО включають:
Регулювання світлового потоку. Адаптивні ДХВ можуть автоматично
змінювати яскравість світла в залежності від швидкості руху або освітленості
довкілля.
Автоматичне регулювання пучка світла. Налаштовування ширини
пучка світла, змінюючи кут освітлення в залежності від кута повороту керма
або режиму руху (міський, трасовий, дальньомагістральний).
Автоматичне вимкнення світла. Вмикнення або перехід в режим нижчого
світлового потоку, якщо на дорозі знаходиться інший транспорт або автомобіль
їде зустрічним напрямком, щоб уникнути осліплення інших водіїв.
1.3 Керуючий пристрій та блок індикації
1.3.1 Керуючий пристрій ATTiny13
Для реалізації схеми обрано ATTiny13 , невеликий мікроконтролер (8
ніг), напевно, найдешевший в серії AVR.
З метою забезпечення максимальної продуктивності і паралелізму, AVR
використовує Гарвардську архітектуру - з окремою пам'яттю та шинами для
програм і даних. Команди в програмній пам'яті виконуються з одного рівня
конвеєризації. У той час як одна команда виконується, наступна команда
наперед обирається з вибірки пам'яті програм. Ця концепція дозволяє
виконувати команди у кожному такті. Програмна пам'ять знаходиться в
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
внутрішньо системній програмованій флеш-пам'яті.
AVR ядро об'єднує багату систему команд і 32 робочих регістра
загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо пов'язані з арифметико-
логічним пристроєм (АЛП), що дозволяє отримати доступ до двох незалежних
регістрів при виконанні однієї команди. У результаті ця архітектура дозволяє
забезпечити в десятки разів більшу продуктивність, ніж стандартна CISC
архітектура [3]. Блок-схема мікроконтролера ATtiny13 зображена на малюнку
1.3.
Мал. 1.3 Блок- схема ATtiny13
Прилад виготовлений за високощільною енергонезалежною технологією
виготовлення пам'яті компанії Atmel. Вбудована ISP Flash дозволяє
перепрограмувати пам'ять програми в системі через послідовний SPI інтерфейс
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14
програмою-завантажувачем, виконуваної в AVR ядрі, або звичайним
програматором енергонезалежній пам'яті. ATtiny13 підтримується різними
програмними засобами та інтегрованими засобами розробки, такими як
компілятори C, макроассемблери, програмні відладчики / симулятори,
внутрішньо схемні емулятори та ознайомчі набори.
Принцип роботи ATtiny13 як керуючого пристрою включає наступні
кроки:
1. Розробка програми: Ви можете використовувати середовище розробки,
таке як Atmel Studio або Arduino IDE, для написання програми для
ATtiny13. Програма може бути написана на мові програмування C або
C++ з використанням спеціальних бібліотек і функцій, доступних для
ATtiny13.
2. Компіляція: Після написання програми вона повинна бути скомпільована
до машинного коду, зрозумілого для ATtiny13. Це може бути зроблено за
допомогою відповідних компіляторів і інструментів розробки, які
підтримують ATtiny13.
3. Завантаження програми: Отриманий машинний код повинен бути
завантажений до пам'яті ATtiny13. Це може здійснюватися за допомогою
спеціального програматора, як USBasp або Arduino Uno в режимі ISP (In-
System Programming). Завантаження програми виконується через
спеціальний роз'єм, такий як SPI або ICSP, на ATtiny13.
4. Виконання програми: Після завантаження програма починає
виконуватися на ATtiny13. Вона читає вхідні сигнали з пінів
мікроконтролера, обробляє їх за визначеною логікою і керує вихідними
сигналами та периферійними пристроями.
5. Вхідні/вихідні операції: ATtiny13 має обмежену кількість вхідних і
вихідних пінів , які можуть використовуватися для взаємодії зі
зовнішніми пристроями. Наприклад, вхідні піни можуть приймати
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 15
№ докум. Підпис Дата
сигнали від датчиків, кнопок або інших сенсорів, а вихідні піни можуть
керувати світлодіодами, реле або іншими пристроями.
6. Обробка сигналів: Програма на ATtiny13 аналізує вхідні сигнали та
приймає рішення щодо подальших дій на основі програмованої логіки.
Вона може виявляти певні умови або події і виконувати відповідні дії,
такі як зміна стану вихідних пінів або взаємодія з іншими пристроями.
7. Часове управління: ATtiny13 має вбудований генератор тактових
сигналів, який визначає швидкість виконання програми. Це дозволяє
використовувати таймери, затримки або синхронізацію дій з
використанням внутрішнього тактового сигналу.
8. Керування периферійними пристроями: ATtiny13 може взаємодіяти з
різними периферійними пристроями, такими як ADC (аналого-цифровий
перетворювач) для отримання аналогового вводу, PWM (імпульсно-
широтна модуляція) для генерації аналогових сигналів або USART
(універсальний синхронний асинхронний передавач) для обміну даними з
іншими пристроями.
9. Енергозбереження: ATtiny13 має функції енергозбереження, які
дозволяють зменшити споживання енергії в режимах очікування або
низького навантаження. Це включає здатність вимикати незадіяні
периферійні пристрої, перехід у режим глибокого сну або використання
режимів низького струму для зниження споживання енергії
мікроконтролера.
10. Інтерфейс зовнішнього зв'язку: ATtiny13 може взаємодіяти зі зовнішніми
пристроями або системами зв'язку за допомогою різних інтерфейсів,
таких як I2C (двозв'язковий інтерфейс), SPI (серійний периферійний
інтерфейс) або UART (універсальний асинхронний приймач-передавач).
11. Збереження даних: ATtiny13 має обмежену внутрішню пам'ять для
зберігання програмного коду та даних. Він може також використовувати
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
зовнішню пам'ять, таку як EEPROM або флеш-пам'ять, для зберігання
довготривалих даних або параметрів.
12. Захист від помилок: ATtiny13 має різні механізми для захисту від
помилок, такі як контроль перевірки паритету, контроль цілісності даних
та можливість виявлення і виправлення помилок передачі даних.
1.3.2 Блок індикації
Символьний LCD дисплей 2 рядки по 16 символів (без кирилиці).
Робоча напруга: 4.5-5.5 В Робочий струм: 2.0mA (5.0 В) (без підсвітки).
Підсвітка зелена Інтерфейс: 16 контактів у ряд. Розмір символу: 2.95×4.35 (w ×
h) мм Розміри модуля: 80×36х11мм. Нижче на малюнку 1.4 наведена схема
LCD дисплей 2 рядки по 16 символів, на малюнку 1.5 зовнішній вигляд.
Мал 1.4 Схема LCD дисплей 2 рядки по 16 символів
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17
Мал 1.5 зовнішній вигляд
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 18
№ докум. Підпис Дата
2. Обгрунтування технічного завдання
Технічне завдання для розробки мікроконтролерного пристрою керування
автомобільною світлотехнікою базується на наступних обґрунтуваннях:
1. Напруга живлення 12В: Вибір напруги живлення 12В
обґрунтовується відповідністю до стандартної напруги автомобільної
електричної системи. Це дозволяє пристрою працювати від існуючого джерела
живлення автомобіля без потреби в додаткових перетворювачах.
2. Автономна робота годинника від батареї: Наявність можливості
автономної роботи годинника від батареї обґрунтовується необхідністю
збереження належного часу в пристрої навіть під час відключення від джерела
живлення автомобіля. Це забезпечує точний хронометраж та зручну інтеграцію
з іншими функціями пристрою.
3. Наочна цифрова індикація: Обґрунтування наочної цифрової
індикації полягає в забезпеченні легкого сприйняття та зрозумілості інформації
користувачем. Цифрова індикація дозволяє чітко відображати значення
параметрів, стану системи та зручно відстежувати їх зміни.
4. Точний контроль рівня яскравості світла: Обґрунтування точного
контролю рівня яскравості світла зумовлене потребою користувача в
максимальній гнучкості та налаштування світлотехніки відповідно до власних
вимог і умов дорожнього руху. Це дозволяє підтримувати комфортні умови
освітлення та забезпечувати безпеку водіння.
5. Простота схемного рішення: Обґрунтування простоти схемного
рішення полягає в забезпеченні зручності в розробці, виготовленні та
обслуговуванні пристрою. Спрощена схема дозволяє зменшити кількість
компонентів, скоротити час і витрати на виробництво та підтримку пристрою, а
також зменшити ризик помилок та несправностей.
6. Малогабаритність: Обґрунтування малогабаритності пристрою
полягає в необхідності ефективного використання обмеженого простору у
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. 19
Арк. № докум. Підпис Дата
автомобілі. Малі розміри пристрою дозволяють легко інтегрувати його у
внутрішнє просторове обладнання автомобіля без перешкод для пасажирів та
інших систем.
Враховуючи ці обґрунтування, розробка мікроконтролерного пристрою
керування автомобільною світлотехнікою з напругою живлення 12В, з
можливістю автономної роботи годинника від батареї, наочною цифровою
індикацією, точним контролем рівня яскравості світла, простотою схемного
рішення та малогабаритністю є обґрунтованою технічною задачею. Це
дозволить розробити компактний та ефективний пристрій, який забезпечує
комфорт, безпеку та гнучкість у керуванні автомобільною світлотехнікою.
2.1 Напруга живлення
Напруга живлення - 12В: Обґрунтування використання напруги живлення
12В полягає в його широкій доступності та сумісності зі стандартною
електричною системою автомобіля. Більшість автомобілів мають систему
живлення з напругою 12В, що дозволяє легко підключити пристрій до наявної
електричної мережі без додаткових перетворювачів або модифікацій. Крім того,
12В напруга є безпечною для використання в автомобільній електроніці.
Формули, які можуть бути використані у розрахунках:
Розрахунок сили струму (I) у колі: I = P / V, де P - потужність пристрою (у
ваттах), V - напруга живлення.
Розрахунок опору (R) у колі: R = V / I, де V - напруга живлення, I - сила
струму .
Розрахунок енергії (E) у колі: E = P × t, де P - потужність пристрою (у
ваттах), t - час роботи пристрою (у годинах).
Розрахунок електричного опору (R) за допомогою закону Ома: R = V / I,
де V - напруга живлення , I - сила струму
Перш за все, напруга живлення 12В є стандартною для більшості
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 20
№ докум. Підпис Дата
автомобілів, оскільки вони використовують 12-вольтову електричну систему.
Таким чином, використання такої ж напруги для пристрою керування спрощує
підключення до наявної електричної системи автомобіля без необхідності
використовувати додаткові перетворювачі або модифікації.
Другою важливою перевагою напруги живлення 12В є безпека. Згідно зі
стандартами автомобільної електрики, ця напруга вважається безпечною для
використання у внутрішньому просторі автомобіля, що забезпечує високий
рівень безпеки для користувачів пристрою.
Крім того, напруга 12В є ефективною з точки зору споживання
електроенергії. Вона дозволяє забезпечити потрібну функціональність
пристрою керування автомобільною світлотехнікою з використанням
мінімального енергопостачання. Це важливо, оскільки ефективне використання
енергії сприяє збереженню заряду батареї автомобіля і зменшує його
споживання.
Крім того, напруга 12В дозволяє реалізувати зручну цифрову індикацію
наочного відображення інформації для користувача. Це важливо з точки зору
зручності керування та контролю рівня яскравості світла. Користувач зможе
легко спостерігати за відображеними цифровими значеннями і точно
налаштовувати параметрисвітлотехніки з використанням цифрової індикації.
Це забезпечує зручну і точну настройку рівня яскравості світла за допомогою
числових значень, що сприяє комфортній експлуатації та задоволенню потреб
користувача.
2.2 Автономна робота годинника від батареї
Для забезпечення автономної роботи годинника від батареї, необхідно
врахувати споживання енергії годинником та ємність батареї. Метою цього
пункту є забезпечення тривалої роботи годинника без потреби постійного
підключення до основного джерела живлення.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Основні критерії для автономної роботи годинника від батареї:
Споживання енергії: Годинник повинен мінімізувати споживання енергії
для забезпечення тривалої автономної роботи. Це може бути досягнуто шляхом
використання низькоенергетичних компонентів та ефективного керування
живленням.
Ємність батареї: Вибір батареї з відповідною ємністю є ключовим
аспектом для автономної роботи годинника. Ємність батареї повинна бути
достатньою для забезпечення бажаного часу автономної роботи. Розрахунок
ємності батареї може бути здійснений за допомогою формули, наведеної нижче.
Оптимізація апаратно-програмного забезпечення: Розробка
оптимізованого програмного забезпечення та апаратних компонентів дозволяє
забезпечити оптимальну автономну роботу годинника.
Для обрахунку емності (C) батареї, необхідно врахувати споживання
струму пристроєм та час автономної роботи (t). Звичайно, чим більша є ємність
батареї, тим триваліше може працювати пристрій без підключення до
основного джерела живлення.
Формула для обрахунку емності (C) батареї:
C = (I * t) / V
C = (0.049 А * 720 сек) / 5.5 В
C ≈ 6.39 Ф
де I - споживання струму пристроєм (в амперах), t - час автономної
роботи (в годинах), V - напруга живлення (в вольтах).
Ця формула допомагає обрахувати необхідну ємність батареї для
забезпечення потрібного часу автономної роботи пристрою від батареї.
Переваги даного рішення для автономної роботи годинника від батареї
включають:
Мобільність і незалежність від електричної мережі: Годинник, що працює
від батареї, забезпечує його мобільність та можливість використання в різних
місцях, навіть без постійного доступу до електричної мережі. Це особливо
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 22
№ докум. Підпис Дата
корисно для портативних годинників, які можна носити з собою.
Надійність: Використання батареї для живлення годинника забезпечує
незалежність від можливих перебоїв в електропостачанні. Це означає, що
годинник буде продовжувати працювати навіть у випадку відключення
електрики або виникнення інших проблем з живленням.
Простота використання: Годинник, що працює від батареї, не потребує
складного підключення до джерела живлення або проводів. Він може бути
легко встановлений і використовуваний без додаткових зусиль.
Економічність: Використання батареї як джерела живлення для
годинника є економічно вигідним. Батареї доступні в різних цінових категоріях
і можуть забезпечити тривалу автономну роботу годинника за доступну ціну.
Крім того, батареї можуть бути замінені або перезаряджені, що дозволяє
продовжувати використання годинника з мінімальними витратами.
Малогабаритність: Годинник, що працює від батареї, може бути
виготовлений у компактному розмірі, що забезпечує його малогабаритність. Це
особливо важливо для портативних або вбудованих годинників, де обмежені
розміри є критичними.
Враховуючи ці переваги, автономна робота годинника від батареї є
привабливим рішенням для забезпечення незалежної та надійної роботи
годинника у різних ситуаціях.
2.3 Наочна цифрова індикація
Наочна цифрова індикація: У системі керування автомобільною
світлотехнікою з використанням наочної цифрової індикації, основною метою є
забезпечення зручного та точного контролю рівня яскравості світла.
Для досягнення цієї мети, пристрій може бути оснащений цифровим
дисплеєм, який відображає числові значення, що відповідають рівню яскравості
світла. Такий дисплей може мати сегментну або матричну структуру і здатен
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
відображати числа, символи та іншу інформацію.
Формули, які можуть використані в контексті наочної цифрової індикації:
Конвертація аналогового сигналу в цифровий формат: D = (V - V_min) /
(V_max - V_min) * N, де D - цифрове значення, V - аналогове вхідне значення,
V_min - мінімальне аналогове значення, V_max - максимальне аналогове
значення, N - кількість можливих цифрових значень.
Конвертація цифрового значення в аналоговий сигнал:
V = D / N * (V_max - V_min) + V_min, де D - цифрове значення, V -
аналогове вихідне значення, V_min - мінімальне аналогове значення, V_max -
максимальне аналогове значення, N - кількість можливих цифрових значень.
Регулювання рівня яскравості світла:
V_light = V_min + D / N * (V_max - V_min), де V_light - рівень яскравості
світла, V_min - мінімальне аналогове значення, V_max - максимальне аналогове
значення, D - цифрове значення, N - кількість можливих цифрових значень.
Ці формули можна використовувати для перетворення аналогових
сигналів, що відповідають рівню яскравості світла, в цифрові значення та
навпаки. При цьому, використання наочної цифрової індикації дозволяє
користувачу точно визначати і встановлювати потрібний рівень яскравості
світла шляхом введення відповідних числових значень.
Наприклад, якщо в діапазоні від 0 до 100 використовується цифрова
шкала для представлення рівня яскравості світла, то користувач може вводити
значення від 0 до 100, де 0 відповідає повному вимкненню світла, а 100 - його
максимальній яскравості.
Завдяки наочній цифровій індикації, користувач може легко визначати та
контролювати потрібний рівень яскравості світла. Наприклад, за допомогою
кнопок або поворотного елемента управління, користувач може збільшувати
або зменшувати числове значення на дисплеї, що відповідає бажаній яскравості
світла. При цьому, використання формул забезпечує перетворення цифрових
значень в аналогові сигнали, які регулюють яскравість світлового джерела.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Такий підхід до керування яскравістю світла забезпечує точність і
простоту в налаштуванні. Користувач може бути впевнений, що задане числове
значення відповідає конкретному рівню яскравості світла, що він бажає
отримати. Крім того, цифрова індикація дозволяє відображати актуальне
числове значення, що сприяє зручності та надійності використання пристрою.
Отже, використання наочної цифрової індикації в системі керування
автомобільною світлотехнікою забезпечує зручну і точну настройку рівня
яскравості світла за допомогою числових значень. Це дозволяє користувачеві
легко контролювати його відповідно до власних вимог і уподобань. Наприклад,
якщо користувач хоче зменшити яскравість світла, він може просто зменшити
відповідне числове значення на дисплеї, а пристрій автоматично знизить рівень
яскравості світлового джерела відповідно до цього значення.
Крім того, система керування може мати інші функції, пов'язані з
наочною цифровою індикацією. Наприклад, вона може відображати
інформацію про стан різних світлових джерел, таких як фари, габаритні ліхтарі,
сигнальні вогні тощо. Це дозволяє користувачеві швидко перевіряти, чи
працюють всі світлові джерела належним чином, і при необхідності вжити
відповідних заходів.
Наведу формули, яка використана для конвертації числового значення
яскравості світла в сигнал управління світловим джерелом:
V_control = K * D, де V_control - сигнал управління світловим джерелом,
K - коефіцієнт масштабування, D - числове значення яскравості світла.
Ця формула дозволяє зв'язати числове значення, отримане від
користувача, з фізичним сигналом, що управляє рівнем яскравості світлового
джерела. Коефіцієнт масштабування, K, може бути використаний для
налаштування відповідності між числовим значенням і рівнем яскравості.
Отже, використання наочної цифрової індикації разом з відпові
дними формулами та функціями дозволяє створити зручну і точну
систему керування автомобільною світлотехнікою. Користувач може легко
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. 25
Арк. № докум. Підпис Дата
налаштувати бажаний рівень яскравості світла, спираючись на числові
значення, які відображаються на цифровому дисплеї.
Додатковою перевагою цього підходу є можливість реалізації різних
режимів роботи світлових джерел. Наприклад, можуть бути встановлені
попередньо визначені значення яскравості для режимів денного світла, нічного
режиму, режиму миготіння тощо. Користувач може легко перемикатися між
цими режимами, вибираючи відповідні числові значення.
Завдяки використанню наочної цифрової індикації, пристрій стає більш
зручним у використанні та більш привабливим для користувачів. Візуальне
відображення числових значень на дисплеї дозволяє швидко оцінити поточний
рівень яскравості і вносити необхідні корективи з великою точністю.
Узагалінюючи, система керування автомобільною світлотехнікою з
наочною цифровою індикацією є потужним інструментом, який поєднує в собі
зручність, точність і ефективність. Вона дозволяє користувачеві легко
контролювати і налаштовувати рівень яскравості світла, забезпечуючи комфорт
та безпеку під час водіння.
2.4 Обгрунтування можливості точного контролю рівня яскравості
світла
Обгрунтування можливості точного контролю рівня яскравості світла:
Для забезпечення точного контролю рівня яскравості світлових джерел в
мікроконтролерному пристрої можуть бути використані формули та алгоритми,
які забезпечують відповідну обробку вхідних сигналів та генерацію відповідних
сигналів управління. Одним з можливих підходів є використання ШИМ
(Ширина Імпульсних Модуляцій) сигналів.
ШИМ - це метод модуляції, який дозволяє керувати яскравістю світла,
регулюючи тривалість інтервалу, протягом якого світло вмикається або
вимикається протягом кожного циклу. Збереження постійної частоти
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
періодичних імпульсів, але зміна їх тривалості, дозволяє досягти різних рівнів
яскравості світлових джерел.
Формула, що описує відношення між тривалістю імпульсів і рівнем
яскравості, може мати наступний вигляд:
Яскравість = (Тривалість увімкненого стану / Період) * 100%,
де:
Яскравість - відсоткове значення яскравості світлового джерела,
Тривалість увімкненого стану - тривалість імпульсу, протягом якого
світло вмикається,
Період - загальна тривалість одного циклу імпульсів.
Використання такої формули дозволяє точно налаштовувати рівень
яскравості світла відповідно до вимог користувача.
Додатково, можуть бути використані інші алгоритми та функції,
наприклад, коригування яскравості залежно від зовнішніх умов (наприклад,
освітленості навколишнього середовища. Для цього можуть бути використані
додаткові сенсори, які вимірюють рівень освітленості, і на основі цих даних
алгоритм автоматично регулює яскравість світлових джерел. Формула для
коригування яскравості може мати наступний вигляд:
Яскравість = Яскравість_базова * (Освітленість_середовища /
Освітленість_базова),
де:
Яскравість - відсоткове значення яскравості світлового джерела,
Яскравість_базова - базове значення яскравості, встановлене
користувачем,
Освітленість_середовища - виміряне значення освітленості
навколишнього середовища,
Освітленість_базова - базове значення освітленості, встановлене
користувачем.
Ця формула дозволяє автоматично регулювати яскравість світлових
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
джерел залежно від зовнішніх умов, забезпечуючи оптимальний рівень
освітленості в автомобілі.
Завершуючи обгрунтування технічного завдання, варто підкреслити, що
обрані параметри, такі як напруга живлення 12В, автономна робота годинника
від батареї, наочна цифрова індикація, точний контроль рівня яскравості та
малогабаритність, забезпечують зручність, ефективність і безпеку
використання мікроконтролерного пристрою керування автомобільною
світлотехнікою. Вони враховують потреби користувачів, дозволяють
налаштовувати світлову систему автомобіля з високою точністю та
забезпечують компактність інтегрованої схеми.
Для забезпеченні точного контролю рівня яскравості світлових джерел
можна використовувати пульсуючу широтно-імпульсну модуляцію (PWM), що
дозволяє регулювати середню потужність світлового джерела шляхом зміни
співвідношення між часом увімкнення та вимкнення сигналу.
Формула для розрахунку ділянки включення (D) та вимкнення (1 - D)
відповідно до бажаної яскравості (Я):
D = Я / 100
Приклад: Яскравість 50% відповідає D = 0.5.
Формула для розрахунку частоти (f) PWM сигналу, що забезпечує плавне
регулювання:
f_base = 9.6 МГц N = 5
Обчислимо значення:
f = 9.6 МГц / (2^5)
f = 9.6 МГц / 32
f ≈ 300 кГц
де f_base - базова частота генерації PWM сигналу, N - кількість бітів
роздільної здатності для ширини імпульсу.
Формула для розрахунку ширини імпульсу (T_on) в залежності від
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
бажаної яскравості (Я) та періоду (T):
T_on = D * T
Для Яскравості 50% (D = 0.5) та періоду 10 мс, ширина імпульсу T_on =
0.5 * 10 мс = 5 мс.
Формула для розрахунку середньої потужності (P_avg) на основі ширини
імпульсу (T_on) та максимальної потужності (P_max):
P_avg = D * P_max
Для Яскравості 50% (D = 0.5) та максимальної потужності 10 Вт, середня
потужність
P_avg = 0.5 * 10 Вт = 5 Вт.
Ці формули допомагають розрахувати параметри PWM сигналу, що
використовується для регулювання яскравості світлових джерел з високою
точністю та контролем.
3. Розробка структурної схеми
Розробка структурної схеми для мікропроцесорного пристрою керування
автомобільною світлотехнікою включає розташування та з'єднання різних
компонентів, таких як мікроконтролер, датчики, реле, лампи і інші пристрої.
Нижче наведено загальну структурну схему, яка може бути використана для
такого пристрою:
Мікроконтролер: Головною частиною системи буде мікроконтролер, який
відповідає за керування роботою світлотехніки. Він отримує вхідні сигнали від
датчиків і приймає рішення щодо управління лампами.Для цього я
використовую Attiny13
Відмінні особливості:
- Високоякісний низькоспоживаючий 8 - бітний AVR мікроконтролер.
- Передова RISC архітектура:
- 120 команд, більшість яких виконується за один тактовий цикл;
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- 32 8-бітних робочих регістра загального застосування;
- повністю статична архітектура.
- Незалежна пам'ять програм і даних:
- 1 КБ внутрішньо системної програмованої Flash-пам'яті програми,
здатної витримати 10 000 циклів запису / стирання;
- 64 байта внутрішньо системної програмованої EEPROM пам'яті даних,
здатної витримати 100 000 циклів запису / стирання ;
-64 байта вбудованої SRAM пам'яті (статичне ОЗУ);
Архітектура: Attiny13 базується на архітектурі RISC (Reduced Instruction Set
Computer) і має 8-бітне ядро.
Частота роботи: Максимальна частота роботи мікроконтролера становить
до 20 МГц.
Ввід/вивід: Мікроконтролер має вбудований набір цифрових
входів/виходів (GPIO) для підключення до зовнішніх пристроїв. Кількість
ввідно-вивідних ліній залежить від конкретної версії мікроконтролера.
Таймери: Attiny13 має вбудовані апаратні таймери, які можуть бути
використані для вимірювання часу, генерації імпульсів, реалізації затримок і
т.д.
Аналоговий ввід: Мікроконтролер має один аналоговий вхід, який може
використовуватись для зчитування аналогових сигналів від датчиків або інших
аналогових пристроїв.
Напруга живлення: Attiny13 працює в діапазоні напруги живлення від 2.7
В до 5.5 В, що робить його сумісним з різними джерелами живлення,
включаючи батарейки, аккумулятори та джерела постійного струму.
Пакети: Attiny13 доступний у різних варіантах пакетів, включаючи DIP
(Dual Inline Package) і SOIC (Small Outline Integrated Circuit), що дозволяє легко
інтегрувати мікроконтролер в різні проекти.
Реле: Реле використовуються для перемикання живлення ламп або інших
пристроїв відповідно до команд мікроконтролера. Реле можуть мати окремі
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. 30
№ докум. Підпис Дата
канали для керування різними групами світлотехніки, такими як фари,
габаритні лампи, гальмівні лампи і т.д.
Лампи та світлодіоди: Лампи та світлодіоди є вихідними пристроями, які
випромінюють світло відповідно до команд мікроконтролера. Їх розташування
та кількість залежатимуть від конкретного використання та вимог освітлення
автомобіля.
Живлення : Живлення забезпечує електричну енергію для всіх
компонентів системи .В системі живлення можуть бути використані
акумулятор автомобіля або джерело живлення автомобіля. Також можуть
використовуватись регулятори напруги для забезпечення стабільної роботи всіх
компонентів системи при зміні напруги в електричній системі автомобіля.Мені
потрібно зробити блок живлення для цього я буду використовувати резистор
опором 1кОм 2 конденсатора емністю 100мкФ та 2 польових транзистора типу
IRF9310
Блок інтерфейсів: Мікроконтролер може взаємодіяти з іншими системами
автомобіля, наприклад, з центральною системою керування або системою
безпеки, для обміну інформацією та отримання додаткових сигналів, які
можуть впливати на роботу світлотехніки. Символьний LCD дисплей 2 рядки
по 16 символів (без кирилиці).
Робоча напруга: 4.5-5.5 В Робочий струм: 2.0mA (5.0 В)
. Підсвітка зелена Інтерфейс: 16 контактів у ряд.
Розмір символу: 2.95×4.35 (w × h) мм Розміри модуля: 80×36х11мм.
Кнопки або перемикачі: Для керування світлотехнікою можуть бути
встановлені кнопки або перемикачі, які дозволяють користувачеві активувати
певні режими або функції освітлення.
Захисні елементи: Важливо включити захисні елементи, такі як
предохоронні резистори або захист від перенапруги, для забезпечення безпеки
та надійності системи.Для захисту приладу використано запобіжник 2А..
Годинник реального часу: Для забезпечення точного відстеження часу і
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
синхронізації функцій світлотехніки з годинами автомобіля може бути
встановлений годинник реального часу. Цей годинник забезпечує точну відлік
часу, що дозволяє автоматично активувати або вимкнути певні режими
освітлення в залежності від часу доби. Мікроконтролер може використовувати
інформацію з годинника реального часу для програмування розкладів
включення/вимкнення світлотехніки або інших функцій, що потребують
синхронізації зі зміною часу.Викоистано модуль DS1302 RTC . Микросхема
DS1302, на основі якої спроектований цей модуль, є часовим модулем
реального часу зі вбудованою пам'яттю. Основні технічні характеристики
модуля на основі DS1302 включають:
Пам'ять: Модуль має 31 байт статичної ОЗУ, яка використовується для
зберігання інформації про реальний час, дату та інші налаштування.
Формат часу: Модуль підтримує як 24-годинний, так і 12-годинний
формат відображення часу. Це дозволяє вибрати зручний формат відображення
залежно від вимог проекту.
Розпізнавання кількості днів у місяці: Модуль може визначати кількість
днів у місяці, включаючи високосний рік. Це дозволяє точно відображати
інформацію про дату.
Передача даних: Інформація може передаватись або прийматись по 1
байту або в пакеті з 31 байта. Це забезпечує гнучкість у взаємодії з іншими
пристроями або мікроконтролерами.
Додаткові функції: Модуль DS1302 може мати додаткові функції, такі як
календарний будильник, програмовані переривання, захист від запису та інші,
які можуть бути використані в залежності від потреб проекту. На малюнку 3.1
зображена структурна схема, мікропроцесорного пристрою керування
автомобільною світлотехнікою.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Мал 3.1 Структурна схема, мікропроцесорного пристрою керування
автомобільною світлотехнікою.
4. ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1. Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в
приміщенні проектно-технічного відділу
В даному розділі кваліфікаційної роботи розглядаються можливі шкідливі
фактори, які можуть впливати на працівника, що працює у проектно-
технічному відділі при розробці мікроконтролерного пристрою.
Для виконання поставлених задач опрацьовується значна кількість
теоретичного матеріалу, що звичайно, викликає потребу у використанні
сучасного персонального комп’ютера. Тому потрібно забезпечити безпечну та
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
продуктивну організацію праці працівника, що працює з комп’ютерною
технікою у відділу.
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які
безпосередньо впливають на дослідника.
При виконанні досліджень персональний комп’ютер (ПК)
використовується для проведення розрахунків та формування відповідної
документації. За ПК працівник проводить не більше 4 годин на день з перервою
не менше 1 години. Виконання багатьох операцій в відділу призводить до
тривалої статичної напруженості м'язів спини, шиї, рук і ніг, що приводить до
швидкого розвитку стомлення. Основними причинами такого стомлення є:
нераціональна висота робочої поверхні столу і сидіння, відсутність опорної
спинки і підлокітників, незручні кути згинання в плечовому і ліктьовому
суглобах, кут нахилу голови, незручне розміщення документів, монітора,
клавіатури, неправильний кут нахилу екрана, відсутність простору і підставки
для ніг.
За рівнем фізичних навантажень робота за комп’ютером класифікується
як легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120 – 150 ккал/год –
категорія І а.
У відділу розташовано п’ять робочих місць обладнаних комп’ютерною
технікою. Для забезпечення комфортної роботи персоналу столи мають
довжину 140 см і ширину 70 см, що задовольняє санітарним нормам. Стільці,
що змінюються за висотою, з напівм'яким сидінням, дозволяють здійснювати
поворот сидіння і спинки стільця в межах 360°. Висота сидіння регулюється в
межах 42-55см. Фактична відстань очей до монітора дорівнює 0,6-0,7м. Отже,
робоче місце відповідає ДСанПіН 3.3.2.007-98 та ДСТУ 7951:2015.
Розміри відділу становлять: довжина 8 м, ширина 5 м, висота від підлоги
до стелі 3,2 м, загальна площа аудиторії 40 м2, площа яка припадає на одну
людину становить 8 м2. Об’єм приміщення складає: 128 м3, об’єм, який
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
припадає на одну людину становить 25,6 м3. Розміри приміщення за площею та
об’ємом відповідають вимогам ДБН В.2.2-28-2010 «Будинки адміністративного
та побутового призначення».
Велике значення має система освітлення відділу. Під час роботи
дослідник працює з даними, які виводяться програмним забезпеченням на
екран монітору. Найменша розрізненість об’єкту (в даному випадку об’єктом
розрізнення і фоном є: текст на моніторі та власне фон монітора, текст на
аркуші паперу та аркуш, букви на клавіатурі і клавіатура) складає від 0,15 до
0,3 мм, це відповідає високій точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ,
підрозряд – Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном - великий.
При роботі з комп’ютером використовувалося приміщення з однобічним
природним освітленням. Розмір вікна приміщення становить 2×1,5 м. Робочі
столи розміщені так, що природне світло потрапляє в приміщення спереду.
Вікно завішене шторами, які запобігають виникненню відблисків, затемнених
плям на моніторах при попаданні прямого світла. Згідно з нормами освітлення
ДБН В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення» коефіцієнт природного
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце
розташоване на відстані 0,3м від вікна і в цій точці значення КПО становить 32-
34 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім.
Штучне освітлення створюється світильниками з люмінесцентними
лампами. Освітлювальні установки забезпечують рівномірне освітлення по всій
робочій зоні, відсутність глибокої і різкої тіні, постійність освітлення в часі.
Джерела світла по відношенню до робочих місць слідує розмістити таким
чином, щоб уникнути попадання в очі прямих світлових потоків. Фактичне
значення штучного загального освітлення складає 360 лк, а нормативне
значення – 300 лк. Отже, рівень штучного освітлення відповідає нормативним
значенням згідно ДБН В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення».
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Фактичні значення
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
основних параметрів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22 – 24 ˚С;
- в холодний період року 15 – 18 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 45-60 %;
- в холодний період року 40-50 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1 м/с.
Згідно ДСН 3.3.6.042–99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих
приміщень» нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22 – 28 ˚С допустима (оптимальна 23 – 25 ˚С);
- в холодний період року 21 – 25 ˚С допустима (оптимальна 22 – 24 ˚С);
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 40-60 %;
- в холодний період року 40-60 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1 – 0,2 м/с);
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с).
З вищенаведених даних мікроклімату видно, що лише показники
температури в холодний період року не задовольняють норму згідно ДСН
3.3.6.042 – 99.
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 35 дБА.
Згідно ДСН 3.3.6.037 – 99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та
інфразвуку» цей рівень повністю відповідає нормативному рівню, який
становить 50 дБА. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. 36
Підпис Дата
отже, негативно не впливає на працівника.
Основними джерелами електромагнітного поля на робочих місцях є
монітори комп’ютерів, а також системні блоки. Найбільше впливає
електромагнітне поле на органи зі слабкою терморегуляцією, що мають
недостатню кількість кровоносних судин або слабкий кровообіг. До таких
органів відносяться: головний мозок, око (кришталик), шлунок, сечовий міхур і
т.п. Функціональні зміни виявляються в передчасній стомленості, млявості,
головному болі. При систематичному опроміненні спостерігається зміна
кров'яного тиску (гіпертонія, гіпотонія), уповільнення пульсу, трофічні явища
(випадіння волосся, ламкість нігтів, лущення шкірного покриву). Величина
напруженості, що живить комп’ютерне обладнання 220В, і споживана
потужність менше ніж 3000 Вт, що не перевищує нормативне значення,
визначене в ДСН 198 «Державні санітарні норми і правила при виконанні робіт
в невимкнених електроустановках напругою до 750 кВ включно» та ДСН 239-
96 «Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу
електромагнітних випромінювань».
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу, що забезпечує
захист працюючих у відділу від доторкання до оголених проводів. Обладнання
встановлене в приміщенні живиться напругою 220 В і споживає потужність
2500 Вт. Деяке обладнання, зокрема персональний комп’ютер, має металевий
корпус, тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-82:2016 у відділу передбачена система
захисного заземлення.
Інструктаж з техніки електробезпеки складений згідно НАОП 1.1.10-4.09-
87 «Програми навчання безпеки праці робітників, до професій яких
пред'являються підвищені вимоги з техніки безпеки». Вступний інструктаж
проводиться з усіма працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або
тимчасову) незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або
посади. Первинний інструктаж проводиться на робочому місці до початку
роботи на робочому місці. Інструктаж проводить інженер по техніці безпеки,
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
відповідно до НАОП 0.00-4.12-05 «Типове положення про навчання з питань
охорони праці».
Відділ за вибухопожежонебезпекою відноситься до приміщень типу В,
згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. В даному відділу забезпечуються необхідні
заходи щодо протидії виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з
НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні»:
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою.
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами,
а підлога з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва та
оздоблення відділу пройшли перевірку і були дозволенні органами державного
санітарно-епідеміологічного нагляду.
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5, який
знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього, відповідно до
«Правил експлуатації та типових норм належності вогнегасників»;
- план евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для
попередження пожежі у відділу використовується електрична пожежна
сигналізація POLON 4000 та теплові датчики типу (ИПД-1) у кількості 4 шт.
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до НАПБ А.01.001-
2014 «Правила пожежної безпеки в Україні».
Після проведення аналізу відділу та умов праці за робочим місцем можна
зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються
сприятливими окрім системи опалення. Тому пропонується замінити систему
опалення, щоб параметри мікроклімату відділу відповідали нормам ДСН
3.3.6.042-99.
4.2. Модернізація системи водяного опалення відділу
Основний поділ опалювального обладнання ґрунтується на способах
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних приміщень.
Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та конвекційне. Цей
поділ виникає з пропорції потоку тепла, яке віддається через нагрівальні
прилади до приміщення.
Типовими випромінюючими нагрівачами є:
випромінювачі;
випромінюючі смуги;
площинні нагрівальні системи (стельові, стінні та підлогові).
Конвекційними нагрівачами є:
нагрівальні прилади з чавунних та сталевих ланок,
конвектори.
Повітряне обігрівання, в тому числі вентиляторні конвектори, є майже
100-відсотковим конвекційним обігріванням.
Питання, який вид обігрівання приміщень є корисніший -
випромінюванням чи конвекцією, — постійно сприяє новим технологічним
розв’язкам. Наприклад, це стосується встановлення продуктивності (к.к.д.)
енергетичного випромінювання тепла визначеного типу нагрівального приладу
або радіусу теплової дії нагрівального приладу.
Ці два види постачання тепла дають різні результати, які практично
можуть викликати приємні відчуття або тепловий дискомфорт.
Наприклад, відчуття людиною втрати тепла внаслідок випромінювання в
напрямку холодних площин (з поверхні пічки) не може компенсуватися за
рахунок більш інтенсивного поглинання випромінювання інших частин тіла.
У такому випадку міняємо позицію нашого тіла відносно джерела тепла.
Крім того, інтенсивний рух повітря (навіть досить нагрітого по відношенню до
температури в приміщенні) при тепловому відчутті можна відбирати як
неприємний охолоджуючий потік.
Якщо в опалюваному приміщенні є умови для доброго самопочуття, то
температура повітря значно не відхиляється від середньої (можливо
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
рівномірної) температури повітря оточуючих поверхонь, а температура
нагрівальних поверхонь не надто перевищує температуру тіла людини. Тому
частіше надають перевагу площинному, низькотемпературному опаленню.
Підвищення температури нагрівального приладу, тобто концентрація
джерела тепла в приміщенні, приводить до інтенсифікації та зонування
випромінювання тепла, збільшуючи або інтенсивність теплового
випромінювання, або швидкість руху повітря в приміщенні. Очевидно, що при
встановленні температури нагрівальних приладів не можна перебільшувати, бо
навіть температура поверхні нагрівальних приладів порядку 80-90 °С, крім
погіршення умов доброго самопочуття, не є безпечною для здоров’я.
Обмеження температури поверхні нагрівальних приладів викликане тим,
що при температурах вищих від 60 °С розпочинаються процеси сухої
дистиляції органічних рідин та припікання їх на поверхні нагрівального
приладу. Продукти цих процесів подразнюють слизові оболонки верхніх
дихальних шляхів, викликаючи відчуття сухості, особливо неприємні при
заниженій відносній вологості повітря в приміщенні під час морозів.
В даний час використовуються декілька типів радіаторів: алюмінієві,
біметалічні, чавунні, сталеві конвектора.
Радіатори водяного опалення діляться на дві групи:
секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);
панельні-сталеві.
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, володіють великою
тепловою потужністю на одиницю довжини приладу і можуть застосовуватися
в системах опалення з низькою якістю теплоносія.
Альтернативою чавуну є алюміній, з якого виробляються більш ефектні
на вигляд і менш металомісткі алюмінієві або біметалічні (сталь + алюміній)
радіатори. Гідність цих опалювальних приладів в тому, що вони прогрівають
приміщення швидше, ніж чавунні радіатори, і добре керуються термостатичним
вентилями.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Біметалічні радіатори зовні схожі на алюмінієві, але завдяки
застосуванню сталевих труб, всередині кожної секції, витримують внутрішній
тиск до 25 атм. і вище. Потужність кожної секції (при висоті 500 мм) 160 Вт.
Застосовуються, як правило, для облаштування міських квартир.
Сталеві панельні радіатори середні за теплопровідністю між чавунними і
алюмінієвими радіаторами. Панельні радіатори виконуються з штампованих,
стійких до корозії сталевих листів, утворюють ряд вертикальних паралельних
каналів, які об'єднуються горизонтальним колектором. Радіатори виконуються
однорядні, дворядними, трьохрядний, з ребрами і без нього. При цьому кожен
радіатор покритий багатошарової термостійкою емаллю.
Обчислення тепловитрат в приміщенні відбувається за формулою:
Q = S∙T/R, (4.1)
де Q - тепловтрати через перешкоду, Вт
S - площа перешкоди, м2
Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С
R - значення теплоопору перешкоди, м2·°С/Вт
Розраховуємо тепловтрати через стіни приміщення відділу.
Тепловтрати через зовнішню стіну, де R = 0,712 - опір теплопередачі
стіни завтовшки в 2 цеглини (50 см) та площа стіни Sстіни = 8·3,2 – 1,3·2·4 = 15,2
м2 будуть становити:
15,2 50
Q1 1067,4
0,712 Вт
Тепловтрати через вікна, де R = 0,37 - опір теплопередачі звичайного
вікна з подвійною рамою та площа вікна Sвікна = 1,3·2 = 2,6 м2 становлять:
2,6 4 50
Q2 1405
0,37 Вт
З урахувань втрат на вентиляцію (25%), загальні тепловтрати в
приміщенні відділу будуть становити:
Q (1067,4 1405) 1,25 3090,5
Вт
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні відділу
в холодну пору року потрібна система опалення потужністю не менше 3090,5
Вт.
Обираємо алюмінієвий багатосекційний радіатор високого тиску Ferroli –
TITANO. Ці радіатори виготовляються на найсучаснішому в Європі заводі
групи компаній Ferroli. Це високотехнологічне автоматизоване виробниче
підприємство із власною лабораторією, яка здійснює контроль якості сировини
й готової продукції, та службою дослідження й розробок, де створюються нові
моделі й проводяться роботи з удосконалення технології та поліпшення
технічних параметрів продукції.
Особливості конструкції алюмінієвих радіаторів Ferroli забезпечують
максимально ефективну тепловіддачу та комфорт у приміщенні. Усі алюмінієві
радіатори Ferroli відрізняються винятковою надійністю й тривалим терміном
служби:
• Радіатори проходять ретельний контроль якості відповідно до
європейських норм EN 442. У тому числі 100% радіаторів на виході з
виробництва піддаються гідравлічним випробуванням. Такі заходи гарантують
відповідність технічних характеристик проектним даним.
• Радіатори складаються з литих алюмінієвих секцій, виготовлених з
високоякісного алюмінієвого сплаву (AlSi9Cu EN AB-46100) за технологією
лиття під тиском відповідно до нормативу UNI EN 1676. Радіатори зібрані на
сталевих ніпелях, що мають спеціальне антикорозійне покриття внутрішньої
поверхні.
Фарбування радіаторів здійснюється після ретельного очищення та
обробки їх поверхні. Спочатку на радіатор наноситься фарба методом
анафорезу при температурі 150 °С. На наступному етапі наноситься порошкова
емаль методом розпилення з наступною полімеризацією при температурі 180
°С. Такий метод фарбування забезпечує не тільки чудовий зовнішній вигляд,
але й надійний та довговічний захист покриття. Точність і рівномірність
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
фарбування також піддається ретельному контролю.
Дизайн радіаторів розроблений з урахуванням підвищених вимог до
зовнішнього вигляду та компактності, що дозволяє використовувати їх навіть у
найвишуканіших інтер’єрах.
Кожна батарея алюмінієвих радіаторів Ferroli покривається
поліетиленовою термоусадочною плівкою та укладається в міцну картонну
коробку.
Параметри води-теплоносія:
• водневий показник (Рh) води – не менше 7 і не більше 8;
• швидкість води на вході – 0,6 м/с;
• вміст заліза (Fe) – <0,5 мг/кг, вміст міді (Сu) – <0,1 мг/кг.
Згідно отриманих розрахункових даних обираємо три десятисекційних
радіатори Ferroli-TITANO (рис.4.1), загальною потужністю 3198 Вт.
Рисунок 4.1 - Зовнішній вигляд алюмінієвого багатосекційного радіатора
високого тиску Ferroli – TITANO
Таблиця 4.1 - Технічні характеристики радіатора системи опалення
Матеріал Алюміній
Кількість секцій одного
10
радіатора
Висота, мм 581,5
Ширина секції, мм 80
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Тиск робочий, бар 30
Вага секції, кг 1,014
Об’єм води, л 0,32
Монтаж Бічний верхній
Теплова потужність секції, Вт 106,6
Рисунок 4.2 – Рекомендовані варіанти під’єднання радіаторів
Рисунок 4.3 – Рекомендовані установочні розміри радіатору
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Методичні рекомендації до виконання кваліфікаційної роботи бакалавра для
здобувачів освітнього рівня «бакалавр» освітньої програми «Радіотехніка»
спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» усіх форм навчання
[Електронний ресурс] / Упоряд.: А.В. Гончаров, А.В. Чепинога; М-во освіти і
науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2018. – 61 с. –
Назва з титульного екрана.
2. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД, Общие требования к выполнению конструкторских и
технологических документов на печатающих и графических устройствах
вывода ЭВМ. 1990.
3. Лопаткин А.Б. Проектирование печатных плат в системе PCAD 2002.
Учебное пособие для практических занятий. – Нижний Новrород, НТТУ,
2002. – 178 стр.
4. Конструирование и технология печатных плат. Учебное пособие для
радиотехнических специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1973. – 216 с.
5. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы. Конденсаторы. Справочное
пособие. – М.: СОЛОН-Р, 2000. – 240 с.
6. ДСТУ 3169 - 95 (ГОСТ 23585-79) - Монтаж электрической радиоэлектронной
аппаратуры и приборов.
7. Конспект лекцій з цивільного захисту для працівників, які не входять до
складу невоєнізованих формувань [Електронний ресурс] / Укл.: В. І. Биков,
В. В. Боршківський, О. С. Кожем’якін, А. В. Шинкаренко; Навчально-
методичний центр цивільного захисту та безпеки життєдіяльності Черкаської
області, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2009. – 243 с.
РТ95СК.022.083.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата