Розробка пристрою моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу телекомунікаційної системи

Кривіцький, Данііл  Сергійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5823

Title:	Розробка пристрою моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу телекомунікаційної системи
Authors:	Лега, Юрій Григорович Кривіцький, Данііл Сергійович
Keywords:	мікроконтролер;інтерфейс;датчик температури і вологості;фізичний рівень ethernet;силове керування;виконуючі пристрої
Issue Date:	2025
Abstract:	Мета роботи – проектування пристрою контролю мікроклімату окремого приміщення з використанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конструкторської документації. Методи дослідження – патентний пошук та огляд існуючих рішень, обґру-нтування технічного завдання, розробка структурної схеми, розробка принципової електричної схеми, розрахунок та аналіз основних елементів схем об’єкта проектування. Проведено аналіз вимог до мікроклімату машинних залів, оглянуто існуючі пристрої та проведено аналіз окремих схем подібних пристроїв. Проведений аналіз технічного завдання та відповідно розроблена структурна схема пристрою, що проектується.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5823
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Кривіцький_Лега.pdf Restricted Access		1.22 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ

Допущений до захисту
“____” червня 2025 р.
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
_________ Палагін В.В.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)

на тему: Розробка пристрою моніторингу та управління мікрокліматом
машинного залу телекомунікаційної системи

Виконав: студент 4 курсу, групи РТ-15
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Кривіцький Д.С.
(прізвище та ініціали)
Керівник Лега Ю.Г.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Бондаренко М.О.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2025 року
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системиї
Спеціальність 172 – «Телекомунікації та радіотехніка»

ЗАТВЕРДЖУЮ
Зав. кафедри РТСК
д.т.н., професор Палагін В.В.

« » 2025 р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу здобувачу освітнього ступеня
«бакалавр»
(назва ступеня)
Кривіцькому Даніілу Сергійовичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка пристрою моніторингу та управління мікрокліматом
машинного залу телекомунікаційної системи
затверджена наказом по університету від « 05 » березня 2025 р. № 63/03
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 9 червня 2025 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Пристрій повинен забезпечувати наступні
характеристики: робота з різними моделями датчиків температури, робота з ємнісними
датчиками вологості або іншими датчиками з частотним виходом, робота із датчиками
задимленості, передача інформації та прийом команд по Ethernet каналу зв’язку, силове
керування трьома виконуючими пристроями, напруга живлення 12В.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить
розробити)_________________________________________________________________________
Вступ
1. Патентний пошук та огляд існуючих рішень.
2. Вибір та обґрунтування структурної схеми пристрою.
3. Розробка схеи електричної принципової пристрою
4. Розрахунок та аналіз основних елементів схеми пристрою,
5. Охорона праці.
Висновки.
Список використаної літератури.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)

6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання завдання
видав прийняв
1. Охорона праці Кожем’якін Олексій Сергійович

7. Дата видачі завдання 05.03.2025
Керівник Ю.Г. Лега
(підпис) (ініціали, прізвище)
Студент Я.В. Федоренко
(підпис) (ініціали, прізвище)

Календарний план
Пор. Назва етапів дипломного Т е р м і н виконання етапів П р и мітка
№ проекту (роботи) проекту (роботи)
1. 05.03.2025-
Аналіз технічного завдання та огляд
літератури. 20.03.2025
2. 21.03.2025-
Патентний пошук та огляд
05.04.2025
аналогічних рішень
3. Обґрунтування технічного завдання 06.04.2025-16.04.2025
4. Розробка структурної схеми 17.04.2025-
пристрою 25.04.2025
5. 26.04.2025-
Розробка електричної принципової
схеми 15.05.2025
6. Розробка розділу з охорони праці 16.05.2025-25.05.2025
7. Оформлення пояснювальної записки 26.05.2025-30.05.2025
8. Захист кваліфікаційної роботи 10.06.2025

Студент Д.С. Кривіцький
(підпис)
Керівник проекту Ю.Г. Лега
(підпис)

Зміст

арк.
ВСТУП.................................................................................................................. 5
1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ………………..7
1.1 Аналіз вимог до мікроклімату машинних залів…………………………….7
1.2 Огляд існуючих систем моніторингу та управління мікрокліматом ……. 8
1.3 Аналіз датчиків та методів вимірювання параметрів мікроклімату……..12
1.3.1 Температурні датчики………………………………………………12
1.3.2 Методи вимірювання температури………………………………...15
1.3.3 Датчики вологості………………………………………………..…16
1.3.4 Методи вимірювання вологості……………………………………18
1.3.5 Методи вимірювання та датчики задимленності…………………20
2. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
ПРИСТРОЮ….224
2.1 Обгрунтування технічного завдання........................................................... 24
2.2 Розробка структурної схеми пристрою моніторингу та управління
мікрокліматом .................................................................................................... 25
3. РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ПРИСТРОЮ....... 28
4. РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ПРИСТРОЮ ..... 32
4.1 Опис мікросхеми W3100A.................................................................... 32
4.2 Опис мікросхеми RTL8201BL ............................................................. 34
5. ОХОРОНА ПРАЦІ .................................Ошибка! Закладка не определена.
5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні

ÐÒ15.025031.248 ÏÇ
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äï. Äàòà
Ðîçðîá. Êðèâ³ öüêèé Ðîçðîáêà ïðèñòðîþ ìîí³òîð³íãó Ë³ò. Àðê. Àðêóø³â
Ïåðåâ. Ëåãà
òà ì³êðîêë³ìàòîì ìàøèííîãî 3 34
çàëó òåëåêîìóí³êö³éíî¿ ñèñòåìè
Í.êîíòð. Ëåãà ×ÄÒÓ
Çàòâ. Ïàëàã³í Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà Довідн. № Ïåðâ. Çàñòîñ.

робіт в приміщенні проектно-технічного відділу Ошибка! Закладка не
определена.
5.2 Модернізація системи водяного опалення в приміщенні відділу
……….Ошибка! Закладка не определена.
ВИСНОВОК ....................................................................................................... 49
Список використаної літератури....................................................................... 50
Додаток А. Опис мікроконтролера Atmega128
Додаток Б. Програмне забезпечення для Atmega128

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 4
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ВСТУП

В сучасних умовах стрімкого розвитку телекомунікаційних систем та
зростання обсягів даних, що обробляються, на пеереше місце виходить
надійність роботи обладнання в машинних залах. Тому ключовим фактором,
що впливаєь на стабільність роботи телекомунікаційного обладнання, є
підтримка оптимальних параметрів мікроклімату в приміщенні машинного
залу: температури, вологості та якості повітря[21].
Як відомо, існуючі системи моніторингу та управління мікрокліматом
мають ряд недоліків, до яких відносяться: складність налаштування та
обслуговування, недостатня гнучкість при зміні конфігурації обладнання і
досить висока вартість таких систем. Необхідно зазначити, що більшість
таких систем не забезпечують комплексного підходу до контролю всіх
параметрів мікроклімату і відповідно не мають можливості інтеграції з
системами моніторингу телекомунікаційного обладнання[4].
Тому можна відмітити, що розробка сучасного ефективного пристрою
моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу із забезпеченням
комплексного контролю параметрів приміщення і відповідно, що буде мати
можливості інтеграції з системами моніторингу, є актуальною технічною
задачею.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка пристрою
моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу
телекомунікаційної системи, що забезпечує підтримку оптимальних умов
експлуатації телекомунікаційного обладнання.
Завдання, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети
мети, будуть наступні:
1. Провести аналіз вимог до параметрів мікроклімату в машинних
залах та існуючих систем моніторингу.
Àðê.
ÐÒ15.025013248 ÏÇ 5
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

2. Розробити структуру пристрою та привести алгоритм його
функціонування.
3. Розробити схему електричну принципову пристрою та здійснити
вибір і розрахунок елементної бази.
4. Для мікроконтролера, що буде використовуватися в пристрої,
розробити програмне забезпечення.
Об'єкт дослідження - процес моніторингу та управління параметрами
мікроклімату в машинному залі телекомунікаційної системи.
Предмет дослідження - методи та засоби контролю параметрів
мікроклімату та управління системами кондиціонування та вентиляції
машинного залу.
Як відомо, неналежні умови експлуатації призводять до зниження
продуктивності обладнання, до можливих збоїв у роботі телекомунікаційних
систем., а також передчасного зношення компонентів. При цьому витрати на
відновлення працездатності систем та втрати від простою при порушенні
лише температурного режиму можуть сягати значних сум.
Дана бакалаврська кваліфікаційна робота присвячена розробці
системи моніторингу і управління мікрокліматом в приміщенні машинного
залу телекомунікаційної системи.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 6
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ

Машинні зали телекомунікаційних систем представляють собою
спеціалізовані приміщення, які вміщують критично важливе
телекомунікаційне обладнання, до якого відносяться: маршрутизатори,
сервери, комутатори, джерела безперебійного живлення та інша апаратура.
Тому необхідною умовою надійної та безперебійної роботи
телекомунікаційного обладнання є забезпечення стабільного мікроклімату в
приміщеннях машинних залів.

1.1 Аналіз вимог до мікроклімату машинних залів.
Мікроклімат машинного залу характеризується комплексом фізичних
факторів, що впливають на роботу телекомунікаційного обладнання та умови
його експлуатації. До основних параметрів, що впливають на
функціонування електронних компонентів належать температура, вологість,
рівень запиленості та якість вентиляції. Тому, даже в випадку
короткочасного відхилення від допустимих норм, це може призвести до
перегріву, а також як збоїв у роботі так івиходу обладнання з ладу. А як
відомо, для безперервної роботи систем зв’язку, будь-який збій в роботі може
призвести до значних як матеріальних так і інформаційних втрат.
Проведемо характеристика основних параметрів мікроклімату в
машинному залі[21].
Оптимальний температурний діапазон у машинному залі становить від
+18 °C до +27 °C. При цьому найбільш рекомендовано підтримувати
температуру на рівні +22 ± 2 °C. За стандартами ASHRAE та TIA-942 [ ]
температура не повинна опускатися нижче +15 °C і не перевищувати +32 °C.
Забезпечуючи підтримку стабільної температури за допомогою ефективне
охолодження обладнання, це в свою чергу зменшує ризик перегріву та
Àðê.
ÐÒ15.025013248 ÏÇ 7
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

відповідно продовжує термін служби електроніки телекомунікаційного
обладнання.
Допустимий рівень відносної вологості повітря знаходиться в межах
від 40 % до 60 %. Якщо в приміщенні машинного залу буде надмірна сухість,
це буде сприяти накопиченню статичної електрики, що як відомо є
потенційно небезпечним явищем для мікроелектроніки. В свою чергу
надмірна вологість приводить до утворення конденсату, а це в свою чергу
може призводити до коротких замикань та корозії контактів.
Розглянемо вплив запиленності та задимлення в приміщенні
машинного залу. По нормам концентрація пилу не повинна перевищувати
0,15 мг/м³ [10]. Як выдомо, пил досить негативно впливає як на
тепловідведення, так забруднює вентилятори, фільтри та інші елементи
охолодження. Крім того у приміщеннях підприємств зв’язку yеприйнятними
є також дим і чад є неприйнятними, тому у таких приміщеннях повинна бути
передбачена як система пожежної сигналізації так і датчики диму.
Не потрібно також забувати і про вентиляцію та кондиціювання
повітря в приміщеннях. Згідно норм забезпечення належного повітрообміну
потрібно здійснювати щонайменше 10 циклів повного повітрообміну на
годину. В даний час машинних залах використовуються прецизійні системи
кондиціонування, які дозволяють точно підтримувати як задані параметри
температури так і вологості.

1.2 Огляд існуючих систем моніторингу та управління мікрокліматом
Постійний контроль мікрокліматичних умов є важливим для
забезпечення стабільної роботи телекомунікаційної системи. Впровадження
автоматизованих систем моніторингу з можливістю дистанційного
сповіщення та керування є найефективнішим підходом в цьому випадку. В
свою чергу такі системи повинні включати наступні складові[4,5]:
 аналогові або цифрові датчики диму;
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 8
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

 цифрові датчики температури та вологості;
 модулі керування вентиляцією та охолодженням;
 мережевий інтерфейс для передачі даних адміністратору.
На сучасному ринку представлено чимало систем і рішень для
моніторингу мікроклімату в серверних кімнатах і машинних залах. Найбільш
поширеними є такі рішення:
- HW group STE2 R2 — компактна система з Ethernet і Wi-Fi, підтримує
3 датчики температури/вологості. Має хмарний моніторинг і email-
сповіщення(рис.1.1).

Рисунок 1.1 – Пристрій для підключення датчиків температури і
вологості

- AKCP SensorProbe — модульна система, яка дозволяє підключати до
8 датчиків температури, вологості, диму, витоку води. Має підтримку SNMP,
Web-інтерфейс і SMS-повідомлення(рис.1.2).
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 9
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.2 – Пристрій моніторингу датчиків з вбудованим датчиком
температури та вологості.

Ubiquiti UniFi Environment Sensor — рішення для системи UniFi,
інтегрується з мережею підприємства, дозволяє моніторити температуру,
вологість, CO₂(рис.1.3).

Рисунок 1.3 - UniFi Express

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 10
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- NetBotz від APC — інтелектуальна система з відеомоніторингом,
інтерфейсом доступу через LAN, зберіганням логів і розширеною
аналітикою(рис.1.4).

Рисунок 1. 4 - Кімнатний пристрій моніторингу NetBotz 755

- Open-source рішення на базі Arduino/ESP та Raspberry Pi — самостійні
проєкти із застосуванням датчиків DHT22, MQ2, модулів Ethernet/Wi-Fi,
логування на SD або передача на сервер.

Рисунок 1.5 – Комплект на Arduino з монітором для контролю
температури і вологості
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 11
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Наведені системи мають різну вартість, точність вимірювань, різний
функціонал керування та можливості інтеграції з іншими мережевими
рішеннями. Тому, при виборі оптимального рішення слід враховувати як
масштаб машинного залу, критичність даних так і вимоги до безперервного
моніторингу.
Порівняння поширених систем моніторингу наведено в табл.1.1.
Таблиця 1.1 - Порівняльна таблиця поширених систем моніторингу
Кількість
Назва системи Тип доступу Сповіщення Інтеграція
датчиків
AKCP SensorProbe LAN, SNMP до 8 SMS, Web SNMP, API
Ethernet, Wi-
HW group STE2 R2 до 3 Email, Cloud HWPortal, XML
Fi
Ethernet, залежить від Логування, APC
NetBotz APC
USB моделі Камери InfraStruxure
UniFi Environment UniFi
Wi-Fi фіксовано UniFi Controller
Sensor екосистема
Arduino/Raspberry Серійний, залежить від MQTT, HTTP,
Налаштовується
(DIY) LAN схеми TCP

1.3 Аналіз датчиків та методів вимірювання параметрів мікроклімату
Як було відмічено вище, контроль параметрів мікроклімату передбачає
точне вимірювання температури, вологості, концентрації пилу та наявності
диму. Розглянемо основні типи датчиків, що використовуються у сучасних
системах моніторингу машинних залів:
1.3.1 Температурні датчики
Розглянемо найбільш поширені датчики, які використовуються в
машинних залах телекомунікаційних систем. Так як по класифікації датчики
температури діляться на цифрові та аналогові, розглянемо по черзі деякі з
них[13].
Цифрові датчики температури:

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 12
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Першим розглянемо датчик DHT22 (AM2302) (рис.1.6).

Рисунок 1.6 – Датчик температури і вологості DHT22 (AM2302)

Даний датчик має наступні технічні характеристики:
- Діапазон вимірювань: -40°C до +80°C;
- Точність: ±0.5°C;
- Інтерфейс: цифровий (одиннопровідний);
- Напруга живлення: 3.3-5.5В;
- Час відгуку: 2 секунди.
Серед переваг датчика потрібно відмітити настуне:
- Висока точність вимірювання;
- Низька вартість;
- Простота підключення;
- Комбінований датчик температури та вологості
Але є і ряд недоліків:
- Обмежена швидкість опитування (1 раз на 2 секунди);
- Чутливість до електромагнітних завад.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 13
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

На рис.1.7 представлено датчик DS18B20.

Рисунок 1.7 – Цифровий датчик DS18B20
Розглянемо технічні характеристики цього датчику:
 Діапазон вимірювань: -55°C до +125°C
 Точність: ±0.5°C (від -10°C до +85°C)
 Інтерфейс: 1-Wire
 Напруга живлення: 3.0-5.5В
 Роздільна здатність: 9-12 біт
До переваг даного датчика віднесемо:
 Можливість підключення кількох датчиків на одну лінію
 Висока точність
 Широкий діапазон температур
 Цифровий сигнал
Даний датчик ідеально підходить для моніторингу температури в
різних точках машинного залу
Для порівняння розглянемо аналоговий датчик температури на
прикладі LM35(рис.1.8)
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 14
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.8 – Аналоговий датчик температури LM35

Даний датчик має наступні технічні характеристики:
 Діапазон вимірювань: -55°C до +150°C;
 Точність: ±0.25°C при кімнатній температурі;
 Вихідний сигнал: 10мВ/°C;
 Напруга живлення: 4-30В.
Переваги датчика:
 Лінійна характеристика;
 Не потребує зовнішнього калібрування;
 Низьке самонагрівання;
 Широкий діапазон напруги живлення.

1.3.2 Методи вимірювання температури.
В телекомунікаційних середовищах існуютьє кілька методів
вимірювання температури[13,14].
Розглянемо деякі з них і дамо коротку характеристику.
1. Терморезистивні методи (RTD, термістори). Використовують
зміну опору металу або напівпровідника з температурою.
Прикладом є платинові датчики (PT100, PT1000), які мають високу
точність, але потребують аналогової обробки сигналу.
2. Термоелектричні методи (термопари). Генерують ЕРС при
різниці температур між двома металами. До переваг потрібно віднести
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 15
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

широкий температурний діапазон, а до недоліків - низька точність і потреба в
компенсації холодного спаю.
3. Цифрові методи (інтегровані мікросхеми). Прикладом є
мікросхеми DS18B20, TMP36, LM75, які передають уже оброблене значення
температури у цифровому форматі. Їх переваги наступні: простота
інтеграції, менше впливу шумів, точність до ±0.5 °C.
4. Інфрачервоні (IR) методи. Здійснюється безконтактне
вимірювання шляхом фіксації теплового випромінювання поверхні.
В машинних залах використовуються рідко через залежність від
чистоти поверхні і кутів вимірювання.
Для моніторингу в машинному залі найчастіше обирають цифрові
сенсори (DS18B20, DHT22) або RTD-датчики у разі потреби підвищеної
точності. У виборі сенсора важливо враховувати діапазон температур,
точність, стабільність, частоту зчитування і підтримку стандартних
інтерфейсів (I2C, 1-Wire, UART).

1.3.3 Датчики вологості.
До найпопулярніших датчики вологості відносяться наступні датчики:
- SHT31/SHT85 (Sensirion)(рис.1.8) це високоточні сенсори з I²C, які
мають точність ±1.5 % RH, вологозахищений корпус, придатні для критичних
промислових середовищ.

Рисунок 1.8 – Датчик вологості SHT31/SHT85

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 16
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- DHT22/AM2302(рис.1.9) - цифровий датчик із вбудованим сенсором
температури і вологості. Має інтерфейс 1-Wire, точність ±2 % RH, час
відгуку до 5 с.

Рисунок 1.9 – Датчик температури та вологості DHT22/AM2302

- Si7021 (Silicon Labs) (рис.1.10) сучасний CMOS-сенсор з низьким
енергоспоживанням, точність до ±3 % RH, широко застосовується в IoT-
пристроях.

Рисунок 1.10 – Модуль датчика вологості Si7021

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 17
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

У машинних залах, де важлива точність та довгострокова стабільність,
рекомендовано використовувати SHT-серії від Sensirion або промислові
сенсори з калібруванням на заводі. Також важливо розміщувати датчики в
репрезентативних точках (вентиляція, серверні стійки) та враховувати вплив
теплових потоків.

1.3.4 Методи вимірювання вологості.
Для опису вологості може бути використана велика кількість змінних,
тому існує кілька методів виміру ступеня вологості з різною точністю.
Методи вимірювання вологості в машинних залах базуються на електричних
і ємнісних змінах у спеціалізованих матеріалах під впливом водяної пари в
повітрі[13].
Гігрометричні методи виміру.
Гігрометричні методи виміру засновані на зміні довжини
гігроскопічних ниток, зокрема, волосся або синтетичні нитки. Незважаючи
на те, що такі гігрометри є гарним рішенням у ціновому плані, їхнє
використання обмежене невисоким класом точності. Абсолютна погрішність
таких гігрометрів звичайно становить ±5% RH*.
Психрометр.
Психрометричний метод вимірів забезпечує значно більше високу
точність, чим гігрометричний метод.
Психрометри вимірюють відносну вологість ґрунтуючись на
фізичному ефекті охолодження при процесах випару. При даному способі
вимірів один термометр вимірює температуру навколишнього повітря
(сухого термометра), а іншої так звану температуру змоченого термометра.
Вологий термометр повинен бути обернуть мокрою бавовняною
тканиною й обдуватися повітрям зі швидкістю від 2 до 3 м/с. Випаровування,
що відбувається, охолоджує термометр і при настанні стану рівноваги,
вологість може бути підрахована за показниками сухого й змоченого
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 18
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

термометра. Абсолютна погрішність ± 1% відносної вологості може бути
досягнута при використанні точних термометрів і за умови дбайливого
обслуговування встаткування.
Метод крапки роси.
Метод крапки роси - інший досить точний спосіб виміру. Поверхня з
металевим напилюванням прохолоджується до температури, при якій з
повітря починає випадати роса. Температура, обмірювана в цій крапці,
відповідає температурі крапки роси.
Звідси, орієнтуючись на температуру навколишнього повітря, може
бути підрахована вологість. При такому способі виміру може бути
забезпечена абсолютна погрішність 1 % RH*.
Останні два методи досить точні, хоча вони досить дорогі й складні в
експлуатації.
Ємнісні датчики вологості.
Ємнісні датчики вологості останнім часом стають усе більше
розповсюдженими. Вони не дороги, прості в експлуатації й забезпечують
дуже точні показання. Даний метод використовується у цифрових сенсорах
DHT22, SHT31.
Основа цих датчиків - ємнісні вологочутливі елементи, які являють
собою тонку скляну або керамічну основу, на якій перебуває система
електродів, гігроскопічний полімерний шар і шар золота, що проникний для
парів води.
З огляду на той факт, що полімерний гігроскопічний шар може
усмоктувати молекули води, які змінюють відносну діелектричну
проникність, ця система являє собою вологозалежний конденсатор. Ємність
цього конденсатора це одиниця виміру відносної вологості навколишнього
його повітря.
Зміна ємності конвертується у вихідний електричний сигнал
електронікою, що розташовується безпосередньо біля вологочутливого
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 19
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

елемента. Т.ч. при об'єднанні цих двох елементів виходить ємнісної датчик
вологості, що відкалібрований по стандартах вологості.
Ступінь точності, що досягається, що істотно залежить від лінійності
відхилень, гістерезису й температурної залежності, становить близько 2%
RH*.
Ємнісні вологочутливі елементи, що вироблені компанією, можуть
бути використані у всьому спектрі вологості, тобто від 0% до 100%, вони
стійкі до відтавання й можуть бути використані в температурному діапазоні
від -40°С до +200°С.
Датчики вологості, засновані на цьому принципі, також перекривають
весь діапазон вологості від 0% до 100% RH* і можуть використовуватися
усередині температурного діапазону від -20°С до +80°С. Спеціальні серії
датчиків можуть використовуватися при більше високих температурах (до
200°С).
Статична характеристика датчиків практично лінійна; відхилення
лінійності менш чим 2%. Якщо датчики працюють тривалий час в умовах
екстремально низкоюї або високої вологості, може відбутися збільшення
відхилення до 2 % RH*, однак, це явище зникає при багаторазовому
проведенні датчика через весь спектр вологості. Крім того, відхилення
можуть з'являтися, якщо датчик не був захищений від різних забруднюючих
субстанцій.
Завдяки своїй високій чутливості, ємнісні датчики вологості ідеальні
для виміру рівноважної вологості гігроскопічних матеріалів. Якщо відомі
ізотерми поглинання гігроскопічних матеріалів. У такий же спосіб можна
визначити ступінь вологості твердих матеріалів.
1.3.5 Методи та датчики задимленності
Моніторинг задимленості в машинних залах є критичним елементом
систем раннього виявлення пожежі. Використовуються здебільшого оптичні
та газові сенсори.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 20
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Розглянемо декілька основних основних методів вимірювання
задимленості в машинних залах:
1. Оптичний (фотометричний) метод. Базується на розсіюванні або
поглинанні світла частинками диму.
Прикладом є датчики серії MQ-2, GP2Y1010AU0F (оптичний сенсор
від Sharp)(рис.1.11). Дані датчики мають висока чутливість до диму і
парів, але залежні від вентиляції.

Рисунок 1.11 – Датчик пилу GP2Y1010AU0F.

2. Газоаналітичні методи. В цих методах датчики визначають
присутність продуктів згоряння (CO, CH₄, H₂).
Прикладо є MQ-135, MQ-7, які реагують на окис вуглецю, аміак,
спирти, бензин.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 21
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.12 – Модуль датчику диму MQ-7

3. Комбіновані багатофункціональні датчики. Вони інтегрують
контроль диму, температури та летких органічних речовин (VOC).
Прикладом служат CCS811(рис.1.12), BME680. Дані датчики
використовуються застосовуються в IoT-рішеннях, передають дані по
I²C/UART.

Рисунок 1.13 – Модуль датчика якості повітря CCS811

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 22
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Таблиця 1.2 - Порівняльна таблиця сенсорів задимленості:
Датчик Тип Визначає Інтерфейс Призначення
Бюджетний, Arduino-
MQ-2 Газовий Дим, CH₄, H₂ Аналоговий
сумісний
Частинки пилу,
GP2Y1010AU0F Оптичний Аналоговий Висока чутливість
дим
CO₂, NH₃, Контроль забруднення
MQ-135 Газовий Аналоговий
бензин повітря
Цифровий Високоточний, IoT-
CCS811 eCO₂, VOC I²C
комбінований рішення

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 23
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

2. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ
СХЕМИ ПРИСТРОЮ

2.1 Обгрунтування технічного завдання.
Згідно технічного завдання в даній бакалаврській роботі необхідно
розробити пристрій моніторінгу та управління мікрокліматом машинного
залу телекомунікаційної системи.
Система моніторінгу та управління мікрокліматом повинна
виконувати наступні функції:
- вимірювати температуру, відносну вологість та контролювати
задимленність в приміщенні машинного залу телекомунікаційної системи;
- передавати заміряні дані на віддалений пункт керування
мікрокліматом через лінію Ethernet;
- проводити вмикання / вимикання вентилятора, нагрівача, системи
сигналізації про задимлення згідно команд керування прийнятих з
віддаленого пункту керування мікрокліматом через лінію Ethernet;
- керування системою повинно проводитись з віддаленого пункту
керування мікрокліматом через лінію Ethernet, наприклад з персонального
комп'ютера;
- потрібний режим роботи повинен вибиратися відповідно до типу
приміщення, що контролюється, з пункту керування;
- функція автоматичного вимкнення;
Технічні дані :
- Температура зберігання -40 ... +85 ° C ;
- Робоча температура -20 ... +50 ° C ;
Датчик температури:
- Діапазон вимірювань -10 ... +60 ° C;
- Похибка ± 0,5 ° C ;
- Дозвіл 0,1 ° C ;
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 24
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Датчик вологості:
- Діапазон вимірювань 0 ... +100% відносної вологості;
- Похибка ± 2,5% відносної вологості (+5...+95% відносної вологості) ;
- Дозвіл 0,1% відносної вологості.
Датчик задимленості:
- Чутливість: 0,5 В / (100 мкг / м3);
- Діапазон вимірювань: 500 мкг / м3;
- Напруга живлення: 2,5 В ~ 5,5 В;
- Робочий струм: 20 мА (макс.):
- Діапазон робочих температур: -10; + 650 С;

2.2 Розробка структурної схеми пристрою моніторингу та управління
мікрокліматом.
На основі технічного завдання на розробку пристрою для контролю
мікроклімату в приміщенні, було розроблено структурну схему пристрою,
яку зображено на рис. 2.1.
Основу пристрою становить мікроконтролер [1]. Він обробляє
інформацію з датчиків температури, вологості та задимленності в
приміщенні машинного залу, також він проводить попередні розрахунки і
передає необхідні дані в автоматичному режимі на силові пристрої або в
режимі запиту по лінії Ethernet.
Так як пристрій може працювати з різноманітними датчиками
температури, вологості та задимленості, які мають свої, властиві тільки їм,
електричні параметри, пристрій завдяки мікроконтролеру дає змогу найбільш
гнучко пристосовуватись до таких змін. Одночасно з цим програма
мікроконтролера написана таким чином, що дає змогу заносити калібровочну
інформацію для датчика, що дозволяє підвищити точність вимірювань.
Мікроконтролер керує також силовою частиною пристрою.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 25
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Інтерфейс датчика температури містить фільтруючі, підсилюючі
ланцюги, та схему вибору коефіцієнту підсилення вхідного каскаду. Завдяки
схемі вибору коефіцієнту підсилення з’явилась можливість найбільш
широкого вибору датчиків температури з різноманітними напругами
сигналів.
В якості датчиків вологості було вибрано вологочутливі елементи
MELA що працюють відповідно до ємнісного вимірювального принципу.
Вологозалежний конденсатор складається із системи шарів, що
включає в себе: керамічний субстрат, як основу, систему електродів, шар
золота, що проникний для парів води й гігроскопічний полімер.
Ємність цього конденсатора є міра відносної вологості
навколишнього середовища.
Переваги таких вологочутливих елементів:
- практично лінійна зміна характеристик;
- гігростабільність;
- відмінна динаміка;
- можливість використання усередині всього спектру вологості.
Вологочутливі елементи MELA можуть використовуватися усередині
всього спектра вимірюваної вологості від 0...100% RH*. Гігростабільність
даних чутливих елементів забезпечує їхня стійкість до роси, що
конденсується на їхній поверхні й не викликає яких-небудь ушкоджень
елементів. Однак, доти, поки елемент перебуває в воді, крива його показань
нелінійна. Отримувати правильні показання можна тільки після того, як вода
повністю висохне.
У тривалому робочому циклі, елементи можуть використовуватися аж
до рівня абсолютної вологості, що відповідає температурі крапки роси 60 оС.
Протягом нетривалого часу ці елементи можна використовувати до
температури точки роси, рівних 90 оС.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 26
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 27
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

²íòåðôåéñ
Ââ³ìêíåííÿ âåíòèëÿòîðà
äà÷ò÷èêà Ñèëîâå
òåìïåðàòóðè Êîíòðîëëåð êåðóâàííÿ Ââ³ìêíåííÿ çðîøóâà÷à
âèêîíóþ÷èìè
Ââ³ìêíåííÿ íàãð³âà÷à
ïðèñòðîÿìè
²íòåðôåéñ
äà÷ò÷èêà
âîëîãè
Ëîã³÷íèé ð³âåíü Ô³çè÷íèé ð³âåíü Ë³í³ÿ
Ethernet Ethernet Ethernet
+5Â
+12Â Áëîê
æèâëåííÿ +3,3Â

Рисунок 2.1 - Структурна схема пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні.

Мікросхеми логічного рівня Ethernet перетворюють інформацію що
надходить від мікроконтролера в інформаційні пакети Ethernet, і виконують
також зворотні перетворення. розпаковуючи пакети лінії Ethernet.
Фізичний рівень Ethernet містить схему фізичного узгодження сигналів
ліній Ethernet.
Схема силового керування виконуючими пристроями дозволяє
включать та виключати апаратуру для підтримки мікроклімату в приміщенні:
вентилятор, нагрівач, сигналізацію про задимлення.
На базі структурної схеми будуть розроблені: схема електрична
принципова, плата друкована та складальне креслення пристрою
моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу
телекомунікаційної системи.

Àðê.
ÐÒ15.025013248 ÏÇ 28
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

3. РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
ПРИНЦИПОВОЇ ПРИСТРОЮ

Проведемо розробку схеми електричної принципової пристрою для
системи контролю мікроклімату в приміщенні.
Схема електрична принципова побудована на мікроконтролері
ATMega128 фірми Atmel, що має достатню економічність та
високопродуктивне ядро для забезпечення роботи пристрою.
На елементах Z2, C11, C12 – побудована схеми кварцового
генератора для тактування мікроконтролера.
Мікросхема DD1–логічна інтегральна схема 74AC574 - 8-розрядний D-
тригер з трьома станами на виходах.
Мікросхема DD2 з елементами обв'язки - мікросхема W3100A
реалізує логічну частину стек протоколу, який забезпечує легке, дешеве
рішення для швидкісного Інтернет-зв’язку для цифрових пристроїв, і
дозволяє просту установку стека TCP/IP в технічних засобах.
Фізичний рівень Ethernet мікросхема DD3 RTL8201BL містить схему
фізичного узгодження сигналів ліній Ethernet.
Блок живлення забезпечує необхідні напруги живлення для всіх
елементів пристрою. Мікросхема DА2, DA3 – стабілізатори фіксованої
напруги 7805 призначені для вторинних джерел живлення. Перетворювач
напруги DA4 забезпечує необхідну напругу для живлення різних блоків
пристрою, і побудований на досить економічній і малогабаритній імпульсній
схемі.
Інтерфейси датчиків температури та вологи (DA1, VT1, VT2 з
елементами обв'язки) містять підсилюючі ланцюги, та схему вибору
коефіцієнту підсилення вхідного каскаду. Завдяки схемі вибору коефіцієнту
підсилення з’явилась можливість найбільш широкого вибору датчиків з
різноманітними напругами сигналів.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 29
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 30
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

R17
06 07
1 R7 IN - OUT
+U Term 05 R31
IN +
224 +5V GND +5V
C4 R19 R41 1
C9 R15 DA1:2 VT2 K1:2 Rele1 NC
5
R36 1
K1:1
1
R2 R12 26 3 Rele1 NO
VT1 VT3
4
2 1
R20 Rele1 COM
02 01 GND
IN - OUT R29
03
IN +
1 224 GND +5V
GND Term 13 14
IN - OUT R32 R42
DA1:1 12 2 1
IN + R30 25 K2:2 Rele2 NC
224 1 3 1 K2:1 5GND R37
24 27 1
DA1:4 VT4 3 Rele2 NO
C26
1 2 4 1
R3 R14 R18 1 Влажность Rele2 COM
16
R28 R33
17 R8
C12
C15
18 R4 1 GND +5V
2 Влажность
GND R43
19 R9 R13 R16 1
K3:2 Rele3 NC
1 K3:1 5
R5 28
R38
20 1
VT5 3 Rele3 NO
21 R10 09 08 4
IN - OUT 2 1
10 Rele3 COM
IN +
R6 22422
R11 DA1:3
23
GND
+3.3V
HL1 HL3
14 G 08 R45 R47
+3.3V Vcc OUT
C5 C18 JCO8 1 R44
07
GND R40 HL2 HL4
GND Z2 R46 R48
Z1
C6
04 49 46 09 5 4 3 2 HL5
GND CLOCK TXD0 X1 PHY PHYAD0/LED0 R49
33 50 R26 47 10
EXT_CLK TXD1 X2 PHYAD1/LED11 02 51 GND RTL 12
D0 RG W3100A TXD2 PHYAD2/LED2
24 51 1 2 03 19 21 52 R25 25 8201BL 13
XTAL1 PA0/AD0 D1 574 Q0 A0 WIZnet TXD3 MDC PHYAD3/LED3
23 CPU 50 2 3 04 18 20 53 +3.3V 26 15
XTAL2 PA1/AD1 D2 Q1 A1 TXE MDIO PHYAD4/LED4
49 3 4 05 17 19 55 06
mega PA2/AD2 D3 Q2 A2 TX_CLK TXD0
16 10 48 4 5 06 16 18 05 34 TD+ 1
17 PBO/SS 128 PA3/AD3 5 6 D4 Q3 A3 TXD1 TPTX+
11 47 07 15 17 40 04 33
18 PB1/SCK PA4/AD4 D5 Q4 A4 RXD0 TXD2 TPTX-
12 46 6 7 08 14 16 41 03 TD- 2
PB2/MOSI PA5/AD5 D6 Q5 A5 RXD1 TXD319 13 45 7 8 09 13 15 42 07 31
20 PB3/MISO PA6/AD6 D7 Q6 A6 RXD2 TXC TPRX+
14 44 8 12 14 43 02 30 RCT 3
21 PB4/OC0 PA7/AD7 Q7 9 A7 RXD3 TXEN TPRX-
15 11 11 44 22
22 PB5/OC1A 9 C 10 A8/DA0 RXDV/CRS RXDV R39
16 35 10 46 21 28 RD+ 4
23 PB6/OC1B PC0/A8 10 11 A9/DA1 RX_CLK RXD0 RTSET GND
17 36 01 09 48 20 43
PB7/OC2/OC1C PC1/A9 11 EZ 12 A10/DA2 COL RXD1 ISOLATE R34
37 DD1 08 19 40 RD- 5
PC2/A10 12 13 A11/DA3 RXD2 RPRT
25 38 07 36 18 39
PD0/SCL/INT0 PC3/A11 GND13 14 A12/DA4 LINK RXD3 SPEED
26 39 06 35 16 38
PD1/SDA/INT1 PC4/A12 14 15 A13/DA5 SERIAL RXC DUPLEX R35 C32
27 40 05 34 01 37
PD2/RXD1/INT2 PC5/A13 A14/DA6 FDPLX COL ANE +3.3V
28 41 15 23 41
PD3/TXD1/INT3 PC6/A14 R27 CRS LDPS
28 29 42 1 32 56 24 44
PD4/IC1 PC7/A15 D0 MODE0 GND RXER/FXEN MII/SNIB/RTT3
27 30 2 31 47 42
PD5/XCK1 D1 MODE1 RESETB GND
26 31 02 3 30 28 R21 27
25 PD6/T1 PE0/RXD0/PD1 4 D2 MODE2 NC L2
32 03 29 32
PD7/T2 PE1/TXD0/PD0 D3 PWFBOUT
04 5 27 02 14 08 C29 C30 C31
24 PE2/XCK0/AIN0 6 D4 Vcc +3.3V DVDD33 PWFBIN
61 05 26 12 48
PF0/ADC0 PE3/OC3A/AIN1 Vcc +3.3V DVDD33
60 06 7
D5
25 22 C25 C27 11 36
PF1/ADC1 PE4/OC3B/INT4 D6 Vcc DGND AVDD33
59 07 8 24 38 +3.3V SA1:1 17 29
PF2/ADC2 PE5/OC3C/INT5 D7 Vcc R22 DGND AGND L1
58 08 39 1 8 45 35
PF3/ADC3 PE6/T3/INT6 Vcc DGND AGND +3.3V
57 09 61 58 DD3 C28
PF4/ADC4/TCK PE7/IC3/INT7 INT Vcc C23 C24
56 64 SA1:2
PF5/ADC5/TMS CS R23
55 33 62 03 2 7 GND
PF6/ADC6/TDO PG0/WR WR GND
54 34 63 13
PF7/ADC7/TDI PG1/RD RD GND
43 23 SA1:3
PG2/ALE GND R24
01 18 59 37 3 6
PEN TOSC2/PG3 SCL GND
19 60 45
TOSC1/PG4 SDA GND
54
R1 GND GND
20 62 01 57
+5V RES AREF RESET GND
64 DD2
AVcc
C1 63
GND GND
22 21
GND Vcc +5V
53 52
GND Vcc C10
A1
GND
VD1
1 +12V 1 3
IN *STU OUT +5V
C2 C7 C13 7805 C16 C19 C21
2
GND
DA3
2 GND
GND
1 3 3 2
IN *STU OUT IN *STU OUT +3.3V
4
C3 C8 7805 C11 C14 LD1117 C17 C20 C22
2 1
GND GND
DA2 DA4
GND

Рисунок 3.1- Принципова схема пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні.

Датчики під’єднується до мікроконтролера за допомогою аналого-
цифрового перетворювача.
Схема силового керування виконуючими пристроями дозволяє
включати та виключати кондиціонер, нагрівач, додатковий вентилятор та ін.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 31
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

4. РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ
ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ
5.1 Опис мікросхеми W3100A
Мікросхема W3100A реалізує логічну частину стек протоколу, який
забезпечує легке, дешеве рішення для швидкісного Інтернет-зв'язку для
цифрових пристроїв, і дозволяє просту установку стека TCP/IP в технічних
засобах[15].
W3100A пропонує системним проектувальникам, швидких та легкий
шлях під'єднання до мережі Ethernet будь-якого продукту. Логічна частин,
яку виконує мікросхема цілком обробляє всі стандартні протоколи Інтернет
і таким чином значно, скорочує час розробки програмного забезпечення.
W3100A містить TCP/IP стеки протоколів TCP, UDP, IP, ARP і
протоколу ICMP, і реалізує протоколи Ethernet-у контролю каналу зв'язку
(Data Link Control) і протокол MAC.
W3100A пропонує програмний інтерфейс роботи з вікнами запису та
читання інформації і для зв’язку з контролером використовує інтерфейс
шини I2C і протокол роботи з паралельною пам’яттю а для зв’язку з
мікросхемою фізичного рівня підтримує стандартний MII який зв'язує різні
шари протоколу Ethernet.
Структурна схема мікросхеми зображена на рис 5.1.
Мікросхема містить:
MCU Interface – інтерфейс зв’язку з мікроконтролерам;
Protocol Engine – апаратне ядро реалізації протоколів;
MII Interface – інтерфейс зв’язку з мікросхемою фізичного рівня;
DPRAM – внутрішній запам’ятовуючий пристрій мікросхеми для
зберігання прийнятої декодованої інформації та інформації на передачу.
Àðê.
ÐÒ15.025013248 ÏÇ 32
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 5.1 - Структурна схема мікросхеми W3100A.
Підключення мікросхеми W3100A в паралельному режимі роботи як
мікросхеми пам’яті зображене на рис 5.2:

Рисунок 4.2 - Підключення мікросхеми W3100A в паралельному режимі
роботи як мікросхеми пам’яті.

Особливості мікросхеми:
- Робота на фізичному рівні без втручання мікроконтролера з
протоколами Internet TCP, IP Ver.4, UDP, ICMP, ARP.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 33
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Робота на фізичному рівні без втручання мікроконтролера з
протоколами Ethernet DLC і MAC.
- Підтримує до 4-х незалежні зв'язків одночасно.
- Внутрішня ICMP відповідь на команду PING.
- Протокол зв’язку з швидкою обробкою обробки: дуплексний 4~5
Mbps.
- Стандартний MII інтерфейс для мікросхеми фізичного рівня.
- Підтримка програмного інтерфейсу (Socket API) для легкого
прикладного програмування.
- Підтримка повнодуплексного режиму.
- Внутрішній 16Kb подвійний двопортовий SRAM для буфера даних.
- 0.35 µm технологія CMOS.
- Робоча напруга 3.3V внутрішня, 5V «еквівалентний» 3.3V напруга
живлення входів/виходів.
- Малогабаритний 64 вивідний корпус LQFP.
4.2 Опис мікросхеми RTL8201BL
Структурна схема мікросхеми RTL8201BL приведена на рис. 5.3.
Realtek RTL8201BL - швидкий фізичний рівень (Ethernet Phyceiver) з
MII або SNI інтерфейсом зв’язку з MAC мікросхемою.
Він забезпечує наступні особливості:
- Підтримує MII/7-лінійний SNI (Serial Network Interface -
Послідовний мережний інтерфейс) інтерфейс.
- Підтримка 10/100Mbps швидкість.
- Підтримує half/full спарену роботу.
- Підтримка крученої пари або коаксіальної передачі
- сумісність з IEEE 802.3/802.3u
- Підтримує IEEE 802.3u з 28 пропозиціями зв’язку.
- Підтримка сплячого режиму.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 34
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 4.3 - Структурна схема мікросхеми RTL8201BL.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 35
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Підтримка зв'язку в режимі з пониженим енергозберіганням.
- Підтримує компенсацію (BLW) базової лінії .
- Підтримує метод повторювача.
- Регульовані вибір Speed/duplex/auto
- 3.3В дія з толерантністю до 5В вхідного-вихідного сигналу.
- низьке енергетичне споживання і потреба в єдиному 3.3В живлення.
- Адаптивне порівняння.
- 25MHz кристал/осцилятор для тактового генератора.
- Показ багато поточного стану системи.
- Підтримка багато поточної роботи з MAC (MDC/MDIO) пристроєм.
- 48вивідний корпус LQFP
Структурна схема мікросхеми RTL8201BL зображена на рис 5.3.
Мікросхема містить:
- 10/100 half/full Switch Logic – вхідна логіка мікросхеми;
- 5B -> 4B Decoder – декодер напруги;
- 5B -> 4B Encoder – енкодер напруги;
- Data Alignment – дані для вирівнювання;
- Descrambler – дескремблер;
- Scrambler – скрамблер;
- 10/100M Auto-negotiation Control Logic – логіка автоматичного
зв’язку.
- Manchester coded waveform – генератор коду Manchester-а;
- 10M Output waveform shaping – формувач напруги на лінію 10М;
- Data Recovery -
Опис роботи мікроконтролера Atmega128 приведено в додатку А, а в
додатку Б наведено основне програмне забезпечення для ATmega128 в
режимі контролю температури, вологості, диму при керування 3-ма
виконавчими пристроями з використанням Ethernet.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 36
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

5. ОХОРОНА ПРАЦІ

5.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при
виконанні робіт в приміщенні проектно-технічного відділу

В даному розділі бакалаврської роботи аналізуються умови праці
спеціаліста при проектуванні пристрою моніторингу та управління
мікрокліматом в приміщенні проектно-технічного відділу. Виконання таких
робіт не можливе без використання персонального комп’ютера (ПК),
укомплектованого різними периферійними пристроями та необхідними для
розрахунків прикладними програмами. Саме тому, працюючи з ПК
розробник має прямий візуальний контакт з монітором, а враховуючи те, що
деякі обчислення можуть тривати довгий час, то це в свою чергу викликає
необхідність тривалого споглядання екрану монітора комп’ютера. Тому
виникає потреба раціональної та безпечної організації праці спеціаліста при
роботі з монітором.
Важливо детально проаналізувати всі небезпечні та шкідливі фактори
виробничого середовища, які можуть безпосередньо або побічно впливати на
працюючого, що призводить до зміни продуктивності його праці та стану
здоров’я. Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність
співробітника, який працює у відділі за комп’ютером. За рівнем фізичних
навантажень дана робота відноситься до категорії I а.
Робоче місце співробітника є постійним і являє собою робочий стіл, на
якому встановлений персональний комп'ютер, принтер та інші периферійні
пристрої, поворотний стілець та підставку під ноги. Воно знаходиться в
проектно-технічному відділі, що являє собою окреме приміщення,
мебльоване робочими столами у кількості 5 шт, зі встановленими на них
комп’ютерами.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 37
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Розміри приміщення відділу становлять: ширина – 6 м, довжина – 10 м,
висота стелі – 3 м, відповідно площа стелі складає 60 м2. Приміщення
розраховане на п’ять працюючих. Звідси площа, яка припадає на одну
людину, дорівнює 12 м2. Об’єм приміщення становить 180 м3. Звідси об'єм,
який припадає на одну людину, дорівнює 36 м3, що відповідає вимогам ДБН
В.2.2.28-2010.
Приміщення відділу розташоване в північній частині лівого крила
чотириповерхової цегляної будівлі. Стіни приміщення світло-рожевого
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла понад 35%.
На здоров’я та самопочуття співробітника відділу, під час його роботи,
в першу чергу безпосередньо впливають фактори мікроклімату в робочому
приміщенні.
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів
мікроклімату наступні:
1. Температури повітря:
- в теплий період року – 21 - 23 °С (допустима – 20 - 28 °С). ;
- в холодний період року – 22 - 24 °С (допустима – 21 - 25 °С).
2. Вологість повітря:
- в теплий період року – 40 - 60 %;
- в холодний період року – 40 - 60 %.
3. Швидкість руху повітря:
- 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) .
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. Температури повітря:
- в теплий період року – 22 - 24 °С ;
- в холодний період року – 18 - 19 °С .
2. Вологість повітря:
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 38
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- в теплий період року – 50 - 52 %;
- в холодний період року – 40 - 42 %.
3. Швидкість руху повітря:
- В теплий період року – 0,08 - 0,1 м/с;
- В холодний період року – 0,07 - 0,1 м/с.
Температура повітря в холодний період року не відповідає
нормативним вимогам. У відділу в холодний період року функціонує система
централізованого водяного опалення, яка не забезпечує підтримання
нормативної температури повітря і тому, не відповідаючи ДБН В.2.5.67-2013
«Опалення, вентиляція та кондиціювання», потребує модернізації. Для її
забезпечення пропонується використати сучасні опалювальні радіатори.
Можливість людини орієнтуватися у просторі, здійснювати
фізіологічні функції, виконувати різні види робіт залежить від виду і якості
освітлення навколишнього середовища.
До освітлення ставляться певні гігієнічні вимоги. Освітлення повинно
бути рівномірним і достатнім для швидкого й легкого розрізнення об’єктів,
забезпечувати деяку контрастність між об’єктом і фоном. Джерело світла не
повинно засліплювати людину і створювати відблисків на об’єкті, що
розглядається.
Раціональне освітлення робочих місць і приміщень створює у
працівників певний психологічний тонус, попереджує зорову і загальну
втому, сприяє високопродуктивній праці. Недостатня освітленість робочих
місць може бути непрямою причиною нещасних випадків на виробництві.
Природне освітлення приміщення відділу є однобічним, з північною
орієнтацією віконних отворів та здійснюється через чотири вікна, розміри
яких становлять 21,80 м.
Робочі столи розташовані таким чином, що вікна знаходяться збоку від
працюючого. Вікна обладнані шторками, що розсіюють світло. При цьому у
полі зору працюючого забезпечується оптимальне співвідношення яскравості
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 39
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

робочих та навколишніх поверхонь та обмежене відбивання світла від екрану
та функціональної клавіатури.
Згідно з нормами проектування ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне
освітлення» нормування природного освітлення проводиться за допомогою
коефіцієнта природного освітлення (КПО), вираженого в відсотках, який для
даного типу зорової праці складає 1,5 %. Фактичне значення КПО становить
25-35 %. Тому, рівень природного освітлення є достатнім.
Оскільки дослідник візуально працює з монітором, де найменший
об’єкт розрізнення являється крапка, що становить близько – 0,25 мм, то його
робота відповідає найвищому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової
праці – II г, що відповідає великому контрасту об’єкту розрізнення та фону.
Контрастність найменшого об’єкту розрізнення та фонів: між текстом на
моніторі та фоном, між текстом на аркуші паперу та аркушем, букв на
клавіатурі являється великою, що сприяє до зменшення напруги зорової
праці та зменшення загальної кількості помилок.
Приміщення відділу має штучне освітлення. При штучному освітленні
величина освітленості нормується в люксах (Лк), яка вибирається в
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого
розміру об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Приміщення відділу обладнане освітлювачами типу ЛСП 02В - 2×40 у
кількості 12 шт., кожний з яких має дві люмінесцентні лампи денного світла.
Необхідна величина штучного загального освітлення для даного типу зорової
праці складає 400 лк, а фактичне значення даного параметра складає 450 лк.
Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці є достатнім відповідно
до ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення».
Особливістю роботи співробітника відділу з монітором є підвищене
зорове напруження, що пов'язане із спостереженням за інформацією на
екрані, а також з іншими негативними факторами. Спеціаліст втомлюється
від тривалого перебування біля монітора, оскільки його органи зору
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 40
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

підлягають таким шкідливим факторам як: ефект миготіння дисплея,
нестійкість та нечіткість зображення, необхідності частої переадаптації очей
до рівня освітлення екрану дисплея та загального освітлення приміщення.
Шум також являється важливим фактором виробничого середовища.
Головним джерелом шуму є вентилятори охолодження в системних блоках
комп’ютерів та робочий шум периферійних пристроїв. Нормативне значення
еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та типу робочого
місця складає 60 дБА. Фактичне значення становить 47 дБА. Відповідно до
цього дане робоче місце відповідає допустимим вимогам по даному фактору
згідно ДСН 3.3.6.037-99.
Іншим важливим фактором виробничого середовища являється
напруженість електромагнітного поля. На робочому місці співробітник
підлягає впливу електромагнітних полів, джерелом яких є ПК та периферійні
пристрої, проте, оскільки вони в більшості є екранованими, то даний вплив
електромагнітних полів незначний і не перевищує нормативне значення,
визначене в ДСН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми та правила при
роботі з джерелами електромагнітних полів».
Умови праці співробітників відділу при роботі з комп'ютером крім
стану параметрів виробничого середовища, визначаються також
характеристиками використовуваного устаткування, якістю робочих
матеріалів у робочій зоні, конструкцією робочих меблів та її розмірними
характеристиками. Тип робочого крісла обирається у відповідності ДСТУ
7951:2015 та в залежності від тривалості роботи: при тривалій - масивне, при
короткочасній - крісло легкої конструкції, яке легко пересувати. Ширина
столу 1,2 м, усі предмети, що знаходяться на ньому розташовані на відстані
не більш 75 см від працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні. Висота
столу 74 см; висота стільця 40 см.
Робоча поза працюючого безпосередньо пов’язана з тривалим
очікуванням закінчення обрахунків комп’ютером, що в свою чергу
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 41
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

призводить до періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 25%
від загальної тривалості роботи.
До психологічного навантаження доцільно віднести роботу дослідника
з великим обсягом інформації та великою розумовою активністю. Його
діяльність характеризується тривалим тривожним очікуванням вірних
результатів, що виснажує людину більш ніж сама робота. Однотипність
даних на екрані та очікування закінчення розрахунків може привести до
додаткового виснаження ресурсів організму, швидке стомлення, значне
зниження працездатності.
Ступінь складності завдання полягає в виконанні обчислень, обробці
отриманих результатів, визначаючи їх вірність та коректність, що відповідає
допустимому класові умов праці.
Приміщення відділу відноситься до 3 типу небезпеки ураження
електричним струмом: приміщення без підвищеної небезпеки. Обладнання,
встановлене в ньому живиться напругою 220 В і споживає потужність 2-2,5
кВт, що унеможливлює перенавантаження мережі. Оскільки комп’ютери
мають металевий корпус, тому згідно ДНАОП 0.00-1.32-01 «Правила будови
електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок» та ДСТУ Б
В.2.5-82-2016 усі корпуси обладнання під'єднані до загальної системи
захисного заземлення.
Приміщення відділу відноситься до приміщень з категорією
пожежобезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1:36-2016. У відділу
забезпечуються всі необхідні заходи щодо протидії виникнення
пожежонебезпечних ситуацій згідно з та НАПБ А.01.001-2014 «Правила
пожежної безпеки в Україні». План евакуації розміщений на стіні з вільним
доступом до неї. Для попередження пожеж в ній використовується
електрична пожежна сигналізація променевого типу та теплові датчики типу
(ИП-105-2) у кількості 6 шт у відповідності з ДБН В.2.5.56-2014. Приміщення
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 42
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

обладнане вуглекислотним вогнегасником ВВК-5, який знаходиться у
зручному місці, відповідно до Правил експлуатації вогнегасників.
Для підвищення продуктивності праці необхідна правильна організація
режиму роботи дослідника. Аналізуючи специфіку роботи, йому цілком
достатньо чотирьох годин на добу для проведення розрахунків на комп'ютері
у світлий час доби, коли освітлення повністю задовольняє вимогам стандарту
(ДБН В.2.5-28-2018), а в іншу частину дня необхідно аналізувати отримані
результати та проводити підготовку нових даних для подальших розрахунків.
Для зняття напруженості органів зору необхідно щогодини робити перерву.
Оскільки температура повітря в приміщенні відділу в холодний період року
не відповідає допустимим нормам, то для покращення умов праці
співробітників в даному приміщенні необхідно модернізувати систему
водяного опалення.

5.2 Модернізація системи водяного опалення в приміщенні
відділу

Основний розподіл опалювального обладнання ґрунтується на
способах передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних
приміщень.
Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та
конвекційне. Цей розподіл 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,
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 43
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- конвектори.

Рисунок 5.1 - Класична схема системи водяного опалення
1 - циркуляційний насос; 5 - пульт керування;
2 - радіатори опалення; 6 - кульовий кран.
3 - вихровий індукційний нагрівач;
4 - мембранний бак;

Повітряний обігрів, в тому числі вентиляторні конвектори, є майже
100-відсотковим конвекційним обігріванням.
При випромінюючих нагрівальних приладах в результаті підвищення
середньої температури у приміщенні, зменшується частка тепла, яку тратить
людина, шляхом випромінювання і навпаки.
Питання, який вид обігріву приміщень є корисніший -
випромінюванням чи конвекцією - постійно сприяє новим технологічним
розв’язкам. Наприклад, це стосується визначення 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.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 44
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

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
визначати як неприємний охолоджуючий потік.
Якщо в опалюваному приміщенні є умови для доброго самопочуття
працівників, це означає, що температура повітря значно не відхиляється від
середньої (можливо рівномірної) температури повітря оточуючих поверхонь,
а температура нагрівальних поверхонь не надто перевищує температуру тіла
людини.
З цієї причини найчастіше 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 нагрівальних приладів не можна перебільшувати
температуру, бо навіть температура поверхні нагрівальних приладів порядку
80-90 °С, крім погіршення умов доброго самопочуття, є небезпечною для
здоров’я.
Обмеження температури поверхні нагрівальних приладів викликане
тим, що при температурах понад 60 °С розпочинаються процеси сухої
дистиляції органічних рідин та припікання їх на поверхні нагрівального
приладу. Продукти цих процесів подразнюють слизові оболонки верхніх
дихальних шляхів, викликають 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 конвектори.
Радіатори водяного опалення поділяються на дві групи:
- секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 45
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- панельні-сталеві.
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, мають велику теплову
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.
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:
Q = S∙T/R, (5.1)
де Q - тепловтрати, Вт;
S - площа конструкції приміщення, м2;
Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С;
R - значення теплоопору конструкції приміщення, м2
°С/Вт;
Розраховуємо тепловтрати через стіни:
Тепловтрати через зовнішню стіну
R = 0,712 - опір теплопередачі стіни завтовшки в 2 цеглини (50 см)
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 46
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

S стіни  7 3 1,3  2  2  15,8 м2
15,8 50
Q1   1109
0,712 Вт
Тепловтрати через вікна:
R = 0,37 - опір теплопередачі звичайного вікна з подвійною рамою
S вікна  1,3  2  2  5,2 м2
5,2 50
Q2   702,7
0,37 Вт
З урахувань втрат на вентиляцію (25%):
Q  (1109  702,7) 1.25  2264 ,6 Вт
Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні в
холодну пору року потрібна система опалення потужністю не менше 2264,6
Вт. Згідно отриманих даних обираємо два алюмінієвих семисекційних
радіатори VULCANO 500/80 (рис.7.2), загальною потужністю 2520 Вт.

Рисунок 5.2 - Зовнішній вигляд радіатора системи опалення
VULCANO 500/80
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 47
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Таблиця 5.1 - Технічні характеристики радіатора системи опалення
VULCANO 500/80.
Матеріал Алюміній
Кількість секцій 1
Висота, мм 575
Ширина, мм 80
Тиск робочий, МПа 1,6
Вага, кг 0,92
Монтаж Бічний верхній
Потужність, Вт 180

Рисунок 5.3 - Способи під’єднання опалювальних приладів

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 48
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ВИСНОВОК

Згідно технічного завдання в даній бакалаврській роботі розроблено
пристрій моніторингу та управління мікрокліматом машинного залу
телекомунікаційної системи.
Даний пристрій виконує наступні функції:
- вимірює температуру, задимленність та відносну вологість в
машинному залі телекомунікаційної системи;
- заміряні дані передає через лінію Ethernet на віддалений пункт
керування мікрокліматом;
- проводить вмикання / вимикання вентилятора, сигналізації
задимлення, нагрівача згідно команд керування прийнятих з віддаленого
пункту керування мікрокліматом через лінію Ethernet;
- потрібний режим роботи приміщення, що контролюється,
вибирається з дистанційного пункту керування.
Розроблений пристрій може працювати з різноманітними датчиками
температури, вологості та контролю задимленності, які мають властиві
тільки їм електричні параметри. Завдяки мікроконтролеру, що вміщує
пристрій, можливо більш гнучко пристосовуватись до змін параметрів
мікроклімату, що контролюються в приміщенні. Програма роботи для
мікроконтролера написана таким чином, що дозволяє проводити
калібрування датчиків, а це в свою чергу дозволяє підвищити точність
вимірювань.
У розділі охорони праці було проведено аналіз небезпек та
шкідливостей, які виникають при виконанні робіт в приміщенні проектно-
технічного відділу та проведена модернізація системи водяного опалення в
приміщенні відділу.

Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 49
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Бахчиванжи, О. В. Мікроконтролери та мікропроцесорні системи
[Текст] / О. В. Бахчиванжи, О. М. Лі. — К. : Ліра-К, 2020. — 352 с.
2. Гаврилюк, В. В. Інформаційно-вимірювальні системи [Текст] / В. В.
Гаврилюк. — Львів : Новий Світ, 2019. — 256 с.
3. Клименко, В. Г. Основи телекомунікаційних систем [Текст] / В. Г.
Клименко. — К. : Наука і освіта, 2021. — 300 с.
4. Ляшенко, В. І. Системи моніторингу навколишнього середовища
[Текст] / В. І. Ляшенко. — Харків : ХНУРЕ, 2020. — 228 с.
5. Лещенко, С. В. Сенсори в системах керування [Текст] / С. В.
Лещенко. — Дніпро : ДНУ, 2018. — 178 с.
6. Козак, Л. В. Основи цифрової електроніки та мікропроцесорної
техніки [Текст] / Л. В. Козак. — К. : Каравела, 2019. — 294 с.
7. Кострицький, М. В. Мікроконтролери сімейства STM32:
програмування та застосування [Текст] / М. В. Кострицький. — Львів :
Видавництво Львівської політехніки, 2021. — 312 с.
8. Паламарчук, В. Г. Основи автоматизованого керування
мікрокліматом [Текст] / В. Г. Паламарчук. - Одеса : Технопрес, 2020. - 198 с.
9. Коваленко, С. М. Системи інтернету речей у телекомунікаціях
[Текст] / С. М. Коваленко. — К. : Телекомунікація, 2021. — 220 с.
10. ДСТУ 4862:2020. Установки кондиціонування повітря. Вимоги до
мікроклімату в машинних залах ЦОД [Текст]. — К. : ДП «УкрНДНЦ», 2020.
— 12 с.
11. Собко, О. П. Елементи і пристрої телекомунікаційних систем
[Текст] / О. П. Собко. — К. : Логос, 2020. — 245 с.
12. Мельниченко, С. В. Теорія автоматичного керування [Текст] / С.
В. Мельниченко. — Львів : Афіша, 2019. — 230 с.
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 50
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

13. Лаптєв, С. А. Техніка вимірювання температури та вологості
[Текст] / С. А. Лаптєв. — Харків : Університетська книга, 2018. — 156 с.
14. Калашнікова, І. О. Цифрові сенсори в системах мікроклімату
[Текст] / І. О. Калашнікова. — Одеса : ОНАХТ, 2022. — 148 с.
15. Гринюк, І. П. Проєктування вбудованих систем [Текст] / І. П.
Гринюк. — Тернопіль : ТНТУ, 2021. — 200 с.
16. Kurniawan, A. Internet of Things Projects with ESP32 [Text] / Agus
Kurniawan. — Birmingham : Packt Publishing, 2021. — 220 p.
17. Ibrahim, D. Designing Embedded Systems with PIC Microcontrollers
[Text] / D. Ibrahim. — Oxford : Newnes, 2014. — 398 p.
18. Ray, P. P. A Survey on Internet of Things Architectures [Text] / P. P.
Ray // Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences. —
2020. — Vol. 32, No. 1. — P. 1–10.
19. Barrett, S. F. Embedded Systems Design Using the ARM Cortex-M
Microcontroller [Text] / S. F. Barrett, D. J. Pack. — 4th ed. — San Rafael :
Morgan & Claypool Publishers, 2021. — 370 p.
20. Pahlavan, K. Networking Fundamentals: Wide, Local and Personal
Area Communications [Text] / K. Pahlavan, P. Krishnamurthy. — 2nd ed. —
Hoboken : Wiley, 2013. — 480 p.
21. Державна служба України з надзвичайних ситуацій. Кліматичні
умови для серверних приміщень [Електронний ресурс]. — Режим доступу:
https://dsns.gov.ua/
22. STMicroelectronics. STM32 Family Overview [Електронний ресурс].
— Режим доступу: https://www.st.com/en/microcontrollers-
microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html
23. Cisco. Data Center Environmental Monitoring Guide [Електронний
ресурс]. — Режим доступу:
https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/switches/datacenter/environment-
monitoring.html
Àðê.
ÐÒ15.025031.248 ÏÇ 51
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ДОДАТКИ

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