Розробка автономної системи збору та передачі метеорологічних даних (апаратна частина)

Гурома, Віталій Олександрович

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7968

Назва:	Розробка автономної системи збору та передачі метеорологічних даних (апаратна частина)
Автори:	Палагін, Володимир Васильович Гурома, Віталій Олександрович
Ключові слова:	автономна метеосистема;збір та передача даних;метеорологічні дані;апаратна реалізація;датчики навколишнього середовища
Дата публікації:	2021
Короткий огляд (реферат):	Робота присвячена проєктуванню та апаратній реалізації автономної системи збору та передачі метеорологічних даних. У ході дослідження проведено аналіз існуючих метеорологічних приладів, обґрунтовано вибір сучасної елементної бази та розроблено структурну і принципову електричну схеми пристрою. Особливу увагу приділено створенню системи датчиків для моніторингу параметрів навколишнього середовища та інтеграції засобів бездротової передачі інформації для забезпечення віддаленого контролю. Результатом роботи є спроєктована друкована плата та макет пристрою, що характеризується високою автономністю, мобільністю та точністю вимірювань, що дозволяє використовувати його для оперативного метеорологічного моніторингу в польових умовах
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7968
Розташовується у зібраннях:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
Б_172_Гурома_Палагін.pdf Restricted Access		3.28 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії

Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І РОБОТОТЕХНІЧНИХ
СИСТЕМ

До захисту допущено
завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор
_______________ В.В. Палагін
"_____" _____________ 2021 року

Пояснювальна записка
до дипломного проекту (роботи)
бакалавра

(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему Розробка автономної системи збору та передачі метеорологічних
даних (апаратна частина)

Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-97
напряму підготовки (спеціальності)
172 – телекомунікації та радіотехніка
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Гурома В.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Палагін В.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Галушко Ю.М.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2021 року
Форма № Н-9.01

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки,телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 – телекомунікації та радіотехніка

ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри В.В. Палагін
“_____” ___________________ 2021 року

ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ

Гуроми Віталія Олександровича ________________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка автономної системи збору та передачі
метеорологічних даних (апаратна частина)

керівник проекту (роботи) Палагін Володимир Васильович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від «19» лютого 2021 року № 53/01

2. Термін здачі студентом закінченої роботи “ 25 ” травня 2021 року _________

3. Вихідні дані до роботи: Напруга живлення: +12В, +4В, +3.3В; час роботи -
безперервний; діапазон виміру швидкості руху повітря: 0 – 50 м/с; діапазон виміру
температури: -40°С - +85°С; діапазон виміру тиску: 300 – 1100 гПа; діапазон виміру
вологості: 0 – 100% .

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
Аналіз систем радіоприйому; розробка структурної схеми пристрою; розробка
схемотехнічних рішень пристрою;охорона праці.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів)
1. Схема структурна пристрою; 2 Схема електрична принципова; 3.Плата друкована;
4.Складальне креслення; 5. Плакат по охороні праці.
.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ завдання завдання
консультанта
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.
старший викладач кафедри

безпеки життєдіяльності

7. Дата видачі завдання 20 лютого 2021 року

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Термін
№ Назва етапів дипломного проекту
виконання етапів Примітка
з/п (роботи)
проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та
пошук літератури 11.01.21 – 18.02.21
2. Аналіз методів побудови
притрою 20.02.21 – 05.03.21
3. Побудова та обґрунтування
схеми функціональної пристрою 06.03.21 – 18.03.21
4. Побудова та обґрунтування
схеми структурної пристрою 20.03.21 – 01.04.21
5. Побудова та обґрунтування
схеми електричної пристрою 02.04.21 – 30.04.21
7. Виконання розділу охорони праці 02.05.21 – 15.05.21
8. Оформлення пояснювальної записки 16.05.21 – 18.05.21
9. Оформлення плакатів 20.05.21– 24.05.21

Студент Гурома В О
( підпис ) (прізвище та ініціали)

Керівник проекту (роботи) Палагін В.В.
( підпис ) (прізвище та ініціали)

ЗМІСТ

ВСТУП .................................................................................................................. 5
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ
МЕТРОЛОГІЧНИХ ДАНИХ ............................................................................... 6
1.1. Види метрологічних систем .............. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1.2. Опис роботи та складу автономної системи реєстрації та передачі
метрологічних даних ...................................................................................... 9
1.3. Аналіз існуючих рішень ........................................................................ 16
РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ТА ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ
БАЗИ ................................................................................................................... 20
2.1. Обгрунтування структурної схеми пристрою ...................................... 20
2.2. Вибір елементної бази ........................................................................... 22
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ТА
ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ .................................................................................... 40
3.1. Розробка схеми електричної принципової............................................ 40
3.2. Розробка друкованої плати .................................................................... 43
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ........................................................................... 50
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні робіт
в приміщенні науково – технічної лабораторії ........................................... 50
4.2. Модернізація системи водяного опалення лабораторії ....................... 56
ВИСНОВКИ ...................................................................................................... 65
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ………………………………..…66

СКРТ97.021.103.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Гурома В. О. Розробка автономної системи Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Палагін В. В. збору та передачі 3 71
Реценз. метеорологічних даних
Н. Контр. (апаратна частина) ЧДТУ
Затверд.

1. Вступ
Метрологія – наука, яка вивчає метрологічні вимірювання. З
кожним роком планета все більше потребує знань про навколишнє
середовище. У звˈязку зі зміною кліматичних умов люди частіше
почали прислуховуватись до метрологів, так як погода стає все
різноманітнішою. В ХХ столітті почалася проблема з глобальним
потеплінням, через це не лише науковці, а й прості люди, такі як
фермери, хочуть слідкувати за погодними умовами для більшої
продуктивності урожаю та зменшення недоброякісно вирощених
продуктів харчування і т д.
В представленому дипломному проекті розглянуто розробку
апаратної частини автономної системи метрологічних даних.
Представлена розробка буде застосовуватися в альтернативній
енергетиці, в якості пристрою збору метрологічних даних, та може
слугувати як платформа для інших цілей. За допомогою даних, які
даний прилад збирає, оприділити доцільність встановлення
вітрогенератора, з тими чи іншими параметрами.
В якості мікроконтролера обраний STM32 серії F103, на основі
якого планується побудувати систему. Даний мікроконтролер володіє
високою швидкодією та має низьке енергоспоживання з широким
набором функцій. Це дозволить системі бути достатньо швидкодійною
та енергоефективною.
Цілею даного дипломного проекту є вдосконалення існуючих
прототипів, спрощення виготовлення, збільшення автономності та
збільшення дальності передачі даних які будуть зібрані даною
системою.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
5
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ
МЕТРОЛОГІЧНИХ ДАНИХ
1.1 Види метрологічних систем
Метеорологічна станція - це прилад, який використовується для
моніторингу змін навколишнього середовища в режимі реального часу та
надання відповідних попереджень. Зазвичай використовується в
метеорологічній галузі. З розвитком різних галузей промисловості технологія
автоматичних метеорологічних станцій стає все більш досконалою, і її
застосування стає дедалі ширшим.
Вони поділяються за представленням сигналу на такі види:
 Аналогові, приклад такої метеостанції наведено на (рис.1.1);
 Цифрові, приклад наведено на (рис.1.2.).

В свою чергу також можна виділити їх за способом використання:
 Домашні;
 Професійні.
Аналогові метеостанції це Метеостанції які поєдноють в собі найважливіші
метеорологічні прилади барометр, гігрометр та термометр, які інформують
про поточні погодні умови.

Барометр використовується для вимірювання атмосферного тиску. За
змінами цього виміряного значення можна визначити хід погоди наступних
днів: Повільний, але стабільний підйом тиску повітря дає перспективу
фундаментального і стійкого поліпшення погоди, тоді як швидкий підйом
зазвичай замінюється настільки ж швидким восени, провіщаючи
продовження нестабільності. Початок падіння, як правило, свідчить про
погіршення погоди.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
6
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Гігрометр прилад для визначення відносної вологості атмосферного повітря,
тобто відносини вологості навколишнього повітря до вологості насиченої
водяної пари при тій же температурі і тиску.
Термометр прилад для вимірювання температури повітря, ґрунту, води і так
далі. Існує кілька видів термометрів.

Рисунок 1.1 Приклад аналогової метеостанції.

Аналогові метеостанції схожі на аналогові годинники. можна легко і точно
читати різні дані за допомогою покажчиків та різних індикаторів. Загалом,
аналогові метеостанції мають 3 різні лічильники: термометр для
температури, гігрометр для вологості повітря та барометр для тиску
повітря. За допомогою цих 3 даних реальні експерти погоди прогнозують,
яка погода.

Цифрові метеостанції – це пристрій, для спостереження за
метеорологічними показниками на вулиці і в приміщенні. Пристрій дає
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
7
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

прогноз погоди, і визначає атмосферний тиск, рівень вологості, температуру,
та виконує ряд інших вимірів.
Зазвичай будуються метрологічні прилади за допомогою
мікроконтролера які опрацьовають данні, які надходять з різних датчиків. В
сфері застосування цих метеостанцій значно є більшою ніж в аналогових
варіантів.
В сфері домашнього застосування такі прилади є значно кращими вони
займають менше місця та є більш кориснішими завдяки тому що, в них тей
же функціонал і значно перевищує функціонал аналогових рішень, тим що
вони можуть передбачати погодні умови. Це є плюсом в порівнянні з
аналоговими метеостанціями.
Існують як дротові так і бездротові домашні метеостанції. Дротові
метеостанції використовують електронний провід для передачі вимірювань
погоди від віддалених датчиків на внутрішню консоль. Дротові метеостанції,
як правило, дешевші за бездротові домашні метеостанції і забезпечують
надійність прямого підключення до віддалених датчиків. Отже, їх дещо
складніше встановити і забезпечують меншу гнучкість, ніж їх аналоги з
бездротовою мережею.

Рисунок 1.2 Приклад цифрової метеостанції.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
8
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

1.2Опис роботи та складу автономної системи реєстрації та передачі
метрологічних даних
Якісна метеостанція складається в основному з високоякісних,
механічно стійких датчиків та подальшої точної, незалежної від температури
обробки їх вихідних сигналів у вимірювальному центрі станції. Певний набір
татчиків, які реєструють зміну метрологічних елементів таких як швидкість
та напрямок вітру, температуру середовища, вологість повітря, атмосферний
тиск,
Датчик температури - це пристрій, призначений для
вимірювання ступеня температури на вулиці, або в приміщенні яка, в
свою чергу відображається на дисплеї.
Температура, мабуть, перший вимірюваний метеорологічний
параметр. У наш час це все ще один із найпоширеніших датчиків в
автоматичній метеостанції. Температура вимірюється резистивним тепловим
приладом, ним можливо вимірюввати як внутрішню, так і зовнішню
температуру.
Існує два основних типи термометрів:
– Термістори найпоширеніший тип датчиків, що використовуються у
метеостанціях. складаються з оксидів металів, сполучних і
стабілізаторів, пресуються у пластини, а потім нарізаються до розміру
стружки, залишаються у формі диска або робляться в іншій
формі. Точне співвідношення композиційних матеріалів визначає їх
криву опору / температури. Зазвичай виробники контролюють це
співвідношення з великою точністю, оскільки воно визначає, як буде
працювати терморезистор.
Переваги:
 Міцний
 Чутливий
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
9
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

 Маленький
 Відносно доступний
 Найкраще підходить для вимірювання температури в одній точці
Вигляд такого датчика наведено на (рис. 1.3 б).

 Термопара - це електронний пристрій, який має два різні за своєю
природою електроди з електричними переходами, які утворюються при
різних температурах. Термопари виготовляються з двох різних
металевих проводів, і саме різниця у властивостях дроту утворює різні
місця з'єднання - при цьому термопари, як правило, мають гарячий та
холодний переходи. Два різні метали з'єднані з обох кінців з іншим
металом - що створює гарячий перехід - і обидва метали прикріплені до
мідного дроту - який утворює холодний перехід. Створення системи
двопереходів, у свою чергу, створює термоелектричний контур, який
може змінюватися за високих температур, і для створення термопари
необхідні два переходи. Вигляд такого датчика наведено на (рис. 1.3 а).

а) Термопара б) Термістор
Рисунок 1.3 Вигляд датчиків температури.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
10
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Датчик вологості Гігрометр - це вимірювальний прилад. Застосовується для
вимірювання кількості водяної пари в атмосфері. Іншими словами, гігрометр
простими словами говорить про відносну вологість повітря, що стосується
поточної температури та тиску повітря в певному місці.
Існує два основних типи гігрометрів:
– Аналоговий гігрометр базується на котушці з тонкого металу, яка
прикріплена до гігроскопічного матеріалу, здатного поглинати вологу.
Коли смуга збирає вологу, вона розширюється, змушуючи котушку
згинатися або обертатися. Котушка прикріплена до голки, яка
рухається відповідно і забезпечує зчитування на циферблаті. Коли
волога на абсорбуючому матеріалі починає випаровуватися, котушка
стискається. Це переміщує прикріплену голку до різних точок
зчитування на циферблаті.
У більшості цифрових гігрометрів використовується резистивний або
ємнісний датчик. Електроенергія протікає через невеликий шматочок
вологопоглинального матеріалу, який піддається впливу повітря. Коли
кількість поглиненої вологи змінюється, змінюються і електричні
властивості. Це дані, що використовуються для розрахунку відносної
вологості. Після завершення обчислення вимірювання надсилається на
цифровий дисплей, який надає числове значення. Це показник
вологості для даної місцевості.
Датчик тиску(барометр)
Барометр є науковим інструментом для вимірювання атмосферного тиску ,
званого також барометричного тиску. В атмосфері є шари повітря, навколо
Землі. Це повітря має вагу і тисне на все, до чого воно торкається,
коли гравітація тягне його на Землю. Барометри вимірюють цей тиск.
Атмосферний тиск - показник погоди . Зміни атмосфери, включаючи зміни
тиску повітря, впливають на погоду. Метеорологи використовують
барометри для прогнозування короткочасних змін погоди.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
11
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Існує декілька типів барометрів:
– Ртутний барометр - це прилад, який використовується для вимірювання
атмосферного тиску в певному місці. Барометр складається з
вертикальної скляної трубки, яка закрита з однієї сторни. Закритий
сторна знаходиться вгорі, і він знаходиться у наповненому ртуттю
басейні, розміщеному внизу. Це манометр абсолютного тиску. Повітря
евакуюється з довгої, порожнистої і вертикальної скляної трубки, яка
знаходиться в ртуті. Барометр ртуті також відомий як баріметр
Торрічелла . Він вимірює атмосферний тиск з регулюванням ртуті в
трубці, доки вага ртутного стовпа не збалансує атмосферну силу, яка
діє на резервуар. Іншими словами, пристрій відображає атмосферний
тиск по висоті стовпа ртуті.
– Нерідкий барометр, що називається Анероїдний барометр широко
використовується в портативних приладах через свої менші розміри та
зручність. Він містить евакуйовану капсулу з гнучкими стінками,
стінка якої відхиляється при зміні атмосферного тиску. Це відхилення
механічно приєднується до індикаторної голки. яка вказує на шкалі
приладу, градуйованою в міліметрах ртутного стовпа, величину
атмосферного тиску.
Датчик швидкості руху повітря(Анемометр)
Анемометр є інструментом , який вимірює швидкість вітру, тиск повітря і
швидкість повітря, а іноді називають як вимірювач швидкості вітру. Перші
були винайдені сотні років тому для грубого вимірювання вітру, тоді як
сьогодні це дуже точні монітори, які можуть надати різноманітні дані.
Вони доступні в ручному та цифровому формах і можуть використовуватися
для вимірювання швидкості та швидкості газів у обмеженому потоці, а також
у обмежених потоках, таких як атмосферний вітер.
Існує 2 основних типи анемометрів:
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
12
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

– Найбільш поширений тип датчиків анемометра (рис 1.4а),
чашоподібний анемометр для вимірювання швидкості вітру. Три
горизонтально вирівняні сферичні чашки, які закріплені навхрест або у
формі зірки на вертикальній осі чашового анемометра, реєструють
швидкість вітру під час вимірювання. Принцип вимірювання простий:
чим швидший потік вітру, тим швидше обертаються напіввідкриті
пластикові чашки. , як правило, базується на метрах за секунду.
Швидкість поперечного обертання визначає швидкість вітру.
Ультразвукові AV-вимірювачі використовують ультразвукові звукові хвилі
для вимірювання швидкості вітру. (рис.1.4б). Вони вимірюють швидкість
вітру на основі часу прольоту звукових імпульсів між парами
перетворювачів. Звукові анемометри можуть проводити вимірювання з дуже
тонкою часовою роздільною здатністю 20 Гц або краще, що робить їх добре
придатними для вимірювань турбулентності.

а)Чашечний б)Ультразвукові

Рисунок 1.4. Види анемометрів
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
13
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Якщо система збору метрологічних даних являється цифровою, тоді
потрібно використовувати додаткові датчики в залежності від її призначення
та виробника їх може буди досить велика кількість.
Наведемо декілька з них:
GSM/WCDMA - Цей передавач, використовують в професійних
метеостанціях, який використовує для обміну інформацією мережі
стільникового зв'язку. які працюють віддалено. Типовий модуль складається
з радіо-блоку (приймач, підсилювача і зовнішнього радіочастотного
інтерфейсу), процесора, пам'яті і ряду інтерфейсів для інтеграції з кінцевими
пристроями. GSM-модулі в метрологічні станції. можуть приймати дані по
стільникових каналах і відправляти на сервер. за допомогою GSM звязку
можливо керування метеостанцією на відстані.
WIFI модуль для простої Домашньої метеостанції, підключеної до WIFI
завдякий модулю WIFI користувач метрологічної станції може керувати нею
з свого смартфону, або компютера.
Bluetooth - це технологія бездротового з'єднання з іншими пристроями на
відстані до 100 метрів. може використовуватися для бездротового з'єднання
користувача з метрологічною станцією, Більшість підходить дана технологія
для тих метрологічних станцій які знаходять поза зоною дії сотового зв’язку.
Модуль SD в метрологічних станціях використовується для запису на карту
памяті зібраної інформації про погодні умови. Дані можна зберігати на SD-
карті і одночасно передавати в режимі реального часу. Збережені дані можна
завантажувати з SD-карти або підключаючи ПК, або смартфон і завантажити
дані за допомогою функції блютуз.
Модуль реального часу. Годинник реального часу, або RTC , - це
інтегральна схема, яка веде облік часу. Він використовує резервний
акумулятор, щоб підтримувати час у випадку, якщо основне джерело
живлення вилучено. Наприклад, метеостанції Arduino потрібні мітки часу для
запису даних про погоду. Інший приклад - цифровий годинник або календар.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
14
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Дисплей в метеостанціях має багато можливостей та опцій. Сюди входять
реальний час, автоматичне масштабування та графік історії. Він виводить всі
дані які були зібрані з датчиків. Дисплеї можуть бути різних розмірів. Як
кольорові, так і чорно-білі.
Датчик рівня осадків. Датчик рівня осадків - це прилад для виміру
кількості опадів, що випали таких як граду, снігу, дощу.
Модуль датчика складається
Датчик атмосферних опадів працює на основі оптичної системи (принцип дії
якої грунтується на роботі лазера). Використовується для повного і надійного
вимірювання всіх видів опадів. Пристрій розпізнає і класифікує такі види
опадів як дощ, дрібний град, сніг та змішані різні види опадів. Вимір опадів
проводиться сенсорним датчиком, зроблений спеціально для даних цілей.
Зазвичай, сенсорний пристрій розміщується на висоті 1 метра над поверхнею
землі. Отримані в ході вимірів дані обробляються і зберігаються сучасним
сигнальним процесором.

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
15
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

1.3 Аналіз існуючих рішень
Розглянемо декілька існуючих рішень, які в деякій мірі схожі на нашу
розробку.
Розглянемо метеостанцію під назвою Ambient Weather WS-2902C (рис.1.5.),
яка позиціонується як домашня метеостанція.

Рисунок 1.5. WS-2902C
Особливостями такої метеостанції є підтримка таких додаткових
датчиків: WH31E (8-канальний), WH31P (8-канальний), PM2,5 і PM2,5IN. але
ці датчики не відображаються на консолі, а є прохідними датчиками, які
відображаються на AmbientWeather.net.
Характеристики WS-2902C
 Діапазон температур – В приміщенні: від 14 до 140 ° F, надворі: від -40
до 149 ° F
 Вологість – В приміщенні: від 10 до 99%, зовні: від 10 до 99%
 Діапазон виміру тиску – від 500 до 1100 ГПа;
 Швидкість вітру – від 0 до 100 м/с;
 Живлення консолі дисплея – Адаптер постійного струму 5 В (у
комплекті), енергоспоживання: 0,05 Вт (1,25 Вт у режимі конфігурації
WiFi), 3-кратна резервна батарея AAA (не входить у комплект)
Основними перевагами даної метеостанції є дуже невелика ціна порівняно з
іншими метеостанціями. Та простота в управлін
Ціна на таку метеостанцію починається від 169,99 $.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
16
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Метеостанція AcuRite Atlas (рис.1.6.)
Метеостанція Atlas має загальні змінні погоди, такі як внутрішня,
зовнішня, температура, вологість у приміщенні зовні, швидкість напрямок
вітру та кількість опадів. Крім того, Атлас забезпечує УФ-індекс та
інтенсивність світла. За допомогою модульної конструкції можна додати
інші функції, які можуть бути важливими. Та можна додати датчик
виявлення блискавки для виявлення ударів блискавки на відстань до 25
миль, а також комплект для розширення вітру, щоб забезпечити оптимальне
розміщення анемометра та вітряної лопасті.

Рисунок 1.6. Комплект поставки метеостанції AcuRite Atlas
Параметри метеостанції
 Діапазон температур у приміщенні: від 32 до 122 ° F (від 0
 Діапазон зовнішніх температур: від –40 до 70 ° C
 Діапазон вологості в приміщенні / на вулиці: від 1% до 100%
 Діапазон напрямку вітру: від 0 ° до 360 °
 Діапазон частот передачі: 433 МГц
Перевагою цієї метеостанції є можливість підключення додаткових датчиків.
Та висока точність виміру даних,
Недоліки складність встановлення, і тим що додаткові датчики потрібно
копувати окремо.
Ціна на таку метеостанцію починається від 200$.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
17
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

метеостанція PCE-FWS 20 (рис 1.7)
Ця метеорологічна станція призначена для приватного та професійного
використання. Ця метеорологічна станція дозволяє точно визначати
напрямок вітру, швидкість вітру, відносну вологість температури та кількість
опадів. Це представляє лише незначну частину функцій пристрою. Крім того,
метеостанція має різні функції сигналізації для доступних
параметрів. Метеорологічні дані можуть надсилатися по радіо до базового
блоку з відстані до 100 метрів. Цей пристрій оснащений новітніми
технологіями, що використовуються в метеорологічному аналізі. Сенсорний
екран дозволяє легко викликати дані на екран. Порт USB та кабель, що
входять до комплекту, дозволяють передавати дані з пристрою на
комп'ютер. Дані можуть мати відбиток дати та часу, щоб забезпечити їх
ефективний аналіз довгий час після збору. Включено програмне
забезпечення для аналізу даних, яке дозволяє аналізувати та перевіряти
метеорологічні коливання, представляючи дані на графіках та діаграмах для
вимірювань протягом тривалих періодів часу. Все входить у комплект
пристрою, тому він готовий до використання прямо з коробки

Рисунок 1.7. Метеостанція PCE-FWS 20
Технічні характеристики:
 Швидкість повітря: від 0 до 180 км/г з точністю ± 1 м / с;
 Атмосферний тиск: від 300 до 1100 hpa з точністю до ± 3 hPa;
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
18
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

 Вологість повітря всередині приміщення: від 1 до 99% зовні: від 1 до
99% з точністю ± 4% (від 20 ... 80%), в інших випадках ± 6%;
 Температура навколишнього середовища: зовні: від -40 до + 65°С;
всередині приміщення: від 0 до + 60 °С
Ціна на таку метеостанцію починається від 350$
В результаті переглянутих аналогів, був зроблений висновок, що вони
не відповідають нашому технічному завданю, саме тим що в плані
довготривалості автономної роботи, усі переглянуті вище метрологічні
станції живляться від стандартного блоку живлення, в них є як запасний
варіант використовувати акумуляторні батареї, але цього не достатньо для
наших цілей, так як ресурс по енерготривалості в них обмежений, та по
передачі зібраних даних в них не великий радіус передачі, саме тому в нас
використаний модуль GSM який передає дані на сервер за допомогою
радіоканалу, а для заощадження автономності було максимально зменшено
кількість функцій та застосована сонячна панель, що буде живити
акумулятори в денний час. Також усі переглянуті метеостанції у них
представлені функції які нам не потрібні для нашої специфічної задачі.

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
19
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ТА ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

2.1 Обгрунтування структурної схеми пристрою
Структурна схема являє собою сукупність елементарних блоків об'єкта і
зв'язків між ними. Під елементарним блоком розуміють частину об'єкта,
системи управління і так далі, яка реалізовує елементарну функцію.
Структурна схема призначена наглядно показувати основні функціональні
вузли пристрою, їх призначення та участь в загальному процесі.
Загальна структурна схема метрологічної станції матиме наступні блоки (рис
2.1)
Рисунок 2.1 структурна схема метрологічної станції

 блок живлення
 стабілізатор напруги 3.3-4В
 перетворювач напруги DC-DC 12В
 давач швидкості руху повітря
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
20
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

 давач температури, тиску, вологості
 модуль Bluetooth
 модуль SD Card
 модуль GSM
 мікроконтролер
Блок живлення застосований для забезпечення живлення елементів схеми.
Головним блоком структурної схеми є мікроконтролер, він слугує основним
компонентом, що використовується для управління іншими частинами
метрологічної станції, за допомогою мікропроцесорного блоку (МПУ),
пам'яті та деяких периферійних пристроїв. Ці пристрої оптимізовані для
вбудованих програм, які вимагають як функціональної обробки, так і гнучкої,
чуйної взаємодії з цифровими, аналоговими або електромеханічними
компонентами.
Основна функція стабілізатора напруги в метрологічні станції полягає у
забезпеченні стабільної або стійкої напруги електричних та електронних
приладів. Стабілізатор напруги постійно забезпечує стабільну напругу на
своєму виході, незалежно від того, яка вона буде на вході стабільна чи не
стабільна
У цій структурній схемі показано модуль Bluetooth підключений до
мікроконтролера, крім того, до мікроконтролера підключені давачі
даних. Отримання даних здійснюється за допомогою мобільного телефону
Android (або будь-якого іншого пристрою з доступом до мережі, наприклад,
ПК чи планшета).
GSM модуль слугує для передачі даних на сервер за допомогою радіозвязку
GSM підключений до мікроконтролера який передає дані на GSM канал що
були виміряні різними давачами та оброблені мікроконтролером.
Модуль SD Card живеться від стабілізатор напруги 3.3В та підключений до
мікроконтролера для зберігання показників для подальшого використання.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
21
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Блок перетворювача напруги DC-DC 12В живеться від загального блоку
живлення та слугує для живлення давача швидкості руху
блок первинних вимірювальних перетворювачів представляє собою
комбінований датчик, кожен із яких вимірює відповідний параметр
температуру, тиск, вологість.
2.2. Вибір елементної бази
Вибір мікроконтролера MCU - це серце кожної вбудованої системи. Він
обробляє більшу частину арифметичних, операції з пам'яттю, управління та
зв’язок з периферійними пристроями. Вибір правильного MCU є важливим
для проекту. Він повинен бути невеликих розмірів, низької потужності та
низької вартості
Опис мікроконтролера ESP8266
ESP8266 - мікроконтролер з інтерфейсом WiFi, який має можливість
виконувати програми з флеш-пам'яті. Пристрій було випущено в 2014 році
китайською фірмою Espressif і практично відразу ж став популярним.
Контролер недорогий, володіє невеликою кількістю зовнішніх елементів і
має наступні технічні параметри:
 напруга живлення: 3,3 В
 енергоспоживання: 10 мка ... 170 мА
 флеш-пам'ять: до 16 мб максимум (зазвичай 512 кб)
 процессор: Tensilica L106, 32 біта
 скорость процесора: 80 ... 160 МГц
 ОЗУ: 32 кб + 80 кб
 порти вводу-виводу загального призначення: 17 (мультиплексирувані з
іншими функціями)
 АЦП: 1 ввод з розрішенням 1024
 підтримка 802.11: b / g / n / d / e / i / k / r
 максимальне число підключених TCP: 5
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
22
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Ціна на мікроконтролер 3.50$
Опис контактів:
1 - земля, 8 - живлення. За документації напруга подається до 3,6 В. 6 - RST,
потрібна для перезавантаження мікроконтролера при подачі на нього
низького логічного рівня. 4 - CP_PD, також використовується для
переведення пристрою в енергозберігаючий режим. 7 і 0 - RXD0 і TXD0, це
апаратний UART, необхідний для перепрошивки модуля. 2 - TXD0, до цього
контакту підключається світлодіод, який спалахує при низькому логічному
рівні на GPIO1 і при передачі даних по UART. 5 - GPIO0, порт введення і
виведення, також дає змогу встановити режим програмування (при
підключенні порту до низькому логічному рівню і подачі напруги). 3 -
GPIO2, порт введення і виведення.
Схема розташування виводів (рис 2.2)

Рисунок 2.2 розташування виводів
Більшість модулів мають своє розташування виводів і вони не завжди
бувають підписані, що вкрай ускладнює роботу з ними. Даний модуль має
підписані виводи, що полегшує його використання. Від модуля ESP-07
відмінність полягає в застосуванні антени, виконаної на друкованій платі. На
відміну від молодших моделей доступна більша кількість портів GPIO а так
само режим сну з вкрай низьким споживанням. Для використання модуля з
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
23
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

безпайковими макетными платами потрібен перехідник, так як у модуля крок
виводів 2мм а не 2,54 як у макетних плат.
Опис мікроконтролера Arduino Nano
Вперше Arduino Nano був випущений в 2008 році і досі є однією з
найпопулярніших плат Arduino. Nano являє собою макетну плату, на основі
ATmega328 8-розрядного мікроконтролера Atmel (Microchip Technology). Він
має більш-менш ту ж функціональність, що і Arduino Uno, але в меншому
форм-факторі. Не вистачає лише гнізда постійного струму, і він працює із
USB-кабелем Mini-B замість стандартного.
Технічні характеристики Arduino Nano. Приведені в таблиці 2.1
таблиця 2.1
Мікроконтролер ATmega328
Робоча напруга 5 В
Вхідна напруга (VIN) 6-20 В
Споживання енергії 19 мА
Флеш-пам'ять 32 Кб, з яких 2 Кб використовується
завантажувачем
SRAM 2 КБ
Тактова частота 16 МГц
EEPROM 1 КБ
Постійний струм на штифт вводу- 40 мА (рекомендується 20 мА)
виводу
Цифрові штифти вводу-виводу 22
ШІМ-виходи 6 (D3, D5, D6, D9, D10, D11)
Аналогові вхідні штифти 8 (10 біт АЦП)
I2C A4 (SDA), A5 (SCL)
SPI D10 (SS), D11 (MOSI), D12 (MISO),
D13 (SCK)
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
24
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

LED_BUILTIN D13
Розмір друкованої плати 18 х 45 мм
Вага 7 г.
Вартість 4$

Схема розташування виводів (рис 2.3)

Рисунок 2.3 розташування виводів
Опис виводів Arduino Nano
 Цифрові входи / виходи: D0-D13.
 Аналогові входи / виходи: A0-A7 (10-розрядний АЦП).
 ШІМ: Піни 3, 5, 6, 9, 10, 11.
 UART: D0 і D1 (TX і RX відповідно).
 I2C: SDA - A4, SCL -A5.
 SPI: MOSI - 11, MISO - 12, SCK - 13, SS (10).

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
25
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

У плати Arduino Nano є такі обмеження по напрузі і струму на входи і
виході плати. Всі цифрові і аналогові контакти працюють в діапазоні від 0 до
5 В. При подачі живлення, що виходить за рамки цих значень, напруга буде
обмежуватися захисними діодами. У цьому випадку сигнал повинен
підключатися через резистор, щоб не вивести контролер з ладу. Найбільше
значення випливає струму не повинен перевищувати значення 40 мА, а
загальний струм контактів повинен бути не більше 200 мА.
Опис останього кандедата
STM32F103C8T6 включає високопродуктивне 32-розрядне ядро
RISC ARM Cortex -M3, що працює на частоті 72 МГц, високошвидкісні
вбудовані пам’яті (флеш-пам’ять до 128 Кбайт і SRAM до 20 Кбайт) , а також
широкий спектр вдосконалених входів / виходів та периферійних пристроїв,
підключених до двох шин APB. Усі пристрої пропонують два 12-бітові АЦП,
три 16-бітові таймери загального призначення плюс один ШІМ-таймер, а
також стандартні та вдосконалені інтерфейси зв'язку: до двох I 2Cs та SPI,
три USART, USB та CAN. Пристрої працюють від джерела живлення від 2,0
до 3,6 В. Вони доступні як в діапазоні температур від –40 до +85 ° C, так і в
діапазоні температур від –40 до +105 ° C. Широкий набір режиму
енергозбереження дозволяє розробляти програми з низьким
енергоспоживанням.
Технічні характеристики. STM32F103C8T6 Приведені в таблиці 2.2
таблиця 2.2
Корпус LQFP-48

ядро ARM Cortex-M3

Максимальна частота ядра 72 МГц

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
26
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Об'єм пам'яті програм 64 кБайт

Тип пам'яті програм FLASH

Об'єм оперативної пам'яті 20 кБайт

Кількість входів / виходів 37

інтерфейси CAN, I²C, IrDA, LIN, SPI,
UART/USART, USB
Периферія PVD, PWM, Temp Sensor, WDT

АЦП / ЦАП A/D 10*12b

Напруга живлення 2…3.6В

Робоча температура -40…85C°

Споживання енергії 400мкА
Споживання енергії В режімі 2мкА
енергозберігання
Вартість 3$

Вибір мікроконтролера
Отже, ми обрали мікроконтролер STM32F103C8T6, саме через, те що він є
енергоефективнішим ніж конкуренти, в нього єдиного є 3 апаратних UART
інтерфейси для звˈязку мікроконтролера з датчиками, STM32F103C8T6 має
більший обсяг памˈяті ніж представлені кандедати, що є дуже хорошим
рішенням для розширення функціоналу в майбутньому, вартість цього
мікроконтролера є значно нища ніж в представлених конкурентів.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
27
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Вибір модуля GSM. Модулі GSM слугують одній цілі для отримання GPS-
інформації та її надсилання даних через мережу GPRS. Вони підключені до
MCU, який надсилає їх необхідні оперативні запити через послідовний
інтерфейс зв'язку
Опис Telit GE864-GPS
Модулі LEON-G1 забезпечують повнофункціональний чотирисмуговий
GSM / GPRS передачу даних та голосовий зв'язок у компактному та
оптимізованому за вартістю SMT-форм-факторі. Модулі LEON повністю
кваліфіковані та сертифіковані, мають надзвичайно низьке енергоспоживання
та багатий набір Інтернет-протоколів. Вони ідеально підходять для M2M та
автомобільних додатків, таких як: управління автопарком, автоматичне
зчитування лічильників (AMR), спостереження та безпека та терміналів
точки продажу (PoS).
Модулі LEON реалізують повністю інтегрований доступ до приймачів u-blox
GNSS. Бездротові мережі та GNSS управляються через один послідовний
порт з будь-якого хост-процесора, а функція A-GNSS (Assist- Now Online та
AssistNow Offline) інтегрована.
Ціна на даний модуль 8,00 $
Особливості Telit GE864-GPS
 GSM - підтримка GSM 850/900/1800/1900 МГц 3GPP випуску 99
PBCCH
 GPRS - Клас 10, CS1-CS4 - до 85,6 кб / с
 CSD - GSM максимум 9,6 кб / с
 Голос - HR / FR / EFR / AMR Зменшення шуму
 Команди AT - 3GPP 27.005, 3GPP 27.007 u-blox Розширенні команди
AT 3GPP 27.010 MUX протокол
 SMS - MT / MO PDU / текстовий режим
Електричні дані
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
28
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

 Блок живлення - від 3,00 до 4,50 В (розширений діапазон)
Споживання електроенергії
- Режим очікування2 - DRX9: <0,99 мА
- DRX5: <1,60 мА
- Голос GSM: <300 мА
- Клас GPRS 10: <410 мА
Схема розташування виводів на (рис 2.4)

Рисунок 2.4 розташування виводів
Опис SIM908. SIM908 - готовий до використання чотиридіапазонний GSM /
GPRS модуль з функцією GPS навігації. Компактна схема, інтегруюча
технології GSM / GPRS і GPS в корпусі для поверхневого монтажу,
дозволить користувачеві значно скоротити час і витрати на розробку додатків
з можливістю супутникової навігації. Оснащений інтерфейсом
загальнопромислового стандарту і функцією GPS, модуль дозволяє
здійснювати відстеження та моніторинг об'єктів в безперервному режимі, в
будь-який час і в будь-якому місці в межах досяжності сигналом.
Ціна на даний модуль 9,00 $
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
29
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

ОсобливостіSIM908
 Чотирьохдіапазонний GSM / GPRS: 850/900/1800/1900 Мгц
 GPRS клас 10/8
 GPRS mobile station клас B
 Сумісний зі стандартом GSM phase 2/2 +
 Клас 4 (2 Вт на частотах 850/900 МГц)
 Клас 1 (1 Вт на частотах 1800/1900 МГц)
 Управління за допомогою AT команд (GSM 07.07, 07.05 і розширені
AT команди SIMCOM)
Діапазон напруги живлення
 GSM / GPRS: 3.2 ... 4.8 В
 GPS: 3.0 ... 4.5 В
 Низький рівень енергоспоживання
 Розміри: 30 х 30 х 3.2 мм
Специфікація GPS навігації
 приймач
 42 канала
 GPS L1 C / A
Чутливість
 Режим відстеження: -160 дБ
 Режим холодного старту: -143 дБ
Опис SIM800L. Міні-плата GSM / GPRS заснована на модулі SIM800L,
підтримує чотиридіапазонну мережу GSM / GPRS, доступну для
віддаленої передачі даних GPRS та SMS-повідомлень. Плата відрізняється
компактними розмірами та низьким споживанням струму. За допомогою
техніки енергозбереження споживання струму в режимі сну становить
лише 1 мА. Він взаємодіє з мікроконтролером через порт UART,
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
30
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

підтримує команди, включаючи 3GPP TS 27.007, 27.005 та розширені
команди AT SIMCOM.
Ціна на даний модуль складає 4,00 $
 Напруга живлення: 3.7 В ~ 4.4 В
 Струм в режимі очікування: 0,7 мА
 Максимальний струм: 2 А
 Швидкість UART: 1200 - 115200 бод
 Формат SIM карти: microSIM
 Робочий діапазон: EGSM900, DCS1800, GSM850, PCS1900
 Потужність передачі DCS1800, PCS1900: 1 Вт
 Потужність передачі GSM850, EGSM900: 2 Вт
 Режим мережі: 2G
 Габарити: 25 мм х 24 мм х 4 мм
Контакти чіпа SIM800L виведені з боків модуля. Включаючи контакти
необхідні для зв'язку з мікроконтролером інтерфейс UART, підтримувана
швидкість від 1200 біт / с до 115200 біт / с з автоматичним визначенням
швидкості. Для підключення до мережі, потрібна зовнішня антена, яка йде в
комплекті з модулем. Так-же, на платі є роз'єм U.FL, якщо необхідно
підключити виносну антену.
розєми GSM-модуля SIM800L На модулі SIM800L розташовано 12 контактів,
які необхідні для зв'язку з мікроконтролером і підключенні динаміка і
мікрофона. З'єднання наступні: Схема розташування виводів на (рис 2.5)
 NET – Вихід для припаювання спіральної антени.
 VCC - Живлення модуля, від 3,4 В до 4,4 вольт.
 RST (Reset) – Вихід скидання модуля.
 RxD (Receiver) - Вихід послідовного зв'язку.
 TxD (Transmitter) - Вихід послідовного зв'язку..
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
31
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

 GND - Вихід заземлення, повинен бути підключений до Вихіду GND на
Arduino.
 RING - Вихід до індикатора дзвінка.
 DTR - Вивід активації / деактивації сплячого режиму.
 MIC ± - Мікрофонний Вихід.
 SPK ± - Вихід динаміка.

Рисунок 2.5. розташування виводів
Отже, вибір був за такими параметрами як ціна, функціональність та
режимом малого енергоспоживання. За даними параметрами був обраний
останій GSM SIM800L, тому що він є значно дишевим в порівнянні з його
конкурентами і значно меншим режимом малого енергоспоживання.
Датчик температури вологості та тисску опис BME280
BME280 - це екологічний датчик з температурою, барометричним
тиском та вологістю. Цей датчик чудово підходить для будь-яких зондування
погоди / навколишнього середовища, і його можна навіть використовувати як
в I2C, так і в SPI. Цей датчик є найкращим недорогим датчиком для
вимірювання вологості з точністю ± 3%, барометричного тиску з
абсолютною точністю ± 1 гПа та температури з точністю ± 1,0 ° C. Його
можна також використовувати як висотомір з точністю ± 1 метр!
Для простого підключення використовується I2C. Якщо потрібно
підключити велику кількість датчиків, не турбуючись про зіткнення адрес
I2C, то можна скористатися SPI.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
32
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Технічні характеристики. BME280 Приведені в таблиці 2.3
таблиця 2.3
Напруга живлення 1,8 - 5 В постійного струму
Інтерфейс I2C (до 3,4 МГц), SPI (до 10 МГц)
Діапазон експлуатації Температура: від -40 до + 85 ° C
Вологість: 0-100%
Тиск: 300-1100 гПа
Дозвіл Температура: 0,01 ° C
Вологість: 0,008%
Тиск: 0,18 Па
Точність Температура: + -1 ° C
Вологість: + -3%
Тиск: + -1Pa
Адреса I2C SDO LOW: 0x76
SDO HIGH: 0x77
Вартість 2$

Опис наступного кандедата DHT11
DHT11 - недорогий цифровий датчик для вимірювання температури та
вологості. Цей датчик може бути легко пов'язаний з будь-яким
мікроконтролером, для миттєвого вимірювання вологості та температури.
Опис виходів
DHT11 - це 4-контактний датчик, цими контактами є VCC, DATA,
GND, і один виході не використовується, як показано на рис. 2.6

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
33
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Ім'я
No виходу PIN- Опис виходів
коду
Блок живлення
1 VCC Від 3,3 до 5,5
Вольт постійного
струму
Цифровий
2 ДАНІ
вихідний штифт

Не
3 NC
використовується
4 GND Земля

Рисунок 2.6. розташування виводів
Технічні характеристики. DHT11 Приведені в таблиці 2.4
таблиця 2.4
Напруга живлення Від 3 до 5 В
Максимальний робочий струм 2,5 мА макс
Діапазон експлуатації Температура: 0,50 ° C/ ± 2 ° C
Вологість: 20-80% / 5%
Тиск: 0,18 Па
Частота дискретизації 1 Гц (читання щосекунди)
Розмір 15,5 мм х 12 мм х 5,5 мм
Вартість 1$
Піся огляду вище переглянутих датчиків був обраний BME280 він є більш
точнішим
Вибір модуля Bluetooth
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
34
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

HC-08 - модуль передачі даних нового покоління, заснований на протоколі
Bluetooth специфікації Bluetooth V4.0 з технологією BLE (Bluetooth Low
Energy - ультранизьким енергоспоживанням). Його бездротові діапазон
робочих частот становить 2,4-2,48 ГГц ISM з методом модуляції GFSK
(Gaussian Frequency-Shift Keying - згладжування частотних перебудов
фільтром Гаусса при зміні значення інформаційного символу). Унікальність
технології BLE полягає в максимальній економії енергоспоживання, при якій
модуль самостійно регулює потрібне йому живлення в процесах
встановлення зв'язку або передачі / прийомі даних. Перебуваючи в стані
очікування, модуль знижує живлення до мінімального, і збільшує до
робочого номіналу при активних сеансах зв'язку.
Технічні характеристики. HC-08 Приведені в таблиці 2.5
таблиця 2.5
Частота: 2,4 ГГц ISM
Протокол: BLE 4.0
Максимальна потужність передачі: макс. 4 дБм
Система модуляції: GFSK
Послідовна швидкість передачі від 1200 до 115200 біт / с
даних:
Орієнтовна відстань: 80 метрів
Швидкість: 1 Мбіт / с (макс.)
Живлення: 2,0 - 3,6 В
Струм режиму сну: 0,4 мкА (РЕЖИМ 2
Порт зв'язку: UART 3.3V TTL
Робоча температура: -20 ~ +75 градусів
Розміри: 26,9 мм х 13 мм х 2,2 мм
Вартість 5$

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
35
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Опис Bluetooth HC-05. Модуль HC-05 - це простий у використанні модуль
Bluetooth SPP (протокол послідовного порту), розроблений для прозорого
налаштування бездротового послідовного з'єднання -. Послідовний порт
Модуль Bluetooth - це повноцінний Bluetooth V2.0 + EDR (Enhanced Data
Rate) 3 Мбіт / с Модуляція з повним радіоприймачем 2,4 ГГц та базовою
смугою. Він використовує CSR Bluecore 04-Зовнішня одночіпова система
Bluetooth з технологією CMOS та AFH (адаптивна Функція стрибка частоти).
Технічні характеристики. HC-05 Приведені в таблиці 2.6
таблиця 2.6
Частота: 2,4 ГГц
контроль PIO
Живлення: 5 В
Протокол v2.0+EDR
Робоча температура: -20 ~ +70 градусів
Швидкість: 1 Мбіт / с (макс.)
Орієнтовна відстань: 35 метрів
Порт зв'язку: UART 3.3V TTL
Розміри: 26,9 мм х 13 мм х 2,2 мм
Вартість 5$
Після оглянутих вище блютуз модулів був обраний перший HC-08 так як у
нього кращі характеристики порівняно з конкурентом а саме у нього новіша
версія блютуза v4.0 і дальність передачі є значно більшою до 80 метрів а у
конкурента 35 метрів.
Вибір Анемометра
Опис аналогового Анемометра
Анемометр - це пристрій, що використовується для вимірювання
швидкості вітру, і є загальним інструментом метеостанції.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
36
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Технічні характеристики. аналогового Анемометр Приведені в таблиці
2.7
таблиця 2.7
вхідна напруга: 9-12В постійного струму

Інтерфейс: Аналоговий

Вихід: від 0,4 до 2 В.
Діапазон випробувань: 0,5 м / с до 50 м / с
Початкова швидкість вітру: 0,2 м / с
Роздільна здатність: 0,1 м / с
Точність: Найгірший випадок 1 метр / с
Максимальна швидкість вітру: 70 м / с
Робоче середовище Температура: -20 ° C ~ + 85 ° C
Вологість ≤95% вологості
Вартість 55,30$
Опис цифрового анемометра
Технічні характеристики. Цифрового Анемометр Приведені в таблиці 2.8
таблиця 2.8
вхідна напруга: 12-24В постійного струму

Вихід: Modbus Rs485 Імпульсний сигнал
(Гц) 0-5VDC 0-10vdc 4-20mA
Діапазон випробувань: 0,5 м / с ~ 50 м / с
Початкова швидкість вітру: ≤0,5 м / с
Максимальна швидкість вітру: 70 м / с
Робоче середовище Температура: -20 ° C ~ + 85 ° C
Вологість ≤95% вологості
Точність: Найгірший випадок 0,5 м / с
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
37
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Вартість 65$
Анемометир був обраний чашковий а саме з цифровим виходом тому що він
більш точний за аналоговий.
Вибір DC/DC перетворювача
Опис DC/DC на основі мікросхеми MT3608,
Даний модуль призначений для зміни значення вихідної напруги.
Розміри модуля досить малі, тому його можна використовувати в
портативних пристроях.
Технічні характеристики перетворювача Приведені в таблиці 2.9
таблиця 2.9
мікросхема MT3608

Вхідна напруга В 2 ... 24
Вихідна напруга В 5 ... 28
Максимальний вихідний струм, А 2

ККД, % 93
Струм споживання, мА 100

Робочий діапазон температур, ° C -40 ... +85

Розміри модуля, мм 37 х 17 х 6

Вартість 0,45$

Опис DC/DC перетворювач на основі XL6009
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
38
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

DC/DC на основі XL6009 є простим і надійним перетворювачем постійного
струму на мікросхемі імпульсного перетворювача XL6009 Вихідна напруга
регулюється потенціометром з точністю до 0.5%.
Технічні характеристики перетворювача Приведені в таблиці 2.10
таблиця 2.10
мікросхема XL6009

Вхідна напруга В 3.5...32 В
Вихідна напруга В 5...35 В
Максимальний вихідний струм, А 2.5 А

ККД, % до 94%
Робочий діапазон температур, ° C -40 ... +85

Розміри модуля, мм 43x22x14мм

Вартість 1,30$

В даному порівнянні, був обраний перший перетворювач, так як його
характеристика є достатня для нашої цілі і він є більш дишевим.

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
39
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 3
РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ТА
ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
3.1. Розробка схеми електричної принципової
Схема електрична принципова створюється у відповідності до схеми
електричної структурної. Схема електрична структурна представлена на рис.
2.1 Вона включає в себе основні блоки, що були описані раніше:
Метеостанція складається з чотирьох основних частин. це блок живлення,
мікроконтролер STM32, датчики та радіозв'язок GSM.
Приведемо схеми для підключення окремих модулів
Схема електрична принципова Підвищуючого ds-ds модуля рис 3.1

Рис 3.1 Підвищуючий ds-ds модуль.
Підвищуючий (DC-DC) має регулювання вихідної напруги за допомогою
багатооборотного резистора. 100 k перетворювач виконаний на мікросхемі
"MT3608", яка має низький струм в режимі спокою (коли не підключене
навантаження).
Схема електрична принципова понижоючого ds-ds модуля рис 3.2
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
40
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Рис 3.2 Понижувальний ds-ds модуль.
lm2596, вихідна напруга керується за допомогою, багатооборотного
Резистора 22k вихідну напругу можна регулювати в межах від 1.23 до 25 В. В
нашому випадку 3.3-4в
Схема електрична принципова обвязки мікроконтролера на рис 3.3

Рис 3.3 обвязка мікроконтролера
Схема живлення мікроконтролера на рис 3.4
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
41
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Рис 3.4 схема живлення мікроконтролера
Вузол виробляє напругу 3,3 В, необхідне для живлення мікроконтролера.
Використовується стабілізатор XC6204.
Він отримує живлення 5 В або з USB порту, або з виведення плати 5 В. Ці
ланцюги з'єднані безпосередньо без захисного діода, тому використовувати
плату з одночасним живленням від цих двох джерел не можна.
Схема електрична принципова GSM модуля рис 3.5

Рис 3.5 схема підключення GSM модуля
Схема електрична принципова Bluetooth HC-08 модуля рис 3.6

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
42
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Рис 3.6 схема підключення Bluetooth HC-08 модуля
3.2. Розробка друкованої плати
Проектуватися друкована плата буде в програмі Sprint-Layout
Sprint-Layout - це програмний інструмент, що використовується для
проектування макетів як односторонніх, двосторонніх, так і навіть
багатошарових друкованих плат (PCB). Програмне забезпечення спрямоване
на кращу допомогу в дизайні плати. За допомогою Sprint-Layout можна
швидко і просто розробити друковану плату. Програмне забезпечення
постачається з усім; інструментом для проектування програмного
забезпечення.
Практично у всіх електронних виробах використовуються друковані плати.
Ці плати забезпечують механічне кріплення електронних компонентів, які
складають конструкцію пристрою, а також електричні з'єднання між ними.
Друковані плати, які застосовуються в електронній промисловості вже понад
півстоліття, стали складними системами, що розробляються професійними
інженерами і виготовляються за допомогою точних технологічних процесів.
Опис програми Sprint-Layout
Загальний вигляд і робоче поле Sprint-Layout рис 3.7
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
43
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Рис 3.7 робоче поле Sprint-Layout
Панель інструментів Sprint Layout рис 3.8

Рис 3.8 Панель інструментів Sprint Layout
Курсор (Esc) - звичайний інструмент, який служить для виділення еелементу
на ПП: отвір або частину доріжки.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
44
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Масштаб (Z) - служить для збільшення / зменшення розміру малюнка
друкованої плати. Зручно, коли багато тонких доріжок і потрібно виділити
серед них якусь одну.
Доріжка (L) - використовується для малювання проводить доріжки.
Контакт (P) - інструмент призначений для малювання перехідних отворів.
Можна вибирати форму отвору, а також задавати радіус самого отвору і
радіус фольги навколо нього.
SMD-контакт (S) - для проектування ПП з використанням SMD-
компонентів. Малює контактні площадки необхідних розмірів.
Круг / Дуга (R) - для відтворення провідника у формі кола або дуги. Буває
зручний в деяких випадках.
Квадрат (Q), Полігон (F), спецформи (N) - інструменти для створення
майданчиків.
Текст (T) - для написання тексту. Можна задавати як текст буде
відображений на платі: нормально чи дзеркально. Це допомагає правильно
відобразити на платі наприклад при використанні ЛУТ.
Маска (O) - для роботи з паяльною маскою. За замовчуванням, при
включенні цього інструменту, вся плата, крім контактних майданчиків
"покрита" паяльною маскою. Можна довільно відкрити / закрити паяльною
маскою будь-який контакт або доріжку, натиснувши по ним лівою кнопкою
миші.
Автотраса (А) - найпростіший автотрасувальник. Дозволяє по розставленим
зв'язкам прокласти контактні доріжки між контактами. Для того, щоб
відрізнити автоматично прокладені доріжки від зроблених вручну, SL малює
уздовж такої доріжки сіру лінію посередині.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
45
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Тест (Х) - найпростіший інструмент контролю. З його допомогою можна
підсвітити одну конкретну доріжку в шарі. Зручно для перевіркі
правильності розводки доріжок.
Вимірювач (М) - зручний інструмент для вимірювання відстаней на
кресленні плати. Вимірювач показує: координати курсору, зміна координат
курсору по Х і Y, відстань між початковою і звичайно точками і кут нахилу
дігоналі прямокутника, побудованого за початковою і кінцевою точками
вимірювача.
Фото вигляд (V) - показує як приблизно повинна виглядати плата після
виготовлення промисловим способом.
Кожен шар в Sprint-Layout має своє призначення: рис 3.8

Рис 3.8 слої в Sprint-Layout
 М1 - верхній шар
 К1 - маркування елементів верхнього шару
 В1 - внутрішній шар
 В2 - ще один внутрішній шар
 М2 - нижній шар
 К2 - маркування елементів нижнього шару
 Про - шар для відтворення контурів плати
Під час роботи в Sprint-Layout завжди є активний тільки один шар. Саме на
цей шар будуть розставлятися всі контактні площадки і доріжки. Під час
роботи з цим шаром всі інші шари вважаються неактивними - доріжки і
контакти на них змінювати не можна.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
46
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Макроси і бібліотеки елементів Макроси можна об'єднувати в бібліотеки.
При цьому бібліотека - це всього лише звичайна папка, в яку поміщено
макроси, які пов'язані між собою якоюсь-небудь логікою. Наприклад, це smd
резистори або радянські операційні підсилювачі і т.д. Розташовуються
макроси і бібліотеки найчастіше в кореневій папці програми SprintLayout /
MAKROS /
Виготовлення друкованої плати Спочатку створюємо друковану плату у
програмі для створення друкованих плат. В нашому випадку це Sprint Layout.
Далі друкуємо картинку друкованої плати на папері використовуючи
лазерний принтер. Треба завжди пам'ятати, що плата вийде дзеркально
відображена від картинки надрукованої на принтері! Тому плата розроблена
з урахуванням цього нюансу.
Друкувати потрібно на максимальній роздільній здатності і попередньо
відключивши всі Тонер-зберігаючі функції, тобто друкувати якомога
жирніше. Для перенесення можна використовувати праску Оптимальна
температура 140-155 градусівю Важливо відзначити, що папір з тонером
потрібно прикладати до вже нагрітої праски. Це пов'язано з розширенням
металів при нагріванні.
Для того щоб зняти папір після перенесення зображення найбільш акуратно,
потрібно опустити плату в ванночку з теплою водою і миючим засобом
приблизно хвилин на 5, після чого акуратно терти подушечкою пальця до
повного видалення паперу. Терти потрібно без особливого фанатизму, можна
випадково стерти шматочок тонера. Цей процес досить непростий, потрібно
мати навик. Навіть якщо випадково стерся маленький шматочок тонера, не
страшно, його можна домалювати за допомогою перманентного маркера (на
спиртовій основі). Цей процес теж вимагає певної навички. Справа в тому,
що по різному намальована картинка по різному травиться. Наприклад
можна просто провести маркером по фользі, а можна намалювати цю ж лінію
але притискаючи і піднімаючи стрижень маркера, як би точками. При цьому
методі на фользі залишається найбільш жирний шар фарби, що добре
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
47
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

позначається на якості готової плати. Маркер потрібно використовувати
новий, бажано темного кольору (так краще видно якість прокраски).
Травиться плата за допомогою хлорного заліза. Робиться дуже крутий розчин
- поки гранули хлорного заліза не перестануть розчинятися в розчині. Розчин
виходить темно-коричневого кольору. Перед травленням нагрівається
розчин до 50 градусів за Цельсієм, і під час травлення підтримується ця
температура. Така температура робить розчин максимально активним. Під
час травлення та безперервно підворушується розчині, це прискорює
травлення в рази. Час травлення плати займає приблизно 20 хвилин, зазвичай
навіть менше. Чим швидше витравться плата, тим точніше мідна фольга
повторюватиме малюнок надрукований принтером. Це пов'язано з тим, що
розчин поступово травить доріжку, затікаючи під тонер з боків. Якщо
залишити плату в розчині на пару годин, то навіть захищені тонером ділянки
будуть стравлени.
Важливо зауважити, що спочатку стравляються самі вузенькі ділянки на
платі, а найширші ділянки стравлються пізніше всіх. Рекомендовано при
розробці плати врахувати цей факт, і не робити великих проміжків між
доріжками, краще робити широкі доріжки. Потрібно зазор робити максимум
1 мм. Це корисно також і для розчину в якому травиться, тому що він
псується при насиченні міддю. Чим менше міді стравлюється, тим довше
розчин буде придатним до травленню.
Після травлення залишки тонера і маркера можна змити ватним тампоном,
змоченим ацетоном або розчинником 646. Після змивки тонера свердляться
необхідні отвори, потім зачищається плата наждачкою.
Уже після всіх цих операцій тільки обрізається зайве, якщо це зробити до
зачистки, то можна пошкодити наждачкою ближні до краю плати доріжки.
Краї плати проходжуються трохи надфілем, що б прибрати гострі залишки
скловолокна після ножиць. Потім покривається плата флюсом
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
48
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

(використовується спиртовий F3), і пролужуються доріжки.
для уникнення окиснення міді, та й мікротріщини заливаються припоєм.
Останній етап, змиваються залишки флюсу ацетоном.
Після завершення виготовлення друкованої плати, залишиться тільки
вставити в призначені позиції радіодеталі і запаяти їх у відповідні
майданчики. Перед паянням ніжки деталей потрібно обов'язково змочити
спирто-каніфольним флюсом. Якщо ніжки радіодеталей довгі, то їх потрібно
перед пайкою обрізати бокорезами до довжини виступання над поверхнею
друкованої плати 1-1,5 мм. Після закінчення монтажу деталей потрібно
видалити залишки каніфолі за допомогою будь-якого розчинника - ацетоном.

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
49
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

РОЗДІЛ 4
ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при
виконанні робіт в приміщенні науково-технічної лабораторії

В даному розділі бакалаврської роботи аналізуються умови праці
спеціаліста при проведенні розробки автономної системи збору та передачі
метеорологічних даний в приміщенні науково-технічної лабораторії.
Виконання цих робіт не можливе без використання сучасного персонального
комп’ютера (ПК), укомплектованого різними периферійними пристроями та
необхідними для розрахунків прикладними програмами. Таким чином,
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.
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність
співробітника, який працює в лабораторії з комп’ютером. За рівнем
фізичних навантажень дана робота відноситься до категорії I а.
Робочі місця співробітників знаходяться в науково-технічній
лабораторії, що являє собою окреме приміщення, мебльоване робочими
столами, зі встановленими на них комп’ютерами, кріслами, шафами.
Монітори ПК на робочих столах розміщені так, що відстань від очей
о
користувача до екрану становить не менше 70 cм, кут зору 30 . Руки
користувача розташовуються на робочому столі в горизонтальному
положенні, передбачена гарна опора для спини.
Розміри приміщення лабораторії становлять: ширина – 6 м, довжина
– 10 м, висота стелі – 3 м, відповідно площа стелі складає 60 м2.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
50
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Приміщення розраховане на п’ять працюючих. Звідси площа, яка
припадає на одну людину, дорівнює: 12 м2. Об’єм приміщення складає:
180 м3. Звідси об'єм, який припадає на одну людину, дорівнює 36 м3, що
відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
Приміщення лабораторії розташоване в північній частині лівого крила
чотириповерхової цегляної будівлі. Стіни приміщення світло-рожевого
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 30-37%.
Мікроклімат лабораторії є комплексом фізичних чинників, які
обумовлюють теплообмін людини з навколишнім середовищем, його
тепловий стан і впливають на самопочуття, здоров'я, працездатність.
Тепловий стан людини за ступенем напруги, реакції, терморегуляції, вплив
на показники працездатності та здоров'я підрозділяється на оптимальний,
допустимий та гранично-допустимий. Показниками мікроклімату є
температура, відносна вологість, швидкість руху повітря і теплове
випромінювання.
Роль мікроклімату зумовлюється тим, що життєдіяльність людини
може нормально протікати лише за умови збереження температурного
гомеостазу організму, який досягається за рахунок системи терморегуляції і
посилення діяльності інших функціональних систем: серцево-судинної,
видільної, ендокринної, а також систем, що забезпечують енергетичний,
водносолевой і білковий обміни.
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:
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
51
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

- 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 – 24 - 25 °С ;
- в холодний період року – 18 - 19 °С .
2. Вологість повітря:
- 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 лабораторії 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.
Природне освітлення приміщення лабораторії 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 світлорозсіюючими шторками. При цьому у
полі зору працюючого забезпечується оптимальне співвідношення яскравості
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
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
52
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

відсотках, який для даного типу зорової праці складає 1,5 %. Фактичне
значення КПО становить 30-35 %. 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 лабораторії 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 лабораторії обладнане світильниками типу ЛСП 02В 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 420-450 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці є
достатнім відповідно до ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне
освітлення».
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.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
53
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

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 лабораторії 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 працівника лабораторії на робочому місці безпосередньо
пов’язана з тривалим очікуванням закінчення обрахунків комп’ютером, що в
свою чергу 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.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
54
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Ступінь складності завдання полягає в виконанні обчислень, обробці
отриманих результатів, визначаючи їх вірність та коректність, що відповідає
допустимому класові умов праці.
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу. Приміщення
відноситься до 3 типу: приміщення без підвищеної небезпеки. Обладнання,
встановлене в ньому живиться напругою 220В від однофазної мережі
змінного струму. 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 лабораторії відноситься до приміщень з категорією
пожежобезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1.38:2016. У лабораторії
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
обладнане вуглекислотним вогнегасником ВВК-5, який знаходиться у
зручному місці, відповідно до Правил експлуатації та типових норм
належності 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.2.5-28-2016), 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 лабораторії в холодний
період року не відповідає допустимим нормам, то для покращення умов
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
55
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

праці співробітників в даному приміщенні необхідно модернізувати систему
водяного опалення.
4.2 Модернізація системи водяного опалення лабораторії
Системи опалення являють собою комплекс елементів, необхідних для
нагрівання приміщень в холодний період року. До основних елементів
системи опалення належать: джерела тепла, теплопроводи та нагрівальні
прилади. Теплоносіями можуть бути нагріта вода, пара чи повітря. Системи
опалення повинні компенсувати втрати тепла через огороджуючі зовнішні
будівельні конструкції та підігрівати холодне повітря, яке надходить ззовні
через вікна, двері, ворота та ін. Для підприємств та організацій проектується,
як правило, центральна водяна система опалення низького тиску або система
повітряного опалення. При проектуванні системи опалення необхідно
визначити категорію вибухопожежної небезпеки виробництва; внутрішню
температуру повітря в приміщенні, залежно від категорії роботи (легка,
середньої важкості, важка); розрахункову зовнішню температуру повітря для
даного кліматичного району; орієнтовні втрати тепла будинком; тепловиділення
від людей, електродвигунів, нагрітих поверхонь котлів, сушильних
установок, світильників, та іншого обладнання; необхідну систему опалення,
вид теплоносія, тип опалювальних приладів; кількість тепла на опалення
приміщень; поверхню нагрівальних приладів; кількість елементів секцій в
одному нагрівальному приладі, загальну кількість секцій; годинні витрати
води (повітря) на опалення; необхідну поверхню нагріву.
Основною метою системи опалення є створення комфортної
температури у приміщенні, де перебуває та працює людина. Система
опалення повинна підтримувати температуру повітря в приміщенні на рівні
від 20 до 22°C . В залежності від того який теплоносій використовується в
опалювальній системі, вона може поділятися на декілька типів: водяна,
парова, низького тиску, високого тиску. Водяна та парова системи опалення
в залежності від тиску пари чи температури води можуть бути низького
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
56
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

тиску (тиск пари до 70 кПа чи температура води до 100 °С), та високого
тиску (тиск пари більше 70 кПа чи температура води понад 100 °С).
Найчастіше використовується водяне опалення низького тиску, яке має
ряд переваг в порівнянні з паровим опаленням та відповідає основним
санітарно-гігієнічним вимогам. До основних переваг цієї системи можна
віднести рівномірне нагрівання приміщення; можливість централізованого
регулювання температури води; підтримання відносної вологості повітря в
приміщенні на відповідному рівні; виключення можливості опіків від
нагрівальних приладів; високий рівень пожежної безпеки. Основний недолік
системи водяного опалення – можливість її замерзання при аварійному
відключенні в зимовий період, а також повільне нагрівання великих
приміщень після тривалої перерви в опаленні.
Парове опалення має низку санітарно-гігієнічних недоліків, тому
застосовується рідко. Зокрема, внаслідок перегрівання повітря знижується
його відносна вологість, а органічний пил, що осідає на нагрівальних
приладах, підгоряє і створює запах гару. Окрім того, існує небезпека пожеж
та опіків. Враховуючи вищевказані недоліки не допускається застосування
парового опалення в пожежонебезпечних приміщеннях та приміщеннях зі
значним виділенням пилу.
До опалювальних приладів висувають ряд вимог, за якими їх кла-
сифікують, аналізують ступінь досконалості та проводять порівняння.
Опалювальні прилади повинні мати за можливістю більш низьку
температуру корпуса для забезпечення непригорання пилу та неможливості
опіків при доторканні до корпусу, зменшення нейтралізації нестійких іонів з
негативним зарядом, зниження швидкості руху повітря і відповідно
швидкості руху пиловидних частинок; мати найменшу площу для зменшення
відкладання пилу; мати вільний доступ для видалення пилу з корпуса та з
огороджуючих конструкцій за ним.
Опалювальні прилади повинні мати найменші приведені витрати на
виготовлення, монтаж та експлуатацію. Найменшу витрату металу,
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
57
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

найменшу питому вартість, віднесену до 1 м2 площі поверхні або до 1 кВт
теплового потоку.
Зовнішній вигляд (форма, розміри, фарбування) опалювальних
приладів повинен відповідати інтер'єру приміщення, а їх об'єм, віднесений до
одиниці теплового потоку, бути якнайменшим.
Повинна забезпечуватись максимальна механізація робіт при
виробництві та монтажу опалювальних приладів. Опалювальні прилади
повинні мати достатню механічну міцність.
Опалювальні прилади повинні пропорційно реагувати на автоматичну
керованість їх тепловіддачею; забезпечувати пріоритет теплоти у
приміщенні; бути довговічними, температуростійкими. Опалювальні прилади
повинні забезпечити найбільшу щільність питомого теплового потоку,
віднесену на одиницю площі. Опалювальні прилади можуть мати додаткове
обладнання для задоволення потреб споживача – дзеркала, вішалки, зволожу-
вачі повітря тощо.
За переважним видом тепловіддачі всі опалювальні прилади
розділяють на три групи, а саме: радіаційні, що передають випромінюванням
не менше 50% сумарного теплового потоку (до них відносять сталеві бетонні
опалювальні панелі та випромінювачі); конвентивно-радіаційні, що
передають конвекцією від 50% до 75% сумарного теплового потоку (в цю
групу включають секційні та панельні радіатори, підлогові та стінові
опалювальні панелі, гладкотрубні опалювальні прилади); конвективні,
передають конвекцією понад 75% загального теплового потоку (до цієї групи
відносять конвектори та ребристі труби).
За матеріалом опалювальні прилади розділяють на металеві (чавунні,
сталеві, алюмінієві, мідні тощо), біметалеві (сталево-алюмінієві, мідно-
алюмінієві), неметалеві (керамічні, пластмасово-бетонні) та комбіновані
(металево-керамічні, металево-бетонні тощо).
Чавунні секційні батареї – теплові прилади, які відносяться до
застарілих систем опалення. Мають малу поверхню віддачі тепла й низьку
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
58
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

теплопровідність металу, роблять нагрівання в основному випромінюванням
і близько 20% тепла передають повітрю конвекцією. Рух теплоносія в системі
відбувається гравітаційним шляхом, що сильно сповільнює передачу тепла.
Для збільшення конвекційної віддачі тепла чавунними радіаторами, їх
рекомендують розміщати тільки під вікнами, щоб холодне повітря, що
опускається з поверхні скла, примусово проходило через радіатор.
Панельні сталеві батареї являють собою дві сталеві пластини, між
якими циркулює теплоносій. Пластини мають товщину 1,2 мм, з'єднані між
собою точковим електрозварюванням, містять виштампувані канали, по яких
протікає вода. Панель розмірами за звичайний чавунний радіатор має
товщину 30 мм, але вдвічі меншу тепловіддачу. Для підвищення теплової
потужності ставлять паралельно дві, навіть три панелі. При двох або трьох
панелях радіатор передає тепло випромінюванням тільки зовнішніми
площинами, тому до всіх внутрішніх площин радіатор приварюють ряди П-
подібних пластин, які значно збільшують поверхню тепловіддачі, тобто
внутрішні площини працюють як конвектор. Основний недолік такий же, як
й в алюмінієвих радіаторах – прискорена корозія.
Алюмінієві секційні батареї, більш досконала конструкція, у якій
застосований матеріал з великим коефіцієнтом теплопередачі у вигляді
алюмінієвого сплаву. Секції алюмінієвого радіатора мають глибину всього
80-110 мм. Алюмінієві секційні радіатори більше половини тепла віддають
випромінюванням, іншу половину – конвекцією. Деякі типи алюмінієвих
радіаторів можуть мати сильно розвинену поверхню у вигляді додаткових
тонких ребер, розміщених усередині секції, при цьому зростає площа
нагрівання однієї секції. Теплова потужність однієї секції декларується
виготовлювачами до 180 ватів. Завдяки зменшеному обсягу води в секціях
алюмінієві радіатори добре піддаються регулюванню за допомогою
термозапірних клапанів і термочуттєвих головок. Теплорегулюючі елементи,
якими необхідно постачати всі алюмінієві радіатори, дозволяють обмежувати
протік гарячої води через радіатор при досягненні заданої температури в
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
59
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

кімнаті. Основний і самий великий недолік – схильність до електрохімічної
корозії. Біметалічні секційні радіатори, найбільш досконала конструкція, що
дозволяє використати всі переваги алюмінієвих радіаторів, уникаючи їхніх
недоліків. Біметалічний радіатор складається з міцного й стійкого до
електрохімічної корозії сталевого трубопровідного каркаса, зовнішні ребра
виконані з високоякісного алюмінієвого сплаву методом лиття під високим
тиском. При цьому утвориться монолітне з'єднання, що виключає можливість
контакту алюмінію з водою, а значить і корозії. Ці радіатори не вимагають
спеціальної підготовки води (очищення, зниження кислотності, лужності), на
відміну від алюмінієвих радіаторів. Радіатори мають корпус без гострих
кутів, температура на поверхні в 2 рази нижче, ніж усередині, що дозволяє
навіть по дуже строгих нормах застосовувати їх у дитячих і лікувальних
установах. При роботі радіатор створює ефект повітряного теплового
вентилятора й дуже добре перемішує шари повітря в приміщенні.
В приміщенні застосовується схема периметральної двотрубної
тупикової вітки системи опалення з рухом теплоносія в середині системи за
схемою «зверху-донизу». Кількість тепла, що втрачається будівельною
конструкцією QK залежить від різниці температур, величини їх значень,
площі та виду матеріалу та може бути підрахована для плоских поверхонь за
формулою:
QK  k Fk (tвн  tзовн) (4.1)
QK  0,97 42(22 (20)) 1711 ккал/год

де: k – коефіцієнт теплопередачі конструкції огорожі (стін),
k  0,97ккал/ год ;
2
Fк – поверхня огороджувальної конструкції, Fк 105м ;
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
60
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

tвн – розрахункова температура повітря в приміщенні, t = 22 °C;
tзовн – розрахункова температура зовнішнього повітря (приймається
за кліматичними даними для даного міста), t = -20 °C.
Відносні витрати води розраховуються за формулою:

7,98  (t 10)
q  (4.2)
Tприл  L
8550
7,98 ((  22)10)
2 291,27
q    0,39 ккал/год
(8550) 21,3 746,8
де: t – різниця температур між середньою температурою теплоносія
в нагрівальному приладі та температурою в приміщенні, °С;
Tприл – перепад температур теплоносія в нагрівальному приладі, °С;
L – кількість води, що подається зверху донизу, L=21,3 кг/м2  год;
Температурний перепад в даній системі складає 50-85 °C.
Значення е. к. м. можна порахувати за формулою:

qе.к.м.  7,98  (t 10)  , (4.3)
85  50
qе.к.м.  7,98  (t 10)   7,98  ((  22) 10) 0,89  252 ккал/год
2

де:  – поправочний коефіцієнт, що залежить від відносної витрати
води, який дорівнює =0,89.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
61
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Необхідну поверхню приладів е. к. м. Fприл можна визначити за формулою:

Q 1711
F к 2
прил.    6,8м .
qе.к.м. 252

Серед широкого різноманіття радіаторів обираємо сталеві панельні
радіатори. Панельні сталеві радіатори є спеціальними опалювальними
приладами, які володіють середнім ступенем теплопровідності, в порівнянні
з агрегатами, виготовленими з інших матеріалів.
Виробляються ці пристрої з дуже якісної сталі, яку попередньо
захищають спеціальними засобами від корозії. Такі радіатори можуть мати
ребра або виготовлятися без них. Застосовуються такі прилади в закритих і
автономних опалювальних системах, в яких наголошується знижений вміст
кисню в теплоносії.
Панельні сталеві радіатори мають досить просту конструкцію. Перший
шар - це штамповані сталеві листи. Вони мають невелику товщину, є досить
міцними, стійкі до корозії навіть у разі зіткнення з рідиною. У цих листах
проробляються невеликі канали, по яких і циркулює теплоносій.
Далі йде обрешітка, яка призначена для збільшення віддачі тепла. Ці
панелі мають певний рельєф у вигляді літери «П». Самий останній шар
представлений декоративними панелями, які облагороджують зовнішній
вигляд агрегату.
Усередині радіатора присутня теплоносій, який циркулює по каналах,
з'єднаним між собою. Слід сказати, що теплоносій подано у відносно малій
кількості. Такий принцип роботи дозволяє швидко нагріти приміщення.
Панельні сталеві радіатори володіють такими перевагами:
1. Привабливий зовнішній вигляд. Сучасні дизайнери пропонують масу
рішень, які допоможуть органічно вписати ці прилади в інтер'єр.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
62
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

2. Високий ступінь тепловіддачі. Справа в тому, що сталь відмінно
проводить тепло.
3. Цілісність. Після покупки пристрою його не слід додатково збирати.
Він вже повністю готовий до установки.
4. Економічність. Справа в тому, що радіатор не вимагає великої
кількості теплоносія, тому нагрівається значно швидше інших апаратів. Крім
того, прилад оснащений терморегулятором.
5. Невелика вага. Завдяки цьому стіни, система опалення не відчувають
дуже велике навантаження.
6. Доступність.
7. Велике розмаїття.
Обираємо радіатор Heaton C22. Оскільки ширина радіатора становить
0,55 м, довжина 1 м, глибина – 0,104 м визначимо площу поверхні
радіатора:

fе.к.м.=2·0,551 + 2·0,1041 + 2·0,55·0,104 = 1,4224 м² (4.4)

Необхідна кількість радіаторів визначається за формулою:

Fприл
n  , (4.5)
fе.к.м.
6,8
n   4,78
1,4224
де fе.к.м - площа поверхні одного радіатора.
Отже, в даному приміщенні необхідно встановити 5 сталевих
панельних радіаторів Heaton C22.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
63
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.1 – Сталевий панельний радіатор Heaton C22
Таблиця 4.1 - Характеристика сталевого панельного радіатора Heaton C22
Маса, кг/м 26,72
Потужність при температурі
1942
теплоносія 90°, Вт
Об’єм, л/м 5,13
Робочий тиск, атм 10
Розміри (ВхШхГ), мм 500х1000х104
Виробник Туреччина
Товщина сталі панелі, мм 1,25

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
64
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

ВИСНОВОК
В даній випускній роботі реалізовано автономну систему передачі
метрологічних даних, яка розрахована на використання в “зеленій
енергетиці” на основі зібраних цією метрологічною станцією даних буде
визначатися де саме доцільно встановити вітрогенератор. Ця система
збиратиме такі дані як, швидкість руху повітряних мас, температуру
навколишнього середовища, атмосферний тиск та відносну вологість повітря
та передає ці дані для подальшого опрацювання на сервер, якщо з ним
встановлено з’єднання, або записує їх на карту пам’яті, в разі неполадки з
сервером.
Розробку цієї системи було розділено на декілька стадій, таких як огляд
існуючих рішень. При перегляді готових аналогів та огляд наявних
схемотехнічних рішень пристрою, було виявлено ряд недоліків та відсутність
аналогів з необхідним рівнем функціональності. Тому при проектуванні
системи було враховані ці недоліки.
Після формулювання задач, які слід врахувати при проектуванні
системи було розроблено структурну схему, яка вказує з яких
функціональних блоків буде складатися система. Після проектування
структурної схеми були обрані комплектуючі та розроблено схему
електричну принципову яка показує яким чином відбувається з`єднання
комплектуючих.
В результаді розробки електричної принципової схеми по ній було
розроблено друковану плату для метрологічної станції за допомогою
програмного пакету Sprint-Layout. Як варіант, можлива розробка
односторонньої друкованої плати, однак вона буде займати більшу площу, а
отже на її виготовлення витратиться більше матеріалу. Розробка
двусторонньої плати більш доцільна. Також в процесі створення друкованої
плати було створено декілька інтегрованих бібліотечних елементів, які
можуть бути використані в майбутньому.
Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
65
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Головко Д.Б. Основи метрології та вимірювань: підручник. / Д.Б.Головко,
К.Г. Рего, Ю.О.Скрипник. – К.: Либідь, 2001. – 408 с.
2. Моргунов В. К. Основы метеорологии, климатологии. Метеорологические
приборы и методы наблюдений: Учебник. – Ростов/Д.: Феникс. –
Новосибирск: Сибирское соглашение, 2005. – 331 с.
3. Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ;
редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–
1985.
4. Метеорологічні прилади, В.Є. Ноулз Міддлтон і Ательстан Ф. Спілхаус,
перероблене третє видання, Університет Торонто, преса, Торонто, 1953
5. LM2596 [Електронний ресурс] https://www.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/pdf/134372/ETC1/LM2596.html
6. MT3608 [Електронний ресурс] https://www.datasheet4u.com/datasheet-
pdf/AEROSEMI/MT3608/pdf.php?id=909246
7. STM32F103C8T6 [Електронний ресурс]
https://www.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/pdf/201596/STMICROELECTRONICS/STM32F103C8T6.html
8. SIM800HL_Hardware_Design_V2.01.pdf [Електронний ресурс]
http://codius.ru/articles/GSM_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB
%D1%8C_SIM800L_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C_1
9. HC-08 BLUETOOTH UART COMMUNICATION MODULE V3.1 USER
MANUAL [Електронний ресурс] http://www.hc01.com/downloads/HC-
08A%20version%20english%20datasheet.pdf

Лист
СКРТ97.021.103.248 ПЗ
66
Змін. Лист № докум. Підпис Дата

Репозиторій ЧДТУ