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/8233| Title: | Метеостанція на сонячній батареї з передачею даних по wi-fi |
| Authors: | Воробкало, Тетяна Василівна Санжарiвський, Дмитро Анатолiйович |
| Keywords: | метеостанція;сонячна батарея;Wi-Fi передача даних;інтернет речей;мікроконтролер;моніторинг довкілля |
| Issue Date: | 2020 |
| Abstract: | Робота присвячена розробці автономної метеостанції, що працює на сонячній енергії та передає дані про стан навколишнього середовища через бездротову мережу Wi-Fi. У проєкті реалізовано систему збору метеорологічних показників (температури, вологості та тиску) за допомогою датчика BME280 та мікроконтролера з підтримкою стека TCP/IP, що дозволяє дистанційно моніторити параметри через веб-інтерфейс. Особлива увага приділена енергоефективності пристрою та забезпеченню безперебійного живлення від сонячної панелі з використанням інтелектуальної системи зарядки акумулятора, що робить розробку придатною для використання у важкодоступних місцях для екологічного та сільськогосподарського моніторингу. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8233 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Санжарівський_Воробкало.pdf Restricted Access | 2.6 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
бакалавра
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему: Метеостанція на сонячній батареї з передачею даних по wi-fi.
Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-88
напряму підготовки (спеціальності)
172 – телекомунікації та радіотехніка
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Санжарівський Д.А.
(прізвище та ініціали)
Керівник Воробкало Т.В
(прізвище та ініціали)
Рецензент Стась С.В.
(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
Санжарівського Дмитра Анатолійовича____________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту: Метеостанція на сонячній батареї з передачею даних по Wi-Fi.
керівник проекту Воробкало Татьяна Василівна
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від 24.02.2020 №76/01
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 25 травня 2020__________________
3. Вихідні дані до роботи: Напруга живлення: +4.2В, діапазон виміру температури:
-40…+85° C, діапазон вологості 0…100%, точність вимірювання вологості 3%, межі
вимірювання тиску 300...1100гПа, передача даних- по Wi-Fi.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
Аналіз систем радіоприйому; 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
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ
консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.
старший викладач кафедри
безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного проекту Термін
виконання етапів Примітка
з/п (роботи) проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та
пошук літератури
2. Аналіз методів побудови
притрою
3. Побудова та обґрунтування
схеми функціональної пристрою
4. Побудова та обґрунтування
схеми структурної пристрою
5. Побудова та обґрунтування
схеми електричної пристрою
7. Виконання розділу охорони праці
8. Оформлення пояснювальної записки
9. Оформлення плакатів
Студент Санжарівський Д.А
( підпис ) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Воробкало Т.В
( підпис ) (прізвище та ініціали
ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ
МЕТЕОСТАНЦІЙ
1.1 Сучасні тенденції розвитку домашніх метеостанцій
1.2 Огляд існуючих домашніх метеостанцій
1.3 Розробка технічного завдання до прибору
1.4. Висновки
РОЗДІЛ 2. ПРОЕКТУВАНННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ
2.1. Розробка структурної схеми
2.2 Обгрунтування структури схеми та його елементів
2.3. Висновки
РОЗДІЛ 3. СХЕМОТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЮ.
3.1 Розробка схеми електричної принципової
3.2. Конструктивний розрахунок друкованої плати
3.2.1. Вибір та обґрунтування типу виробництва
3.2.2 Вибір та обґрунтування класу точності виготовлення ДП
3.2.3 Вибір та обґрунтування методу виготовлення друкованої
плати
3.2.4. Розрахунок діаметру монтажних отворів і контактних
площадок
3.2.5 Розрахунок ширини провідників
3.3. Електричний розрахунок друкованої плати
СКРТ88.0208065.248ПЗ
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разраб. Санжарівський Проектування Лит. Лист Листов
Провер. Воробкало Т.В 3 2
метеостанції на сонячній
Реценз.
Н. Контр. батареї з передачею ЧДТУ
Утверд. даних по wi-fi
3.4 Створення корпусу
3.5 Програмне забезпечення
3.6. Висновки
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника радіотехнічної лабораторії
4.2. Модернізація системи опалення лабораторії
4.3. Висновки
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
ДОДАТКИ
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
4
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ВСТУП
Метеостанції знаходять досить широке застосування у різних сферах
життєдіяльності, де необхідний регулярний моніторинг температури, вологості
та атмосферного тиску. У сучасному світі з високим рівнем розвитку цифрових
технологій можна отримувати інформацію про погоду різними способами.
Прогноз погоди передають по телебаченню і радіо, аналогічну інформацію вам
пропонують різні сайти у мережі Інтернет або розсилки по електронній пошті
[21]
Причиною розробки даного проекту є те, що метеостанції дозволяють
отримувати точну і детальну інформацію по поточному стані і прогнозі погоди
безпосередньо в місці її розташування. Напевно кожен стикався з помилковим
прогнозом, одягаючись не по погоді або не взявши парасольку, ризикуючи
застудитися. Метеорологічний прогноз, що йде по традиційним засобам
інформації, є усередненими для досить великої території.
Метеостанцію, яка розробляється в даному дипломному проекті,
планується розмістити у віддаленому місці (фермерський будинок, тощо). Щоб
метеостанція постійно працювала повинно бути постійне електропостачання,
інакше система не працюватиме. Найкращий спосіб забезпечити постійне
живлення пристрою - за допомогою акумулятора. Але через кілька днів роботи
батареї – батарея розрядиться і постійно заряджати її справді складно. Таким
чином, буде запропонована сонячна схема зарядки, щоб метеостанція вільно
отримувала від сонця енергію для зарядки акумулятора. Метеостанція буде
створена на платформі Wemos D1 Mini Pro у якій виведений роз'єм для
підключення зовнішньої Wi-Fi антени. Тому така платформа краще підійде для
проектів з віддаленим розміщенням і управлінням. Програмуватись
мікроконтролер буде на платформі Arduino IDE. Метеостанція буде
вимірювати три базові метеопоказники: температура, вологість, тиск.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
5
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Візуалізація даних буде представлена у вигляді двох способів, через
готову програму на телефон користувача або на сайті ThingSpeak.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
6
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
РОЗДІЛ1
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ МЕТЕОСТАНЦІЙ
1.1 Сучасні тенденції розвитку домашніх метеостанцій
Актуальність даного проекту визначається тим, що в даний час людина з
його ритмом життя, мобільністю протягом дня потребує достовірні відомості
про навколишнє середовище. У ці відомості входять: температура, вологість,
тиск. Актуальна інформація про навколишнє середовище необхідна для
спортивних, міських заходів на відкритому повітрі. Так само ця інформація
важлива для метеозалежних людей. Мобільна метеостанція на сонячних
панелях важлива для геологічних експедицій та археологічних розкопок.
Багато людей розміщують за вікном термометр і дізнаються температуру
на вулиці за його свідченнями. Але температура - це далеко не повна
характеристика погоди на вулиці. Важливі так само вологість і атмосферний
тиск. Всю цю інформацію можна дізнатися за допомогою домашньої
метеостанції.
Розрізняють аналогові і цифрові метеорологічні станції. Аналогова
метеостанція - це механічна погодна станція, яка вимірює три метеопоказника:
температуру повітря, атмосферний тиск і вологість повітря. Настінна аналогова
метеостанція дозволить передбачити зміну погоди і випадання опадів на
підставі зміни тиску. Цифрова метеостанція - це портативний прилад, який
обладнаний електронним дисплеєм; на екрані відображається температура за
вікном і в приміщенні. Крім того, пристрій показує рівень вологості і
атмосферного тиску [22].
Сьогодні в світі людина може як сам зібрати метеостанцію, так і купити
готову цифрову метеостанцію. В цьому дипломному проекті буде
запропонована збірна метеостанція на тих модулях, датчиках, свідчення яких
важливі для повсякденного життя і планування заходів на вулиці. Для
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
7
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
створення метеостанції буде використаний Wemos D1 mini Pro мікроконтролер
Wi-Fi на чіпі ESP8266EX.
1.2 Огляд існуючих метеостанцій
Основні параметри по яким відрізняються моделі метеостанцій [23]:
- Кількість датчиків в комплектації;
- Вбудовані або виносні датчики (якщо датчики вбудовані в базу, то
інформація буде видаватись тільки по одній кімнаті, тому такі варіанти
більше підходять для квартири, але не для будинку з великою площею);
- Тип живлення: від мережі, пальчикові батарейки або акумулятори
(останній варіант самий зручний і практичний; перший варіант
прийнятий, якщо немає необхідності переносити пристрій);
- Тим живлення датчиків: круглі таблетки або сонячна батарея;
- Максимальний радіус сигналу від датчика до станції (з урахуванням
перешкод в вигляді стін цей показник не повинен бути менше 30м, а для
приватних будинків краще 70м);
- Максимальний термін прогнозу (достовірні дані можна отримати при
прогнозі зімни погоди не більше ніж на 1- 1.5 доби вперед; зустрічаються
моделі з прогнозами на кілька годин);
- Точність вимірювання ( в технічних характеристиках можна знайти
заявлену виробником похибку приладу);
- Діапазон робочих температур (одні пристрої можуть працювати тільки
при позитивних температурах навколишнього середовища, а інші
справляються зі своїм завданням і при мінус 30 ºC; вибір залежить від
планових умов експлуатації);
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
8
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Розглянемо кілька вже існуючих домашніх метеостанцій.
Метеостанція FA-2460 - це більш простий і дешевший варіант, який
дозволяє вимірювати температуру та вологість [10].
Зовнішній вигляд метеостанції зображений на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 — Зовнішній вигляд метеостанції FA-2460
На передній панелі базового блоку розташований LCD екран і кнопки
управління метеостанцією. На задній панелі базового блоку розташований
відсік для батарей живлення. Метеостанція має досить зручний інтерфейс що
забезпечує легку навігацію і налаштування приладу. Також присутня функція
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
9
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
настройки одиниць вимірювання температури. Характеристики даної метео-
станції наведено у табл. 1.1.
Таблиця 1.1 — Характеристики метеостанції FA-2460.
№ Назва характеристики Значення
1 Діапазон вимірювання температури 0° C …+50 ° C
2 Діапазон вимірювання вологи 20%...90%
3 Матеріал корпусу пластик
4 Живлення Від батарейок (3хАА)
5 Габарити 200х130х30 мм
6 Додаткові функції годинник, календар
7 Ціна 500 грн
До недоліків метеостанції можна віднести неможливість проведення
вимірів на вулиці та відсутність підсвітки.
Метеостанція TFA-602527— це побутова метеостанція яка дозволяє отри-
мувати дані про температуру та вологість. Особливістю метеостанції є мож-
ливість відображати якість повітря. Давач повітряного середовища може ви-
являти різні небезпечні для людей речовини, наприклад, формальдегід, роз-
чинники, вугільний газ, болотний газ (метан) або сигаретний дим та попере-
джувати про це звуковим сигналом [11].
Зовнішній вигляд метеостанції зображений на рис. 1.2
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
10
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 1.2 — Зовнішній вигляд метеостанції TFA-602527
Дана метеостанція має менші габарити ніж моделі розглянуті вище. На
передній панелі базового блоку розташований монохромний дисплей і кноп- ки
управління метеостанцією. На задній панелі, відповідно розташований ві- дсік
для батарей живлення. Характеристики даної метеостанції наведено у табл. 1.2
Таблиця 1.2 — Характеристики метеостанції TFA-602527
№ Назва характеристики Значення
1 Діапазон вимірювання температури 10° C …+60 ° C
2 Діапазон вимірювання вологи 20%...95%
3 Матеріал корпусу пластик
4 Живлення Від батарейок (2хАА)
5 Габарити 150х80х45 мм
6 Додаткові функції годинник, календар
7 Ціна 1900 грн
До недоліків метеостанції можна віднести невеликий діапазон
вимірювання температури та значну ціну.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
11
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Метеостанція «Орион» побудований на Picaxe мікроконтролері від
Revolution Education Ltd і складається з двох основних частин: зовнішній блок,
який посилає свої дані кожні 2 секунди, використовуючи передавач на частоті
433МГц. І внутрішній блок, який відображає отримані дані на 20х4 ЖК-
дисплеї, а також атмосферний тиск, який вимірюється локально у
внутрішньому блоці. Зв'язок пристрою з комп’ютером здійснюється через
СОМ-порт. В даний час на комп’ютері безперервно будуються графіки з
отриманих значень, а також йде відображення значень на звичайних
індикаторах. Графіки і показники датчиків доступні на вбудованому веб-
сервері, всі дані збережуться, тобто можна подивитись дані за будь-який
проміжок часу. Конструктивно пристрій повинен бути виконаний у вигляді
окремого блоку, зібраного в корпусі розмірами не більше 160х153х30мм, і
масо. Не більше 700 г. Пристрій не повинен мати резонансних частото в області
від 10 до 30 Гц.
Живлення пристрою повинно здійснюватись від побутової електромережі
напругою 220 В 50 Гц, при відключенні електроживлення пристрій живиться
від акумуляторної батареї напругою 6В. Основні характеристики представленні
в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 — Характеристики метеостанції «Орион»
№ Назва характеристики Значення
1 Діапазон вимірювання температури -40° C …+50 ° C
2 Діапазон вимірювання вологи 0%...100%
3 Живлення 220 або батарейка АА 6 В
4 Діапазон атмосферного тиску 112…862 гПа.
5 Ціна 3000 грн
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
12
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Важливим недоліком «Орион» є складність його установки виносні
датчики потрібно розташовувати в певних містах для більш точних
вимірюваних показників. У даного приладу низькі показники вимірювальних
датчиків. До тог ж у приладу складна елементна база, що різко підвищує
вартість виробу. Живиться пристрій як від мережі 220 В так і від батареї 6В.
Зовнішній вигляд метеостанції зображений на рис. 1.3
Рисунок 1.3 Зовнішній вигляд метеостанції
Поставленою задачею цього дипломного проекту – це виправити всі
недоліки приведених метеостанцій та в кінченому результаті представити
повністю робочу, сучасну метеостанцію.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
13
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1.3 Розробка технічного завдання пристрою
Особливостями метеостанції будуть :
- Моніторинг параметрів погоди (температура, вологість, тиск);
- Передача даних по каналу Wi-Fi;
- Віддалений моніторинг стану батареї;
- Додаткові порти для установки додаткових датчиків;
- Літій-іонний акумулятор 3400 мАч;
- Незалежний від зовнішнього джерела живлення;
- Можливість установки у віддалених місцях або в складних географічних
умовах.
Таблиця 1.4 Технічні характеристики прибору.
Напруга живлення 4.2 В
Діапазон виміру температури -40…+85 ° C
Діапазон вологості 0…100%
Точність вимірювання вологості. 3%
Межі вимірювання тиску 300…1100 гПа
Передача даних По WI-FI
Для економії заряду батареї і коректності показань метеостанція працює в
режимі сон / вимірювання. Енергозбережність в різних режимах приведено в
таблиці 1.5
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
14
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Таблиця 1.5 Енергоспоживання пристрою.
Режим роботи Режим сну
ESP8266 170 мА 10 мкА
CH340 12 мА 50 мкА
Вбудований світло діод 3 мА 0 мкА
Монітор напруги 0,006 мА 6 мкА
Всього 185 мА 66 мА
Якщо цикл буде 9 хвилин 30 секунд сну / 30 секунд вимірювання, то
енергоспоживання виглядає таким чином:
- Час пробудження 185 мА протягом 30 секунд = 92.5 мА.
- Час сну 0.066 мА протягом 9.30 хвилин = 0.627 мА.
- Всього за 10 хвилин = 93.13 мА.
Таким чином, середній час споживання струму – 9.3 мА. Тобто
необхідний струм для роботи пристрою протягом всього дня – 9.3 мА х 24
години = 223.2 мАч.
1.4 Висновки до розділу
Є багато різних метеостанцій в яких є недоліки, такі як: складна
елементна база та висока ціна. В розробленому дипломному проекті буде
створена недорога метеостанція, яка буде виконувати базові функції не гірше
аналогів. Особливістю даної метеостанції буде система живлення, яка зроблена
на системі заряду акумулятора через сонячну батарею завдяки контролеру
заряду. Датчики температури, тиску, вологості будуть вимірювати в режимі
реального часу. Для кращої передачі буде використана зовнішня антена.
Корпус метеостанції буде з пластику, який буде розроблений в програмі
Autodesk Fusion 360.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
15
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
РОЗДІЛ 2
ПРОЕКТУВАНННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ
2.1. Розробка структурної схеми
Початковим етапом проектування виробів електронної техніки є
розробка структурної схеми. Структурна схема визначає основні функціональні
частини виробу, їх призначення і взаємозв'язок. Окремі вузли або частини
пристрою позначаються прямокутниками, а зв'язки між ними показуються
лініями, стрілки на яких вказують напрям проходження сигналів. Щоб «дерева»
не загороджували «лісу» на першому етапі розробки і не доводилося
відволікатися на дрібниці (наприклад скільки і яких резисторів, конденсаторів і
транзисторів поставити), обдумувати ідею, (та й розповідати про неї) краще на
рівні прямокутників. У такому вигляді простіше уявити взаємодію між
функціональними вузлами: величину і форму сигналів, черговість їх
надходження і т. п. І лише потім, зібравши окремі вузли між собою і пов'язавши
сигнали, можна створювати принципові схеми.
Структурна схема зображена на рисунку 2.1
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
16
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
17
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.1. Структурна схема метеостанції
З структурної схеми видно, що головним елементом моєї метеостанції є
модуль зчитування та передачі даних по Wi-Fi, цей модуль буде
запрограмований на передачу даних, які в свою чергу будуть зчитуватись з
датчиків. Живити схему буде акумулятор на 3400 мАч, який підключений через
контролер заряду (з вбудованим захистом) до сонячної панелі, яка буде
прикріплена на поверхню корпусу. Також зовні корпусу буде закріплена
антена. Інформацію про погодні умови користувач буде отримувати на телефон
через вже готову програму, яку можливо скачати на Android або IOS.
2.2 Обгрунтування структурої схеми та його елементів
Структурна схема складається з семи основних елементів:
- датчик температури
- датчик тиску
- датчик вологості
- акумулятор
- контролер заряду
- сонячна панель
- модуль зчитування та передачі даних по Wi-Fi.
Першою частиною пристрою є датчик температури, вологості, тиску.
Барометр BME280 являє собою інтегрований датчик навколишнього
середовища, розроблений спеціально для мобільних пристроїв, де розмір і
маленьке енергопостачання є ключовими параметрами [12]. Пристрій має
одночасно 3 високо лінійних і точних датчиків (температури, вологості, тиску).
Зовнішній вигляд датчика зображений на рисунку 2.2
Барометр BME280 має 3 режими роботи:
- Sleep - режим сну
- Forced – команда для вимірювання, процес вимірювання, зчитування
значень, перехід режим сну
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
18
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- Normal – датчик працює циклічно. Через заданий час датчик виходить з
режиму сну, виконує вимірювання, зберігає дані і переходить в режим
сну на заданий час.
Рисунок 2.2 Барометр BME280
Параметри барометра BME280 приведені в таблиці 2.1
Таблиця 2.1 Технічні характеристики барометра BME280:
Інтерфейс підключення I2C
Робочий діапазон температури От -40 до 85 °C
Точність вимірювання температури От 0.5 до 1 °C
Робочий діапазон вологості От 0 до 100%
Точність вимірювання вологості 3%
Робочий діапазон тиску От 300 до 1100 гПа
Точність вимірювання тиску 1гПа
Напруга живлення От 1.8 до 5 В
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
19
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
BME280 має один ряд із 4-х контактів для підключення даних і живлення:
- VIN – напруга живлення (3.3 В)
- GND – земля.
- SCL – serial clock
- SDA – serial data
Другою частиною пристрою є акумулятор. Метеостанція працює на 18650
Li-Ion акумуляторі, тому дуже важливо слідкувати за її станом. Максимально
вхідна напруга на платі Wemos становить близько 3,2 ~ 3,3 В, а напруга
повного зарядженої батареї становить 4.2 В. Таким чином, потрібно понизити
напругу. Для цього в коло потрібно встановити резистор на 220кОм. Зовнішній
вигляд зображений на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 Акумулятор NCR18650B
Параметри акумулятора приведені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 Технічні характеристики акумулятора [15].
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
210
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Ємність 3400 mAh
Мінімальна напруга 2.5 В
Номінальна напруга 3.6 В
Максимальна напруга 4.2 В
Максимальний струм розряду 8 А
Третьою частиною пристрою є контролер заряду TP4056. Акумулятор
підключається до контактів В+ та В- а навантаження підключається до
контактів OUT+ та OUT-. [13]. Модуль датчика заряду батареї показаний на
рисунку 2.4
Рисунок 2.4 зовнішній вигляд контролер заряду.
Параметри контролер заряду приведені в таблиці 2.3
Таблиця 2.3 Технічні характеристики контролера заряду.
Струм заряду 1А (з можливостями регулювання)
Похибка 1.5%
Вхідна напруга DC 4.5-5.5 В
Напруга повного зарядку 4.2 В
Вхідний інтерфейс MicroUSB
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
22
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Робоча температура -10…85°C
Крім контролера зарядки TP4056 на платі є ще 2 чіпа : DW01 (схема
захисту) + ML8205A (здвоєний ключ MOSFET). Ці два чіпа додають нам в
схему:
- Вбудований захист від короткого замикання по виходу ( обмеження на
3А);
- Вбудований захист від глибокого зарядку акумулятора (+2.4 В);
Схема контролера зарядки TP4056 зображена на рисунку 2.5.
Рисунок 2.5 Схема контролеру заряду.
Принцип підключення ТР4056 зображений на рисунку 2.6
Рисунок 2.6 Принцип підключення джерела живлення.
Четвертою частиною пристрою є сонячна панель. З технічного завдання
домашньої метеостанції робиться висновок, що середнє споживання струму
складає 9,3 мА. Необхідний струм для роботи пристрою протягом всього дня =
9,3 мА х 24 години = 223,2 мАг. Кількість сонячного випромінювання залежить
від того, в якій частині земної кулі ви перебуваєте. Отже, ціль – отримати 223.2
мАч за 1 годину. Для зарядки літій-іонної батареї 3.7 В, досить сонячної панелі
з напругою от 5 до 6 В. Необхідна номінальна потужність сонячної панелі =
223.2 мА при напрузі от 5 до 6 В. Номінальна потужність сонячної батареї =
223.2 мА х 5 В = 1.1 Вт. Отже потрібна сонячна батарея 1Вт / 5 В… 6 В. А
розмір панелі 99 x 69 мм. Зовнішній вигляд сонячної панелі зображений на
рисунку 2.7
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
23
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.7 Зовнішній вигляд сонячної панелі
Параметри сонячної панелі зображені в таблиці 2.4
Таблиця 2.4 Технічні характеристики сонячної панелі.
Потужність 1 Вт
Напруга 5 … 6 В
Розмір 99 х 69
Четвертою частиною пристрою є Wi-Fi контролер WeMos D1 mini Pro
побудований на базі 32 розрядного мікроконтролера ESP8266 з інтегрованим
Wi-Fi модулем (802.11 b/g/n 2.4 ГГц) [14]. Також на платі присутній
стабілізатор напруги на 3.3 В, роз’єм USB типу Micro-B, USB-UART
перетворювач на базі чіпу СР2104, чіп флеш пам’яті W25Q128, керамічна
антена і роз’єм IPX для підключення зовнішньої антени. Мікроконтролер
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
24
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ESP8266 працює на тактовій частоті 80МГц, використовує пам'ять програми
Flash 16 Мб і володіє оперативною пам'ятю RAM даних на 80 КБ (для
зберігання змінних), і пам'ятю RAM інструкцій на 32 КБ. Зовнішній вигляд
плати показаний на рисунку 2.8.
Рисунок 2.8 Зовнішній вид WeMos D1 mini Pro
За винятком стандартних режимів повного функціонування і вимкненого
стану, контролер WeMos D1 Mini Pro підтримує енергозберігаючі режими,
призначені для кожного певного випадку
Modem-sleep - налаштовується для додатків, що використовують функції
ШІМ або I2S, змушують процесор працювати. У випадках, коли WiFi-зв'язок
встановлено і передача даних не потрібно, схема WiFi-модему може бути
відключена для економії енергії. Наприклад, в режимі DTIM3, коли ESP8266
"спить" 300 мілісекунд і прокидається на 3 мілісекунди для прийому, загальне
споживання струму складає близько 20 мА
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
25
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Light-sleep - використовується в задачах, в яких підтримується з'єднання
WiFi і не потребується передача даних, при цьому процесор може бути
призупинений. Наприклад, режим комутатора WiFi. Загальна середня
споживання струму складає близько 2 мА.
Deep-sleep - глибокий сон оптимальний для завдань, які не вимагають
підключення WiFi і передають дані c великими затримками за часом. До таких
задач відносяться датчики температури, які виконують вимірювання кожні 100
секунд. Наприклад, коли ESP8266EX "спить" 300 секунд і прокидається для
з'єднання, загальне середнє споживання струму набагато менше 1 мА.
Позначення контактів на платі зображено на рисунку 2.9
Рисунок 2.9 Позначення контактів WeMos D1 mini Pro
Зовнішня антена, поєднана з контролером WeMos D1 Mini Pro через
роз'єм IPEX, дозволить сформувати більш стійкий WiFi-сигнал, стабільність
якого необхідна при експлуатації пристрою в різних умовах, особливо при
транслювання сигналу поза приміщеннями. Спочатку, D1 Pro Mini WeMos
налаштований на роботу лише з вбудованою керамічної антеною. Перемикання
між зовнішньою і внутрішньою антеною потребують невеликої самостійної
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
26
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
доопрацювання плати шляхом перепайки перемички у вигляді SMD-резистори
з нульовим опором в відповідне положення. Знайти його на платі не складе
труднощів. Він розташований на верхній лицьовій стороні плати, по середині
між двома антенами. Схема принципова WeMos D1 mini Pro показана на
рисунку 2.10. Технічні характеристики плати проказані в таблиці 2.5
Таблиця 2.5 Технічні характеристики WeMos D1 mini Pro
Вхідна напруга 3.3 – 5 В
Напруга живлення 3.3 В
Струм споживання До 120 мА
Частота мікроконтролера 80/160 МГц
Flash - память 16 Мб
Шифрування -WPA / WPA2
Режим роботи Клієнт (STA)/ Точка доступу (АР) /
Клієнт + точка доступу (STL+АР)
Мережеві протоколи IPv4, TCP, UDP, HTTP, FTP
Доступні інтерфейси UART, SPI, I2C
Робоча температура От -40 до +70 °C
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
27
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2.10 Схема WeMos D1 mini Pro
2.3 Висновки до розділу
На основі поставленого технічного завдання була розроблена схема
структурна пристрою та коротко описаний принцип роботи пристрою.
Були вибрані модулі для виконання дій, таких як:
- забезпечення безперервної роботи акумулятора за допомогою сонячної
панелі та схеми контролеру заряду.
- забезпечення датчиками які будуть вимірювати такі умови як –
температура, тиск, вологість.
- забезпечення обробкою інформації, яку дають датчики та відправлення
інформації через Wi-Fi модуль.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
28
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Обрана елементна база забезпечує виконання вимов викладених в
технічному завданні.
РОЗДІЛ 3
СХЕМОТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЮ
3.1 Розробка схеми електричної принципової
Схема електрична принципова являється одним з основних
конструкторських документів. Вона призначена для повного відображення
взаємозв’язків пристроїв з урахуванням принципів їх дії і послідовності роботи.
Розробляється вона на основі структурної схеми, з урахуванням усіх переваг та
недоліків розглянутих аналогів приладу.
На розроблену плату, можливо підключити до п’яти датчиків. Наприклад
такий, як GY-1145. Датчик GY-1145 - це цифровий датчик, який може
визначити ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання. А також можна
підключити додаткові базові датчики HDC1080 для виміру температури і
вологості та DS18B20 – для виміру температури. Всі ці пристрої можуть
використовуватись разом або окремо в залежності від задач.
Схема електрична принципова зображена на рисунку 3.1
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
2309
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
31
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 3.1. Схема електрична принципова
Порти X2 та X3 можуть бути використані для підключення
водонепроникного датчика температури. Зовнішній вид такого датчика
зображений на рисунку 3.2
Рисунок 3.2 Датчик температури DS18B20
Схема працює наступним чином. При ввімкненні приладу відбувається
запуск основної програми. Як описано в технічному завдані, мікроконтролер
буде працювати в режимі сон / вимірювання. Програмуватись Wemos d1 mini
pro буде так, щоб пристрій зчитував датчики через кожні 9 хвилин 30 секунд на
протязі 30 секунд. Спочатку міроконтролер виконує запит датчика
температури. Після датчика температури виконується запит датчика вологості
повітря. Наступним слідує датчик тиску. Програма виконує аналогічну
операцію запиту через запрограмований період часу. Коли інформація з
датчиків була отримана і передана в мікроконтролер, останній виконує обробку
й передає дані на екран пристрою відображення інформації.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
32
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
3.2. Конструктивний розрахунок друкованої плати
Всі деталі, крім антени та сонячної панелі, змонтовані на платі.. Плата
розміщена в корпусі, який був роздрукований на 3D принтері.
Габарити і вага елементів, що встановлюються на платі, не перевищують
встановлених норм, тому особливих вимог по розміщенню елементів не буде.
Взаємне розташування елементів конструкції забезпечує легкий доступ
до радіоелементів під час контролю, ремонту та обслуговування.
Основною частиною виробу є друкована плата (ДП). Необхідно зробити
конструктивний розрахунок плати, а для цього необхідно розглянути основні її
характеристики.
За конструкцією друковані плати із твердою і гнучкою основою діляться на
типи:
- односторонні,
- двосторонні,
- багатошарові.
3.2.1 Вибір та обґрунтування матеріалу друкованої плати
Вибір матеріалу ДП і спосіб її виготовлення впливають на
конструктивно-технологічні, експлуатаційні та техніко-економічні параметри
приладу, що розробляється. Матеріал для ДП вибирають за ГОСТ 10316-78,
ГОСТ 23751- 79 або технічним умовам. Переважно застосовуються слоїсті й
литі діелектрики, фольговані електролітичною мідною фольгою товщиною 5,
18, 35, ..., 50 мкм.
Матеріал для ДП повинен задовольняти наступним умовам:
- чистота фольги – 99,5 %;
- шорсткість не гірше 0,4 мкм;
- висока теплостійкість (витримувати до 260 °С протягом 5-20 с);
- питомий опір діелектрика – не менше 5·1011 Ом/см
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
33
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Вибір матеріалу визначається електроізоляційними властивостями,
механічною міцністю, стабільністю параметрів при впливі агресивних
середовищ і кліматичних умов. Найчастіше для цих цілей застосовуються
гетинакс і склотекстоліт.
Гетинакс має задовільні електроізоляційні властивості в нормальних
кліматичних умовах, гарну оброблюваність та низьку вартість.
Склотекстоліт відрізняється високими технічними характеристиками в
широкому діапазоні температур (–60…+120) °С, низьким вологопоглинанням
(0,2 – 0,8) % та високим об'ємним поверхневим опором.
Таблиця 3.1 – Властивості матеріалів друкованих плат [16].
Параметри Гетинакс Текстоліт Склотекстоліт
Щільність без фольги, г/см3 1,3…1,4 1,3…1,45 1,6…1,8
Відносна діелектрична проникність 4,5…6 4,5…6 5…6
Питомий об’ємний опір, Ом·м 1012…1014 1012…1014 1014…1015
Діапазон робочих температур, °С -60…+80 -60…+105 -60…+120
Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м×К) 0,25…0,3 0,23…0,34 0,34…0,74
Температурний коефіцієнт лінійного
22 22 8…9
розширення, 10-6 К-1
Матеріалом для виготовлення ДП вибираємо склотекстоліт СФ-2-35-1.5
ГОСТ 10316-88, він впевнено витримує перепади температур, вібраційні
навантаження, кліматичні удари (на відміну від гетинаксу, що згодом має
властивість розшаровуватися):
- товщина фольги – 35 мкм;
- товщина основи (склотекстоліту) – 1,5 мм.
3.2.2 Вибір та обґрунтування класу точності виготовлення ДП
По щільності монтажу ДП діляться на 5 класів точності. Друковані плати
1-го й 2-го класу точності найбільш прості у виконанні, надійні в експлуатації й
Лист
СКРТ88.020XXX.248ПЗ
34
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
мають мінімальну щільність монтажу. Друковані плати 3-го, 4-го, 5-го класу
точності вимагають використання високоякісних матеріалів, інструмента й
устаткування.
Для даного виробу я обрав 1-й клас точності.
Таблиця 3.2. Граничні значення основних параметрів ДМ [17].
Параметр Клас точності
1 2 3 4 5
Ширина друкованого провідника пр,мм 0.75 0.45 0.25 0.15 0.10
Відстань S між краями сусідніх елементів, 0.75 0.45 0.25 0.15 0.10
мм
Гарантований поясок по,мм 0.30 0.20 0.10 0.05 0.03
ВідношенняКдт номінального діаметру 0.40 0.40 0.33 0.25 0.20
найменшого з металізованих отворів до
товщини друкованої плати, мм
Щільність монтажу мала середня середня висока висока
3.2.3 Вибір та обґрунтування методу виготовлення друкованої плати
В залежності від призначення, конструктивного виконання і технології
виготовлення друковані плати поділяють на односторонні, двосторонні та
багатошарові. Моя плата виготовляється з фольгованого склотекстоліту марки
СФ-2-35-1,5 (двостороння).
Для виготовлення ДДП використовують переважно два методи.
Перший – комбінований негативний метод виготовлення ДП.
Технологічний процес виготовлення складається з таких операцій:
- травлення міді з пробільних місць;
- свердлення отворів та їх металізація;
- провідники і контактні площадки покриваються захисним покриттям;
- стравлюється фольга з пробільних місць;
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
35
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- гальванічне осадження міді на провідники, контактні площадки і в
отвори;
- з’єднання всіх елементів плати за допомогою контактного пристрою і
контактних провідників;
- плата покривається захисною маскою;
- контактні майданчики покриваються припоєм або імерсійним золотом;
Переваги:
- висока роздільна здатність;
- короткий технологічний процес.
Недоліки:
- великі втрати міді;
- наявність бічного підтравлення.
Другий – комбінований позитивний метод.
Технологічний процес виготовлення друкованої плати комбінованим
позитивним способом складається з таких операцій:
- різання заготовок, свердлення технологічних отворів;
- підготовка поверхні заготовок;
- нанесення фоторезисту;
- експонування малюнку;
- проявлення;
- дубління;
- нанесення захисного лаку;
- свердлення отворів;
- хімічне міднення отворів;
- зняття захисного лаку;
- гальванічне міднення;
- електролітичне нанесення металу – речисту;
- зняття фоторезисту;
- травлення міді з пробільних ділянок схеми;
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
36
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- освітлення металевого покриття;
- механічна обробка по контуру;
- контроль.
Переваги:
- висока якість зчеплення провідників та металізованих отворів.
Недоліки:
- низька швидкість осадження.
При виготовленні двосторонніх друкованих плат використовують
комбінований позитивний спосіб [18].
Варіанти підготовки і установки елементів на друковані плати
визначаються їх ваговими, габаритними та конструктивними даними. Спосіб
кріплення елементів вибирають у відповідності з технічними умовами на
елементи та умовами експлуатації апаратури. Кожний вивід елемента
встановлюють в окремий отвір або на контактну площадку.
Перед збіркою і монтажем вузлів на друкованих платах проводять
підготовку виводів радіоелементів, які встановлюються на плату:
- рихтування;
- формування;
- обрізання по завданому розміру;
- лудіння.
Основними операціями технологічного процесу збірки плати є:
- встановлення та кріплення радіоелементів;
- паяння або зварювання монтажних з’єднань;
- контроль працездатності електронного вузла.
При лудінні та паянні монтажних з’єднань застосовують
низькотемпературні олов’яно – свинцеві припої ПОС61. Температура плавління
припою 183 °С. При паянні припоєм ПОС61 температура нагріву жала
паяльника повинна бути 255-260 °С.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
37
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Заключна операція – це збірка і монтаж приладу. Перед збіркою приладу
виконують комплектацію зібраних та настроєних вузлів, елементів комутації,
деталей приладу.
В процесі збірки приладу виконується встановлення плати в корпус та
кріплення роз’ємів.
Монтажна операція заклечається в розпаюванні проводів по контактних
площадках плати та виводах елементів, які встановлюють поза платою.
Після збірки та монтажу проводять візуальний огляд якості проведених
операцій.
Для збірки та монтажу застосовують:
- ручний паяльник;
- утконоси;
- пінцет;
- тепловідводи.
Друкована плата показана на рисунку 3.2
Рисунок 3.2 Друкована плата метеостанції
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
38
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
3.2.4 Розрахунок діаметру монтажних отворів і контактних площадок
Діаметр контактних площадок розраховується відповідно до діаметру
отворів за формулою 3.1:
DКП dОТВ dОТВ 2в tВ t T 2
ТР d T 2
D t2
НВ , (3.1)
де Δdотв – верхній допуск на діаметр отвору, Δdотв = 0,05 мм;
в – ширина гарантійного пояска;
tВ – верхній допуск на ширину провідника, tВ= 0,1 мм;
tтр– допуск на підтравлювання діелектрика в отворі, tтр= 0;
Тd – позиційний допуск розміщення отворів Тd = 0,1 мм;
ТD – допуск розміщення центрів контактних площадок, ТD = 0,1 мм;
tнв – нижній допуск на ширину провідника, tнв = 0,1 мм.
DПР 0,05 0,2 0,1 0,12 0,12 0,12 0,5 (мм).
Діаметри отворів розраховуються за формулою 3.2:
d dвив (0,2...0, 4), (3.2)
де dвив – діаметри виводів радіоелементів
Даний пристрій має тільки один діаметр виводів. (0.57 мм)
Здійснюємо оптимізацію діаметру отвору
d1= 057 + 01 = 0,67 (мм);
Знаходимо діаметр контактної площадки:
D1 = 0,67 + 0,5 = 1,17 (мм);
3.2.5 Розрахунок ширини провідників
Ширина провідників визначається за формулою 3.3 у розрахунку на
струм, який проходить через них, та максимально можливе падіння напруги
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
39
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Для допустимого струму:
І
b мах
min , (3.3)
jдоп t
де jдоп – допустима щільність струму друкованого провідника, що
виготовлений комбінованим позитивним методом j 2
доп = 48 А/мм ;
t – товщина фольги, t = 35 мкм;
Iмах – максимальний постійний струм який проходить через провідник;
Імах =223.2 мА.
(мм) = 154 (мкм) < 250(мкм).
За формулою 3.4 визначимо мінімальну ширину провідника з умови
допустимого падіння напруги:
І
b мах lmax
min , (3.4)
Uдоп t
де – питомий опір провідників, = 00175Ом×мм2/м;
Імах – струм який проходить по провіднику Імах = 0,223 А;
lмах – максимальна довжина провідника, lмах = 0,15 м;
Uдоп – допустиме падіння напруги (становить 5% від напруги живлення
Uдоп = 4.2×005 = 0,21 В);
t – товщина провідника.
0.223 0.0175 0.15
b min 0.0929(мм) 92.9(мкм) 250(мкм)
0.21 0.03
Розраховані значення ширини провідників не перевищують обраних для
другого класу точності
3.3 Електричний розрахунок друкованої плати
Розглянемо наступні параметри друкованого вузла: падіння напруги на
одиницю довжини друкованого провідник, потужність втрат в ДП, паразитна
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
40
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ємність між двома сусідніми провідниками, паразитна індуктивність
провідників.
Визначаємо допустиме падіння напруги на одиницю довжини провідника:
І max I
Uпр
b t (3.5)
де - об’ємний питомий опір для комбінованого позитивного методу,
Ом мм2
0.0175( ) ;
м
l - максимальна довжина друкованого провідника, l 0.15(м);
t - товщина провідника, t 0.0965;
Imax 223.2(мА);
b – ширина провідника, b 0.25(мм).
Uпр 24.286(мВ)
Розраховане падіння напруги не перевищує 5% від напруги живлення
(Uпр 0.05 4.2 0.21В ). Отже, ширина провідника повністю задовольняє вимоги
максимально допустимого падіння напруг на одиницю довжини провідника.
1. Визначимо втрати потужності:
PВ 2 f C Еж tg (3.6)
де f 1 , тому, що розрахунок виконується на постійному струмі (можемо
знехтувати малими втратами потужності які створюються певними
сигнальними провідниками на частоті тактування, генерування і отримання
даних мікроконтролера, так як робота основної частини схеми виконується
саме завдяки постійному струму);
tg 0.002 - для склотекстоліту СФ-2-35;
Еж 4.2(В) - напруга живлення
C - ємність ДП:
0.009 F
C
h (3.7)
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
41
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
де 5.5 - діелектрична проникність склотекстоліту.
F 400(см2 ) - сумарна площа металізації. (плата 20х20 см)
h 1.5(мм) - товщина плати.
0.009 5.5 400
C 3.3(пФ)
1.5
PВ 2 f C Еж tg 1.742(мкВт)
2. Визначимо величину паразитної поверхневої ємності між двома
провідниками:
0.12 l
C пров
пар
2 S
lg
bпров t
пров (3.8)
де S 0.25(мм) відстань між двома паралельними провідниками
tпров 0.0965(мм) - товщина провідника
bпров - ширина друкованого провідника, 0.25 мм;
lпров 34.125(мм) - взаємне перекриття двох паралельних провідників.
0.12 lпров 0.12 5.5 34.125
Cпар 141.414(пФ)
2 S 2 0.25
lg lg
b t 0.25 0.0965
пров пров
3. Визначимо взаємну індуктивність двох паралельних друкованих
провідників рівної довжини:
l2 2
M 0.02 l lg n l0 ln 2 2
n ln l0 l
l 0
0 (3.9)
де ln 3.41(см) – взаємне перекриття двох паралельних провідників;
l0 0.25(мм) - відстань між 2-ма паралельними провідниками.
M 0.094(нГн)
Отримані значення паразитної ємності та взаємної індуктивності
друкованих провідників дозволяють стверджувати, що розводка провідників на
друкованій платі не матиме негативного впливу на працездатність схеми.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
42
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
3.4 Створення корпусу для метеостанції
Корпус був з модульований в програмі Autodesk Fusion 360. Корпус
складається з двох частин: основна частина і передня кришка.
Основний частина призначена для розміщення всіх компонентів. Вона
може вмістити наступні компоненти:
1. Друкована плата 20x20 cм.
2. Батарейка АА
3. Сонячна панель 99 x 69 мм х 3 мм
4. Зовнішня антена.
Зовнішній вид корпусу зображений на рисунку 3.3
.
Рисунок 3.3 Зовнішній вигляд корпуса метеостанції
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
43
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
3.5 Програмне забезпечення
Для відображення інформації може використовуватись два варіанти:
1.ThingSpeak – це безкоштовний сайт для відображення та моніторингу
температури, вологості і т.д. Зовнішній вигляд інтерфейсу зображений на
рисунку 3.4
2.Програма для смартфонів, яка називається Blynk. Завдяки цієї програми
можна налаштувати гнучкий інтерфейс. Приклад зовнішнього інтерфейсу
зображений на рисунку 3.5
Blynk підійде для будь-якого проекту: від зчитування даних з вашої
особистої метеостанції, до управління роботами і автоматизації будинку. Blynk
дозволяє створити зручний пульт управління для широкого спектра
мікрокомп'ютерів і мікроконтролерів менше ніж за 5 хвилин. Лише потрібно
додати доступні модулі (віджети), такі як: перемикачі, слайдери, графіки,
дисплеї та інші. І використати Blynk код на мікроконтролері.
Список з якою платформою може працювати Blynk:
- Arduino: Uno, Nano, Mini, Pro Mini, Pro Micro, Mega, YÚN (Bridge), Due
- Raspberry Pi
- Particle (ex Spark Core)
- ESP8266
- TinyDuino (CC3000)
- Wicked WildFire (CC3000)
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
44
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 3.4 Зовнішній вигляд інтерфейсу зображений ThingSpeak
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
45
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 3.5 Приклад інтерфейсу програми
Для того, щоб підключити програму Blynk до метеостанції, потрібен
«Token Auth» (набір цифр для ідентифікації аккаунту) . Після реєстрації «Token
Auth» приходить на пошту користувача, ці цифри потрібно вставити в корінь
коду як на рисунку 3.5. Для сайту ThingSpeak, ця операція аналогічна де замість
ХХХХ буде код ідентифікації.
Рисунок 3.6 Ідентифікація аккаунту користувача
Щоб використовувати пристрій з бібліотекою Arduino, необхідно
встановити IDE Arduino з підтримкою плат ESP8266.
Перед завантаженням коду необхідно встановити наступні бібліотеки:
ESP8266, BMP280, Blynk.
Настройки повинні бути такі:
- PU Frequency: 80MHz 160MHz
- Flash Size: 4M (3M SPIFFS) – 3M File system size 4M (1M SPIFFS) – 1M
File system size
- Upload Speed: 921600 bps
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
46
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 3.7 Алгоритм роботи програми
3.6 Висновки до розділу
В результаті розрахунків параметрів друкованої плати були отримані
наступні параметри:
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
47
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
1. Двостороння друкована платам має розміри 20х20, виготовлена з
склотекстоліту фольгованого марки СФ-2-35-1.5, позитивним методом
і має 3-й клас точності.
2. Діаметри отворів контактних площадок D1 = 1.17(мм).
3. Ширина провідника має бути не менше 154 (мкм).
4. Паразитна ємність та взаємна індуктивність друкованих провідників не
матимуть негативний вплив на працездатність схеми.
5. Розроблений корпус повністю вміщає в себе всі необхідні компоненти.
Також були представлені методи реалізації відображення інформації з
датчиків.
РОЗДІЛ 4
ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника
радіотехнічної лабораторії.
Охорона праці — це система законодавчих актів, соціально-економічних,
гігієнічних та лікувально-профілактичних заходів і засобів, які забезпечують
безпеку, збереження здоров’я і працездатності людини в процесі праці. За-
вдання охорони праці – звести до мінімуму імовірність ураження або
захворювання працюючого з одночасним забезпеченням комфорту при
максимальній продуктивності праці. Реальні виробничі умови
характеризуються, як правило, наявністю деяких небезпечних і шкідливих
виробничих факторів. Відповідно до закону України ― «Про охорону праці» на
все нове обладнання, що розробляється, необхідно розробляти безпечні умови
для обслуговуючого персоналу. Тому питання безпеки та покращення умов
праці разом з підвищенням продуктивності машини та випускаємої продукції є
визначальним для конструктора.
В даному розділі визначимо основні потенційно шкідливі і небезпечні
чинники які мають місце при розробці, виготовлені та експлуатації
спроектованого пристрою. Також запропоновані технічні рішення та
організаційні заходи щодо покращення умов праці на робочому місці, заходи з
безпеки і гігієни праці та виробничої санітарії, крім того розглянуті питання з
пожежної безпеки та профілактики. Основну увагу в цьому розділі присвячено
питанням електробезпеки, а також аналізу потенційно небезпечних та
шкідливих виробничих факторів, що мають місце при проведені технологічного
процесу пайки.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
489
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Проаналізуємо основні потенційно шкідливі і небезпечні фактори, що
виникають при виготовленні метеостанції:
- небезпека ураження електричним струмом;
- недостатня освітленість робочого місця;
- наявність електромагнітного випромінювання;
- негативний вплив аерозолю свинцю;
- пил і загазованість в повітрі робочої зони;
- небезпека виникнення пожежі;
- підвищена температура повітря робочої зони;
- шум і вібрація у робочому приміщені;
- знехтування вимогами нормативних документів при виконанні робіт
на робочому місці.
Робоче приміщення має наступні параметри: висота – 3.5 м, ширина 5 м,
довжина 5 м. Площа приміщення – 87.5 м3
У лабораторії може бути одночасно 5 чоловік. Меблі у робочому
приміщенні розміщені так щоб не загромаджувати проходи, ширина проходу не
більше 1 м.
Згідно ДБН В.2.2.28-2010 площа виробничого приміщення на одного
робітника дорівнює 4.5 м2, об’єм – 15м3. Оскільки робочих місць 5, то
приміщення з розмірами 3.5х5х5м задовольняє вищевказаним нормам.
Причини виникнення пожежі в робочому приміщенні, де
використовується комп’ютер, можуть носити електричний і неелектричний
характер. Недотримання правил пожежної безпеки може призвести до пожежі із
пошкодженням чи знищенням майна, заподіянням шкоди здоров’ю працівників
чи спричинити їх смерть.
Згідно з класифікацією ДСТУ Б.В.1.1-36.2016 дане робоче приміщення за
вибухо та пожежною небезпекою відповідає категорії В, тобто приміщення із
горючими та важкогорючими рідинами, твердими горючими речовинами та
матеріалами.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
50
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
За вогнестійкістю приміщення належить до II ступеня (згідно із
класифікацією), тобто механічні конструкції, стіни виконані із негорючих
матеріалів, найменша межа вогнестійкості яких складає 2 години (ДБН В.1.1.7-
2016)
Для запобігання пожежі та пожежного захисту на підприємстві згідно з
нормами ДБН В.2.5-56:2014. Системи протипожежного захисту застосовується
електрична пожежна сигналізація (ЕПС) (Тирас-4П). Вона служить для
швидкого повідомлення службі пожежної безпеки про виникнення пожежі в
одному з приміщень чи споруд підприємства.
Установка ЕПС складається з наступних основних частин:
- пожежні сповіщувачі (СПД-3.10 Б7);
- блоки живлення від електромережі
- системи переключення з одного живлення на інше.
- електропровідної мережі, що з’єднує пожежні оповіщувачі з
приймально-контрольним приладом. Приймально-контрольні
прилади встановлюються в приміщені з цілодобовим перебуванням
червоного персоналу, що знаходиться на першому поверсі.
В якості пожежних оповіщувачів у радіотехнічної лабораторії
використовувати автоматичний пожежний димовий оповіщувач СПД-3.10 Б7,
тому що немає джерел відкритого полум’я і процес загоряння розпочинається з
виділення диму (наприклад, загорання при короткому замиканні, оплавлення
ізоляції і т.п.), а матеріали, що використовуються в радіотехнічної лабораторії,
виділяють велику кількість тепла.
Відповідно до ДСТУ 3675-98 та ISO 3941-77 в робочому приміщені
встановлені вуглекислотні вогнегасники марки ВВК-1,4, тому що вони
застосовуються для гасіння електроустановок і електромереж, що знаходяться
під напругою до 1000 В (клас пожежі «Е»).
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
51
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
З метою профілактики загоряння електропроводки в приміщені
радіотехнічної лабораторії проводиться не менш одного разу в три місяці
профілактичні огляди електромережі.
Процес монтажу друкованих плат супроводжується забрудненням повітря
в приміщенні парами аерозолю окису свинцю, олова та іншими елементами які
входять до складу припою, а також парами різноманітних рідин, які
використовуються в процесі пайки в виді флюсу та для його змиву. Находячись
в запиленій атмосфері, робітники попадають під дію пилу і парів, шкідливі
речовини осідають на шкіряному покриву, попадають на слизисту оболонку
очей, верхніх шляхів дихання, разом з слиною попадають в шлунок,
вдихаються в легені. Ступінь дії аерозолів залежить від хімічного складу, який
визначається хімічним складом припою
Однією із необхідних умов здорової і високопродуктивної праці є
забезпечення чистоти повітря і нормальних метеорологічних умов у робочій
зоні приміщення – просторі висотою до 2 м над рівнем підлоги. Знешкодження
дії таких небезпечних виробничих факторів, як газів і парів, пилу, надлишкової
теплоти і вологи, і створення здорового повітряного середовища є важливим
народногосподарським завданням, яке повинно здійснюватися комплексно,
одночасно з вирішенням основних питань виробництва.
В процесі монтажу друкованих плат розробленого пристрою
використовується припій ПОС–61 ГОСТ 21931–76 ( 61% олова, 39% свинець),
флюс — розчин соснової каніфолі в етиловому спирті ( 50% соснової каніфолі,
50% етилового спирту), розчинник флюсу — спирт етиловий. Пайка
виконується паяльником потужністю 25 Вт та напругою 36 В. Біологічна дія,
клас небезпечності і гранично допустима концентрація (ГДК) домішок, які
знаходяться в повітрі робочої зони при проведені процесу пайки показано в
табл. 4.1.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
52
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Таблиця 4.1 – Характеристики елементів припою.
Клас ГДК в повітрі
Компоненти Характер дії токсичності
небезпеки робочої зони
При отруєні спостерігається ураження
Свинець шлунково-кишкового тракту полової 1
0.01
системи, порушення вагітності.
Ураження бронхів та легень. При довгій дії
Олово 3 10
можлива пневмонія.
Має наркотичну та подразнюючу дію. При
Етиловий довгій дії виникає зміни в печінці, вражає
4 1000
спирт серцево-судинну систему, шкіру при
контакті.
Має подразнюючу дію, при довгому контакті
- -
Каніфоль викликає дерматит.
Як видно з таблиці найбільш шкідливою речовиною є аерозоль свинцю.
Небезпечність визначається саме токсичністю свинцю, а присутність олова
лише знижує його токсичний ефект.
Експлуатація ділянок пайки, не обладнаних місцевою витяжною
вентиляцією — заборонено.
Місцева витяжна вентиляція є найбільш ефективним та економічним
засобом, що забезпечує санітарно – гігієнічні параметри повітря в робочій зоні.
Місцеві відсоси на робочих місцях монтажників РЕА повинні
обслуговуватись самостійною вентиляційною установкою. Розводка
вентиляційної мережі та конструкція місцевих відсосів повинні забезпечувати
регулярну очистку повітропроводів. Конструкцію місцевих відсосів та зону
положення всмоктуючої частини повітроприймальника вибирають в залежності
від габаритних розмірів та форми виробу.
В якості місцевої вентиляції при пайці плати використовуються
всмоктувачі прямокутної форми з гострими краями, що встановлюються у
вертикальні площині стола.
Кількість повітря що відсмоктується: L =1750 м3 /год
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
53
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Фактична концентрація аерозолю в повітрі Сф = 0,00019мг/м3 .
Результати свідчать про те, що концентрація аерозолю свинцю не
перевищує гранично допустимої концентрації (<0.01 мг/м3 ) згідно з вимогами
існуючих нормативних документів.
Для збереження здоров’я людини важливо створити стабільні
метеорологічні умови — мікроклімат повітряного середовища, до якого входять
температура, відносна вологість, швидкість руху повітря та інтенсивність
теплового опромінення. Мікроклімат виробничих приміщень — умови
внутрішнього середовища цих приміщень, що впливають на тепловий обмін
працюючих з оточенням шляхом конвекції, кондукції, теплового
випромінювання та випаровування вологи. Ці умови визначаються поєднанням
температури, відносної вологості та швидкості руху повітря, температури
оточуючих людину поверхонь та інтенсивністю теплового (інфрачервоного)
опромінення. Оптимальні мікрокліматичні умови поєднання параметрів
мікроклімату, які при тривалому та систематичному впливі на людину
забезпечують зберігання нормального теплового стану організму без активізації
механізмів терморегуляції
Показники температури у робочій зоні по вертикалі та горизонталі
протягом робочої зміни не повинні виходити за межі нормованих величин
оптимальної температури для даної категорії робіт. Оптимальні величини
температури, відносної вологості та швидкості руху повітря у робочій зоні
згідно із ДСН 3.3.6.042-99 наведено у табл. 4.2.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
54
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Таблиця 4.2 — Показники температури у робочій зоні.
Параметри
Категорія Температура Відносна Швидкість
мікрокліматичних
робіт повітря, оС вологість, руху, м/с
умов
%
22-24 60-40 0.1
Оптимальний Легка Iа
23-25 60-40 0.1
не більше
21-25 75
0.1
Допустимий Легка Iа
22-28 55 0.2 – 0.1
Допустимі параметри мікрокліматичних умов встановлюються у випад-
ках, коли на робочих місцях не можна забезпечити оптимальні величини мік-
роклімату. Величини показників допустимих мікрокліматичних умов вста-
новлюють для постійних та непостійних робочих місць (наведено лише для
постійних). Допустимі величини температури, відносної вологості та швид-
кості руху повітря у робочій зоні не повинні виходити за межі показників,
наведених у таблиці. 4.2
У даному робочому приміщенні (радіотехнічна лабораторія) у теплий
період року температура знаходиться у межах вищенаведених норм, відносна
вологість повітря також не виходить за допустимі межі. Лише інколи швидкість
руху повітря може перевищувати допустиму у зв`язку і тим, що здійснюється в
основному природна вентиляція приміщення через відчинені вікна, і можуть
виникати протяги. Можливий шлях вирішення проблеми – слідкувати за тим,
щоб вхідні двері були зачинені.
У холодний період року температура теж знаходиться у межах норми
(для обігрівання застосовується радіатори «KALDE 0322-rad-301600» мережа
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
55
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
централізованого опалення), вологість та швидкість руху повітря теж цілком
задовольняють вимоги.
Можливість людини орієнтуватись у просторі, здійснювати фізіологічні
функції, виконувати різні види робіт залежить від виду і якості освітлення
навколишнього середовища.
До освітлення ставляться певні гігієнічні вимоги. Освітленість повинно
бути рівномірним і достатнім для швидкого й легкого розрізнення об’єктів,
забезпечувати деяку контрастність між об’єктом і фоном. Джерело світла не
повинно засліплювати людину і створювати відблисків на об’єкті, що
розглядається.
Величина освітленості регламентується нормами ДБН В.2.5-28-2018.
Робоче приміщення, що розглядається в даному розділі належить до I групи –
приміщення, у яких розрізнення об’єктів зорової роботи здійснюється при
фіксованому напрямку лінії зору працюючих на робочу поверхню. Нормування
штучного освітлення також здійснюється згідно ДБН В.2.5-28-2018.
Відносно вікон робоче місце розміщено так, щоб природне світло було
збоку, переважно з лівого, та забезпечувати коефіцієнт природної освітленості
не нижче 1.5 %. В приміщенні лабораторії використовуються світильники з
люмінесцентними лампами ЛБ–80 потужністю 80 Вт. Застосовуються
світильники ЛСПО62·80–08 в кількості 6 шт. Загальний рівень штучного
освітлення в приміщенні лабораторії становить 300-340 лк, що повністю
задовольняє вимогам ДБН В.2.5-28:2018.
Однією з основних функцій служби є проведення навчань, інструктажів,
перевірки знань з питань охорони праці. Інженер по охороні праці має право
проводити перевірку виконання трудового законодавства, стан охорони праці,
виробничої санітарії, забороняти роботу яка загрожує здоров’ю, або життю
працюючих, вимагати від керівників підрозділів своєчасного розслідування
нещасних випадків, забороняти використання обладнання та приладів, що не
відповідають вимогам охорони праці. На підприємстві, при прийнятті на
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
56
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
роботу, в процесі роботи проводяться навчання з питань охорони праці, а також
перевірка їх знань, інструктаж та допуск працівників до роботи, який
реєструється у відповідних журналах (НПАОП 0.00-4.12-05).
Проводять такі інструктажі:
1. Вступний інструктаж з головними спеціалістами проводить керівник
господарства обов’язково з участю інженера по охороні праці. Усі працівники,
які приймаються на роботу, проходять вступний інструктаж, який проводить
інженер по охороні праці з урахуванням особливостей виробництва. Запис про
це проводиться в журналі реєстрації ввідного інструктажу з обов’язковими
підписами інструктованого й інструктуючого і в документі про прийняття на
роботу.
2. Первинний інструктаж проводиться на робочому місці до початку
роботи керівником відповідного підрозділу, про що робиться відповідна
відмітка в документі про прийняття на роботу.
3. Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма
працівниками. За програмою первинного: на роботах з підвищеною небезпекою
раз в квартал, інших – раз в півріччя.
4. Позаплановий проводить безпосередній керівник на робочому місці
при зміні технологічного процесу, устаткування, порушень нормативних актів
по охороні праці, в разі нещасних випадків.
5. Цільовий інструктаж проводиться при виконанні разових робіт, що не
пов’язані з безпосередніми обов’язками за фахом. Відмітки про проведення
будь-якого з вищенаведених інструктажів здійснюються в журналах.
За результатами проведеного аналізу можна зробити висновок, що у
радіотехнічної лабораторії забезпечуються технічні та організаційні заходи
пожежної безпеки. Усі вимоги до освітлення робочого місця відповідають
параметрам освітлення приміщення, де проводиться дослідження. Показники
температури у робочій зоні в холодний період року низька, тому модернізуємо
систему опалення, шляхом заміни радіаторів на більш ефективні.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
57
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
4.2 Модернізація системи опалення лабораторії
Системи опалення являють собою комплекс елементів, необхідних для
нагрівання приміщень у холодний період року. До основних елементів систем
опалення належать джерела тепла, теплопроводи, нагрівальні прилади
(радіатори). Теплоносіями можуть бути нагріта вода, пара чи повітря. Системи
опалення поділяють на місцеві та центральні.
До місцевого належать пічне та повітряне опалення, а також опалення
місцевими газовими та електричними пристроями. Місцеве опалення
застосовується, як правило, в житлових та побутових приміщеннях, а також у
невеликих виробничих приміщеннях малих підприємств.
До систем центрального опалення належать: водяне, парове, панельне,
повітряне, комбіноване.
Водяна та парова системи опалення в залежності від тиску пари чи
температури води можуть бути низького тиску (тиск пари до 70 кПачи
температура води до 100 °С) та високого тиску (тиск пари більше 70 кПачи
температура води понад 100 °С).
Водяне опалення низького тиску відповідає основним санітарно-
гігієнічним вимогам і тому широко використовується на багатьох
підприємствах різних галузей промисловості. Основні переваги цієї системи:
рівномірне нагрівання приміщення; можливість централізованого регулювання
температури теплоносія (води); відсутність запаху гару, при осіданні пилу на
радіатори; підтримання відносної вологості повітря на відповідному рівні
(повітря не пересушується); виключення опіків від нагрівальних приладів;
пожежна безпека.
Основний недолік системи водяного опалення — можливість її замерзання
при вимиканні в зимовий період, а також повільне нагрівання великих
приміщень після тривалої перерви в опаленні.
Парове опалення має низку санітарно-гігієнічних недоліків. Зокрема,
внаслідок перегрівання повітря знижується його відносна вологість, а
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
58
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
органічний пил, що осідає на нагрівальних приладах, підгоряє і створює запах
гару. Окрім того, існує небезпека пожеж та опіків. Враховуючи вищевказані
недоліки не допускається застосування парового опалення в
пожежонебезпечних приміщеннях та приміщеннях зі значним виділенням
органічного пилу.
З економічної точки зору систему парового опалення ефективно
влаштовувати на великих підприємствах, де одна котельня забезпечує
необхідний нагрів приміщень усіх корпусів та будівель.
Панельне опалення доцільно застосовувати в адміністративно-побутових
приміщеннях. Воно діє завдяки віддачі тепла від будівельних конструкцій, в
яких вмонтовані спеціальні нагрівальні прилади (труби, по яких циркулює
вода) або електронагрівальні елементи. До переваг цієї системи опалення
належать: рівномірний нагрів та постійність температури і вологості повітря в
приміщенні; економія виробничої площі за рахунок відсутності винесених
нагрівальних приладів; можливість використання в літній період для
охолодження приміщень, пропускаючи холодну воду через систему. Основні
недоліки — відносно високі початкові витрати при встановленні та важкість
ремонту при експлуатації.
Повітряне опалення може бути центральним (з подачею нагрітого повітря
від єдиного джерела тепла) та місцевим (з подачею теплого повітря від
місцевих нагрівальних приладів). Основні переваги цієї системи опалення:
швидкий тепловий ефект в приміщенні при вмиканні системи; відсутність у
приміщенні нагрівальних приладів; можливість використання в літній період
для охолодження та вентиляції приміщень; економічність, особливо, якщо це
опалення суміщене із загально обмінною вентиляцією.
При виборі системи опалення підприємств, що проектуються чи
реконструюються необхідно враховувати санітарно-гігієнічні, виробничі,
експлуатаційні та економічні чинники. Слід зазначити, що досить ефективною є
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
59
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
комбінована система опалення (центральне повітряне опалення, суміщене із
загально обмінною вентиляцією та водяне низького тиску).
Тепловтрати приміщень у житлових і цивільних будівлях складаються з
тепловтрат через зовнішні захищення (стіни, вікна, підлоги, стеля) і витрат
теплоти на нагрівання повітря, що інфільтрується в приміщення через
нещільність в конструкціях.
Теплові втрати через огороджуючі конструкції визначаються за
формулою, кВт:
Q = F k (tB - tЗ ) η,, (4.1)
де F – площа огороджуючої конструкції, м2;
k – термічний опір огороджуючої конструкції, Вт/(м2К) вибираю згідно
ДБН В.2.6-31:2006;
tв – нормативна температура в середині приміщення;
tз.ср – середня зовнішня температура навколишнього середовища;
n - коефіцієнт положення огородження відносно зовнішнього повітря, що
зменшує різницю температур для огороджень, що не стикаються з зовнішнім
повітрям (приймаємо рівним одиниці).
Підставимо значення у формулу для кожної з огороджувальних
конструкцій:
1. Втрати тепла через стіни:
Qст = 87.5 0.734 (22 + 22) 103 = 2.569 кВт ;
2. Втрати тепла через вікна
Qвік =10.875 0.52 (22 + 22) 103 = 0,226кВт ;
3. Втрати тепла через стелю
Qстеля = 25 0.451 (22 + 22) 103 = 0,451кВт ;
4. Втрати тепла через підлоги:
Qпід = 25 0.71 (22 + 22) 103 = 0.71кВт .
Загальні теплові втрати радіотехнічної лабораторії становлять 4 кВт.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
60
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Розрахунок потужності радіатора для приміщення з висотою стелі (3,5 м)
на 1 м2 необхідно 100 Вт теплової потужності. Для розрахунку використовуємо
формулу:
(2.1)
де
K – кількість секцій;
S – площа приміщення;
P – потужність 1 секції радіатора.
Вт на 1 м2
Для лабораторії я обираю чавунні радіатори. Чавунні батареї вже більше
100 років використовуються в системах теплопостачання житла і, до сих пір,
жоден тип обігрівальних приладів не перевершив їх по стійкості до корозії і
довговічності. При аварійному відключенні теплопостачання - «чавунець» ще
довго буде зберігати в собі накопичене тепло і продовжить нагрівати воду.
Йому не страшні критичні перепади тиску, гідроудари і погана якість
теплоносія.
Рисунок 3.1 Чавунний радіатор Guratec Liberta 6 секцій
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
61
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Таблиця 4.3 Технічні характеристики радіатора «Guratec Liberta 6»
Тип радіатора Секційний
Тип підключення Бічне
Виробник Німеччина
Ширина, мм 130
Висота, мм 580
Глибина, мм 375
Вага, кг 3,8
Тепловіддача, Вт 325
Всі тепловтрати повністю компенсуються сумарною потужністю усіх
радіаторів в приміщенні.
4.3 Висновки до розділу
Розглянуті заходи з охорони праці достатні для безпечної
експлуатації систем, що розглядалися в даній дипломній роботі. Для підтримки
високого рівня працездатності працівників підприємства необхідно чітко
підтримувати встановлені режими праці та відпочинку. Рекомендується робити
короткочасні перерви на відпочинок через рівні невеликі проміжки часу,
наприклад: технологічні перерви на 10хвилин через кожні дві години праці.
Рекомендується також виробнича гімнастика.
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
62
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
ВИСНОВОК
У ході проектування було розроблено друковану плату з елементарною
базою яка дозволяє слідкувати за метеоумовами. Дана метеостанція є
функціональною альтернативною до аналогових пристроїв схожого класу, яка
має переваги цифрових приладів.
В дипломному проекті була виконана розробка конструкції друкованої
плати та проведені необхідні розрахунки
Було розроблено конструкторську документацію до якої входять: схема
електрична принципова, креслення друкованого вузлу і друкованої плати.
Також складено перелік елементів.
Для отримання правил техніки безпеки у розділі "Охорона праці"
наведено вимоги щодо виробництва та експлуатації розроблюваного пристрою
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
63
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. ГОСТ 2.104-68. ЕСКД. Основные надписи.
2. ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
3. ГОСТ 2.109-73. ЕСКД. Основные требования к чертежам.
4. ГОСТ 2.201-80. ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских
документов.
5. ГОСТ 2.301-68. ЕСКД. Форматы.
6. ГОСТ 2.302-68. ЕСКД. Масштабы
7. ГОСТ 2.316-68. ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей
технических требований и таблиц
8. ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к
выполнению.
9. ГОСТ 2.702-75. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.
10. FA-2460 — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://irecommend.ru/content/meteostantsiya-first-fa-2460
11. TFA-602527 — [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://m.ua/desc/tfa-
602527/
12. BME280 — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://arduino.ua/prod1930-bme280-5v-i2c-datchik-temperatyri-
vlajnostidavleniya
13. TP4056 — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://www.robostore.com.ua/elementy-pitaniya/kontrollery-zaryada/zaryadnoe-
ustrojstvo-tp4056-s-kontrolem-zaryada-batarei-1865
14. Wemos D1 mini Pro— [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://compacttool.ru/viewtovar.php?id=1334
15. Panasonic NCR18650 — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://bestbattery.com.ua/li_ion_1850/li_ion_18650/panasonic_ncr_18650b_3400
Лист
НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА
64
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
16. ГОСТ 10316-78 Склотекстоліт фольгований марки СФ. [Електронний
ресурс]. — Режим доступу до ресурсу:
https://www.rcscomponents.kiev.ua/datasheets/FS1_datasheat.pdf
17. ГОСТ23751-86 Друковані плати. Основні парамерти конструкції.
[Електронний ресурс]. — Режим доступу до
http://www.lamsystemslto.ru/files/pdf/gost-23751.pdf
18. Комбінований позитивний метод — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://svyatik.org/svarka-65688.html
19. ДБН В.2.5-27-2006 Захисні заходи електробезпеки в електроустано- вах
будинків та споруд — [Електронний ресурс]. Режим доступу:
http://elfort.com.ua/download/B.2.5-27-2006.pdf
20. ДСТУ 3675 – 98 Пожежна безпека. Вогнегасники переносні — [Еле-
ктронний ресурс]. Режим доступу:
http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=51035
21. https://aggeek.net/ru-blog/meteostantsiya-varto-chi-ni
22. https://goo.su/15yn
23. https://vse.ua/info/kak-vybrat-bytovuyu-meteostantsiyu-431/?city=lv
Лист
СКРТ88.0208065.248ПЗ
65
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Ïîç.
îáîçíà- Íàèìåíîâàíèå Êîë. Ïðèìå÷àíèå
÷åíèå
Мікросхеми
DD1 TP4056. 1
DD2 Wemos D1 mini Pro 1
DD3 BME280 1
DD4 GY-1145 1
DD5 HDC1080 1
GB1 Акумулятор NCR18650B 1
R1 МЛТ-0.25-220кОм,10% 1
S1 Перемикач 1
СКРТ88.0208065.248ПЕ
Èçì. Ëèñò äîêóì. Ïîäï. Äàòà
Ðàçðàá. Санжарівський
Метеостанція на Ëèò. Ëèñò Ëèñòîâ
Ïðîâ. Воробкало Т.В
сонячній батареї з 1 1
Í.êîíòð. передачею даних по wi-fi
×ÄÒÓ
Óòâ. Перелік елементів
Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí.
Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Ïðèìå-
÷àíèå
Документація
À2 СКРТ88.0208065.248Е3 Схема електрична принципова 1
À4 СКРТ88.0208065.248ПЕ Перелік елементів 1
À1 СКРТ88.0208065.248СК Складальне креслення 1
À4 СКРТ88.0208065.248ПЗ Пояснювальна записка 65
Деталі
À1 СКРТ88.0208065.248ПД Плата друкована 1
Стандартні вироби
Мікросхеми
TP4056. 1
Wemos D1 mini Pro 1
BME280 1
GY-1145 1
HDC1080 1
Акумулятор NCR18650B 1
МЛТ-0.25-220кОм,10% 1
Перемикач 1
СКРТ88.0208065.248СП
Èçì. Ëèñò äîêóì. Ïîäï. Äàòà
Ðàçðàá. Санжарівський Метеостанція на Ëèò. Ëèñò Ëèñòîâ
Ïðîâ. Воробкало Т.В
сонячній батареї з 1 1
Í.êîíòð. передачею даних по wi-fi
×ÄÒÓ
Óòâ. Специфікація
Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí.
Ôîðìàò
Çîíà
Ïîç.
Êîë.
ДОДАТОК
// configuration constants
const bool bme280Debug = 0; // controls serial printing
// set to 1 to enable printing of BME280 or BMP280 transactions
// configure period between reports
const long measurementInterval = 30000; // measurement interval in ms
// configuration control constant for use of either Blynk or Thingspeak
const String App = "BLYNK"; // alternative is line below
// const String App = "Thingspeak"; // alternative is line above
#include <Wire.h>
#include <farmerkeith_BMP280.h> // library, download from
https://github.com/farmerkeith/BMP280-library
#include <ESP8266WiFi.h> // do we need this? Not when using Blynk
#include <ArduinoOTA.h>
// #define BLYNK_PRINT Serial // Comment this out to disable prints and save
space
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
bme280 bme0 (0, bme280Debug) ; // creates object bme0 of type bme280, base
address
// unsigned long eventCounter = 0; // to count measurement events
// You should get Auth Token in the Blynk App.
// Go to the Project Settings (nut icon).
char auth[] = "XXXX"; // copy it from the mail received from Blynk
// Your WiFi credentials.
// Set password to "" for open networks.
char ssid[] = "XXXX"; // WiFi Router ssid
char pass[] = "XXXX"; // WiFi Router password
// Thingspeak Write API
const char* server = "api.thingspeak.com";
const char* api_key = "XXXX"; // API write key
#include "PTHsleep.h" // tab file
void setup() {
Serial.begin(115200);
// Serial.begin(9600); // use this if you get errors with the faster rate
Serial.println("\nStart of solarWiFiWeatherStationESP_12th Feb2019");
// **************Choose Application**********************************
if (App == "BLYNK") // for posting datas to Blynk App
{
Blynk.begin(auth, ssid, pass);
}
else if (App == "Thingspeak") // for posting datas to Thingspeak website
{
WiFi.begin(ssid, pass);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
{
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.println("WiFi connected");
}
else
{
WiFi.begin(ssid, pass);
Serial.print(App);
Serial.println(" is not a valid application");
}
//*******************************************************************
unsigned long baseEventTime = millis();
// eventCounter = recoverCounter(); // comment out if counter is not required
byte temperatureSamples = pow(2, osrs_t - 1);
byte pressureSamples = pow(2, osrs_p - 1);
byte humiditySamples = pow(2, osrs_h - 1);
Serial.print ("Temperature samples=");
Serial.print (temperatureSamples);
Serial.print (" Pressure samples=");
Serial.print (pressureSamples);
Serial.print (" Humidity samples=");
Serial.println (humiditySamples);
// Wire.begin(); // initialise I2C protocol - not needed here since it is in bmp library
bme0.begin(osrs_t, osrs_p, 1, 0, 0, 0, osrs_h);
// parameters are (osrs_t, osrs_p, mode, t_sb, filter, spi3W_en, osrs_h)
// see BME280 data sheet for definitions
// this is single shot mode with no filtering
measurementEvent();
// eventCounter ++;
// saveCounter(eventCounter); // this also puts bme0 to sleep
bme0.updateF4Control16xSleep(); // use instead of saveCounter if counter is not
required
goToSleep();
} // end of void setup()
void loop() {
} // end of void loop()