Система оповіщення про токсичні випаровування в майстерні на платформі Arduino

Тихий, Станіслав Григорович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8220

Title:	Система оповіщення про токсичні випаровування в майстерні на платформі Arduino
Authors:	Філіпов, Віталій Вікторович Тихий, Станіслав Григорович
Keywords:	система оповіщення;платформа Arduino;токсичні випаровування;мікроконтролер
Issue Date:	2024
Abstract:	Метою роботи є розробка система оповіщення про токсичні випаровування в майстерні на платформі Arduino на базі платформ Arduino, розробка повного пакету конструкторської документації. Проведено аналіз застосування відповідних мікроконтролерних платформ, зроблено огляд існуючих пристроїв 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/8220
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Тихий_Філіпов.pdf Restricted Access		1.27 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

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

Пояснювальна записка

до дипломного проекту(роботи)
бакалавр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)

на тему: " Стистема оповіщення про токсичні випарорування в майстерні на
платформі Arduino "

Виконав: студент 4 курсу, групи РТ-205
напряму підготовки (спеціальності)
172 – телекомунікації та радіотехніка
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Тихий С.Г.
(прізвище та ініціали)
Керівник Філіпов В.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2024 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
“ ” 2024 року

ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ

Тихого Станіслава Григоровича
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Стистема оповіщення про токсичні випарорування в майстерні на
платформі Arduino

керівник проекту (роботи) к.т.н. Філіпов Віталій Вікторович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від «24» лютого 2024 року № 76/01

2. Термін здачі студентом закінченої роботи “ 30 ” травня 2024 року

3. Вихідні дані до роботи: _________________________________________________________
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
Вступ. Теорія. Проектування

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

_______________________________________________________________________________

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 ___________________11 січня 2024 року___________________

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Строк виконання
№
Назва етапів дипломного проекту (роботи) етапів проекту Примітки
п/п
(роботи)
1 Вступ 11.02.24 – 25.03.24
2 Теоретична інформація 26.03.24 – 17.05.24
3 Проектування 17.05.24 – 10.06.24

Студент Тизиф С.Г._
( підпис ) (прізвище та ініціали)

Керівник проекту (роботи) Філіпов В.В.__
( підпис ) (прізвище та ініціали)

ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………….…..5
Мета і завдання роботи……………………….. …………………………..…....6
Завдання, які будуть вирішені в ході виконання дипломної роботи …..........8
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД існуючих рішень……………………………………
Теоретична інформація………….……….……………………....…………….10
1.1 Важливість тематики……………………………………………………….10
1.2 Про системи оповіщення………………………………………………......13
1.2 Принцип роботи………………………………………..……………..…...16
1.4 Ланцюг рішень……………………………………………………….….…17
1.5 Arduino ……………………......................................................................... 18
РОЗДІЛ 2. Проектування системи
2.1 Проектування системи………………………...……………………….…..26
2.2 Розробка узагальненої схеми ……………………………………………...30
2.3 Розробка макету ……………………………………………………………32
2.4 Тестування……………………………………..……..………………….….35
Розділ 3. Розробка макету
3 Проектування……………………………..……………………………..…...39
3.1 Обладнання ………………………………………………………….…….39
3.2 Розробка стенду …………………………………………………………...55
3.3 Програмування………………………………………………………….....56
Розділ 4. Охорона праці……………………………………………………….60
Висновок………………………………………………………………………..71
Список використаних джерел…………………………………………………72

РТ-205.024409.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Тихий. С Г. Літ. Арк. Аркушів

Перевір. Філіпов. В. В. 4 71
Рецен з.
Н. Контр. ЧДТУ
Затверд.

ВСТУП
Сучасні майстерні, незалежно від їхнього призначення, можуть бути
джерелом різних токсичних випаровувань, які становлять серйозну загрозу
для здоров'я працівників. Такі речовини, як леткі органічні сполуки (ЛОС),
чадний газ (CO), діоксид вуглецю (CO₂), а також різноманітні хімічні
реагенти, можуть накопичуватися в повітрі, викликаючи гострі та хронічні
захворювання. Згідно з дослідженнями, багато професійних захворювань та
нещасних випадків у майстернях пов'язані саме з токсичними випарами.
Вчасне виявлення та попередження про небезпечні концентрації таких
речовин є критично важливими для забезпечення безпеки на робочому місці.
Однак, багато існуючих рішень є дорогими та складними в установці й
обслуговуванні, що робить їх недоступними для малих та середніх
майстерень. Враховуючи ці обставини, виникає необхідність розробки
доступної та надійної системи оповіщення, яка б ефективно виявляла
токсичні випари та попереджала про небезпеку.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
5
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Мета і завдання роботи
Метою даної дипломної роботи є розробка та впровадження системи
оповіщення про токсичні випаровування в майстерні на платформі Arduino.
Для досягнення поставленої мети передбачається виконати наступні
завдання:
1. Провести аналіз існуючих рішень для моніторингу повітря у
майстернях та визначити їхні основні переваги і недоліки.
2. Обґрунтувати вибір компонентів для системи на базі платформи
Arduino.
3. Розробити схему та конструкцію системи.
4. Написати програмне забезпечення для збору даних з датчиків та
оповіщення про перевищення безпечних рівнів токсичних речовин.
5. Провести тестування розробленої системи в умовах, наближених до
реальних, та оцінити її ефективність.
6. Розробити рекомендації щодо вдосконалення системи та можливості її
впровадження у реальні умови.
Об'єкт і предмет дослідження
Об'єктом дослідження є робоче середовище майстерні, де можливе виділення
токсичних випарів. Предметом дослідження є система оповіщення,
побудована на базі платформи Arduino, яка контролює концентрацію
шкідливих речовин у повітрі та своєчасно інформує про перевищення
безпечних рівнів.
Методи дослідження
Для досягнення поставленої мети в роботі використовуються такі методи
дослідження:
• Теоретичні методи: аналіз наукової літератури, дослідження існуючих
систем моніторингу повітря, вивчення характеристик компонентів.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
6
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Експериментальні методи: моделювання роботи системи, тестування
прототипу в умовах, що відповідають реальним, аналіз отриманих
даних.
Розробка та впровадження доступної та ефективної системи оповіщення
про токсичні випаровування в майстернях на базі платформи Arduino
сприятиме підвищенню рівня безпеки праці та зниженню ризику
професійних захворювань та нещасних випадків.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
7
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Завдання, які будуть вирішені в ході виконання дипломної роботи
1. Аналіз існуючих рішень для моніторингу повітря у майстернях:
o Проведення детального огляду комерційних та саморобних
систем моніторингу повітря.
o Оцінка ефективності, вартості, простоти установки та
обслуговування цих систем.
o Виявлення основних недоліків та переваг існуючих рішень для
розробки оптимальної системи.
2. Вибір та обґрунтування компонентів для системи на базі Arduino:
o Аналіз доступних на ринку датчиків газу (наприклад, MQ-2, MQ-
4, MQ-135) та інших необхідних компонентів.
o Вибір найкращих компонентів з урахуванням точності
вимірювань, вартості та сумісності з платформою Arduino.
o Обґрунтування вибору з точки зору надійності та ефективності
для конкретних умов експлуатації.
3. Розробка схеми та конструкції системи:
o Створення принципової електричної схеми системи з
урахуванням всіх необхідних компонентів.
o Проектування фізичної конструкції системи для оптимального
розміщення датчиків та інших елементів.
o Врахування умов експлуатації при розробці конструкції для
забезпечення довговічності та надійності системи.
4. Розробка програмного забезпечення для Arduino:
o Написання коду для збору даних з датчиків, їх обробки та
відображення результатів.
o Програмування алгоритмів оповіщення (звукові та візуальні
сигнали, можливе відправлення повідомлень).
o Забезпечення стабільної та безперебійної роботи системи в
реальних умовах.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
8
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

5. Тестування системи в умовах, наближених до реальних:
o Розробка методики тестування системи в умовах, що
максимально відповідають реальним умовам експлуатації.
o Проведення тестових вимірювань, аналіз отриманих результатів
та їх зіставлення з очікуваними значеннями.
o Визначення ефективності роботи системи та її відповідності
поставленим вимогам.
6. Оцінка результатів та вдосконалення системи:
o Аналіз результатів тестування, виявлення недоліків та
потенційних проблем.
o Внесення необхідних коригувань у конструкцію, схему або
програмне забезпечення для підвищення ефективності системи.
o Повторне тестування після внесення змін для підтвердження
покращення роботи системи.
Виконання цих завдань забезпечить створення ефективної та доступної
системи оповіщення про токсичні випаровування на платформі Arduino, яка
підвищить рівень безпеки у майстернях і зменшить ризик професійних
захворювань та нещасних випадків.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
9
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розділ 1. Теоретична інформація
1.1 Важливість тематики
Важливість тематики системи оповіщення про токсичні випаровування в
майстерні на платформі Arduino
Вплив на здоров'я:
• Гострі наслідки: Вдихання токсичних випаровувань може призвести до
гострих отруєнь, які супроводжуються різними симптомами, залежно
від типу хімічної речовини. Деякі з найпоширеніших симптомів
включають:
o Головний біль
o Запаморочення
o Нудота
o Блювота
o Подразнення очей та дихальних шляхів
o Втрата свідомості
o Судоми
• Хронічні наслідки: Тривалий вплив токсичних випаровувань може
призвести до хронічних захворювань, таких як:
o Захворювання дихальної системи
o Серцево-судинні захворювання
o Рак
o Пошкодження нервової системи
o Порушення репродуктивної системи
o Вроджені вади розвитку
Економічні наслідки:
• Відсутність на роботі: Вплив токсичних випаровувань на здоров'я може
призвести до значної кількості пропущених робочих днів, що
негативно впливає на продуктивність та прибуток підприємства.
• Витрати на медичне обслуговування: Лікування отруєнь та хронічних
захворювань, спричинених токсичними випаровуваннями, може бути
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
10
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

дуже дорогим.
• Інвалідності: У деяких випадках вплив токсичних випаровувань може
призвести до інвалідності, що робить людей непрацездатними та лягає
додатковим тягарем на бюджет держави.
• Компенсації за шкоду здоров'ю: Роботодавці можуть нести
відповідальність за шкоду здоров'ю, заподіяну їхнім працівникам
токсичними випаровуваннями, що може призвести до значних
фінансових втрат.
Соціальні наслідки:
• Зниження якості життя: Вплив токсичних випаровувань на здоров'я
може значно знизити якість життя людей, які постраждали, та їхніх
близьких.
• Страх та тривога: Робочі, які знають про ризик
отруєння, можуть відчувати страх та тривогу, що негативно впливає на
їхнє психоемоційне здоров'я та продуктивність праці.
• Втрата довіри до роботодавця: Якщо роботодавці не вживають заходів
для захисту своїх працівників від токсичних випаровувань, це може
призвести до втрати довіри з боку персоналу.
Законодавчі вимоги
У багатьох країнах існують законодавчі вимоги щодо захисту здоров'я
працівників на робочому місці. Ці вимоги можуть зобов'язувати роботодавців
впроваджувати заходи для захисту своїх працівників від небезпечних
хімічних речовин, включаючи системи оповіщення про токсичні
випаровування.Також можливі санкції - за недотримання законодавства про
захист праці може призвести до штрафів, адміністративної та кримінальної
відповідальності.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
11
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Висновок
Система оповіщення про токсичні випаровування в майстерні на
платформі Arduino є важливою темою з кількох причин. Вона може значно
знизити ризики для здоров'я людей, які працюють у майстернях, мати
економічну вигоду та відповідати законодавчим вимогам.
Впровадження такої системи може зробити роботу в майстернях більш
безпечною та здоровою.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
12
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

1.2 Про системи оповіщення
Історія системи оповіщення та моніторингу
Системи оповіщення та моніторингу токсичних випаровувань є важливими
інструментами для забезпечення безпеки на виробництвах, у лабораторіях та
інших місцях, де використовуються небезпечні речовини. Їх розвиток
пов'язаний з загальним прогресом в області технологій та зростаючою
увагою до питань безпеки і охорони здоров'я. Нижче наведено огляд
основних етапів розвитку цих систем.
1. Ранні системи оповіщення
• Використання живих організмів: У XIX столітті вуглекопи
використовували канарок для виявлення небезпечних концентрацій
метану та інших токсичних газів у шахтах. Якщо птахи починали
погано себе почувати або гинули, це було сигналом для шахтарів про
необхідність евакуації.
2. Електричні та механічні детектори
• 1920-ті - 1940-ві роки: Перші електричні детектори газів з'явилися на
початку XX століття. Вони використовували принцип зміни
електричного опору матеріалів при взаємодії з токсичними газами. Такі
детектори були досить примітивними та мали обмежену чутливість.
3. Розвиток напівпровідникових датчиків
• 1950-ті - 1960-ті роки: З розвитком напівпровідникових технологій
з'явилися більш точні та чутливі датчики газів. Вони використовували
напівпровідникові матеріали, такі як діоксид олова (SnO2), що
змінювали свої електричні властивості при контакті з різними газами.
4. Впровадження мікропроцесорних систем
• 1970-ті - 1980-ті роки: З появою мікропроцесорів стало можливим
створення більш складних та багатофункціональних систем
оповіщення та моніторингу. Ці системи могли аналізувати дані з
декількох датчиків одночасно, здійснювати більш точну калібровку та
налаштування.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
13
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

5. Поява інтелектуальних систем
• 1990-ті - 2000-ті роки: З розвитком цифрових технологій та інтернету
з'явилися інтелектуальні системи моніторингу, що могли передавати
дані в реальному часі на віддалені сервери. Це дозволило оперативно
реагувати на небезпечні ситуації та проводити аналіз даних для
покращення безпеки.
6. Сучасні системи на основі інтернету речей (IoT)
• 2010-ті - по теперішній час: Сучасні системи оповіщення та
моніторингу базуються на технологіях Інтернету речей (IoT). Вони
використовують бездротові сенсори, хмарні сервіси та аналітичні
платформи для забезпечення високої точності, масштабованості та
зручності використання. Такі системи можуть автоматично
повідомляти про небезпеку через SMS, email або мобільні додатки.
Приклад розвитку систем на платформі Arduino
Arduino – це популярна платформа для створення електронних проектів, що
забезпечує простоту використання і доступність. Вона активно
використовується для розробки систем моніторингу та оповіщення завдяки
своїй модульній архітектурі та підтримці великої кількості датчиків і
модулів.
• Простота і доступність: Платформа Arduino дозволяє швидко
створювати прототипи та невеликі проекти, що сприяє її популярності
серед студентів, дослідників та інженерів.
• Підтримка датчиків: Arduino підтримує широкий спектр датчиків для
вимірювання концентрації газів (наприклад, MQ-2, MQ-7, MQ-135.
• Бездротовий зв'язок: За допомогою модулів ESP8266 або GSM можна
легко додати функціонал бездротового зв'язку для віддаленого
моніторингу та оповіщення.
Висновок:
Розвиток систем оповіщення та моніторингу токсичних випаровувань
пройшов довгий шлях від використання живих організмів до сучасних
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
14
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

інтелектуальних систем на основі IoT. Використання платформи Arduino для
створення таких систем дозволяє забезпечити високу функціональність,
доступність та простоту впровадження, що робить її популярним вибором
для розробників та інженерів.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
15
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

1.3 Принцип роботи
Принцип роботи системи оповіщення та моніторингу токсичних
випаровувань в майстерні полягає у постійному вимірюванні рівнів
токсичних газів та вчасному оповіщенні персоналу в разі їх перевищення
безпечних норм. Основні етапи принципу роботи можуть включати такі
кроки:
Вимірювання рівнів газів: Сенсори газу, розташовані в різних зонах
майстерні, постійно вимірюють концентрацію токсичних випаровувань у
повітрі.
Аналіз даних: Отримані дані надходять до мікроконтролера, який
аналізує їх. Мікроконтролер перевіряє, чи перевищують виміряні значення
задані порогові значення для будь-яких токсичних газів.
Прийняття рішення: Якщо будь-який з сенсорів виявляє перевищення
порогового значення, мікроконтролер активує систему оповіщення.
Активація системи оповіщення: Система оповіщення, що може
включати світлові індикатори, звукові сигнали або повідомлення через Wi-Fi
або GSM, активується для повідомлення працівників про небезпеку.
Взаємодія з користувачем (необов'язково): Інтерфейс користувача може
бути використаний для відображення поточних даних про рівні газів та
налаштування параметрів системи.
Зберігання даних (необов'язково): Додаткові модулі можуть бути
використані для зберігання історичних даних про рівні газів та події
оповіщення для подальшого аналізу та використання.
Активація вентилятора для виведення небезпечного газу з приміщення.
Автоматичне вимкнення обладнання, яке може генерувати небезпечні
гази.
Таким чином, принцип роботи системи полягає у постійному
моніторингу рівнів токсичних газів та вчасному оповіщенні персоналу для
забезпечення безпеки праці на робочому місці. [3]
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
16
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

1.4Ланцюг рішень
Ланцюг рішень у системі оповіщення та моніторингу токсичних
випаровувань в майстерні - це послідовність дій, які виконуються системою
після отримання даних від сенсорів газу. Ось деякі кроки цього ланцюга
рішень:
Збір даних: Система починає збирати дані про рівні токсичних газів, які
вимірюються сенсорами, розташованими в майстерні. Розгорнуті датчики
слід розмістити в стратегічних місцях, де ймовірність появи небезпечних
газів є найбільшою. Вони постійно аналізують повітря, вимірюючи
концентрацію газів.
Аналіз даних: Отримані дані аналізуються мікроконтролером для
визначення, чи перевищені порогові значення для будь-якого токсичного
газу.
Прийняття рішення: Якщо будь-який з сенсорів виявляє перевищення
порогового значення, система приймає рішення про активацію оповіщення.
Активація оповіщення: Система активує механізми оповіщення, такі як
світлові індикатори, звукові сигнали або повідомлення через Wi-Fi або GSM,
для повідомлення персоналу про небезпеку.
Реакція персоналу: Персонал, отримавши оповіщення, вживає
відповідних заходів безпеки, таких як евакуація з місця роботи або
використання захисного обладнання.
Додаткові заходи (необов'язково): Залежно від потреб та умов майстерні,
система може активувати додаткові заходи безпеки, такі як автоматичне
вимкнення обладнання або відправлення сигналу до системи пожежогасіння.
Цей ланцюг рішень забезпечує ефективне та швидке реагування на
потенційні небезпеки, забезпечуючи безпеку працівників та захист у
майстерні.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
17
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

1.5 Arduino

Рисунок 1.1 - Arduino
Що таке Arduino?
Arduino - це ефективний засіб розробки програмованих електронних
пристроїв, які, на відміну від персональних комп'ютерів, орієнтовані тісну
взаємодію Космосу з навколишнім світом. Arduino - це відкрита
програмована апаратна платформа для роботи з різними фізичними об'єктами
і є простою платою з мікроконтролером, а також спеціальне середовище
розробки для написання програмного забезпечення мікроконтролера
Основними компонентами Arduino є плата мікроконтролера з елементами
вводу/виводу та середовище розробки Processing/Wiring на мові
програмування, що є спрощеною підмножиною C/C++. Arduino може
використовуватися як для створення автономних інтерактивних об'єктів, так і
підключатися до програмного забезпечення, яке виконується на комп'ютері
(наприклад: Processing, Adobe Flash, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider).
Інформація про плату (малюнок друкованої плати, специфікації елементів,
програмне забезпечення) знаходяться у відкритому доступі і можуть бути
використані тими, хто воліє створювати плати власноруч.
Назва Arduino походить від бару вІвреа , Італія, де зустрічалися деякі із
засновників проекту. Бар був названий на честь Arduino I, який був
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
18
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

маркграфом Маршу Івреї та королем Італії з 1002 по 1014 роки.
Проект народився в 2003 році, коли кілька студентів з Інституту IVREA
шукали альтернативу платам з мікроконтролером BASIC Stamp. Ці тарілки
коштують більше 100 доларів за одиницю, що є високою ціною для будь-
якого студента. У 2003 році з'являються перші розробки, які мають вільний
та публічний дизайн, але контролер яких не задовольняє кінцевого
користувача. Це буде в 2005 році, коли прибуде мікроконтролер Atmega168,
мікроконтролер, який не тільки забезпечує живлення плати, але і робить її
конструкцію доступною, і сьогодні вона досягне моделей плат Arduino, які
можуть коштувати 5 доларів.
Апаратна частина:
Плата Arduino складається з мікроконтролера Atmel AVR, а також елементів
обв’язки для програмування та інтеграції з іншими пристроями. На багатьох
платах наявний лінійний стабілізатор напруги +5В або +3,3В. Тактування
здійснюється на частоті 16 або 8 МГц кварцовим резонатором. У
мікроконтролер записаний завантажувач (bootloader), тому
зовнішній програматор не потрібен.
Мініатюрна процесорна плата Arduino без встановлених деталей
На концептуальному рівні усі плати програмуються через RS-232 (послідовне
з’єднання), але реалізація даного способу різниться від версії до версії.
Новіші плати програмуються через USB, що можливо завдяки мікросхемі
конвертера USB-to-Seria lFTDI FT232R. У версії платформи Arduino Uno як
конвертер використовується контролер Atmega8 у SMD-корпусі. Дане
рішення дозволяє програмувати конвертер таким чином, щоб платформа
відразу розпізнавалася як миша, джойстик чи інший пристрій за вибором
розробника зі всіма необхідними додатковими сигналами керування. У
деяких варіантах, таких як Arduino Mini або неофіційній Boarduino, для
програмування потрібно підключити до контролера окрему плату USB-to-
Serial або кабель.
Плати Arduino дозволяють використовувати значну кількість виводів
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
19
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

мікроконтролера як вхідні/вихідні контакти у зовнішніх схемах. Наприклад, у
платі Decimila доступно 14 цифрових входів/виходів, 6 із яких можуть
генерувати ШІМ сигнал, і 6 аналогових входів. Ці сигнали доступні на платі
через контактні майданчики або штирові роз'єми. Також існує багато різних
зовнішніх плат розширення, які називаються «shields» («щити»), які
приєднуються до плати Arduino через штирові роз'єми.
Чим він відрізняється від Raspberry Pi?
Багато користувачів плутають плату Raspberry Pi з платами Arduino.
Оскільки для більшості початківців та незнайомих людей ця тема може
здатися однаковою, але ніщо не є далі від істини. Arduino - це друкована
плата, яка має мікроконтролер, але він не має процесора, графічного
процесора, оперативної пам'яті та вихідних портів, таких як microhdmi, wifi
або bluetooth що дозволяє нам перетворити плату в мінікомп’ютер; але
Arduino - це програмована плата в тому сенсі, що ми можемо завантажити
програму, і апаратне забезпечення, яке використовується, виконає цю
програму: або щось таке просте, як увімкнення / вимкнення світлодіодної
лампочки, або щось настільки потужне, як електронна частина 3D-принтера.
Чому саме Arduino?
Переваги Arduino над Raspberry Pi:
1. Простота використання:
• Arduino має простішу архітектуру та середовище розробки, що робить
його більш доступним для початківців.
• Програмування Arduino зазвичай здійснюється за допомогою мови C++,
яка має просту синтаксису та зрозумілі концепції.
• Raspberry Pi, з іншого боку, має більш складну архітектуру та потребує
знання Linux та Python для програмування.
2. Вартість:
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
20
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Arduino, як правило, дешевша, ніж Raspberry Pi. Це робить його більш
економічним вибором для проектів з обмеженим бюджетом.
• Існують різні моделі Arduino з різними цінами, що дозволяє вибрати ту,
яка найкраще відповідає вашим потребам.
• Raspberry Pi, хоча й доступна, зазвичай дорожча, ніж Arduino.
3. Компактність:
• Arduino має менші розміри, що робить його більш портативним та
зручним для вбудовування в DIY-проекти.
• Існують різні форм-фактори Arduino, що дозволяє вибрати той, який
найкраще підходить для вашого проекту.
• Raspberry Pi, хоча й компактна, зазвичай більша, ніж Arduino.
4. Енергоефективність:
• Arduino має низьке енергоспоживання, що робить його ідеальним для
проектів, які працюють від батареї.
• Це робить Arduino хорошою платформою для проектів, які потребують
тривалої автономної роботи.
5. Гнучкість:
• Arduino можна використовувати з різними типами датчиків, активаторів
та інших модулів, що робить його гнучкою платформою для різних
проектів.
• Існує велика спільнота користувачів Arduino, яка створила безліч
бібліотек та ресурсів, які можна використовувати для ваших проектів.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
21
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Raspberry Pi також гнучка, але вона може бути не такою простою у
використанні з деякими датчиками та активаторами.
6. Швидкість розробки:
• Завдяки простоті використання та наявності великої кількості бібліотек,
Arduino дозволяє швидко розробляти прототипи та реалізовувати
проекти.
• Це робить Arduino хорошою платформою для проектів, які потребують
швидкого випуску на ринок.
• Розробка на Raspberry Pi може потребувати більше часу, особливо для
початківців.
Що нам потрібно, щоб це працювало?
Хоча це може здатися нелогічним або дивним, але для належної роботи плати
Arduino нам знадобляться два елементи: живлення та програмне
забезпечення.
Перш за все очевидно, що якщо ми збираємось використовувати
електронний компонент, нам знадобиться енергія, яку можна витягнути з
джерела живлення або безпосередньо з іншого електронного пристрою
завдяки входу USB.
Ми отримаємо програмне забезпечення завдяки Arduino IDE, яка
допоможе нам створювати, компілювати та тестувати програми та функції,
які ми хочемо мати на нашій платі Arduino. Arduino IDE - це безкоштовне
програмне забезпечення. Хоча ми можемо використовувати будь-який інший
тип IDE та програмне забезпечення, правда полягає в тому, що з цього часу
рекомендується використовувати Arduino IDE Він має максимальну
сумісність з усіма офіційними моделями проекту Arduino і допоможе нам без
проблем відправити всі дані коду..
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
22
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Як працює Arduino?
Arduino складається з двох частин: апаратна та програмна. Перша частина – це
«мозок» системи. Плата Arduino - це такий собі мікроконтролер, він приймає
сигнали із зовнішнього середовища та передає їх безпосередньо на девайси,
які беруть участь у процесі. Але між цими процедурами «мозок» ще й аналізує
отриману інформацію.
Друга частина - програмна - називається Arduino IDE. Це оболонка для
написання програм, тобто середовище розробки Arduino, використовує
програмування на С. Виконавцю варто лише написати код, скомпілювати його
і завантажити в плату. Оболонка написана на Java, тому легкість та прозорість
системи дає зрозуміти, що комплекс створений під програмування для
початківців.
Ця мова програмування допомагає створити будь-який тип скетчу, тобто
програми. Працює з різними операційними системами. Цікавим доповненням
Arduino є Arduino Map - це функція, яка переносить значення з поточного
діапазону в новий, округляючи дробові числа.
Види плат Arduino
1. Arduino Uno - остання із серії USB, є еталонною платою, дані якої є
базовими, як і для Arduino 1.0, за що і названа Uno, тобто перша. Пристрій
має 6 аналогових та 14 цифрових входів. Для початку роботи достатньо
підключити живлення будь-яким зручним способом.
2. Arduino Mega – плата вже з великою кількістю входів: 16 аналогових та 54
цифрових. Це найпотужніший мікроконтролер за продуктивністю, якому
немає аналогів. Має все необхідне, підключається до живлення через адаптер
або вхід USB. Arduino мега – це розширена версія попередньої плати – Uno,
та має більш вдосконалену начинку.
3. Arduino Micro – плата має 12 аналогових та 20 цифрових входів. Має
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
23
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

вбудовану підтримку USB-з'єднання, йому не потрібний допоміжний
процесор. Arduino Micro з'являється на комп'ютері у вигляді миші чи
клавіатури.
Проєкти, створені за допомогою Arduino
На основі мови Arduino проєкти виходять простими, але при цьому досить
хитромудрими. Які ж бувають Arduino -проєкти для початківців?
• Управління роботом;
• Управління телевізором з телефону;
• Куб, що світиться;
• Робот пилосос;
• Керована телефоном машина;
• Годинник, що вказує час на дошці;
• Замок із кодом, який відкривається за допомогою телефону.

Рисунок 1.2 – Arduino в робототехніці
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
24
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Arduino може використовуватися для розробки інтерактивних систем,
керованих різними датчиками та перемикачами. Такі системи, у свою чергу,
можуть керувати роботою різних індикаторів, двигунів та інших пристроїв.
Проекти Arduino можуть бути як самостійними, так і взаємодіяти з
програмним забезпеченням, що працює на персональному комп'ютері
(наприклад, програмами Flash, Processing, MaxMSP). Будь-яку плату Arduino
можна зібрати вручну або купити готовий пристрій; середовище розробки для
програмування такої плати має відкритий вихідний код і є повністю
безкоштовним.
Мова програмування Arduino є реалізацією схожої апаратної платформи
"Wiring", заснованої серед програмування мультимедіа "Processing". [2]. [3],
[6], [10], [11], [14], [15]. [16], [17]

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
25
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розділ 2. Проектування
2.1 Проектування системи
Проектування системи оповіщення про токсичні випаровування на
платформі Arduino включає кілька етапів: визначення вимог, вибір
компонентів, розробка схеми підключення, програмування, тестування та
інтеграція системи в робоче середовище. Нижче наведено покроковий підхід
до проектування такої системи.
1. Визначення вимог
• Типи газів: Визначте, які токсичні гази будуть контролюватися (CO,
CO2, NH3, VOC тощо).
• Порогові значення: Встановіть допустимі рівні концентрації для
кожного газу.
• Методи оповіщення: Виберіть способи оповіщення (звукові, візуальні,
через мобільні додатки тощо).
• Додаткові функції: Логування даних, інтеграція з іншими системами,
автономність тощо.
2. Вибір компонентів системи
Для побудови системи оповіщення про токсичні випаровування на платформі
Arduino необхідно вибрати відповідні компоненти. Основні компоненти, які
будуть використовуватись у системі, включають:
• Платформа Arduino: Arduino Uno або Arduino Mega залежно від
кількості підключених датчиків і додаткових модулів.
• Датчики газу:
o MQ-4: для виявлення горючих газів та диму.
• LCD дисплей: 16x2 або 20x4 для виведення інформації про поточні
рівні газів.
• Звуковий сигналізатор: П'єзоелектричний зумер для подачі звукових
сигналів.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
26
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Фізична конструкція системи
Фізична конструкція системи повинна забезпечувати:
• Надійне закріплення всіх компонентів.
• Доступ до датчиків для забезпечення точного вимірювання
концентрацій газів.
• Захист від зовнішніх впливів (пил, волога, механічні пошкодження).
Розміщення компонентів:
• Arduino: розміщується в центральній частині системи для зручності
підключення всіх компонентів.
• Датчики газу: розташовуються у місцях можливого скупчення
токсичних випарів.
• LCD дисплей: встановлюється на передній панелі для зручного
зчитування інформації.
• Звуковий сигналізатор та світлодіоди: розміщуються на передній
панелі для зручного візуального та звукового оповіщення.
4. Програмне забезпечення
Програмне забезпечення для Arduino має виконувати наступні функції:
1. Ініціалізація компонентів:
o Встановлення зв'язку з датчиками газу, датчиками температури
та вологості, LCD дисплеєм, звуковим сигналізатором та
світлодіодами.
o Ініціалізація модуля зв'язку (якщо використовується).
2. Збір даних:
o Зчитування значень з датчиків газу.
o Зчитування значень з датчиків температури та вологості.
3. Обробка даних:
o Перевірка значень на перевищення допустимих норм
концентрації токсичних газів.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
27
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

o Визначення рівня загрози (нормальний, попереджувальний,
небезпечний).
4. Виведення інформації:
o Відображення поточних значень концентрації газів, температури
та вологості на LCD дисплеї.
o Індикація стану системи за допомогою світлодіодів.
5. Оповіщення:
o Активація звукового сигналізатора при перевищенні допустимих
рівнів концентрації токсичних газів.
o Відправка повідомлень (SMS, повідомлень на сервер) при
використанні модуля зв'язку.
6. Циклічне виконання:
o Програмний код повинен виконуватися у циклі для постійного
моніторингу повітря в майстерні.
5. Тестування системи
Тестування системи проводиться в кілька етапів:
1. Тестування окремих компонентів:
o Перевірка правильності підключення та роботи кожного датчика
газу, датчика температури та вологості.
o Тестування роботи LCD дисплея, звукового сигналізатора та
світлодіодів.
2. Тестування програмного забезпечення:
o Перевірка коректності зчитування та обробки даних з датчиків.
o Перевірка алгоритмів оповіщення та виведення інформації.
3. Інтеграційне тестування:
o Перевірка роботи всієї системи в цілому в умовах, наближених
до реальних.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
28
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

o Вимірювання концентрації токсичних газів у контрольованому
середовищі для перевірки адекватності реакції системи.
4. Аналіз результатів:
o Аналіз отриманих даних та виявлення можливих недоліків.
o Внесення необхідних коригувань у конструкцію, схему або
програмне забезпечення для підвищення ефективності системи.
5. Повторне тестування:
o Повторне проведення тестування після внесення змін для
підтвердження покращення роботи системи.
Розробка, тестування та впровадження системи оповіщення про токсичні
випаровування на платформі Arduino дозволить значно підвищити рівень
безпеки праці у майстернях, знизити ризик професійних захворювань та
нещасних випадків, пов'язаних з токсичними випарами.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
29
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

2.2 Розробка узагальненої схеми системи оповіщення про токсичні
випаровування
1. Компоненти системи
Основні компоненти системи:
• Arduino Uno/: мікроконтролер, що керує всіма компонентами системи.
• Датчики газу ( MQ-4): вимірюють концентрацію різних токсичних
газів.
• LCD дисплей (16x2 або 20x4): відображає поточні значення
концентрації газів, температури та вологості.
• Звуковий сигналізатор (зумер): подає звуковий сигнал при перевищенні
допустимих рівнів концентрації токсичних газів.
2. Фізичне з'єднання компонентів
Опис фізичного з'єднання компонентів:
• Датчик газу: розміщений в місцях можливого скупчення токсичних
випарів, підключений до аналогових входів Arduino.
• LCD дисплей: встановлений на передній панелі, підключений через I2C
інтерфейс до Arduino.
• Звуковий сигналізатор: розміщений на передній панелі для
забезпечення звукового оповіщення, підключений до цифрового
виходу Arduino.
3. Програмування та тестування
1. Програмування Arduino:
o Ініціалізація всіх підключених компонентів.
o Зчитування даних з датчиків газу.
o Обробка даних та визначення рівня загрози.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
30
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

o Виведення інформації на LCD дисплей.
o Активація звукового сигналізатора та світлодіодів у разі
перевищення допустимих рівнів концентрації газів.
2. Тестування системи:
o Перевірка коректності з'єднань.
o Тестування зчитування та обробки даних з датчиків.
o Тестування роботи звукового сигналізатора та світлодіодів.
o Тестування відправки повідомлень (якщо використовується
модуль зв'язку).
o Проведення тестування в умовах, наближених до реальних, для
перевірки адекватності реакції системи на підвищення рівнів
токсичних газів.
Розроблена узагальнена схема системи забезпечить ефективне та доступне
рішення для моніторингу токсичних випарів у майстерні, що сприятиме
підвищенню рівня безпеки праці.

Рисунок 2.1– Структурна схема

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
31
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

2.3 Розробка макету системи оповіщення про токсичні випаровування
1. Матеріали та інструменти
Матеріали:
• Плата Arduino Uno або
• Датчики газу: MQ-4
• LCD дисплей: 16x2 або 20x4 з I2C модулем
• П'єзоелектричний зумер
• Макетна плата та з'єднувальні дроти
• Живлення (5V для Arduino та датчиків)
Інструменти:
• Паяльник та припій
• Набір викруток
• Плоскогубці
• Ножиці або кусачки
• Мультиметр
2. Збірка макету
1. Підготовка плати Arduino:
o Встановити плату Arduino на макетну плату для зручності
підключення компонентів.
2. Підключення датчика газу:
o MQ-4:
▪ VCC -> 5V
▪ GND -> GND
▪ AO -> A0
3. Підключення LCD дисплея:
o LCD 16x2 з I2C модулем:
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
32
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

▪ VCC -> 5V
▪ GND -> GND
▪ SDA -> A4 (для Arduino Uno)
▪ SCL -> A5 (для Arduino Uno)
4. Підключення звукового сигналізатора:
o П'єзоелектричний зумер:
▪ Позитивний контакт -> D38 (цифровий пін)
▪ Негативний контакт -> GND
4. Тестування макету
1. Перевірка з'єднань:
o Переконатися, що всі з'єднання виконані правильно і надійно.
2. Тестування роботи датчиків:
o Зчитати показання датчиків газу та датчика температури і
вологості.
o Переконатися, що дані зчитуються правильно та відображаються
на LCD дисплеї.
3. Тестування оповіщення:
o Перевірити роботу звукового сигналізатора та світлодіодів при
перевищенні допустимих рівнів концентрації газів.
Розроблений макет дозволить перевірити роботу системи в умовах,
наближених до реальних, і виявити можливі недоліки або проблеми до
впровадження у майстерні.
Кроки для створення макету:
1. Підготовка макетної плати: Встановіть макетну плату на зручне місце.
2. Підключення компонентів: Використовуйте з'єднувальні дроти для
підключення датчика газу, бузера та світлодіодів до макетної плати
згідно з вищенаведеною схемою.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
33
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Завантаження коду: Підключіть Arduino до комп'ютера за допомогою
USB-кабеля. Відкрийте Arduino IDE, вставте програмний код і
завантажте його на Arduino.
4. Тестування: Перевірте, чи всі компоненти працюють правильно.
Використовуйте газ (наприклад, запальничку без полум'я) для
тестування датчика газу.
5. Налаштування порогових значень: За потреби налаштуйте порогові
значення у програмному коді, щоб система реагувала на бажаний
рівень концентрації газу.

Рисунок 2.2 – озробка та збірка макету

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
34
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

2.4 Тестування системи
Тестування системи оповіщення про токсичні випаровування на
платформі Arduino є критично важливим етапом, щоб гарантувати її
правильну роботу та ефективність у реальних умовах. Ось покрокова
інструкція щодо тестування та калібрування системи.
Кроки для тестування системи:
1. Підготовка до тестування:
• Перевірте всі з'єднання на макетній платі, щоб переконатися, що вони
міцні та правильні.
• Підключіть Arduino до комп'ютера або джерела живлення через USB-
кабель.
• Завантажте програмний код на Arduino, якщо цього ще не зроблено.
2. Перевірка датчика газу:
• Використовуйте запальничку (без полум'я) або інше джерело газу
(наприклад, аміак) для перевірки реакції датчика газу.
• Піднесіть джерело газу до датчика і спостерігайте за показаннями в
серійному моніторі Arduino IDE.
3. Перевірка порогових значень:
• Встановіть порогове значення для концентрації газу в програмному
коді (наприклад, 300).
• Спостерігайте, чи бузер і світлодіоди реагують на перевищення
порогового рівня.
4. Перевірка сигналів оповіщення:
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
35
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Бузер: Переконайтеся, що бузер видає звуковий сигнал при
перевищенні порогового рівня газу.
Калібрування системи:
1. Встановлення точних порогових значень:
• Тестуйте датчик в умовах реального середовища для визначення
типових значень концентрації газу.
• Встановіть порогові значення в програмному коді відповідно до
отриманих даних.
2. Тестування у різних умовах:
• Проведіть тестування в умовах підвищеної і зниженої концентрації
газів для перевірки стабільності роботи системи.
• Переконайтеся, що система коректно реагує на різні рівні газу та
оповіщає про небезпеку.
Завершення тестування:
Після завершення тестування та калібрування системи оповіщення про
токсичні випаровування переконайтеся, що вона надійно працює в різних
умовах. Це забезпечить безпеку у вашій майстерні та своєчасне оповіщення
про небезпечні концентрації газів.
1. Перевірка окремих компонентів
1. Тестування датчиків газу:
o Підключити датчик газу (MQ-4) до Arduino і зчитати аналогові
значення.
o Перевірити, що датчики реагують на присутність відповідних
газів.
o Використати відомі джерела газу для перевірки (наприклад,
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
36
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

запалений сірник для MQ-4).
o Переконатися, що значення змінюються відповідно до
концентрації газу.
2. Тестування LCD дисплея:
o Підключити LCD дисплей до Arduino через I2C інтерфейс.
o Вивести тестове повідомлення на дисплей для перевірки
коректності роботи.
3. Тестування звукового сигналізатора:
o Підключити звуковий сигналізатор (зумер) і світлодіоди до
Arduino.
o Написати просту програму для вмикання/вимикання
сигналізатора та світлодіодів для перевірки коректності роботи..
2. Інтеграційне тестування
1. Збір даних з усіх датчиків:
o Зчитувати значення з датчиків газу, температури та вологості
одночасно.
o Переконатися, що дані коректно відображаються на LCD дисплеї.
2. Алгоритми обробки даних:
o Впровадити алгоритми перевірки перевищення допустимих
рівнів концентрації газів.
o Перевірити коректність роботи алгоритмів з різними значеннями
концентрації газів.
3. Оповіщення:
o Перевірити, що звуковий сигналізатор і світлодіоди активуються
при перевищенні допустимих рівнів концентрації газів.
o Переконатися, що візуальна індикація (світлодіоди) змінюється
відповідно до рівня загрози (нормальний, попереджувальний,
небезпечний).
3. Функціональне тестування
1. Тестування в реальних умовах:
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
37
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

o Розмістити систему у майстерні або аналогічному середовищі.
o Створити контрольовані умови з різними концентраціями газів
для перевірки реакції системи.
o Виміряти точність датчиків в реальних умовах.
2. Тестування стійкості системи:
o Перевірити роботу системи протягом тривалого часу (кілька
годин або днів).
o Переконатися, що система стабільно працює без збоїв і
некоректних спрацювань.
3. Тестування надійності оповіщення:
o Перевірити, що система коректно оповіщає про небезпеку навіть
у випадку тимчасового відключення або перезапуску.
o Перевірити, що повідомлення (якщо використовується модуль
зв'язку) надходять своєчасно та в повному обсязі.
4. Аналіз результатів
1. Аналіз зібраних даних:
o Зібрати всі дані, отримані під час тестування, та проаналізувати
їх.
o Виявити можливі проблеми або недоліки у роботі системи.
2. Внесення коригувань:
o Внести необхідні коригування у програмне забезпечення або
апаратну частину системи для виправлення виявлених проблем.
o Повторити тестування після внесення змін для перевірки
ефективності покращень.
Ретельне тестування системи оповіщення про токсичні випаровування
дозволить забезпечити її надійну та ефективну роботу, що сприятиме
підвищенню рівня безпеки праці у майстерні.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
38
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розділ 3. Розробка макету
3.1 Обладнання
ДИСПЛЕЙ СИМВОЛЬНИЙ LCD 1602А QAPASS

Рисунок 3.1 – Задній бік дісплея

Рисунок 3.2 – Передній бік дісплея
Стандартний дворядковий символьний індикатор є хорошим вибором
для виведення рядків символів в різних пристроях. Зокрема в проектах з
Arduino, а також металошукачах Clone AVR, Tracker-3, Квазар, Шанс.
Дисплей LCD 1602а являє собою електронний модуль заснований на
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
39
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

драйвері HD44780. Модуль має 16 контактів і може працювати як в 4-бітному
режимі, так і 8-бітному, з використанням всіх восьми рядків даних. Крім того
можна використовувати інтерфейс I2C.
Технічні параметри РКІ дисплея 1602А
► РКІ модуль: 2 рядки по 16 символів
► Напруга живлення: 5 Вольт
► Розмір дисплея: 2.6 дюйма
► Тип дисплея: 2 рядки по 16 символів
► Колір підсвічування: зелений
► Колір символів: чорний
► Габаритні розміри: 80мм x 36мм x 11мм
► Розмір графічного поля: 65x14, 5 мм.
► Висота символів: 5,5 мм
► Підключення: стандартне 16 пінове
Призначення контактів:
► VSS: "- " живлення модуля
► VDD: » + " живлення модуля
► VO: вивід управління контрастом
► RS: вибір регістра
► RW: Вибір режиму запису або читання (при підключенні до землі,
встановлюється режим запису)
► E: Строб по спаду
► DB0-DB3: біти інтерфейсу
► DB4-DB7: біти інтерфейсу
► A: " + " живлення підсвічування
► K: "- " живлення підсвічування [4], [18]

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
40
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Звуковипромінювач TMB12A05

Рисунок 3.3 - Звуковипромінювач
TMB12A05 - це компактний і потужний звуковипромінювач, який
використовується в широкому спектрі електронних пристроїв. Він
характеризується малим розміром, низькою вартістю, високою чутливістю,
широким діапазоном частот і міцною конструкцією.
Ось деякі додаткові деталі про TMB12A05:
Конструкція:
TMB12A05 є п’єзоелектричним звуковипромінювачем, який
використовується в різних електронних пристроях для генерації звукових
сигналів. Він складається з феритомагнітного динаміка, який вібрує під дією
електричного сигналу. Ця вібрація створює звукові хвилі. Динамік оточений
корпусом з ABS-пластику, який захищає його від пошкоджень.
Технічні характеристики:
• Номінальна потужність: 0.5 Вт - це потужність, яку динамік може
генерувати протягом тривалого часу без перегріву.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
41
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Максимальна потужність: 1 Вт - це максимальна потужність, яку
динамік може генерувати протягом короткого періоду часу.
• Чутливість: 88 дБ/Вт/м - це міра того, наскільки гучно динамік
відтворює звук у порівнянні з іншими динаміками. Чим вище значення,
тим гучніше динамік.
• Опір: 8 Ом - це опір динаміка. Важливо підключити динамік до
підсилювача з відповідним опором.
• Діапазон частот: 200 Гц - 20 кГц - це діапазон звукових частот, які
може відтворювати динамік. Людський слух сприймає звуки в
діапазоні від 20 Гц до 20 кГц.
• Номінальна робоча напруга: 5V DC
• Робочий діапазон напруги: 4V до 7V DC
• Споживаний струм: ≤ 30 мА (при номінальній напрузі 5V DC)
• Робоча температура: -20°C - +80°C - це діапазон температур, при яких
динамік може працювати без пошкоджень.
• Температура зберігання: -30°C до +80°C
• Акустичні параметри: номінальна частота: 2300 ± 300 Гц, гучність
звуку: ≥ 85 дБ (на відстані 10 см при номінальній напрузі 5V DC)
• Габаритні розміри: ліаметр: 12 мм, висота: 8.5 мм
• Матеріал корпусу: Пластик
• Тип монтажу: Вивідний (PCB mount)
• Конфігурація виводів: Два виводи для підключення до друкованої
плати
• Температура зберігання: -30°C до +80°C
Додаткові особливості:
o Тип сигналу: П’єзоелектричний звуковипромінювач зазвичай
генерує звукові сигнали при подачі прямого постійного струму
(DC).
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
42
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

o Полярність: Дотримання полярності не є критичним, але
рекомендовано дотримуватись зазначеної полярності для
стабільної роботи.
Для точного монтажу на друковану плату слід враховувати розміри і
розташування виводів:
• Відстань між виводами: Зазвичай 5 мм (рекомендується перевірити за
специфікацією виробника).
• Діаметр отворів для монтажу: Приблизно 1 мм (залежить від товщини
виводів). [5], [8]
Датчик газу MQ-4

Рисунок 3.4 – Датчик газу
MQ-4 - це напівпровідниковий газовий датчик, який використовується
для виявлення широкого спектру газів, включаючи метан, пропан, бутан,
водень, окис вуглецю (CO), аміак (NH3), етанол (C2H5OH) та водяну пару
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
43
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

(H2O). Він характеризується високою чутливістю, швидким часом відгуку,
низьким споживанням струму, простотою використання та довговічністю.
Характеристики:
• Газ, що детектується: природний газ (метан)
• Діапазон чутливості 300-10000 ppm
• Rs (опір чутливого елемента) 1 ... 20 кОм 5000ppm CH4
• Газ, для якого нормується датчик - Метан, LPG (зріджений нафтовий
газ), природний газ - 5000ppm
• Час відгуку ≤ 10с
• Діапазон вимірювань: 200 до 10000 ppm (parts per million)
• Чутливість (відгук): Висока чутливість до метану та середня чутливість
до інших горючих газів
• Чутливість (R в повітрі) / (R в присутності характерного газу) ≥ 5с
• Rh (опір нагрівача) 31Ω ± 3Ω
• Ih (струм нагрівача) ≤180мА
• Vh (напруга нагрівача) 5В ± 0,2 В
• Споживаний струм: приблизно 150 мА
• Тип виходу: Аналоговий і цифровий
• Ph (потужність нагрівача) ≤900мВт
• Vc (напруга схеми) ≤24В
• Конфігурація виводів: 4 виводи (VCC, GND, DO, AO)
• Вихідний аналоговий сигнал: Пропорційний концентрації газу
• Вихідний цифровий сигнал: Високий або низький сигнал при
перевищенні встановленого порогу концентрації газу
• Стандартні робочі умови Температура: -10 ~ + 50 ° C, вологість: ≤95%
RH, концентрація кисню: 21% (стандартні умови)
• Умови зберігання Температура: -20 ~ + 70 ° C, вологість: ≤70% RH
• Конфігурація A або B (металевий або пластиковий корпус)
• Діаметр: 16 мм, висота: 20 мм
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
44
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Робочий принцип
MQ-4 використовує металоксидний напівпровідниковий матеріал, який
змінює свій опір при контакті з метаном та іншими горючими газами. При
контакті з цими газами опір сенсора зменшується, що викликає зміну
вихідного сигналу.
Підключення та використання
1. VCC: Підключити до джерела живлення +5V
2. GND: Підключити до землі (GND)
3. DO (Digital Output): Підключити до цифрового входу мікроконтролера
або сигналізації, цей вихід дає сигнал високого рівня при перевищенні
встановленого порогу газу.
4. AO (Analog Output): Підключити до аналогового входу
мікроконтролера для отримання аналогового сигналу, пропорційного
концентрації газу.
Калібрування
Калібрування датчика MQ-4 є важливим етапом для забезпечення точності
вимірювань. Процес калібрування включає наступні кроки:
1. Прогрівання датчика: Після першого ввімкнення датчик повинен
прогрітися протягом не менше 24 годин для стабілізації внутрішніх
компонентів.
2. Налаштування опору навантаження (RL): Значення RL має бути
встановлено відповідно до рекомендацій виробника. Зазвичай це
значення знаходиться в діапазоні від 10 кОм до 47 кОм. Вибір точного
значення залежить від умов використання та необхідної точності
вимірювань.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
45
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Калібрування в контрольованих умовах: Датчик повинен бути
калібрований в середовищі з відомою концентрацією метану
(наприклад, 1000 ppm). Це дозволяє налаштувати чутливість датчика і
забезпечити точність вимірювань.
4. Регулювання порогового значення (для цифрового виходу): Якщо
використовується цифровий вихід, необхідно налаштувати порогове
значення, при перевищенні якого вихідний сигнал змінюється на
високий рівень.
Примітки
• Точність вимірювань: Точність вимірювань залежить від стабільності
умов навколишнього середовища, таких як температура та вологість.
• Тривалість експлуатації: Датчик може з часом втрачати чутливість,
тому рекомендується періодично проводити повторне калібрування.
Принцип роботи:
MQ-4 працює на основі принципу зміни електропровідності
напівпровідникового матеріалу під впливом газів. Коли газ контактує з
поверхнею датчика, він адсорбується на ній і змінює концентрацію носіїв
заряду в напівпровіднику. Це призводить до зміни опору датчика, яка може
бути виміряна та перетворена на електричний сигнал.
Застосування:
MQ-4 можна використовувати в широкому спектрі застосувань, включаючи:
• Системи пожежної сигналізації: MQ-4 може використовуватися для
виявлення витоків газу, які можуть призвести до пожежі або вибуху.
• Системи виявлення витоків газу: MQ-4 може використовуватися для
виявлення витоків газу в побутових та промислових приміщеннях.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
46
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

• Системи контролю якості повітря: MQ-4 може використовуватися для
моніторингу рівня шкідливих газів у повітрі.
• Робототехніка: MQ-4 може використовуватися в роботах для навігації
та уникнення небезпечних зон.
• Дослідження навколишнього середовища: MQ-4 може
використовуватися для вимірювання рівня забруднення повітря.
Датчик MQ-4 є надійним і ефективним рішенням для виявлення метану
та інших горючих газів у різних застосуваннях, забезпечуючи високу
чутливість і точність вимірювань. [1], [7], [12]
Макетна плата MB-102

Рисунок 3.5 – Макетна плата
Велика макетна плата (830 отворів) із двома лініями для живлення з
кожної сторони (200 отворів). Дана макетна дозволяє без паяння створювати
попередні електронні проекти для їх тестування, перевірки та налагодження
перед остаточним монтажем
Характеристики:
1. Розмір і структура:
o Плата MB-102 має стандартний розмір 830 отворів.
o Вона складається з двох основних областей: центральної області
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
47
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

для розміщення компонентів і двох вертикальних шин
(позитивна і негативна) з кожного боку для живлення.
2. Підключення:
o Отвори на платі розташовані в сітці з кроком 2.54 мм (0.1
дюйма), що відповідає стандартному кроку виводів більшості
електронних компонентів.
o У центральній області отвори згруповані в ряди по 5 отворів,
з’єднаних між собою. Це дозволяє легко підключати компоненти
без необхідності пайки.
3. Живлення:
o Шини живлення знаходяться по краях плати і розділені на дві
секції для кожного типу (позитивного і негативного) живлення.
o Для забезпечення живлення використовуються стандартні
з’єднувачі, наприклад, дроти з штирями або клемні блоки.
4. Сумісність:
o Макетна плата MB-102 сумісна з багатьма типами електронних
компонентів, включаючи резистори, конденсатори, транзистори,
інтегральні схеми і мікроконтролери.
o Вона також добре підходить для використання з модулями
Arduino, Raspberry Pi та іншими платформами.
5. Додаткові функції:
o Деякі макетні плати MB-102 мають кольорове маркування, що
полегшує ідентифікацію та організацію підключень.
o Існують версії з клейкою основою, що дозволяє закріпити плату
на робочій поверхні для зручності роботи.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
48
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Arduino

Рисунок 3.6 – Плата Arduino, яка встановлена в макетну плату
Загальні відомості
Arduino Uno – це пристрій на основі мікроконтролера ATmega328
(datasheet). До його складу входить все необхідне для зручної роботи з
мікроконтролером: 14 цифрових входів/виходів (з них 6 можуть
використовуватися як ШИМ-виходи), 6 аналогових входів, кварцовий
резонатор на 16 МГц, роз'єм USB, роз'єм живлення, роз'єм для
внутрішньосхемного програмування (ICSP) та кнопка скидання. Для початку
роботи з пристроєм досить просто подати живлення від AC/DC-адаптера або
батарейки, або підключити його до комп'ютера за допомогою кабелю USB.
На відміну від усіх попередніх плат Arduino, Uno як перетворювач
інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2
(ATmega8U2 до версії R2) замість мікросхеми FTDI.
На платі Arduino Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення
прошивки доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB
мікроконтролера 8U2.
Розпинка 1.0: додано висновки SDA та SCL (біля виводу AREF), а також
два нових виводи, розташовані біля виводу RESET. Перший – IOREF –
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
49
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу Arduino .
Цей висновок призначений для сумісності плат розширення як з 5В-Arduino
на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3В-платами Arduino Due. Другий
висновок ні до чого не приєднаний та зарезервований для майбутніх цілей.
Поліпшено завадостійкість ланцюга скидання..
"Uno" (у перекладі з італійської - "один") названий з нагоди майбутнього
випуску Arduino 1.0. Спільно з Arduino 1.0, дані пристрої будуть базовими
версіями Arduino. Uno – еталонна модель платформи Arduino і є останньою у
серії USB-плат; для порівняння з попередніми версіями див. список плат
Arduino.
Характеристики:
Мікроконтролер ATmega328
Робоча напруга 5В
Напруга живлення (рекомендована) 7-12В
Напруга живлення (гранична) 6-20В
Цифрові входи/виходи 14 (з них 6 можуть використовуватися як ШИМ-
виходи)
Аналогові входи 6
Максимальний струм одного виводу 40 мА
Максимальний вихідний струм виведення 3.3V 50 мА
Flash-пам'ять 32 КБ (ATmega328) з яких 0.5 КБ використовуються
завантажувачем
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
50
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

SRAM 2 КБ (ATmega328)
EEPROM 1 КБ (ATmega328)
Тактова частота 16 МГц
Живлення
Arduino Uno може бути вбудований від USB або від зовнішнього
джерела живлення - тип джерела вибирається автоматично.
Як зовнішнє джерело живлення (не USB) може використовуватися
мережний AC/DC-адаптер або акумулятор/батарея. Штекер адаптера (діаметр
– 2.1мм, центральний контакт – позитивний) необхідно вставити у
відповідний роз'єм живлення на платі. У разі живлення від
акумулятора/батареї, її дроти необхідно підключити до висновків Gnd та Vin
роз'єму POWER.
Напруга зовнішнього джерела живлення може бути в межах від 6 до 20 В.
Однак зменшення напруги живлення нижче 7В призводить до зменшення
напруги на виведенні 5V, що може стати причиною нестабільної роботи
пристрою. Використання напруги більше 12В може призводити до перегріву
стабілізатора напруги та виходу плати з ладу. З огляду на це рекомендується
використовувати джерело живлення з напругою в діапазоні від 7 до 12В.
Нижче наведено висновки напруги, розташовані на платі:
VIN. Напруга, що надходить Arduino безпосередньо від зовнішнього джерела
живлення (не пов'язане з 5В від USB або іншою стабілізованою напругою).
Через цей висновок можна подавати зовнішнє живлення, так і споживати
струм, коли пристрій запитано від зовнішнього адаптера.
5V. На висновок надходить напруга 5В від стабілізатора напруги на
платі, незалежно від того, як запитано пристрій: від адаптера (7 - 12В), від
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
51
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

USB (5В) або через висновок VIN (7 - 12В). Запитувати пристрій через
висновки 5V або 3V3 не рекомендується, оскільки в цьому випадку не
використовується стабілізатор напруги, що може призвести до виходу з ладу.
3V3. 3.3В, що надходять від стабілізатора напруги на платі.
Максимальний струм, який споживається від цього висновку, становить 50
мА.
GND. Висновки землі.
IOREF. Цей висновок надає платам розширення інформацію про робочу
напругу мікроконтролера Arduino. Залежно від напруги, зчитаної з виведення
IOREF, плата розширення може переключитися на відповідне джерело
живлення або задіяти перетворювачі рівнів, що дозволить їй працювати як з
5В, так і з 3.3В-пристроями.
Входи та виходи
З використанням функцій pinMode(), digitalWrite() і digitalRead() кожен
із 14 цифрових висновків може працювати як вход або вихід. Рівень напруги
на висновках обмежений 5В. Максимальний струм, який може віддавати або
споживати один висновок, становить 40 мА. Всі висновки пов'язані з
внутрішніми резисторами (за замовчуванням відключеними) номіналом 20-
50 кОм. Крім цього, деякі висновки Arduino можуть виконувати додаткові
функції:
Послідовний інтерфейс: висновки 0 (RX) та 1 (TX). Використовуються
для отримання (RX) та передачі (TX) даних за послідовним інтерфейсом. Ці
висновки з'єднані з відповідними висновками мікросхеми ATmega8U2, яка
виконує роль USB-UART-перетворювача.
Зовнішні переривання: висновки 2 і 3. Можуть бути джерелами
переривань, що виникають при фронті, спаді або низькому рівні сигналу цих
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
52
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

висновках. Для отримання додаткової інформації див. функцію
attachInterrupt().
ШІМ: висновки 3, 5, 6, 9, 10 та 11. За допомогою функції analogWrite()
можуть виводити 8-бітові аналогові значення у вигляді ШІМ-сигналу.
Інтерфейс SPI: висновки 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). З
використанням бібліотеки SPI дані висновки можуть здійснювати зв'язок з
інтерфейсом SPI.
Світлодіод: 13. Вбудований світлодіод, приєднаний до виводу 13. При
надсиланні значення HIGH світлодіод вмикається, при відправленні LOW -
вимикається.
Arduino Uno має 6 аналогових входів (A0 - A5), кожен з яких може
представити аналогову напругу у вигляді 10-бітного числа (1024 різних
значення). За замовчуванням, вимірювання напруги здійснюється щодо
діапазону від 0 до 5 В. Проте верхню межу цього діапазону можна змінити,
використовуючи висновок AREF і функцію analogReference().

Рисунок 3.7 – Розпіновка Arduino
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
53
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Захист USB від перевантажень
В Arduino Uno є запобіжники, що відновлюються, що захищають USB-порт
комп'ютера від коротких замикань і перевантажень. Незважаючи на те, що
більшість комп'ютерів мають власний захист, такі запобіжники забезпечують
додатковий рівень захисту. Якщо від USB-порту споживається струм більше
500 мА, запобіжник автоматично розірве з'єднання до усунення причин
короткого замикання або перевантаження. [2]. [3], [6], [10], [11], [14], [15].
[16], [17]

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
54
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3.2 Розробка стенду
Особливості збірки стенду
Матеріали:
• Плата Arduino Uno
• Датчик газу MQ-4
• Акселерометр ICM1602A
• LCD-дисплей (наприклад, 16x2 LCD)
• Провідники
• Плата макетування
• Джерело живлення (5 В)
Збірка:
1. Підключіть датчик MQ-4:
o Підключіть Vcc датчика MQ-4 до 5V на макетній платі.
o Підключіть GND датчика MQ-4 до GND на макетній платі.
o Підключіть вихід датчика MQ-4 до аналогового входу A1
Arduino Uno.
2. Підключіть звуковипромінювач:
o Підключіть Vcc до D30 на макетній платі.
o Підключіть GND до GND на макетній платі.
3. Підключіть LCD-дисплей:
o Підключіть Vcc дисплея до 5V на макетній платі.
o Підключіть GND дисплея до GND на макетній платі.
o Підключіть SDA дисплея до аналового виводу А5 Arduino Uno.
o Підключіть SСL дісплея до аналового виводу А6 Arduino Uno.
4. Завантажте код:
o Завантажте код Arduino, який зчитує дані з датчика MQ-4, LCD –
двсплея ICM1602A та відображає їх на LCD-дисплеї. [4]
5. Підключіть Arduino Uno до макетної плати:
Підключіть GND до GND, Vcc до Vcc.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
55
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

3.3 Програмування
Особливості програмування стенду для системи оповіщення про
токсичні випаровування в майстерні на платформі Arduino
1. Зчитування даних з датчика газу:
Необхідно вибрати відповідну бібліотеку для роботи з датчиком газу.
Зазвичай датчики газу підключаються до аналогового входу Arduino.
Програма повинна зчитувати дані з датчика з певною періодичністю.
2. Обробка даних:
Програма повинна конвертувати дані з датчика в концентрацію
токсичних випаровувань.
Для цього може використовуватися калібрувальна крива, яка пов'язує
дані з датчика з відомими концентраціями газу.
3. Порівняння з пороговим значенням:
Програма повинна порівнювати отриману концентрацію токсичних
випаровувань з пороговим значенням.
Порогове значення - це максимальна допустима концентрація токсичних
випаровувань у повітрі.
4. Управління сиреною:
Якщо рівень токсичних випаровувань перевищує порогове значення,
програма повинна вмикати світлодіод і сирену.
Світлодіод може використовуватися для візуального оповіщення, а
сирена - для звукового.
5. Додаткові можливості:
Програма може бути розширена для відображення на дисплеї інформації
про концентрацію токсичних випаровувань.
Код програми
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

#define LED 2
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
56
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

#define Buzzer 3
#define Sensor A1

void setup() {
Serial.begin(9200);
lcd.init();
lcd.backlight();
pinMode(LED, OUTPUT);
pinMode(Buzzer, OUTPUT);
}

void loop() {
int value = analogRead(Sensor);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Value :");
lcd.print(value);
lcd.print(" ");

if (value > 400) {
digitalWrite(LED, HIGH);
digitalWrite(Buzzer, HIGH);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("GAS Detected!");
} else {
digitalWrite(LED, LOW);
digitalWrite(Buzzer, LOW);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" ");
}
}
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
57
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розбивка коду:
Бібліотеки:
LiquidCrystal_I2C.h: ця бібліотека дозволяє зв’язуватися з РК-дисплеєм за
допомогою протоколу зв’язку I2C.
Константи:
LED: Визначає контакт, підключений до світлодіода (в цьому випадку
контакт 2).
Buzzer: визначає контакт, підключений до зумера (контакт 3).
Sensor: визначає аналоговий контакт, підключений до датчика газу (A1).
Функція налаштування або Setup Function:
Serial.begin(9200): Ініціалізує послідовний зв’язок для цілей
налагодження (друкує дані на вашому комп’ютері зі швидкістю 9600 бод).
lcd.init(): ініціалізує РК-дисплей.
lcd.backlight(): вмикає підсвічування РК-дисплея.
pinMode(LED, OUTPUT): встановлює контакт LED як вихід.
pinMode(Buzzer, OUTPUT): встановлює контакт зумера як вихід.
Функція циклу або Loop Function::
int value = analogRead(Sensor): Зчитує аналогове значення з датчика газу,
підключеного до контакту A1.
lcd.setCursor(0, 0): встановлює позицію курсору на РК-дисплеї до
першого рядка (0) і першого стовпця (0).
lcd.print("Значення:");: друкує "Значення:" на РК-дисплеї.
lcd.print(value);: друкує показання датчика на РК-дисплеї.
lcd.print(" ");: друкує пробіл на РК-дисплеї.
Оператор if перевіряє, чи показання датчика (значення) перевищують
400 (регульований поріг).
Якщо true (значення > 400):
digitalWrite(LED, HIGH): вмикає світлодіод.
digitalWrite(Buzzer, HIGH): вмикає зумер.
lcd.setCursor(0, 1): встановлює позицію курсору на РК-дисплеї до
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
58
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

другого рядка (1) і першого стовпця (0).
lcd.print("GAS Detected!"): друкує "GAS Detected!" до ЖК.
Якщо false (інакше):
digitalWrite(LED, LOW): вимикає світлодіод.
digitalWrite(Buzzer, LOW): вимикає зумер.
lcd.setCursor(0, 1): встановлює позицію курсора на РК-дисплеї до
другого рядка (1) і першого стовпця (0).
lcd.print(" "): друкує п’ять пробілів, щоб очистити попереднє
повідомлення "GAS Detected!" повідомлення. [19], [20]

Рисунок 3.8 – Схема пристрою

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
59
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розділ 4. Охорона праці
Аналіз небезпек та шкідливостей, які впливають на працівників
науково-технічної лабораторії
При процесі дослідження та розробки системи оповіщення про токсичні
випаровування на платформі ардуїно на співробітника наукової-технічної
лабораторії, де й проводиться дослідження з дипломної роботи, можуть
впливати різного виду параметри виробничих факторів. Такі явища як:
температура, вологість, шум, вібрація, шкідливі речовини - впливають на
ефективність та якість виконуваної роботи, й відповідно, у значному ступені
впливають на здоров’я та працездатність співробітника, та його відношення до
праці в результаті його діяльності в цілому.
При поганих умовах на робочому приміщенні є можливість різкого
зниження продуктивності праці та є ризик отримати травми та професійні
захворювання. Для поліпшення якості праці потрібно знати чинники та явища,
які впливають на їхнє формування.
Для організації робочого приміщення та факторів клімату місця мають
відповідати ДСН 3.3.6.042-99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих
приміщень». В разі порушення даних норм є вірогідність виникнення
проблем з навантаженням м’язів тулуба, верхніх кінцівок та шиї, що в свою
чергу проблем з органами зору та загальному погіршенню стану здоров’я в
цілому
Розміри лабораторії яка описується у даному розділі становлять:
довжина – 7 м, ширина – 4 м, висота – 3 м.
Площа цього приміщення дорівнює 28м2, у приміщенні знаходиться 5
робочих місць з персональним комп’ютером. Кожне робоче місце обладнане
робочим місцем площею 2,5 м2, стільцем висотою 0,45м, шафи площею 2 м2
та персональним комп’ютером, що складається з системного блоку,
монітору, клавіатури та комп’ютерної миші. Площа одного робочого місця
оператора персонального комп’ютера не повинна бути меншою ніж 6м2, а
об’єм менший ніж за 20м3, що, в даному випадку, відповідає вимогам ДБН
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
60
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

В.2.2.28-2010. Монітори на столах розташовані таким чином, щоб відстань
від монітору до користувача складала більше 70 см, при цьому кут зору
становить приблизно 30о . Положення моніторів вибрано таким чином для
того, щоб світло, яке потрапляє з лівого чи правого боку від працюючого в
залежності від розташування робочого місця не засліплювало його. Щоб
уникнути негативного ефекту від надмірного освітлення, вікно обладнано
жалюзі. План приміщення зображений на рисунку 4.1

Рисунок 4.1 - План приміщення лабораторії.
1 – Робочий стіл; 2 – Стільці; 3 – Шафи; 4 – Робочі місця
Дана лабораторія має один вихід. Споруда має два виходи – головний та
запасний для евакуації. Коридор між приміщеннями має два виходи на різні
сходи, які ведуть до головного входу та до виходу для евакуації (ДБН В.1.1.7-
2016).
Кожне робоче місце оператора персонального комп’ютера має бути
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
61
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

добре освітлене, що дає позитивний вплив на працюючих співробітників.
Добре освітлене робоче місце та й приміщення в цілому сприяє підвищенню
якості та продуктивності праці, знижуючи втомленість та травматизм при
дослідженні, зберігаючи при цій умові високу працездатність співробітника в
процесі праці.
Освітлення в приміщенні здійснюється двома типами освітлення
(комбіноване освітлення): Природнє освітлення через віконний отвір, який
розташований вздовж однієї із стін і має розміри 2м на 1,15м, та штучне
освітлення за допомогою світильників, розташованих на стелі.
Величина потрібного освітлення на робочому місці нормується за ДБН
В.2.5-28-2018. Нормування при формуванні штучного освітлення відбувається
в люксах (Лк), яка може вибиратись від залежностей характеристики зорової
направленості з можливим врахуванням найменшого розміру об’єкту
розрізнення, контрасту та фону об'єкта.
В науково-технічній лабораторії використовуються накладні стельові
світильники загального освітлення IN HOME СПБ-Т5 5Вт 230B 4000К 450лм
300мм. .
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року визначаються
оптимальні та допустимі значення температури, швидкість руху повітря та
відносної вологості. В вказані нормовані величини температури, швидкість
руху повітря в робочій зоні та відносної вологості в робочої зони виробничого
приміщення:
В даній технічно-науковій лабораторії категорія важкості роботи
працівників відноситься до середньої важкості (Обробка інформації, робота з
програмами офісного пакету, тощо.)
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
62
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.2 - Параметри мікроклімату приміщення в лабораторії
Фактичні параметри мікроклімату відповідають нормативним параметрам
мікроклімату.
В даному приміщенні задіяна приточно-витяжна система для
підтримання параметрів повітряного середовища в межах передбачених ДБН
В.2.5.67-2013. За межами науково-технічної лабораторії встановлена
приточна установка. Над стелею проходять труби, в яких проходить свіже
повітря до приміщення, і, відповідно, труби, які задіються для витягування
повітря за допомогою витяжної вентиляції, яка теж встановлена за межами
приміщення.
Характеризуючи приміщення маємо, що сирість – відсутня, а підлога
покрита неструмопровідним матеріалом (Покриття з антистатичного
полімеру). Приміщення заземлено, що сприяє відведенню надлишкового
електричного струму. Встановлені автоматичні вимикачі для запобігання
перегоранню пристроїв при короткому замиканні. Згідно ПУЕ-17 приміщення
лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки ураження
працюючих електричним струмом. Комп’ютери, які встановлено на робочих
місцях живляться напругою 220 В і споживають потужність менше ніж 3 кВт.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
63
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Згідно з ДСТУ Б В.2.5-82:2016 всі електронні прилади під’єднані до системи
захисного заземлення за для виключення можливості ураження працівників
електричним струмом.
Шум є одним із важливіших факторів середовища. Він негативно впливає
як на стан співробітника, так на його оточуючих. При виникнені зайвого шуму
у співробітника може зменшуватись увага, збільшувати розвиток втоми, а
також сповільнюватись реакція при можливій небезпеці. Ще, внаслідок
зайвого шуму, зменшується працездатність робітника та підвищується
ймовірність травм та нещасних випадків.
Максимальний шум в лабораторії, який створюється персональними
комп’ютерами не перевищує 45 дБА, й, відповідно, рівень шуму відповідає
вимогам ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях».
У приміщенні лабораторії можуть горіти вироби з дерева, пластмас,
тканини і паперу. Згідно з ДСТУ Б.В.1.1-36:2016 дане приміщення можна
віднести до категорії пожежної небезпеки В.
Можливою причиною виникнення пожежі може бути перевантаження в
роботі електрообладнання (наприклад кабелі, розетки та персональні
комп’ютери), короткі замикання внаслідок виходу з ладу чи експлуатації
несправного електронного обладнання.
Для гасіння пожежі в лабораторії встановлений ручний вуглекислотний
вогнегасник ОУ-2 (по типу ВВК-1,4), а у приміщенні центрального коридору
розташовані пінні вогнегасники ВП-5 (типу ВВП). відповідно до ДБН В.2.5-
56-2014, змонтована електрична пожежна сигналізація променевого типу та
теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 6шт.
Стороннім обладнанням евакуаційні виходи ненагромаджені, що
відповідає ДБН В.1.1-7-2016.
Виходячи із усіх переглянутих умов праці в розглянутому робочому
приміщенні, можна з’ясувати, що всі фактори які впливають на умови праці
відповідають всім стандартизованим вимогам, не рахуючи систему загального
освітлення, яку потрібно модернізувати.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
64
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розрахунок штучного освітлення. Вибір джерела штучного
освітлення.
Загальне освітлення – це освітлення, при якому світильники
розміщуються у верхній зоні приміщення (Не нижче 2,5м над підлогою), або в
залежності від розташування робочих місць. Освітлення, яке складається із
місцевого та загального називається комбінованим. Місцеве освітлення
створюється світильниками, які концентрують світловий потік на робочих
місцях. Не допускається використання лише місцевого освітлення з огляду на
небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- перелік основних предметів, які людина у процесі роботи на заданому
робочому місці має розглядати: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі;
- розмір об’єкта розрізнення (найменший або еквівалентний розмір),
який повинна розглядати людина під час робочого процесу орієнтовано
обирається 0,15…0,3 мм;
- характеристику фону – поверхня, на якій можна розглянути найменший
об’єкт розрізнення (залежить від коефіцієнта відбиття поверхні ρ). Фон є
світлим (ρ > 0,4) , так як в книзі так і на екрані монітору фон є білим. Для
вказаного фону коефіцієнт відбиття поверхні ρ = 0,9;
- контраст об’єкта розрізнення з фоном (чіткість сприймання
найменшого об’єкт розрізнення на фоні). Контраст є великим (між білим і
чорним);
Для даної науково-технічної лабораторії, згідно нормативного значення
штучного загального освітлення Ен, яке складає 700 лк, і враховуючи
характеристики фону та контрасту, підходить накладний стельовий лінійний
LED світильник IN HOME СПБ-Т5 5Вт 230B 4000К 450лм 300мм
Світлодіодний світильник IN HOME СПБ-Т5 5Вт 230B 4000К 450лм
300мм застосовується в різних випадках. Наприклад, для освітлення робочої
поверхні, коридорів, складів, майстерень, лабораторій. Для монтажу такого
світильника використовуються монтажні кліпси, які йдуть зі світильником в
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
65
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

комплекті. До поверхні монтажу прикручуються кліпси, де й буде, відповідно,
замикатися кліпсами світильник.

Рисунок 4.3 - Зображення даного світильника
Технічні характеристики SPB-T5 5W 230B 4000K 450lm 300mm
4690612004921
Тип монтажу - Накладається
Тип - Стіна/стеля
Потужність лампи - 5 Вт
Цоколь - немає (вбудовані світлодіоди)
Тип лампи - вбудовані світлодіоди
Матеріал корпусу/відтінку/фурнітури - Пластикові
Колір відтінку / армування - білий/білий
Кольоровість - натуральний білий (3300-5000 К)
Напруга живлення - 220 В
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
66
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Довжина світильника - 280 мм
Ширина світильника- 23 мм
Датчик увімкнення живлення- ні
Тип лампочки - ні
Світловий потік - 350 лм
Кут світіння - 120 м.
Захист від пилу та вологи - IP40
Розміри без упаковки - 280x23x37 мм
Вага нетто - 0,125 кг
Передача кольору - 80 ра
Стійкість до проливання - ні
Захист від пилу - так
Форма корпусу - прямокутник
Робоча температура - від +1 до +40 °C
В даному типі світильника використовується n = 2 ламп, потужність
кожної лампи становить 5 Вт. Сумарна потужність 10 Вт.
Визначимо світловий потік Fл для обраної лампи. Даний світильник є
світлодіодним, так як в ньому використовується світлодіодна стрічка B-LED
SMD5730, що відповідає за освітлення в світильнику. Світловий потік Fл =
450 лм.
Світлодіодні лампи (LED) – це освітлювальні пристрої, в якості джерела
світла в якому застосовуються світлодіоди. Вважається, що вони є одними з
найбільш екологічно чистими джерелами світла. При пропущенні струму за
рахунок електронно-діркового переходу при протіканні струму дане
обладнання випромінює видиме світло. Іншими словами, напруга, яка
проходить через лампу перетворюється в фотони світла, що й дає лампі
світитися. Особливої утилізації світлодіодні лампочки не вимагають як,
наприклад, ртутні. Світлодіодні світильники, є найкращими для використання,
тому що мають переваги над іншими аналогами: високий термін служби та
надійність до 20000 годин роботи та мають велику світловіддачу 90 лм/Вт.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
67
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Перед газорозрядними лампами та лампами розжарювання LED лампи
мають певні переваги. Період розгорання газорозрядних ламп може досягати
10 хвилин, і при використовуванні даних ламп через пульсацію світлового
потоку можлива поява стробоскопічного ефекту. Перевагою LED лампи
перед лампами розжарювання є більша економічність електроенергії. Якщо
лампа розжарювання світиться за рахунок нагріву вбудованої в неї спіралі до
температури понад 30000С, то майже все споживання енергії йде саме на
отримання тепла, і лише 3% на вироблення світла. В випадку з світлодіодним
освітленням струм, який проходить через напівпровідниковий кристал, який,
в свою чергу, випромінює фотони з меншим нагріванням - дозволяє добитися
ККД до рівня 30% (в 10 разів більше). Таким чином, застосування
світлодіодів є більш економічним рішенням для освітлення приміщення
Використовуючи метод коефіцієнту використання світлового потоку
можна розрахувати кількість світильників для забезпечення нормативного
рівня штучного освітлення:
��
�� = н∗��∗��∗��з
��∗��л∗ 
де:
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2006);
S = A * B – Площа приміщення (А – довжина приміщення, Б – ширина
приміщення);
z - коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1 (для LED ламп);
Кз – Коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для даного приміщення Кз = 1,4);
n - кількість ламп у світильнику;
Fл – світловий потік лампи;
 - коефіцієнт використання, відн. од.
300∗28∗1∗1,5∗100
�� = = 17,5 = 18
2∗450∗ 80
Для даної науково-технічної лабораторії, виходячи з результатів,
потрібно встановити 18 світильника на усій площі стелі приміщення.
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
68
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Розрахунок потужності всіх світильників проводиться за формулою:
��в= ∑��
��=1 ����
де:
Pi – потужність лампи;
N – кількість ламп.
Отримуємо:
Pв = 2 * 5 * 18 = 180 Вт.
Розрахункове навантаження освітлювальної мережі визначаємо за
формулою:
Pp = Pв * Kc
де:
Kc – коефіцієнт попиту (В нашому випадку приміщення являється
адміністративною будівлею, тоді Kc = 0,9).
Отримуємо:
Pp = 180 * 0,9 = 162 Вт
Напруга, яка живить освітлювальну мережу, дорівнює 220 В. Для того,
щоб живити освітлювальну мережу потрібен дріт, який буде задовольняти
такі вимоги:
- Напруга повинна бути не нижче мінімальних значень на джерелах
світла;
- Для даного типу електропроводки механічна міцність має бути
достатньою;
- Дроти не мають нагріватись вище допустимої температури при
навантаженні.
Розраховуємо розрахунковий струм освітлювальної мережі:
����
Ip =
��ф∗������
де:
���� – розрахункове навантаження освітлювальної мережі;
Uф – Напруга 220В;
Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
69
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

cos - коефіцієнт потужності навантаження (Для LED ламп обираємо
0,95).
162
Ip = = 0,78
220∗0,95
Виходячи з отриманих результатів, можемо визначити, що дріт не
менше 0,5мм2 може використовуватися для проведення з’єднання
освітлювальної мережі.
Висновки
Аналізуючи умови праці, які були розглянуті в даній науково-технічної
лабораторії, можна сказати, що умови праці з ПК відповідають вимогам.
Чинники, які впливають на працівника, тобто об’єм та розміри робочого
місця, рівні шуму, вібрації, відносна вологість та освітленість, не
перевищують нормативних обмежень. Ергономічні показники робочого
місця та рівень зорової роботи – задовольняють вимогам і сприяють
зниженню втоми.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
70
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

Висновок
1. Проведено аналіз існуючих рішень для моніторингу повітря у
майстернях та визначити їхні основні переваги і недоліки.
2. Обґрунтувано вибір компонентів для системи на базі платформи
Arduino.
3. Розроблена схему та конструкцію системи.
4. Написана програмне забезпечення для збору даних з датчиків та
5. оповіщення про перевищення безпечних рівнів токсичних речовин.
6. Проведено тестування розробленої системи в умовах, наближених до
реальних, та оцінити її ефективність.
Система оповіщення про токсичні випаровування на платформі Arduino є
актуальною та перспективною темою дослідження, яка має значний
потенціал для покращення безпеки та захисту людей від впливу токсичних
речовин. Завдяки своїм перевагам, таким як низька вартість, простота
використання, гнучкість та ефективність, ця система може бути широко
впроваджена в різних середовищах, таких як промислові об'єкти, житлові
будинки, лабораторії та інші місця, де існує ризик виникнення токсичних
випарів.

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
71
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. https://arduino.ua/prod1245-modyl-datchika-gaza-mq-4
2. https://cloud.itstep.org/blog_3/arduino-c-programming-language-
simple-about-complex
3. https://doc.arduino.ua/ru/hardware/Uno
4. https://lesson.iarduino.ru/page/urok-4-podklyuchenie-lcd1602-po-i2c-
k-arduino/
5. https://microteh.ck.ua/index.php?route=product/product&path=1_809
99&product_id=16642
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
7. https://arduino.ua/prod1245-modyl-datchika-gaza-mq-4
8. https://blackchip.com.ua/ru/dinamiki-mikrofony/zvukoizluchatel-
kpx1205a/
9. https://luxpro.ua/ua/articles/208-
sistema_opovishchennya_priznachennya_skladovi_printsip_roboti
10. https://cloud.itstep.org/blog_3/arduino-c-programming-language-
simple-about-complex
11. http://surl.li/uihma
12. https://www.mini-tech.com.ua/ua/datchik-gaza-mq-4
13. https://arduinomaster.ru/platy-arduino/maketnaya-plata-arduino/
14. https://uk.wikipedia.org/wiki/Arduino
15. https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
16. http://surl.li/uihmu
17. http://surl.li/uihnf
18. https://klmaster.com/ua/catalog/jki-displey-1602a-548/
19. https://youtu.be/hSYCt7LrYxQ?si=kv9PtKRhKxhJvo3W
20. https://srituhobby.com/how-to-use-mq2-gas-sensor-with-ardui
21. https://rtrs.chdtu.edu.ua/graduation/metodychni-rekomendacziyi-2/ -
«Методичні рекомендаціі для роботи бакалавра»

Арк.
РТ-205.024409.248 ПЗ
72
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата

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