ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8230Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Мартиненко, Сергій Станіславович | - |
| dc.contributor.author | Кондрамашин, Євгенiй Миколайович | - |
| dc.date.accessioned | 2026-03-13T11:10:14Z | - |
| dc.date.available | 2026-03-13T11:10:14Z | - |
| dc.date.issued | 2020 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8230 | - |
| dc.description.abstract | Мета роботи – проектування пристрою охорони для приміщень з фіксацією подій з використанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конструкторської документації. Проведено аналіз основних принципів будови й методів експлуатації систем охоронних сигналізацій, оглянуто існуючі пристрої та проведено аналіз окремих схем подібних пристроїв. Проведений аналіз технічного завдання та відповідно розроблена структурна схема пристрою, що проектується. | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.subject | охоронна система для приміщень | uk_UA |
| dc.subject | мікроконтролер | uk_UA |
| dc.subject | інтерфейс для підключення камери | uk_UA |
| dc.subject | структурна схема охоронного пристрою | uk_UA |
| dc.subject | стабілізатор напруги живлення | uk_UA |
| dc.subject | інтерфейс для підключення екрана | uk_UA |
| dc.title | Розробка пристрою для охорони приміщень із фіксацією подій | 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_Кондрамашин_Мартиненко.pdf Restricted Access | 783.21 kB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)
на тему: Розробка пристрою для охорони приміщень із фіксацією подій
Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-88
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Кондрамашин Є.М.
(прізвище та ініціали)
Керівник Мартиненко С.С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Григор’ян М.Б.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2020 року
Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
Спеціальність 172 – ‘’Телекомунікація та радіотехніка’’
ЗАТВЕРДЖУЮ
Зав. кафедри_____________ В.В.Палагін
“_____” ___________________ 2020 року
З А В Д А Н Н Я
на дипломний проект (роботу) здобувачу освітнього ступеня
‘’бакалавр‘’
(назва ступеня)
Кондрамашину Євгенію Миколайовичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка пристрою для охорони приміщень із
фіксацією подій
керівник проекту (роботи) Мартиненко Сергій Станіславович, к.ф.-м.н.
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від “24” лютого 2020 року № 76/01
2. Строк подання студентом проекту (роботи) “13” червня 2020 року
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Пристрій повинен забезпечувати наступні
характеристики: два порогові входи від зовнішніх датчиків з вхідними рівнями
напруги: логічний "0" – напруга 0 – 1.3В та логічна "1" – напруга 1.4В – 14В;
підключення камери з паралельним інтерфейсом передачі даних; збереження
інформації на карті формату SD/MMC з підтримкою карт формату SDHC;
графічний екран для виведення збережених фотографій, виводу меню
налагодження; живлення пристрою від джерела постійної напруги 4.0-5.5В-
кількість рознесених охороняємих приміщень – до 4, частота GSM сітки -
900/1800 МГц; - частота GSM сітки - 900/1800 МГц; - мережева напруга
живлення 250В з чистотою 50Гц; - внутрішня напруга живлення 12В.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно
розробити) вступ, патентний пошук та огляд існуючих рішень, обґрунтування
технічного завдання, розробка структурної схеми, розробка принципової
електричної схеми, розрахунок та аналіз основних елементів схем об'єкта
проектування, охорона праці, висновок
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема структурна; Схема електрична принципова; Плата друкована;
Складальне креслення; Плакат з охорони праці
6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ
консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.,
старший викладач
1
7. Дата видачі завдання 13 січня 2020 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк виконання Примітка
з/п проекту (роботи) етапів проекту
(роботи)
1 Аналіз технічного завдання та огляд 20.01.2020- 31.01.2020
літератури
2 Патентний пошук та огляд аналогічних 01.02.2020- 20.02.2020
рішень
3 Обґрунтування технічного завдання 21.02.2020-01.03.2020
4 Розробка структурної схеми пристрою 02.03.2020-20.03.2020
5 Розробка електричної принципової схеми 21.03.2020-
пристрою 15.04.2020
6 Розрахунок та аналіз електричної принципової 16.03.2020-
схеми 15.05.2020
7 Розробка розділу охорони праці 20.05.2020
8 Оформлення пояснювальної записки 25.05.2020
9 Оформлення креслень 29.05.2020-05.06.2020
Студент Кондрамашин Є.М.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Мартиненко С.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
ВСТУП..................................................................................................5
1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ....7
1.1 Загальні відомості ........................................................................................ 7
1.1.1 Основні принципи будови й методи експлуатації систем охоронних
сигналізацій.......................................................................................................... 7
1.1.2 Канали передачі інформації систем охоронних сигналізацій............... 8
1.1.3 Охоронні індикатори................................................................................. 8
1.1.4 Пульт обробки інформації СОС ............................................................. 10
1.2 Опис "типового" інтерфейсу камери ...................................................... 10
1.3 Адаптер для камери на ПЛІС................................................................... 12
1.4 Відеокамера спостереження з записом інформації на SD карту.......... 14
1.4.1 Загальний опис.......................................................................................... 14
1.4.2 Основні особливості схеми ..................................................................... 16
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ....................21
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ........................................22
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ .......25
5 РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
СХЕМ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ.............................................27
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кондрамашин Літ. Арк. Аркушів
Перевір. Мартиненко Ðîçðîáêà ïðèñòðîþ äëÿ îõîðîíè 3 56
Реценз. ïðèì³ùåíü ³ç ô³êñàö³ºþ ïîä³é
Н. Контр. Мартиненко Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà ЧДТУ
Затверд. Палагін В.В.
5.1 Мікроконтролери STM32F107.................................................................. 27
5.1.1 Знайомство з Cortex................................................................................. 27
5.1.2 ЦПУ Cortex................................................................................................ 28
5.1.3 Безпека....................................................................................................... 30
5.1.4 Захищеність ............................................................................................. 31
5.1.5 Конвеєр ...................................................................................................... 31
5.1.6 Режими роботи, що впливають на енергоспоживання ..................... 32
5.1.6.1 Перехід в економічний режим роботи .................................................. 32
5.1.6.2 Економічні режими роботи.................................................................... 34
5.1.6.3 Режим RUN............................................................................................. 34
5.1.6.3 Режим SLEEP.......................................................................................... 35
5.1.6.4 Режим STOP............................................................................................ 36
5.1.6.5 Режим STANDBY.................................................................................. 37
5.2 Мікросхема FIFO AL422B......................................................................... 38
5.2.1 Функціональний опис............................................................................... 39
6 РОЗДІЛ ОХОРОНА ПРАЦІ ..........................................................41
6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на інженера-
дослідника в радіотехнічній лабораторії ..................................................... 41
6.2 Розробка системи кондиціювання повітря лабораторії ....................... 45
6.2.1 Типи кондиціонерів .................................................................................. 45
6.2.2 Розрахунок системи кондиціонування .................................................. 47
ВИСНОВОК.......................................................................................53
ЛІТЕРАТУРА .....................................................................................55
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 4
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ВСТУП
Враховуючи нестабільну ситуацію в країні, фінансову кризу, а також
політику світової громадськості, усе більш затребуваним стає забезпечення
особистої безпеки, захист нерухомого майна, транспорту, інформації,
фінансових коштів і інших матеріальних і нематеріальних цінностей.
Говорячи про безпеку, ми маємо на увазі наявність постійного
контролю над обстановкою на, що цікавить нас території, а також швидке
ефективне реагування на будь-які зміни в її межах (позаштатні ситуації).
Найбільш доступні системи безпеки, завдяки яким здійснюється постійний
контроль над об'єктами це відеоспостереження, охоронна сигнализація,
відеодомофони. Кожна з них забезпечує свій ступінь захисту й служить для
реалізації певних завдань.
Першість по охороні приватної й державної власності, безумовно,
можна віддати охоронної сигнализація. Саме вона здатна захистити від
несанкціонованих проникнень, тому що хазяїн або служба охорони (в
залежності від виду власності) має можливість вчасно знешкодити злочинця
(самотужки або за допомогою групи захвата з охоронної організації)…
Все більш актуальним стає вимога до охоронних систем це не тільки
реагування на проникнення на територію, що охороняється, а й проведення
фото фіксації території охорони під час спрацювання охоронної системи.
Є декілька видів систем охорони які проводять фото фіксацію
території:
1) з негайним відправленням зображення камери через різні канали
зв’язку на пульт охорони чи власнику. Каналами зв’язку можуть слугувати
мережа Internet (наземна лінія чи безпровідна Wi-Fi) різні канали провідного
чи безпровідного зв’язку.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 5
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
2) з записом зображення з фотокамери для подальшого вивчення
обставин події.
Так я к у віддалених районах (наприклад дачні кооперативи, чи села)
не завжди можливо забезпечити надійний канал зв’язку, для таких
місцевостей актуальними є системи з записом інформації.
Отже, можна сміливо сказати про актуальність розробки системи
охорони приміщень з фотофіксацією подій.
Розробці даного пристрою і присвячена дана дипломна робота.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 6
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ
1.1 Загальні відомості
1.1.1 Основні принципи будови й методи експлуатації систем охоронних
сигналізацій
Сучасний ринок безпеки характеризується досить великим вибором
систем охоронних сигналізацій (СОС). Багато хто з них досить добре відомі
серед постійних клієнтів, однак технічні характеристики, принципи дії й
елементна база СОС далеко не так прозорі для нового гравця. Спробуємо
розібратися, хоча б у деяких аспектах цієї проблеми. Для цього, у першу
чергу, необхідно визначити дефініцію й елементну структуру систем
охоронної сигналізації, тобто із чого ж вони складаються і яких типів
бувають [1].
Отже, СОС - системи, які забезпечують безпеку охоронюваного
об'єкта за допомогою подачі тривожних сигналів на пульт керування при
виникненні яких-небудь відхилень, порушень цілісності або спроб злому
налаштованого захисту. При цьому такі системи містять у собі не тільки базу
електронних елементів, але й повинні управлятися за допомогою
співробітників спеціалізованих організацій, наприклад, приватних охоронних
підприємств. Критеріями гарної роботи співробітників є оперативність
реагування і їх професіоналізм.
Однак якщо повернутися до елементної бази, то системи охоронних
сигналізацій головним чином складаються з:
- каналів передачі (кабельних або бездротових);- індикаторів
(приладів, відповідальних за вимір показників навколишнього середовища);
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 7
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
- пультів (приладів, що здійснюють приймання, обробку й передачу
сигналів).
1.1.2 Канали передачі інформації систем охоронних сигналізацій
При раціональному підході до вибору типу каналів передач
передбачуваної СОС, необхідно враховувати технічні характеристики вже
існуючих ліній передач інформації, а також непомітність і естетичність їх
закладки.
Наприклад, припустимо, що необхідно налагодити канали зв'язку в
заміському будинку. Установлюючи охоронну сигнализація в таких умовах
досить важко непомітно й не порушуючи фасаду будинку провести лінії
передач. Тому наявність схованих ніш, закладених при проектуванні
будинку, може допомогти на стадії монтажу. При цьому багатоповерховість і
поділ будов об'єкта вимагає додаткової кількості кабелю й витрат на його
встановлення, що говорить на користь бездротового зв'язку й навпаки.
Однак, вибір у той або інший бік, залежить не тільки від витрат на
монтаж і кількості будівель на об'єкті. Наприклад, бездротові канали
передачі інформації найчастіше обмежені дистанцією взаємодії
радіопередавачів. Виникаючі перешкоди, а також технічні характеристики
хвильових діапазонів сигналів, можуть значно впливати на якість і дальність
передачі інформації. А якщо такі перешкоди є джерелами високовольтової
напруги, те це може привести й до виходу з ладу або до збоїв роботи всієї
системи. Тому кабельна передача в цьому випадку більш краща, тому що
кабель може бути екранованим. До того ж охоронні індикатори кабельних
каналів зв'язку значно перевищують по кількості свої бездротові аналоги.
1.1.3 Охоронні індикатори
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 8
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Охоронні індикатори - найважливіший компонент охоронного
комплексу. Наприклад, така характеристика як надійність безпеки й захисту
СОС прямо залежить від чіткої й безперебійної роботи індикаторів. Вони
можуть бути різних видів залежно від типу реагування на зміну показників
робочого середовища. Це можуть бути теплові датчики, звукові або шумові
сенсори, об'ємні датчики і т.д.
Спробуємо визначити класифікацію охоронних датчиків. Так, у
загальноприйнятій класифікації охоронних датчиків пропонується велика
різноманітність стандартів згідно ГОСТ 26342 від 1984 року. Правильніше
буде це зробити виходячи з технічних особливостей і принципів роботи, тому
що саме ці параметри є найпоширенішими.
У сучасних умовах можна виділити три типи охоронних індикаторів:
- неактивні;
- активні;
- комбіновані.
Неактивні або пасивні охоронні датчики - індикатори, принцип дії
яких заснований на прийманні сигналу від передавачів.
Активні датчики - індикатори, принцип дії яких заснований на
передачі інформації від датчика до приймача (у нашім випадку пульту).
Комбіновані датчики - це індикатори, дія яких засновано на
застосуванні відразу декількох фізичних принципів передачі сигналу.
До найбільш вигідних у застосуванні відносять неактивні датчики. Ці
індикатори характеризуються зниженим рівнем споживання енергії й
екологічної безпеки. Однак якщо пріоритетним моментом є все-таки
вірогідність, повнота оперативність переданої й прийнятої інформації, то
правильніше використовувати комбіновані індикатори.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 9
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
1.1.4 Пульт обробки інформації СОС
Отже, ми підійшли до важливої складової системи охоронної
сигналізації, яка координує дії охоронних датчиків по прийманню й передачі
сигналів і проводить моніторинг стану каналів зв'язку - пульт. Пульти
приймання й передачі сигналів можна розділити по двом принципам роботи
із прийнятою інформацією - аналоговому й цифровому. У сучасних умовах
аналогові пульти обробки інформації значно уступають по своїх технічних
характеристиках цифровим аналогам.
Аналоговий пульт в основному складається з кабельних каналів
зв'язку, що незмінно скорочує кількість оброблюваних зон охорони й
збільшує кількість самих проводів. Цифрові пульти, що дозволяють
застосовувати бездротові канали зв'язку, напроти звільняють місце від
проводів і захоплюють більшу кількість секторів охоронюваного об'єкта. Так,
якщо аналоговий пульт обробляє близько 30 секторів, те цифровий здатний
захопити до ста таких же зон.
На користь цифрових пультів також говорить наявність процесора,
який здатний зберігати тимчасову (оперативну) інформацію, а також
можливість виводити її на периферійні обладнання (принтер, монітор і т.д.).
З вищесказаного випливає, що застосування аналогових пультів обробки
інформації найбільш важливо використовувати для охорони невеликих
об'єктів, що не вимагають великих тимчасових і фізичних витрат (контроль
співробітниками охоронної організації).
1.2 Опис "типового" інтерфейсу камери
Звичайно камера має наступні виходи[2]:
- 8 розрядна шина даних - по ній передаються дані про яскравість і
кольоровості пікселів зображення. Дана шина називається у всіх по-різному -
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 10
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
DATA[8] DAT[8] D[8] Y[8] YUV[8] PIXEL_DATA[8] CAMERA_DATA[8]
CAMDAT[8] і т.п. Її легко визначити на схемі по наявності 8 однакових ліній.
- Тактовий сигнал шини даних - CAMCLK, DATA_CLK, CLKOUT,
DCLK, PCLK. Даний сигнал являє собою меандр по фронту (або спаду) якого
зовнішній пристрій - споживач зображення повинен фіксувати значення на
шині даних.
- Рядковий синхросигнал - HREF, LVALID, HSYNC, CAM_HREF.
Даний сигнал являє собою аналог рядкових синхроімпульсів в TV -
наприклад 1 - під час передачі даних рядки й 0 - під час "зворотного ходу"
(пауза між рядками)
- Кадровий синхроімпульс - VREF, FVALID, VSYNC,
CAM_VREF. Даний сигнал являє собою аналог кадрових синхроімпульсів в
TV - наприклад 0 - під час передачі даних кадра й 1 - під час "зворотного
ходу" (пауза між кадрами)
- Шина I2C - сигнали SCL, SDA / I2CCLK, I2CDAT /
CAMERA_I2C_CLK, CAMERA_I2C_DAT. Це звичайна шина I2C. По даній
шині здійснюється доступ до внутрішніх регістрам налаштування камери.
- Сигнал скидання RST, RESET, CAM_REET, REGRES по ньому в
регістри записуються значення за замовчуванням.
- Вхід тактових імпульсів MCLK, CAMCLK, MCK,
CAMERA_CLK, CMCLKIN - це вхід зовнішнього тактового сигналу
(меандр), від якого працює вся цифрова начинка камери.
- Сигнал переходу в знижене енергоспоживання SLEEP, ENABLE,
CAM_PDOWN, по ньому камера переходить в ощадливий режим - при цьому
дані не передаються, але вміст регістрів з настройками зберігається.
- Ланцюги землі GND, AGND (аналогова земля) DGND (цифрова
земля). Часто цифрова й аналогова землі з'єднані усередині камери.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 11
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
- Ланцюги живлення VCC, AVCC,AVDD (аналогове живлення)
DVCC,DVDD (цифрове живлення). Від аналогового живиться сенсор і АЦП,
а від цифрового - контролер і зовнішні шини.
Сигнал на лінях при передачі рядка зображення зображено на рис. 1.1:
Рисунок 1.1 - Передачі рядка зображення.
Сигнал на лінях при передачі кадра зображення зображено на рис. 1.2:
Рисунок 1.2 - Передачі кадра зображення.
1.3 Адаптер для камери на ПЛІС
Підключення камери від стільникового до ПЛІС ( на прикладі камери
від Siemens CX65 і екрана LS020 від того-же телефону).
Зображення від відеокамери з мобільника може бути захоплене за
допомогою ПЛІС. У даному проекті використовується ПЛІС ALTERA FPGA
EPF10K20TC144, однак тип ПЛІС не має принципового значення й можна
використовувати кожну за умови, достатності її ємності й швидкодії.
Функції адаптера для ПЛІС:
a)генерація тактового сигналу для камери
b)генерація сигналу скидання по включенню для камери
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 12
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
c)одержання напруги +3V для камери
У цьому випадку перетворення в TTL не потрібно тому що
використовувана ПЛИС може сприймати 3-вольтові сигнали.
Для ініціалізації камери від siemens CX65 використовується AVR
TINY2313.
ПЛИС по черзі виконує наступні дії:
1)захоплює в пам’ять кадр, переданий камерою
2)передає зображення, що втримується в пам'яті, у ЖКІ від телефону
далі цикл повторюється.
Схема прошита в ПЛІС зображена на рис. 1.3. Верхня частина
відповідає за захвата кадра з камери нижня - за видачу в ЖКІ.
Рисунок 1.3 - Схема прошивкив ПЛІС.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 13
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Для тактування видачі в ЖКІ використовується ділений сигнал DCLK
камери, але може використовуватися й будь-який інший (наприклад від
зовнішнього генератора).
Ліва (непідключена) схема може бути використана для генерації
тестового сигналу (чорно-білі квадрати) для налагодження.
1.4 Відеокамера спостереження з записом інформації на SD
карту
1.4.1 Загальний опис
Дана відеокамера спостереження – це економічна, потайлива система,
що сполучає в собі кольорову VGA CMOS камеру ITM-C328, пасивний
інфрачервоний сенсор (PIR) ITM-PIR-256 (KC7783R), карту пам'яті SD
обсягом 1 ГБайт, мікроконтролер фірми Atmel Atmega32, що реалізує
керування, користувацький інтерфейс, обробку даних і запис інформації на
носій. Це дуже компактна система відеоспостереження, призначена для
домашнього використання.
Рисунок 1.4 - Елементи пристрою.
Для більшості випадків навколишнього оточення, пристрій дозволяє
вести спостереження й запис інформації протягом місяця ( при роздільній
здатності знімка 320×200 пікселів, через кожні 2 з або при роздільній
здатності 640×480, через кожні 3 с). Запис може проводитися автоматично по
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 14
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
сигналу з датчика руху, але можливо запускати по таймеру, або користувач
може самостійно управляти.
До особливостей слід також віднести наявність ІК дистанційного
керування й голосове користувацьке меню. Користувачеві варто тільки один
раз установити в потрібному місці камеру, усі необхідні настроювання
здійснюються дистанційно. Використовувався стандартний універсальний
пульт ДУ (RC-5), користувач може самостійно настроїти відповідність
команд пульта.
Для перегляду записаної відеоінформації досить вилучити карту із
пристрою й зчитати її на комп'ютері. Ніякого додаткового ПО не потрібно:
усі знімки зберігаються у форматі JPEG, файлова система FAT16 або FAT32.
Знімки на SD карті зберігаються в папки, назву яких відповідають даті
знімків.
Одним з найважливіших апаратних компонентів є модуль відеокамери
ITC-M-328 (C328) – CMOS камера (OV7640) із чипом Jpeg-Компресії
(OV528) з послідовним інтерфейсом, що дозволяє підключити його
безпосередньо до UART мікроконтролера. Використовуючи певні команди,
користувач може захоплювати зображення у вигляді байтового Jpeg-Потоку.
Стандартний режим роботи: при виявленні руху PIR датчик запускає
програмний блок реєстратора, одержує JPEG зображення з модуля VGA
камери. Після присвоєння дати й часу знімка файл відправляється в карту
пам'яті. Користувач може вибрати, яка кількість знімків буде отримана при
виявленні руху, а також режими роботи.
Датчик руху PIR (Passive Infra-Red), модель ITM256, може визначати
рух людини на відстані 5 м, аналізуючи зміну інфрачервоного
випромінювання людського тіла. Спрацьовування датчика пускає в хід
програмний блок мікроконтролера – реєстратор, який згідно з
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 15
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
настроюваннями управляє драйвером камери (інший програмний блок), щоб
одержати Jpeg-Потік. Годинник реального часу (апаратна можливість
мікроконтролера) реєстратор використовує для проставлення дати й часу
знімка, а також у ролі інтервального таймера при відповідному режимі
роботи (зйомка по таймеру). Після виконання цих дій реєстратор передає
дані файловій системі для збереження даних на карті пам'яті.
Настроювання системи користувач проводить за допомогою ІК пульта
дистанційного керування (був використаний універсальний пульт ДУ),
система сповіщає користувача голосовими повідомленнями. Меню дозволяє
настроювати всі параметри системи (дата, час, режим роботи, число знімків,
роздільну здатність знімків та ін.). Голосовий блок меню – це програмний
модуль, керуючий користувацьким інтерфейсом. Одержувані команди з ІК
приймача декодуються й відповідно ним змінюються параметри системи
збережені в EEPROM мікроконтролера. Під час цього мовний модуль
синтезатора складає голосові відповіді. На диску голосові зразки (список
файлів) повинні бути підготовлені заздалегідь для кожного слова або
повідомлення стану, наприклад, файл на диску «15.PCM» зберігає дані для
синтезу фрази «п'ятнадцять». Відновленням звукового файлу займається
ШИМ мікроконтролера. Стиснення аудіо файлів не потрібне, тому що при
такому обсязі карти пам'яті вони займуть лише 0.1 % від її обсягу й це
виходить вигідніше й зручніше використання LCD індикатору.
1.4.2 Основні особливості схеми
Принципова схема пристрою показана на рис. 1.5. Основа –
мікроконтролер AVR Atmega32. Датчик руху (Intertec ITM-PIR-256), який у
даній схемі єдиний пристрій, що живиться від напруги 5.0 В, підключений
окремо до стабілізатора LM2936-Z5. Додатковий резистор R1 у цьому
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 16
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
випадку самий найпростіший варіант суміщення логічних рівнів
мікроконтролера й датчика.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 17
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 18
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.5 - Відеокамера спостереження з записом інформації на SD карту.
Написи на схемі пристрою:
ANALOG POWER - Опорна напруга для АЦП і живлення аналогових
ланцюгів мікроконтролера
BYPASS CAPACITORS - Шунтувальні конденсатори
DISK SEMAPHORE - Індикатор звертання до диска
FRONT PANEL - Передня панель (лицьова панель)
JPEG VIDEO CAMERA - Відеокамера з JPEG чипом (кодер)
IN-SYSTEM PROGRAMMING - З'єднувач для внутрішнсхемного
програмування
LID-OPEN SWITCH - Датчик розкриття корпуса
MONITOR & DEBUG OUTPUT - Налагожувальний інтерфейс (вихід
даних для налагодження)
PASSIVE INFRARED DETECTOR (PIR) - Пасивний інфрачервоний
сенсор
POWER MONITOR & BACKUP - Моніторинг живлячого напруги й
резервного джерела
POWER SUPPLY - Джерело живлення
REAL-TIME CLOCK - Годинник реального часу
RECORDING- Запис
RELAY- Реле
REMOTE CONTROL - Дистанційне керування
RELAY - Реле
SD-MMC MASS STORAGE - SD-MMC запам'ятовувальний пристрій
великої ємності (SD/MMC карта пам'яті)
SPEECH SYNTHESIS - Мовний синтезатор
Модуль VGA камери підключений до ліній RX і TX модуля UART
Atmega32, швидкість передачі даних 115200 бод, тому для тактування
мікроконтролера був обраний кварцовий резонатор 7.3728 Мгц. Карта пам'яті
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
19
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
SD підключена безпосередньо до порту SPI. Додаткові сигнали слота карти
використовуються для визначення наявності карти й визначення захисту
карти від запису. Ці сигнали підключені до портів мікроконтролера PB3
(захист від запису) і PB1 (наявність карти).
Щоб запобігти викривленню й ушкодження даних на карті пам'яті в
пристрої реалізований постійний моніторинг живлячої напруги –
контролюється напруга батареї живлення й напруга основного джерела
живлення. Для реалізації цієї функції використовуються два канали АЦП
мікроконтролера. Ланцюги R7-R8-C8 і R3-R4-C5 (дільники) знижують рівень
напруги до безпечного для входів АЦП, а також, завдяки конденсаторам С8 і
С5, знижують рівень імпульсних перешкод.
Два зовнішні переривання мікроконтролера використовуються
датчиком руху й ІК приймачем. Третє зовнішнє переривання
використовується для зовнішнього запуску процесу запису зображень.
ІК фотоприймач використовується TSOP34836, але може бути
використаний будь-який іншої з несучою частотою 36 кГц, тому що
використовується протокол RC5.
Світлодіоди для індикації роботи деяких основних вузлів і індикації
статусу підключені до порту А мікроконтролера. Вивід PC5
використовується для послідовної передачі даних для налагодження,
програмно реалізований UART, зі швидкістю 9600 бод. Зверніть увагу, що
ніяких додаткових перетворювачів рівня не потрібно.
Блок живлення пристрою складається з основної частини й резервної.
Резервна частина - дві батареии AA 1.5 В, забезпечує резервне живлення
пристрою (робота годинника реального часу) і гарантує коректне завершення
циклів записи/читання. Основна частина - стабілізатори напруги +5.0 В
(LM2936-Z5) і +3.3 В (LM1117-3.3). Вхідна напруга блоку живлення: +9.0 В.
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
20
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Згідно технічного завдання в даній дипломній роботі необхідно
розробити охоронну систему для приміщень з фото фіксацією подій.
В пристрої що розробляється необхідно реалізувати наступні
характеристики:
- два порогові входи від зовнішніх датчиків з вхідними рівнями
напруги:
а) логічний "0" – напруга 0 – 1.3В
б) логічна "1" – напруга 1.4В – 14В
- підключення камери з паралельним інтерфейсом передачі даних;
- збереження інформації на карті формату SD/MMC з підтримкою
карт формату SDHC;
- графічний екран для виведення збережених фотографій, виводу
меню налагодження;
- організувати сенсорну взаємодію з користувачем за допомогою
резистивного сенсорного екрану;
- живлення пристрою від джерела постійної напруги 4.0-5.5В
- забезпечити економний режим роботи пристрою;
В результаті обробки технічного завдання було вирішено
використовувати сучасний мікроконтролер STM32F107 з архітектурою ARM
Cortex-M3 32-bit. Дані мікроконтролери розроблені для використання в
малогабаритній апаратурі яка повинна мати досить велику інформаційну
швидкодію з одночасним досить незначним споживанням.
Це дозволило розробити пристрій з невеликими габаритами основної
керуючої плати і водночас з цим, дозволяю при заміні частин програми
використовувати різні камери та екрани.
Отже можна сміливо сказати про доцільність даної розробки.
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
21
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
На основі технічного завдання на розробку пристрою, було
розроблено структурну схему пристрою.
Структурна схема охоронної системи для приміщень з фото фіксацією
подій рис. 3.1.
Розглянемо докладніше кожен з блоків пристрою.
Контролер STM32F107 – обробляє сигнали отримані з зовнішніх
датчиків і в залежності від настроювання програми може ініціювати захват
зображення з камери перекодування зображення і запис на SD карту. також
виводить інформацію на екран і обробляє натискання та тач-панель.
Вхідні датчики – забезпечують необхідне узгодження логічних рівнів
вхідних сигналів. Узгодження необхідне для забезпечення виконання вимоги
ТЗ на вхідні рівні напруги від датчиків та захисту входів пристрою.
Інтерфейс для підключення камери – забезпечую під’єднання на
основної плати пристрою камери з послідовним інформаційним інтерфейсом.
Він забезпечує необхідні для роботи камери сигнали (сигнал тактування).
Буферна пам'ять – слугує для швидкого зчитування з камери
інформації про один кадр зображення. Необхідно для узгодження швидкодії
мікроконтролера та камер, які не мають в своєму складі вбудованого буфера
або з камерами що мають досить високу частоту видачі зображення.
Інтерфейс для карти SD/MMC – слугує для підключення карт
стандарту SD/MCC.
Інтерфейс для підключення екрана та тач-панелі – слугує для
підключення екранів з послідовним 8-бітним інтерфейсом та підключення
тач-панелі.
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
22
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
23
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
åêðàí
Êîíòðîëåð ²íòåðôåéñ äëÿ
Âõ³äí³ äàò÷èêè òà÷-ïàíåëü ï³äêëþ÷åííÿ
åêðàíà òà òà÷-ïàíåë³
STM32F107
²íòåðôåéñ äëÿ
Áóôåðíà ïàì'ÿòü Êëàâ³àòóðà êåðóâàííÿ
ï³äêëþ÷åííÿ êàìåðè
²íòåðôåéñ äëÿ êàðòè
SD/MMC
Ñòàá³ë³çàòîð
+3,3Â
íàïðóãè GND
æèâëåííÿ
Рис. 3.1 - Структурна схема пристрою для охорони приміщень з фіксацією подій.
Клавіатура керування – слугує для подачі основних команд для
керування пристроєм. Розширене керування пристроєм відбувається за
допомогою сенсорного екрану.
Стабілізатор напруги живлення - забезпечує необхідні напруги для
живлення різних блоків пристрою, і побудований на досить економічній і
малогабаритній імпульсній схемі. Для економії джерела живлення пристрій
при ввімкненні відповідної функції має можливість переходити в економний
режим: відключення підсвічування екрана.
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
24
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ
Проведемо розробку схеми електричної принципової охоронної
системи для приміщень з фіксацією подій.
Схема електрична принципова побудована на мікроконтролері А1
STM32F107 фірми STMicroelectronics, що має достатню економічність та
високопродуктивне ядро для забезпечення роботи пристрою. На елементах
Z2, С17, С18 зібрано тактовий генератор мікроконтролера. Частота
кварцового генератора Z2 8Мгц в подальшому підвищується внутрішніми
множниками мікроконтролера до робочої 72МГц.
На елементах R1-R6, C7, C8, VD1, VD2 – побудована схеми
узгодження роботи з вхідними датчиками. Резистори створюють дільник
напруги, стабілітрони забезпечують захист від перевищення напруги по
входах, а конденсатори забезпечують фільтрацію високочастотних завад.
Роз’єм Х1 слугує для підключення модуля камери. На нього
приходять необхідні сигнали для живлення модуля відеокамери та сигнали
тактової сигналізації з високоточного тактового генератора Z1.
На мікросхемі DD1 AL422 фірми AverLogic побудовано блок
буферної пам’яті . Мікросхема містить FIFO буфер на один кадр формату
640х480.
S1-S4 та R7-R10 – клавіатура керування пристроєм.
X3, R14-R17 – блок підключення карт SD/MMC.
Роз’єм Х2 слугує для внутрішньо схемного програмування пристрою.
Роз’єм Х4 – підключення екрана та сенсорної тач-панелі.
Танзистор VT1 слугує для відключення підсвічування екрана.
На мікросхемах DA1та DA2 зібрано блок живлення пристрою.
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
25
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
СКРТ88.020057.248 ПЗ
26
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
GND
VD1
C8
R3
1 R1
Датчик 1 IN1
R4
C17
+5V
Z2
R5
2 R2
Датчик 2 IN2 C18
GND
C7
R6 VD2
X4
GND
01
+2.8V GND
+2.8V 12 15 RS
OSC_IN CPU PC0 X2:1 X2:2 02
X1 13 16 WR +3.3V
C4 OSC_OUT PC1
17 RD TCK TCK 01 02 GND
01 AVDD ST32 PC2 GND RS 03
GND R7 R8 R9 R10 X1 23 18 CS
PA0 F107 PC3 TDO TDO 03 04 Vcc
X2 24 33 RES +3.3V
02 VCC PA1 PC4 WR 04
Y1 25 34 RL
C5 PA2 PC5 TMS TMS 05 06 SRST SRST
КЕР1 S1 Y2 26 63 UD
03 V1 PA3 LQFP100 PC6 RD 05
1 3 K1 K1 29 64
C1 PA4 PC7 07 08 TRST TRST
2 4 K2 30 65
04 V2 PA5 PC8 DB0 06
K3 31 66
PA6 PC9 TDI TDI 09 10 GND
КЕР2 S2 K4 32 78 GND
05 DVDD PA7 PC10 DB1 07
1 3 IN1 67 79
PA8 PC11
2 4 K2 IN2 68 80
06 AGND PA9 PC12 DB2 08
GND LED 69 07
PA10 PC13
V_RESET 70 08
07 DOGND PA11 PC14 DB3 09
71 09
КЕР3 S3 PA12 PC15
TMS 72
08 PWND 1 3 K3 PA13/TMS DB4 10
TCK 76 81 D0
2 4 PA14/TCK PD0
TDI 77 82 D1
09 STROBE PA15/TDI PD1 DB5 11
83 D2
PD2
КЕР4 S4 35 84 D3
10 XCLK PB0 PD3 R18 DB6 12
1 3 K4 36 85 D4
14 G 08 PB1 PD4
+2.8V Vcc OUT 2 4 37 86 D5
11 V_RESET C6 JCO8 PB2 PD5 DB7 13
TDO 89 87 D6
07 PB3/JTDO PD6 VT1
GND TRST 90 88 D7 R13
12 SCL GND Z1 PB4/JTRST PD7 LED CS 14
M_RE 91 55 DB0
PB5 PD8
GND M_OE 92 56 DB1
13 SDA PB6 PD9 RES 15
M_RRST 93 57 DB2
PB7 PD10
M_CLK 95 58 DB3
14 VSYNC PB8 PD11 RL 16
M_DEC 96 59 DB4
PB9 PD12
SCL 47 60 DB5
15 HREF PB10 PD13 GND UD 17
SDA 48 61 DB6
PB11 PD14
C_D0 1 28 D0 51 62 DB7
16 PCLK DI0 REG DO0 PB12 PD15 LED+ 18
C_D1 2 27 D1 52 +5V
DI1 DO1 PB13
C_D2 3 AL422B 26 D2 53 97
17 C_D0 DI2 DO2 PB14 PE0 LED- 19
C_D3 4 25 D3 54 98
DI3 DO3 PB15 PE1
C_D4 11 18 D4 01 DAT3
18 C_D1 DI4 DO4 PE2 X1 20
C_D5 12 17 D5 06 02
DI5 DO5 VBAT PE3
C_D6 13 16 D6 19 03 CMD
19 C_D2 DI6 DO6 GND VSSA PE4 X2 21
C_D7 14 15 D7 20 04
DI7 DO7 VRef- PE5
21 05 DAT0 SD_CLK
20 C_D3 VRef+ PE6 Y1 22
HREF 5 24 M_RE 22 38 DAT1
WE RE VDDA PE7
7 22 M_OE 39 DAT2 DAT0
21 C_D4 TST OE PE8 Y2 23
8 21 M_RRST 11 40 DAT3
WRST RRST VDD PE9
PCLK 9 20 M_CLK 28 41
22 C_D5 WCK RCK +3.3V VDD PE10 GND 24
19 M_DEC 50 42 SD_CLK GND
DEC VDD PE11
75 43 WP1
23 C_D6 VDD PE12 R14
10 100 44
Vdd +2.8V C16 VDD PE13 +2.8V
6 45
24 C_D7 GND PE14
23 C14 10 46
GND VSS PE15
DD1 27
VSS R15
49 94
VSS BOOT0 R12
GND 74 14 SRST
GND VSS NRST +3.3V
99 73 R16
VSS NC C19 X3
A1
SDC09W4
1
R17 DAT3/CS
2
CMD/DI
3
C20 Vss
4
+3.3V Vdd
WP1 DAT2 DAT1 5
CLK
6
GND Vss
+5V 7
DAT0/DO
+3.3V 8
33 2.8В DAT1
1 9
5V 3 *STU 2 3 2 DAT2
Vin Vout IN *STU OUT +2.8V
NCP 4
LD1117 10
1 1117DT 1 C15 R11 WP1
C2 C3 GND C9 C10 C11 C12 C13 GND 11
DA1 DA2 +2.8V WP2
12
2 CD1
GND 13
GND CD2
Рис. 4.1 - Принципова схема пристрою для охоронни приміщень з фіксацією подій.
5 РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ
ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ
5.1 Мікроконтролери STM32F107
5.1.1 Знайомство з Cortex
Сімейство ARM Cortex - нове покоління процесорів, які виконані по
стандартній архітектурі й відповідають різним технологічним вимогам. На
відміну від інших ЦПП ARM, сімейство Cortex є завершеним процесорним
ядром, яке поєднує стандартне ЦПП й системну архітектуру. Сімейство
Cortex доступне в трьох основних профілях: профіль A для
високопродуктивних застосувань, профіль R для застосувань реального часу і
профіль M для чутливих до вартості й мікроконтролерних застосувань[16].
Мікроконтролери STM32 виконані на основі профілю Cortex-M3, яке
спеціально розроблене для застосувань, де необхідні розвинені системні
ресурси й, при цьому, мале енергоспоживання. Вони характеризуються
настільки низькою вартістю, що можуть конкурувати із традиційними 8 і 16-
бітними мікроконтролерами. І хоча ЦПП ARM7 і ARM9 у минулому з
успіхом інтегровані в стандартні мікроконтролери, у них все-таки
прослідковується споконвічна орієнтованість на системи на кристалі (Soc).
Це особливо помітно по способах обробки виняткових ситуацій і переривань,
тому що в різних виробників мікроконтролерів і способи обробки реалізовані
різним способом. Cortex-M3 є стандартизованим мікроконтролерним ядром,
яке крім ЦПУ, містить усі інші складові основи мікроконтролера елементи (у
т.ч. система переривань, системний таймер Systick, отладочна система й
карта пам'яті). 4 гігабайтний адресний простір Cortex-M3 розділений на чітко
розподілені області коду програми, статичного ОЗП, пристроїв вводу-виводу
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 27
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
й системних ресурсів. На відміну від ядра ARM7, Cortex-M3 виконане по
Гарвардській архітектурі й, тому, має кілька шин, що дозволяють виконувати
операції паралельно. Сімейство Cortex має можливість оперувати із
фрагментованими даними (unaligned data), що також відрізняє його від
попередніх архітектур ARM. Цим гарантується максимальна ефективність
використання внутрішнього статичного ОЗП. Сімейство Cortex також
підтримує можливості установлення й скидання біт у межах двох областей
пам'яті розміром 1 Мбайт по методу bit banding. Цей метод надає ефективний
доступ до регістрів і прапорам пристроїв вводу-виводу ПВВ, розташованих в
області статичного ОЗП, і виключає необхідність інтеграції
повнофункціонального бітового процесора.
5.1.2 ЦПУ Cortex
Основою процесора Cortex є 32-бітне RISC ЦПП. Даний ЦПП
використовує спрощену модель програмування ARM7/9, але, при цьому,
більш великий набір інструкцій з гарною підтримкою цілочисльної
арифметики, поліпшеними бітовими операціями й більш строгими реально-
часовими характеристиками.
Він являє собою стандартизований мікроконтролер, що інтегрує 32-
бітне ЦПП, шинну структуру, блок вкладених переривань, систему
налагодження й визначену організацію пам'яті.
Ще одним ключовим компонентом ядра Cortex-M3 є контролер
векторизованих вкладених переривань (КВВП). КВВП надає стандартну
структуру переривань для всіх Cortex-мікроконтролерів і способи їх обробки.
КВВП пропонує вектори переривань для 240 джерел, для кожного з
яких може бути встановлений свій пріоритет. При розробці КВВП особлива
увага приділялася швидкодії обробки переривань. З моменту одержання
запиту на переривання до виконання першої команди процедури обробки
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 28
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
переривання проходить усього лише 12 циклів. Частково це досягнуто за
рахунок автоматичних операцій зі стеком, виконуваним спеціальним
мікрокодом усередині ЦПП. Якщо ж переривання виникають практично
одночасно, то КВВП використовує спосіб упорядкованої обробки переривань
із затримкою перед викликом чергової процедури обробки переривання
всього лише 6 циклів. У випадку накладення переривань, переривання з
більш високим пріоритетом може витиснути більш низькопріоритетне
переривання, не витрачаючи при цьому додаткових циклів ЦПП. Структура
переривань також тісно пов'язана з підтримуваними ядром Cortex-M3
економічними режимами роботи. Передбачена можливість конфігурації ЦПП
на автоматичний перехід в економічний режим роботи із завершенню
обробки переривання. Після цього переходу ядро буде не діяти аж до
виникнення чергової виняткової ситуації.
Незважаючи на те, що ядро Cortex-M3 розроблялося як недороге ядро,
воно залишається 32-бітним ЦПП й, у зв'язку із цим, підтримує два режими
роботи: потоковий режим (Thread) і режим оброблювача (Handler), для
кожного з яких можна сконфігурувати свої власні стеки. Завдяки цьому,
з'являється можливість розробки більш інтелектуального програмного
забезпечення й підтримки операційних систем реального часу (ОСРЧ).
У ядро Cortex також входи 24-бітн автоматично перезагружаемый
таймер, призначений для генерації періодичних переривань й
використовується ядром
Якщо в ЦПП ARM7 і ARM9 є два набори інструкцій ( 32-бітний ARM
і 16-бітний Thumb), то в сімейства Cortex передбачена підтримка набору
інструкцій ARM Thumb-2. Він являє собою суміш 16- і 32-бітних інструкцій,
що дозволяють добитися продуктивності 32-бітного набору інструкцій ARM
і щільності коду, властивої 16-бітному набору інструкцій Thumb. Thumb-2 -
великий набір інструкцій, орієнтований на компілятори мов C/C++. Це
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 29
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
означає, що програма для Cortex-Мікроконтролера може бути повністю
написана на Сі.
Рисунок 5.2 - Структурна схема мікроконтролера STM32F107.
5.1.3 Безпека
Багато сучасних застосувань, крім високої продуктивності й
багатофункціональних ПВВ, повинні мати інструменти, що забезпечують
безпеку. Дана вимога була враховано в МК STM32. У них інтегрований ряд
апаратних блоків, відповідальних за безпеку роботи мікроконтролера, у т.ч.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 30
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
малопотужний супервізор живлення, система захисту синхронізації й два
окремі сторожові таймери. Перший сторожовий таймер відноситься до
віконного типу (windowed watchdog). Його необхідно обновляти тільки в
межах відведених часових рамок. Якщо це зробити занадто рано або занадто
пізно, то він згенерує сигнал спрацьовування. Інший сторожовий таймер
повністю незалежний від першого. Він синхронізується від окремого
внутрішнього генератора, який не пов'язаний з головною системною
синхронізацією. У МК також використовується система захисту
синхронізації, який може виявляти перебої в роботі основного зовнішнього
генератора й безпечно перемикатися на роботу від внутрішнього Rc-
Генератора частоти 8 Мгц.
5.1.4 Захищеність
Ще однією непростою вимогою до сучасних розробок є захист коду
програми від розкрадання. У цьому плані, Flash пам'ять МК STM32 оснащена
програмувальним блокуванням читання через порт налагодження. Після
активізації цього блокування буде також неможливо й записати що-небудь в
Flash пам'ять, що виключає можливість внесення змін у таблицю векторів
переривань. В іншій частині Flash пам'яті може бути активоване блокування
запису. У МК STM32 також є годинник реального часу й невелика область
енергонезалежного статичного ОЗП, які харчуються від окремого резервного
батарейного джерела. У цій області є вхід реагування на зовнішнє втручання.
При зміні стану на даному вході генерується переривання й обнуляється
вміст енергонезалежного статичного ОЗП.
5.1.5 Конвеєр
ЦПП Cortex здатне виконувати більшість інструкцій за один цикл.
Також як і в ЦПУ ARM7 і ARM9, це досягається за допомогою
триступінчастого конвеєра.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 31
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ЦПУ Cortex-M3, також як і ARM7/ARM9, використовує
триступінчастий конвеєр. Однак Cortex-M3 також підтримує пророкування
переходів для мінімізації кількості перезавантажень конвеєра.
Під час виконання однієї інструкції, наступна - дешифрується, а третя
- зчитується з пам'яті. Цей механізм відмінно працює з лінійним кодом, але,
якщо потрібно виконати перехід, то, перш ніж продовжити виконання коду
програми, буде потрібно очищення й перезавантаження конвеєра. У ЦПУ
ARM7 і ARM9 переходи суттєво обмежують продуктивність виконання коду
програми. Щоб уникнути цього, триступінчастий конвеєр ЦПУ Cortex
оснащений логікою пророкування переходів. Це означає, що при досягненні
інструкції умовного переходу виконується випереджаюча вибірка, і, у
результаті, обоє умов інструкції умовного переходу будуть доступні для
виконання й 13зниження продуктивності не відбудеться. Гірш складаються
справи з інструкціями непрямого переходу, тому що в цьому випадку
опереджаючи вибірку, виконати не можна й перезавантаження конвеєра
може виявитися неминучим.
Таким чином, конвеєр - інструмент, від якого залежить результуюча
продуктивність ЦПП Cortex і який не вимагає яких-небудь дій з боку коду
програми.
5.1.6 Режими роботи, що впливають на енергоспоживання
ЦПП Cortex підтримує режим SLEEP, який переводить ядро Cortex в
економічний режим роботи й припиняє виконання інструкцій. У цьому стані
частково продовжує роботу КВВП, що дозволяє відновити роботу ядра
Cortex при генерації переривань вбудованими в МК STM32 ПВВ.
5.1.6.1 Перехід в економічний режим роботи
Для переведення ядра Cortex у режим SLEEP необхідно виконати
інструкцію WFІ (очікування переривання) або WFE (очікування події). Після
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 32
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
виконання інструкції WFІ, ядро Cortex призупинить виконання програми й
обробку відправлених переривань. Існує два сценарії завершення виконання
процедури обробки переривання. По першому сценарію ЦПП виходить із
процедури обробки переривання й вертається до подальшого виконання
фонової програми. Однак, якщо встановити біт SLEEPON EXІT у регістрі
системного керування, ядро Cortex після виходу із процедури обробки
переривань автоматично перейде в режим SLEEP. Така можливість дозволяє
створювати керовані перериваннями малопотужні застосування, у яких
мікроконтролер після поновлення роботи виконує певний код програми, а
потім знову, не виконуючи яких-небудь інструкцій для керування
енергоспоживанням, переходить у режим SLEEP.
Переривання WFE дозволяє відновити роботу ядра Cortex з того ж
місця, з якого воно було переведено в режим SLEEP. Це переривання не
приводить до переходу до процедури обробки переривання. Подія, що
відновляє роботу - це звичайна лінія переривання ПВВ, але яка на
активізована як переривання у КВВП. Завдяки цьому, ПВВ може
сигналізувати ядру Cortex про необхідність поновлення роботи й
продовження обробки, не прибігаючи до використання процедури обробки
переривання. Інструкції WFІ й WFE не підтримуються мовою Си, однак
компілятори для набору інструкцій Thumb-2 підтримують вбудовані макроси,
які можна використовувати в програмі, як стандартні Сі-команди.
Крім економічних режимів роботи SLEEPNOW і SLEEPONEXІT,
ядро Cortex може генерувати сигнал SLEEPDEEP для іншої частини
мікроконтролерної системи.
Регістр системного керування конфігурує режими SLEEP процесора
Cortex. STM32 підтримують додаткові економічні режими, які
використовують генеруємий процесором Cortex сигнал Deepsleep. Завдяки
цьому з'являється можливість реалізації таких додаткових функцій, як
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 33
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
припинення ФАПЧ і ПВВ, за допомогою яких МК STM32 може переходити в
режими роботи з найменшим енергоспоживанням.
5.1.6.2 Економічні режими роботи
МК STM32, будучи високоякісними мікроконтролерами, на додаток
до роботи у звичайному режимі RUN підтримують можливість роботи в
декількох економічних режимах. Правильне використання режимів SLEEP,
STOP і STANDBY уможливлює реалізацію практичних пристроїв з
батарейним живленням. МК STM32 поєднує дві суперечливі властивості:
мале енергоспоживання й високу продуктивність. При знайомстві з ядром
Cortex уже говорилося, що після переходу в економічний режим роботи ЦПП
й ПВВ припиняють свою роботу й споживають мінімальну потужність. При
переході процесора Cortex в економічний режим роботи, він може
сигналізувати про це ще одному зовнішньому мікроконтролеру генерацією
сигналу SLEEPDEEP. Для переходу в економічний режим роботи необхідно
виконати інструкцію WFІ або WFE. Після виконання такої інструкції буде
введений економічний режим роботи, зазначений у регістрі керування
енергоспоживанням. Далі буде даний огляд кожного економічного режиму
роботи і їх порівняння по показниках споживаного струму й затримки
поновлення роботи.
5.1.6.3 Режим RUN
У режимі RUN мікроконтролер STM32 виконує код програми, тому,
енергоспоживання максимальне.
У даному розділі будуть розглянуті різні способи зниження
результуючого енергоспоживання в ході виконання коду програми. Важливо
запам'ятати, що всі дані можливості можна використовувати динамічно. Це
означає, що є можливість виконувати код програми в малопотужній,
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 34
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
низкошвидкістній конфігурації, а потім, у відповідь на переривання або
програмну подію перемкнеться до могутнішої й високопродуктивної
конфігурації.
При звичайному використанні, процесор Cortex і більшість ПВВ
STM32 можуть працювати на частоті 72 Мгц. Працюючи з максимальною
швидкодією, МК споживає струм більш 30 мА. Першим способом його
зниження є відключення синхронізації всіх невикористовуваних ПВВ. Це
дозволить відняти енергоспоживання всіх невикористовуваних частин
мікроконтролера. Включення й відключення синхронізації ПВВ можна
здійснювати динамічно через модуль керування скиданням і синхронізації
(RCC).
Ще більшого зниження енергоспоживання можна добитися
зниженням частоти системної синхронізації. Якщо робота на високій частоті
не обов'язкова, блок ФАПЧ можна відключити й МК STM32 буде
синхронізуватися безпосередньо з виходу Hse- Генератора. Подальшого
зниження споживання можна досягти переходом з використання HSE- на Hsі-
Генератор. Однак, у порівнянні з HSE-, Hsі-Генератор має істотний недолік -
він не настільки точний. Ще деяку частину енергоспоживання можна
виключити відключенням Lsі-Генератора, якщо не використовується
віконний сторожовий таймер і годинник реального часу.
5.1.6.3 Режим SLEEP
Перший щабель економічної роботи - режим SLEEP. За
замовчуванням, після виконання процесором Cortex інструкції WFE або WFІ,
відключається внутрішня синхронізація й припиняється виконання коду
програми. У режимі SLEEP, інша частина МК STM32 продовжує роботу.
Вихід з режиму SLEEP відбувається, коли ПВВ генерує переривання. Якщо
МК STM32 синхронізується блоком ФАПЧ і Hse- Генератором частотою 72
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 35
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
МГЦ і використовує всі ПВВ, то при переході в режим SLEEP споживаний
струм знизиться до приблизно 14.4мА. Проте, якщо виконати спеціальну
підготовку МК STM32 до переходу в економічний режим, відключивши
синхронізацію всіх ПВВ, крім тих, що використовуються для поновлення
роботи процесора Cortex, і перемкнувшись на синхронізацію від Hsі-
Генератора (частоту якого можна знизити до 1 МГЦ і навіть менш), можна
добитися зниження споживаного струму до приблизно 0.5 мА.
У малопотужних застосуваннях, щоб добитися мінімального
енергоспоживання, у режим SLEEP необхідно переходити настільки часто,
наскільки це можливо. На результуючий рівень енергоспоживання також
впливає затримка, яка необхідна мікроконтролеру STM32 для виходу з
економічного режиму роботи й відновлення виконання коду програми.
5.1.6.4 Режим STOP
Мікроконтролер можна настроїти на перехід в економічний режим
STOP. Для цього необхідно встановити біт SLEEPDEEP у регістрі керування
енергоспоживанням ядра Cortex і скинути біт Power Down Deep Sleep (PDDS)
у регістрі керування енергоспоживанням МК STM32.
Після завершення конфігурації режиму STOP, виконання інструкції WFІ або
WFE приведе до зупинки процесора Cortex і відключенню HSІ- і Hse-
Генераторів. Флеш-пам'ять, статичне ОЗП й ПВВ залишаються
підключеними до живлення, тому стан МК STM32 зберігається. Також як і у
випадку з режимом SLEEP, вихід з режиму STOP можливий шляхом
генерації переривання ПВВ. Однак у режимі STOP синхронізація всіх УВВ
відключена, за винятком контролера зовнішніх переривань. Таким чином,
вихід з режиму STOP можливий при зміні стану кожної з лінії вводу-виводу.
Крім того, у контролера зовнішніх переривань є одна лінія, яка може, як
запитувати, так і генерувати переривання по досягненню заданого часу
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 36
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
годинником реального часу. Оскільки в годиника реального часу є окремий
генератор (LSІ або LSE), то вони можуть використовуватися для генерації
періодичних переривань для виведення МК STM32 з режиму STOP.
Після переходу МК STM32 у режим STOP його споживаний струм
знижується з міліампер, споживаних у режимі RUN, до приблизно 24 мкА.
Подальшого зниження енергоспоживання можна добитися переведенням
внутрішнього генератора в спеціальний економічний режим роботи. Для
цього необхідно встановити біт LPDS у регістрі керування
енергоспоживанням МК STM32. Якщо при переході в режим STOP даний біт
був установлений, то споживаний струм знизиться до 14 мкА.
Якщо використовуються годинник реального часу, то споживаний
струм збільшиться на 1.4 мкА.
Затримка поновлення при виході з режиму STOP у найгіршому разі
складе 5.5 мкс, якщо стабілізатор залишався в повністю активному стані, і 7.3
мкс, якщо стабілізатор переводився в економічний режим роботи.
5.1.6.5 Режим STANDBY
МК STM32 можна настроїти на роботу в режимі STANDBY, якщо
встановити біт SLEEPDEEP у регістрі керування енергоспоживанням ядра
Cortex і встановити біт Power Down Deep Sleep в однойменному регістрі МК
STM32. Після цього, виконання інструкції WFІ або WFE приведе до
перекладу МК STM32 у режим з найменшим енергоспоживанням. У режимі
STANDBY МК STM32 абсолютно повністю не діє. Відключені внутрішній
стабілізатор напруги й HSE- і Hsі- Генераторы. У цьому режимі МК STM32
споживає струм усього лише 2 мкА.
У режимі STANDBY споживаний струм рівний 2 мкА, а затримка
поновлення становить 50 мкс
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 37
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Вихід з режиму STANDBY можливий по перериванню годиника
реального часу (досягнення заданого часу) точно так як і при виході з
режиму STOP. Крім того, поновлення можливе через зовнішній вивід
скидання МК STM32 або за допомогою незалежного сторожового таймера.
Вихід з режиму STANDBY також можливий по наростаючому фронту на
лінії 0 порту А. Даний вивід можна настроїти, як вивід поновлення WKUP
шляхом установки біта EWUP у регістрі керування енергоспоживанням і
статусу. Оскільки режим STANDBY самий малопотужний, те й вихід з нього
здійснюється довше всього: затримка поновлення виконання інструкцій
становить близько 50 мкс. Після переходу в режим STANDBY вміст
статичного ОЗУ, регістрів ядра Cortex і МК STM32 губиться. Вихід з режиму
STANDBY практично ідентичний програмному скиданню
5.2 Мікросхема FIFO AL422B
AL422B складається з 3Мбіт DRAM, і настроюється як 393216 слів х 8
біт FIFO (First In First Out – перший прийшов перший пішов). Інтерфейс дуже
зручний, тому що всі операції запису в DRAM уже управляється внутрішнім
контролером DRAM.
Подібні мікросхеми пам'яті на ринку забезпечують обмежений розмір
пам'яті, який досить тільки на запис одного телевізійного поля, але не досить,
щоб тримати весь кадр відео ПК, який звичайно містить 640x480 або 720x480
байт. Averlogic AL422B забезпечує на 50% більше пам'яті для підтримки
високого дозволу для цифрової графіки PC або відео застосувань. 50%
збільшення швидкості також розширює спектр застосування.
Особливості:
- 384 (393 216) х 8 біт FIFO організації
- Підтримка дозволу VGA, CCIR, NTSC, PAL і HDTV
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 38
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
- Незалежні операції читання/запису (різні I/O швидкість передачі
даних)
- Висока швидкість асинхронного послідовного доступу
- Читання / запис циклу: 20ns
- Час доступу: 15 нс
- Дозволи виходу контролю (пропуск даних)
- Самостійні оновлення інформації
- напруга живлення 3,3 із припустимими вхідним сигналом 5В
- Стандартний 28-контактний SOP корпус
5.2.1 Функціональний опис
AL422B є буфером кадру, що складається з DRAM, яка працює як
FIFO який досить великий, щоб умістити до 819x480 байт інформації
зображення й досить швидкий, щоб працювати на тактовій частоті 50 Мгц.
Функціональна блок-схема зображена на рис. 5.3:
Рисунок 5.3 - Функціональна блок-схема AL422B.
Розглянемо блоки функціональної схеми:
- DI0-DI7 входи даних;
- Input Buffer – буфер вхідного сигналу;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 39
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
- SRAM Cache – швидкий кеш вхідного сигналу, слугує для
наскрізної передачі інформації на вихід;
- Write Data Register – регістр запису інформації;
- Write Address Counter – блок вибору адреси і керуванням
операціями запису;
- Timing Generator & Arbiter – блок тактування запису і арбітр
доступу до інформації;
- 384k x8 Memory Cell Array – матриця комірок пам’яті;
- Read Data Register – буферний регістр для інформації яка
зчитується;
- Read Address Counter – блок вибірки адреси і керуванням
операціями зчитування;
- Output Buffer – вихідний буфер;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 40
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
6 РОЗДІЛ ОХОРОНА ПРАЦІ
6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
інженера-дослідника в радіотехнічній лабораторії
Дослідження за темою кваліфікаційної роботи містять роботи, які
неможливі без використання сучасної комп’ютерної техніки. З погляду на це
виникає потреба в раціональній та безпечній організації праці дослідника під
час роботи з комп’ютером, адже деякі обчислення та процеси моделювання
тривають доволі довгий час, що вимагає тривалого споглядання екрану
монітора, а це в свою чергу піддає дослідника впливу цілої групи шкідливих
факторів. До них можна віднести:
- вплив випромінювання від монітора і від комп’ютера;
- вплив електромагнітного випромінювання;
- нераціональна освітленість;
- висока напруга;
- ненормований рівень шуму та ін.
Також мають вплив психофізичні фактори такі як: розумова
перенапруга, перенапруга зорових і слухових аналізаторів, емоційні
перенавантаження, монотонність праці, що призводять до стомлення і
зниження працездатності.
Проаналізуємо вплив вище зазначених факторів на здоров’я і
працездатність дослідника, який працює в лабораторії за комп’ютером. За
рівнем фізичних навантажень даний вид праці відноситься до категорії Іа.
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4 м, довжина – 6 м, висота
стелі – 3 м, площа – 24 м2, об’єм – 72 м3. Лабораторія розрахована на
чотирьох одночасно працюючих осіб. Площа, яка припадає на одного
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 41
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
працівника – 6 м2, об’єм – 18 м3, що не в повному обсязі відповідає вимогам
ДБН В.2.2.28-2010.
Стіни лабораторії оклеяні світлими шпалерами, які мають високий
коефіцієнт відбиття світла, що забезпечує високу освітленість приміщення і
добре впливає на зір працюючого.
Істотний вплив на організм працівника лабораторії має мікроклімат.
Фактичні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1. Температура повітря:
- в холодний період року – 22°С;
- в теплий період року – 29-30°С.
2. Вологість повітря:
- в холодний період року – 50%;
- в теплий період року – 45%.
3. Швидкість руху повітря:
- в холодний період року – 0,05 м/с;
- в теплий період року – 0,1 м/с.
Вище наведені фактичні значення задовольняють ДСН 3.3.6.042-99
«Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень», за виключенням
температури в теплий період року. В даному приміщенні необхідно
розрахувати та змонтувати систему кондиціонування повітря.
Робочі столи розташовані біля вікон так, що працівник сидить боком до
вікна. При цьому забезпечується оптимальне співвідношення яскравості
робочих та навколишніх поверхонь та максимально обмежене відбиття світла
від екрану монітора.
Недостатня або надмірна освітленість, нерівномірність освітлення в
полі зору втомлює очі, призводить до зниження продуктивності праці; при
цьому зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 42
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Надмірна яскравість джерел світла може спричинити головний біль, різь в
очах, розлад гостроти зору; світлові відблиски – тимчасове засліплення.
Освітлення виробничих приміщень характеризується кількісними та
якісними показниками. До основних кількісних показників відносяться:
світловий потік, сила світла, яскравість і освітленість. До основних якісних
показників зорових умов роботи можна віднести: фон, контраст між об’єктом
і фоном, видимість.
Природне освітлення лабораторії здійснюється через вікна. Їх кількість
становить 2, розмір - 2×1,5 м кожне. Вікна облаштовано жалюзі, що
забезпечує обмежене відбивання світла від екрану монітора.
За найменший об’єкт розрізнення зорової праці приймаємо точку на
екрані монітору, розмір якої 0,25 мм, що відповідає дуже високому ступеню
точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ г, що відповідає великому
контрасту об’єкта розрізнення та світлому фону.
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 коефіцієнт природного освітлення (КПО)
для даного типу зорової праці складає 1,5%. Фактичне значення КПО
становить 32-37%, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
Штучне освітлення може бути загальним та комбінованим. Загальним
називають освітлення, при якому світильники розміщуються у верхній зоні
приміщення (не нижче 2,5 м над підлогою) рівномірно (загальне рівномірне
освітлення) або з врахуванням розташування робочих місць (загальне
локалізоване освітлення). Комбіноване освітлення складається із загального
та місцевого. Його доцільно застосовувати при роботах високої точності, а
також, якщо необхідно створити певний або змінний, в процесі роботи,
напрямок світла. Місцеве освітлення створюється світильниками, що
концентрують світловий потік безпосередньо на робочих місцях.
Застосування лише місцевого освітлення не допускається з огляду на
небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 43
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
В темний час доби лабораторія освітлюється за допомогою восьми
світильників. Фактичне значення штучного загального освітлення становить
420 лк, а нормативне значення – 400 лк. Отже, рівень штучного освітлення
відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
Негативна дія ПК у багатьох користувачів виявляється як біль, різь в
очах, як розмивання контурів об’єкта. Ці явища часто супроводжуються
головним болем, сонливістю, млявістю. Щоб уникнути цього, необхідно
кожні 2 години роботи на ПК робити перерву на 10-15 хв. згідно НПАОП
0.00-1.28-10.
Монітори ПК, якими обладнано лабораторію, відповідають основним
вимогам безпеки: яскравість дисплея не менше 300 кд/м2, висота символів не
менше 3,8 мм, діагональ екрану не менше 500 мм.
Згідно ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми допустимих рівнів шуму на
робочих місцях» нормативне значення еквівалентного рівня звуку при
даному виді діяльності складає 50 дБА. Головним джерелом шуму є
вентилятор охолодження блоку живлення ПК. Фактичне значення
еквівалентного рівня звуку не перевищує нормативного і становить 40-42
дБА.
Щоб запобігти виникненню хвороб пов’язаних з неправильною
посадкою людини перед комп’ютером необхідно враховувати ергономічні
фактори.
Довжина робочого столу складає 1,5 м, усі предмети знаходяться в
робочій зоні дослідника. Висота столу 0,75 м, висота стільця 0,45 м, що
відповідає ДСТУ 8604:2015. Стілець має бути такої висоти, щоб максимально
задовольнити куту між стегнами і хребтом величиною 90°.
Приміщення лабораторії відноситься до 3 типу приміщень за ступенем
небезпеки ураження людини електричним струмом: приміщення без
підвищеної небезпеки (ПУЕ), тобто відсутні наступні фактори: висока
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 44
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
відносна вологість повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу);
висока температура (більше 350С протягом тривалого часу);
струмопровідний пил; струмопровідна підлога. Деяке обладнання має
металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в лабораторії необхідно
передбачити магістраль захисного занулення для виключення випадку
ураження електричним струмом. Електропроводка в даному приміщення
прихованого типу. Для під’єднання комп'ютера до мережі 220 В
застосовуються мережеві фільтри.
В лабораторії забезпечуються необхідні заходи запобігання виникнення
пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила
пожежної безпеки України». План евакуації розміщений на стіні, забезпечено
вільний доступ до нього. Приміщення лабораторії укомплектоване двома
порошковими вогнегасниками ВП-5у (Правила використання вогнегасників).
Після проведення детального аналізу приміщення та умов праці за
робочим місцем, можна зробити висновок, що всі фактори виробничого
середовища, крім відхилення від нормованих значень температури повітря в
теплий період року, відповідають своїм нормативним значенням. Тому в
приміщенні електротехнічної лабораторії необхідно встановити систему
кондиціонування повітря.
6.2 Розробка системи кондиціювання повітря лабораторії
6.2.1 Типи кондиціонерів
Кондиціонер - це пристрій, за допомогою якого вдається істотно
підвищити рівень зручності і комфорту в приміщенні.
Всі моделі кондиціонерів різняться типом і основним призначенням.
Так, наприклад, моделі зима-літо використовуються не тільки для
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 45
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
охолодження повітря в літній період, але і його нагрівання в зимовий.
Кондиціонери звичайного типу використовуються тільки для охолодження
повітря.
Кондиціонери зовнішнього типу розраховані на установку у віконний
отвір або отвір, виконане в стіні. Всі щілини, що з'явилися після проведення
установки між корпусом приладу, і стіною ретельно зашпаровуються
утеплювальні матеріали, після чого додатково обробляється герметиком і
обробляється шпаклівкою.
Важливо відзначити, що прилади такого типу здатні працювати на
обігрів та охолодження повітря. Якщо потрібно виконувати кондиціювання
одночасно в декількох приміщеннях, рекомендується розглядати
кондиціонери канального типу. Розглянуте обладнання працює в режимі
рециркуляції.
Встановлення внутрішніх блоків обладнання виконується під підвісною
стелею. Паркан і перенаправлення повітря виконується з допомогою
спеціальних повітроводів. Повітря забирається з приміщення через ґрати
забірного типу, а через розподільну ґрати, подається в приміщення з
кондиціонером.
Найпоширенішим варіантом кондиціонерів сьогодні вважаються спліт-
системи. Перевага даного виду обладнання у високій економічності,
продуктивності, ергономічності і безшумністю в роботі. Складається спліт-
система з двох окремих блоків: зовнішній і внутрішній. Основний (робочий)
блок встановлюється зовні приміщення, внутрішній блок через який
надходить повітря, встановлюється всередині приміщення. Між собою блоки
з'єднані теплоізоляційної трубою.
Спліт-системи інверторні, потужність роботи пристрою регулюється
автоматично, завдяки чому задана температура підтримується з
максимальною точністю, підвищується економічність і довговічність в
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 46
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
експлуатації. Головна перевага безшумність в роботі, що сприяє підвищенню
рівня комфорту в приміщенні. Економічність пояснюється тим, що
потужність роботи приладу автоматично знижується по мірі наближення до
заданої температури. Інвертор автоматично перемикається на економічний
режим роботи, завдяки чому підтримується необхідна температура і
знижується витрата електроенергії.
Спліт-системи напольно-стельового типу встановлюються в тих
випадках, коли відсутня можливість виконати установку звичайної системи
кондиціонування. Потужність даного типу обладнання становить від 4 до 15
кВт. Обладнання може працювати як на охолодження, так і обігрів подається
в приміщення повітря. Встановлений усередині приміщення блок спрямовує
потік повітря вздовж стелі або стіни, завдяки чому охолодження повітря
проходить рівномірно. Важливо зазначити, що внутрішній блок має
акуратний зовнішній вигляд, що дозволяє виконати його установку на
відкритих ділянках стіни.
Існують і багато інших видів спліт-систем, наприклад касетні або
настінно-стельові, які відрізняються своїми особливостями і перевагами.
Важливо зазначити, що перш ніж встановити кондиціонер незалежно
від його типу необхідно розрахувати його потужність, а для цього потрібно
знати загальну площу приміщення, в якому буде виконуватися встановлення
обладнання.
6.2.2 Розрахунок системи кондиціонування
Електротехнічна лабораторія розташована на 2-му поверсі в південній
частині 5-ти поверхової будівлі. Приміщення має наступні розміри: довжина
– 6 м, ширина – 4 м, висота – 3 м. Виходячи з даних параметрів, загальна
площа приміщення становить 24 м2, а об’єм – 72 м3. Лабораторія має
однобічне природне освітлення, яке забезпечується 2 вікнами. Вікна мають
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 47
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
однакові розміри, які становлять 1,5×2 м, відповідно площа одного вікна
становить 3м2 . В роботі приймають участь 4 працівника. Категорія робіт – I
a (легка робота в сидячому положенні).
Розрахунок СКП проводиться для теплого періоду року на
охолодження, враховуючи те, що температура повітря приміщення в теплий
період року (30-32С) не відповідає нормативним вимогам (22-28С), а
максимальна температура зовнішнього повітря становить 35С.
Розрахунок теплонадходження в приміщення
1) Теплонадходження від сонячної радіації залежать від площі та
розташування вікон:
Q1 SВ QВ , (6.1)
де SВ – площа вікна, м2,
QВ – теплонадходження через вікна, яке для південної орієнтації
становить 260 Вт/м2.
Q1 SВ QВ 2 3 260 1560 Вт,
Враховуючи те, що на вікнах встановлені жалюзі, які забезпечують
регулювання природного освітлення в приміщенні, необхідно отриманий
результат Q1 поділити на коефіцієнт 1,4.
1560
Q1 1114 Вт.
1,4
2) Теплонадходження через зовнішню стіну:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 48
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Q2 S SВ QC , (6.2)
де S – площа зовнішньої стіни, м2,
S – площа вікна, м2
В ,
QC – теплонадходження від стіни, яке для південної орієнтації
становить 28 Вт/м2.
Q2 SSВ QC 3 6 2 3 28 12 28 336 Вт.
3) Теплонадходження від штучного освітлення розраховуються з
врахуванням того, що лабораторія обладнана 8 світильниками OKN-236,
кожен з яких має 2 люмінесцентні лампи типу TLD, потужністю 36 × 2 Вт.
N n P
Q3 , (6.3)
k
де k – коефіцієнт для люмінесцентних ламп (k 1,16 ),
N – кількість світильників,
n – кількість ламп,
P – потужність лампи, Вт.
8 2 36 576
Q3 496 Вт.
1,16 1,16
Теплонадходження від штучного освітлення менші за
теплонадходження від сонячної радіації, тому вони не враховуються при
подальших розрахунках.
4) Теплоємність повітря:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 49
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Q4 V VМ k, (6.4)
де V – об’єм приміщення, м3,
V 3
М – об’єм, який займають меблі, м ,
k – для офісного приміщення складає 6 Вт/м3.
Q4 72 2 4 3 6 72 24 6 288 Вт.
5) Теплонадходження від людей. Враховуючи, що працівники
займаються легкою роботою в сидячому положенні:
Q5 4 130 520 Вт.
6) Теплонадходження від техніки:
Персональні комп’ютери (4 шт.) – Q6 4 3001200 Вт.
Лазерний принтер (1 шт.) – Q7 400 Вт.
Загальне теплонадходження:
Qзаг Q1 Q2 Q4 Q5 Q6 Q7 , (6.5)
Qзаг 1114336 2885201200 400 3858Вт.
Для підтримки оптимальної температури необхідний кондиціонер з
потужністю на охолодження не менше 4 кВт. Виходячи з цього, був обраний
кондиціонер OLMO OSH-18LH.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 50
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 6.1 – Зовнішній вигляд кондиціонера OLMO OSH-18LH
Технічні характеристики кондиціонера OLMO OSH-18LH
- Рекомендована площа приміщення - до 45 кв. м;
- Тип компресора - звичайний;
- Тип фреону - R22;
- Холодопродуктивність - 4,55 кВт;
- Теплопродуктивність - 5,2 кВт;
- Рівень шуму, внутрішній блок - 40 дБ;
- Рівень шуму зовнішній блок - 53 дБ;
- Режими роботи - обігрів, охолодження.
Додаткові характеристики
- Функції - 24-годинний таймер на включення і виключення,
авторестарт;
- Фільтри тонкого очищення - активний вугільний фільтр;
біоензимний;
іонно-срібний; фотокаталітичний;
- Споживана потужність обігрів/охолодження - 1,7/1,8 кВт;
- 4-х секційний теплообмінник з біопокриттям;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 51
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
- Автоматична зміна режимів роботи;
- Захист від нестабільного електроживлення;
- Компресор - Toshiba роторний;
- Габарити внутрішнього блоку - 29,8х94х20 см;
- Габарити зовнішнього блоку - 54х84,8х32 см;
- Вага внутрішнього блоку - 10 кг;
- Вага зовнішнього блоку - 43 кг.
Враховуючи особливості кожного з розглянутих типів кондиціонерів,
оптимальним рішенням для реалізації системи кондиціонування повітря в
приміщенні лабораторії стала настінна спліт-система.
Виходячи з того, що для підтримки оптимальної температури був
необхідний кондиціонер з потужністю на охолодження не менше 4 кВт, з
доступних моделей кондиціонерів, які відповідають заданій вимозі, був
обраний OLMO OSH-18LH.
Основні переваги OLMO OSH-18LH: оптимальне охолодження та
нагрівання, низький рівень шуму, компактний зовнішній блок, зручний
технологічний монтаж, технологія DC Inverter. Технологія DC Inverter
дозволяє кондиціонеру не тільки в 2 рази швидше охолоджувати або
нагрівати повітря в приміщенні, а й більш точно підтримувати заданий
температурний режим.
Тому обраний кондиціонер здатний забезпечити підтримку нормованих
значень температури повітря в теплий період року та створити комфортне
середовище для продуктивної праці в робочій зоні електротехнічної
лабораторії.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 52
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ВИСНОВОК
В даному дипломному проекті був розроблений пристрій для охорони
приміщень з фіксацією подій.
Враховуючи нестабільну ситуацію в країні, фінансову кризу, а також
політику світової громадськості, усе більш затребуваним стає забезпечення
особистої безпеки, захист нерухомого майна, транспорту, інформації,
фінансових коштів і інших матеріальних і нематеріальних цінностей.
Згідно технічного завдання в даній дипломній роботі необхідно було
розробити охоронний пристрій систему для приміщень з фіксацією подій з
наступними характеристиками:
- два порогові входи від зовнішніх датчиків з вхідними рівнями
напруги
- підключення камери з паралельним інтерфейсом передачі даних;
- збереження інформації на карті формату SD/MMC з підтримкою
карт формату SDHC;
- графічний екран для виведення збережених фотографій, виводу
меню налагодження;
- організувати сенсорну взаємодію з користувачем за допомогою
резистивного сенсорного екрану;
- живлення пристрою від джерела постійної напруги 4.0-5.5В
- забезпечити економний режим роботи пристрою;
В результаті було вирішено використовувати сучасний
мікроконтролер STM32F107 з архітектурою ARM Cortex-M3 32-bit. Дані
мікроконтролери розроблені для використання в малогабаритній апаратурі
яка повинна мати досить велику інформаційну швидкодію з одночасним
досить незначним споживанням.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 53
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Це дозволило розробити пристрій з невеликими габаритами основної
керуючої плати і водночас з цим, це дозволяю при заміні частин програми
використовувати різні камери та екрани.
Отже, можна сміливо сказати про актуальність розробки пристрою
охорони для приміщень з фіксацією подій.
В дипломній роботі використана сучасна елементна база та проведено
розробку та розрахунок охоронного пристрою для приміщень з фіксацією
подій, що повністю відповідає поставленому технічному завданню.
В розділі охорони проведена розробка системи кондиціювання
повітря в електротехнічній лабораторії.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 54
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ЛІТЕРАТУРА
1. https://360view.com.ua/ohoronni-systemy-sygnalizatsiyi/
2. https://secur.ua/ua/articles/ua_jaki-vidi-kamer-
videosposterezhennja-buvajut.html
3. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы:
Справочное пособие /С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И.
Ниссельсон и др.; – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и
связь, 1984
4. Горобец А.И., Степаненко А.И. Охрана труда
радиоэлектронной промышленности. – К., 1987
5. Игумнов Д.В., Королев Г.В., Громов И.С. Основы
микроэлектроники. – М.: Высшая школа, 1991
6. Конструирование и технология печатных плат. Учебное
пособие для радиотехнических специальностей вузов. – М.:
Высшая школа, 1973. – 216 с.
7. Методические указания по решению задач и задания для
практических занятий и самостоятельной работы по курсу
“Оздоровление воздушной среды и промвентиляция” / Сост.
В.Ф. Селедцов, З.С. Ступницкая, В.В. Зацарный. – К.: КПИ,
1979. – 47 с.
8. Методические указания к дипломному проектированию для
студентов специальности “Радиотехника” всех форм
обучения / Сост. Е.А. Васильцев, В.М. Саух. – К.: КПИ,
1990. – 24 с.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 55
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
9. Методичні вказівки до виконання розділу “Охорона праці” в
дипломних проектах для студентів приладобудівного
факультету спеціальностей 1901, 2201, 2301 усіх форм
навчання / Укл. В.В. Наконечний, О.І. Вітель. – Черкаси:
ЧІТІ, 1994. – 16 с.
10. Павлов С.П., Губонина З.И. Охрана труда в
приборостроении. – М.: Высшая школа, 1986
11. Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев
В.С. Логические ИС КР1533, КР1554, Справочник в двух
частях – Москва: Бином, 1993
12. Справочник проектировщика: Вентиляция и
кондиционирование воздуха /Под ред. И.Г. Староверова. –
М.: Стройиздат, 1987
13. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов:
Учебное пособие для втузов /Под ред. В.К. Беклешова. – М.:
Высшая школа, 1991. – 176 с.
14. Шувалов В.П. и др. Системы электросвязи. Учебное пособие
для вузов. – М.: Радио и связь, 1997. – 512 с.
15. Цыкин Г.С. Усилительные устройства. Изд. 4-е, полностью
переработанное. – М.: Связь, 1971
16. https://www.sea.com.ua/elektronnye-komponenty/news/novye-8-
razradnye-stm8s105-i-stm8s207-a-takze-32-razradnye-
stm32f107-ustrojstva-ot-stmicroelectronics/
Арк.
ÑÊÐÒ88.020057.248 ÏÇ 56
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ДОДАТКИ