ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8232Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Клопотовський, Павло Анатолійович | - |
| dc.contributor.author | Стасько, Дмитро Олександрович | - |
| dc.date.accessioned | 2026-03-13T11:13:27Z | - |
| dc.date.available | 2026-03-13T11:13:27Z | - |
| dc.date.issued | 2020 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8232 | - |
| dc.description.abstract | "В даній роботі представлена розробка багатоканального мікроконтроллерного пристрою з функцією автоматичного керування електро устаткуванням в заміському будинку. В першому розділі розглянуто призначення та схемотехнічні рішення аналогічних пристроїв, і принцип їх роботи. В другому розділі обґрунтовано технічне завдання. Проаналізувавши існуючі технічні рішення було виявлено що більість аналогів побудовано за допомогою лічильників на тригерах що обмежують функціонал пристрою, тому побудова на базі мікроконтроллера дозволить значно оновити та розширити його можливості в реаліях нашого часу. В третьому розділі було розроблено структурну схему пристрою з описанням кожного блоку. На основі структурної схеми, розроблено схему електричну принципову у четверному розділі та описано призначення елементів в схемі." | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.subject | мікроконтролер | uk_UA |
| dc.subject | заміськоий будинок | uk_UA |
| dc.subject | енергоспоживання | uk_UA |
| dc.title | Розробка багатоканального мікроконтролерного пристрою з функцією автоматичного керування електро устаткуванням в заміському будинку | uk_UA |
| dc.type | Bachelor Thesis | uk_UA |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Стасько_Клопотовський.pdf Restricted Access | 2.38 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І РОБОТОТЕХНІЧНИХ
СИСТЕМ
До захисту допущено
завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор
_______________ В.В. Палагін
"_____" _____________ 2020 року
Пояснювальна записка
до дипломного проекту (роботи)
бакалавра
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему Розробка багатоканального мікроконтроллерного пристрою з
функцією автоматичного керування електро устаткуванням в
заміському будинку
Виконав: студент 2 курсу, групи СКРТ-88
напряму підготовки (спеціальності)
172 – «Телекомунікації та радіотехніка» Освітня
програма «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Стасько Д.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Клопотовський П.А.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Григор’ян М. Б.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2020 року
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки,телекомунікаційних і робототехнічних
систем
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 – телекомунікації та радіотехніка
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри В.В. Палагін
“_____” ___________________ 2020 року
ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Стасько Дмитро
Олександрович
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка багатоканального мікроконтроллерного пристрою
з функцією автоматичного керування електро устаткуванням в заміському будинку
керівник проекту (роботи) Клопотовський Павло Анатолійович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від «24» лютого 2020 року № 76/01
2. Термін здачі студентом закінченої роботи “ 06 ” червня 2020
року
3. Вихідні дані до роботи: Напруга живлення: +12В, резервне джерело живлення +9В;
можливість підключення 5 незалежних пристрохїв; використання дисплею; можливість
зміни потужності навантаження; можливість налаштування в різних часових циклах;
полегшення пошуку несправностей.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
Аналіз існуючих схемо технічних рішень; розробка структурної схеми пристрою; розробка
схемотехнічних рішень пристрою;охорона праці.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів)
1. Схема структурна пристрою; 2 Схема електрична принципова; 3.Плата друкована;
4.Складальне креслення; 5. Плакат по охороні праці.
.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.
старший викладач кафедри
безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 11 січня 2020 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного проекту Термін
з/п (роботи) виконання етапів Примітка
проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та
пошук літератури 11.01.20 – 18.02.20
2. Аналіз методів побудови
притрою 19.02.20 – 04.03.20
3. Побудова та обґрунтування
схеми функціональної пристрою 05.03.20 – 24.03.20
4. Побудова та обґрунтування
схеми структурної пристрою 25.03.20 – 06.04.20
5. Побудова та обґрунтування
схеми електричної пристрою 07.04.20 – 30.04.20
7. Виконання розділу охорони праці 01.05.20 – 15.05.20
8. Оформлення пояснювальної записки 16.05.20 – 29.05.20
9. Оформлення плакатів 30.05.20– 05.06.20
Студент Стасько Д.О.
( підпис ) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Клопотовський П.А.
( підпис ) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
ВСТУП………………………………………………………………….……5
1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ……………………………………………………………………………..7
1.1. Таймер зі звуковою сигналізацією……………………………..……...7
1.2.Таймер з синхронізацією від мережі 220В, затримка від декількох
секунд до 69 годин…………………………………………………………..…..…9
1.3. Таймер для періодичного вимкнення вантаження…………………..11
1.4. Простий таймер на одній мікросхемі для відеореєстратора………..14
1.5. Реле часу для електроустаткування (К561ІЕ16, КТ315)……………16
1.6. Таймер для відключення живлення навантаження (К176ІЕ12,
CD4040)……………………………………………………………………….…...18
1.7. Таймер зібраний на мікроконтролері ATMega8L………………...…21
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ………………...…...25
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ………………..…27
4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ…………..…..…29
5 РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
ПРИЦИПОВОЇ……………………………………………………………...….…37
5.1. Розрахунок блока живлення…………………………………….….…37
5.2. Розрахунок параметричного стабілізатора………………..…………43
5.3. Розрахунок струмообежувальних резисторів………………………48
6 РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ………………………………..………..53
7 ОХОРОНА ПРАЦІ……………………………………………..………..59
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Стасько Д.О Розробка багатоканального Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Клопотовський мікроконтроллерного пристрою з 3 73
Реценз. функцією автоматичного керування
Н. Контр. Клопотовський електро устаткуванням в ЧДТУ
заміському будинку
Затверд.
7.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на монтажника РЕА
при виконанні монтажних робіт електро-радіо елементів в приміщенні відділу
монтування РЕА…………………………………………………………59
7.2. Розрахунок природного та штучного освітлення у виробничих
приміщеннях відділу монтування РЕА………………………………………….65
ВИСНОВОК……………………………………………………………......71
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………..…72
ДОДАТКИ…………………………………………………………………..74
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
4
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ВСТУП
В зв’язку з бурхливим розвитком технологій, збільшується кількість
електронного обладнання яким ми користуємось кожного дня це:
мікрохвильові печі, холодильні установки, електронні обігрівачі, насоси,
бойлери, кондиціонери, електрочайники, компютери та інші. Все це
обладнання є досить енергоємним тому одночасне включення великої кількості
приладів призводить до перенавантаження електромережі.
В даній роботі розробляється пристрій для заміського будинку який буде
забезпечувати комутацію або відключення обладнання від мережі у визначений
період час. До переваг такого пристрою над аналогами є можливість керування
такими процесами як: імітації ефекту присутності шляхом
увімкнення/вимкнення освітлення, радіо, телевізора, для запобігання крадіжки
з приватного будинку коли господаря немає вдома; регулювання температури
в приміщенні шляхом увімкнення системи опалення або кондиціонування для
забезпечення необхідної температури приміщення до вашого приходу;
підключення до бойлера, для уникнення затрат електроенергії на постійній
підтримці температури води, шляхом увімкнення в необхідні інтервали часу;
використання для акваріумного устаткування шляхом увімкення світла вранці,
та вимкнення у вечері, увімкнення компресора для подачі кисню в задані
проміжки часу, для продовження строку служби, а також подачу корму;
автоматизування системи поливу.
Метою даного дипломного проекту являється розробка багатоканального
мікроконтроллерного пристрою з функцією автоматичного керування
електроустаткуванням в заміському будинку, іншими словами його можна
назвати комутаційним таймером. Сам по собі таймер – це пристрій який веде
відлік встановленого часу, окрім цього він може бути використаний для того
щоб контролювати події які з ним пов’язані.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
5
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Сама ідея даного пристрою пристрою не є новою, але він присутній
майже у всій новій електроніці, і активно розвивається. Зокрема будь-яка
сучасна система «розумного» будинку не може обійдись від функцій таймера.
Актуальністю даного пристрою можна назвати його можливість
комутації електроустаткування і реалізації автоматичного управління
технікою. Даний проект представляє реалізацію такого комутаційного таймера
на базі мікроконтроллера.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
6
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ
Сферою застосування для такого обладнання являється автоматизація
процесів роботи електро устаткування шляхом подачі на них управляючих
сигналів які задаються користувачем на заданий період часу. Момент
спрацьовування управляється електронною схемою по заданих параметрах.
За способом конструкторської реалізації можна розділити на електронні
та механічні.
Механічні – мають в своєму складі годинниковий механізм, і головний
діючий елемент в таких таймерах пружина. Налаштувати такий пристрій для
спрацювання в період декількох днів неможливо, що призводить до
недоцільності використання даного пристрою для користувачів які не мають
можливості налаштовувати його кожного дня.
Електронні – це сучасні, удосконалені пристрої, які мають у своєму складі
декілька програм роботи, що дозволяє підлаштовувати таймер під свої потреби
не зважаючи на часові обмеження в роботі, а також вони можуть мати в своєму
складі декілька комутуючих каналів для підключення виконуючих пристроїв.
В даному розділі будуть представлені варіанти схемним рішень та
принципу роботу електронних комутаційних таймерів.
1.1. Таймер зі звуковою сигналізацією.
Схема таймера, що дозволяє встановлювати витримки часу до 34 хвилин
з точністю до однієї секунди.
Установка часу проводиться за допомогою бінарного закону. Тобто, є 11
перемикачів з незалежною фіксацією, кожен з яких відповідає значенням
виходу лічильника: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. 256, 512, 1024. Щоб встановити час
потрібно спочатку його задати в секундах, а потім натиснути ті кнопки, які в
сумі дають потрібне нам значення часу.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
7
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Розглянемо схему. Робоча частота 32768 Гц, одержується від кварцового
генератора мікросхеми D1. Потім ця частота ділиться лічильником мікросхеми
D1 на 4096 (вихід 2048) або на 16384 (вихід 8192) в залежності від положення
перемикача S12.
Рисунок 1.1 – Схема електрична принципова таймера зі звуковою
сигналізацією.
Далі частота 8 Гц або 2 Гц (залежить від положення S12) через S12
надходить на вхід другого лічильника - D2.
Перші три розряди лічильника D2 (1,2,4) служать додатковим дільником
на 8. У першому випадку, це дає частоту 1 Гц (1 сек.), А в другому - 0,25 Гц (4
секунди). Усі наступні виходи використовуються для установки тимчасового
інтервалу. До них, через вимикачі з незалежною фіксацією S1-S11
підключаються елементи логіки.
На елементах D3.1 і D3.2 зібраний RS-тригер. У початковому стані (коли
всі лічильники обнулені вимикачем S13) на виході тригера присутній логічна
одиниця, яка закриває елемент D3.4 і ключ VТ1.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
8
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Після виключення S13 починається відлік часу, і як тільки одиниці
встановляться на всіх виходах лічильника D2, на яких включені вимикачі з
числа S1-S11, на виведення 1 D3.1 з'явиться напруга рівня логічної одиниці і
тригер перемкнеться в нульовий стан. Тепер на виводі 8 D3.4 буде нуль і через
нього на ключ на VТ1 надійдуть імпульси, сформовані елементом D3.3 з
імпульсів, які надходять з виводів 5 і 3 D1.
Електромагнітний звуковипромінювач В1 буде видавати переривчасті
звуки. Звучання буде тривати до тих пір поки не вимкнеться живлення
вимикачем S14 або поки не обнулять лічильники вимикачем S13.
Збільшити максимальний розмір витримки можна додаванням
додаткового лічильника. При цьому, вхід додаткового лічильника підключають
до виводу 3 D2, а вхід R - до входів R D1 і D2.
Звичайно, будуть потрібні додаткові вимикачі і діоди (по числу розрядів
лічильника). Наприклад, додаванням одного чотирирозрядний двійкового
лічильника можна збільшити максимальну витримку до 9 годин, 6 хвилин, 7
секунд. В режимі з точністю до секунди, а в режимі «х4» (S12 в положенні «х4»)
– в четверо більше.
Щоб таймер міг керувати якимось навантаженням, потрібно зробити
додатковий комутуючий вузол, наприклад на транзисторі.
У колекторний ланцюг транзистора включити обмотку реле або
світлодіод в залежності від того, як влаштована схеми виходу, і чим потрібно
управляти [8].
1.2. Таймер з синхронізацією від мережі 220В, затримка від декількох
секунд до 69 годин.
Таймер, схема якого показано на рисунку 1.2. живиться і синхронізується
від електромережі 220В. Він призначений для обмеження часу роботи
навантаження. Тривалість роботи навантаження може бути встановлено від
декількох секунд до 69 годин.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
9
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 1.2 - Схема електрична принципова таймера з синхронізацією
від мережі 220В, затримка від декількох секунд до 69 годин.
Схема зібрана всього на двох мікросхемах 12-розрядних двійкових
лічильників CD4040.
Джерело живлення виконано на малопотужному трансформаторі Е3005
фірми HR. Трансформатор має одну мережеву обмотку на 230V і дві вторинні
по 9V змінного струму. Одна з цих обмоток використовується для отримання
напруги живлення, а друга - для отримання тактових імпульсів з частотою
електромережі.
Змінна напруга з цієї обмотки надходить через діод і обмежувальний
резистор R5 на базу транзистора VТ1, що працює в режимі ключа.
В результаті на його колекторі утворюються імпульси з крутими
фронтами, частотою 50 Гц. Ці імпульси надходять на дільник частоти на
лічильнику D1.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
10
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Його коефіцієнт ділення обмежені схемою елементів логічного множення
на діодах VD1-VD12 і резисторах R3 і R4. Перемикачем S2 можна вибрати
коефіцієнт розподілу 50 (секунди) або 3000 (хвилини).
В результаті, на виході S2 будуть короткі імпульси, наступні з періодом
1 секунда або 1 хвилина (залежить від положення S2).
Остаточний коефіцієнт ділення залежить від коефіцієнта поділу,
встановленого для лічильника D2. До його виходів підключена схема логіки
«И» на діодах VD17-VD28 і резистори R8. Коефіцієнт розподілу задається
вимикачами S3-S14.
Для цього необхідне число хвилин або секунд потрібно перевести в
двійкову форму і замкнути вимикачі, відповідні логічним одиницям цього
числа.
Поки таймер вимкнений задаємо за допомогою S2 і S3-S14 потрібний час.
Потім, підключаємо навантаження і натискаємо кнопку S1. Через S1 напруга
мережі надходить на навантаження і на трансформатор Т1. Живлення подається
на схему і ланцюг C2-R7 встановлює лічильник D2 на нуль.
На базу VT2 подається напругу відкриття, потім відкривається VТЗ і
спрацьовує реле Р1, яке дублює кнопку S1. Тепер кнопку можна відпустити
(про те, що кнопку можна відпустити говорить спрацювання світлодіода HL1).
Йде відлік часу. Імпульси з S2 надходять на вхід «С» лічильника D2.
Після того як на виходах D2 встановиться число, задане вимикачами S3-S14 все
діоди з числа VD17-VD28, з'єднані з включеними вимикачами, закриються і
напруга перестане надходити на базу VТ2. Реле вимкнеться і вимкне як
навантаження, так і сам таймер [9].
1.3. Таймер для періодичного вимкнення вантаження.
Режим роботи навантаження може підвищити ефективність використання
обладнання, забезпечити її безпечний і довготривалий режим роботи. Приклад
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
11
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
пристрою, що працює в такому режимі - побутової холодильник, який
періодично вимикається.
Рисунок 1.3 - Схема електрична принципова таймера для періодичного
вимкнення навантаження.
На відміну від холодильника в цій схемі тривалість роботи і паузи не
залежить від термодатчиків, а встановлюється вручну за допомогою двох
змінних резисторів «Робота» і «Пауза», шкали яких відображені в одиницях
часу.
Тривалість роботи і паузи можна встановити незалежно один від одного,
в межах від 15 секунд до 26 хвилин.
Схема таймера зібрана на лічильнику К561ІЕ16 і мультивібраторі,
відрізняється від вже типових тим, що в ній працює два мультивібратора, з
незалежною установкою частот.
Тривалість паузи залежить від частоти імпульсів мультивібратора D1.1-
D1.2, а тривалість роботи - від частоти мультивібратора на елементах D1.3-
D1.4. Об'єднані мультивібратори елементом D2.2, через який імпульси
надходять на лічильний вхід D3.
У момент включення живлення ланцюг R11-C3 встановлює лічильник D3
в нульовий стан. У цьому стані на його старшому виході (як і на всіх інших
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
12
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
виходах) присутній логічний нуль. Тому, на вивід 6 D1.2 надходить одиниця,
яка блокує мультивібратор D1.1-D1.2.
А на вивід 8 D1.4 надходить нуль, і мультивибратор D1 3-D1.4 працює.
Імпульси з його виходу через D2.2 проходять на вхід З лічильника D3. У той же
час, одиниця з виходу D2.4 через перемикач S1 надходить на базу транзистора
VT1, відкриває його.
Відкривається оптопара U1, яка, в свою чергу, відкриває симистор VS1,
через який надходить живлення на навантаження. Починається період роботи.
Він триває до тих пір, поки на лічильник D3 вступить 8192 імпульс.
У цей момент на виході 8192 (вивід 3 D3) з'являється одиниця.
Навантаження вимикається, мультивибратор D1.3-D1.4 блокується, але
запускається мультивібратор D1.1-D1.2. Тепер на вхід лічильника D3 надходять
імпульси з цього мультівіьратора. Починається пауза, яка триватиме поки на
вхід лічильника не надійде ще 8192 імпульс. Потім процес повториться.
І так, періоди пауз і роботи складаються з однакової кількості імпульсів
але частоти, з якими слідують ці імпульси різні (залежать від положення ручок
змінних резисторів), тому, тривалість періодів паузи і роботи може мати
відчутні відмінності.
Перемикач S1 дозволяє змінити режим роботи на зворотний. Якщо його
перемкнути в протилежне, показаному на схемі положення, то в «паузах»
навантаження буде працювати, а в «роботах» - вимкнено.
Відповідно, змінюється функціональне призначення змінних резисторів
R3 і R6. Це може знадобитися в тому випадку, якщо потрібно почати роботу
саме з паузи. Тобто, обладнання перший раз має включитися не відразу після
подачі живлення, а через деякий час, встановлений резистором R6.
Джерело живлення логічної частини побудовано на без
трансформаторній схемі. Змінна напруга електромережі випрямляється
однонапівперіодним випрямлячем на діоді VD3 і надходить на параметричний
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
13
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
стабілізатор R10-R12-VD1-VD2-C4. Тут використовуються два резистора і два
стабілітрона.
Це зроблено з метою підвищення надійності пристрою. Слабке місце
аналогічних джерел живлення в тому, що при виході з ладу стабілітрона (при
його обриві) на схему подається підвищена напруга, яка при вимкненому
навантаженні (при паузі) може досягти величини, близької до напруги мережі.
Це виводить з ладу практично всю «логіку».
Наявність двох стабілітронів істотно знижує цей ризик. А два резистора
(R10 і R12) знижують ризик пробою напруги мережі по корпусу резистора.
Схема вихідного каскаду і джерела живлення може бути змінена
відповідно до конкретних вимог. Наприклад, в разі необхідності повної
гальванічної розв'язки з електромережею, джерело живлення «логіки» можна
зробити на малопотужному силовому трансформаторі, або по імпульсної
схемою з імпульсним трансформатором.
А якщо форма синусоїди напруги, що подається на навантаження не
повинна спотворюватися, як це буває при проходженні через симістор, - можна
вихід зробити на електромагнітному реле [10].
1.4. Простий таймер на одній мікросхемі для відеореєстратора.
На рисунку 1.4. показана схема таймерного пристрою, яким керує
дзвінковою кнопкою і вимикачем. Коли хтось дзвонить у двері одночасно з
дзвінком вмикається і відеореєстратор, і працює потім близько 15 хвилин.
Навіщо це потрібно? Потенційний злочинець повинен спочатку переконатися
чи є хто вдома.
З його допомогою можна включити відеореєстратор вручну, наприклад,
на ніч, або на час поки ви на роботі.
Мікросхема К561ТЛ1 представляє собою набір з чотирьох елементів «2И-
НЕ» з ефектом тригера Шмітта.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
14
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Час задається RC-ланцюгом R1-C1. Його можна коригувати в будь-яку
сторону підбором опору R1 або підбором ємності С1.
Рисунок 1.4 - Схема електрична принципова таймера на одній
мікросхемі для відео реєстратора.
Для запуску таймера служить кнопка S1, це кнопка без фіксації, -
практично це дзвінкова кнопка. При натисканні її, вона заряджає конденсатор
С1 від джерела живлення напругою 5V. При цьому напруга на входах D1.1
піднімається до логічної одиниці, і на виході D1.3 буде логічна одиниця.
Напруга з виходу D1.3 через резистор R3 надходить на затвор ключового
польового транзистора VТ1 і відкриває його. Через його відкритий канал
надходить живлення на відеореєстратор і він вмикає режим запису.
А через діод VD1 кнопка S1 подає струм на обмотку реле К1, яке своїми
контактами включає стандартний квартирний дзвінок, підключений до гнізда
ХЗ. Таким чином зберігається основна функція дзвінкової кнопки S1 -
керування квартирним дзвінком.
Після того як відпустити кнопку S1 починається розряд С1 через R1, і в
залежності від величин С1 і R1 напруга на С1 через деякий час досягає порогу
перемикання елемента D1.1.
При цьому на виході D1.3 встановлюється логічний нуль, транзистор VT1
закривається і живлення вимикається від відеореєстратора. Використовуючи
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
15
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
енергію вбудованого акумулятора, відеореєстратор вимикається не відразу, а
спочатку зберігає відео запис, після чого вимикається.
Так працює таймер. Якщо потрібно управляти відеореєстратором вручну,
користуються вимикачем S2. Коли він вимкнений, на виводі 9 D1.3 надходить
напруга логічної одиниці через резистор R2, і елемент D1.3 працює як інвертор.
При включеному S2 на вивід 9 надходить нуль через S2 і на його виході -
логічна одиниця, транзистор VT1 відкривається і подає живлення на відео
реєстратор [11].
1.5. Реле часу для електроустаткування (К561ІЕ16, КТ315).
Схема таймера для обмеження часу роботи електронних приладів
живиться від мережі 220В. У деяких випадках необхідно щоб
електрообладнання попрацювавши якийсь проміжок часу вимикалося.
Установка часу цифрова, з дискретністю в 5 секунд. Точність установки часу
досить висока і практично не залежить від температури і вологості
навколишнього середовища.
Рисунок 1.5 - Схема електрична принципова реле часу для
електроустаткування (К561ІЕ16, КТ315).
В основі схеми двійковий лічильник D1 типу К561ІЕ16. Імпульси
частотою 50 Гц на його вхід надходять від однієї з вторинних обмоток силового
трансформатора живлення Т1. Змінна напруга 12V надходить на транзисторний
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
16
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
каскад на VТ1 і діод VD2, який формує імпульси логічного рівня колектора VТ1
вони надходять на вхід «С» лічильника.
Діод VD2 працює як випрямляч, що формує імпульсну напруга.
Конденсатори С2 і СЗ пригнічують високочастотні або імпульсні перешкоди,
які можуть проходити по електромережі, наприклад, від роботи
електроінструменту або іншого обладнання.
Наприклад інтервал затримки вимкнення вентилятора можна задати в
межах від 5 до 320 секунд з кроком в 5 секунд. Установка часу спрацювання
встановлюється вимикачами S2-S7 за методом двійкового коду. Наприклад,
якщо потрібно 100 секунд, то замикають вимикачі S6 (80) і S4 (20), так як 80 +
20 = 100, а решта залишають роз'єднаними. Запуск таймера - здвоєною кнопкою
S1.
При натисканні цієї кнопки подається живлення на схему через S1.1 і
група S1.2 встановлює лічильник в нульове положення. При цьому включається
реле К1, своїми контактами блокуючи S1.1. В результаті після відпускання
кнопки S1 як навантаження, так і сама схема таймера.
Після відпускання кнопки S1 навантаження залишається включеною за
рахунок контактів реле К1.1. Контактна група кнопки S1.2 при цьому
розмикається, і лічильник починає рахувати імпульси, що надходять на його
вхід через ключ на транзисторі VT1. Як тільки він нарахує число імпульсів,
відповідне числу, заданому вимикачами S2-S7 транзистор VT2 закриється.
Трансформатор Т1 типу ALG 220V 60/50 Hz, 12-0-12V 300 mA. Можна
використовувати інше реле. Реле має бути розрахованим на максимальний
струм нагрівача. Слід зауважити, що хоча час і відпрацьовується стабільно, не
реальна час виходить трохи більше. Тому що вже мінімальна дискретна
величина часу дорівнює неточно 5 секундам, а 5,1282 секунд.
Тому, наприклад, в вище описаному прикладі установки часу 100 секунд
реальний час буде 102,564 секунд. Таким чином похибка збільшиться на 2,5%
[12].
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
17
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1.6. Таймер для відключення живлення навантаження (К176ІЕ12,
CD4040)
Схема простого і точного таймера для обмеження часу роботи
навантаження, відключення навантаження після закінчення встановленого
часового інтервалу. Перевагою цього пристрою в тому, що він дозволяє шляхом
включення тумблерів, задавати витримку часу в двох діапазонах.
У першому до 4096 секунд, з дискретністю в одну секунду, у другому
діапазоні до 4096 хвилин, з дискретністю в одну хвилину. Таким чином,
максимальна витримка понад 68 годин.
Таймер працює тільки на вимикання навантаження, тобто, навантаження
вмикається при включенні таймера кнопкою, і вимикається після закінчення
заданого інтервалу часу. При цьому, від електромережі відключається не тільки
навантаження, але і сам таймер. Схема таймера виконана на двох мікросхемах,
старої годинної мікросхемі К176ІЕ12 і 12-розрядної довічного лічильника
К561ІЕ20А (прямий аналог CD4040).
Джерело живлення виконано на малопотужному китайському
трансформаторі. Трансформатор має мережеву обмотку на 220В з відведенням
для мережі 110В і дві вторинні по 9В змінного струму, з'єднані послідовно.
Оскільки вторинна обмотка подвійна, тут застосована двонапівперіодна схема
випрямляча на двох діодах.
Задаючий генератор виконай на мікросхемі D1. Вона генерує імпульси з
періодом в одну секунду і одну хвилину. Мікросхема К176ІЕ12 складається з
інверторів для мультивібратора і лічильника-дільника. Хвилинні імпульси
знімаються з її виведення 10, а секундні з виведення 4. Вибір режиму «хвилини»
або «секунди» встановлюється перемикачем S1
Крім того у мікросхеми є окремі входи для обнулення основного
лічильника, генеруючого секундні імпульси (вивід 5) і лічильника, генеруючого
хвилинні імпульси (вивід 9).
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
18
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 1.6 - Схема електрична принципова таймера для відключення
живлення навантаження (К176ІЕ12, CD4040).
З перемикача S1 імпульси надходять на вхід лічильника D2, за допомогою
якого встановлюється часовий інтервал. До виходів лічильника D2 підключена
схема «АБО» на діодах VD1-VD12, яка, спільно з тумблерами S2-S13 регулює
обмеження коефіцієнта ділення лічильника, від якого залежить розмір
тимчасового інтервалу.
Коефіцієнт розподілу регулюється тумблерами S2-S13. Кожен тумблер
підписаний числом секунд (або хвилин, в залежності від S1), яке він додає до
часового інтервалу при його включенні. Щоб встановити інтервал потрібно
включити всі тумблери, які в сумі чисел дають потрібний часовий інтервал.
Решта тумблери залишаємо вимкненими. Так як імпульси, що надходять
на вхід D2 рівні 1 секунді або 1 хвилині, заданий коефіцієнт ділення чисельно
дорівнює витримці часу, відповідно, в секундах або хвилинах.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
19
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Наприклад, якщо потрібно задати інтервал в 60 секунд, потрібно S1
встановити в положення «Секунди» і включити тумблери S7, S6, S5, S4. Тому
що 32 + 16 + 8 + 4 = 60. Тепер про роботу схеми в цілому. Поки таймер
вимкнений задаємо за допомогою S1 і S1-S13 потрібний час. Потім,
підключаємо навантаження і натискаємо кнопку S14.
Через S14 напруга мережі надходить на навантаження і на трансформатор
Т1. На схему підключений до джерела живлення. При цьому ланцюг C5-R4
встановлює лічильник D2, а так же, хвилинний лічильник D1 на нуль.
Так як на всіх виводах лічильника D2 присутні логічні нулі то на патрубку
тумблерів S2-S13 і резистора R6 буде теж логічний нуль. В результаті на базу
транзистора VT1 подається відкриває напругу, потім відкривається VT2 і
спрацьовує реле К1, яке своїми контактами дублює кнопку S1. Тепер кнопку
можна відпустити. Відбувається це швидко, але занадто швидко кидати кнопку
S14 не слід,-потрібно потримати її натиснутою хоча-б секунду. Тепер
починається відлік часу. Імпульси з S1 надходять на вхід «С» лічильника D2.
Після того як на виходах D2 встановиться число, задане тумблерами S2-S13 все
діоди з числа VD1-VD12, з'єднані з включеними тумблерами, закриються і
відкриває напругу перестане надходити на базу VT1.
Реле вимкнеться і вимкне як навантаження, так і сам таймер відключиться
від електромережі. Крім того, напруга логічної одиниці через ланцюг R3-C6
надійде на обнуляє вхід першого лічильника мікросхеми D1 і генерація
імпульсів припиниться. Це потрібно для того щоб, поки конденсатор С2
розряджається, схема таймера не перейшла в інший стан і сталося її зациклення.
В якості трансформатора Т1 можна застосувати будь-який малопотужний
трансформатор який має вторинну обмотку 9В. Наприклад трансформатор від
універсального мережевого адаптера з напругою на вторинній обмотці 8..12В
змінного струму.
Електромагнітне реле RAS-1215 з обмоткою на 12V. Такі реле часто
застосовуються в автомобільних сигналізації. Але, це реле універсальне, і його
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
20
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
контакти можуть комутувати і навантаження, що живиться від електромережі.
Згідно з маркуванням на корпусі реле, при змінній напрузі 250V допустимий
струм через контакти до 10А. Важливо щоб його обмотка була розрахована на
номінальну напругу 12V. А контакти дозволяли працювати з напругою
електромережі і володіли достатньою потужністю для управління тим
навантаженням, яким потрібно управляти [13].
1.7. Таймер зібраний на мікроконтролері ATMega8L.
Як джерело тактового сигналу використовується внутрішній RC-
генератор мікроконтролера частотою 1 МГц. Для підвищення точності відліку
часових інтервалів використовується синхронізація внутрішнього таймера-
лічильника Т/С2, (далі - таймера Т2) мікроконтролера від зовнішнього
кварцового резонатора BQ1 на частоту 32768 Гц. При коефіцієнті розподілу 128
8-розрядний таймер Т2 переповнюється кожну секунду, генеруючи
переривання.
Виконавчим пристроєм служить реле К1, яке управляється за допомогою
ключа на транзисторі VT1 з виводу РС5 мікроконтролера. Його контакти
виведені на зовнішні клеми роз'єму X2 і можуть бути використані для
управління зовнішніми ланцюгами, в тому числі і мережевим напругою 220 В.
Звукові сигнали подає п'єзокерамічних випромінювач BQ2 (з вбудованим
звуковим генератором), який управляється висновком РС4 мікроконтролера.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
21
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 1.7 - Схема електрична принципова таймера побудованого на
мікроконтролері ATMega8L.
Живлення на мікроконтролер (+5 В) подається з виходу інтегрального
стабілізатора DA1. Напруга на вхід DA1 подається або з виходу інтегрального
стабілізатора DA2 (+12 В), або з акумулятора, вибір здійснюється за допомогою
перемички J1.
Світлодіод HL1 зеленого кольору відображає наявність напруги
живлення. Світлодіод HL2 червоного кольору служить для індикації режиму
роботи і кількості включень реле в попередньому циклі роботи. При
спрацьовуванні реле (на час включення) світлодіод HL2 спалахує на 1,5 с і на
0,25 с гасне, якщо реле знеструмлена (час паузи) світлодіод загоряється на 0,25
с і на 1,5 с гасне. Після закінчення відліку часу світлодіод HL2 гасне. Таким
чином, за характером світіння HL2 видно, в якому стані знаходиться таймер.
Конденсатори С2 - С6 блокувальні. Діоди VD2, VD3 служать захистом
від помилкової полярності джерел напруги, діод VD1 - захист від ЕРС
самоіндукції, що виникає при комутації реле.
Перемикачі SA1 - SA8 служать для задання величини часу включення,
часу паузи і кількості робочих циклів. Такі ж перемикачі SB1 - SB4 служать для
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
22
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
вибору програмованої величини - часу включення, часу паузи, режиму роботи,
кількості робочих циклів і величини часу.
Задавати час включення/паузи і кількості робочих циклів треба в
двійковому вигляді, що не досить зручно. Але для перекладу десяткових
величин в двійкові можна використовувати калькулятор, вбудований в
Windows. При програмуванні слід пам'ятати, що нулю двійковій величини
відповідає положення ON перемикачів, одиниці - положення OFF.
Програмування проводиться за допомогою кнопки програмування S1. Старт
таймера здійснюється за допомогою стартовою кнопки S2.
В процесі відліку часу програмування неможливо. Якщо почався відлік
часу, таймер нечутливий до натискання кнопок і зміни положення DIP-
перемикачів. Таймер зупиниться після закінчення відліку часу або зникнення
напруги живлення.
Звукова індикація таймера працює наступним чином. При натисканні на
кнопку старту протягом менше 2с (перехід в робочий режим) лунає короткий
звуковий сигнал тривалістю 0,1с, що свідчить про початок відліку часу. Якщо
використовується обмежено-циклічний режим, то відразу після закінчення
відліку часу лунає звуковий сигнал тривалістю 2 с. Якщо кнопка старту
натиснута більше 2с, лунає 5 звукових сигналів тривалістю 0,1с - і таймер
повертається в початковий режим.
При програмуванні таймера, процедура успішного програмування
необхідної величини супроводжується двома сигналами по 0,1 с. Якщо сталася
помилка (приміром, помилково поставлено нульовий інтервал часу включення,
чого бути не повинно) лунає звуковий сигнал тривалістю 1с. При помилку треба
перевірити стан DIP-перемикачів SB1 - SB4.
Конструктивно таймер зібраний на платі з фольгованого склотекстоліту
товщиною 1,5мм розмірами 83 × 52 мм. Топологія друкованої плати зображено
на рис. 3, розташування деталей на ній - на рис. 4. У початковому стані в
EEPROM запрограмовані наступні значення констант: час включення - 10 с, час
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
23
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
паузи - 10 с, кількість циклів включення - 3, квант часу - одна секунда, режим
роботи - циклічно-обмежений [14].
Розглянувши всі вище приведені конструкторські рішення було виявлено,
що в більшості випадків, даний пристрій можна реалізувати використовуючи
тригери або лічильники як базову складову самого пристрою. Нажаль такі
конструкторські рішення обмежені в своїй працездатності, а саме у відсутності
незалежної багатоканальності а також обмежені часовими циклами роботи . В
нашому випадку, для розширення сфери застосування та можливостей даного
прибору було прийнято рішення, що він буде побудований з застосуванням
мікроконтроллера, який дозволить значно розширити межі часового циклу для
налаштування.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
24
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Пристрій що буде розроблятися в даному дипломному проекті повинен
відповідати поставленому технічному завданню, а саме:
Мікроконтроллер дозволяє вирішити поставлену задачу у вигляді
багатоканальної системи управління, він дозволяє закомутувати від одного до
семи незалежних один від одного приладів.
В зв’язку з тим що розроблений пристрій не використовується в якості
прямого комутуючого, а лише подає сигнали управління для увімкнення або
вимкнення електроустаткування за допомогою окремої схеми комутації, то
достатньо буде подати живлення на мікроконтроллер який живиться напругою
5В. В зв’язку з тим що напруга може просідати на пасивних елементах схеми,
було вирішено використати в схемі блок живлення на 12В, напругу якого буде
стабілізовано до потрібної.
Для уникнення програмного збою пристрою в наслідок зовнішніх
факторів, а саме перебою електроенергії, було використано акумуляторну
батарею номіналом 9В, яка виконуватиме функцію безперебійної подачі
живлення на мікроконтроллер, що дозволить уникнути скидання оперативної
пам’яті в наслідок чого відлік часу почнеться спочатку.
Можливість налаштовувати інформаційні канали мікроконтроллера на
комутацію в різних часових циклах.
Як було описано вище, даний вид пристрою не являється прямо
комутуючим, і для виконання цієї задачі використовує окремі схеми комутації,
які в свою чергу і визначають максимальну потужність навантаження яку може
реалізувати цей таймер. В нашому випадку будуть використовуватись схеми
комутації виконані на симісторах.
Для пошуку несправностей використовуються світлодіоди, які в свою
чергу, відображають наявність напруги живлення. Окрім цього, світлодіоди
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
25
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
під’єднуються до інформаційних виходів мікроконтроллера і спрацьовують в
момент комутування з виконуючими пристроями.
Для простоти використання та для коректного налаштування таймера,
було використано 16-символьний дисплей, який дозволяє відображати меню
налаштування таймера.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
26
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ
В даному розділі дипломного проекту буде розроблена структурна схема
таймера на базі мікроконтроллера. Ця схема визначає основні функціональні
частини, які буде мати розробляємий пристрій. Також розглядаються питання
щодо призначення і взаємозв’язку між блоками пристрою.
Рисунок 3.1 – Структурна схема багатоканального мікроконтроллерного
пристрою з функціями автоматичного керування електроустаткуванням в
заміському будинку.
Структурна схема розроблюваного пристрою складається з таких частин:
- блок живлення;
- датчик температури;
- блок керування;
- блок оповіщення;
- мікроконтроллер;
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
27
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- індикатор;
- блок комутації;
Мікроконтроллер являється «серцем» приладу і виконує функцію
управління всіма блоками схеми окрім кнопок керування якими
встановлюються параметри і час спрацювання у відведений інтервал часу.
Блок живлення живить всю схему пристрою, і включає в себе джерело
резервного живлення у вигляді акумуляторної батареї.
Датчик температури слугує окремим елементом схеми і з’єднується з нею
за допомогою спеціального роз’єму. Призначений для контролю процесів
пов’язаних з регулюванням температури.
Блок оповіщення має задачу оповістити про перебій в електроенергії і
включенні резервного джерела живлення за допомогою звукового
сигналізатора НА1 та світло діода HL1.
Індикатор призначений для зручнішого користування і настройки
параметрів роботи пристрою.
Блок комутації призначений для з’єднання схеми таймера з пристроєм
над яким будуть виконуватись маніпуляції.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
28
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
4. РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ
Схема електрично принципова проектується на основі структурної схеми
виробу і має в своєму складі:
- блок живлення;
- датчик температури;
- блок керування;
- блок оповіщення;
- мікроконтроллер;
- індикатор;
- блок комутації;
Для живлення даного пристрою потрібна постійна напруга 12В, яка
надходить через понижуючий трансформатор Т1 на діодний міст VD1-VD4
для випрямлення . Світлодіод HL2 сигналізує про наявність напруги. GB1 –
батарея резервного живлення. Вимикач SA1 – технологічний. Він служить для
тимчасового відключення батареї для настроювання приладу і при тривалих
перервах в його використанні.
Електричне коло із резистора R1 і стабілітрона VS1 при увімкненому
зовнішньому живленні створює на обмотці реле К1 і на виводі RB0
мікроконтролера DD1 напругу близько +4,7 В. В результаті реле спрацьовує і
його контакти К1.1, переключившись, подають напругу +12 В на вхід
інтегрального стабілізатора DA1. Стабілізоване навантаження +5 В живить
мікроконтролер DD1 і РКІ HG1.
При відключенні зовнішнього живлення напруги починається розрядка
зглажуючого конденсатора у виносному блоці живлення струмом споживання
таймера. Через деякий час напруга на обмотці реле К1 спадає настільки,
що його контакти повертаються в початкове положення і на вхід DA1
надходить напруга +9В від резервної батареї GB1. Напруга на виході
стабілізатора залишається рівною +5 В, тому таймер продовжує працювати.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
29
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Однак в інтервалі часу від моменту відключення зовнішнього живлення
до моменту вимкнення контактів реле напруга живлення мікроконтролера може
упасти настільки, що може призвести до форматування його оперативної
пам’яті. В результаті відліку часу витримки починається спочатку, його
загальна тривалість збільшиться. Щоб уникнути цього, передбачений
конденсатор С2, який утримує в електричному колі живлення мікроконтролера
напругу +5В довше, чим відбувається переключення на резерв.
Рисунок 4.1 – Блок живлення таймера.
Датчик температури зображено на рисунку 4.2. До роз’єма XS2 по схемі
підключають датчик температури ВК1. Він програмно налаштований на
вимірювання температури від 0 до 85 ̊С з кроком 1 ̊С. Хоч він здатний
проводити більш точні заміри, він «загрублений» навмисно, щоб зменшити
тривалість заміру, і не призупиняти відлік часу. Двостороння інформаційна
лінія датчика з’єднана з виводом RA4. Резистор R6 підтримує на цій лінії
високий логічний рівень, коли виходи датчика і мікроконтроллера, виконані по
схемі з відкритим стоком, знаходяться у високоімпедантному стані.
Програма мікроконтроллера зрівнює поточну температуру Т з заданою
максимальною Тmax, що зберігається в пам’яті мікроконтролера. Доки Т<Tmax,
на виході RC7 мікроконтроллера встановлений високий рівень, в іншому
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
30
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
випадку – низький. Цей рівень керує підключеним до роз’єму ХР9 симісторним
комутатором, що керує електричним нагрівачем того середовища, в якому
розміщений датчик температури. Світіння світлодіода HL9 сигналізує про
роботу нагрівача.
Резистор R6 обов’язковий, поскільки без нього не запуститься внутрішній
таймер мікроконтроллераTMR1, коли вивід RA4 сконфігурований як вхід. Його
потрібно залишити, навіть якщо датчик температури ВК1 і підключений до
роз’єму ХР9 cимісторний комутатор використовувати не передбачається.
Рисунок 4.2 - Датчик температури.
Кнопки керування зображені на рисунку 4.3. Встановлена перемичка
S1сповільнює хід часу пристрою пропорційно введеній поправці, а її
відсутність на стільки ж прискорює хід. Кнопки SB1-SB5 слугують для корекції
ходу годинника, введення дати і часу, максимальної температури, вибору
циклів і інших установок.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
31
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 4.3 - Блок керування.
Блок оповіщення про резервне живлення показано на рисунку 4.4.
Оскільки у відсутності зовнішньої напруги +12В, напруга на виводі RB0 DD1
падає до низького логічного рівня мікроконтролер формує на виводі RB2
аварійний сигнал, який через резистор R5 надходить на світлодіод HL1, а через
розділовий конденсатор С2 на звуковий пристрій HA1. Це – прямокутні
імпульси високого логічного рівня частотою 9000 Гц і тривалістю 0,05с. В
результаті одночасно видно короткі засвічування світлодіода і чути звукові
імпульси. Сигнали повторюються кожну секунду, поки таймер працює від
резервної батареї. Перемичкою S2 під’єднується звуковий випромінювач HA1.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
32
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 4.4 - Блок оповіщення резервного живлення.
Рисунок 4.5 - Мікроконтроллер.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
33
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Мікроконтроллер являється серцем схеми, без нього робота всіх інших
блоків буде непотрібною. Виводи RB0-RB2 призначені для подачі сигнала на
блок оповіщення. RB3-RB7 призначені для встановлення часу спрацювання
таймера. RA4 призначено для керування датчиком температури. RA1-RA7
призначені для відображення налаштувань таймера на РКІ. Виводи RC0-RC7
подають сигнали на вузли комутації.
Індикатор зображено на рисунку 4.6. З роз’ємами XP1 і XP2 з’єднують
відповідні роз’єми XP1 і XP2 модуля індикації. Ці з’єднання виконують
пласкими кабелями, оснащеними відповідними роз’ємами на обох кінцях.
Рисунок 4.6 - Індикатор.
Блок комутації зображено на рисунку 4.7. Вивід RC1 мікроконтролера
використаний для плавного увімкнення і вимкнення світлодіодного освітлення.
У випадку збігу поточного часу і дати з заданими, тут будуть сформовані
прямокутні імпульси високого рівня, що повторюються з частотою 254 Гц. На
протязі першої хвилини коефіцієнт заповнення імпульсів плавно наростає від
нуля до заданого значення і в подальшому залишається незмінним до збігу
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
34
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
поточного часу і дати з заданими для включення освітлення. На протязі
наступної після цього хвилини коефіцієнт заповнення плавно падає до нуля і
імпульси припиняються.
З виводу RC1 імпульси через резистор R8 і світлодіод НL3 поступають на
роз’єм ХР3, до якого підключений вузол керування світлодіодним освітленням.
В ньому знаходиться стандартний блок живлення світлодіодної стрічки U1і
комутуючий електричне коло стрічки транзистор VT1. Під дією імпульсів з
зміним коефіцієнтом заповнення світлодіод HL3 і світлодіодна стрічка плавно
вмикається і вимикається.
Рисунок 4.7 - Блок комутації.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
35
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
На виходах RC1-RC7 мікроконтроллер формує сигнали керування
виконуючими пристроями, які живляться від мережі ~230 В.
На кожному із цих виводів, він в заданий момент часу встановлює високий або
низький логічний рівень. Ці рівні через резистори R9-R13, світлодіоди HL4-
HL10 і надходять на сім однакових симісторних комутаторів, які при високому
рівні керуючого сигналу підключають відповідний виконуючий пристрій до
мережі, а при низькому відключають його.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
36
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
5. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИЦИПОВОЇ
5.1. Розрахунок блока живлення
Розрахунок блоку живлення виконую за методикою приведеною в [3].
Блок живлення, показаний на рисунку. 5.1, призначений для
перетворення живлячої напруги.
Рисунок 5.1 - Блок живлення пристрою.
Розрахунок силового трансформатора для випрямляча. Вторинна обмотка
розраховується на пониження напруги від мережі і дорівнюватиме 12В при
струмові 0,5А. Напруга мережі 220В
Визначення потужністі первинної та вторинної обмотки:
P =1,2×U ×I (5.1)
2 0 0
P =1,2×12×0,5=7,2Вт
2
Приймаючи ККД силового трансформатора тр 70% , знаходимо
потужність споживання випрямляча від мережі.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
37
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
P
P = 2 (5.2)
1 0,7
7,2
P = =10,2Вт
1 0,7
Площу перерізу серцевини трансформатора:
S= P (5.3)
1
S= 10,2=3,2cм2
Розмір Ш-подібних пластин серцевини:
а=0,9 S; с=1,1 S; (5.4)
а=0,9 3,2=1,6cм; c=1,1 3,2 2,0см;
Число витків на один вольт:
60
W= (5.5)
S
60
W= =18,75
3,2
Струм первинної обмотки:
P
I = 1 (5.6)
1 U
1
10,2
I = =46,3мА
1 220
Число витків і діаметр проводу обмотки рівні:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
38
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Для первинної обмотки:
w =W×U (5.7)
1 1
d =0,8× I (5.8)
1 1
w =18,75×220=4125
1
d =0,8× 0,046=0,17
1
Для вторинної обмотки:
w =18,75×12=225
2
d =0,8× 0,5=0,56
2
Серцевина має розміри 1620 , а обрані діаметри проводу мають наступні
значення: d =0,17мм;d =0,56мм; . Перевіряємо можливість розміщення
1 2
обмоток у вікні серцевини.
Число слоїв підраховуємо по формулі:
h-2(δ +2)
кар
W = (5.9)
cл1 α×d
де h – висота вікна, мм
δ - товщина матеріалу каркасу, мм
кар
α – коефіцієнт не шільності, залежить від діаметра проводу обмотки.
20-21+2
W = =67
cл1 1,25×0,17
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
39
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
20-21+2
W = =23
cл2 1,1×0,56
Число слоїв для кожної обмотки складає:
W
n= (5.10)
W
cл
4125
n = =62
1 67
225
n = =10
2 23
Товщина кожної обмотки:
δ=n d+δ +δ (5.11)
из пр
δ =620,17+0,05+0,2=13,84
1об
δ =100,56+0,05+0,2=6,3
2об
Загальна висота обмоток (враховуючи товщину стінки каркасу становить:
δ =δ +δ =13,84+6,3=20,14мм (5.12)
общ об карк
δ =13,84+6,3=20,14мм
общ
Обираємо тип діода. Зворотна напруга на діод для однофазної мостової
схеми з навантаженням ємнісного характеру складає:
U =1,5U' (5.13)
обр
0
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
40
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
U =1,5×1,2×220=396В
обр
де - U' =1,2U
0
0
Середнє значення струму діода для даної схеми складає
І =0,5І (5.14)
ср 0
І =0,5×0,5=0,25А
ср
Для нашої схеми підійде діод типу КД105Б з параметрами:
U =500В³396В
обр.доп
I =0,3А³0,25А
ср.доп
Визначення ємності конденсатора, який зменшує пульсацію з виходу
мостової схеми.
25×I
С = 0 (5.15)
ф1 U
0
25×500
С = =1041,6мкФ
ф1 12
де І0 – в міліамперах;
U0 – в вольтах;
Cф1 – в мікрофарадах;
Обераємо конденсатор типу К50-35 1000мкФ 16В;
Визначення ємності конденсатора, з виходу інтегрального стабілізатора
за формулою [5.15]:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
41
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
25×500
С = =2500мкФ
ф2 5
Обираємо конденсатор типу К50-35 2700мкФ 6,3В;
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
42
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
5.2. Розрахунок параметричного стабілізатора
Розрахунок параметричного стабілізатора виконано за методикою
приведеною в [3].
Параметричний стабілізатор, показаний на рис. 5.2, призначений для
стабілізації живлячої напруги та зменшення її пульсацій.
Рисунок 5.2 - Параметричний стабілізатор напруги.
Початкові данні розрахунку:
1. Вихідна напруга 4.7 В.
2. Струм навантаження Ін = 7.5 мА.
3. Робочий інтервал температури ΔТ=Тmax –Tmin=1250 + -600= 650С
Враховуючи необхідну вихідну напругу вибираємо стабілітрон
КС147А у якого:
- Uст.н.=4.7В;
- Іст.min.=3 мА;
- Іст.max.= 58мА;
- Rдин.=56 Ом
- при Іст.=5 мА;
- ΔUст.=5%; α=0.01 (мВ\0С);
Визначення падіння напруги на гасячому резисторі за формулою:
0,5
U = U × ; (5.16)
r вих.н
3
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
43
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
U =4,7×1,55=7,3В
r
Визначення середнього значення струму стабілітрона за формулою:
0,5
I = ×І ; (5.17)
cт 2 н
І = 1 × 7,5= 7.5мА
ст
Визначення вхідного струм стабілізатора:
І =І + І ; (5.18)
вх н ст
І =7,5+ 7,5 =15мА
вх
Визначення опору гасячого резистора:
U
R = r ; (5.19)
г I
вх
7,3
R = =486,66 Oм
г
15×10-3
Визначення вхідної напруги стабілізатора:
U =U +U ; (5.20)
вх вих.н r
U = 4,7 + 7,3 = 12 В
вх
Визначення теплового динамічного опору стабілітрона:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
44
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Г =U ×α ; (5.21)
ст ст
Г = 4,7 × 0,01 = 0,047 мВ/ 0С
ст
R =U ×R × γ ; (5.22)
дин cт т ст
т
R = 4,7 × 0,15 × 0,047 = 0,033 Ом
дин
т
Визначення загального динамічного опору стабілітрона:
R = R + R ; (5.23)
дин.зв дин дин.Т
R = 56 + 0,033 = 56,033 Ом
дин.зв.
Визначення коефіцієнту стабілізації:
R U
К = г × вих.н %; (5.24)
ст R U
дин.зв. вх
486,66 4,7
К = × =3,39%
ст 56,033 12
Визначення нестабільністі вихідної напруги:
ρ
ρ = вх %; (5.25)
вих Кст
10
ρ = =2,94 %
вих 3,39
Визначення температурної нестабільність вихідної напруги:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
45
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Т = Т –T ; (5.26)
max min
Т = 125 + -60 = 65
ρ = α × Т ; (5.27)
вих.т ст
ρ = 1×10-2× 65 = 0,65%
вих.т
Визначення коефіцієнту згладжування:
Rг Uвих.н
q= × ; (5.28)
Rдин Uвх
486,66 4,7
q= × =3,4
56 12
Визначення коефіцієнту пульсацій на вході стабілізатора:
К = К × q; (5.29)
п.вх п.вих
К = 0,05 × 3,4 = 0,17%
п.вх
Визначення вихідного опору стабілізатора:
R = R = R + R ; (5.30)
вих дин.зв дин дин
т
R = 56 + 0,033 = 56,033 Ом
вих
Визначення ККД стабілізатора:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
46
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
I ×U
ŋ= н вих.н ; (5.31)
I ×U
вх вх
7,5 × 10-3 × 4,7
ŋ= = 0,195
15 × 10-3 × 12
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
47
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
5.3. Розрахунок струмообежувальних резисторів
Рисунок 5.3 - Оповіщення про наявність живлення від мережі.
Світлодіод HL2 має такі параметри:
U пряма максимальна 2.1 В,
І пряме мінімальне 1 мА ,
І пр максимальна 25 мА.
Для розрахунку використані такі параметри:
Ін = 0,012 А
Uпр = 2.1 В
Uж = 12 В
Визначення напруги яка повинна впасти на резисторі R2 за формулою :
U = U – U ; (5.32)
r ж пр
U = 12 – 2,1= 9,9В
r
Визначення опору резистора R2 :
U
R = r ; (5.33)
I
н
0,9
R = = 825Ом
0,012
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
48
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Перевіряємо який струм буде протікати через світлодіод HL2 при
увімкненні його з резистором R2.
U
І = r ; (5.34)
в R
9,9
I = = 0,012А
в 820
Визначення потужності резистора:
P = I × U ; (5.35)
r r
P = 0,012 × 12 = 0,144Bт
r
Обираємо резистор R2 типу МЛТ – 0,125 820 Ом + 10 %.
Рисунок 5.4 - Індикатор переключення на резервне живлення.
Світлодіод HL1 має такі параметри:
U пряма максимальна 2.1 В.
І пряме мінімальне 1 мА.
І пр максимальна 25 мА.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
49
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Для розрахунку використані такі параметри:
І = 0,006 А
н
U = 2.1 В
пр
U = 5 В
ж
Визначення напруги яка повинна впасти на резисторі R1 за формулою
(5.32):
U = 5 –2,1= 2,9В
r
Визначення опіру резистора R1 за формулою (5.33):
2,9
R = = 483,3Ом
0,006
Визначення струму який буде протікати через світлодіод HL1 при
увімкненні його з резистором R1 за формулою (5.34):
2,9
I = = 0,006А
в 470
Визначення потужність резистора за формулою (5.35):
P = 0,006 × 5 = 0,025Bт
r
Обираємо резистор R1 типу МЛТ – 0,125 470 Ом + 10 %.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
50
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 5.5. Індикатор комутації.
Світлодіод HL3 має такі параметри:
U пряма максимальна 3.2 В,
І пряме мінімальне 1 мА ,
І пряме максимальне 25 мА.
Для розрахунку використані такі параметри:
І = 0,006 А
н
U = 3.2 В
пр
U = 5 В
ж
Визначення напруги яка повинна впасти на резисторі R8 за формулою
(5.32):
U = 5 –3,1= 1,8В
r
Визначення опору резистора R8 за формулою (5.33):
1,8
R = = 300Ом
0,006
Перевіряємо який струм буде протікати через світло діод HL3 при
увімкнені його з резистором R8 за формулою (5.34):
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
51
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1,7
I = = 0,005А
в 300
Визначення потужність резистора за формулою (5.35):
P = 0,005 × 5 = 0,025Bт
r
Обираймо резистор R8 типу МЛТ – 0,125 330Ом +10%,
Даний розрахунок аналогічний для елементів R9-R14.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
52
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
6 РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ
Розрахунок надійності виконано за методикою приведеною в [15].
Надійність пристрою визначається надійністю і кількістю елементів. Щоб
визначити, що елементна база вибрана вдало і пристрій буде тривалий час
працювати, необхідно розрахувати основні показники надійності: ймовірність
безвідмовної роботи, напрацювання до першої відмови.
Порядок виконання розрахунку
Визначення кількість типових елементів в кожній групі (n ) :
i
а) Конденсатори: - електролітичні - 3
- керамічні - 2
б) Мікросхеми: - 1
в) Резистори: - 14
г) Стабілізатор: - 1
д) Батарея: - 1
е) Звукова сигналізація: - 1
є) Індикатор символьний: - 1
ж) Світлодіоди: - 9
з) Реле: - 1
и) Вимикач: - 1
і) Кнопки: - 5
Ї) Кварцовий резонатор: - 1
й) Трансформатор: - 1
к) Діод: - 4
л) Стабілітрон: - 1
м) Пайка: - 144
Для типу елементів по табл. П9[…] визначаю інтенсивності відмов
у номінальному режимі
λ × 10-6
jн
:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
53
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
а) Конденсатори: - електролітичні – 0,035
- керамічні – 0,15
б) Мікросхеми: - 0,02
в) Резистори: - МЛТ - 0,02
- 3323Р – 0,2
г) Стабілізатор: - 1,0
д) Батарея: - 1,4
е) Звукова сигналізація: - 1,0
є) Індикатор символьний: - 1,0
ж) Світлодіоди: - 0,2
з) Реле: - 0,25
и) Вимикач: - 0,4
і) Кнопки: - 0,07
ї) Кварцовий резонатор: - 1,0
й) Трансформатор: - 0,09
к) Діод: - 0,02
л) Стабілітрон: - 0,85
м) Пайка: - 0,01
Визначення інтенсивності відмов елементів з урахуванням умов їх
експлуатації за формулою:
λ = λ × К (6.1)
j jн λ
Де, K – поправочний коефіцієнт, який дорівнює K × K × K ,
λ λ1 λ2 λ3
K – коефіцієнт, що враховує вплив механічних факторів.
λ1
K – коефіцієнт, що враховує вплив кліматичних факторів.
λ2
K – коефіцієнт, що враховує вплив атмосферного тиску.
λ3
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
54
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Даний пристрій буде працювати в станціонарних умовах, і підпадає під
сумарний вплив вібрацій і ударів, тому K =1,07 по табл. П4[15]. При вологості
λ1
70% і температурі 30°С K =1,0 по табл. П5[15]. При умові роботи пристрою
λ2
на висоті 0 км K = 1,0 по табл. П[15]. Тоді λ =1,07×1×1×λ =1,07×λ
λ3 j jн jн
а) Конденсатори: - електролітичні – 0,037
- керамічні – 0,16
б) Мікросхеми: - 0,02
в) Резистори: - МЛТ - 0,02
- 3323Р – 0,2
г) Стабілізатор: - 1,07
д) Батарея: - 1,5
е) Звукова сигналізація: - 1,07
є) Індикатор символьний: - 1,07
ж) Світлодіоди: - 0,2
з) Реле: - 0,26
и) Вимикач: - 0,4
і) Кнопки: - 0,07
ї) Кварцовий резонатор: - 1,07
й) Трансформатор: - 0,09
к) Діод: - 0,02
л) Стабілітрон: - 0,9
м) Пайка: - 0,01
Для кожної групи елементів значення відповідно будуть:
Розрахунок інтенсивності відмов за формулою:
n
λ =λ ×n (6.2)
c j i
ij
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
55
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
17
λ = = 12,91 × 10-6год-1
c
ij
Визначення середнього часу безвідмовної роботи пристрою.
1
Т = ; (6.3)
ср λ
с
1
T = = 77460год
cp
12,91×10-6
Визначення ймовірність безвідмовної роботи на протязі часу
напрацювання t =1000 :
p
-λ × t
с p
P t = e (6.4)
-12,91×10-6×103
P t = e =0,987год
Необхідно зробити оцінювання показників надійності системи з
урахуванням режимів роботи її елементів. Вибираєм коефіцієнт навантаження
для елементів кожної групи з таблиці П7[15]:
а) Конденсатори: - електролітичні – 0,5
б) Мікросхеми: - 1
в) Резистори: - 0,6
г) Стабілізатор: - 0,7
д) Батарея: - 1
е) Звукова сигналізація: - 1
є) Індикатор символьний: - 1
ж) Світлодіоди: - 0,7
з) Реле: - 0,7
и) Вимикач: - 1
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
56
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
і) Кнопки: - 1
ї) Кварцовий резонатор: - 1
й) Трансформатор: - 1
к) Діод: - 1
л) Стабілітрон: - 0,5
Для кожного типу елементів у відповідності з режимом роботи з таблиці
П7[15] вибираю значення поправочного коефіцієнту :
а) Конденсатори: - електролітичні – 0,48
- керамічні – 0,5
б) Мікросхеми: - 0,02
в) Резистори: - 0,62
д) Стабілізатор: - 0,55
е) Батарея: - 1,4
є) Звуковасигналізація: - 1,07
ж) Індикаторсимвольний: - 0,01
з) Світлодіоди: - 0,2
и) Реле: - 0,26
і) Вимикач: - 0,42
ї) Кнопки: - 0,074
й) Кварцовий резонатор: - 1,07
к) Трансформатор – 1,6
л) Діоди – 0,79
Обчислення інтенсивності відмови системи за формулою (6.2):
17
λ = = 23,43 × 10-6год-1
c
ij
Обчислення середнього часу безвідмовної роботи за формулою (6.3)
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
57
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1
T = = 42680год
cp
23,43 × 10-6
Розрахунок імовірністі безвідмовної роботи протягом t =1000год за
p
формулою (6.4):
-23,43 × 10-6 × 103
P t =e = 0,977год
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
58
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
7 ОХОРОНА ПРАЦІ
7.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на монтажника
РЕА при виконанні монтажних робіт в приміщенні відділу монтування
РЕА.
В даній кваліфікаційній роботі розробляється: «багатоканальний
мікроконтроллерний пристрій з функцією автоматичного керування електро
устаткуванням в заміському будинку».
Усі роботи проводяться в приміщенні відділу монтування РЕА.
Проаналізуємо всі параметри середовища, які можуть вплинути на
здоров’я та працездатність працівників, та на продуктивність їхньої праці:
Приміщення відділу монтування РЕА має розміри: довжина приміщення
10м, ширина 5м, висота стін 3.5м. Приміщення вміщує в собі вісім робочих
мість, і кожне робоче місце займає площу 1,44м2;
Небезпечні речовини виділяються в повітря під час процесу пайки
електронних компонентів. Насичення повітрям, в складі якого концентрація
цих речовин перевищує допустимий рівень, призводить до отруєння.
Провівши дослідження було виявлено фактичні значення концентрації
олова та його сполук 0,19 мг/м3, ці значення не перевищюють нормованих, для
олова та його сполук 0,2, згідно НПАОП 28.52-7.36-84. Для забезпечення цих
умов рабочі місця обладнані місцевими витяжними пристроями, які
забезпечують швидкість руху повітря безпосередньо на місці пайки не менше
0,6 м/сек.
Мікроклімат приміщення впливає на працездатність та самопочуття
людини. Для приміщення відділу монтування РЕА використовується водяна
система опалення низького тиску.
Провівши виміри мікроклімату приміщення, було виявлено, що фактичні
значення температури в приміщені для теплого періоду року знаходиться в
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
59
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
межах 22-23 0 С, для холодно періоду року 23-240 С. В якості обігрівання
застосовується мережа централізованого опалення.
Ці значення задовольняють задовольняють нормовані 21-250С, для
теплого, та 22-280С для холодного періоду року відповідно до ДСН 3.3.6.042-
99. Для категорії легких робіт «Iа», що виконуються сидячи і не потребують
фізичного напруження.
Вологість в приміщені дорівнює 55%, швидкість руху повітря 0,1 м/с, що
теж відповідають нормованим значенням для вологості 60-40%, для швидкості
руху повітря 0,1м/с згідно ДСН 3.3.6.042-99.
При роботі з дрібними деталями необхідною складовою кожного
робочого місця є освітлювальне обладнання. Неправильно обране або
розташоване обладнання може призвести, до недостатньої освітленості або
навпаки засліпленню працівника, що може призвести до погіршення зору.
Розряд робіт для відстані від об’єкта розрізнення до очей працюючого
відносяться до I групи – приміщення, у яких розрізнення об’єктів зорової
роботи здійснюється при фіксованому напрямку лінії зору працюючих на
робочу поверхню. У відділі монтування РЕА використовується суміщене
освітлення, при якому недостатнє за нормами природне освітлення
доповнюється штучним.
Дослідження приміщення показали, що вікна розмірами 1500×2040мм, а
також світильники ЛПО-06-2х36 в кількості 1шт., задають наступні фактичні
значення природнього та штучного освітлення що дорівнюють, для
природнього 1,3 %, та для штучного 150Лк. Ці значення не відповідають
нормованим для природнього 1,5 %, та для штучного 500Лк відповідно до ДБН
В.2.5-28-2018. Робочі місця потребують додаткового освітлення у вигляді
світильників а також збільшити коефіцієнт світловідбиття від підлоги, стін та
стелі.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
60
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Вплив шуму призводить до серйозних порушень слуху, проблем з
серцево-судинною системою. Має вплив на нервово-психологічну діяльність
організму, погіршення інтелектуальної діяльність, погіршення настрою.
Провівши дослідження приміщення було виявлено, що шум може
виникнути внаслідок обговорення якихось робочих нюансів. В зв’язку з
відсутністю інших джерел шуму його фактичне значення не перевищує 45 дБА
що відповідає санітарним нормам та не перевищує допустимого рівня в 50 дБА
відповідно ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку
та інфразвуку». Використання заходів, або засобів для подавлення шуму в
приміщенні не потребуються.
Вплив радіації на організм людини залежить від рівня іонізуючого
випромінювання. При малих дозах вона може стати причиною раку, або
генетичних порушень, мутацій. У великих дозах приводить до повної або
часткової загибелі організму.
Джерелами іонізуючого випромінювання можуть бути об'єкти в яких
міститься радіоактивна речовина або технічний пристрій, що створює або в
певних умовах здатний створювати іонізуюче випромінювання.
Після проведення вимірювань у приміщенні, було виявлено фактичне
значення рівня іонізації яке складає 0,7 мЗв • рік-1 і не перевищує нормованого
значення 1,0<Е<2,0 мЗв • рік-1 згідно ДНАОП 0.03-3.24-97 «Норми радіаційної
безпеки України». Фактичні значення не перевищують нормовані і не
потребують втручання.
Електромагнітні поля чинять тепловий вплив, У діапазоні частот
рентгенівського спектра і вище ЕМП настільки змінюють енергію атомів, що їх
називають іонізуючими. Результатом впливу ЕМП високих і надвисоких частот
призводить до зниження артеріального тиску, дисбалансу в крові іонів, натрію
кальцію і калію.
Провівши дослідження було виявлено що напруженість ЕМП на робочих
місцях персоналу протягом робочого дня складає 6 В/м при частоті 45МГц що
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
61
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
не перевищувати встановленої норми в 10 В/м при частоті 50МГц відповідно
до НАОП 0.03-3.16-86 «Гранично допустимі рівні впливу електричних полів
частот від 0,06 МГц до 300МГц». Фактичні значення не перевищують
нормовані і не потребують втручання.
При роботі з електроустаткуванням виникає можливість ураження
людини електричним струмом. В залежності від величини напруг і струмів
може викликати як пошкодження шкіри так і ураження внутрішніх органів що
в свою чергу може призвести до смерті.
За ступенем ураження електричним струмом, приміщенні відділу
монтування РЕА відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки. У ньому
використовується трифазна електромережа змінного струму частотою 50 Гц і
напругою 220В, споживана потужність одного робочого місця не перевищує
20мВт. Для запобігання ураження електричним струмом дотримуються вимоги
електробезпеки ДСТУ Б В.2.5-82:2016 «Електробезпека в будівлях і спорудах.
Вимоги до захисних заходів від ураження електричним струмом».
До засобів захисту відносяться:
– Захисне заземлення – з’єднання металевих частин
електроустаткування з землею, для пониження напруги до безпечного рівня
відносно землі та усунення небезпеки ураження людини при контакті з
металевими частинами обладнання яке опинилось під напругою.
– Занулення - з’єднання металевих частин які можуть опинитись під
напругою з нульовим захисним провідником, для автоматичного відключення
електроустаткування від джерела живлення.
– Захист від електричного поля і електромагнітних випромінювань
шляхом виконання вимог ГОСТ 12.1.006-84 і ГОСТ 12.4.154-85.
– Захист від статичних полів які виникають внаслідок статичної
електризації металевих частин устаткування, шляхом нейтралізації зарядів
статичної електрики спеціальними нейтралізаторами.
– Ізоляція струмопровідної складової діелектричним покриттям.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
62
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Протипожежні заходи для відділу монтування РЕА розроблено для
приміщення яке відноситься до категорії «Г» з пожежної безпеки, як
приміщення з матеріалами у гарячому, розплавленому стані, процес обробки
яких супроводжується виділенням променистого тепла. Згідно ДСТУ Б В.1.1-
38:2016 «Визначення категорій приміщень, будинків і зовнішніх установок з
вибухопожежної та пожежної безпеки»
Заходи для запобігання пожеж в приміщенні передбачають технічну та
організаційну складову, а саме:
– Встановлення захисту від короткого замикання на силовому
обладнанні.
– За вимогами ДБН В.2.5-56:2014 «Системи протипожежного
захисту», і НАПБ А.01.003-2009 «Правила улаштування та експлуатації систем
оповіщення про пожежу та управління евакуацією людей в будинках та
спорудах», в приміщенні встановлено автономні протипожежні датчики
«Артон СПД-3.4», для виявлення ознак пожежі.
– За вимог ДСТУ 3675-98, для гасіння електрообладнання у
приміщенні, передбачається два вуглекислотні вогнегасники типу ВВК-1.4.
Відстань між можливим місцев загорання та вогнегасниками не перевишує 10м.
Згідно НПАОП 0.00-4.12-05 «Типове положення про порядок
проведеннянавчання і перевірки знань з питань охорони праці». Кожен
працівник проходить на підприємстві інструктажі з питань охорони праці. За
характером та часом проведення розрізняють:
– вступний, проводиться службою охорони праці підприємства або
іншим уповноваженим фахівцем, який пройшов навчання і перевірку знань з
питань охорони праці.
– первинний, проводиться з працівником на робочому місці, до
початку роботи.
– повторний, проводиться на робочому місці з працівниками, за
змістом первинного інструктажу.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
63
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
– позаплановий, проводиться при внесенні змін та доповнень до
нових нормативно-правових актів з питань охорони праці; зміні технологічного
процесу, або удосконалення обладнання, при довготривалій перерві в роботі
сроко більше ніж 30 каленнарних днів, при порушенні вимог з охорони праці,
що призвели до травмування, аварійної ситуації, тощо;
Інструктаж націлений на донесення та перевірки знать правил поведінки,
надання першої допомоги потерпілим від нещасних випадків та дій при
виникненні аварійних ситуацій, пожеж.
Відповідно до наказу МОЗ України №246 від 21.05. Проводяться
попередній і періодичний медичний огляд працівників на роботах зі
шкідливими чи небезпечними умовами праці або таких, де є потреба у
професійному доборі.
Провівши дослідження робочого приміщення було виявлено
недотримання норм природного та штучного освітлення і потребу у
вдосконаленні існуючих джерел освітлення для збільшення його ефективності.
7.2 Розрахунок природного та штучного освітлення у приміщенні
відділу монтування РЕА.
Найважливішу роль у робочому процесі відіграє зорова активність. На
виконання будь-якої трудової діяльності впливає правильно підібране та
використане джерело світла. Якість освітлення робочого місця є важливою
складовою для уникнення можливих випадків травмування працівника на
робочому місці, які відбуваються через недостатне освітлення, або навпаки
занадто потужне.
У відділі монтування РЕА використовуватиметься суміщене освітлення
при якому бокове природне освітлення, реалізоване шляхом прорізів у
зовнішніх стінах та встановленні на їх місці вікон, буде доповнюватись
штучним з використанням люмінесцентних ламп.
Розраховуємо приміщення з такими умовами:
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
64
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
– вид природного освітлення – бокове;
– навпроти будівлі, де знаходиться розрахункове приміщення, немає
будівель, які затіняють вікна;
– колір пофарбування огороджуючих конструкцій в заданому
приміщенні: стіни (небесно-блакитний); cтеля (чисто білий); підлога
(коричнево-червоний);
– висота робочої поверхні: 1300мм
– розміри одного вікна: 1500×2040мм
Площа одного вікна, відповідно прийнятих розмірів вікна:
S = 1,5 × 2,04 = 3,06 м2 (7.1)
одн.вікна
Загальний коефіцієнт світлопроникнення τзаг за формулою:
τ = τ ×τ ×τ ×τ ×τ (7.2)
заг 1 2 3 4 5
τ = 0,75×0.8×1×1×0,9=0,54
заг
де
– коефіцієнт світлопропускання матеріалу τ1 = 0,8;
– коефіцієнт, який враховує втрати світла в рамах вікон τ2 = 0,75;
– коефіцієнт, який враховує втрати в несучих конструкціях при
боковому освітленні τ3 = 1.
– коефіцієнт, який враховує втрати світла в сонцезахисних
пристроях,
– конструкція яка визначається самостійно τ4 = 1;
– коефіцієнт, який враховує втрати в захисній сітці, яка
– встановлюється під ліхтарями τ5 = 0,9.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
65
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Визначити середньозважений коефіцієнт відбиття стелі, стін та підлоги
ρсер за формулою:
ρ ×S + ρ ×S + ρ ×S
стелі стелі стіни стіни підл підл
ρ = (7.3)
сер S + S + S
стелі стіни підл
86 × 50 + 19 ×105 + 8 × 50
ρ = 32,659
сер 50 +105 + 50
де
– коефіцієнт відбиття стелі ρстелі = 86 ;
– коефіцієнт відбиття стіни ρстін = 19;
– коефіцієнт відбиття підлоги ρпідлоги = 8
– площа стелі і підлоги
S = S = 10×5 = 50м2;
cтелі підлоги
– сумарна площа всіх стін приміщення:
Периметр:
Р = А + В × 2 = (10 + 5) × 2 = 30м
Площа:
S = Р × Н = 30 × 3,5 = 105 м2
cтін
Визначити необхідну сумарну площу усіх вікон Sвік в заданому
приміщенні за формулою:
e ×K ×η ×S
н з вік підл
S = ×K (7.4)
Σвік 100×τ ×r буд
заг 1
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
66
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1 × 1,5 × 9,5 × 50
S = × 1 = 5,5
Σвік 100 × 0,54 × 2,4
де
– нормований КПО ен = 1;
– коефіцієнт запасу Кз = 1,5;
– світлова характеристика вікна ηвік = 9,5;
– коефіцієнт, який враховує підвищення КПО при боковому
освітленні
– завдяки світлу, яке відбивається від поверхонь приміщення та
підстилаючого шару, прилеглого до будинку r1 =2,4;
– коефіцієнт, який враховує затінення вікон протилежними
будинками
Кбуд = 1.
Визначити необхідну кількість вікон в заданому приміщенні за
формулою:
S
N = Σвік (7.5)
вік S
одн.вікна
5,5
N = 2
вік 3,06
Для забезпечення нормативного рівня штучного освітлення на робочих
місцях розраховуємо кількість світильників системи загального штучного
освітлення за формулою:
E × S × z × K × 100
н підл з
N = (7.6)
n× F × η
л
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
67
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
500 × 50 × 1,1 × 1,5 × 100
N = 10
2 × 2850 × 79
де
– нормативний рівень штучного загального освітлення, Ен =500 Лк;
– коефіцієнт мінімального освітлення z=1,1;
– кількість ламп у світильнику n = 1;
– світловий потік Fл = 2850 лм;
– коефіцієнт використання світлового потоку = 79.
Обраний люмінесцентний світильник типу ЛПО-06-2х36.
Характеристика випромінювання:
Світловой поток - 2850лм
Мінімальна колірна температура - 6500К
Максимальна колірна температура - 6500К
Кут випромінювання світла - 120град.
Розміри:
Висота - 74мм
Ширина - 159.0мм
Довжина – 1260мм
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
68
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Визначаємо індекс приміщення за формулою:
A × B
i = (7.7)
h × (A + B)
10×5
i = 1,23
2,7×(10+5)
де А, В – довжина і ширина завданого приміщення, м;
h = Н – 0,8 - висота підвісу світильників, h = 2,7м,
Н – висота завданого приміщення, м.
Рисунок 7.1 План розташування вікон і світильників в приміщенні.
Провівши розрахунки для природного і штучного освітлення було
вирішено що для задоволення нормованих значень природного освітлення,
колір пофарбування повинен бути, для стіни (небесно-блакитний), cтелі (чисто
білий), підлоги (коричнево-червоний), що підвищить коефіцієнт світовідбиття
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
69
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
від цих поверхонь, а також що наявность двох вікон розмірами 1500×2040мм
буде достатньою. Для штучного освітлення було обрано світильники ЛПО-06-
2х36 з люмінесцентними лампами в кількості 10шт та потужністю 36Вт, що
буде достатнім для забезпечення нормованих значень у даному приміщенні.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
70
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ВИСНОВОК
В даній роботі представлена розробка багатоканального
мікроконтроллерного пристрою з функцією автоматичного керування електро
устаткуванням в заміському будинку.
В першому розділі розглянуто призначення та схемотехнічні рішення
аналогічних пристроїв, і принцип їх роботи.
В другому розділі обґрунтовано технічне завдання. Проаналізувавши
існуючі технічні рішення було виявлено що більшість аналогів побудовано за
допомогою лічильників на тригерах що обмежують функціонал пристрою, тому
побудова на базі мікроконтроллера дозволить значно оновити та розширити
його можливості в реаліях нашого часу.
В третьому розділі було розроблено структурну схему пристрою з
описанням кожного блоку. На основі структурної схеми, розроблено схему
електричну принципову у четверному розділі та описано призначення
елементів в схемі.
В п’ятому розділі розраховано функціональні вузли схеми електрично
принципової, на основі яких було підібрано елементну базу.
В шостому розділі виконано розрахунок надійності, який показав що
обрана елементна база забезпечить надійность системи та безвідмовну роботу
пристрою на протязі 42680год., що складає майже 5 років.
В розділі охорони праці було проведено аналіз небезпек та шкідливостей,
що впливають на працівника при роботі у відділі монтування РЕА. Також
виконано модернізацію системи освітлення.
Враховуючи розглянутий матеріал, можна стверджувати, що
проектований пристрій буде корисним для використання значним колом
споживачів, зокрема, які проживають в заміському будинку, дозволить
контролювати енергоспоживання, а також забезпечить необхідну витримку
часу для виконання необхідної для нас операції.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
71
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы. Конденсаторы.
Справочное пособие. – М.: СОЛОН-Р, 2000.
2. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники
электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: «Три Л», 2000. 400 с.
3. Гершунский Б.С. Расчет основных электронных и
полупроводниковых схем в примерах - К.: Вища школа, 1968. - 253 с;
4. ДСТУ 3169 - 95 (ГОСТ 23585-79) - Монтаж электрической
радиоэлектронной аппаратуры и приборов.
5. Катцен С. РІС-МИКРОКОНТРОЛЛЕРИ. Все, что вам необходимо
знать. - М.: «Додэка-ХХІ», 2008. 651с.
6. Микроконтроллеры PIC для начинающих [Електронний ресурс]:
ELECTRIK INFO – Режим доступу: http://electrik.info/microcontroller/1525-
mikrokontrollery-pic-dlya-nachinayuschih.html. – назва з екрану.
7. Методичні рекомендації до виконання випускних робіт бакалавра
та дипломних робіт для студентів спеціальності 172 Телекомунікації і
радіотехніка (напрям підготовки 6.050901 – Радіотехніка) / Уклад. : В. В.
Палагін, В. В. Філіпов ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-
т. – Черкаси : ЧДТУ, 2016. – 50 с
8. Простой таймер до 34 минуты (точность установик 1сек) или до 136
минут (точность 4сек) [Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4980-prostoj-tajmer-do-34-minuty-tochnost-ustanovki-1sek-
ili-do-136-minut-tochnost-4-sek.html. – назва з екрану.
9. Самодельний таймер с установкой задержки от 5сек до 69с
(СD4040) [Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4979-samodelnyj-tajmer-s-ustanovkoj-zaderzhki-ot-5sek-
do-69ch-cd4040.html. – назва з екрану.
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
72
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
10. Схема таймера для периодического отключения питания нагрузки
[Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4978-skhema-tajmera-dlya-periodicheskogo-otklyucheniya-
pitaniya-nagruzki.html. – назва з екрану.
11. Схема простого таймера на одной микросхеме для
видеорегистратора [Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4977-skhema-prostogo-tajmera-na-odnoj-mikroskheme-
dlya-videoregistratora.html. – назва з екрану.
12. Реле времени для электрообурудования (К561ИЕ16, КТ315)
[Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4630-rele-vremeni-dlya-ehlektrooborudovaniya-k561ie16-
kt315.html. – назва з екрану.
13. Таймер для отключения питания нагрузки (К176ИЕ12, СD4040)
[Електронний ресурс]: RadioStorage – Режим доступу:
https://radiostorage.net/4319-tajmer-dlya-otklyucheniya-pitaniya-nagruzki-
k176ie12-cd4040.html. – назва з екрану.
14. Программируемый таймер [Електронний ресурс]: КОМПЬЮТЕР
И ЖИЗНЬ – Режим доступу: https://vsbot.ru/diy-sdelai-sam/programmiruemyi-
taimer.html. – назва з екрану.
15. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и
надежности ЭВА - М.: Радио и связь, 1983. — 312 с;
Лист
СКРТ-88.020066.248 ПЗ
73
Изм. Лист № докум. Подпись Дата