Розробка світлодіодного табло з динамічним керуванням

Мироненко, Денис Юрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8229

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Воробкало, Тетяна Василівна	-
dc.contributor.author	Мироненко, Денис Юрійович	-
dc.date.accessioned	2026-03-13T11:08:34Z	-
dc.date.available	2026-03-13T11:08:34Z	-
dc.date.issued	2020	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8229	-
dc.description.abstract	Мета роботи – розробка надійного, ефективного та відносно недорогого електронного інформаційного табло з дінамічним керуванням і широкими функціональним характеристикам (кілька варіантів зміни тексту повідомлення, вбудований годинник і термодатчик, універсальне живлення табло).	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	світлодіодне табло	uk_UA
dc.subject	матричний індикатор	uk_UA
dc.subject	динамічний спосіб керування	uk_UA
dc.subject	мікроконтролер	uk_UA
dc.title	Розробка світлодіодного табло з динамічним керуванням	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Мироненко_Воробкало.pdf Restricted Access		2.15 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

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

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)

на тему: Розробка світлодіодного табло з динамічним керуванням

Виконав: студент 4 курсу, групи CКРТ-88
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Мироненко Д.Ю.
(прізвище та ініціали)
Керівник Воробкало Т.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Колесніков Д.В.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2020 року
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічних систем
Спеціальність 172 – «Телекомунікації та Радіотехніка»

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

« » 2020 р.

ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) здобувачу освітнього ступеня
«бакалавр»
(назва ступеня)
Мироненко Денису Юрійовичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка світлодіодного табло з динамічним керуванням

затверджена наказом по університету від « 24 » 02.2020 р. № 76/01
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 25.05.2020 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) дінамічне керування світлодіодною матрицею
роздільна здатність дисплея 16х96 пікселів, кольори світіння – зелений, червоний та жовтий,
довжина повідомлення понад 1000 символів, інтерфейс RS-232 з гальванічним розв’язком,
живлення від мережі 220 В або акумулятора 12 В

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)______
Вступ 1. Аналіз аналогічних пристроїв. 2. Розробка структурної схеми пристрою,
3. розробка та розрахунок принципової схеми пристрою. 4. охорона праці. Висновки.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема структурна, Схема електрична принципова, Друкована плата, Складальне креслення,
Плакат з охорони праці

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

7. Дата видачі завдання
Керівник Т.В. Воробкало
(підпис) (ініціали, прізвище)
Студент
(підпис) (ініціали, прізвище)

Календарний план
Пор. Назва етапів дипломного Т е р м і н виконання етапів П р и мітка
№ проекту (роботи) проекту (роботи)
1. Інформаційно-технічний пошук
та огляд літератури 16.02.2020
3. Обґрунтування технічного завдання 01.03.2020
4. Розробка структурної схеми пристрою 20.03.2020
5. Розробка принципової схеми пристрою 01.04.2020
6. Розрахунок схеми 10.04.2020
7. Охорона праці 30.04.2020
25.05.2020
8. Оформлення пояснювальної записки
9. Оформлення креслень 12.06.2020

Студент Д.Ю. Мироненко
(підпис)
Керівник проекту Т.В. Воробкало
(підпис)

ЗМІСТ
сторінка
Вступ ………………………………………………………………………………...5

Розділ 1. ІНФОРМАЦІЙНИЙ ПОШУК ТА АНАЛІЗ
АНАЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ ……..…................................................................7
1.1. Світлодіодні індикатори ………………………………………………….7
1.2. Принцип роботи світлодіодного матричного індикатора ……………..10
1.3. Класифікація електронних інформаційних табло ……………………...13
1.4. Промислові електронні інформаційні табло……………………………16
1.5. Аматорські електронні інформаційні табло……………………………19

Розділ 2. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ……...26
2.1. Обґрунтування технічного завдання........................................................26
2.2. Розробка структурної схеми …….………………………………………27

Розділ 3. РОЗРОБКА ТА РОЗРАХУНОК ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ …………...........................................................................................32
3.1. Вибір мікроконтролера ………….............................................................32
3.2. Вибір світлодіодних матриць дисплея ………........................................37
3.3. Розрахунок лічильника-дешифратора та перемикача рядків …………38
3.4. Розрахунок зсувних регістрів та буферних підсилювачів …………….40
3.5. Розрахунок ПЗП даних та ПЗП знакогенератора………………………44
3.6. Розрахунок годинника реального часу та джерела резервного
живлення………………………………………………………………….46

СКРТ88.020.060.248 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Мироненко Д.Ю Розробка світлодіодного табло Літ. Арк. Акрушів
Є Пведроеквиірм.е нко Воробкало Т.В. з динамічним керуванням 3 74

Н. Контр. Воробкало Т.В. ЧДТУ
Затверд. П алагін В.В.
3.7. Розрахунок панелі керування……………………………………………48
3.8. Розрахунок вузла гальванічного розв’язку та інфрачервоного
датчика…………………………………………………………………....50
3.9. Розрахунок перетворювача напруги та стабілізатора напруги………..54

Розділ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ..................................................................................58
5.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника науково-технічної лабораторії ……………………................58
5.2. Модернізація системи загального штучного освітлення ……………...64

Висновки ............................................................................................................…..73
Список використаної літератури….....................................................................74
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
4
Змн Арк № докум. Підпис Дата

ВСТУП

Подати інформацію так, щоб вона дійшла до кінцевого споживача - завдання,
яке ставлять перед собою багато підприємців. Відмінним виходом в такій ситуації
стають світлодіодні інформаційні табло, які дозволяють демонструвати будь-яке
зображення навіть в умовах поганої видимості і в темний час доби.
Один з найефективніших способів розмістити інформацію, наприклад, про
ваші товари або послуги на сьогоднішній день – це електронне табло «рядок, що
біжить». Такий пристрій завжди привертає увагу людини за рахунок своєї
динаміки. Звернувши один раз свою увага на рекламний рядок, людина в 99 %
випадках дочитає текст до кінця.
Світлодіодне табло – це особливий електронний пристрій, який призначений
для відображення різної текстової інформації. «Рядок, що біжить» дозволяє
відтворювати досить великий обсяг інформації на малій площі табло за рахунок
горизонтального переміщення тексту. Завдяки своїй енергонезалежній пам'яті,
електронне табло може протягом досить тривалого часу зберігати інформацію,
введену в нього раніше. При цьому збереження інформації в пам'яті електронного
табло не залежить від наявності живлячого напруги в мережі. Ресурс пам'яті
досить великий й дозволяє запам'ятовувати десятки тисяч знаків.
В якості робочих елементів в подібних табло використовуються такі
елементи, як світлодіоди. Найчастіше основним кольором випромінювання діодів
табло вибирають жовтий, червоний, та зелений.
Переваги табло «рядок, що біжить» на світлодіодах цілком очевидні. По-
перше, це підвищена надійність. Конструкція світлодіодного табло надійно
захищена від проникнення вологи й пилу за рахунок герметичності корпусу.
По-друге, світлодіоне табло має порівняно низьке енергоспоживання, яке
дозволяє суттєво знизити витрати на електроенергію.
По-третє, як вуличне табло, так і табло, призначене для приміщень, має
досить високу яскравість. Високоякісні світлодіоди електронного «рядка, що
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
5
Змн Арк № докум. Підпис Дата

біжить» забезпечують відмінну видимість й читабельність інформації. У
виробництві світлодіодних табло використовуються сучасні покриття, які
виключають можливість появи відблисків і викривлень на їх поверхні при
розміщенні табло на вулиці.
Подібні рекламні носії дуже компактні. Табло можна встановити практично в
будь-якому місці: у приміщенні, на фасаді або даху будинку, на вітрині магазину,
в транспорті. Також електронний «рядок, що біжить» можливо розмістити на
великому рекламному щиті. Таке розміщення рядка з рекламою дозволяє
привернути додаткову увагу до основної рекламної конструкції.
Але самою, мабуть, незаперечною перевагою світлодіодного табло є
можливість самостійно змінювати текст рекламного або інформаційного
оголошення. Така особливість інформера найкраще відповідає сучасному
динамічному ритму життя. В комплекті з табло завжди додається програма для
керування ним. За її допомогою користувач може як змінювати текст
інформаційного повідомлення, так і вибирати ефект виводу інформації на екран:
горизонтальний або вертикальний зсув тексту, напрямок зсуву, різноманітні
динамічні ефекти.
Застосовується два поширені методи управління світлодіодним індикатором -
статичний і динамічний. При статичному способі використовується безпосереднє
управління кожним пикселом матриці. Динамічний метод передбачає почергове
включення різних груп елементів відображення зі швидкістю, що перевищує час
реакції людського ока. Останнім часом, завдяки своїм перевагам широко
використовується саме дінамічне керування.
Тому метою даної випускної дипломнії роботі є розробка надійного,
ефективного та відносно недорогого електронне інформаційного табло з
дінамічним керуванням і широкими функціональним характеристикам (кілька
варіантів зміни тексту повідомлення, вбудований годинник і термодатчик,
універсальне живлення табло) та вигіднішій вартості, пристрій повинен мати
гарний попит на нашому ринку.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
6
Змн Арк № докум. Підпис Дата

1. ІНФОРМАЦІЙНИЙ ПОШУК ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІЧНИХ
ПРИСТРОЇВ

1.1. Світлодіодні індикатори

Світлодіодним індикатором називається електронний пристрій, в конструкції
якого міститься кілька світлодіодів. Кожен світлодіод індикатора є частиною
цілого з тим, щоб кілька світлодіодів індикатора, будучи включені в певній
комбінації, могли б сформувати певний символ або складне зображення [1].
Світлодіоди індикатора можуть бути як одноколірними, так і кольоровими.
Як правило, одноколірні індикатори містять в собі червоні, жовті, зелені або сині
світлодіоди, а багатоколірні - RGB світлодіоди.
Складові світлодіодні індикатори можуть бути різної форми: круглі,
квадратні, прямокутні, SMD світлодіоди і т. д. (рис.1.1.). Багатоколірні
світлодіоди здатні змінювати колір світіння за допомогою відповідного
управління схемою живлення індикатора.

Рис.1.1. Складові світлодіодні індикатори

Одноколірні сегментні світлодіодні індикатори дозволяють зображати цифри
[2]. Приклад найпростішого індикатора даного типу - bs-c506rd або bs-a506rd -
семисегментний індикатор червоного кольору, який утворює цифру з точкою.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
7
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Усередині корпусу цього індикатора встановлено 8 світлодіодів, катоди (bs-
C506rd) або аноди (bs-A506rd) яких об'єднані на одному загальному виводі.

Рис.1.2. Семисигментний індикатор

Більш складні світлодіодні індикатори - матричні, на зразок BM-20288MD
або BM-20288ND. Саме в даних моделях міститься 64 світлодіода, катоди (BM-
20288MD) яких об'єднані так, що утворюють 8 окремих рядків, а аноди - 8
окремих стовпців. Практично на базі такого індикатора можна зобразити будь-
який символ (букву, цифру, знак або навіть невелику картинку) з дозволом 8х8
точок.

Рис.1.3. Матричнийі світлодіодний індикатор
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
8
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Переваги матричних індикаторів [3]:
• Велика кількість видів символів: цифри, літери різних алфавітів
(залежить від роздільної спроможності індикаторів), як великі, так і малі,
розділові знаки, псевдографіка, й навіть прості малюнки;
• Звичніша і сприйнятніша для зору форма символу, у порівнянні з
сегментними індикаторами, що є суттєвим при зображенні літер та інших
символів.
Недоліки у порівнянні із сегментними індикаторами
• Більша складність схеми керування виведенням зображення;
• Вища ціна елементної бази та схемної реалізації;
• Менша надійність за рахунок складності конструкції та числа
компонентів.
Схема включення індикатора містить індивідуальні ланцюги для живлення
кожного світлодіода в складі індикатора [4]. Спосіб побудови цих ланцюгів
залежить від призначення виводів на корпусі індикатора, що легко можна
дізнатися зазирнувши в даташит.
Живлення світлодіодів індикатора часто здійснюється прямо від виводів
спеціалізованих цифрових мікросхем ТТЛ, власне номінальна напруга живлення
яких, як правило становить 5 вольт, а розробнику залишається лише підібрати
номінали струмообмежувальних резисторів. Звичайне для світлодіодів падіння
напруги не перевищує 3 вольта, а робочий струм (в межах декількох мА) значно
менше того, що в змозі потягнути практично будь-яка сучасна мікросхема.
Однак, перш ніж живити індикатор прямо від мікросхеми, її параметри
завжди необхідно точно узгодити з майбутньою навантаженням (з параметрами
обраного індикатора). Якщо ж напруга живлення мікросхеми менше необхідного,
то доведеться скористатися виодами з відкритим колектором, до яких подати
необхідну светодиодам індикатора напругу (вище ніж у мікросхеми). В крайньому
випадку доведеться додати зовнішні транзистори.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
9
Змн Арк № докум. Підпис Дата

1.2. Принцип роботи світлодіодного матричного індикатора

Матричний індикатор повинен дозволяти управління кожним пікселем
індикатора. Застосовується два поширені методи управління - статичний і
динамічний (мультиплексний, растровий).
Статичний спосіб управління.
При статичному способі використовується безпосереднє управління кожним
пикселом матриці. Кожен елемент зображення має осередок пам'яті і
світлодіодний драйвер. Така схема включення використовується в матрицях з
великим розміром пікселя, коли потужність і вартість драйвера значна. Крім того,
статична схема включення застосовується в пристроях з високими вимогами до
електромагнітного випромінювання.
Тобто при статичній індикації кожен сегмент індикатора постійно
знаходиться в одному з двох станів - включений або виключений. Її основна
перевага в тому, що після виведення інформації, наприклад в зсувний регістр,
стан індикатора не зміниться поки не будуть змінені дані в цих регістрах. Тому
напруга на сегментах присутня постійно і яскравість індикатора буде
максимальною. Крім цих двох плюсів є також два великих мінуса. По-перше
потрібна велика кількість регістрів (один розряд - одна мікросхема), потрібна
купа резисторів - по одному на кожен сегмент. Можна звичайно поставити
спеціальні драйвери (щось на зразок mbi5026), яким резистори не потрібні і
виходів і них більше (аж 16 штук), але вони коштують грошей. І по-друге всі
збірки, в яких від 3 і більше розрядів, йдуть із сполученими сегментами і статично
їх використовувати просто не вийде.
Динамічний спосіб управління індикатором
Для спрощення схеми управління, а також, для зниження кількості виводів
індикатора, використовується динамічний спосіб управління. Динамічний метод
передбачає почергове включення різних груп елементів відображення зі
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
10
Змн Арк № докум. Підпис Дата

швидкістю, що перевищує час реакції людського ока. Незважаючи на те, що
зображення на індикаторі при такому способі управління в кожен момент часу
неповне, око людини інтегрує його і бачить цілісну картинку. На схожому
принципі формується зображення на екрані телевізора з ЕПТ.

Рис. 1.3 Схема матричного індикатора

Розглянемо, для прикладу, світлодіодний монохромний матричний індикатор
5 х 7 пікселів (рис.1.3). Для реалізації динамічного способу управління, всі
світлодіоди в рядах об'єднуються по катодам, а в стовбцях - за анодам. Видно
економія виводів індикатора - замість 70 виводів вийшло 12. На аноди послідовно
подаються позитивні періоди напруги (фази), на катоди подається негативний
сигнал (код). Для формування повного зображення, необхідно для кожного
стовпця (фази) послідовно встановити відповідний скан-код. Так для індикатора
на п'ять стовпців по сім пікселів в стовпці, необхідно встановити для кожної з
п'яти фаз код з семи ліній (біт). Весь цикл обробки індикатора повинен укластися
в 20 мс (50 Гц) або менше, для того, щоб картинка на дисплеї була стійкою і
тремтіння зображення було непомітним. З урахуванням можливого биття
яскравості, що виникають на тлі роботи люмінесцентних ламп освітлення, частоту
оновлення бажано збільшити до 100 і більше Гц.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
11
Змн Арк № докум. Підпис Дата

У розглянутому варіанті всі світлодіоди в рядах об'єднуються по катодам.
Існує варіант виконання матричних індикаторів, в яких світлодіоди в рядах
об'єднуються по анодам. Маленькі матричні індикатори мають по одному
світлодіоду в пікселі. При збільшенні розмірів, в пікселі може бути встановлено
кілька світлодіодів, включених послідовно. Таким чином, поліпшується
рівномірність світіння і підвищується яскравість пікселів.
Матричні індикатори можуть бути великих розмірів, з кількістю рядів і
стовпців, які значно перевищують розглянутий варіант. Однак, збільшувати
шпаруватість відповідно до кількості стовпців не завжди можливо. Для
світлодіодних матричних індикаторів шпаруватість рідко роблять більш 16. Це
обмеження задається виробником матричних індикаторів у вигляді обмеження
максимально допустимого імпульсного струму для кожного пікселя.
Світлодіод - малоінерційний прилад індикації, тому найчастіше яскравістю
світіння світлодіодів керують за допомогою діммірованія - зниження яскравості
при швидкому мерехтінні з різною шпаруватістю. Яскравість світлодіода, видима
оком, практично пропорційна тривалості його горіння в такому режимі. Чим
більше шпаруватість - тим менше яскравість. У динамічних схемах індикації,
коли світлодіоди в індикаторі вже запалюються з певною шпаруватістю, процес
управління яскравістю накладається на процес оновлення (сканування) екрану і
частота перемикання значно підвищується. Так для управління розглянутим вище
одноколірним індикатором з 256 рівнями яскравості, частота сканування
збільшується в 256 разів.
Для того, щоб виготовити кольоровий матричний індикатор, в кожен піксель
встановлюють два і більше різнокольорових світлодіоди. Виводи фази (колонки) в
таких матрицях підключаються до анодів всіх світлодіодів в колонці, а код
подається окремо на ряди першого, другого, і далі, кольорів. Якщо в індикатор
встановлені світлодіоди трьох кольорів (R - червоний, G - зелений, B - синій),
такий індикатор називається повнокольоровим. За допомогою таких індикаторів
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
12
Змн Арк № докум. Підпис Дата

створюються повнокольорові графічні табло, які здатні працювати в True-color
режимі (24 біт на піксель).
Матричні індикатори застосовуються для відображення цифро-буквеної
інформації в різних областях людської діяльності. Наприклад, індикатор 5х7
пікселів, дозволяє зобразити всі символи латинського та російського алфавітів в
досить пізнаваному вигляді.
Матричні світлодіодні індикатори застосовуються у вигляді поодиноких
символьних індикаторів, або у вигляді безперервних графічних полів різної
розмірності. Так, наприклад, з індикаторів 5 х 7 пікселів може бути виготовлено
табло з розміром 7 х 30 пікселів для відображення символьного рядка не більше
шести символів. Матричні індикатори з розмірами 8 х 8 пікселів застосовуються
для виготовлення безперервних графічних екранів або табло рядок, що біжить.
Вибір розмірності 8 х 8 пікселів обумовлений розміром байта і номенклатурою
випущених драйверів світлодіодів. На таких екранах можливе відображення
графічних картинок, многострочной символьної інформації. А при використанні
повнокольорових індикаторів, створюються графічні відео екрани - вуличні
телевізори.

1.3. Класифікація електронних інформаційних табло

Існує багато параметрів, за якими класифікують сучасні електронні
інформаційні табло. Основні з них: за призначенням, за умовами експлуатації, за
джерелом живлення тощо [3].
За призначенням інформаційні табло розділяються на наступні типи:
• вивіски й логотипи;
• табло курсів валют;
• цінові табло;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
13
Змн Арк № докум. Підпис Дата

• електронні годинники;
• «рядки, що біжать»;
• електронні екрани.
Вивіски та логотипи мають статичне зображення. В них використовується
світлодіодне або неонове підсвічування, яке горить постійно або блимає.
Використання таких електронних рекламних носіїв є найбільш дешевим, але
малоефективним.
Табло курсів валют використовують в комерційних банках та в пунктах
обміну валюти. Найчастіше вони мають настінне виконання, розміщуються як
ззовні банку, так і всередині приміщення.
Цінові табло використовуються майже на кожній автозаправній станції
(АЗС). Інформація на табло змінюється за допомогою інтерфейсного кабелю,
пульту ДК або кнопок на корпусі табло. В них обов’язково передбачений захист
від вологи та пилу.
Сучасні електронні годинники зазвичай крім основної функції також
інформують про поточну дату, а також та температуру зовнішнього середовища.
Багато різних установ прикрашають ними свої фасади, щоб привернути увагу.
Робота табло-годинників цілком автономна, не потребує регулярного втручання.
«Рядки, що біжать» мають універсальне призначення. Їх використання більш
ефективне, ніж в попередніх типах табло. В них може використовуватись як
текстова, так і графічна інформація. Форма таких табло завжди у вигляді стрічки.
Рядки виробляють в двох варіантах виконання: для вуличного та кімнатного
використання. В рядках для виличного використання встановлюється функція
автоматичного підстроювання яскравості світіння в залежності від зовнішнього
освітлення. Це дозволяє комфортно сприймати інформацію в широкому діапазоні
освітлення: від повної темряви до прямого сонячного світла. В «рядках, що
біжать» інформаційний текст регулярно змінюють; для дистанційного керування
рядками використовується інтерфейсний кабель або радіомодем. Багато видів
«рядків, що біжать» мають єдиний метод зміни тексту на табло – зсув інформації
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
14
Змн Арк № докум. Підпис Дата

вліво. Часто це обумовлено схемотехнічними особливостями побудови таких
пристроїв.
Електронні екрани містять в собі всі переваги «рядків, що біжать», але вони
значно більші за розміром. Екрани мають не форму стрічки, а квадратну або
прямокутну форму. В екранах зміна інформації не обмежується її зсувом, в них
можуть бути використані різноманітні відеоефекти, що значно привертає увагу
спостерігачів. Сучасні електронні екрани мають широкий спектр кольорів
випромінювання (повнокольорові екрани), що дозволяє їх використовувати навіть
для демонстрації фільмів.
За умовами експлуатації електронні інформаційні табло розділяють на такі
типи:
• для приміщень;
• вуличного використання;
• для транспортних засобів.
Табло, призначені для використання лише в приміщеннях, мають меншу
вартість через мінімум вимог до них. Це обумовлено тим, що вони працюють в
нормальних температурних умовах (від +10°С до +40°С) та при нормальній
вологості.
Табло для вуличного використання працюють в широкому температурному
діапазоні, що підвищує вимоги до більш ретельного вибору електронних
компонентів табло. Корпус такого пристрою повинен бути антикорозійним із
захистом від вологи та пилу. Яскравість світіння табло повинна автоматично
регулюватись при зміні освітлення. Все це ускладнює пристрій та призводить до
підвищення вартості.
До табло, призначених для використання в транспорті, насамперед додаються
вимоги вібростійкості. Для цього масивні елементи на платах табло фіксують
компаундом або іншим герметиком. Роз’єми, з’єднувачі, а також елементи
кріплення також повинні мати надійну фіксацію.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
15
Змн Арк № докум. Підпис Дата

В якості джерела живлення електронні інформаційні табло використовують
мережу 220 V або напругу живлення акумулятора транспортного засобу. В
пристроях, що не мають спеціального призначення, система живлення може бути
універсальною.

1.4. Промислові електронні інформаційні табло

На сучасному ринку представлена велика кількість різноманітних
електронних інформаційних табло [6]. Розглянемо кілька з них, які близькі до
поставленого технічного завдання. Це будуть «рядки, що біжать» та екрани,
побудовані на основі світлодіодних матриць.
Використання світлодіодних матриць в динамічних інформаційних табло
виправдане тим, що сучасні ультраяскраві світлодіоди мають низку переваг, серед
яких:
• високу силу світла;
• зручність керування ними;
• широкий температурний діапазон роботи;
• довгий термін служби;
• достатня номенклатура світлодіодних матриць.
В Украіні існує ряд компаній які виготовляють різноманітні електронні
табло: РПК «Артлайт», «СТАР ТРЕЙД», НВФ «ГРАНАТО», Ledbgs та ін. Вони
розробляють і виробляють світлодіодні табло різного призначення, вони
демонструють:
• курс валют;
• час (в цифровий індикації та з імітацією стрілок);
• дату;
• календар;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
16
Змн Арк № докум. Підпис Дата

• температуру повітря в приміщенні або на вулиці;
• графік руху транспорту;
• рахунок під час проведення спортивних змагань;
• рекламну інформацію;
• наявність вільних місць на парковці;
• вартість бензину або газу на заправках;
• логотипи компанії і різні малюнки;
Наприклад на рисунку 1.4 зображено світлодіодне електронне табло
«бегущая строка» виробника «СТАР ТРЕЙД», яке має наступні технічні
характеристики:
роздільна здатність (інформаційна ємність) – 16х160 пікселів;
кольори світіння рядка – червоний або зелений (монохромний);
висота рядка – 12 см;
довжина рядка – 120 см
Вартість табло складає 9760 грн.

Рис. 1.4. Табло виробника «СТАР ТРЕЙД»

На рисунку 1.5. зображено табло «GRAN-LEDO-05ct» НВФ «ГРАНАТО» (м.
Київ), яка займається розробкою та виготовленням виробів електронної техніки, в
тому числі й електронних інформерів. Табло «GRAN-LEDO-05ct» має наступні
технічні характеристики:
роздільна здатність (інформаційна ємність) – 32х128 пікселів;
колір світіння табло – зелений, червоний та жовтий;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
17
Змн Арк № докум. Підпис Дата

джерело живлення – мережа 220 В/50 Гц;
інтерфейс – RS-232.

Рис. 1.4. Табло «GRAN-LEDO-05ct»

Табло «GRAN-LEDO-05ct» має можливість перепрограмування без
персонального комп’ютера. Воно також містить енергонезалежний годинник
реального часу. Вартість табло «GRAN-LEDO-05ct» складає 12600 грн.
Також на ринку Украіни присутні і табло закордонного виробництва.
Наприклад «рядок що біжить» 100х20 Blue для внутрішнього застосування
китайського виробника (рис. 1.5)

Рис. 1.5. Рекламний біжучий рядок 100х20 Blue

Програмування даного табло здійснюється з компютера, через USB
"флешку", має вбудовані цифрові й аналоговий годинник, календар, збереження
інформації в пам'яті табло при відключенні від мережі,16 градацій яскравості і
100 режимів швидкості руху тексту, незалежна пам'ять (не потрібно постійне
підключення до комп'ютера), автоматичне відключення і включення за часом,
колір світіння - синій. Споживча напруга: 220 В. Розміри: 100 х 20 см

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
18
Змн Арк № докум. Підпис Дата

1.5. Аматорські електронні інформаційні табло

Висока вартість промислових електронних інформаційних табло заохочує
радіоаматорів до створення аналогічних пристроїв. Розглянемо кілька
аматорських табло.
На рисунку 1.6. зображена схема «рядка, що біжить» на мікроконтролері [7].
Вона служить для рекламно-інформаційних та розважальних цілей. Особливість
цієї схеми – у користувача є можливість без перепрограмування мікроконтролера
створювати (малювати) зображення за допомогою зручному інтерфейсу –
комп’ютерної PS/2 мишки.
Технічні характеристики «рядка, що біжить»:
• тип мікроконтролера – PIC16F877;
• роздільна здатність (інформаційна ємність) – 8х64 пікселів;
• мінімальний об’єм світлодіодниої матриці – 5х23;
• кольори світіння рядка – червоний або зелений (монохромний);
• об’єм графічного ЕППЗП – 2048 байт;
• напруга живлення – постійна стабілізована 5 В;
• режим введення інформації - ручний.
Комп’ютерна мишка підключається до мікроконтролера PIC16F877 через
роз’єм PS/2 (miniDIN-6) и обслуговується керуючою програмою контролера. До
виводів портів PC3, PC4 підключена мікросхема ЕППЗП 24С16 з послідовний
обміном по інтерфейсом I2C завдяки вбудованому в мікроконтролер модуля
MSSP, й працює на підвищеній частоті (1 МГц).
Рядки світлодіодної матриці підключені за допомогою шинного формувача
К555АП4, які мають потужні виходи. Стовпчиками матриці керують регістри
КР1533ИР24, кількість яких залежить від довжини «рядка, що біжить» – один
регістр обслуговує 8 стовпчиків.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
19
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 1.6. Принципова електрична схема «рядка, що біжить» на МК
PIC16F877

Недоліком даної схеми можна вважати лише ручне введення тексту та
графічної інформації (неможливість завантаження через персональний
комп’ютер). Також даний пристрій позбавлений вбудованого знакогенератора, що
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
20
Змн Арк № докум. Підпис Дата

уповільнює введення тексту. При необхідності регулярно змінювати
інформаційне повідомлення будуть виникати певні незручності, що значно
обмежує галузь використання такого інформаційного табло.
На рисунку 1.7. зображена інша схема «рядка, що біжить» [8]. Вона служить
для виведення рухомого повідомлення невеликого розміру. На відміну від
попередньої схеми, це табло має інтерфейс RS-232 для завантаження
повідомлення з персонального комп’ютера. Технічні характеристики цього
пристрою:
• тип мікроконтролера – AT90S2313 фірми «ATMEL»;
• роздільна здатність (інформаційна ємність) – 8х40 пікселів;
• кольори світіння рядка – зелений (монохромний);
• максимальна довжина повідомлення – 125 символів;
• напруга живлення – змінна або постійна нестабілізована 7…12 В.
В цій схемі для виведення вивід інформації на стовпчики застосовані зсувний
регістр з послідовним завантаженням й паралельним вивантаженням даних,
зібраний на п’яти мікросхемах DD1-DD5 74HC595.
Для керування рядками індикатора табло застосовано дешифратор DD7
74HC259. Буферний підсилювач DD8 ULN2003 використовується для збільшення
потужності виходів дешифратора, тому що максимальний струм індикатора може
досягати 400 мА. Транзистор VT1 використовується для узгодження рівнів
інтерфейсу RS-232 та мікроконтролера AVR при підключенні до комп’ютера.
Як недолік даної схеми слід відзначити відсутність гальванічного розв’язку
інтерфейсу RS-232, що може призвести по пошкодження пристрою під час
під’єднання до комп’ютера через різницю потенціалів. Також недоліком можна
вважати занадто малу максимальну кількість довжину тексту (лише 125 символів)
через використання лише вбудованого в мікроконтролер запам’ятовуючого
пристрою.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
21
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
22
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 1.7. Принципова електрична схема «рядка, що біжить» на МК AT90S2313

На рисунку 1.8. зображена більш досконала схема «рядка, що біжить» [8].
Порівняно з попередньою схемою, вона має більшу роздільну здатність дисплею,
значно більший об’єм тексту повідомлення, наявність гальванічного розв’язку з
комп’ютером. Технічні характеристики цього пристрою:
• тип мікроконтролера – PIC16F628;
• роздільна здатність (інформаційна ємність) – 8х96 пікселів;
• кольори світіння рядка – зелений (монохромний);
• максимальна довжина повідомлення – 59000 символів;
• об’єм знакогенератора – 2048 байт;
• інтерфейс – RS-232;
• інтервал робочої температури - -40…+50°С
• напруга живлення – постійна стабілізована 12 В.
Гальванічний розв’язок табло з комп’ютером здійснюється завдяки
застосуванню оптопари U1, яка передає сигнал від COM-порту до входу
мікроконтролера. Індикатор HL1 повідомляє про прийом даних.
В пам’яті мікроконтролера організовано образ (відеопам’ять) дисплея табло
об’ємом 96 байт (8х96 пікселів). Зміст цього образу постійно виводиться на
світлодіодну матрицю пристрою.
Мікроконтролер DD1 керує перемиканням рядків світлодіодної матриці через
селектор-мультиплексор DD2 К561КП2. Набір транзисторних перемикачів DD3
TD62083 підсилює вихідні сигналі DD2 й формує на затворах польових
транзисторів VT1-VT8 імпульси, які почергово відкривають їх, що включає таким
чином рядки дисплея табло.
Для вивантаження інформації в дисплей використовується зсувний регістр,
утворений ланцюгом мікросхем К561ИР2. Вихідні сигнали регістрів також
підсилюються транзисторними перемикачами TD62083. Для забезпечення роботи
дисплея 8х96 пикселів в регістрі використовується 12 мікросхем К561ИР2 та
TD62083.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
23
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 1.8. Принципова електрична схема «рядка, що біжить» на МК PIC16F628

Мікросхема пам’яті DS1 24С512 має об’єм 512 кбіт або 64 кБ. Вона містить в
собі і дані знакогенератора, і зміст інформаційного повідомлення.
Остання схема має переваги над іншими аматорськими пристроями, і вона
може бути використана як прототип інформаційного табло, що проектується.
Недоліком даної схеми можна вважати досить велику кількість корпусів
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
24
Змн Арк № докум. Підпис Дата

мікросхем для реалізації динамічного режиму дисплея (1 мультиплексор, 12
регістрів та 13 сбірок транзисторних ключів). Застосування сучасних
спеціалізованих мікросхем-регістрів дозволить виконати цю задачу більш
раціонально.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
25
Змн Арк № докум. Підпис Дата

2. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ

2.1. Обґрунтування технічного завдання

В даній дипломній роботі поставлене технічне завдання розробити надійне,
ефективне та відносно недороге електронне інформаційне табло з наступними
технічними характеристиками:
• роздільна здатність – 16х96 пікселів;
• кольори світіння дисплея – зелений, червоний та жовтий;
• максимальна довжина повідомлення – понад 1000 символів;
• інтерфейс – RS-232 з гальванічним розв’язком;
• напруга живлення – постійна 12 В або змінна 220 В/50 Гц.
Розглянуті аматорські інформаційні табло мають дисплей лише 8 пікселів по
вертикалі. На такому дисплеї можливий вивід тексту лише в один рядок. В деяких
випадках цього може бути недостатньо, й табло з більшою вертикальною
роздільною здатністю виграють у порівнянні з ними. Тому виправдано
застосування дисплею з 16 елементами по висоті; в таких дисплеях можливо
виводити текст у два рядки або ж друкувати повідомлення більшим шрифтом в
один рядок.
Також розглянуті саморобні пристрої мають монохромний дисплей.
Використання різнокольорового дисплею дозволить покращити ефективність
роботи табло через підвищення уваги спостерігачів. В спроектованому пристрої
буде використовуватись три кольори – зелений, червоний та жовтий як комбінація
двох попередніх.
В аматорських конструкціях мало уваги приділяється можливості швидко
замінити текст повідомлення на табло. Наш пристрій буде мати режим як
автоматичного завантаження інформаційного тексту з комп’ютера, так і ручної
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
26
Змн Арк № докум. Підпис Дата

корекції цієї інформації, яка вже міститься в пам’яті. Наприклад, при необхідності
виправити кілька символів тексту, це можна буде зробити з клавіатури табло.
В тих пристроях, де реалізовано інтерфейс RS-232, передавання даних від
комп’ютера здійснюється без зворотного зв’язку, що інколи може призводити до
помилок.
Використання в спроектованому пристрої універсального живлення з
широким діапазоном вхідної напруги дозволить застосовувати його як
стаціонарний пристрій, так і в громадського транспорті.
За прототип електронного інформаційного електронного табло будемо
використовувати пристрій, схема якого зображена на рисунку 1.8. Він потребує
наступного вдосконалення:
• роздільну здатність буде збільшено до 16х96 пікселів;
• монохромну світлодіодну матрицю буде замінено на різнокольорову
матрицю;
• табло буде доповнено клавіатурою для ручного введення інформації;
• інтерфейс RS-232 буде доповнено зворотним зв’язком;
• табло буде доповнено перетворювачем напруги, яке дозволить живити
його як від акумуляторів автобусів та тролейбусів, так і від мережі 220
В/50 Гц.
Вказані вище вдосконалення зроблять табло більш універсальним і
привабливим для покупців.

2.2. Розробка структурної схеми

Структурна схема розроблего електронного інформаційного табло зображена
на рисунку 2.1. Основним елементом структурної схеми є мікроконтролер.
Мікроконтролери останніх поколінь мають високу продуктивність, низьке
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
27
Змн Арк № докум. Підпис Дата

електроспоживання і помірну ціну, тому вони набули такої популярності при
розробці та виготовленні різних радіоелектронних пристроїв.
Мікроконтролер містить програму з алгоритмом роботи табло, яка
завантажується в нього при програмуванні. При необхідності оновити програмне
забезпечення мікроконтролера його підключають до програматора через
спеціальний роз’єм, розташований на платі табло.

Рис. 2.1. Структурна схема електронного інформаційного табло

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
28
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Для виводу текстової та графічної інформації служить дисплей. Він являє
собою матрицю об’ємом 16х96 елементів, складену зі світлодіодів. Керування
дисплеєм динамічне.
Для керування рядками дисплея служить лічильник-дешифратор. За його
допомогою мікроконтролер вибирає один з 16-ти рядків світлодіодної матриці.
Кожен рядок дисплею складається з 96 світлодіодів зеленого та червоного
кольору, що є занадто великим навантаженням для дешифратора. Тому
підсилення сигналів дешифратора здійснюється перемикачем рядків. Перемикач
рядків утворений 16 силовими ключами, здатними витримати струм
горизонтальної лінії дисплею.
Для керування стовпчиками дисплея служать зсувні регістри. Один регістр
завантажує дані для запалення зелених світлодіодів, інший – для червоних;
завантаження обома регістрами здійснюється синхронно. В схемі використані
швидкодіючі спеціалізовані регістри, які миттєво відправляють дані в буферні
підсилювачі.
Буферні підсилювачі здійснюють кілька функцій. По-перше, це підсилення
струму з регістрів для можливості запалення 16 світлодіодів одного стовпчика.
По-друге, вони виконують обмеження й стабілізацію вихідного струму для
надійної та безпечної роботи світлодіодів. По-третє, в цьому вузлі вхідні дані з
регістрів накопичуються, а вивантажуються при надходженні строб-імпульсів з
мікроконтролера. Це потрібно, тому що завантаження сигналів через регістри є
послідовним, а вивантаження даних на дисплей повинно бути синхронним
(паралельним).
До мікроконтролера підключено два елемента пам’яті – постійних
запам’ятовуючих пристроїв (ПЗП даних та ПЗП знакогенератора). В ПЗП даних
зберігається текст інформаційного повідомлення, а також спеціальні кодові
команди для керування зображенням, таких як: переключення шрифту, вибір
кольору (зелений, червоний або жовтий), зміна режимів виводу тексту (в один або
два рядки), зміна напрямку руху повідомлення тощо.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
29
Змн Арк № докум. Підпис Дата

В ПЗП знакогенератора записані шрифти: дрібний для виводу тексту в два
рядки та великий шрифт для крупного надпису в один рядок. Внутрішньої пам’яті
мікроконтролера недостатньо для збереження такої кількості даних, тому
застосування окремих елементів пам’яті є необхідним.
Для керування роботою табло та для незначної корекції тексту служить
панель керування. Вона матиме кнопки для роботи меню та кнопку вимкнення
табло. Для значної корекції тексту повідомлення буде можливо підключити
зовнішню комп’ютерну клавіатуру через вбудований в табло порт PS/2.
Годинник реального часу потрібен для індикації на дисплеї показників
поточного часу та дати. Також при включенні режиму таймера можлива не
цілодобова робота табло, а лише у визначений користувачем час. Це дозволить
економити електроенергію та значно подовжити ресурс роботи пристрою, якщо,
наприклад, табло знаходиться в офісному приміщенні і його цілодобова робота не
потрібна.
В якості термодатчика буде застосовано мікросхему цифрового термометра,
яка підключається до пристрою за допомогою однопроводної шини. До одного
такого входу можливо підключити кілька термодатчиків. Вони можуть бути
використані, якщо потрібно вивести на табло поточну температуру
навколишнього середовища.
Інфрачервоний датчик необхідний для керування табло за допомогою пульту
ДК (дистанційного керування). Такий режим буде зручним, якщо табло
розташоване у важко досяжному місці й контакт користувача з панеллю
керування неможливий.
Основним способом зміни інформаційного повідомлення табло є
перепрограмування пристрою за допомогою COM-порту комп’ютера.
Під’єднання табло до комп’ютера здійснюється через вузол гальванічного
розв’язку. Розв`язок потрібен для забезпечення вимог електробезпеки. При
відсутності в комп’ютері послідовного порту, табло підключається через адаптер
USB-COM.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
30
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Блок живлення табло утворений елементами: мережевий адаптер (зовнішній),
перетворювач напруги, стабілізатор напруги та джерело резервного живлення.
Зовнішній мережевий адаптер використовується, якщо табло живиться від
мережі змінного струму 220B. Якщо ж табло підключено до акумуляторної
батареї транспортного засобу, мережевий адаптер не підключають.
Завдяки перетворювачеві напруги табло буде пристосовано для роботи як від
акумуляторів з номінальною напругою 12 В, так і від акумуляторів 24 В.
Використаний в перетворювачі ШІМ-контролер матиме широкий діапазон вхідної
напруги, яка буде перетворена на стабілізовану постійну напругу.
Для надійної роботи мікроконтролера та інших цифрових мікросхем потрібна
стабілізована напруга 5 В. Її забезпечує стабілізатор напруги.
Джерело резервного живлення забезпечує напругою годинник реального
часу. Це необхідно для того, щоб хід годинника не зупинявся при нетривалих
перериваннях живлення інформаційного табло.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
31
Змн Арк № докум. Підпис Дата

3. РОЗРОБКА ТА РОЗРАХУНОК ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ

3.1. Вибір мікроконтролера

Основним елементом структурної схеми є мікроконтролер, тому почнемо
розрахунок електричної принципової схеми з вибору мікроконтролера згідно умов
технічного завдання.
Мікроконтролер повинен мати достатню продуктивність для обслуговування
динамічного дисплею та периферійних пристроїв. Для швидкої заміни
програмного забезпечення інформаційного табло мікроконтролер матиме SPI-
інтерфейс.
Дисплей інформаційного табло являє собою матрицю з роздільною здатністю
по горизонталі X=16 елементів, по вертикалі Y=96 елементів, кожен з яких
утворено двома світлодіодами. Розрахуємо об’єм відеопам’яті табло:

Z = X Y 2 = 96 16 2 = 3072 бит = 384 байт (3.1)

Таким чином, розмір оперативної пам’яті мікроконтролера повинен бути
понад 384 байти. Для роботи із зовнішніми мікросхемами пам’яті буде потрібен
вбудований двопроводний послідовний інтерфейс. Також буде потрібен
аналогово-цифровий перетворювач (АЦП). Для зв’язку з комп’ютером через
COM-порт мікроконтролер повинен мати вбудований послідовний порт USART.
Для підключення різних периферійних пристроїв мікроконтролер повинен
мати достатню кількість вхідних/вихідних портів та розвинену систему
внутрішніх таймерів.
Виберемо мікроконтролер фірми „ATMEL Corp.” (США). За останні роки ці
мікроконтролери набули великої популярності, приваблюючи конструкторів
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
32
Змн Арк № докум. Підпис Дата

вигідним співвідношенням „ціна-швидкодія-енергоспоживання”, зручними
режимами програмування, доступністю програмно-апаратних засобів підтримки
та широкою номенклатурою кристалів.
Мікроконтролери сімейства Mega мають найбільш розвинену периферію,
порівняно більший розмір пам’яті програм та даних. Вони призначені насамперед
для застосування в контролерах різних периферійних пристроїв, в складній
офісній техніці. Мікроконтролери цього сімейства мають блок переривань,
сторожовий таймер та допускають перепрограмування безпосередньо в готовому
пристрої.
Для нашої задачі вибираємо мікроконтролер ATmega48-20PU [9]. Він являє
собою низьковольтний, високопродуктивний, 8-ми бітний AVR-мікроконтролер із
Flash пам’яттю та передовою RISC-архітектурою (рис.3.1). Він має вбудовані
інтерфейси: SPI, USART, двопроводний послідовний.
Основні технічні параметри мікроконтролера ATmega48-20PU:
• розрядність – 8;
• максимальна тактова частота – 20 МГц;
• продуктивність – до 20 MIPS на частоті 20 МГц;
• кількість команд – 130, більшість яких виконується за один тактовий
цикл;
• об’єм FLASH-пам’яті – 4 KБ;
• об’єм EEPROM-пам’яті – 256 байт;
• об’єм статичної оперативної SRAM-пам’яті – 512 байт;
• кількість каналів внутрішніх АЦП – чотири 10-бітних та два 6-бітних;
• таймери – два 8-розрядних та один 16-розрядний;
• кількість каналів ШІМ – 5;
• кількість програмувальних ліній вводу-виводу – 23;
• напруга живлення – від 4,5 до 5,5 В;
• ресурс – 10000 циклів запису-стирання;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
33
Змн Арк № докум. Підпис Дата

• дворівневий захист програмування пам’яті;
• 15 програмувальних ліній вводу-виводу;
• максимальний вихідний струм – I0 = 20 мА;
• максимальний споживчий струм – ICC = 12 мА;
• температурний діапазон – -40...+85С;
• тип корпусу – PDIP28.

Рис. 3.1. Розташування виводів мікроконтролера ATmega48-20PU

На рисунку 3.2 зображена архітектура мікроконтролера ATmega48-20PU, а на
рис. 3.2 – його розташування виводів. Виводи портів мають цільове призначення,
тому розробку електричної принципової схеми слід робити з урахуванням цієї
особливості.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
34
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.2. Архітектура мікроконтролера ATmega48-20PU

Для живлення мікроконтролера використовуємо стабілізовану напругу
живлення:
U Ж = 5B , (3.2)
Для підвищення продуктивності та стабільності роботи мікроконтролера
його тактовий генератор працюватиме із зовнішнім кварцовим резонатором.
Схема підключення резонатора показана на рисунку 3.3. Частоту генерації
вибираємо максимальну – 20 МГц, а кварцовий резонатор ZQ1 типу РК100КА-
12БН-20000К (з частотою резонансу 20 МГц).
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
35
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Згідно рекомендацій виробника [6] ємність конденсаторів C1, C2 повинна
бути в межах від 12 до 22 пФ. Вибираємо C1 та C2 ємністю 15 пФ типу К10-17Б-
М7500-100пФ±10%-16В.
Зовнішній ланцюг скидання відсутній, тому що AVR-мікроконтролери
сімейства Mega мають вбудоване автоматичне скидання при ввімкненні або
тимчасовому перериванні живлення.
Для здійснення перепрограмування МК ATmega48-20PU використовується
роз’єм Х1, контакти якого під’єднані до ланцюгів SPI-інтерфейсу
мікроконтролера. Такий спосіб дозволяє завантажувати програмне забезпечення в
мікроконтролер не до монтажу радіоелементів на печатних платах, а вже після
збирання всього пристрою, що спрощує процес його виготовлення. Роз’єм X1
вибираємо типу IDC-06MS (BH-06).
Живлення АЦП мікроконтролера здійснюється через фільтр R6C4. Для
підвищення завадозахищенності джерела опорної напруги мікроконтролера
підключено конденсатор C5. Згідно рекомендацій виробника [9] ємності
конденсаторів C3…C5 вибираємо 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-0,1мкФ±10%-В), а опір
резистора R6 – 100 Ом (С2-23-0,25-100Ом±5%). Всі резистори цифрової частини
табло вибираємо потужністю 0,25 Вт [7].

Рис. 3.3. Схема підключення резонатора, ланцюгів живлення
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
36
Змн Арк № докум. Підпис Дата

3.2. Вибір світлодіодних матриць дисплея

Наступним кроком виберемо тип світлодіодних матриць дисплея, тому що
цей вибір впливає на розробку сусідніх блоків – перемикача рядків та буферного
підсилювача.
Дисплей містить 16х96 точок. Будемо його складати зі світлодіодних
матриць 8х8. Кількість матриць по вертикалі (A) та по горизонталі (B):
16
A = = 2
8 , (3.3)
96
B = =12
8 . (3.4)
Потрібна загальна кількість світлодіодних матриць 8х8:
N = AB = 2 12 = 24 . (3.5)
Керування рядками дисплею буде по катодам світлодіодів, а буферний
підсилювач керуватиме стовпчиками по їх анодам.
Виберемо світлодіодні матриці TBC15-11EGWA фірми «Kingbright» [10]
(рис. 3.4). Їх основні технічні параметри:
• колір випромінювання – зелений (GaP) та червоний (GaAsP/GaP);
• типовий струм через світлодіод – IHG = 20 мА;
• падіння напруги на світлодіоді – 2,2 В (зелений) та 2,0 В (червоний);
• розмір символу – 1,5 дюйма (38 мм);
• діаметр точки – 3,7 мм;
• конфігурація – загальний катод;
• температурний діапазон – -40...+85С.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
37
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.4. Конфігурація елементів світлодіодної матриці TBC15-11EGWA

3.3. Розрахунок лічильника-дешифратора та перемикача рядків

Для перемикання 16-ти рядків світлодіодної матриці при мінімальній
кількості задіяних виводів мікроконтролера застосуємо двійковий лічильник та
дешифратор з 16 виходами. Схема їх підключення зображена на рис. 3.5.
В якості лічильника DD4 вибираємо мікросхему 74HC393N (російський
аналог – КР1564ИЕ19) [11]. Вона містить в собі два двійкових 4-бітних
асинхронних лічильників.
Основні технічні параметри лічильника 74HC393N:
• максимальна тактова частота (при UЖ = 5 В) – 25 МГц;
• максимальний споживчий струм – ICC = 80 мкА;
• температурний діапазон – -55...+125С;
• тип корпусу – DIP14.
Тактовий вхід першого лічильника DD4 підключено до порту PD2
мікроконтролера DD1, а вхід скидання – до порту PD3. Другий лічильник
мікросхеми DD4 неактивний, його входи C2 та R2 з’єднуємо із загальним
проводом.
В якості дешифратора DD5 вибираємо мікросхему 74HC154N (російський
аналог – КР1564ИД3) [9]. Вона являє собою дешифратор-декодер 4 лінії на 16.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
38
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Основні технічні параметри дешифратора 74HC154N:
• максимальний вихідний струм – I0 = 25 мА;
• максимальний споживчий струм – ICC = 80 мкА;
• максимальне падіння вихідної напруги – U0.ВИХ = 0,26 В;
• температурний діапазон – -40...+125С;
• тип корпусу – DIP14.
Входи дозволу роботи E0, E1 дешифратора DD5 підключено до порту PD4
мікроконтролера DD1. За допомогою цього сигналу мікроконтролер вимикає
зображення на дисплеї табло.
Конденсатор C6 виберемо ємністю 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-0,1мкФ±10%-В).
Перемикач рядків складається з 16 транзисторних ключів. Одночасно
включений лише один з них, а при активному сигналі на вході дозволу
дешифратора всі ключі вимкнені. Розрахуємо максимальний струм через
транзисторний ключ перемикача, коли запалені всі зелені та червоні світлодіоди
рядка при типовому значенні струму через матрицю IHG = 20 мА:
IVT1 = IHG  X 2 = 20мА 96 2 = 3,84А
. (3.6)
Виберемо польові транзистори VT1…VT16 з подвійним запасом
максимального струму «стік-витік» в ізольованому корпусі для можливості їх
установки на одному радіаторі. Вибираємо транзистори фірми «Toshiba» 2SJ200
[10]. Їх основні технічні параметри:
• структура – P-канал;
• максимальна напруга «стік-витік» – -180 В;
• максимальний струм «стік-витік» – -10 А;
• максимальна напруга «затвор-витік» – ±20 В;
• крутизна характеристики S – 4000 мА/В;
• тип корпусу – TO220FP.

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
39
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.5. Схема лічильника-дешифратора та перемикача рядків

Напруга живлення перемикача рядків:
U /
Ж = 8B . (3.7)
З цієї ж напруги буде формуватись стабілізована напруга для живлення
мікросхем блоку керування UЖ = 5 В.
Резистори R7…R22 потрібні для запирання транзисторних ключів. Струм
через ці резистори повинен не перевищувати максимальний вихідний струм
дешифратора DD5 I0.DD5.MAX = 25 мА. Виберемо опір резисторів R7…R22 1
кОм (С2-23-0,25-1кОм±5%), тоді струм через них дорівнюватиме:
U / −U max 8В − 0,26В
I max Ж 0.DD5
R7 = = = 7,74мА
R7 1кОм . (3.8)

3.4. Розрахунок зсувних регістрів та буферних підсилювачів

Зсувні регістри та буферні підсилювачі реалізовані на спеціалізованих
драйверах світлодіодів фірми «Macroblock» MBI5027 [11].
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
40
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Мікросхема MBI5027 являє собою 16-канальний драйвер світлодіодів,
призначений для роботи в повнокольорових відеоекранах, внутрішніх та
зовнішніх світлодіодних дисплеях, «рядках, що біжать» тощо. В драйвері
MBI5027 реалізовані наступні технології:
Error Detection (діагностика світлодіодів) – ефективне визначення обривів та
замикань індивідуального світлодіода;
PrecisionDrive – покращення вихідних характеристик й точності вихідного
струму як між каналами однієї мікросхеми, так і між окремими корпусами
мікросхем;
Share-I-O – технологія, що дозволяє, без додаткових виводів,
використовуючи стандартну шину, забезпечувати додаткові функції: локалізація
несправного світлодіода, керування яскравістю.

Рис. 3.6. Архітектура драйвера MBI5027

На рисунку 3.6. показана побудова світлодіодного драйвера MBI5027.
Позначення на схемі:
Io Regulator – регулятор вихідного струму;
Control Logic – логіка керування;
Output Driver & Error Detector – вихідний драйвер та діагностика помилок;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
41
Змн Арк № докум. Підпис Дата

16-bit Output Latch – вихідна защіпка 16 біт;
16-bit Shift Register – зсувний регістр 16 біт;
вхід «R-EXT» - програмування вихідного струму;
вхід «OE» - дозвіл виходу та локалізація несправних світлодіодів;
вхід «LE» - строб даних та локалізація несправних світлодіодів;
вхід «CLK» - тактова частота;
вхід «SDI» - вхід послідовної шини даних;
вихід «SDO» - вихід послідовної шини даних
виходи «OUT0»…«OUT15» - виходи каналів.

Основні технічні характеристики драйвера MBI5027:
• кількість вихідних каналів – 16;
• точність відповідності вихідного струму між каналами < ±3%;
• точність відповідності вихідного струму між чіпами < ±6%;
• вихідний струм – 5…90 мА;
• максимальна тактова частота – 25 МГц;
• максимальна напруга каскадування світлодіодів – 17 В;
• напруга живлення – 5 В;
• тип корпусу – SDIP24.
Потрібна кількість 16-канальних драйверів MBI5027 для роботи з
двокольоровою (зелений та червоний) світлодіодною матрицею буде рівною:
X 2 96 2
M = = =12
16 16 . (3.9)
Схема побудови одного каскаду блоку індикації з використанням драйверів
MBI5027 зображена на рисунку 3.7. Елементи HG1…HG4 – світлодіодні матриці
TBC15-11EGWA, аноди яких отримують сигнали від перемикача рядків. Шина
рядків спільна для всіх каскадів дисплею. Катодами матриць керують виходи
драйверів.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
42
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.7. Схема одного каскаду блоку індикації

Драйвер DD1 приймає й вивантажує дані для зелених світлодіодів матриць
HG1…HG4, а драйвер DD2 – для червоних. Мікроконтролер одночасно дає обом
драйверам вхідні дані SDI, синхронізуючи приймання імпульсами CLK. Коли вже
завантажені дані для всього рядка з 96 елементів (ланцюг з 6 драйверів MBI5027),
подається строб-сигнал LE і на всіх виходах драйверів ці дані одночасно
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
43
Змн Арк № докум. Підпис Дата

оновлюються. Шина керування драйверами спільна для всіх каскадів дисплею.
Шини даних SDI – послідовні.
При активному сигналі дозволу OE зображення на дисплеї відсутнє.
Конденсатори C1, C2 виберемо ємністю 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-
0,1мкФ±10%-В).
Резистори R1, R2 визначають обмеження вихідного струму драйверів
MBI5027 таким чином:
max 18
I0.DD1 
R1 . (3.10)
Визначимо опір резисторів для обмеження вихідного струму 20 мА згідно
рекомендацій виробника світлодіодних матриць:
18 18
R1= R2 = = = 900 Ом
I max
HG 20мА
. (3.11)
Виберемо опори резисторів R1 та R2 рівними 910 Ом (С2-23-0,25-
910Ом±5%).

3.5. Розрахунок ПЗП даних та ПЗП знакогенератора

Визначимо мінімальний об’єм зовнішній елементів пам’яті мікроконтролера.
Для зберігання шрифту (256 символів – латиниця, кирилиця, цифри та спеціальні
знаки) дрібного розміру кожен символ потребує 8 байтів:
S1= 256 8 = 2048 байт = 2 КБ . (3.12)
Для зберігання шрифту великого розміру кожен символ потребує 32 байти:
S2 = 256 32 = 8192 байт = 8 КБ . (3.13)
Сумарний мінімальний об’єм пам’яті повинен бути:
S = S1+ S2 = 2 КБ +8 КБ =10 КБ . (3.14)
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
44
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Для однотипності вибираємо ПЗП даних та ПЗП знакогенератора однаковими
об’ємом 16 КБ – EEPROM типу AT24C128-10PI фірми «ATMEL» [12]. Їх технічні
параметри:
• тип організації пам’яті – 16К х 8;
• напруга живлення – 2,7…5,5 В;
• число циклів перезапису – 105;
• температурний діапазон – -55...+125С;
• тип корпусу – DIP8.

Рис. 3.8. Схема підключення ПЗП даних та ПЗП знакогенератора

Підключення обох мікросхем EEPROM можливе до однієї послідовної шини.
Для цього підключаємо їх до спеціальних виводів SDA та SCL мікроконтролера,
розташованих в його портах PC4 та PC5 [9].
Для того, щоб мікроконтролер по одній шині звертався до потрібної
мікросхеми пам’яті, на їх адресних входах A0…A2 встановлено різний код.
EEPROM DD2 має адресу 000, а DD3 – 001.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
45
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Мікросхеми DD2 та DD3 мають виходи з відкритими стоками, тому
резистори R30 та R31 встановлюють лог. «1» при відсутності сигналів. Виберемо
ці резистори такими, щоб струм через них складав близько 1 мА:
U 5В
R30 = R31 Ж = = 5 кОм
IR30 1мА
. (3.15)
Виберемо опори резисторів R30 та R31 рівними 5,1 кОм (С2-23-0,25-
5,1кОм±5%).

3.6. Розрахунок годинника реального часу та джерела резервного
живлення

В якості годинника реального часу виберемо спеціалізований таймер
DS2417P фірми «Maxim Semiconductor» [13]. Даний таймер працює на
однопроводній шині 1-Wire. Його технічні параметри:
• максимальна похибка годинника – ±2 хвилини на місяць;
• частота тактового генератора – 32768 Гц;
• напруга живлення – 2,5…5,5 В;
• споживчий струм – 200 нА;
• температурний діапазон – -40...+85С;
• тип корпусу – TSOC6.
Схема підключення таймера DS2417P зображена на рис. 3.9. Кварцовий
резонатор ZQ2 вибираємо з резонансною частотою 32768 Гц типу РК206АА-8пФ-
32768 Гц.
Таймер DD6 також має вихід з відкритим стоком, резистор R29 вибираємо
однотипний з R30 – опором 5,1 кОм (С2-23-0,25-5,1кОм±5%).
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
46
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.9. Схема годинника реального часу та джерела резервного живлення

Живлення таймера DD6 здійснюється від іоністора C15. Опір резистора R35
буде невеликим, й напруга на іоністорі приблизно складатиме:
UC15 UЖ −UVD3 = 5В −0,6В = 4,4 В
. (3.16)
Виберемо іоністор невеликої ємності 0,1 Ф з робочою напругою 5,5 В – типу
1105V (EECS0HD104V) фірми «Panasonic». Навантаженням іоністора є таймер
DD6, еквівалентний опір якого складає:
U
R  Ж .DD6 4,4В
DD6 = = 22 МОм
ICC .DD6 200нА
. (3.17)
Постійна часу розряду іоністора C15 приблизно відповідатиме тривалості
роботи таймера, коли інформаційне табло залишається знеструмленим, і вона
буде рівною:
DD6 C15 RDD6 = 0,1Ф 22МОм = 2200000 с  25 діб
. (3.18)
Резистор R35 потрібен, щоб при ввімкнені табло напруга живлення таймера
не підвищувалась дуже стрімко та не викликала збій в його роботі. Виберемо
постійну часу заряду іоністора рівною 10 с і розрахуємо резистор R35:
 R35C15 = R35 C15
, (3.19)
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
47
Змн Арк № докум. Підпис Дата


R35 = R35C15 10с
= =100 Ом
C15 0,1Ф . (3.20)
Виберемо резистор R35 типу С2-23-0,25-100Ом±5%.
Діод VD3 вибираємо малопотужний імпульсний з низький зворотним
струмом, щоб через нього не розряджався іоністор C15 під час простою табло.
Виберемо VD3 типу КД102А. Конденсатор C14 виберемо ємністю 0,1 мкФ (К10-
17Б-Н90-0,1мкФ±10%-В).
Таймер підключається до мікроконтролера за однопроводною шиною 1-Wire
через порт PC3. Таймер відповідає на запит мікроконтролера й повідомляє
поточну дату та час з точністю до 1 с. При вимкненні табло на термін до 25 діб хід
годинника не зупинятиметься. В разі перевищення цього терміну потрібно
корегувати дату та час з екранного меню табло.

3.7. Розрахунок панелі керування

Панель керування складатиметься з 5 кнопок:
• «POWER» – кнопка ввімкнення/вимкнення табло;
• «MENU» – кнопка виклику екранного меню;
• «UP» – переміщення в меню вгору;
• «DOWN» – переміщення в меню вниз;
• «SELECT» – вибір потрібної опції меню.
Для реалізації опитування п’яти кнопок один входом мікроконтролера вони
підключені до його порту PC0, який програмується як вхід АЦП (аналогово-
цифровий перетворювач). Схема підключення кнопок до мікроконтролера
зображена на рисунку 3.10.
Працює панель керування наступним чином. Якщо жодна з кнопок панелі не
натиснута, то на вхід АЦП надходить напруга живлення +5 В через резистор R5.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
48
Змн Арк № докум. Підпис Дата

При натисненні на кнопку SB5 – на цей вхід буде надходити 0 В. Опори
резисторів R1…R4 розраховуємо таким чином, щоб при натисненні на кнопки
SB1, SB2, SB3 та SB4 на вхід АЦП надходила напругу рівна 4 В, 3 В, 2 В та 1 В
відповідно.
Виберемо опір резистора R5 рівним 10 кОм (С2-23-0,25-10кОм±5%) і
розрахуємо опори резисторів R1…R4 подільника напруги.

Рис. 3.10. Схема панелі керування

U
U = Ж R4
1 =1 В
R4 + R5 (3.21)
U Ж  (R3+ R4)
U2 = = 2 В
R3+ R4 + R5 (3.22)
U Ж  (R2 + R3+ R4)
U3 = = 3 В
R2 + R3+ R4 + R5 (3.23)
U Ж  (R1+ R2 + R3+ R4)
U4 = = 4 В
R1+ R2 + R3+ R4 + R5 (3.24)
U1 R5 1В 10кОм
R4 = = = 2,5 кОм
U Ж −U1 5В −1В
(3.25)
U
R3 = 2  (R4 + R5)−U Ж R4
=
U Ж −U2 (3.26)
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
49
Змн Арк № докум. Підпис Дата

2В  (2,5кОм +10кОм)− 5В 2,5кОм
= = 4,2 кОм
5В − 2В
U3  (R3+ R4 + R5)−U Ж  (R3+ R4)
R2 = =
U Ж −U3 (3.27)
3В  (4,2кОм + 2,5кОм +10кОм)− 5В  (4,2кОм + 2,5кОм)
= = 8,3 кОм
5В − 3В
U3  (R2 + R3+ R4 + R5)−U Ж  (R2 + R3+ R4)
R1= =
U Ж −U3 (3.28)
4В  (8,3кОм + 4,2кОм + 2,5кОм +10кОм)− 5В  (8,3кОм + 4,2кОм + 2,5кОм)
= =
5В − 3В
= 40 кОм

Вибираємо резистор R1 опором 39 кОм (С2-23-0,25-39кОм±5%), R2 – 8,2
кОм (С2-23-0,25-8,2кОм±5%), R3 – 4,3 кОм (С2-23-0,25-2,4кОм±5%), R4 – 2,4
кОм (С2-23-0,25-2,4кОм±5%).
В якості кнопок панелі керування SB1…SB5 вибираємо тактові кнопки без
фіксації типу TS-A1PV-130.

3.8. Розрахунок вузла гальванічного розв’язку та інфрачервоного
датчика

Мікроконтролер ATmega48-20PU має вбудований послідовний інтерфейс
USART (універсальний асинхронний приймач/передавач), тому COM-порт
комп’ютера підключаємо до спеціальних виводів мікроконтролера RXD та TXD, ,
розташованих в його портах PD0 та PD1 [9].
Схема підключення COM-порту до мікроконтролера зображена на рис. 3.11.
В COM-порті комп’ютера використовуються наступні контакти:
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
50
Змн Арк № докум. Підпис Дата

• «GND» (Shield Ground) – земля;
• «RXD» (Receive Data) – дані, що приймаються;
• «TXD» (Transmit Data) – дані, що передаються;
• «DTR» (Data Terminal Ready) – готовність терміналу.
Для гальванічного розв’язку використані оптопари U1 та U2. Сигнал
готовності «DTR» в даній схемі використовується як напруга живлення для
каскаду на фототранзисторі оптопари U2. Виберемо оптопари АОТ128А [14]. Їх
основні технічні параметри:
• напруга ізоляції – 1500 В;
• максимальна напруга «колектор-емітер» вихідного транзистора – 50 В;
• максимальний вихідний струм – 8 мА;
• максимальна вхідна зворотна напруга – 3,5 В;
• номінальний вхідний струм – 10 мА;
• номінальне падіння вхідної напруги – 1,6 В;
• напруга насичення «колектор-емітер» вихідного транзистора – 0,4 В.
Вихідна напруга СОМ-порту в стані логічного «0» складає 12 В, а в стані
логічної «1» складає -12 В. Діод VD1 служить для захисту оптопари від
негативної напруги. Для однотипності з VD3 вибираємо в якості VD1 діод
КД102А.
Роз’єм X4 вибираємо стандартний типу DB-9.
Розрахуємо резистори R23 та R28 таким чином, щоб вхідний струм оптопар
U1 та U2 не перевищував 10 мА.

U −U
R23 = 0.COM ПР.U1 12В −1,6В
= =1,04кОм
IВХ .U1 10мА
(3.29)

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
51
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.11. Схема вузла гальванічного розв’язку, інфрачервоного датчика та
роз’ємів для підключення периферійних пристроїв

U
R28 = Ж −U0.DD1 5В − 0,2В
= = 480Ом
IВХ .U 2 10мА
(3.30)

Виберемо резистор R23 опором 1 кОм (С2-23-0,25-1кОм±5%), а резистор R28
опором 470 Ом. Резистори R24 та R27служать для запирання транзисторів
оптопар, вибираємо їх опорами 100 кОм (С2-23-0,25-100кОм±5%) згідно
рекомендації виробника оптопари.
Опір резистора R26 може бути в межах від 10 кОм до 510 кОм [13].
Вибираємо R26 опором 100 кОм (С2-23-0,25-100кОм±5%).
Резистор R25 розраховуємо таким чином, щоб вихідний струм оптопари U1
не перевищував 5 мА.
U −U 5В − 0,4В
R25 = Ж К−Е.U1 = = 920Ом
IВИХ .U1 5мА
(3.31)
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
52
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Виберемо резистор R25 опором 1 кОм (С2-23-0,25-1кОм±5%).
Інфрачервоний фотоприймач U3 служить для отримання мікроконтролером
команд від пульту дистанційного керування. В якості U3 виберемо IR-приймач
TSOP34836. Його основні технічні параметри:
• робоча частота – 36 кГц;
• напруга живлення – 2,5…5,5 В;
• максимальний споживчий струм – 3 мА;
• максимальний вихідний струм – 5мА;
• максимальна вихідна напруга лог. «0» – 0,3 В.
Розрахуємо резистор R36 таким чином, щоб вхідний струм фотоприймача U3
не перевищував 2 мА.
U Ж −U0.U 3 5В − 0,3В
R36 = = = 2,35кОм
IВИХ .U 3 2мА
(3.32)
Виберемо резистор R36 опором 2,4 кОм (С2-23-0,25-2,4кОм±5%).
В якості термодатчика використовуємо цифрові термометри DS18S20 фірми
«Maxim Semiconductor». Даний термометр працює на однопроводній шині 1-Wire.
Основні технічні параметри датчика DS18S20:
• напруга живлення – 3…5,5 В;
• діапазон вимірювання температури – -55...+125С;
• точність вимірювання в діапазоні -10...+85С – ±0,5С;
• розрядність АЦП – 9 біт;
• тип корпусу – TO92.
Термодатчик DS18S20 підключається до порту PC3 мікроконтролера і
знаходиться на одній шині 1-Wire з годинником реального часу DD6.
Мікроконтролер опитує термодатчик або годинник почергово, кожен з них має
свою особисту адресу, тому їх розміщення на спільній шині виправдано. Роз’єм
для підключення термодатчика X3 виберемо типу ST-214C.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
53
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Зовнішня клавіатура підключається через роз’єм X2 MiniDIN типу AF-3230.
Інтерфейс клавіатури – 2-проводний: «Data» (дані) та «CLK» (тактування) [13]. Ці
сигнали клавіатури під’єднуються до портів мікроконтролера PC1 та PC2.
Резистори для підтягування шини до напруги живлення не потрібні, тому що вони
містяться в клавіатурі.

3.9. Розрахунок перетворювача напруги та стабілізатора напруги

Для живлення табло використовується перетворювач напруги та стабілізатор
напруги. Від стабілізатора живляться всі цифрові мікросхеми пристрою, а
перетворювач напруги також живить дисплей.
Визначимо струм, що споживається схемою по ланцюгу живлення 5В –
мікросхеми блоку керування та 12 регістрів блоку індикації (струмом споживання
годинника реального часу DD6 зневажаємо):
I Ж 1,5  (IDD1 + IDD2 + IDD3 + IDD4 + IDD5 +12  IMBI5027 ) (3.33)
IЖ 1,5  (12мА+3мА+3мА+ 0,08мА+ 0,08мА+12 20мА)= 387мА
Схема перетворювача та стабілізатора напруги зображена на рис. 3.12. Для
стабілізації напруги живлення вибираємо інтегральний стабілізатор DA1 типу
LM7805CT. Його основні технічні параметри:
• вихідна напруга – стабілізована 5 В;
• мінімальна вхідна напруга – 7,5 В;
• максимальна вхідна напруга – 40 В;
• максимальний вихідний струм – 1,5 А;
• тип корпусу – TO220.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
54
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Рис. 3.12. Схема перетворювача напруги та стабілізатора напруги

Фільтруючий конденсатор C13 виберемо ємністю 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-
0,1мкФ±10%-В). Конденсатор С12 розрахуємо за формулою (коефіцієнт
пульсацій КП приймаємо рівним 0,0001):
3,2 10−6 I Ж 3,2 10−6 387мА
C12 = = = 2477мкФ
U Ж KП 5В 0,0001
, (3.34)
Вибираємо конденсатор С12 ємністю 2200 мкФ і напругою 10В – К50-35-
10В-2200мкФ±30%-В.
Максимальний вихідний струм перетворювача напруги IЖ2.MAX складає струм
живлення IЖ, струм споживання стабілізатора IDA1 та максимальний струм рядка
дисплея IVT1, коли всі його світлодіоди запалені:
I max = I max
Ж 2 Ж + IDA2 + IVT1 = 387 мА +10мА + 3,84А = 4,24А
(3.35)
Вхідною напругою перетворювача є напруга акумуляторної батареї 12 В або
24 В. Таким чином, ШІМ-контролер перетворювача повинен працювати з вхідною
напругою від 11 до 30 В та мати вихідний струм ≥5 А.
В якості DC/DC-конвертера DA2 вибираємо монолітний імпульсний
знижувальний стабілізатор MAX724 фірми «Maxim Semiconductor» [13]. Він
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
55
Змн Арк № докум. Підпис Дата

потребує мінімальну кількість зовнішніх компонентів для реалізації
перетворення. Основні технічні параметри конвертера MAX724:
• максимальна вхідна напруга – 40 В;
• навантажувальна здібність – 5 А;
• регульована вихідна напруга – 2,5…35 В;
• частота перетворення – 100 кГц;
• типове значення ККД – 90%;
• температурний діапазон – -40...+85С;
• тип корпусу – TO220.
Зовнішні компоненти DC/DC-конвертера (С7…С11, R32, L1 та VD2)
вибираємо згідно рекомендацій виробника [14]. Фільтруючі конденсатори C8 та
С11 виберемо ємністю 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-0,1мкФ±10%-В), конденсатор С7
ємністю 220 мкФ і напругою 50В (К50-35-50В-220мкФ±30%-В), конденсатор С10
ємністю 470 мкФ і напругою 16В (К50-35-16В-470мкФ±30%-В), конденсатор С9
ємністю 0,1 мкФ (К10-17Б-Н90-0,01мкФ±10%-В). Рекомендований опір резистора
R32 – 2,7 кОм (С2-23-0,25-2,4кОм±5%). Дросель L1 індуктивністю 47 мкГн
вибираємо типу TSL1315S-470K3R4 з максимальним струмом 5,7 А. В якості VD2
вибираємо діод Шотткі MBR745 в корпусі TO220, який буде встановлено на
одному радіаторі з конвертером DA1.
Подільний напруги R33R34 визначає вихідну напругу перетворення за
наступною формулою:
U
R33 = ВИХ  R34
− R34
2.21В . (3.36)
Для спрощення розрахунку й точності значення вихідної напруги виробник
рекомендує використання резистора R34 опором 2,21 кОм з максимальним
відхиленням номіналу 1%. Розрахуємо опір R33 для вихідної напруги
перетворення – 8 В:
8В  2,21кОм
R33 = − 2,21кОм = 5,79 кОм
2.21В .
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
56
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Вибираємо в якості резисторів подільника напруги прецизійні резистори: R33
опором 2,21 кОм (С2-29в-0,25-2,21кОм±1%), R34 опором 5,76 кОм (С2-29в-0,25-
5,76кОм±1%).
Максимальна вихідна потужність перетворювача напруги складатиме:
Pmax =U  I max
ВИХ .DA1 ВИХ Ж 2 = 8В  4,24А = 33,9 Вт
. (3.37)
Максимальна споживча потужність табло буде рівною:
max
Pmax PВХ .DA1 33,9Вт
Ж = = = 37,7 Вт
DA1 0,9
. (3.38)
Максимальний вхідний струм перетворювача буде досягатись при
мінімальній вхідній напрузі:
Pmax
max Ж 37,7Вт
I Ж = = = 3,4 А
U min
ВХ 11В
. (3.39)
Роз’єми X5, X6 та перемикач SA1 розташовані на корпусі табло. Вибираємо
їх з достатнім робочим струмом (>3,4 А) та максимальною напругою контактів
(>30 В). Роз’єми X5 та X6 вибираємо типу DS-046N (10 А, 100 В), а перемикач
SA1 типу B1013 (16 А, 250 В).
В якості мережевого адаптера можна використовувати будь-який
нестабілізований блок живлення з постійною вихідною напругою від 12 до 30 В
потужністю понад 40 Вт. Виберемо мережевий адаптер типу БПН24-2 з
наступними технічними параметрами:
номінальна вхідна напруга – 220 В, 50 Гц;
вихідна напруга – постійна нестабілізована 24 В;
номінальний струм навантаження – 2 А.
Максимальний струм споживання від адаптера з вихідною напругою 24 В:
Pmax
max Ж 37,7Вт
I Ж = = =1,57 А
UВХ 24В
. (3.40)
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
57
Змн Арк № докум. Підпис Дата

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника науково-технічної лабораторії

В процесі розробки та розрахунку елементів світлодіодного табло з
динамічним керуванням на співробітника науково-технічної лабораторії
впливають різноманітні параметри виробничої обстановки. До таких можна
віднести зокрема наступні: температура, вологість і швидкість руху повітря,
шум, вібрація, шкідливі речовини, різноманітні випромінювання і т.ін.
Умови праці в значному ступені впливають на стан здоров'я і
працездатність людини. При поганих умовах праці різко знижується її
продуктивність і створюються передумови для виникнення травм і
професійних захворювань. З метою поліпшення умов праці необхідно знати
чинники, що впливають на їхнє формування. Саме тому, проаналізуємо
фактори, що впливають на стан здоров'я і працездатність робітників науково -
технічної лабораторії.
Розміри цієї лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м,
висота – 3 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2, об’єм – 108 м3. Найбільша
кількість одночасно працюючих становить 4 особи. Звідси площа, що
припадає на одного робітника – 9 м2, об’єм – 27 м3, що повністю відповідає
ДБН В.2.2.28-2010.
Розглянемо такий параметр виробничого середовища, як освітлення.
Раціонально виконане освітлення приміщень надає позитивного впливу на
співробітників, сприяє підвищенню продуктивності праці, забезпечує її безпеки,
знижує втому і травматизм на виробництві, зберігає високу працездатність.
Природне однобічне освітлення здійснюється через вікна, а штучне
освітлення – за допомогою світильників, які розташовані на стелі. В
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
58
Змн Арк № докум. Підпис Дата

приміщенні встановлено 2 вікна, розміри кожного з яких становлять 2 м на 1,4
м.
Нормативний рівень освітлення на робочому місці співробітника
лабораторії визначається за ДБН В.2.5-28-2018. Для штучного освітлення
нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка визначається залежно від ха-
рактеристики зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта
розрізнення, фона, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
За найменший об’єкт розрізнення приймається розміром 0,15–0,3 мм.
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018, визначаємо, що за розміром об’єкта
розрізнення ступінь точності зорової праці відноситься до високої і становить ІІ
розряд. Нормативне значення КПО для другого розряду зорової праці становить
1,8%. Фактичне значення КПО становить 19-32 %. Отже, рівень природного
освітлення в лабораторії відповідає нормативним вимогам.
Нормативний рівень загального штучного освітлення становить
400 лк. Фактичне значення згаданого параметра становить 160-180 лк, що в два
рази нижче норми, відповідно до ДБН В.2.5-28-2018.
Для забезпечення штучного освітлення в приміщенні лабораторії
використовуються люмінесцентні лампи, в світильниках марки ЛСП 02В -
2×40, загальна кількість яких становить 3. Таким чином, в приміщенні
науково-технічної лабораторії рекомендується модернізувати систему
загального штучного освітлення.
Відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року,
визначаються нормативні значення температури, відносної вологості та швидкості
руху повітря для категорії важкості роботи Іа. При цьому необхідно врахувати,
що верхня і нижня межа діапазону допустимої температури визначається для
постійного робочого місця.
Нормативні значення температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні лабораторії в холодний період року:
− Оптимальне значення температури 22-24°С;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
59
Змн Арк № докум. Підпис Дата

− Допустиме значення температури 21-25°С;
− Оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
− Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
− Допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані значення температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні лабораторії в теплий період року:
− Оптимальне значення температури 23-25°С;
− Допустиме значення температури 22-28°С;
− Оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
− Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
− Допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року
становить 20°С, що нижче від допустимого значення. Саме тому, дані умови праці
відносяться до першого ступеня шкідливості. Це може призвести до легких форм
застуди працівників. Рекомендується в даному приміщенні в холодний період
року користуватися додатковим електричним обігрівачем.
Фактичне значення температури в теплий період року відповідає 26°С, що в
свою чергу перевищує оптимальне значення, але знаходиться в допустимих
межах. Проте, висока температура негативно впливає на самопочуття робітника і,
як наслідок, призводить до зниження працездатності. Тому, для нормалізації
параметрів мікроклімату, зокрема, температури повітря, в даному приміщенні
рекомендується встановити додатковий кондиціонер, що сприятиме більш
комфортній роботі.
Фактичне значення швидкості руху повітря становить 0,2 м/с, що
перевищує максимально допустиме значення лише в холодну пору року. Це може
негативно вплинути на здоров’я робітника, і викликати запалення м’язів, гострі
респіраторні захворювання і ін.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
60
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні лабораторії
становить 67-69%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці.
Перевищення вологості в теплий період року призводить до збільшення
температури тіла. Особливо це має місце при відхиленні температури від
оптимальних меж в сторону збільшення. При пониженні температури підвищена
вологість може призвести до переохолодження тіла. Як підвищення, так і
зниження температури тіла може призвести до застуди.
Робота працівника в науково-дослідній лабораторії є сидячою і при цьому
не спостерігається фізична напруга працівника. Саме тому, людина працює з
витратами до 120 ккал/год, а, отже, дана робота відноситься до легкої фізичної
(категорія Iа). Оскільки на даному робочому місці робітник безперервно
знаходиться більшу частину свого робочого часу, то дане робоче місце можна
віднести до постійного.
Приміщення лабораторії характеризується відсутністю сирості,
неструмопровідною підлогою та нормативними параметрами мікроклімату. Тому
приміщення лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки
ураження працюючих електричним струмом, згідно ПУЕ. Комп’ютери,
встановлені на робочих місцях живляться напругою 220 В і споживають
потужність менше ніж 3 кВт. Для виключення ураження працівників електричним
струмом всі електронні прилади під’єднані до системи захисного заземлення,
згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016.
Під час роботи з обладнанням при раптовому припиненні подачі
електроструму потрібно негайно вимкнути електрообладнання. Категорично
забороняється ремонтувати електрообладнання, вмикати та вимикати його, якщо
це не передбачено в ході роботи, проводити будь-які перемикання на головному
розподільному щиті. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої
допомоги, при необхідності викликати лікаря.
Робочі місця співробітників встановлені в просторій кімнаті, яка мебльована
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
61
Змн Арк № докум. Підпис Дата

столами та шафами, укомплектована електронною обчислювальною технікою та
периферійним обладнанням. Всі предмети на робочому місці співробітників
знаходяться в робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані
не більше 70 см від працівника. Розміри столу становлять: довжина – 1,4 м,
ширина – 0,8 м, висота – 0,72 м. Висота стільця становить 0,45 м. З
врахуванням середнього росту людини, який складає 160–180 см, можна
сказати, що положення, яке співробітник лабораторії займає при роботі
відповідає нормативним інструкціям і рекомендаціям ДСТУ 8604:2015.
Монітори на столах розташовані таким чином, що відстань від екрану монітору до
о
користувача складає не менше 70 cм, при цьому кут зору становить близько 30 .
Положення моніторів на робочому столі вибрано таким чином, що світло, що
потрапляє через вікно, падає з лівого чи правого боку від працюючого в
залежності від розташування робочого місця і не засліплює йому очі. Задля
кращого уникнення негативного ефекту, пов’язаного з надмірною
освітленістю приміщення, вікна обладнано жалюзі.
Приміщення лабораторії, згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, відноситься до
приміщень з категорією вибухопожежонебезпеки типу В (горючі та важкогорючі
рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини і матеріали (в тому числі пил та
волокна), речовини та матеріали, здатні при взаємодії з водою, киснем повітря або
одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в яких вони знаходяться
(використовуються), не належать до категорії А та Б).
При виникненні пожежі в приміщенні лабораторії працівники зобов'язані:
1. Сповістити про пожежу за телефоном 101. Назвати своє прізвище та
прізвище керівника установи;
2. Повідомити про пожежу керівника установи;
3. Негайно організувати евакуацію людей, використовуючи наявні засоби;
4. Відключити електроенергію, вентиляцію та провести інші заходи, що
запобігають поширенню пожежі та задимленості у приміщенні;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
62
Змн Арк № докум. Підпис Дата

5. Приступити до гасіння пожежі наявними засобами пожежогасіння, а
при неможливості виконання даних дій вийти з приміщення, зачинивши за
собою двері, та діяти згідно з розпорядженнями свого керівника або команди, яка
організовує гасіння пожежі;
6. Одночасно з гасінням пожежі організувати евакуацію та захист майна,
матеріальних цінностей;
7. Забезпечити дотримання техніки безпеки працівниками, які беруть
участь у гасінні пожежі;
8. Після прибуття на пожежу пожежних підрозділів забезпечити їм
вільний доступ на території об'єкта.
Для попередження пожеж в лабораторії, відповідно ДБН В.2.5-56-2014,
змонтована електрична пожежна сигналізація променевого типу та теплові
датчики типу (ИП-105-2) у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана
двома ручними вуглекислотними вогнегасниками ВВК-5, відповідно Правил
експлуатації вогнегасників.
Рівень шуму на робочих місцях лабораторії, який зумовлений одночасною
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі
принтера це значення досягає 55-57 дБА. Відповідно ДСН 3.3.6.037-99
нормативне значення шуму на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА.
Таким чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують
нормативні значення. Не потрібно проводити заходи щодо зниження рівня шуму.
Відповідно ДСН 3.3.6.096-2002 гранично допустимий рівень напруженості
електромагнітного поля (ЕМП) за електричною складовою на робочих місцях
працівників лабораторії протягом робочого дня у діапазоні частот від 50 до 300
МГц не повинен перевищувати 5 В/м. На робочих місцях в лабораторії
напруженість ЕМП становить 0,1 В/м. Таким чином, фактичне значення
параметру не перевищує нормативне. Можна зробити висновок, що клас умов
праці за даним параметром відноситься до допустимих.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
63
Змн Арк № докум. Підпис Дата

На основі вищенаведених даних можемо сказати, що технічний рівень
лабораторії з точки зору охорони праці не відповідає нормативним вимогам. Це
проявляється внаслідок недостатньої кількості світильників системи загального
освітлення. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати
систему загального штучного освітлення.

4.2. Модернізація системи загального штучного освітлення

До освітлення надаються певні вимоги:
− освітлення на робочих місцях повинно бути достатнім для виконання
даної роботи;
− освітлення повинно бути рівномірним по робочій поверхні;
− на робочій поверхні не повинно бути тіні, особливо рухливої;
− в полі зору не повинно бути прямого і відбитого блиску;
− величина освітленості повинна бути постійною в часі;
− спектральний склад світла повинен відповідати характеру роботи;
− світлові установки не повинні бути джерелом додаткових небезпек та
шкідливостей;
− установки повинні бути економні, прості та надійні до роботи.
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення
нормативного рівня штучного освітлення за формулою:

Eн  S  z К з
N = (4.1)
n Fл 
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
64
Змн Арк № докум. Підпис Дата

де:
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018);
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,5);
S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина приміщення, В –
ширина приміщення);
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,1 (для люмінесцентних ламп);
n – кількість ламп у світильнику;
Fл – світловий потік лампи;
 – коефіцієнт використання, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі.
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно
оцінюємо їх розмір у 0,15 ...0,3 мм.
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший об’єкт
розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є світлим (ρ >
0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому фоні, як в книзі так
і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт відбиття поверхні ρ = 0,9.
- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко сприймається
найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні. Контраст є великим
(між білим і чорним).
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах 0,15-
0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці.
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням
характеристики фону та контрасту складає: Ен = 400 лк.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
65
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності від
умов середовища і типу приміщення. Обираємо світильник накладний стельовий
Technolux TL418-1 ECO.
Такі світильники призначені для загального освітлення громадських
будинків та інших аналогічних приміщень. Допускається застосування
світильників для освітлення житлових приміщень. Світильники монтуються в
підвісні стелі, виконані з будь-якого будівельного матеріалу. Відбивач кріпиться
до корпуса світильника за допомогою металевих пружин. Світильники
комплектуються електронними пускорегулювальними апаратами (ЕПРА)
Технічні характеристики світильника:
Клас енергоефективності – А3;
Ступінь захисту світильників - IP20;
Стійкість до механічних впливів - група М1;
Термін служби світильників - не менше 10 років;
Кліматичне виконання – УХЛ 4;
Потужність однієї лампи - 18 Вт;
Клас світлорозподілу – П;
Крива сили світла – Г;
Захисний кут в подовжній і поперечній площинах - не менше 30°;
Габаритна яскравість - не більше 5000 кд/м2;
Зона обмеження яскравості - 60-90°;
ККД - 68 %;
Коефіцієнт потужності, cos - не менше 0,88;
Тип цоколя - G13.
Для обраного типу кількість ламп у світильнику – n = 4, потужність кожної
становить 18 Вт.
Визначаємо світловий потік обраної лампи Fл. Тип лампи TL-D-18, для якої
світловий потік, Fл = 1350 лм.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
66
Змн Арк № докум. Підпис Дата

Даний тип лампи відноситься до газорозрядних, тобто приладів, в яких
випромінювання оптичного діапазону виникає в результаті електричного розряду
в атмосфері інертних газів і парів металів, а також за рахунок явища
люмінесценції. Даний вибір зумовлений перевагами останніх, до яких можна
віднести наступні: велика світловіддача 40-110 лм/Вт, високий термін служби (до
10000 годин), від газорозрядних ламп можна одержувати світловий потік
практично в будь-якій частині спектру, підбираючи відповідним чином інертні
гази і пари металів. Серед недоліків даного типу ламп можна виділити наступні:
пульсації світлового потоку, період розгорання може досягати 10 хвилин,
утворення радіоперешкод, при використовуванні газорозрядних ламп через
пульсацію світлового потоку можлива поява стробоскопічного ефекту.
Визначаємо коефіцієнт використання в залежності від групи світильника
(третя група), коефіцієнтів відбиття стелі (70%), стін (50%) і підлоги (10%) та
індексу приміщення і:

Рисунок 7.1 - Світильник накладний стельовий Technolux TL418-1 ECO

A  B
i = (4.2)
h  (A + B)
де:
А – довжина приміщення, м;
В – ширина приміщення, м;
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
67
Змн Арк № докум. Підпис Дата

h = Н – 0,8 = 3 – 0,8 = 2,2 м – висота підвісу світильників.
Згідно виразу (4.2) знаходимо:

6 6
i = =1,36 .
2,2  (6 + 6)

За формулою (4.1) розраховуємо кількість світильників N:

Eн S  z К з 400 36 1,11,5
N = = = 8,3
n Fл  4 1350 0,53

Таким чином необхідно розташувати 9 світильників рівномірно на усій
площі стелі заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення
та світильників. При цьому, оскільки кількість світильників відповідає наявній,
рекомендується нові встановити на існуючі місця розташування.
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 220 В.
Перетин дроту повинен задовольняти таким вимогам:
- дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої температури;
- напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних значень;
- механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу
електропроводки.
Розраховуємо встановлену потужність освітлення як суму потужностей
ламп усіх світильників. Так як для освітлення заданого приміщення пропонується
використовувати люмінесцентні світильники, які вмикаються в мережу по
стартерним схемам, то до потужності ламп додаються втрати в пускорегулюючих
автоматах (20% від потужності ламп).

Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
68
Змн Арк № докум. Підпис Дата

n n
Pв =Pi + 0,2 Pi =1,2 Pi (4.3)
i=1 i=1
де:
Pi – потужність i-ої лампи;
n – кількість ламп.
Згідно (4.3) отримуємо:

Рв =1,2 36 18 = 777,6 Вт.

Розрахункове навантаження освітлювальної мережі визначаємо за
наступною формулою:
Рр = Рв Кс (4.4)

де Kс – коефіцієнт попиту.
Оскільки в нашому випадку приміщення являє собою адміністративну
будівлю, Kс = 0,9. Отже:

Рр = Рв Кс = 777,6 0,9 = 699,84 Вт

Визначаємо розрахунковий струм освітлювальної мережі:

Pp
I p = (4.5)
Uф cos
де:
Pp - розрахункове навантаження освітлювальної мережі, Вт;
Uф = 220 В – фазна напруга;
cosφ – коефіцієнт потужності навантаження, для люмінесцентних
ламп cosφ = 0.9.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
69
Змн Арк № докум. Підпис Дата

699,84
І р = = 3,53 А.
220 0,9

Відповідно значенню розрахункового струму визначаємо допустимий
мінімальний перетин дроту, яким можливо провести з’єднання світильників в
освітлювальну мережу для забезпечення пожежної безпеки. Обираємо дріт з
полівінілхлоридною ізоляцією та мідними жилами площею поперечного перерізу
1,5 мм2.
За механічною міцністю для з’єднання світильників загального освітлення
всередині приміщення, рекомендується використовувати дроти перетином не
менше 0,5 мм2. Тому за механічною міцністю усі дроти перетином 1 мм 2 та
більше є задовільними.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
70
Змн Арк № докум. Підпис Дата

ВИСНОВКИ

В даній дипломній роботі було розроблено ефективне та відносно недороге
електронне інформаційного табло з дінамічним керуванням і широкими
функціональним характеристикам: кілька варіантів зміни тексту повідомлення,
вбудований годинник і термодатчик, універсальне живлення табло/
Останнім часом, завдяки своїм перевагам для керування світлодіодною
матрицею широко використовується саме дінамічне керування, яке передбачає
почергове включення різних груп світлодіодів зі швидкістю, що перевищує час
реакції людського ока.
В розробленому табло для керування рядками дисплея дінамічним способом
служить лічильник-дешифратор. За його допомогою мікроконтролер вибирає
один з 16-ти рядків світлодіодної матриці. Кожен рядок дисплею складається з 96
світлодіодів зеленого та червоного кольору. Для керування стовпчиками дисплея
служать зсувні регістри. Один регістр завантажує дані для запалення зелених
світлодіодів, інший – для червоних; завантаження обома регістрами здійснюється
синхронно. В схемі використані швидкодіючі спеціалізовані регістри, які миттєво
відправляють дані в буферні підсилювачі.
Основним елементом інформаційного табло є мікроконтролер ATmega48,
який містить програму з алгоритмом роботи табло, що завантажується в нього при
програмуванні. При необхідності оновити програмне забезпечення
мікроконтролера його підключають до програматора через спеціальний роз’єм,
розташований на платі табло.
Так як внутрішньої пам’яті мікроконтролера недостатньо для збереження
необхідної кількості даних, табло також містить два елемента пам’яті – постійних
запам’ятовуючих пристроїв. В першому - ПЗП даних, зберігається текст
інформаційного повідомлення, а також спеціальні кодові команди для керування
зображенням, таких як: переключення шрифту, вибір кольору (зелений, червоний
або жовтий), зміна режимів виводу тексту (в один або два рядки), зміна напрямку
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
71
Змн Арк № докум. Підпис Дата

руху повідомлення тощо. В другому - ПЗП знакогенератора, записані шрифти:
дрібний для виводу тексту в два рядки та великий шрифт для крупного надпису в
один рядок.
Для виводу текстової та графічної інформації служить дисплей. Він являє
собою матрицю об’ємом 16х96 елементів, складену зі світлодіодів.
Живлення табло може здійснюватися, як від мережі змінного струму 220B,
так і акумуляторної батареї.
В роботі на основі запропонованої структурної схеми розроблена
принципова електрична схема світлодіодного табло з динамічним керуванням, та
розроблена конструкторська документація (сбіркове креслення та друкована
плата)
Завдяки своїм функціональним характеристикам (кілька варіантів зміни
тексту повідомлення, вбудований годинник і термодатчик, універсальне живлення
табло) та вигіднішій вартості, пристрій повинен мати гарний попит у споживачів.
В розділі охорона праці проведено аналіз небезпек та шкідливостей, що
виникають на співробітника науково-технічної лабораторії та виконано
модернізацію системи загального штучного освітлення.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
72
Змн Арк № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Б.Ф. Лаврентьев. Аналоговая и цифровая электроника: Учебное пособие. —
Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. — 155 с.
2. https://www.ruselectronic.com/sjemisjegmjentnyj-indikator
3. Рябенький В.М., Жуйков В.Я., Гулий В.Д. Цифрова схемотехніка: Навч.
посібник .- Львів: «Новий світ-2000», 2009. – 736 с.
4. Схемотехніка електронних схем: У 3 кн. Кн. 2. Цифрова схемотехніка:
Підручник/ В.І. Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і
переробл. – К.: Вища шк., 2004 – 423 с.\
5. https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-eti/oborudovanie/svetodiody/
6. https://ledbgs.kh.ua
7. https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=800764
8. https://coollib.com/b/442788-m-s-golubtsov-mikrokontrolleryi-avr-ot-prostogo-k-
slozhnomu/read
9. https://www.chipdip.ru/product/atmega48-20pu
10. https://www.rcscomponents.kiev.ua/catalog/svetodiodnye-matriczy-i-
klastery/266/page=2
11. https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=74hc393n&gclid
12. https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=At24c128&gclid
13. https://www.compel.ru/producer/maxim
14. https://eandc.ru/pdf/opto/aot128.pdf
15. Основи охорони праці: підручник / М. С. Одарченко,. А. М. Одарченко, В. І.
Степанов, Я. М. Черненко. – Х. : Стиль-Издат, 2017. – 334 с.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
73
Змн Арк № докум. Підпис Дата

16. Методичні вказівки до виконання випускних робіт бакалавра та дипломних
робіт для студентів напряму підготовки та спеціальності «Радіотехніка»
освітньо- кваліфікаційних рівнів «бакалавр», «спеціаліст», «магістр» усіх
форм навчання / Укл. В.В. Палагін, В.В. Філіпов. – Черкаси: ЧДТУ, 2016. –
53 с.
Арк
СКРТ88.020.060.248 ПЗ
74
Змн 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