Проектування лабораторного регістратора даних

Широков, Євгенiй Павлович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8231

Title:	Проектування лабораторного регістратора даних
Authors:	Мартиненко, Сергій Станіславович Широков, Євгенiй Павлович
Keywords:	регістратор даних;RS-232;RS-485;USB;мікроконтролер
Issue Date:	2020
Abstract:	"Мета роботи – розробити лабораторний регістратор даних з використанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конструкторської документації. Методи дослідження – 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. Проведено аналіз застосування та схем інтерфейсів RS232, RS-485, USB, оглянуто існуючі пристрої та проведено аналіз окремих схем подібних пристроїв. Проведений аналіз технічного завдання та відповідно розроблена структурна схема пристрою, що проектується"
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8231
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Широков_Мартиненко.pdf Restricted Access		952.89 kB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

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

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)

на тему: Проектування лабораторного регістратора даних

Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-88
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Широков Є.П.
(прізвище та ініціали)
Керівник Мартиненко С.С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Землянський О.М
(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)
Широкову Євгенію Павловичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Проектування лабораторного регістратора даних
керівник проекту (роботи) Мартиненко Сергій Станіславович, к.ф.-м.н. доцент
(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: спряження з комп'ютером з програмним
забезпеченням для передачі і спостереження даних в реальному часі на ПК за
допомогою термінальної програми через інтерфейс RS232; отримання
інформації від датчиків вимірювання фізичних величин через інтерфейс RS485;
лінія зв’язку повинна бути електрично розв’язана від мереж вимірювань; для
збору та накопичення даних використовується карта пам'яті SD до 64 Гбайт;
можливість управління реєстратором через зовнішню клавіатуру, що
під'єднується через USB інтерфейс; мережева напруга живлення 210 - 250В з
чистотою 50Гц; внутрішня напруга живлення 5В з розв’язком від мережі
живлення

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 Широков Є.П.
(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 Послідовний інтерфейс RS-232 ..................................................8
1.2 Послідовний інтерфейс RS-485 ................................................10
1.3 Інтерфейс USB...........................................................................11
1.4 Учбовий лабораторний стенд на мікроконтролері ADuC842 -
LESO1...............................................................................................13
1.5 Реєстратор даних лабораторного типу на PIC-мікроконтролері
..........................................................................................................16
2 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ..........................23
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ............................................25
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ ..............27
5 РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ
ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ.............................................................29
5.1 Розрахунок інтерфейсу RS-232.................................................29
5.2 Розрахунок інтерфейсу RS-485.................................................30
5.3 Реалізація інтерфейсу USB .......................................................32

Змн. ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Широков
Ïðîåêòóâàííÿ ëàáîðàòîðíîãî Літ. Арк. Аркушів
Перевір. Мартиненко 73
ðåã³ñòðàòîðà äàíèõ 3
Рец енз.
Н. Контр. Мартиненко ЧДТУ
Затверд. Палагін Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà

5.4 Опис мікроконтролера ATmega128..........................................35
5.4.1 Характеристики мікроконтролера...................................................... 35
5.4.2 Елементи роботи мікроконтролера .................................................... 46
5.4.3 Часова діаграма виконання інструкції................................................. 48
5.4.4 Скидання й обробка переривань ........................................................... 50
5.4.5 Універсальний синхронний і асинхронний послідовний
прийомомопередавач (УСАПП) ..................................................................... 51
5.4.6 Порти введення-виведення.................................................................... 55
6 ОХОРОНА ПРАЦІ............................................................................58
6.1 Аналіз умов праці робітників при розробці пристрою в ........57
приміщенні технічної лабораторії..................................................57
6.2 Модернізація системи пожежної сигналізації лабораторії.....62
ВИСНОВОК........................................................................................70
ЛІТЕРАТУРА .......................................................................................71

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4

ВСТУП

Науково технічний прогрес викликав технічне переозброєння
народного господарства і зумовив швидку змінюваність техніки і технологій,
що застосовуются у різних сферах діяльності.
Характерним для теперішнього часу стає поява в освіті принципово
нових інформаційних засобів, які можуть вплинути на цілі, зміст, методи і
організаційні форми навчання в навчальному закладі будь-якого рівня і
профілю.
Відповідно з тією роллю, яку виконує комп'ютер, виділяють два види
фізичного експерименту: комп'ютерний і комп'ютеризований. Для першого
випадку характеризується експеримент з моделями об'єктів, явищ і процесів,
для другого - натуральний експеримент, де комп'ютер використовується як
елемент експериментальної установки.
Для проведення комп'ютеризованих експериментів використовують
цифрові лабораторії. Цифрова лабораторія - нове покоління шкільних
лабораторій призначених для проведення фронтальних і демонстраційних
дослідів, для організації навчальних досліджень і дослідницьких практик.
Використання цифрових лабораторій дозволяє отримати уявлення про
суміжні освітні області: інформаційні технології; сучасне обладнання
дослідної лабораторії; математичні функції і графіки, математична обробка
експериментальних даних, статистика, наближені обчислення; методика
проведення досліджень, складання звітів, презентація виконаної роботи.
У порівнянні з традиційним обладнанням, цифрові лабораторії
дозволяють істотно скоротити час на організацію і проведення робіт,
підвищують точність і наочність експериментів, надають великі можливості з
обробки та аналізу отриманих даних.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5

До складу цифровий лабораторії входять наступні компоненти:
реєстратор даних, що дозволяє записувати й аналізувати експериментальні
дані; комп'ютер з програмним забезпеченням для управління реєстратором;
датчики для вимірювання фізичних величин сполучені з комп'ютером.
Використання цифрових лабораторій сприяє отриманню нових
освітніх результатів: формування навичок роботи на сучасному обладнанні
дослідної лабораторії; формування і розвиток дослідницьких умінь;
формування комп'ютерної грамотності.
Ефективне використання цифрових лабораторій можливо при умінні:
- використовувати датчики, які абсолютно відрізняються від
традиційних вимірювальних приладів і володіють специфічними
особливостями;
- грамотно налагоджувати реєстратор, враховуючи швидко
протікають фізичні процеси, які були не доступні спостереженню за
допомогою традиційного обладнання, але описувалися теоретично;
- правильно інтерпретувати отримані результати, тому що процеси за
замовчуванням відображаються на екрані комп'ютера у вигляді осцилограм;
- погоджувати морально застаріле обладнання з обладнанням нового
покоління;
- виявити перелік демонстрацій і лабораторних робіт, в яких можна
використовувати цифрову лабораторію та ін.
Отже можна сміливо сказати про необхідність застосування
цифрових лабораторій в освітньому процесі.
Розробці регістратора даних, що входить у склад цифрової
лабораторії і присвячена дана дипломна робота.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6

1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ
До складу цифровий лабораторії входять наступні компоненти:
реєстратор даних, що дозволяє записувати й аналізувати експериментальні
дані; комп'ютер з програмним забезпеченням для управління реєстратором;
датчики для вимірювання фізичних величин сполучені через блок
спряження[1].
На рисунку 1.1 представлений взаємозв'язок між компонентами
цифрової лабораторії .

Рисунок 1.1 – Цифрова лабораторія

Реєстратор даних, дозволяє записувати й аналізувати експеримент-
тальні дані, представляти їх вигляді графіків і експортувати в електронні
таблиці[2]. Реєстратор даних дозволяє виробити до 21000 замірів в секунду і
зберігати у вбудованій пам'яті до 100000 експериментальних точок.
При проведенні прямих вимірювань необхідно правильно
налагоджувати реєстратор даних. Частота опитування датчиків повинна
відповідати природі досліджуваного фізичного явища, в іншому випадку -
можна отримати хибне уявлення про досліджувані процеси.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7

До реєстратор даних можуть підключатися різноманітні датчики через
інтерфейси RS-232 і RS-485, а сам реєстратор можна підключати до
персонального комп'ютера через USB інтерфейс.
Розглянемо особливості вище згаданих інтерфейсів.

1.1 Послідовний інтерфейс RS-232
Широко використовуваний послідовний інтерфейс синхронної й
асинхронної передачі даних, обумовлений стандартом EIA RS-232-C і
рекомендаціями V.24 CCITT. Призначений для зв'язку комп'ютера з
терміналом. В даний час запропонований інтерфейс використовується у
різноманітних застосуваннях[15].
Інтерфейс RS-232-C з'єднує два пристрої. Лінія передачі першого
пристрою з'єднується з лінією прийому другого й навпаки (повний дуплекс)
Для керування з'єднаними пристроями використовується програмне
підтвердження (уведення в потік переданих даних відповідних керуючих
символів). Можлива організація апаратного підтвердження шляхом
організації додаткових RS-232 ліній для забезпечення функцій визначення
статусу й керування.
Стандарт EIA RS-232-C, CCITT V.24
Швидкість передачі 115 Кбіт/с (максимум)
Відстань передачі 15 м (максимум)
Характер сигналу несиметричний по напрузі
Кількість драйверів 1
Кількість приймачів 1
Схема з'єднання повний дуплекс, від точки до
точки

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 8

Інтерфейс RS-232C призначений для підключення до комп'ютера
стандартних зовнішніх пристроїв (принтера, сканера, модему, миші й ін.), а
також для зв'язку комп'ютерів між собою. Основними перевагами
використання RS-232C у порівнянні з Centronics є можливість передачі на
значно більші відстані й набагато більш простий сполучний кабель. У той же
час працювати з ним трохи складніше. Дані в RS-232C передаються в
послідовному коді побайтно. Кожний байт обрамляється стартовим і
стоповими бітами. Дані можуть передаватися як в одну, так і в іншу сторону
(дуплексний режим).
На рисунку 1.2 зображено рівні сигналів RS-232C на передавальному
та приймальному кінцях лінії зв'язку.
На рисунку 1.3 зображено формат даних RS-232C.

Рисунок 1.2 - Рівні сигналів RS-232C на передавальному, приймальному
кінцях лінії зв'язку.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9

Рисунок 1.3 - Формат даних RS-232C

1.2 Послідовний інтерфейс RS-485

Протокол зв'язку RS-485 є найбільше широко використовуваним
промисловим стандартом, що використовують двонаправлену збалансовану
лінію передачі[16]. Протокол підтримує багатоточечні з'єднання,
забезпечуючи створення мереж з кількістю вузлів до 32 і передачу на
відстань до 1200 м. Використання повторювачів RS-485 дозволяє збільшити
відстань передачі ще на 1200 м або додати ще 32 вузла. Стандарт RS-485
підтримує напівдуплексний зв'язок. Для передачі й приймання даних досить
однієї скрученої пари провідників.

Стандарт EIA RS-485
Швидкість передачі 10 Мбіт/с (максимум)
Відстань передачі 1200 м (максимум)
Характер сигналу, лінія диференціальна напруга,
передачі скручена пара
Кількість драйверів 32
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 10

Кількість приймачів 32
Схема з'єднання напівдуплекс, багатоточечна

На рисунку 1.4 зображено схему мережі RS-485.

Рисунок 1.4 - Схема мережі RS-485

1.3 Інтерфейс USB
Шина USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина)
з'явилася порівняно давно - версія першого затвердженого варіанта стандарту
з'явилася 15 січня 1996 року. Розробка стандарту була ініційована досить
авторитетними фірмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom і
Compaq[17].
Основна ціль стандарту, поставлена перед його розроблювачами -
створити реальну можливість користувачам працювати в режимі Plug&Play з
периферійними пристроями. Це означає, що повинне бути передбачене
підключення пристрою до працюючого комп'ютера, автоматичне
розпізнавання його негайно після підключення й наступної установки
відповідних драйверів. Крім цього, бажано живлення малопотужних
пристроїв подавати із самої шини. Швидкість шини повинна бути достатньої
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11

для переважної більшості периферійних пристроїв. Попутно вирішується
історична проблема нестачі ресурсів на внутрішніх шинах IBM PC сумісного
комп'ютера - контролер USB має тільки одне переривання незалежно від
кількості підключених до шини пристроїв.
Можливості USB випливають із її технічних характеристик:
 Висока швидкість обміну (full-speed signaling bit rate) - 12 Mb/s
 Максимальна довжина кабелю для високої швидкості обміну - 5 m
 Низька швидкість обміну (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Mb/s
 Максимальна довжина кабелю для низької швидкості обміну - 3 m
 Максимальна кількість підключених пристроїв (включаючи
розгалуджувачі) - 127
 Можливе підключення пристроїв з різними швидкостями обміну
 Відсутність необхідності в установці користувачем додаткових
елементів, таких як термінатори для SCSI
 Напруга живлення для периферійних пристроїв - 5 V
 Максимальний струм споживання на один пристрій - 500 mА
Враховуючи перераховані характеристики, доцільно під’єднувати до
USB практично будь-які периферійні пристрої, крім цифрових відеокамер і
високошвидкісних жорстких дисків. Особливо зручний цей інтерфейс для
підключення пристроїв, що часто підключаються/відключаються, таких як
цифрові фотокамери. Конструкція роз’ємів для USB розрахована на
багаторазове з’єднання/роз’єднання.
Можливість використання тільки двох швидкостей обміну даними
обмежує застосування шини, але суттєво зменшує кількість ліній інтерфейсу
й тому спрощує апаратну реалізацію.
Живлення безпосередньо від USB можливо тільки для пристроїв з малим
споживанням, таких як клавіатури, миші, джойстики й т.п.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 12

Розглянемо докладніше представлені на ринку зразки подібних
пристроїв.

1.4 Учбовий лабораторний стенд на мікроконтролері ADuC842 -
LESO1
Мікропроцесорний стенд LESO1 - готовий навчальний лабораторний
стенд, який призначений для вивчення мікроконтролерів. Стенд призначений
для освоєння архітектури мікроконтролерів сімейства MCS-51, а також
методів розробки мікропроцесорних систем різного напряму[3].
Лабораторний стенд базується на мікроконтролері ADuC842. Він може
використовуватися як основа для дипломного проектування або для науково
-дослідної роботи в бакалавраті або магістратурі. На базі стенду, з вказаним
мікропроцесором, можлива розробка промислових автоматизованих систем.
З використанням цього навчального стенду в навчальних закладах
можуть проводитися лабораторні роботи з наступних дисциплін:
- цифрова та обчислювальна техніка,
- мікропроцесори в пристроях і системах,
- цифрові пристрої та мікропроцесори,
- інтерфейси периферійних пристроїв,
- організація ЕОМ і обчислювальних систем,
- операційні системи реального часу,
- апаратні засоби обчислювальної техніки.
Мікропроцесорний стенд LESO1 має наступні особливості:
- програмування здійснюється через порт USB,
- не потрібно додаткового джерела живлення,
- простота реалізації та програмування (всі периферійні пристрої
підключені безпосередньо до мікроконтролера),
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13

- взаємодія лабораторного стенду з персональним комп'ютером
здійснюється в програмному середовищі LabVIEW.
Як було вказаго раніше, учбовий лабораторний стенд LESO1
побудований на базі мікроконтролера ADuC842 фірми Analog Devices.
Мікроконтролер містить 12 - розрядні прецизійні АЦП і ЦАП, а також має
вбудований високошвидкісний МК з FLASH - ЕРПЗУ на 62КБ.
Учбовий лабораторний стенд на мікроконтролері LESO1 містить
наступну периферію:
- рідкокристалічний символьний індикатор,
-8х2матричну клавіатуру,
- 4х3годинник реального часу PCF8583,
- випромінювач звуку,
- датчик температури DS18B20,
- інфрачервоний фотоприймач TSOP1736,
- чотири червоних світлодіоди,
- мікросхему перетворення інтерфейсів фірми FTDI.
Структура навчального стенду оптимізована для поетапного, від
простого до складного, освоєння мікроконтролерних систем. Структурна
схема лабораторного стенда представлена на рисунку 1.5.
Принципова схема стенду представлена на рисунку 1.6. Для
завантаження виконуваного коду у внутрішню пам'ять мікропроцесора та
взаємодії лабораторного стенду з ПК розроблена програма nwFlash.
Програма nwFlash дозволяє:
- проводити пошук підключених до комп'ютера по USB інтерфейсу
лабораторних стендів;
- активувати з'єднання з одним із знайдених стендів;
- виконувати скидання мікроконтролера (Reset);

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14

Рисунок 1.5 – Структурна схема лабораторного стенда LESO1

- завантажити їх під flash - пам'ять мікроконтролера користувача
програму;
- приймати і відправляти дані в текстовому і шістнадцятковому вигляді
по інтерфейсу UART (режим терміналу ).

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 15

Рисунок 1.6 – Принципова схема лабораторного стенда LESO1

Головне меню дозволяє здійснювати операції зі стендом, а також
налаштовувати параметри терміналу. Вікно терміналу служить для
відображення даних, що посилаються мікроконтролером по інтерфейсу
UART, а також для відправки даних користувача (від комп'ютера
микроконтроллеру) з цього ж інтерфейсу. У вікні стану відображаються
результати всіх проведених операцій для контролю.

1.5 Реєстратор даних лабораторного типу на PIC-
мікроконтролері

Розглянемо конструкцію реєстратора аналогових і цифрових даних на
базі мікроконтролера PIC і 20 - бітного дельта-сигма АЦП.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 16

Реєстратор аналогових і цифрових даних, що називається G5 Data
Logger (система збору та накопичення даних), відрізняється використанням
зовнішнього 20 - бітного АЦП LTC2420 виробництва компанії Linear
Technology, за рахунок якого спрощується конструкція і підвищується
розширення при перетворенні аналогових даних [4]. Реєстратор має 8
аналогових входів і кілька опціональних цифрових ТТЛ входів. Інтервал
вибірок може бути запрограмований в діапазоні від 10 секунд до 1 години,
для зберігання даних використовується карта пам'яті SD. Додатково можливе
використання послідовного порту для передачі і спостереження даних в
реальному часі на ПК за допомогою термінальної програми.
Специфікація пристрою наступна:
- кількість аналогових каналів:
- 4 канали з вхідним діапазоном напруги 0 - 1В;
- 4 канали з вхідним діапазоном напруги 0 – 10В
- цифрові канали:
- 3 канали ТТЛ ;
-1 канал лічильника імпульсів ;
- 1 канал вимірювання частоти;
- контролер: PIC мікроконтролер з технологією nanoWatt;
- годинник : мікросхема годин реального часу з резервним джерелом
живлення ;
- АЦП : мікросхема 20 - бітного дельта- сигма АЦП;
- накопичення даних:
- карта пам'яті ємністю до 2 Гбайт ;
- файлова система: FAT;
-формат даних: CSV;
- джерело живлення : батарея 6 В/2.8 А · год;
- розміри: 145 × 145 × 80 мм.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17

Основним елементом схеми є мікроконтролер PIC18F45K20 компанії
Microchip.
Основні характеристики мікроконтролера:
- робоча частота до 32 МГц;
- 32 КБ Flash пам'ять , 1.5 КБ RAM , 250 Байт EEPROM ;
- три 16 -бітових таймера , один 8 -бітний таймер , один канал ШІМ ;
- комунікаційні интерфес : UART , SPI , I2C ;
- 14 -канальний 10 -бітний АЦП;
- до 36 ліній введення / виводу загального призначення;
- напруга живлення: 1.8 В - 5.6 В.
Застосований АЦП LTC2420 - це 20-бітний одноканальний
мікропотужний дельта-сигма АЦП з послідовним інтерфейсом (SPI - і
MicroWire - сумісний), що випускається в 8 - вивідному корпусі для
поверхневого монтажу.
Принципова схема реєстратора даних зображена нарисунку 1.7.

Рисунок 1.7 – Принципова схема реєстратора даних
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 18

Мікроконтролер в 40-вивідному корпусі DIP працює на частоті 2 МГц
від вбудованого RC осцилятора, опціонально можливе використання
високошвидкісного (HS) кварцового резонатора, що підключається до
виводів мікроконтролера OSC1 і OSC2. Кварцовий резонатор 32768 Гц
підключений до виводів RC0 і RC1, що належать до UART інтерфейсу
мікроконтролера, призначений для генерування швидкості 9600 біт / с при
передачі даних по послідовному інтерфейсу. Апаратний SPI інтерфейс, лінії
RC3/SCK , RC4/SDI і RC5/SDO, використовується для комунікації з картою
пам'яті в режимі SPI, яка підключається в слот J2. Програмно реалізований
SPI інтерфейс, сигнальні лінії якого RD5 , RD6 і RD7, призначений для
комунікації з мікросхемою АЦП.
Мікропотужне джерело опорної напруги D2 LM385-1.2 забезпечує
АЦП опорною напругою 1.2 В. Так як АЦП є одноканальним, для збільшення
кількості вхідних аналогових каналів реєстратора застосований 8 -канальний
аналоговий КМОП мультиплексор / демультиплексор CD4051 (аналог
К561КП2 ). Канали CH1 - CH4 розраховані на вхідну напругу до 1 В, канали
CH5 - CH8 розраховані на напругу до 10 В (використовується вхідний
резистивний дільник напруги).
Мікросхема U9 MAX3232 призначена для конвертації рівнів сигналів
послідовного порту мікроконтролера ( ТТЛ ) в сигнали інтерфейсу RS232.
Послідовний інтерфейс використовується для передачі даних в термінальну
програму, яка зберігає їх у файл.
Відлік реального часу для влаштування забезпечуються мікросхемою
U4 DS1302. В якості резервного джерела живлення для неї встановлений
іоністор 0.33Ф. Мікросхема годинника реального часу забезпечена
програмованої схемою заряду резервного джерела живлення.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19

Пристрій живиться від батареї 6 В ємністю 2.8 А · год, що забезпечує
безперервну роботу протягом 10 днів. Живлення мікроконтролера і периферії
здійснюється від лінійних регуляторів напруги LM1117 U7 (5.3 В) і U8 (5.0
В). Лінійний регулятор U6 LM317, включений за схемою стабілізатора
струму, призначений для зарядки основної батареї живлення пристрою від
зовнішнього джерела постійної напруги (наприклад, від мережевого адаптера
або сонячної панелі). Про включення схеми заряду сигналізує світлодіод D6.
Двоколірний світлодіод D3 призначений для індикації статусу пристрою
(живлення, визначення карти пам'яті, запис даних, низький заряд батареї).
Напруга батареї відстежується мікроконтролером за допомогою одного
з каналів вбудованого АЦП і дільника напруги на резисторах R20 і R22.
Пристрій має 8 аналогових вхідних каналів (одна половина конектора
CON16) призначених для вимірювання напруги в діапазоні 0 - 1 В (CH1-CH4)
і 0 - 10 В (CH5-CH8). Кожен вхідний канал на клемниках чергується з
сигналом «земля». На виводі 16 клемника CON16 постійно присутня напруга
+5 В, яка може використовуватися для живлення зовнішніх датчиків, що
підключаються до реєстратора.

Рисунок 1.8 – Перша половина конектора CON16
Цифрові реєстровані сигнали подаються на другу половину клемника
CON16.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 20

Рисунок 1.9 – Друга половина конектора CON16

Розглянемо призначення та зробимо опис вхідних цифрових каналів:
- TTL1 - Лічильник імпульсів ( Pulse Counter = TTL1) ;
- PULSE2 - Вхід вимірювання частоти;
- TTL1 - логічний вхід;
- TTL2 - логічний вхід;
- TTL3 - логічний вхід.
TTL1 , TTL2 , TTL3 - можуть використовуватися для відстеження
логічного стану між 0 В і +12 В. Реєстроване значення у файлі 1 відповідає
+12 В на вході , значення 0 - відповідає 0 В на вході. Крім того вхід TTL1
може використовуватися для підрахунку імпульсів (використовується 32 -
бітний лічильник мікроконтролера).
Для вимірювання частоти використовується вхід PULSE2. Діапазон
вимірюваних частот 0 Гц - 15 кГц, точність ± 1 Гц. На клемнику цифрових
входів опціонально можливе використання 10 - бітного АЦП
мікроконтролера з вхідним діапазоном 0 В - 5.3 В. Для цих цілей призначені
контакти клемника AN1 , AN2 і AN3 .
До входу CHRG підключається зовнішнє джерело живлення для заряду
основної батареї реєстратора.
Дані зберігаються реєстратором на карті пам'яті SD або MMC ємністю
до 2 Гбайт у форматі CSV. Карта пам'яті повинна бути з файлової системою
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 21

FAT. Файл даних має вигляд "ADATA000.csv". Для установки годинника
реального часу, інтервалу вибірок і умовної назви місця установки
реєстратора необхідно створити конфігураційний файл.
Встановлені світлодіоди статусу інформують користувача про різні
режими роботи реєстратора. Наприклад, при подачі живлення блимає
червоний світлодіод, що свідчить про пошук карти пам'яті. Надалі
спалахування червоного світлодіода означатимуть запис даних у файл,
відповідно до встановленого інтервалом. Про вдале визначенні карти пам'яті
і створенні файлу ADATA000.CSV повідомляє зелений світлодіод. Спалахи
цього світлодіода в робочому режимі реєстратора свідчать про сканування
вхідних каналів.
Реєстратор даних може відправляти дані в реальному часі (з
урахуванням встановленого інтервалу вибірок) по послідовному інтерфейсу
на персональний комп'ютер.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22

2 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

В даній дипломній роботі необхідно розробити лабораторний
регістратор даних, що входить в склад цифрової лабораторії.
В свою чергу до складу цифровий лабораторії входять наступні
компоненти: реєстратор даних, що дозволяє записувати й аналізувати
експериментальні дані; комп'ютер з програмним забезпеченням для
можливості управління реєстратором, спостереження даних або обробки
результатів вимірювань; датчики для вимірювання фізичних величин, які
під’єднуються через блок спряження.
Реєстратор даних повинен записувати й аналізувати експериментальні
дані, представляти їх вигляді графіків і експортувати в електронні таблиці.
Реєстратор даних дозволяє виробити до 21000 замірів в секунду і зберігати у
вбудованій пам'яті до 1600000 експериментальних точок.
При проведенні прямих вимірювань реєстратор даних вимагає
правильного налагоджування. Частота опитування датчиків повинна
відповідати природі досліджуваного фізичного явища, в іншому випадку
можливо отримати хибне уявлення про досліджувані процеси.
Реєстратор даних повинен відповідати наступним параметрам:
- спряження з комп'ютером з програмним забезпеченням для передачі і
спостереження даних в реальному часі на ПК за допомогою термінальної
програми через інтерфейс RS232;
- отримання інформації від датчиків вимірювання фізичних величин
через інтерфейс RS485;
- лінія зв’язку повинна бути електрично розв’язана від мереж
вимірювань;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23

- для збору та накопичення даних використовується карта пам'яті SD до
32 Гбайт;
- можливість управління реєстратором через зовнішню клавіатуру, що
під'єднується через USB інтерфейс;
- індикація режимів роботи;
- всі модулі повинні бути побудовані на сучасній елементній базі з
використанням мікроконтролерів, з можливістю зміни програми роботи та
захистом від зчитування робочої програми.
- мережева напруга живлення 210 - 250В з частотою 50Гц;
- внутрішня напруга живлення 5В повинна мати розв’язок від мережі
живлення.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 24

3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ

Для реалізації вимог закладених в ТЗ структурна схема лабораторного
регістратора даних повинна містити мікропроцесор, інтерфейс RS-232,
інтерфейс RS-485, інтерфейс USB, блок оптичного розв’язку, блок індикації
режимів роботи пристрою, інтерфейс SD/MMC, блок живлення.
Враховуючи вищевикладені вимоги, структурну схему лабораторного
регістратора даних можливо представити у вигляді, що наведений на
рисунку 5.1.
Основу даної схеми становить мікропроцесор, який керує інтерфейс-
ними блоками пристрою, оброблює та записує на карту пам’яті інформацію
та показує режими роботи пристрою на блоці індикації.
Інтерфейс RS-232 перетворює сигнали стандарту RS-232 в TTL рівні і
в зворотному напрямку, створює напругу необхідну для нормального
функціонування блоку перетворення.
Блок оптичного розв’язку забезпечує безпечну роботу пристрою і
виконує оптичний розв’язок сигналів що надходять від інтерфейсу RS-485.
Інтерфейс RS-485 узгоджує сигнали інтерфейсу мікропроцесора з
стандартними сигналами лінії RS-485.
Інтерфейс SD/MMC призначений для накопичення даних. Можливе
використання карти пам'яті SD до 64 Гбайт.
Блок індикації режимів роботи пристрою відображує стан пристрою:
налагодження чи робота. В режимі роботи може відображати кількість
переданої інформації, кількість записаної інформації, ознаку прийому і
передачі інформації, помилку роботи пристрою з вказівкою коду помилки.
Блок живлення забезпечує необхідні напруги для роботи пристрою.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 25

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 26

Лінія
Інтерфейс Блок гальванічного Інтерфейс
Лінія
RS232 RS232 роз`вязку RS485
RS485
Блок
Мікропроцесор
Лінія Інтерфейс індикації
USB USB режимів
роботи
пристрорю
5В 5В*
Інтерфейс
SD/MMC
220В Блок
живлення

Рисунок 3.1 - Cтруктурна схема лабораторного регістратора даних

4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ
Схема електрична принципова лабораторного регістратора даних
представлена на рисунку 4.1.
Основою побудови даного пристрою є мікросхема A1 ATMega128
фірми Atmel, що має достатню економічність та високопродуктивне ядро для
забезпечення роботи пристрою. Дана мікросхема дозволяє проводити
приймання, обробку, запис та передачу даних.
На кварцовому резонаторі Z1, конденсаторі С16 і С17 побудований
тактовий генератор для мікроконтролера.
Індикатор режимів роботи пристрою побудований на LED індикаторі
НL2 BT-A512 на три символи та світлодіодах HL1, HL3 індикації ознак
приймання та передачі даних.
На транзисторі VT1, VT2 резисторах R4-R16, R21, R22 побудована
схема контролю підсвітки та живлення індикатора НL2.
Оптоелектричний розв’язок побудований на мікросхемі VD2…VD4 –
оптопара 6N137.
Інтерфейс RS232 побудований на мікросхемі DD1 – MAX232.
Інтерфейс RS485 побудований на мікросхемі DD3 - MAX3088.
Інтерфейс USB побудований на мікросхемі FT232RL.
Інтерфейс SD/MMC побудований на слоті Х4 - SDC09W4 під карту
пам’яті до 64 Гбайт.
Інтерфейс клавіатури керування X1 - представляє собою роз’єм для
під’єднання клавіатури керування, для налагодження даного пристрою.
Блок живлення, що перетворює та стабілізує напругу живлення для
роботи схеми, побудований на мікросхемах DA1, DA2 - P6CU-0505E.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 27

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28
R3 +5V1 1 6 1
RO IO A
+5V C18 4 7
DI B
MAX
GND1 R31
X2.1 14 11 2 3088 8
T1 OUT IO T1 IN VD2 RE Vcc +5V1
2 TXD LIN 07 10 2 8 3 5 R24 R27
T2 OUT T2 IN DE GND C21 U
MAX R6 DD3
6
13 232 12 +5V1 R28
R1 IN R1 OUT
3 RXD LIN 08 09
R2 IN R2 OUT GND1
3 7 5
GND1 +5V1
1 GND C5 01 02
GND C1 + V + C7 C8
03 06 X5
C1 - V -
1
04 16 GND1
C6 C2 + Vcc
05 15
C2 - GND +5V 2
DD1
C9 2
C16
GND Z1 R4
C17
X2 R5
25 03 21 19 +5V
1 VBUS GND A *HD A *HD
R7 24 26 20
B 512 B 512 C22 R29
04 08
2 D- R8 C C
X3 02 A 07 A
+5V1
GND VD3
D D
6 MOSI 24 51 R12 01 F B 06 F B 8 2
3 D+ XTAL1 PA0/AD0 E G E G
23 CPU 50 27 23
XTAL2 PA1/AD1 R9 F E C F E C 6
5 MISO 49 28 D DP 22 D4 ID mega PA2/AD2 G G DP
10 48 R13 05 09
C3 PBO/SS 128 PA3/AD3 DP DP
4 SCK 11 47 HL2:1 HL2:2 5 7 3
5 GND PB1/SCK PA4/AD4 R10
12 46
PB2/MOSI PA5/AD5
3 RESET 13 45 VT1 VT2
6 Korp PB3/MISO PA6/AD6 R14 R21
GND 14 44 GND
C12 PB4/OC0 PA7/AD7
2 +5V 15
+5V PB5/OC1A R16 R22
16 35 +5V1
PB6/OC1B PC0/A8 +5V
1 GND 17 36 R26 C23
GND PB7/OC2/OC1C PC1/A9
37 +5V
PC2/A10 GND1
25 38 VD4
PD0/SCL/INT0 PC3/A11 HL1 2 8
26 39
PD1/SDA/INT1 PC4/A12 R11
27 40 "In" 6
PD2/RXD1/INT2 PC5/A13 HL3 R25
28 41
PD3/TXD1/INT3 PC6/A14 R15
28 01 29 42 "Out" R23 R30
OSCO TXD PD4/IC1 PC7/A15 3 7 5
27 FT232RL 05 30
OSCI RXD PD5/XCK1
03 31 02 6N137
RTS PD6/T1 PE0/RXD0/PD1
15 11 32 03
USBDP CTS PD7/T2 PE1/TXD0/PD0 GND1
16 02 04
USBDM DTR PE2/XCK0/AIN0 +5V1
09 61 05
DSR PF0/ADC0 PE3/OC3A/AIN1
10 60 06
DCD PF1/ADC1 PE4/OC3B/INT4
06 59 07
RI PF2/ADC2 PE5/OC3C/INT5
58 08
PF3/ADC3 PE6/T3/INT6
23 57 09
CBUS0/TXLED PF4/ADC4/TCK PE7/IC3/INT7
22 56
CBUS1/RXLED PF5/ADC5/TMS
26 13 55 33
TEST CBUS2/TXDEN PF6/ADC6/TDO PG0/WR
14 54 34
CBUS3/PWREN PF7/ADC7/TDI PG1/RD
19 12 43
RESET CBUS4/SLEEP R1 PG2/ALE
01 18
+5V PEN TOSC2/PG3
17 25 19
3V3OUT AGND TOSC1/PG4
07 R17
GND
04 18 20 62 +5V
VccIO GND RES AREF
20 21 64 R18
+5V Vcc GND C14 AVcc
3 63 X4
GND
C1 C2 R19
SDC09W4
22 21
GND Vcc +5V 1
53 52 R20 DAT3/CS
GND Vcc 2
A1 CMD/DI
C19 3
R2 C20 Vss
3 2 4
+5V Vcc RES +5V Vdd
5
1 V6309 CLK
GND GND 6
DD2 GND Vss
7
DAT0/DO
8
DAT1
9
DAT2
10
WP1
11
WP2
12
CD1
13
CD2
VD1 L1
1
Vin 1 6
Vin+ DC/DC Vout+ +5V1
P6CU C10 C13
C4 4
2 0505E Vout-
Vin-
DA1
2
Vin
GND1
L2
1 6
Vin+ DC/DC Vout+ +5V
P6CU C11
4
2 0505E Vout- C15
Vin-
DA2
GND

Рисунок 4.1 - Схема електрична принципова лабораторного регістратора даних

5 РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ
ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ
В цьому розділі планується провести розрахунок інтерфейсу RS-232,
інтерфейсу RS-485, інтерфейсу USB та провести детальний опис
мікроконтролера ATmega128.
5.1 Розрахунок інтерфейсу RS-232
Інтерфейс RS-232 побудований на спеціалізованій мікросхемі
MAX232 виробництва фірми MAXIM.
Мікросхема містить в своєму складі імпульсне джерело напруги, для
забезпечення передачі інформації по лініям RS-232 з напругами ±10В.
Технічні характеристики мікросхеми MAX232:
- напруга живлення 5В;
- струм споживання 10 мА;
- максимальна швидкість прийому/передачі 200 кБ/с;
- відповідає всім вимогам EIA/TIA-232E и V.28
- максимальна вхідна напруга з лінії RS-232 ±30В.
Схема інтерфейсу RS-232 зображена на рисунку 5.1.

X2.1 14 11
T1 OUT IO T1 IN
2 TXD LIN 07 10 TXD
T2 OUT T2 IN
MAX
13 232 12
R1 IN R1 OUT
3 RXD LIN 08 09 RXD
R2 IN R2 OUT
1 GND C1 01 02
GND C1 + V + C3 C4
03 06
C1 - V -
04 16
C2 C2 + Vcc
05 15
C2 - GND +5V
DD1
C5
GND
Рисунок 5.1 - Інтерфейс RS-232
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29

Призначення виводів мікросхеми:
- „T1 OUT”, „T1 IN” - вихід і вхід 1-го каналу передавача в лінію RS-
232;
- „T2 OUT”, „T2 IN” - вихід і вхід 2-го каналу передавача в лінію RS-
232;
- „R1 OUT”, „R1 IN” - вихід і вхід 1-го каналу приймача з лінії RS-232;
- „R2 OUT”, „R2 IN” - вихід і вхід 2-го каналу приймача з лінії RS-232;
- „С1+”, „С1-” - виводи підключення додаткового конденсатора на
перетворювач напруги;
- „С2+”, „С2-” - виводи підключення додаткового конденсатора на
перетворювач напруги;
- „V+”, „V-” - виводи підключення згладжуючих ємностей на виході
перетворювача напруги;
- „Vcc”, „GND” - входи живлення мікросхеми.
Згідно технічної документації на мікросхему вибираємо
рекомендовані виробником ємності конденсаторів:
С1=С2=С3=С4=С5=1 мкФ

5.2 Розрахунок інтерфейсу RS-485
Інтерфейс RS-485 побудований на спеціалізованій мікросхемі
MAX3088 виробництва компанії MAXIM.
Мікросхема перетворює вхідний сигнал рівня КМОП у
диференціальний вихідний сигнал стандарту RS-485 для надійної передачі
сигналу по двухпровідній довгій лінії ("крученій" парі) і навпаки -
диференціальний вхідний сигнал рівнів RS-485 у вихідний сигнал КМОП.
Режим роботи мікросхеми - напівдуплексний.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30

Мінімальна чутливість по диференціальному вході приймача - 200 мВ
у діапазоні вхідних напруг від -7 до +12 В.
У граничнодопустимому режимі дозволяє перевищення на виході
диференціального сигналу напруги живлення до 12В та дозволяє зниження
рівня напруги до -7В в умовах передачі сигналів у лінію.
Схема інтерфейсу RS-485 зображена на рисунку 5.2:

1
Передача 1 6 1
B
RO IO A
4 7
1 DI B
Прийом MAX
R4
2 3088 8
1 RE Vcc +5V1
Управління 3 5 R1 R2
DE GND C1 R3
DD1
GND1 X1
GND1 +5V1 1
2
2
B
Рисунок 5.2 - Інтерфейс RS-485.

Так як конденсатор С1 виконує роль фільтра по напрузі живлення,
тому виберемо його ємність С1=0,1 мкФ.
Резистори R1, R2 задають струм в лінії RS-485 з таким розрахунком,
щоб обмежити струм короткого замикання на рівні 1мА. Таким чином опір
резисторів буде визначатися за формулою (5.1):

U
R1 R2 Ж
 , (5.1)
IКЗ
де U Ж - напруга живлення;
IКЗ - струм короткого замикання.
Таким чином, згідно (5.1), визначаємо опори резисторів:

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31

5В
R1 R2   5кОм
0,001А
Опір резисторів вибираємо з номінального ряду Е48 рівним:
R1=R2=4.7 кОм

Резистор R3 відіграє роль балансуючого резистора лінії RS-485. Цей
резистор включається тільки за умови що пристрій знаходиться на одному з
кінців лінії RS-485 (кінцевий пристрій). Опір лінії RS-485 згідно стандарту
становить 120 Ом, тому і опір резистора:
R3=120 Ом.
Варистор R4 захищає лінію RS-485 від високих напруг на лінії зв’язку
(наведені напруги, наведені розряди блискавок і т.і.). Згідно технічної
документації на мікросхему інтерфейсу гранична напруга на виводах
інтерфейсу RS-485 становить 30 В, тому напруга захисного варистора
повинна становити 24В.
5.3 Реалізація інтерфейсу USB
Мікросхема FTDI FT232R (FT232RL і FT232RQ) є високоінтегрованим
перехідником USB - COM, що дозволяє використовуючи мінімум зовнішніх
компонентів (з'єднувачі контактні й пасивні компоненти) організувати
послідовний обмін даними між зовнішнім пристроєм на мікроконтролері й
комп'ютером через шину USB.
У порівнянні з попередніми версіями мікросхеми в FT232R на кристал
інтегровані тактовий генератор, енергонезалежна пам'ять EEPROM, частина
зовнішніх пасивних компонентів.
Мікросхема може працювати в режимі послідовного обміну й у
режимі bit-bang.
Характеристики й особливості мікросхеми FT232R:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 32

 одночіповий перехідник з USB в асинхронний послідовний інтерфейс
передачі даних (UART);
 протокол USB повністю реалізований у мікросхемі;
 інтерфейс UART підтримує режими передачі 7 і 8 біт даних, 1 і 2
стопових біта, різні режими контролю парності;
 підтримка керування потоком даних програмного X-On / X-Off і
апаратного;
 швидкості передачі від 300 бод до 3 мегабод для RS422 / RS485 / TTL і
від 300 бод до 1 мегабод для RS-232;
 безкоштовні VCP (віртуальний Com-Порт) і D2XX (DLL) драйвера для
розробників;
 нова можливість - вбудований унікальний ідентифікаційний номер
(Ftdichip-id™) - може бути використаний для створення ключа захисту;
 нові виводи, що настроюються, CBUS;
 можливість виводу стану приймання/передачі на зовнішні світлодіоди;
 можливість подачі тактового сигналу на зовнішні мікросхеми,
контролери, ПЛИС, частоти 6, 12, 24 і 48 Мгц;
 буфери FIFO на приймання й передачу для високошвидкісної передачі
даних;
 настроюється timeout для прийомного буфера;
 поліпшений режим bit bang - виводи CBUS можуть служити для
формування стробів читання й запису;
 вбудована енергонезалежна пам'ять EEPROM обсягом 1024 байт;
 мікросхема поставляється з унікальним ідентифікаційним номером,
який програмується на фабриці в процесі виготовлення кристалів і
доступний для читання по шині USB;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 33

 підтримка режимів живлення від шини, від шини з більшим
споживанням і від зовнішнього джерела;
 вбудований стабілізатор на 5.3 В с навантажувальною здатністю до 50
мА;
 вбудований перетворювач для напруг зовнішніх сигналів на виводах
UART і CBUS від 1.8 до 5 вольтів;
 справжня підтримка рівнів 5В / 5.3В / 2.8В / 1.8В CMOS на виході й
TTL на вході виводів;
 висока навантажувальна здатність виходів;
 вбудований ланцюг скидання по живленню;
 вбудований генератор - не потрібно зовнішніх;
 вбудований фільтр живлення - не потрібний зовнішній RC фільтр;
 можливість інверсії сигналу UART;
 робота мікросхеми при напрузі живлення від 5.3 до 5.25 вольтів;
 низьке споживання, режим енергозбереження;
 сумісність із хост контролерами UHCI / OHCI / EHCI;
 сумісність із USB 2.0 Full Speed;
 розширений робочий температурний діапазон: від -40°С до +85°С
(промисловий);
 виконання Rohs-Сумісне в корпусах 28 SSOP і QFN-32.
Мікросхеми поставляються із запрограмованою EEPROM, немає
необхідності програмувати EEPROM для початку роботи.
Структурна схема FT232R приведена на рисунку 5.3
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 34

Рисунок 5.3 - Структурна схема FT232R

5.4 Опис мікроконтролера ATmega128.
5.4.1 Характеристики мікроконтролера.
ATmega128 – це малопотужний 8-розрядний мікроконтролер,
побудований на високоефективній RISC архітектурі [14]. Мікроконтролер
містить 8 Кбайт Flash ПЗП програм, з можливістю внутрісистемного
перепрограмування і завантаження через SPI послідовний канал з 1000
циклів стирання/запису.
Особливості мікроконтролера:
1) Високопродуктивний, малопотужний 8-розрядний AVR-
микроконтроллер;
2) Розвинута RISC-архітектура:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 35

 133 інструкцій, більшість з яких виконуються за один машинний цикл;
 32 8-разр. регістрів загального призначення + регістри керування
убудованою периферією;
 Цілком статична робота;
 Продуктивність до 16 млн. операцій у секунду при тактовій частоті 16
Мгц;
 Вбудований пристрій, що множить, виконує множення за 2 машинних
цикли;
3) Енергонезалежна пам'ять програм і даних;
 Зносостійкість 128-ми кбайт внутрішньоистемно перепрограмувальної
флэш-памяті: 1000 циклів запис/стирання;
 Опціональний завантажувальний сектор з окремим програмувальним
захистом;
 Внутріщньосистемне програмування вбудованою завантажувальною
програмою;
 Гарантована двухопераційність: можливість читання під час запису;
 Зносостійкість 4 кбайт Э
 ЕСППЗУ: 100000 циклів запис/стирання;
 Вбудоване статичне ОЗП ємністю 4 кбайт;
 Опціональна можливість адресації зовнішньої пам'яті розміром до 64
кбайт;
 Програмувальний захист коду програми;
 Інтерфейс SPI для внутрішньосистемного програмування;
4) Інтерфейс JTAG (сумісність зі стандартом IEEE 1149.1):
 Граничне сканування у відповідності зі стандартом JTAG;
 Велика підтримка функцій вбудованого налагодження;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 36

 Програмування флэш-памяти, ЭСППЗУ, біт конфігурації і захисту
через інтерфейс JTAG;
5) Відмінні риси периферійних пристроїв:
 Два 8-разр. таймера-лічильника з роздільними переддільниками і
режимами порівняння;
 Два розширених 16-разр. таймера-лічильника з окремими
преддільниками, режимами порівняння і режимами захоплення;
 Лічильник реального часу з окремим генератором;
 Два 8-разр. каналів ШІМ;
 6 каналів ШІМ із програмувальним дозволом від 2 до 16 розрядів;
 Модулятор виходів порівняння;
 8 мультиплексованих каналів 10-розрядного аналогово-цифрового
перетворення;
 8 несиметричних каналів;
 7 диференціальних каналів;
 2 диференціальних канали з вибірковим підсиленням з 1x, 10x і 200x
 Двухпровідний послідовний інтерфейс, орієнтований не передачу
даних у побайтному форматі;
 Два канали програмувальних послідовних УСАПП;
 Послідовний інтерфейс SPI з підтримкою режимів ведучий/підлеглий;
 Програмувальний сторожовий таймер з убудованим генератором;
 Убудований аналоговий компаратор;
6) Спеціальні можливості мікроконтролера:
 Скидання при подачі живлення і програмована схема скидання при
зниженні напруги живлення;
 Убудований калібрований RC-генератор;
 Зовнішні і внутрішні джерела переривань;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 37

 Шість режимів зниження енергоспоживання: холостий хід (Idle),
зменшення шумів АЦП, економічний (Power-save), вимикання (Power-
down), черговий (Standby) і розширений черговий (Extended Standby);
 Програмний вибір тактової частоти;
 Конфігураційний біт для перекладу в режим сумісності з ATmega103;
 Загальне вимикання резисторів, що підтягують, на всіх лініях портів
уведення-виведення;
 53 –програмувальні лінії введення-виведення;
 64-вивідний корпус TQFP.
Робочі напруги:
– 2.7 - 5.5В для ATmega128L
– 4.5 - 5.5В для ATmega128
Градації по швидкодії:
– 0 - 8 Мгц для ATmega128L
– 0 - 16 Мгц для ATmega128
Структурна схема мікроконтролера зображена на рисунку 5.4:
Опис виводів мікроконтролера:
 VCC - Напруга харчування цифрових елементів;
 GND - Загальний (земля);
 Порт A (PA7..PA0) - Порт A – 8-разр. порт двунаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що
під’єднуються до плюса джерела живлення, (вибираються
роздільно для кожного розряду). Вихідні буфери порту A мають
симетричну вихідну характеристику з однаковими струмами що
втікають і втікають. При введенні, лінії порту А будуть діяти як
джерело струму, якщо зовні діє низький рівень і включені
резистори, що підтягують. Вводи порту A знаходяться в третьому
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38

(високоімпедансному) стані при виконанні умови скидання,
навіть якщо синхронізація не запущена. Порт А також виконує
деякі спеціальні функції ATmega128;

Рисунок 5.4 - Структурна схема мікроконтролера ATmega128
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39

Рисунок 5.5 - Розташування контактів в корпусі

 Порт В (PВ7..PВ0) Порт B – 8-разр. порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що підтягують
до плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту В мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і втікають. При введенні, лінії
порота B будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький
рівень і включені резистори, що під’єднуються до плюса джерела
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 40

живлення. Виводи порту B знаходяться в третьому
(високоімпедансному) стані при виконанні умови скидання,
навіть якщо синхронізація не запущена. Порт В також виконує
деякі спеціальні функції ATmega128;
 Порт C (PC7..PC0) Порт C – 8-разр. порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що підтягують
до плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту C мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні,
лінії порту C будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє
низький рівень і включені резистори, що під’єднуються до плюса
джерела живлення. У режимі сумісності з ATmega103 порт C діє
тільки на вивід, а при виконанні умови скидання лінії порту C не
переходять у третій стан;
 Порт D (PD7..PD0) Порт D – 8-разр. порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що підтягують
до плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту D мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні,
лінії порту D будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє
низький рівень і включені резистори, що під’єднуються до плюса
джерела живлення.
 Порт E (PE7..PE0) Порт E – 8-разр. порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що підтягують
до плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту E мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні,
лінії порту E будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 41

низький рівень і включені резистори, що під’єднуються до плюса
джерела живлення.
 Порт F (PF7..PF0) Порт F діє як аналогове введення аналогово-
цифрового перетворювача. Порт F також може використовуватися
як 8-разр. порт двонаправленого введення-виведення, якщо АЦП
не використовується. До кожної лінії порту може бути
підключений вбудований резистор, що підтягує до плюса,
(вибирається роздільно для кожного біта). Вихідні буфери порту F
мають симетричну вихідну характеристику з однаковими
струмами що втікають і витікають. При введенні, лінії порту F
будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький рівень і
включені резистори, що під’єднуються до плюса джерела
живлення. Якщо активізовано інтерфейс JTAG, то резистори, що
підтягують, на лініях PF7(TDI), PF5(TMS) і PF4(TCK) будуть
підключені, навіть якщо виконується скидання
Вивід TDO знаходиться в третьому стані, якщо не введений
стан TAP, при якому зрушуються виведені дані;
Порт F також виконує функції інтерфейсу JTAG.
У режимі сумісності з ATmega103 порт F діє тільки на введення.
 Порт G (PG4..PG0) Порт G – 5-разр. порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що підтягують
до плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту G мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими що втікає і випливає струмами. При введенні, лінії
порту G будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький
рівень і включені резистори, що підтягують. У режимі сумісності
з ATmega103 дані виводи використовуються як стробуючі
сигнали інтерфейсу зовнішньої пам'яті, а також як вхід генератора
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 42

32 кГц, а при дії скидання вони асинхронно приймають наступні
стани: PG0 = 1, PG1 = 1 і PG2 = 0, навіть якщо синхронізація не
запущена. PG3 і PG4 – виводи генератора;
 RESET - вхід скидання. Якщо на цей вхід прикласти низький
рівень тривалістю більш мінімально необхідного буде генероване
скидання незалежно від роботи синхронізації. Дія імпульсу
меншої тривалості не гарантує генерацію скидання;
 XTAL1 вхід інвертуючий підсилювача генератора, і вхід
зовнішньої синхронізації;
 XTAL2 вихід інвертуючий підсилювача генератора;
 AVCC вхід живлення порту F і аналогово-цифрового
перетворювача. Він повинний бути зовні зв'язаний з VCC, навіть
якщо АЦП не використовується. При використанні АЦП цей
вивід зв'язаний з VCC через фільтр низьких частот;
 AREF вхід підключення джерела опорної напруги АЦП;
 PEN вхід дозволу програмування для режиму послідовного
програмування через інтерфейс SPI. Якщо під час дії скидання
при подачі живлення на цей вхід подати низький рівень, то
мікроконтролер переходить у режим послідовного програмування
через SPI. У робочому режимі PEN не виконує ніяких функцій.
Схему підключення чіп-генератора до мікроконтролера зображено на
рисунку 5.6. Крім того можуть бути використані кристал кварцу чи
керамічний резонатор.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 43

Рисунок 5.6 - Схема синхронізації.

Ядро AVR об’єднує багатий набір інструкцій з 32 універсальними
робочими регістрами. Усі 32 регістра безпосередньо підключені до
арифметико-логічного пристрою (АЛП), що дозволяє вказати два різних
регістри в одній інструкції і виконати її за один цикл. Дана архітектура має
більшу ефективність коду за рахунок досягнення продуктивності в 10 разів
вище в порівнянні зі звичайними CISC-микроконтроллерами.
Мікроконтролер ATmega128 містить наступні елементи: 128 кбайт
внутрішньо системної програмувальної флэш-памяті з підтримкою читання
під час запису, 4 кбайт ЕСППЗУ, 4 кбайт статичної ОЗП, 53 лінії
універсального введення-виведення, 32 універсальних робочих регістрів,
лічильник реального часу (RTC), чотири гнучких таймери-лічильники з
режимами порівняння і ШІМ, 2 УСАПП, двухпровідний послідовний
інтерфейс, що орієнтований на передачу байт, 8-канальний 10-разр. АЦП з
опціональним диференціальним входом із програмувальним коефіцієнтом
підсилення, програмувальний сторожовий таймер із внутрішнім генератором,
послідовний порт SPI, іспитовий інтерфейс JTAG сумісний зі стандартом
IEEE 1149.1, що також використовується для доступу до убудованої системи
налагодження і для програмування, а також шість програмно обираних
режимів зменшення потужності. Режим холостого ходу (Idle) зупиняє ЦПУ,
але при цьому підтримуючи роботу статичного ОЗУ, таймерів-лічильників,
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 44

SPI-порту і системи переривань. Режим вимикання (Powerdown) дозволяє
зберегти вміст регістрів, при зупиненому генераторі і вимиканні вбудованих
функцій до наступного переривання або апаратного скидання. В
економічному режимі (Power-save) асинхронний таймер продовжує роботу,
дозволяючи користувачеві зберегти функцію рахунка часу в той час, коли
інша частина контролера знаходиться в стані сну. Режим зниження шумів
АЦП (ADC Noise Reduction) зупиняє ЦПП і всі модулі введення-висновку,
крім асинхронного таймера й АЦП для мінімізації імпульсних шумів у
процесі перетворення АЦП. У черговому режимі (Standby)
кварцовий/резонаторний генератор продовжують роботу, а інша частина
мікроконтролера знаходиться в режимі сну. Даний режим характеризується
малою споживаною потужністю, але при цьому дозволяє досягти самого
швидкого повернення в робочий режим. У розширеному черговому режимі
(Extended Standby) основний генератор і асинхронний таймер продовжують
працювати.
Мікроконтролер виготовляється за технологією високощільної
енергонезалежної пам'яті компанії Atmel. Вбудована внутрісистемна
програмувальна флеш-память дозволяє перепрограмувати пам'ять програм
безпосередньо всередині системи через послідовний інтерфейс SPI за
допомогою простого программатора або за допомогою автономної програми
в завантажувальному секторі. Завантажувальна програма може
використовувати будь-як інтерфейс для завантаження прикладної програми у
флэш-память. Програма в завантажувальному секторі продовжує роботу в
процесі відновлення прикладної секції флэш-памяті, тим самим підтримуючи
двухопераційність: читання під час запису. За рахунок сполучення 8-разр.
RISC ЦПП з внутрішньосистемною самопрограмувальною флеш-памяттю в
одній мікросхемі ATmega128 є достатньо потужнім мікроконтролером, що
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 45

дозволяє досягти високого ступеня гнучкості й ефективної вартості при
проектуванні більшості додатків вбудованого керування.
ATmega128 підтримується повним набором програмних і апаратних
засобів для проектування, у т.ч.: Сі-компілятори, макроассемблери,
програмні налагожувачі/симулятори, внутрісистемні емулятори й оцінні
набори.
5.4.2 Елементи роботи мікроконтролера

Рисунок 5.7 - Функціональна схема архітектури AVR

З метою досягнення максимальної продуктивності і параллелелизма в
AVR-мікроконтролерів використовується Гарвардська архітектура з
роздільними пам'яттю і шинами програм і даних. Команди в пам'яті програм
виконуються з однорівневою конвеєризацією. У процесі виконання однієї
інструкції наступна попередньо зчитується з пам'яті програм. Дана концепція
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 46

дозволяє виконувати одну інструкцію за один машинний цикл. Пам'ять
програм являє собою внутрісистемно програмувальну флэш-память.
Регістровий файл зі швидким доступом містить 32 x 8-разр. робочих
регістрів загального призначення з однотактним циклом доступу. Завдяки
цьому досягнута однотактність роботи арифметико-логічного пристрою
(АЛП). При звичайній роботі АЛП спочатку з регістрового файлу
завантажується два операнда, потім виконується операція, а після результат
відправляється назад у регістровий файл і все це відбувається за один
машинний цикл.
6 регістрів з 32 можуть використовуватися як три 16-разр. регістра
непрямої адреси для ефективної адресації в межах пам'яті даних. Один з цих
покажчиків адреси може також використовуватися як покажчик адреси для
доступу до таблиці перетворення у флеш-памяті програм. Дані 16-разр.
регістри називаються X-регістр, Y-регістр і Z-регістр .
АЛП підтримує арифметичні і логічні операції між регістрами, а
також між константою і регістром. Крім того, АЛП підтримує дії з одним
регістром. Після виконання арифметичної операції регістр статусу
обновляється для відображення результату виконання операції.
Для розгалуження програм підтримуються інструкції умовних і
безумовних переходів і викликів процедур, що дозволяють безпосередньо
адресуватися в межах адресного простору. Більшість інструкцій являють
собою одне 16-разр. слово. Кожна адреса пам'яті програм містить 16- або 32-
разр. інструкцію. Флеш-память програм розділена на двох секцій: секція
програми початкового завантаження і секція прикладної програми. Обидві
секції мають роздільні біти захисту від запису і читання/запису. Інструкція
SPM (запис у секцію прикладної програми) повинна використовуватися
тільки усередині секції програми початкового завантаження.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 47

При генерації переривання і виклику підпрограм адреса повернення з
програмного лічильника записується в стек. Стік ефективно розподілений у
статичному ОЗП пам'яті даних і, отже, розмір стека обмежена загальним
розміром статичного ОЗП і використовуваним його обсягом. У будь-якій
програмі відразу після скидання повинна бути виконана ініціалізація
покажчика стека (SP) (тобто перед виконанням процедур обробки переривань
або викликом підпрограм). Покажчик стека – SP – доступний на читання і
запис у просторі введення-виведення. Доступ до статичного ОЗУ даних може
бути легко здійснений через 5 різних режимів адресації архітектури AVR.
Гнучкий модуль переривань містить свої керуючі регістри в просторі
введення-виведення і має додатковий біт загального дозволу роботи системи
переривань у регістрі статусу. У всіх переривань мається свій вектор
переривання відповідно до таблиці векторів переривань. Переривання мають
пріоритет відповідно до позиції їхнього вектора. Переривання з меншою
адресою переривання мають більш високий пріоритет.
Простір пам'яті введення-виведення містить 64 адреси з
безпосередньою адресацією або може адресуватися як пам'ять даних, що
випливає за регістрами по адресах $20 - $5F. Крім того, ATmega128 має
простір розширеного введення-виведення по адресах $60 - $FF у статичному
ОЗУ, для доступу до якого можуть використовуватися тільки процедури
ST/STS/STD і LD/LDS/LDD.

5.4.3 Часова діаграма виконання інструкції
ЦПП AVR-мікроконтролера тактуєтся сигналом CLK ЦПП, що
безпосередньо генерується обраним джерелом синхронізації. Внутрішній
розподіл тактової частоти не використовується.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 48

Рисунок 5.8 показує паралельність вибірок і виконання інструкцій, що
забезпечується Гарвардською архітектурою і концепцією реєстрового файлу
зі швидким доступом. Дана концепція конвеєризації забезпечує питому
продуктивності 1 млн.оп у сек./Мгц і надає унікальне співвідношення числа
функцій на вартість, число функцій на такт синхронізації і числа функцій на
Вт споживаній потужності.

Рисунок 5.8 - Рівнобіжні вибірки і виконання інструкцій

Рисунок 5.9 ілюструє концепцію внутрішньої часової діаграми для
регістрового файлу. За один такт синхронізації АЛП виконує дія над
дворегістровим операндом і повертає результат назад у регістр-одержувач.

Рисунок 5.9 - Однотактність роботи АЛП
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 49

5.4.4 Скидання й обробка переривань
AVR-мікроконтролери підтримують кілька різних джерел переривань.
Усі переривання, а також скидання мають свій індивідуальний вектор у
пам'яті програм. Для кожного переривання мається власний біт дозволу. Крім
того, мається можливість загального дозволу роботи переривань за
допомогою керування відповідним бітом у статусному регістрі. У залежності
від значення програмного лічильника переривання можуть бути автоматично
відключені, якщо запрограмувати біти захисту завантажувального сектора
BLB02 або BLB12. Дана функція поліпшує захист програми.
Найменші адреси в пам'яті програм за замовчуванням визначені як
вектора скидання і переривань. Менші адреси мають більш високий рівень
пріоритетом. Скидання (RESET) має найвищий пріоритет, за ним випливає
INT0 – запит на зовнішнє переривання по входу INT0. Вектори переривання
можуть бути переміщені в початок завантажувального сектора флеш-пам’яті
установкою біта IVSEL у регістрі керування мікроконтролером (MCUCR).
Вектор скидання може бути також переміщений у початок
завантажувального сектора флеш-пам’яті шляхом програмування
конфігураційного біта BOOTRST.
Після виникнення переривання біт I загального дозволу переривань
скидаються і всі переривання забороняються. Користувач може програмно
записати лог. 1 у біт I для дозволу вкладених переривань. У цьому випадку
всі дозволені переривання можуть перервати поточну процедуру обробки
переривань. Біт I автоматично встановлюється після виконання інструкції
виходу з переривання RETI.
Маємо два основних типи переривань. Перший тип переривань
активізується подією, що приводить до установки прапора переривань. Для
даних переривань програмний лічильник змінюється на відповідний вектор
переривання для виконання процедури його обробки і потім апаратно очищає
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 50

прапор переривання. Прапори переривання також скидаються шляхом запису
лог.1 у відповідний розряд. Якщо виникає умова переривання, але дане
переривання заборонене, то прапор встановлюється і запам'ятовується до
дозволу цього переривання або скидається програмно. Аналогічно, якщо
виникає одне і більш умов переривань при скинутому прапорі загального
дозволу переривань, те відповідний прапор встановлюється і
запам'ятовується до поновлення роботи переривань, а потім переривання
будуть виконані відповідно до пріоритету.
Другий тип переривань активізується відразу після виконання умови
переривання. Дані переривання не обов'язково мають прапори переривань.
Якщо умова переривання зникає до його дозволу, то даний запит ігнорується.
Після виходу з переривання AVR-мікроконтролер повертається до
виконання основної програми і виконує ще одну інструкцію до
обслуговування кожного з відкладених переривань.
Зверніть увагу, що регістр статусу автоматично не запам'ятовується
при виклику процедури обробки переривання і не відновлюється при виході з
цієї процедури. Дані дії необхідно виконати програмно.
При виконанні інструкції CLI усі переривання забороняються. Запит
на переривання не буде відпрацьований після виконання інструкції CLI,
навіть якщо воно виникає одночасно з виконанням команди CLI.

5.4.5 Універсальний синхронний і асинхронний послідовний
прийомомопередавач (УСАПП)
Універсальний синхронний і асинхронний послідовний
прийомопередавач (УСАПП) призначений для організації гнучкого
послідовного зв'язку.
Відмінні риси:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 51

 Повнодуплексная робота (роздільні регістри послідовного
прийому і передачі);
 Асинхронна або синхронна робота;
 Ведуче або підлегле тактування зв'язку в синхронному режимі
роботи;
 Висока здатність генератора швидкості зв'язку;
 Підтримка формату переданих даних з 5, 6, 7, 8 або 9 бітами
даних і 1 або 2 стоп-бітами;
 Апаратна генерація і перевірка біта паритету
(парність/непарність);
 Визначення переповнення даних;
 Визначення помилки в структурі посилки;
 Фільтрація шуму з детектуванням помилкового старт-бита і
цифровим ФНЧ
 Три роздільних переривання по завершенні передачі, звільненні
регістра переданих даних і завершенні прийому;
 Режим багатопроцесорного зв'язку;
 Режим подвоєння швидкості зв'язку в асинхронному режимі.

ATmega128 містить два УСАПП: УСАПП0 і УСАПП1. Опис
функціонування обох УСАПП приведено нижче. УСАПП0 і УСАПП1 мають
роздільні регістри введення-виводу. В режимі сумісності з ATmega103
УСАПП1 не доступний, а також немає регістрів UBRR0H і UCRS0C. Це
означає, що в режимі сумісності з ATmega103 підтримується тільки
асинхронна робота УСАПП0.
На рисунках 5.10 та 5.11 представлені функціональна схеми приймача
і передавача УСАПП.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 52

Рисунок 5.10 - Функціональна схема приймача УСАПП

Рисунок 5.11 - Функціональна схема передавача УСАПП
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 53

Регістри керування використовуються всіма блоками. Логіка
тактового генератора складається з логіки синхронізації, зв'язаної з
зовнішнім тактовим входом (використовується в підлеглому режимі) і
генератора швидкості зв'язку. Висновок XCK (синхронізація передачі)
використовується тільки в режимі синхронної передачі. Передавач
складається з одного буфера запису, послідовного сдвигового регістра,
генератора паритету і керуючої логіки, що підтримує різні формати
послідовної посилки. Буфер запису дозволяє безупинно передавати дані без
яких-небудь затримок між передачею посилок. Приймач є більш складним
блоком УСАПП, тому що в його склад входять модулі виявлення даних і
синхронізації. Модулі виявлення необхідні для асинхронного прийому даних.
Крім модулів виявлення в приймач входить пристрій перевірки паритету,
сдвиговый регістр, і дворівневий прийомний буфер (UDR). Приймач
підтримує ті ж послідовні формати, що і передавач, і може визначити
помилку в посилці (кадрі), переповнення даних і помилку паритету.
УСАПП можливо цілком сполучити з УАПП AVR-мікроконтролерів
по наступних позиціях:
 Розташування біт усередині всіх регістрів УСАПП;
 Генерація швидкості зв'язку;
 Робота передавача;
 Функціонування буфера передавача;
 Робота приймача.
Однак у схемі буферизації приймача реалізовано два поліпшення, що
у деяких випадках може вплинути на сумісність:
Додано другий буферний регістр. Два буферних регістри працюють як
циклічний буфер FIFO. Тому, UDR необхідно опитувати тільки один раз при
кожнім одержанні даних! Більш важливим є той факт, що прапори помилок
(FE і DOR), а також 9-ий біт даних (RXB8) також буферизовані разом з
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 54

даними в прийомному буфері. Тому, стан статусних біт необхідно завжди
зчитувати перед читанням регістра UDR. У противному випадку стан
прапорів помилок буде загублено, тому що буде змінений стан буфера.
Регістр зсуву приймача діє як трирівневий буфер. Цим забезпечується
можливість збереження прийнятих даних у послідовному регістрі зсуву до
визначення нового старт-биту, якщо буферні регістри заповнені. Таким
чином, УСАПП характеризується більш високою стійкістю до виконання
умови помилки по переповненню даних (DOR).
5.4.6 Порти введення-виведення
Усі порти введення-виведення (ПВВ) AVR-мікроконтролерів
працюють за принципом читання-модифікація-запис при використанні їхній
як порти універсального введення-виведення. Це означає, що зміна напрямку
введення-виведення однієї лінії порту командами SBI і CBI буде відбувається
без помилкових змін напрямку введення-виведення інших ліній порту. Дане
правило поширюється також і на зміну логічного рівня (якщо лінія порту
набудована на вивід) або на включення/відключення резисторів, що
підтягують, (якщо лінія набудована на введення). Кожен вихідний буфер має
симетричну характеристику керування з високим струмами що втікають і
витікають. Вихідний драйвер має таку навантажувальну здатність, що
дозволяє безпосередньо керувати світлодіодними індикаторами. До всіх ліній
портів може бути підключений індивідуальний вибірковий резистор, що
підтягує до плюса харчування, опір якого не залежить від напруги
харчування. На всіх лініях ПВВ установлені захисні діоди, що підключені до
VCC і Загального (GND), як показано на рисунку 5.12.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 55

Рисунок 5.12 - Еквівалентна схема лінії ПВВ

Посилання на регістри і біти регістрів у даному розділі наведені в
загальній формі. При цьому, символом “x” можливо замінити найменування
ПВВ, а символом “n” замінити номер розряду ПВВ. Однак при складанні
програми необхідно використовувати точну форму запису. Наприклад,
PORTB3, що означає розряд 3 порти B, в даній роботі можемо записати як
PORTxn. Для кожного порту введення-виведення в пам'яті введення-
виведення зарезервовано три середовища: одне під регістр даних – PORTx,
інше під регістр напрямку даних – DDRx і третє під стан входів порту – PINx.
Осередок, що зберігає стан на входах портів, доступний тільки для читання, а
регістри даних і напрямку даних мають двонаправлений доступ. Крім того,
установка біта вимикання резисторів, що під’єднані до плюса, PUD регістра
SFIOR відключає функцію підтягування на усіх виводах усіх портів.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 56

РОЗДІЛ 6 ОХОРОНА ПРАЦІ

6.1 Аналіз умов праці робітників при розробці пристрою в
приміщенні технічної лабораторії
В даній роботі проводиться проектування лабораторного регістратора
даних. Ці роботи полягають в проведенні складних системних розрахунків. В
сучасних умовах проектувальні роботи проводять із застосуванням
комп’ютерної техніки. Робота інженера-проектувальника з комп’ютером
пов’язана з довготривалим сидінням на одному місці майже нерухомо перед
монітором комп’ютера.
Для ефективної організації роботи спеціаліста у приміщенні технічної
лабораторії необхідно проаналізувати всі прямі та побічні фактори впливу
навколишнього середовища на працівників.
За рівнем фізичних навантажень ця робота відноситься до категорії Іа.
Кімната лабораторії розрахована на 4 постійних робочих місця.
Лабораторія має такі розміри : довжина 6 м , ширина 5 м , висота 3,5 м.
Площа кімнати складає 30 м2, об’єм – 105 м3. Це складає 7,5 м2 площі та 35 м3
об’єму на одне постійне робоче місце, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-
2010 «Адміністративні та побутові будівлі».
Для роботи з комп’ютерами використовується приміщення з
однобічним природним освітленням, північно-західною орієнтацією вікон.
Природне освітлення здійснюється через вікна. Розміри двох вікон
приміщення однакові і становлять 1,402,0 м. Робочі столи розташовані
так, що вікна знаходяться збоку робочих місць. Вікна обладнані шторками,
які розсіюють світло. При цьому у полі зору працюючого забезпечується
оптимальне співвідношення яскравості робочих та навколишніх поверхонь.
Найменшим об’єктом розрізнення виступає «крапка» тексту на фоні
монітора (в текстових редакторах та математичних прикладних програмах це
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 57

текст чорного кольору і білий колір робочого поля). Найменший об’єкт
розрізнення – 0,25 мм, що відповідає дуже високому ступеню точності
зорової праці. Розряд зорової праці – II, підрозряд – г. Контраст об’єкту
розрізнення з фоном - великий.
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення
проводиться за допомогою коефіцієнта природної освітленості (КПО),
вираженого в відсотках, який для даного типу зорової праці складає 1,5%.
Фактичне значення КПО знаходиться в межах 32-38%. Отже, рівень
природного освітлення є достатнім.
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається
в залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого
розміру об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Лабораторія обладнана шістьма світильниками, розташованими
безпосередньо над робочими місцями на стелі приміщення. Кожний
світильник має дві люмінесцентні лампи денного світла. Для даного типу
зорової праці необхідна величина штучного загального освітлення
складає 300 Лк.
Фактичне значення даного параметра складає більше 330 Лк. Отже
рівень штучного освітлення на робочому місці є достатнім відповідно до
ДБН В.2.5-28-2018.
В кімнаті в холодний період року функціонує система централізованого
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013 «Опалення, вентиляція
та кондиціювання». Система опалення складається з двох 10-ти секційних
чавунних радіаторів типу М-140-АО, встановлених під кожним вікном.
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому
приміщенні, так як вони безпосередньо впливають на здоров’я та
самопочуття працівника. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення
основних факторів мікроклімату наступні:
1. Температури повітря:
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 58

 В теплий період року – 23 - 25 °С (допустима – 20 - 28 °С). ;
 В холодний період року – 22 - 24 °С (допустима – 21 - 25 °С).
2. Вологість повітря:
 В теплий період року – 40 - 60 %;
 В холодний період року – 40 - 60 %.
3. Швидкість руху повітря:
 В теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с) ;
 В холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с) .
Фактичні значення даних параметрів мають такі значення:
1. Температури повітря в теплий період року становить – 25 - 27 °С, в
холодний період року – 20 - 23 °С .
2. Вологість повітря має різні значення але знаходиться в допустимих
межах – 40 - 60 %.
3. Швидкість руху повітря як в теплий так і в холодний період року не
перевищує 0,1 м/с.
Таким чином, параметри повітря як в теплий так і в холодний період
року задовольняють прийнятим стандартам і нормам, тому немає
необхідності встановлення системи кондиціювання.
В даному приміщенні передбачена неорганізована природна
вентиляція. Повітря просочується через нещільності у вікнах та дверях.
Також здійснюється провітрювання приміщення при відкриванні вікон та
кватирок.
З вище наведених значень параметрів мікроклімату в робочому
приміщенні можна зазначити, що система опалення, яка застосовується,
повністю забезпечує належні умови праці (температуру повітря) в холодний
період року.
Одним з негативних факторів є підвищене зорове напруження, що
пов'язане із спостереженням за інформацією на екрані монітора. Спеціаліст
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 59

втомлюється від постійного ефекту миготіння кадрової розгортки монітора
(тому використовують-ся сучасні плоскі монітори), нестійкості та нечіткості
зображення, необхідності частої переадаптації очей до рівня освітлення
екрану дисплея та загального освітлення приміщення.
Інженер-проектувальник проводить велику кількість часу поряд із
системним блоком комп’ютера, в якому вентилятор охолодження створює
шум. Це також являється важливим фактором виробничого середовища.
Додатковий рівень шуму створює принтер, який знаходиться в дальньому
кутку кімнати.
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих
місцях» нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному
видові діяльності та типу робочого місця складає 50дБА. Рівень шуму на
робочих місцях в даному приміщенні становить 45-47 дБ, що не
перевищує норми.
Відповідно до ДСН 3.3.6.096-2002 напруженість ЕМП у діапазоні
частот 60кГц-3МГц на робочих місцях персоналу протягом робочого дня не
повинна перевищувати 50 В/м. Фактичне значення даного параметра складає
менше 0,4 В/м. Отже, рівень електромагнітного випромінювання знаходиться
в межах норми.
Умови праці спеціаліста при роботі з комп'ютером визначаються
характеристиками устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні,
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Робоче
місце співробітника є постійним і складається зі столу, на якому
установлений персональний комп'ютер, та спеціального м’якого стільця.
Монітор розміщені так, щоб відстань від очей користувача до екрану
о
складала не менше 70 cм, кут огляду 30 . Руки користувача розташовуються
на робочому столі в горизонтальному положенні. Ширина столу 1,2 м, усі
предмети, що знаходяться на ньому розташовані на відстані не більш 75 см
від працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні. Висота столу 74 см.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 60

Параметри робочого місця відповідають ДСТУ 8604:2015 та ДСанПіН
3.3.2.007-98.
З точки зору психологічного навантаження доцільно віднести роботу
інженера до роботи з великим обсягом інформації та великою розумовою
активністю. Однотипність даних на екрані та очікування закінчення
розрахунків може привести до додаткового виснаження, швидкого
стомлення, значного зниження працездатності.
При великому рівні психологічних навантажень спеціаліст змушений
довгий час перебувати у нерухомому стані, практично без фізичних
навантажень, що негативно відображається на фізичному стані та вимагає
додаткових вольових зусиль, які виснажують людину.
Електропроводка в досліджуваному приміщенні прихованого типу, що
захищає працюючих в аудиторії від дотику до оголених проводів напругою
220 В при механічному руйнуванні проводки. Приміщення відноситься до 3
типу: приміщення без підвищеної небезпеки, відповідно ПУЕ, оскільки в
приміщенні немає таких небезпечних факторів як: високої відносної
вологості повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу); високої
температури повітря (більше 350С протягом тривалого часу);
струмопровідного пилу; струмопровідної підлоги; хімічно активного
середовища. Обладнання, встановлене в приміщенні живиться напругою
220В і споживає потужність менше ніж 3000 Вт. Системний блок ПК, має
металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 ці корпуси під'єднано
до загальної системи захисного заземлення.
З працівниками установи регулярно проводиться інструктаж з техніки
безпеки, який складений з врахуванням вимог необхідних нормативних
документів з гігієни праці та техніки безпеки.
Приміщення лабораторії відноситься до приміщень з категорією
пожежобезпеки 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
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 61

горіти, за умови, що приміщення, в яких вони знаходяться
(використовуються), не належать до категорії А та Б) згідно з ДСТУ Б В.1.1-
36:2016, оскільки в приміщенні існують дерев'яні меблі, велика кількість
паперу та інші матеріали.
Існуючі в установі інструкції на випадок пожежі складенні відповідно
до НАОП А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки України».
План евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до нього,
відповідно ДБН В.1.1.7-2016. Приміщення обладнане порошковим
вогнегасником ВП-5У, який закріплено в місці вільного доступу у випадку
виникнення пожежі (відповідно Правил експлуатації вогнегасників).
Важливою обставиною є те, що в приміщенні не встановлено систему
пожежної сигналізації відповідно ДБН В.2.5.56-2014. Для подальшої
безпечної праці в приміщенні лабораторії необхідно обов’язково провести
розрахунок і встановити сучасну систему пожежної сигналізації.

6.2 Модернізація системи пожежної сигналізації лабораторії

Пожежна сигналізація являється однією з найпоширеніших видів
сигналізації. Система пожежної сигналізації весь час удосконалюється,
винаходяться нові способи виявлення пожежі, знижується відсоток
помилкових тривог.
На будь-якому підприємстві, в кожному офісі слід мати пожежну
сигналізацію. Це продиктовано як бажанням власника забезпечити своє
майно, життя і здоров'я співробітників, так і державними стандартами і
нормативними актами. В цілому пожежна сигналізація призначена для
виявлення пожежі на стадії раннього спалаху, включення систем
світлозвукового або голосового сповіщення і активного пожежогасіння, а
також передачі сигналу тривоги на пульт охорони
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 62

Пожежна сигналізація - це складний комплекс технічних засобів, які
служать для своєчасного виявлення спалаху в зоні, що охороняється. Як
правило, робота охоронної сигналізації ефективніша, якщо використовувати
її в комплексі з останніми системами безпеки приміщення (охоронна
сигналізація, відеоспостереження, система контролю і управління доступом
(СКУД), установка пожежогасінні і т. ін.). Більш того, фахівці радять
інтегрувати охоронну сигналізацію і систему пожежної сигналізації, в одній
контрольній панелі. Ця інтеграція називається охоронно-пожежна
сигналізація.
Наступним кроком в розвитку системи пожежної сигналізації є
автоматична пожежна сигналізація. Це система швидкої і автоматизованої
реакції на виникнення вогнища пожежі або задимлення. При виявленні цих
чинників автоматично спрацьовує система сповіщення про пожежу,
установка пожежогасіння, система димовидалення, також ліфтове
господарство і СКУД.
Пожежна сигналізація складається з таких елементів: контрольна
панель, блок індикації або автоматизоване робоче місце (АРМ) на базі
комп'ютера, а також різних типів датчиків (сповіщувачів) і джерела
безперебійного живлення (ДБЖ).
Останній винахід в області пожежної сигналізації - це мультисенсорний
сповіщувач. Стандартний сповіщувач - це датчик, який реагує на появу яких-
небудь ознак пожежі: дим, температура і так далі Розробники вже давно були
спантеличені проблемою створення датчика, який би розглядав всі ознаки в
сукупності, а, отже, точніше визначав би наявність пожежі, на порядок,
зменшуючи помилкові тривоги пожежної сигналізації. Основні чинники, на
які реагує пожежна сигналізація, - це концентрація диму в повітрі,
підвищення температури, наявність чадного газу і відкритий вогонь.
Першими були винайдені мультисенсорні датчики, що реагують на
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 63

сукупність двох ознак: дим і підвищення температури. Але розвиток
технологій пожежної сигналізації не зупинився на цьому і тепер уже
використовуються датчики нового покоління, якою враховують сукупність
три і навіть всіх чотирьох чинників. На сьогоднішній день, багато фірм вже
випускають системи пожежної сигналізації з мультисенсорними датчиками.
Найбільш відомі з них System Sensor, Esser, Bosch Security Systems,
мультисенсорний димовий детектор Siemens і ін.
Для підвищення ефективності роботи пожежна сигналізація як правило
оснащена також і ручними сповіщувачами. Вони зазвичай мають вигляд
закритої прозорої коробки з червоною кнопкою і розміщуються на стінах в
місцях, легко доступних, аби в разі виявлення пожежі працівник без зусиль
міг оповістити все підприємство про небезпеку. Ручні оповіщувачі
відносяться до загальних вимог установки пожежної сигналізації на
підприємствах.
Серед багатого різноманіття сучасних сповіщувачів пропонується
використати сучасний бездротовий датчик диму Ajax WS-501.
Бездротовий пожежний датчик Ajax WS-501 призначений для
визначення пожежі в приміщенні, що охороняється. Датчик виявляє дим з
допомогою інфрачервоного випромінювача і фотоприймача. Елементи
змонтовані в спеціальній димовій камері. При попаданні частинок диму в
камеру, фотоприймач виявляє спотворення інфрачервоного світла. Якщо
диму стає багато, спотворення променю стає сильним, датчик посилає
повідомлення по радіоканалу (без проводів) про пожежну тривогу на
центральний блок і включається вбудована в датчик звукова сирена. Датчик
використовується для виявлення диму в будинку, магазині, готелі, ресторані,
офісній будівлі, школі, банку, бібліотеці, складі і т.ін.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 64

Рисунок 6.1 - Бездротовий датчик диму Ajax WS-501

- Датчик повністю бездротовий: легко встановлюється і настроюється
без спеціальних знань;
- Монтаж датчика не зашкодить ремонту приміщення;
- Регулярно передає сигнали тестування на центральний блок. У разі
якщо датчик спробують вкрасти або зламати, інформація про це негайно
передається на пульт;
- Передає сигнал про розряд батареї на центральний блок;
- Передає сигнал по бездротовому протоколу CONQUISTADOR;
- Передана інформація захищена від перехоплення за допомогою
плаваючого коду;
- Максимальна відстань між брелоком і центральним блоком становить
550 м (за умови прямої видимості);
- При передачі використовується авторський алгоритм захисту від
накладення сигналів, що дозволяє уникнути втрати інформації при
одночасному спрацюванні декількох датчиків;
- Передана інформація захищається за допомогою спеціального
завадостійкого кодування. Це дозволяє передавати сигнал на великі відстані
навіть при наявності великої кількості радіочастотних перешкод;
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 65

- Працює з приймачем бездротових датчиків Ajax RR-104;
- Датчик використовує частоту загального призначення 868 МГц для
передачі сигналу. Вона не потребує ліцензії на використання.

Технічні характеристики датчика:
 Тип датчика: бездротовий;
 Тип сенсора: фотоелектричний;
 Площа, що покривається: 20м2;
 Гучність вбудованої сирени: 85 дБ;
 Максимальна відстань між датчиками і централлю: 400 м;
 Частота передачі: 868 МГц;
 Потужність радіопередавача датчиків: 10 мВт;
 Тип елемента живлення: батарея PP3 (Крона);
 Термін роботи датчика від одного елемента живлення: до 2 років;
 Робоча напруга: 9 В;
 Споживаний струм в режимі бездіяльності/тривоги: 10 мкА/30 мА;
 Діапазон робочих температур: -10 - +50 С;
 Гарантія: 12 міс.

Максимальна відстань між димовими пожежними сповіщувачами,
сповіщувачем і стіною визначаються за таблицею 6.1, але не повинні
перевищувати значень, вказаних у технічній документації на сповіщувач.
Вибір пожежних сповіщувачів здійснюється в залежності від
характерних приміщень, виробництв, технологічних процесів відповідно до
ДБН В.2.5-56-2014.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 66

Таблица 6.1 – Розміщення сповіщувачів на стелі приміщення, що
захищається
Схема квадратного Схема трикутного
Висота розміщення сповіщувачів розміщення сповіщувачів
приміщення
Максимальна відстань, м Максимальна відстань, м
що
захищається, між від між від
м сповіщувачами, сповіщувача сповіщувачами, сповіщувача
м до стіни, м м до стіни, м
До 11,0 10,5 5,3 13 3,75
Понад 11,0 зазвичай за цих висот не застосовують, проте в окремих
до 25,0 випадках використання допускають.

Рисунок 6.2 - Приймач бездротових датчиків Ajax RR-104

Принцип роботи.
Приймач бездротових датчиків Ajax RR-104 призначений для того, щоб
приєднати бездротові датчики Ajax серії CONQUISTADOR до будь-якої
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 67

провідної охоронної централі. Принцип роботи дуже простий: Ajax RR-104
оснащений радіоканальним приймачем і НЗ транзисторними виходами. За
допомогою звичайних проводів виходи приймача з'єднуються з входами
централі. Таким чином НЗ виходи приймача стають аналогом звичайних
дротових датчиків для входів централі. При спрацьовуванні бездротового
датчика, він посилає сигнал на приймач. Приймач приймає його, обробляє і
розмикає відповідний датчику вихід. Централь у свою чергу сприймає
розмикання виходу приймача, як розмикання шлейфу датчика і видає
тривогу.
Дозволяє зробити будь-яку дротову централь бездротовою. Приймач
приймає сигнал від радіоканальних датчиків, і за допомогою розмикання
виходів дає сигнали провідний централі, що підключається. Приймач
оснащений 12-ма транзисторними НЗ виходами (підтяжка до землі).
Максимальний комутований напруга/струм 20В/0,5 A. 8 виходів
відповідають 8-ми охоронним зонам. До кожної зони можливо приєднати 5
бездротових пристроїв - датчиків, кнопок брелоків, кнопок клавіатур. У разі,
якщо приєднаний датчик, що працює в імпульсному режимі - вихід при
тривозі розмикається на 1 сек, якщо приєднаний датчик, що працює в
бістабільному режимі - вихід змінює свій стан залежно від стану датчика. У
разі, якщо приєднані кнопки брелоків і/або клавіатур, які відповідають за
поставлення/зняття системи з охорони, вихід буде змінювати свій стан
залежно від натискань. 4 виходи використовуються для передачі сервісних
сигналів: спрацювання тампера датчика, відсутність сигналу тестування,
розряд батареї, глушіння радіоканалу. У випадку, якщо відбувається одне з
сервісних подій - сервісний вихід розмикається.
Приймач відстежує коректну роботу датчиків в мережі. У разі якщо в
контрольний проміжок часу сигнал тестування від датчика не отримано,
видається тривога. Приймач відстежує розряд батареї датчиків. У випадку,
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 68

якщо батарея одного з датчиків розряджається - негайно видається тривога.
Приймач виявляє глушіння радіоканалу зловмисниками. У разі включення
глушилки негайно видається сигнал тривоги. Для детектування глушіння
використовується адаптивний алгоритм, що дозволяє уникнути помилкових
спрацьовувань із-за природних перешкод у радіоканалі. В приймачі ведуться
протоколи сервісних і тривожних подій - завжди можна подивитися, в якому
конкретно датчику спрацював тампер, або сіла батарея, який саме датчик
відправляв сигнал тривоги.
Приймач оснащений спеціальним режимом тестування, який дозволяє
визначити співвідношення сигнал/шум для кожного датчика. Цей режим
дозволяє вибрати оптимальне місце установки для датчика.
Підтримує SMA антени для збільшення дальності роботи.
Основні технічні характеристики:
 Дозволяє зробити дротову охоронну централь бездротовою;
 Приймає сигнал від бездротових датчиків Ajax серії
CONQUISTADOR;
 Підключається до провідної централі;
 12 транзисторних виходів: 8 охоронних зон, 4 сервісних виходи;
 Підтримує до 40 бездротових пристроїв, до 5-ти в кожній зоні;
 Контроль бездротових датчиків, детектування глушіння, журнал
подій;
 Приймач з цифровим синтезатором частот і кварцовою стабілізацією,
максимальна відстань між приймачем та передавачем 550 м.
Запропонована до встановлення система пожежної сигналізації
дозволить не просто виявити пожежу, а подати сигнал тривоги на її початку,
вказати точне місце виникнення небезпечної ситуації, та тип датчика який
спрацював. Це дозволить найбільш точно оцінити план майбутніх дій та
прийняти правильне рішення щодо вирішення надзвичайної ситуації.
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 69

ВИСНОВОК
В даній дипломній роботі був розроблений регістратор даних
лабораторного типу, що входить в склад цифрової лабораторії.
Реєстратор даних аналізує експериментальні дані, що отримані від
зовнішніх датчиків через інтерфейс RS485, зберігає на SD карту та передає
дані на зовнішній ПК, з’єднаному через інтерфейс RS232. Управління
реєстратором проводиться або через зовнішню клавіатуру, що під’єднується
через USB інтерфейс або через ПК, при цьому на реєстраторі відображується
індикація режимів роботи.
Всі модулі побудовані на сучасній елементній базі з використанням
мікроконтролерів, з можливістю зміни програми роботи та захистом від
зчитування робочої програми.
Даний пристрій містить мікропроцесор з достатньо великими
обчислювальними можливостями первинної обробки інформації, що
дозволяє проводити до 21000 замірів в секунду (частота опитування
залежить від природі досліджуваного фізичного явища), зберігати на SD
карту до 1600000 експериментальних точок, та представляти їх у вигляді
графіків, експортувати в електронні таблиці або спостерігати дані в
реальному часі на зовнішньому ПК.
Використання регістратора даних посприяє формуванню навичок
роботи на сучасному обладнанні дослідної лабораторії, формуванню і
розвитку дослідницьких умінь, формуванню комп'ютерної грамотності.
Для зниження відсотку помилкових тривог при виявленні пожежі, в
розділі охорони праці була проведена модернізація системи пожежної
сигналізації лабораторії.

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 70

ЛІТЕРАТУРА
1. https://dixi.education/laboratory-complexes/
2. http://www.leatcom.com/catalog/stem/tsifrovye-
laboratorii/labdisc-physio-re-strator-danikh-dlya-f-ziki.html
3. http://www.labfor.ru/devices/leso1
4. https://www.tiepie.com/nl/oscilloscope-software/data-
logger?gclid=EAIaIQobChMIqe3J3qnP6QIVi4KyCh0H_QXKE
AAYASAAEgJeVvD_BwE
5. 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
6. Волков О.Д. Проектирование систем противопожарной
безопастности . – Харьков: Высшая школа, 1989
7. Горобец А.И., Степаненко А.И. Охрана труда
радиоэлектронной промышленности. – К., 1987
8. Игумнов Д.В., Королев Г.В., Громов И.С. Основы
микроэлектроники. – М.: Высшая школа, 1991
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. Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев
В.С. Логические ИС КР1533, КР1554, Справочник в двух
частях – Москва: Бином, 1993
11. Справочник проектировщика: Вентиляция и
кондиционирование воздуха /Под ред. И.Г. Староверова. –
М.: Стройиздат, 1987
Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 71

12. Шувалов В.П. и др. Системы электросвязи. Учебное пособие
для вузов. – М.: Радио и связь, 1997. – 512 с.
13. Цыкин Г.С. Усилительные устройства. Изд. 4-е, полностью
переработанное. – М.: Связь, 1971
14. https://html.alldatasheet.com/html-
pdf/174744/ATMEL/ATMEGA128/152/1/ATMEGA128.html
15. https://web.posibnyky.vntu.edu.ua/firen/9bortnyk_zasoby_orgteh
niky/43.html
16. https://www.bookasutp.ru/Chapter2_3.aspx
17. https://www.windxp.com.ru/usbinf.htm

Арк.
ÑÊÐÒ88.020069.248 ÏÇ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 72

ДОДАТКИ

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets