Розробка пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні

Мельниченко, Сергій Олегович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8235

Title:	Розробка пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні
Authors:	Мартиненко, Сергій Станіславович Мельниченко, Сергій Олегович
Keywords:	інтерфейс датчиків температури та вологи;логічний та фізичний рівень ethernet;силове керування виконуючими пристроями;блок живлення;мікроконтролер
Issue Date:	2020
Abstract:	Мета роботи – проектування пристрою контролю мікроклімату окремого приміщення з використанням сучасної елементної бази згідно з вимогами ТЗ, розробка повного пакету конструкторської документації. Проведено аналіз теорії створення мікроклімату приміщень, оглянуто існуючі пристрої та проведено аналіз окремих схем подібних пристроїв. Проведений аналіз технічного завдання та відповідно розроблена структурна схема пристрою, що проектується.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8235
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Мельниченко_Мартиненко.pdf Restricted Access		1.18 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

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

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)

на тему: Розробка пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні

Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-88
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»)
Мельниченко С.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Мартиненко С.С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Григор’ян М.Б.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2020 року

Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
Спеціальність 172 – ‘’Телекомунікація та радіотехніка’’

ЗАТВЕРДЖУЮ
Зав. кафедри_____________ В.В.Палагін
“_____” ___________________ 2020 року

З А В Д А Н Н Я
на дипломний проект (роботу) здобувачу освітнього ступеня
‘’бакалавр‘’
(назва ступеня)
Мельниченку Сергію Олеговичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка пристрою для контролю мікроклімату в
приміщенні
керівник проекту (роботи) Мартиненко Сергій Станіславович, к.ф.-м.н. доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від “24” лютого 2020 року № 76/01
2. Строк подання студентом проекту (роботи) “13” червня 2020 року
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Пристрій повинен забезпечувати наступні
характеристики: робота з різними моделями датчиків температури (програмна
калібровка входу датчика температури), робота з ємнісними датчиками
вологості або іншими датчиками з частотним виходом (програмна калібровка
значення), передача інформації та прийом команд по Ethernet каналу зв’язку,
силове керування трьома виконуючими пристроями, напруга живлення 12В.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно
розробити) вступ, патентний пошук та огляд існуючих рішень, обґрунтування
технічного завдання, розробка структурної схеми, розробка принципової
електричної схеми, розрахунок та аналіз основних елементів схем об'єкта
проектування, охорона праці, висновок

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема структурна; Схема електрична принципова; Плата друкована;
Складальне креслення; Плакат з охорони праці

6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ
консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.,
старший викладач
1

7. Дата видачі завдання 13 січня 2020 року

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ Назва етапів дипломного Строк виконання Примітка
з/п проекту (роботи) етапів проекту
(роботи)
1 Аналіз технічного завдання та огляд 20.01.2020- 31.01.2020
літератури
2 Патентний пошук та огляд аналогічних 01.02.2020- 20.02.2020
рішень
3 Обґрунтування технічного завдання 21.02.2020-01.03.2020
4 Розробка структурної схеми пристрою 02.03.2020-20.03.2020
5 Розробка електричної принципової схеми 21.03.2020-
пристрою 15.04.2020
6 Розрахунок та аналіз електричної принципової 16.03.2020-
схеми 15.05.2020
7 Розробка розділу охорони праці 20.05.2020
8 Оформлення пояснювальної записки 25.05.2020
9 Оформлення креслень 29.05.2020-05.06.2020

Студент Мельниченко С.О.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Мартиненко С.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)

Зміст

арк.
ВСТУП.................................................................................................................. 5
1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ......................... 6
1.1 Загальні відомості ...........................................................................6
1.1.1 МЕТОДИ ВИМІРУ ВОЛОГОСТІ............................................................... 7
1.1.1.1 Визначення й основні терміни................................................................. 7
1.1.1.2 Методи виміру .......................................................................................... 9
1.1.2 Температурні датчики ............................................................................... 12
1.1.2.1 Термопари ............................................................................................... 13
1.1.2.2 Напівпровідникові температурні датчики............................................. 25
1.2 Проста схема двопорогового звукового термосигналізатора ....36
1.3 Термостабілізатор для термокамери............................................39
2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ....................................... 45
3. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ........................... 46
4. РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ ............................. 49
5. РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ОБ’ЄКТА
ПРОЕКТУВАННЯ ............................................................................................. 52
5.1 Опис мікросхеми W3100A ...........................................................52
5.2 Опис мікросхеми RTL8201BL .....................................................54
5.3 Опис мікроконтролера ATmega128 .............................................56
5.3.1 Характеристики мікроконтролера ............................................................ 56
5.3.2 Елементи роботи мікроконтролера .......................................................... 65

ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ
Çì. Àðê. ¹ äîêóì. Ï³äï. Äàòà
Ðîçðîá. Ìåëü íè÷åíêî Ðîçðîáêà ïðèñòðîþ äëÿ êîíòðîëþ Ë³ò. Àðê. Àðêóø³â
Ïåðåâ. Ìàðòèíåíêî
ì³êðîêë³ìàòó â ïðèì³ùåíí³ 3 84

Í.êîíòð. Ìàðòèíåíêî. ×ÄÒÓ
Çàòâ. Ïàëàã³í Ïîÿñíþâàëüíà çàïèñêà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà Довідн. № Ïåðâ. Çàñòîñ.

6. ОХОРОНА ПРАЦІ ......................................................................................... 67
6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають на робочих................... 67
місцях при монтажі і збірці вузлів на виробничій ділянці ............................. 67
6.2 Безпека праці при монтажі, складанні і випробуваннях радіоелектронної
апаратури ............................................................................................................ 73
ВИСНОВОК ....................................................................................................... 82
Література........................................................................................................... 83

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 4
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ВСТУП

В даній роботі розробляється пристрій для контролю мікроклімату в
приміщенні.
Актуальність розробки даного пристрою полягає в тому, що
збільшується кількість виробничих та офісних приміщень, які потребують
стабільного мікроклімату.
Мікроклімат в офісних приміщеннях дозволяє найбільш повно
використовувати робочий час працівників і одночасно з цим, а це й головне,
дозволяє зберігати здоров’я працівників.
В виробничих приміщеннях мікроклімат може підтримуватись як і для
працюючих в них людей, так і для забезпечення оптимального проходження
технологічного процесу. Дуже велике значення температури та вологості
повітря при вирощуванні агротехнічних культур в тепличних господарствах.
Деякі з цих тепличних господарств працюють цілий рік, тому в них і виникає
потреба в комплексному пристрої контролю, що посилає сигнали на
центральний пульт керування, приймаючи необхідні сигнали для включення
приладів охолодження/вентиляції/нагріву/зрошення від центрального пульта
керування, так і в пристрої з автономною програмою керування з
вбудованими необхідними параметрами роботи. Велике значення має
можливість запису параметрів мікроклімату в теплицях під час вирощування
культур для аналізу впливу різних температур та вологості під час
вирощування рослин.
Розробці такої системи контролю мікроклімату окремого приміщення
присвячений дана бакалаврська кваліфікаційна робота.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 5
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

1. ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ
РІШЕНЬ
1.1 Загальні відомості
Останнім часом системи, призначені для створення мікроклімату
приміщень, упевнено входять у наше життя. Це системи обігріву,
кондиціонери, система вентиляції, теплі підлоги, очисники повітря від пилу,
зволожувачі повітря, іонізатори. Прилади, які забезпечують виконання цих
функцій, працюють незалежно один від одного. Оскільки вони всі призначені
для виконання різних функцій, тоді необхідно об'єднати всі обладнання в
єдину систему й керувати ними. Цю роль і бере на себе система клімат-
контролю [1].
В свою чергу системи клімат-контролю можливо розділити на
наступні:
- для житлових приміщень;
- для виробничих приміщень (цехи, гаражі, склади);
- для сільськогосподарських об'єктів (теплиці, винні льохи);
- для автомобілів (салону автомобіля).
У всіх цих системах є свої особливості побудови, але всі вони
призначені для виконання своєї головної функції – підтримка мікроклімату
для даного приміщення, тобто створення необхідних кліматичних умов для
досягнення тих або інших цілей.
Відокремлено можна виділити систему клімат-контролю виробничих
приміщень. Це пов'язане з особливостями мікроклімату для даного типу
приміщень.
Мікрокліматичні умови на робочому місці, у виробничих
приміщеннях - найважливіший санітарно-гігієнічний фактор, від якого багато
в чому залежить стан здоров'я та працездатність людини. Визначається він
поєднанням таких показників або параметрів, як температура повітря і
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 6
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

поверхонь, відносна вологість, швидкість руху (рухливість) повітря, теплове
випромінювання.
1.1.1 МЕТОДИ ВИМІРУ ВОЛОГОСТІ
Протікання багатьох технологічних процесів, а також самопочуття
людини залежить від рівня зволоженості повітря.
1.1.1.1 Визначення й основні терміни
Вологість повітря виражають в одиницях абсолютної вологості й
відносної вологості[2].
Тиск насиченої водяної пари ps
Як і будь-який інший вологий газ, «вологе повітря» - це суміш сухого
газу й водяної пари й її властивості описуються законом Дальтона.
Обмежений об'єм сухого газу (при певній температурі) може
абсорбувати певну масу води. Це значення відповідає тиску насиченої
водяної пари ps, що залежить від температури.
Залежність між тиском насиченої водяної пари ps і температурою це
крива, що на практиці може бути описана наступним наближеним рівнянням
для температур вище 0 °С

17,503  t[C]
InpS [mbar]  ln 6,11213 .
241,2  t[C]

наступне рівняння застосовне для температур нижче 0 °С

22,4433  t[C]
InpS [mbar]  ln 6,11213 .
272,19  t[C]

У такому стані газ описується як насичений.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 7
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Парціальний тиск водяної пари p
Якщо маса пар, що втримуються в певному об'ємі газу, менше, те це
ненасичений вологою газ із парціальним тиском водяних пар p. У цьому
випадку сумарний тиск газу становить
p  pD  pG .
Абсолютна вологість dv
Маса води, що фактично втримується в одиниці об'єму насиченого
газу, називається абсолютною вологістю dv, і залежить від самого об'єму;
вона може бути підрахована за допомогою рівняння стану для газів:

m p [mbar]
dV [g m3 ]  D  D
V 461,9  (273,15  t[oC]

Ступінь зволоженості або коефіцієнт змішаності Х
У багатьох областях промисловості людина звертається до сухого
стану газу частіше, ніж до його вологого стану. У результаті чого були
уведені терміни “ступінь зволоженості” або “коефіцієнт змішаності Х”, що
виражає кількісну характеристику. Вони виражають масу води, що
втримується в одиниці маси сухого газу, і, на противагу абсолютної
вологості, залежать від тиску й типу газу. Наступне рівняння застосовне для
повітря
mD 0.622  p
x[kg / kg]   D .
mG (p  pD )

Температура крапки роси ts
Температура крапки роси ts це інший термін, що використовується для
опису стану вологого газу. Це температура, при якій вологий газ стає
насиченим, тобто температура, до якої газ міг би бути охолоджений, щоб
припинилася абсорбція води й почалася конденсація води, що перебуває в
газі. Зв'язок між тиском насиченої пари й температурою відображається
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 8
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

кривій тиску пари. Вона є наслідком того факту, що кожна температура
крапки роси обумовлена кожним окремим тиском водяної пари й, таким
чином, певною абсолютною вологістю.

Відносна вологість φ
Відносна вологість це змінна, до якої на практиці звертаються дуже
часто.
Вона виражає собою відношення між абсолютною вологою, що
реально втримується в газі при певній температурі й максимально можливою
вологістю
d p
  V  D

dVS pВ

Відносну вологість представимо у відсотках або частках.
1.1.1.2 Методи виміру
Оскільки для опису вологості може бути використана велика кількість
змінних, існує кілька методів виміру ступеня вологості з різною точністю.
Гігрометричні методи виміру
Гігрометричні методи виміру засновані на зміні довжини
гігроскопічних ниток, зокрема, волосся або синтетичні нитки. Незважаючи
на те, що такі гігрометри є гарним рішенням у ціновому плані, їхнє
використання обмежене невисоким класом точності. Абсолютна погрішність
таких гігрометрів звичайно становить ±5% RH*.
Психрометр
Психрометричний метод вимірів забезпечує значно більше високу
точність, чим гігрометричний метод.
Психрометри вимірюють відносну вологість ґрунтуючись на
фізичному ефекті охолодження при процесах випару. При даному способі
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 9
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

вимірів один термометр вимірює температуру навколишнього повітря
(сухого термометра), а іншої так звану температуру змоченого термометра.
Вологий термометр повинен бути обернуть мокрою бавовняною
тканиною й обдуватися повітрям зі швидкістю від 2 до 3 м/с. Випаровування,
що відбувається, охолоджує термометр і при настанні стану рівноваги,
вологість може бути підрахована за показниками сухого й змоченого
термометра. Абсолютна погрішність ± 1% відносної вологості може бути
досягнута при використанні точних термометрів і за умови дбайливого
обслуговування встаткування.
Метод крапки роси
Метод крапки роси - інший досить точний спосіб виміру. Поверхня з
металевим напилюванням прохолоджується до температури, при якій з
повітря починає випадати роса. Температура, обмірювана в цій крапці,
відповідає температурі крапки роси.
Звідси, орієнтуючись на температуру навколишнього повітря, може
бути підрахована вологість. При такому способі виміру може бути
забезпечена абсолютна погрішність 1 % RH*.
Останні два методи досить точні, хоча вони досить дорогі й складні в
експлуатації.
Ємнісні датчики вологості
Ємнісні датчики вологості останнім часом стають усе більше
розповсюдженими. Вони не дороги, прості в експлуатації й забезпечують
дуже точні показання.
Основа цих датчиків - ємнісні вологочутливі елементи, які являють
собою тонку скляну або керамічну основу, на якій перебуває система
електродів, гігроскопічний полімерний шар і шар золота, що проникний для
парів води.
З огляду на той факт, що полімерний гігроскопічний шар може
усмоктувати молекули води, які змінюють відносну діелектричну
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 10
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

проникність, ця система являє собою вологозалежний конденсатор. Ємність
цього конденсатора це одиниця виміру відносної вологості навколишнього
його повітря.
Зміна ємності конвертується у вихідний електричний сигнал
електронікою, що розташовується безпосередньо біля вологочутливого
елемента. Т.ч. при об'єднанні цих двох елементів виходить ємнісної датчик
вологості, що відкалібрований по стандартах вологості.
Ступінь точності, що досягається, що істотно залежить від лінійності
відхилень, гістерезису й температурної залежності, становить близько 2%
RH*.
Ємнісні вологочутливі елементи, що вироблені компанією, можуть
бути використані у всьому спектрі вологості, тобто від 0% до 100%, вони
стійкі до відтавання й можуть бути використані в температурному діапазоні
від -40°С до +200°С.
Датчики вологості, засновані на цьому принципі, також перекривають
весь діапазон вологості від 0% до 100% RH* і можуть використовуватися
усередині температурного діапазону від -20°С до +80°С. Спеціальні серії
датчиків можуть використовуватися при більше високих температурах (до
200°С).
Статична характеристика датчиків практично лінійна; відхилення
лінійності менш чим 2%. Якщо датчики працюють тривалий час в умовах
екстремально низкоюї або високої вологості, може відбутися збільшення
відхилення до 2 % RH*, однак, це явище зникає при багаторазовому
проведенні датчика через весь спектр вологості. Крім того, відхилення
можуть з'являтися, якщо датчик не був захищений від різних забруднюючих
субстанцій.
Завдяки своїй високій чутливості, ємнісні датчики вологості ідеальні
для виміру рівноважної вологості гігроскопічних матеріалів. Якщо відомі
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 11
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ізотерми поглинання гігроскопічних матеріалів. У такий же спосіб можна
визначити ступінь вологості твердих матеріалів.
1.1.2 Температурні датчики
Спектр використання температурних датчиків надзвичайно широкий:
від зарядних пристроїв до дорогих портативних приладів[3]. Скрізь, де
характеристики системи так чи інакше залежать від температурних факторів,
застосовуються ці прилади.
Всі термодатчики, за винятком зібраних на ІС, мають нелінійну
залежність вихідного сигналу від температури. У минулому для
коректування цієї нелінійності був розроблений широкий спектр аналогових
схемотехнічних рішень.
Ці схеми найчастіше вимагали індивідуального калібрування. Щоб
досягти заданої точності, у них використалися прецизійні резистори.
Сьогодні, завдяки наявності АЦП із високою розв'язною здатністю, сигнали з
датчиків можуть бути оцифровані безпосередньо, без попереднього
посилення й лінеаризації. Лінеаризація, компенсація напруги на опорному
спаї й іншій обробці виконуються потім цифровими способами, що дозволяє
знизити складність і вартість системи.
Термометри опору (ResistanceTemperatureDevices, RTDs) точні, але
вимагають, щоб через них був пропущений електричний струм (excitation
current, що збуджує струм), і використовуються звичайно в мостових схемах.
Термістори найбільш чутливі, але при цьому мають високу нелінійність.
Вони найбільш популярні в портативних приладах і використовуються при
вимірі температури батарей, а також інших критичних, відносно
температури, вузлів у системах.
Сучасні напівпровідникові датчики температури характеризуються
високою точністю й лінійністю в діапазоні температур від -55 °С до +150 °С.
Убудовані підсилювачі дозволяють підібрати посилення й зсув так, щоб
вихідний сигнал мав заздалегідь задану температурну залежність, наприклад
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 12
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

10 мВ/°С. Вони широко застосовуються в схемах компенсації напруги на
опорних спаях широкодіапазонних термопар. Напівпровідникові датчики
можуть бути інтегровані в багатофункціональні мікросхеми, які виконують
певну кількість апаратних моніторингових функцій.
У табл. 1.1 перераховані найпоширеніші температурні датчики і їхні
основні особливості.

Таблиця 1.1 Найпоширеніші температурні датчики.
Напівпровідниковий
Термопара RTD Термістор
датчик
Найширший
Діапазон: Діапазон: Діапазон:
діапазон:
-200ºС...+850ºС 0ºС...+100ºС -55ºС...+150ºС
-184ºС...+2300ºС
Висока точність і Чудова Сильна Лінійність 1 ºС
відтворюваність лінійність нелінійність Точність 1 ºС
Вимагає
компенсації Вимагає Вимагає
Вимагає струмового
напруги на струмового струмового
збудження
холодному збудження збудження
(опорному) спаї
Типовий вихідний
Низьковольтний Висока
Низька ціна сигнал – 10мв/ ºС, 20
вихід чутливість
мв/ ºС або 1мка/ ºС

1.1.2.1 Термопари
Термопари - маленькі, міцні й порівняно недорогі пристрої.
Із всіх температурних датчиків вони працюють у самому широкому
діапазоні температур. Термопари незамінні при вимірі високих температур
(аж до 2300 °С) в агресивних середовищах. Вони виробляють на виході
термоЕДС у діапазоні від мікровольт до мілівольтів, однак вимагають
стабільного посилення для наступної обробки. До того ж необхідно
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 13
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

застосовувати компенсацію напруги на холодному спаї, що коротенько буде
обговорена нижче.
Вони набагато більше линейні, чим багато інших датчиків, а їхня
нелінійність на сьогоднішній день добре вивчена й описана в спеціальній
літературі.
У табл. 1.2 приведені найпоширеніші термопари. При їхньому
виготовленні звичайно застосовують такі метали, як залізо, платина, родій,
реній, вольфрам, мідь, алюмель (сплав нікелю з алюмінієм), хромель (сплав
нікелю із хромом) і константан (сплав міді й нікелю).

Таблиця 1.2 Найпоширеніші термопари
Хромель-алюмель -184...…1260 39 К
Платина (13%)/родий-платина 0-1593 11,7 R
Платина (10%)/родий-платина 0-1538 10,4 S
Мідь-константан -184...…400 40 T

На рис. 1.1 представлені залежності ЕДС від температури трьох
найпоширеніших типів термопар, у яких температура опорного спаю
підтримується рівної 0 °С.

Рисунок 1.1 - Вихідні сигнали термопар типів J, K і S.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 14
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Термопари типу J найбільш чутливі й розвивають найбільшу вихідну
напругу при тому самому зміні температури. З іншого боку, термопари типу
S є найменш чутливими.
Як видно з наведених характеристик, сигнали, що розвиваються
термопарами, дуже малі й вимагають малошумлячих підсилювачів з великим
коефіцієнтом підсилення й малим дрейфом. Це необхідно враховувати при
проектуванні схем обробки сигналів з термопарних датчиків.
Щоб зрозуміти поведінку термопар, розглянемо, як змінюється їхній
вихідний сигнал при зміні температури чутливої частини термопари
(гарячого спаю). Рис. 1.1 показує зв'язок між температурою гарячого спаю й
вихідним сигналом, що розвивається різними типами термопар (у всіх
випадках температура холодного спаю підтримується рівною 0 °С).
Очевидно, що віддача термопар нелінійна, але природа цієї нелінійності
дотепер не цілком ясна.

Рисунок 1.2 - Залежності коефіцієнта Сибека від температури термопар типів
J, K і S.

Рис. 1.2 показує, як залежить від температури гарячого спаю
коефіцієнт лінійності (Seebeck coefficient), тобто приріст вихідної напруги,
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 15
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

що відповідає росту температури гарячого спаю на 1 °С, іншими словами,
перша похідна залежності вихідного сигналу від температури. Відзначимо,
що ми по колишньому розглядаємо той випадок, коли температура
холодного спаю підтримується рівною 0 °С.
При виборі термопари для виробництва вимірів температур у досить
широкому діапазоні варто вибирати ту термопару, коефіцієнт лінійності якої
змінюється менше від інших у рамках цього діапазону.
Наприклад, для термопари типу J у діапазоні від 200 до 500 °С
коефіцієнт лінійності змінюється менше ніж на 1 мкв/°С, що робить її
ідеальної для використання в цьому діапазоні.
Наведені на рис. 1.1 і 1.2 дані корисні подвійно:
по-перше, рис. 1.1 показує діапазон і чутливість трьох типів термопар,
так що розроблювач може з одного погляду визначити, що термопара типу S
має самий широкий діапазон вимірів, але типу J — більше чутлива;
по-друге, знання коефіцієнта Сибека (рис. 1.2) дозволяє швидко
визначити, яка лінійність обраної термопари.
Використовуючи рис. 1.2, розроблювач для роботи в діапазоні
400…800С вибере термопару типу К, коефіцієнт лінійності якої в цій області
мінімальний, а для діапазону 900…1700С - типу S. Поводження коефіцієнта
лінійності термопари виявляється визначальним в тих випадках, коли деяке
відхилення від заданої температури критичніше, чим саме значення заданої
температури.
Ці дані також показують, якими характеристиками повинні володіти
пристрої, що працюють у схемі керування разом з тією або іншою
термопарою.
Щоб успішно використати термопари, необхідно розуміти основні
принципи їхньої роботи. Розглянемо схеми, зображені на рис. 1.3.
Якщо ми з'єднаємо два різнорідних метали при якій-небудь
температурі, що перевищує абсолютний нуль (-273,16 °С), то між ними буде
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 16
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

різниця потенціалів (так звана, термоЕДС - Thermoelectric EMF, або
«контактна різниця потенціалів»), що є функцією температури з'єднання
(рис. 1.3,а). Якщо ми з'єднаємо два проводи у двох місцях, сформуються два
спаї (рис. 1.3,б) Якщо ці спаї мають різну температуру, то в ланцюзі
утвориться термоЕДС, по провідниках потече струм, величина якого
визначається значенням термоЕДС і опором провідників.

Рисунок 1.3 - Основи термопарних вимірів

Розірвавши один із провідників, ми побачимо, що напруга в точках
розриву буде рівною термоЕДС, і якщо замірити ця напругу, те отримане
значення можна використовувати, щоб визначити різницю температур між
двома спаями (рис. 1.3,в).
Необхідно пам'ятати, що термопара вимірює різницю температур між
двома спаями, а не абсолютну температуру в одному з них. Визначити
температуру у вимірюваному спаї ми можемо лише в тому випадку, якщо
знаємо температуру другого спаю (часто називаного «опорним» або
«холодним»).
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 17
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Але не так легко виміряти напругу, утворена термопарою.
Припустимо, що ми підключили вольтметр у контур схеми (рис.1.3,г).
Проводи, підключені до вольтметра, також утворять термопари в місці
їхнього приєднання. Якщо обидві ці додаткові термопари перебувають під
однаковою температурою (не має значення, якою), то вони не зроблять
впливу на загальну термоЕДС системи. Якщо ж їхні температури різняться,
то можуть виникнути помилки. Оскільки кожна пара різнорідних металів, що
перебувають у контакті, виробляє термоЕДС (включаючи мідь/припій,
ковар/мідь (ковар - сплав, що використовується для формування підкладки
мікросхеми), алюміній/ковар (у з'єднанні усередині мікросхеми)), мабуть, що
в реальних робочих контурах виникають набагато більше серйозні проблеми,
чим описана вище. Тому необхідно постаратися забезпечити, щоб всі
контакти різнорідних металів у контурі навколо термопари (природно, крім
спаїв самої термопари) знаходилися при однаковій температурі.
Термопари створюють напругу, хоча й дуже маленьку, але не
потребуючи струмового збудження. Показана на рис. 1.3,г термопара має два
спаї (T1 — температура вимірювального спаю, Т2 — опорного). Якщо Т2 =
Т1, тоді V2 = V1 і вихідна напруга V = 0. Вихідна напруга термопари
звичайно визначена як значення, отримане при підтримці температури
холодного спаю, рівною 0 °С. Звідси й походження терміна «холодний спай»
або «спай при температурі льоду, що тане». Таким чином, якщо
вимірювальний спай буде поміщений у середовище з нульовою
температурою, на виході термопари буде нульова напруга.
Щоб проводити високоточні виміри, необхідно ретельно
підтримувати температуру холодного спаю, що повинна бути строго
визначена (хоча не обов'язково дорівнює 0°С). Проста реалізація цієї вимоги
представлена на рис. 1.4. Ванна з льодом, що тане, може бути легко
реалізована в будь-яких умовах, хоча на практиці це не завжди зручно.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 18
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.4 - Класична компенсація напруги холодного спаю за допомогою
льоду.

Сьогодні «спай при температурі льоду, що тане,» з необхідної для
його реалізації ванною з льодом і водою успішно витісняється електронікою.
Температурний датчик іншого типу (частіше напівпровідниковий, а
іноді й термістор) вимірює температуру холодного спаю, а отриманий
результат використовується для формування додаткової напруги в ланцюзі
термопари, що компенсує різницю між фактичною температурою холодного
з'єднання і його ідеальним значенням (звичайно 0 °С), як показано на рис.
1.5.

Рисунок 1.5 - Використання термодатчиків для компенсації холодного спаю.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 19
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

В ідеалі напруга компенсації повинне підбиратися строго залежно від
різниці напруг. Коригувальна напруга є функцією від температури опорного
спаю Т2, причому більше складною, ніж проста лінійна залежність,
описувана добутком КхТ2, де К — проста константа. На практиці, оскільки
холодні спаї звичайно перебувають при температурі лише на кілька десятків
градусів вище 0 °С и її значення коливається в межах ±10 °С, лінійна
апроксимація компенсуючої напруги виявляється припустимою. Інакше
кажучи, хоча реальне значення коригувальної напруги й визначається
багаточленом відповідно до формули:

V=K1х+K2х2+K3х3+...,

але значення коефіцієнтів К2, К3 і т.д. дуже малі для всіх відомих
типів термопар. Значення цих коефіцієнтів для всіх термопар можна знайти в
довідковій літературі.

Рисунок 1.6 - Прямий вимір термопарою із блоком стабілізації.
Коли використовується електронна компенсація напруги на
холодному спаї, на практиці з'єднання проводів з кінцями термопари
укладають в ізотермічний блок, як показано на рис. 1.6. Коли з'єднання метал
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 20
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

А - мідь і метал В - мідь перебувають при одній температурі, це еквівалентно
спаю метал А - метал В, як показано на рис. 1.5.
Схема, що наведена на рис. 1.7, забезпечує вимір температури від 0 °С
до 250 °С за допомогою термопари типу К с компенсацією напруги
холодного спаю. Живлення схеми здійснюється однополярною напругою від
3,3 до 12 В. Причому схема була спроектована таким чином, щоб коефіцієнт
перетворення становив 10 мв/°С.

Рисунок 1.7 - Використання термодатчика ТМР-35 для компенсації напруги
холодного спаю.

Коефіцієнт передачі термопари типу До приблизно дорівнює 41
мкВ/°С. Отже, застосований для компенсації датчик напруги з
температурним коефіцієнтом 10 мВ/°С ТМР35 використовується з дільником
на R1 і R2, що забезпечує необхідне значення 41 мкВ/°С.
Ліквідація неізотермічності між доріжками друкованої плати й
проводами термопари запобігає появі помилок у процесі виміру при зміні
температур. Така компенсація підходить для схем, що працюють при
температурі навколишнього середовища від 20 до 50 °С.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 21
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Якщо температура робочого спаю термопари досягла 250 °С, її
вихідну напругу буде становити 10,151 мВ. Оскільки при цьому вихідний
сигнал схеми повинен бути дорівнює 2,5 В, то підсилювач повинен мати
коефіцієнт підсилення, рівний 246,3. Вибір R4, рівного 4,99 кОм, визначає
для R5 значення 1,22 МОм. Найбільш близьке однопроцентне значення для
R5 становить 1,21 МОм, у зв'язку із чим для точного настроювання розмаху
вихідного сигналу разом з R5 використовується потенціометр опором 50
кОм.
Хоча ОР193 допускає живлення від одного джерела, його вихідні
каскади не призначені для роботи в режимі rail-to-rail і мінімальне значення
сигналу на його виході не повинне бути нижче +0,1 В. Із цією метою
резистор R3 додає до входу ОП невелику напругу, що збільшує вихідний
сигнал на 0,1 В для живлячої напруги 5 В. Цей зсув (що відповідає 10 °С)
повинен бути віднятий після обробки або зчитування сигналу з виходу
ОР193. R3 також забезпечує визначення обриву термопари: якщо термопара
відсутня, вихідний сигнал стає більше чим 3 В. Резистор R7 балансує вхідний
опір ОР193 по постійному струму, а плівковий конденсатор ємністю 0,1 мкф
знижує перешкоди від термопари на його інвертуючому вході.
AD594/AD595 - інструментальний підсилювач і компенсатор напруги
холодного спаю, виконаний в одному чипі (рис. 1.8).
Ця мікросхема здійснює прив'язку до «точки танення льоду» і містить
попередньо відкалібрований підсилювач, що забезпечує одержання вихідної
напруги високого рівня (10 мв/°С) безпосередньо з виходу термопари.
AD594/AD595 може бути використана як лінійний підсилювач-компенсатор
або як перемикаємий контролер, використаний для постійного або
мобільного керування й регулювання. Схема може бути також використана
для прямого посилення компенсуємої напруги, виконуючи при цьому функції
перетворювача температури в напругу з коефіцієнтом перетворення 10 мв/°С.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 22
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

У ряді випадків дуже важливо, щоб чип перебував при тій же температурі,
що й холодний спай термопари.

Рисунок 1.8 - AD594/AD595 підсилювач із компенсації напруги холодного
спаю.

Звичайно це досягається шляхом розміщення обох у безпосередній
близькості друг від друга й ізоляції їх від джерел тепла.
AD594/AD595 включає датчик ушкодження термопари, що показує,
що або один, або обидва кінці термопари від’єднані від мікросхеми.
Аварійний вихід досить гнучкий і в стані формувати ТТL-сигнал. Прилад
живиться від одного позитивного джерела (напруга на ньому може бути
всього 5 В), але подача негативної напруги дозволяє виміряти температуру
нижче 0 °С. Для зменшення самонагрівання власне споживання
AD594/AD595 (без навантаження) знижене до 160 мкА, при цьому
мікросхеми в стані віддати в навантаження струм до ±5мА.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 23
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Завдяки лазерному припасуванню опорів усередині AD594 схема
настроєна на роботу з термопарами типу J (залізо/константан), а AD595 - з
термопарами типу К (хромель/алюмель). Напруги зсуву й коефіцієнти
підсилення мікросхем можуть змінюватися за допомогою зовнішніх
елементів, так що кожна з них може бути перекалібрована під термопару
будь-якого іншого типу. Припустимо також за допомогою зовнішніх
елементів здійснити більш точне калібрування термопари для спеціальних
застосувань.
AD594/AD595 випускаються у двох модифікаціях: «С» і «А», — що
калібруються з точністю ±1 °С и ±3 °С відповідно. Обоє виконаннь
допускають підтримку температури холодного спаю в межах від 0°С до 50
°С. Схема, представлена на рис. 1.8, безпосередньо працює з термопарою
типу J (AD594) або типу K AD595) і дозволяє вимірювати температуру від 0
°С до 300 °С.
AD596/AD597 — монолітні контролери, оптимізовані для
використання в умовах будь-яких температур у різних випадках. У них
здійснюється компенсація напруги холодного спаю й посилення сигналів з J-
або K-термопари таким чином, щоб одержати сигнал, пропорційний
температурі. Схеми можуть бути підбудовані так, щоб забезпечити вихідну
напругу 10 мВ/°С безпосередньо від термопар типу J або K. Кожний із чипів
розміщений у металевому корпусі з десятьома виводами й настроєний на
роботу при температурі навколишнього середовища від 25 °С до 100 °С.
AD596 підсилює сигнали термопари, що працює в температурному
діапазоні від -200 °С до +760 °С, рекомендованому для термопар типу J, у
той час як AD597 працює в діапазоні від -200 °С до +1250 °С (діапазон
термопар типу K). Підсилювачі відкалібровані з точністю ±4 °С при
температурі навколишнього середовища 60 °С и характеризуються
температурною стабільністю 0,05°С/°С при зміні температури
навколишнього середовища в межах від 25 °С до 100 °С.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 24
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Всі вищеописані підсилювачі не в змозі компенсувати нелінійність
термопари: вони здатні лише коректувати й підсилювати сигнал з
термопарного виходу. АЦП із високою роздільною здатністю, що входять у
сімейство AD77хx, можуть використовуватися для прямій оцифровки
сигналу з виходу термопари, без попереднього посилення.
Перетворення й лінеаризацію здійснює мікроконтролер, сполучений з
таким АЦП, як показано на рис. 1.9. Два мультиплексуємих входи АЦП
використовуються для прямій оцифровки сигналу з термопари й з теплового
датчика, що перебуває в контакті з її холодним спаєм. Вхід PGA
(програмувального підсилювача) програмується на посилення від 1 до 128, і
роздільна здатність АЦП лежить у межах від 16 до 22 біт залежно від того,
яка з мікросхем обрана користувачем. Мікроконтролер здійснює як
компенсацію напруги холодного спаю, так і лінеаризацію характеристики.

Рисунок 1.9 - АЦП AD77хx із ТМПР-35 для компенсації напруги холодного
спаю.
1.1.2.2 Напівпровідникові температурні датчики
Сучасні напівпровідникові датчики температури характеризуються
високою точністю й лінійністю в діапазоні температур від 55 до +150°С.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 25
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Убудовані підсилювачі можуть приводити коефіцієнт перетворення датчика
до значень порядку 10 мВ/°С. Ці пристрої широко використовуються у
вузлах компенсації холодного спаю для термопар, що працюють у широкому
температурному діапазоні[4].
В основі роботи всіх напівпровідникових температурних датчиків
лежить співвідношення між колекторним струмом біполярного транзистора й
напругою, прикладеною до переходу база-емітер:

де: k постійна Больцмана,
Т абсолютна температура,
q заряд електрона,
Is струм, що залежить від геометрії й температури переходу.
Це співвідношення справедливо починаючи з декількох сотень
мілівольтів і не враховує деякі тонкі ефекти.
Якщо ми візьмемо N транзисторів, ідентичних першому (див.рис.
1.10) і припустимо, що Iс загальний струм колектора, нарівно розподілений
між всіма транзисторами, то виявимо, що нове значення напруги база-емітер
буде визначене співвідношенням:

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 26
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.10 - Основні співвідношення для напівпровідникових
температурних датчиків.

Жоден із цих ланцюгів не використовується як самостійний датчик
через сильну температурну залежність струму Is, але якщо ми пропустимо
рівні струми через один біполярний транзистор і через N ідентичних йому, то
різниця між цими двома база-емітерними напругами пропорційна абсолютній
температурі й не залежить від Is.

Ланцюг, показаний на рис. 1.11, описується приведеним вище
співвідношенням і відомий як комірка Брока (Brokaw Cell).

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 27
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.11 - Класичний температурний датчик (комірка Брока).

Напруга ∆VBE = VBE-VN прикладена до резистора R2. Струм емітера
Q2 визначається як ∆VBE/ R2. Приблизно цій же величині дорівнює й
колекторний струм I2 цього транзистора. Протікаючи через резистор R, він
створює на ньому спадання напруги, рівне ∆VBE * R/R2, отже, напруга на
виводі, що інвертує, ОП дорівнює Vинв= VIN –VBE * R/R2. Напруга на виводі,
що не інвертує, дорівнює тій же величині з точністю до десятків мікровольт,
а оскільки в колекторі Q1 установлений резистор, що має все той же номінал
R, те струми I1 і I2 виявляються рівними. Вони підсумуються на резисторі
R1. Спадання напруги на ньому пропорційно абсолютній температурі (РТАТ)
і визначається формулою:


Опорна напруга, вироблювана коміркою VBANDGAP, знімається з бази
Q1 і є сумою VBE(Q1) і VPTAT. Як і VPTAT,VBE(Q1) також лінійно залежить від
абсолютної температури, але з ростом її падає (в оригіналі ця залежність
названа комплементарною до абсолютної температури, СТАТ). Сума VPTAT і
VСTAT при певних значеннях відносини R1/R2 і N виявляється не залежної
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 28
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

від температури (коли відношення R1/R2 і N таке, що напруга на виході ОП
дорівнює 1,205 В). Описаний ланцюг є базовою й найбільше часто
використовуваною в схемотехніці напівпровідникових термодатчиків.
Термодатчики з виходом по струму й по напрузі
Концепція, реалізована при побудові вищеописаного комірки Брока,
може використовуватися в якості базової для різних інтегральних
температурних датчиків, що формують на виході температурно залежні
струми або напруги.
AD592 і ТМР17 (рис. 1.12) є датчиками струму із крутістю
перетворення 1 мкА/К.

Рисунок 1.12 - Температурні датчики зі струмовим виходом AD592 і TMP17.

Особливості:
- коефіцієнт перетворення 1 мкА/°К ;
- номінальний струм при 25°С 298,2 мка;
- діапазон напруг від 4 до 30 В;
- ±0,5°С максимальна погрішність при 25°С, ±1°С у всьому
робочому діапазоні,
- ±0,1°С типова нелінійність для AD592CN;
- ±2,5°С максимальна погрішність при 25°С, ±3,5°С у всьому
робочому діапазоні,
- ±0,5°С типова нелінійність для TMP17F;
- робочий діапазон температур від 25°С до +105°С для AD592CN;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 29
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- робочий діапазон температур від 40°С до +105°С для TMP17F.
Ці сенсори не вимагають додаткового калібрування й випускаються з
декількома градаціями точності. AD592 випускається в трьох варіантах.
Самий точний (AD592CN) має максимальну погрішність при 25°С усього
±0,5°С и не більше ±1,0°С у всьому діапазоні температур від 25 до +105°С.
Нелінійність не перевищує ±0,35°С. ТМР17 випускається у двох варіантах.
Більше точний (ТМР17F) має максимальну погрішність при 25°С не більше
±2,5°С и не більше ±3,5°С при температурах від 40 до +105°С. Типова
нелінійність ±0,5°С. AD592 випускається в корпусі ТЕ92, а ТМР17 в SO8.
У деяких випадках бажано щоб вихідна напруга температурного
датчика бути б залежним від напруги живлення. AD22103 (рис. 1.13) має
вихідну напругу, обернено пропорційну напрузі живлення (номінальне
значення 3,3 В) відповідно до рівняння:

Рисунок 1.13 - Температурний датчик з виходом по напрузі, що
залежить від напруги живлення.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 30
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Схема, показана на рис. 1.13 використовує живлення AD22103 як
опорне для АЦП, таким чином, пропадає необхідність у додатковому джерелі
опорної напруги.
AD22103 специфікується в діапазоні від 0°С до 100°С и має точність
краще чим ±2,5°С и лінійність краще чим ±0,5°С.
ТМР35/ТМР36/ТМР37 низьковольтні (2,7 В...5,5 В) температурні
датчики із крутістю перетворення 10 мв/°С ( ТМР35/36) або 20 мв/°С
(TMP37), що випускаються в корпусах SOT23 (5pin), SO8 або ТЕ92 (рис.
1.14).

Рисунок 1.14 -Температурні датчики з виходом по напрузі й режимом
зниженого споживання.

Особливості:
- вихідна напруга:
а) для TMP35: 250 мВ при 25°С, 10 мв/°С, робочий діапазон
температур від +10°С до +125°С;
б) для TMP36: 750 мВ при 25°С, 10 мв/°С, робочий діапазон
температур від 40°С до +125°С;
в) для TMP37: 500 мВ при 25°С, 20 мв/°С, робочий діапазон
температур від +5°С до +100°С;
- ±2°С типова погрішність у всьому робочому діапазоні, ±0,5°С
типова нелінійність;
- робочий діапазон температур від 40°С до +125°С ;
- споживаний струм 50 мкА в робочому режимі, 0,5 мка в режимі
зниженого споживання).
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 31
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Струм споживання їх менше 50 мкА, що забезпечує вкрай низьке
власне тепловиділення (внесена погрішність менш чим 0,1°С у нерухомому
повітрі). Режим зниженого споживання (shutdown) характеризується ще
більш низьким струмом - до 0,5 мкА.
ТМР35 виробляє на виході 250 мВ при температурі +25°С и працює в
діапазоні +10 до +125°С. ТМР36 виробляє на виході 750 мв при 25°С,
працюючи від – 40 до +125°С. І ТМР35, і ТМР36 мають крутість
перетворення 10 мВ/°С. ТМР37 призначається для застосування в режимі від
+5 до +100°С, забезпечуючи крутість перетворення 20 мВ/°С и вихідну
напругу 500 мВ при +25°С.
ADT45/ADT50 - температурні датчики напруги, упаковані в корпус
SOT233, що працюють при напругах від 2,7 до 12 В (рис.1.15).
Особливості:
- вихідна напруга:
а) для ADT45: 250 мВ при 25°С, 10 мв/°С;
б) для ADT50: 750 мВ при 25°С, 10 мв/°С;
- ±2°С типова погрішність у всьому робочому діапазоні,
- ±0,5°С типова нелінійність;
- робочий діапазон температур від 40°С до +125°С;
- споживаний струм 60 мкА.

Рисунок 1.15 - Температурні датчики ADT45/ADT50 з виходом по напрузі.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 32
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Ці прилади специфіковані в діапазоні від – 40 до +125°С. Крутість
перетворення обох мікросхем – 10 мВ/°С. Типові значення точності
калібрування – ±1°С при +25°С и ±2°С у діапазоні від 40 до +125°С. ADT45
виробляє 250 мВ на виході при +25°С и застосовується при температурах від
0°С до +100°С. ADT50 забезпечує 750 мВ при +25°С и працездатна від – 40
до +125°С.
Якщо ADT45/ADT50 термічно захищені, то вони можуть
використовуватися для будь-яких температурних вимірів за умови, що
температура навколишнього середовища лежить у діапазоні від 40 до +125°С.
Якщо вони перебувають у гарному тепловому контакті з поверхнею або
приклеєні до неї, температура їх буде відрізнятися від температури поверхні
не більше ніж на 0,01°С.
Варто звернути увагу на те, що будь-які проводи, що йдуть до
датчика, діють на нього як теплові труби, вносячи погрішність, якщо
навколишній середовище не ізотермичне. Щоб уникнути цього найкраще
нанести на проводи, що йдуть до сенсора, і на його виводи краплю
термопроводящої епоксидної смоли. Це застрахує ADT45/ADT50 від
помилок за рахунок впливу температури навколишнього середовища.
У корпусі SOT233,тепловий опір перехід-корпус (junctiontocase) θJC
дорівнює 180°С/Вт. Тепловий опір корпус-навколишнє середовище
(casetoambient) θCA є різницею між θJA і θJC і визначається термічними
характеристиками з'єднань (провода, доріжки плати, припій і т.д.). Під час
відсутності обдуву, коли датчик припаяний до плати, θJA становить 300°С/Вт.
Потужність, що розсіюється датчиком, РD визначається прикладеною до
нього напругою й споживаним струмом (включаючи струм, що тече у
навантаження). Вона виділяється у вигляді тепла й збільшує температуру
датчика в порівнянні з температурою навколишнього середовища. При цьому
температура датчика буде рівна:
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 33
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Таким чином, ріст температури припаяного до плати не
навантаженого ADT45/ADT50 (у корпусі SOT233) при відсутності обдуву,
температурі середовища 25°С и 5 вольтовому живленні зі споживанням 60
мкА (Р = 300 мкВт) становить менш чим 0,09°С. З метою запобігання
зростання температури датчика важливо знижувати струм навантаження,
завжди підтримуючи його менше 100 мкА.
Відгук на стрибкоподібну зміну температури в ADT45/ADT50
визначається тепловими опорами, масою й теплоємністю кристала й корпуса.
Термічна маса корпуса залежить від того, чи перебуває він у контакті із
чимсь крім навколишньої атмосфери. Практично у всіх випадках термічна
маса корпуса є чинником, що обмежує швидкодію термодатчика, і в описі
може бути представлена за допомогою деякої постійної часу однополюсного
ланцюга. Термічна маса нерідко розглядається як термічний еквівалент
електричної ємності.
Постійна часу термодатчика визначається як час, що необхідний йому
для того, щоб досягти рівня 63,2% від сталого значення вихідного сигналу
при стрибкоподібній зміні температури. Рис. 1.16 показує залежність
постійної часу датчиків серій ADT45/ADT50 у корпусі SOT233, припаяних до
плати з мідними провідниками, що має розміри 0,338-0,303 дюйма, від
швидкості повітряного потоку, що обдуває.
Відзначимо швидке падіння (від тридцяти двох секунд до дванадцяти)
при зміні швидкості руху повітря від нуля (стояче повітря) до ста футів у
хвилину (LFPM).
Для порівняння, постійна часу ADT45/ADT50 у вируючій масляній
ванні менше, ніж одна секунда, що підтверджує, що важливу частину цієї
константи залежить від властивостей корпуса.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 34
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.16 - Постійна часу температурного датчика в корпусі SOT233 як
функція швидкості повітряного потоку.

Вивід живлення цих датчиків повинен шунтуватись на загальний
провід за допомогою керамічного конденсатора ємністю 0,1 мкф, що має
дуже короткі відводи (наприклад, конденсатора для поверхневого монтажу) і,
по можливості, розташованого якнайближче до виводу живлення. Тому що ці
термодатчики працюють при дуже маленьких струмах, вони можуть
піддаватися дуже сильному електричному впливу від хутра, що йдуть із
навколишнього середовища, у зв'язку із чим дуже важливо мінімізувати
ефекти EMI/RFI. Ефект від RFI на цих датчиках виявляється як аномальна
зміна постійної напруги на виході при фільтрації від високочастотних шумів
від внутрішніх провідників і кристала ІС. У тих випадках, коли датчики
використовуються в умовах високочастотного випромінювання або
перешкод від передавачів, танталовий електролітичний конденсатор
достатньої ємності (>2,2мкФ), встановлений паралельно керамічній ємності
0,1 мкф може підвищити перешкодозахищеність датчика.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 35
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

1.2 Проста схема двопорогового звукового термосигналізатора
Підвищення температури навколишнього середовища або якогось
предмета (наприклад, жала паяльника або електронного приладу) більше
припустимого рівня може викликати небажані наслідки.
Дуже часто важливо визначити момент досягнення небезпечної межі.
У багатьох практичних випадках допоможе електронний прилад - індикатор
перегріву, або термосигналізатор. Він попередить звуковим сигналом про
досягнення заданого значення температури.
Досить простий індикатор перегріву може бути виконаний на
мікросхемі КР1436АП1. Зупинимося на схемі керування живленням з
гістерезисом.
Цей вузол забезпечує режими й стабілізує роботу інших частин
мікросхеми. У зв'язку з тим що основне призначення мікросхеми - робота від
телефонної мережі, де присутні достатньо сильні перешкоди, у вузлі
живлення передбачений гістерезис. Включення мікросхеми відбувається при
напрузі живлення 17-21 В (запускаюча напруга), а вимикання - при зниженні
до 9,7-12 В (утримуюча напруга).
Це основний режим, він забезпечується при непідключеному виводі 2,
що може бути використаний для зменшення величини напруги, що запускає.
На рис. 1.17 показана частина схеми керування живленням, по якій можна
представити її роботу. В основному режимі мікросхема включається при
запускаючій напрузі що обумовлена напругою пробою стабілітрона VD1
(тобто 17-21 В).
До виводу 2 підключений стабілітрон VD3 з напругою пробою
близько 8 В. Отже, якщо з'єднати вивід 2 із входом живлення 1 (природно,
через обмежувальний резистор), то запускаючи напруга буде становити
величину близько 10 В. Через вивід 2 повинен подаватись струм у межах
0,01-1 мА, а мінімальна величина послідовного опору повинна бути не менш
20 кОм. Відзначимо одну важливу особливість: при напрузі живлення вище
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 36
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

11 В можна керувати генерацією мікросхеми шляхом подачі зсуву на
стабілітрон VD3. Таким чином, вивід 2 є додатковим вимикачем.

Рисунок 1.17 - Частина схеми керування живленням.

Двохпороговий звуковий індикатор перевищення температури з
використанням відзначених вище особливостей мікросхеми КР1436АП1
може бути виконаний за схемою на рис. 1.18. У якості термочутливого
елемента застосований терморезистор R2 типи ММТ1.
Перед тим як розглянути роботу індикатора, звернемо увагу на
відмінність від загальноприйнятої схеми включення, що полягає в тім, що за
допомогою транзистора VT3 утворюється генератор однотонального
сигналу. Дійсно, при роботі мікросхеми вихід першого (низькочастотного)
тригера Шмідта (R1) впливає через VT3 на вхід другого тригера Шмита
(RC2).

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 37
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.18 - Схема двохпорогового звукового термосигналізатора.

Таким чином, коли на виході R1 напруга високого рівня (лог. 1),
транзистор відкривається й шунтує конденсатор C4 (або вхід RC2). У цей
період часу генерації звукового сигналу не відбувається. Далі, при переході
виходу R1 у відкритий стан (на виході логічний 0), транзистор закривається й
генератор на другому тригері Шмідта виробляє пачку імпульсів (на виході
R2).
Звуковий однотональний сигнал переривається й нагадує звук “біп-
біп”. Якщо базу VT3 закоротить на землю за допомогою керуючого сигналу,
то його вплив на другий генератор усувається й починається генерація
двохтонального сигналу.
У цілому індикатор перевищення тим пературы працює в такий
спосіб.
Підвищення температури, наприклад, оточуючого повітря, впливає на
датчик температури - терморезистор. Терморезистор типу ММТ1 зменшує
свій опір, тому що має від’ємний температурний коефіцієнт опору (ТКО).
Таким чином, струм у ланцюзі R1-R3 збільшується. Відповідно росте, зсув
між базою й емітером транзистора VT1; при досягненні заданого порогу він
відкривається, потенціал його колектора росте, і резистор R5 виявляється
підключеним до плюса живлення. Це приводить до включення мікросхеми,
як було показано вище. Індикатор видає однотональний переривчастий
сигнал (більше низької частоти f1), тому що транзистор VT2 поки закритий і
не впливає на VT3. Якщо температура продовжує збільшуватися, що,
відповідно, при водить до подальшого росту струму в ланцюзі датчика
температури, то напруга зсуву між базою й емитером транзистора VT2
досягає ще одного (другого) заданого порога, і він відкривається, а ланцюг
його колектора виключає VT3. Звуковий сигнал стає двохтональним -
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 38
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

додається більш висока частота f2. Таким чином, індикатор перегріву
сигналізує про перевищення другого порога температури.
Слід зазначити, що регулюванням частоти f2 до одержання резонансу
пьезовипромінювача BF можна значно підвищити гучність звуку при
досягненні більше високої (і небезпечної) температури.
Нижня межа спрацьовування індикатора перегріву (перший поріг
температури) встановлюється резистором R1, а верхній (другий поріг) -
резистором R3.
Застосування в якості термочутливого елемента терморезистора типу
ММТ1 має свої переваги й недоліки. Однак у даній схемі, при такому
включенні термозалежний ланцюг потребує стабільну напругу живлення.
1.3 Термостабілізатор для термокамери
Даний пристрій був виготовлений для технологічного тренування
блоків радіоапаратури на виробництві. Воно виконано у вигляді приставки до
термошкафу й дозволяє вимірювати й автоматично підтримувати необхідну
позитивну температуру з точністю не гірше 0,5°С. Дискретність індикації
температури 1 °С. Ця схема термостабілизатора може знайти застосування й
у домашніх умовах.
Потрібна температура встановлюється за допомогою двох
перемикачів у діапазоні від 40 до 85°С (з дискретністю 5°С). Діапазон і
дискретність можна при виготовленні легко змінити.
Роботу пристрою пояснює структурна схема, показана на рис. 1.19.
Датчиком температури служить терморезистор R3, розміщений у
термокамері. Напруга, що знімається з термодатчика, підсилюється
мікросхемою DA1 і надходить на прецизійний перетворювач напруга-частота
(U->f), зібраний на здвоєному операційному підсилювачі DA2, рис. 1.20.
На виході DA2/10 повинні бути двополярні імпульси, форма яких
показана на рис. 1.21. Ланцюг з елементів VD3-R13-R14 забезпечує
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 39
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

проходження на селектор тільки позитивних імпульсів, а також зменшує
їхню амплітуду до рівня, необхідного логічним мікросхемам (мікросхема
564ЛН2 допускає перевищення вхідної напруги над живильною).
Селектор, рис. 1.22, зібраний на цифрових мікросхемах DD1, DD2 і
DD3.1, формує інтервал, протягом якого імпульси надходять на лічильники
DD5...DD7.

Рисунок 1.19 - Структурна схема термостабілізатора.

Тривалість інтервалу залежить від частоти автогенератора, зібраного
на елементах DD1.1-D1.2. Пристрій настроюється так, щоб число імпульсів,
що приходять за фіксований інтервал часу, відповідало вимірюваній
температурі й мінялося пропорційно її зміні (наприклад, температурі 50°С
відповідає 500 імпульсів, тобто одному градусу — 10 імпульсів).
Виміряна температура показується двома світлодіодними
семисегментними індикаторами HL1, HL2. При бажанні схему можна
доповнити третім розрядом для індикації десятих доль градуса, але для
практичного застосування пристрою звичайно це не потрібно.
Частота вимірів температури залежить від ємності С2 і номінала
резистора R4. Як тільки конденсатор С2 зарядиться - транзистор VT1
відкривається й обнуляє тригери DD2.1 - DD2.2.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 40
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.20 - Перетворювач напруга-частота.

На час виміру температури індикатори HL1 і HL2 гасяться подачею
рівня лог. "0" на входи 4 дешифраторів 514ИД2. Цей же сигнал надходить на
DD3/12 і відключає семистор VS1.
Режим термостабілізації здійснюється за рахунок роботи схеми
порівняння, зібраної на мікросхемах DD12, DD13, рис. 1.37. Сигнали з
виходів лічильників DD6 і DD7 надходять на дешифратори DD10 і DD11, що
перетворять двійковий код у десятковий.

Рисунок 1.21 - Форма напруги на виводі DA2/10.

Необхідна температура задається за допомогою перемикачів SA1 і
SA2. Схема збігу на елементах DD12, DD13 забезпечує відключення
нагрівачів, як тільки код з виходів дешифраторів досягне або перевищить
значення, установлені перемикачами.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 41
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 1.22 - Схема селектора імпульсів із блоком індикації.

Використання як силового комутатора оптоелектронного симистора
дозволяє забезпечити гарну розв'язку схеми керування від мережі.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 42
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рис 1.23 Схема керування комутатором.

У процесі виходу термокамери на заданий режим через інерційність
системи температура в камері може мінятися, як це показано на рис. 1.24. У
сталому режимі точність підтримки температури буде не гірше 0,5°С.

Рисунок 1.24 - Процес виходу на режим термостабілізації.

Схема також передбачає дистанційне керування вимиканням
нагрівача (рівнем лог. "0") від зовнішнього часозадаючого таймера, що
підключається через з'єднувач Х1 (від нього ж таймер може й живитися).
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 43
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Джерело живлення для схеми термо стабілізатора показане на рис.
1.25.

Рисунок 1.25 - Схема джерела живлення.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 44
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Згідно технічного завдання в даному дипломному проекті необхідно
розробити систему контролю мікроклімату окремого приміщення.
Система контролю мікроклімату окремого приміщення повинна
виконувати наступні функції:
- вимірювати температуру та відносну вологість окремого
приміщення;
- передавати заміряні дані на віддалений пункт керування
мікрокліматом через лінію Ethernet;
- проводити вмикання / вимикання вентилятора, зрошувача, нагрівача
згідно команд керування прийнятих з віддаленого пункту керування
мікрокліматом через лінію Ethernet;
- керування системою повинно проводитись з віддаленого пункту
керування мікрокліматом через лінію Ethernet, наприклад з персонального
комп'ютера;
- потрібний режим роботи повинен вибиратися відповідно до типу
приміщення, що контролюється, з пункту керування;
- функція автоматичного вимкнення;
Технічні дані :
- Температура зберігання -40 ... +85 ° C ;
- Робоча температура -20 ... +50 ° C ;
Датчик температури:
- Діапазон вимірювань -10 ... +60 ° C;
- Похибка ± 0,5 ° C ;
- Дозвіл 0,1 ° C ;
Датчик вологості:
- Діапазон вимірювань 0 ... +100% відносної вологості;
- Похибка ± 2,5% відносної вологості (+5...+95% відносної вологості) ;
- Дозвіл 0,1% відносної вологості.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 45
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

3. ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ
СХЕМИ
На основі технічного завдання на розробку пристрою для контролю
мікроклімату в приміщенні, було розроблено структурну схему пристрою,
яку зображено на рис. 3.1.
Основу пристрою становить мікроконтролер. Він обробляє
інформацію з датчиків температури та вологи, проводить попередні
розрахунки, передає необхідні дані в автоматичному режимі на силові
пристрої, або режимі по запросу на базову станцію по лінії Ethernet.
Так як пристрій може працювати з різноманітними датчиками
температури та вологи, які мають свої, властиві тільки їм, електричні
параметри, пристрій завдяки мікроконтролеру дає змогу найбільш гнучко
пристосовуватись до таких змін. Одночасно з цим програма мікроконтролера
написана таким чином, що дає змогу заносити калібровочну інформацію для
датчика, що дозволяє підвищити точність вимірювань.
Мікроконтролер керує також силовою частиною пристрою.
Інтерфейс датчика температури містить фільтруючі, підсилюючі
ланцюги, та схему вибору коефіцієнту підсилення вхідного каскаду. Завдяки
схемі вибору коефіцієнту підсилення з’явилась можливість найбільш
широкого вибору датчиків температури з різноманітними напругами
сигналів.
Інтерфейс датчика вологи побудований за схемою рекомендованою
фірмою MELA та представляє собою генератор з частотами генерації 54…47
кГц.
В якості датчиків вологості було вибрано вологочутливі елементи
MELA що працюють відповідно до ємнісного вимірювального принципу.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 46
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Вологозалежний конденсатор складається із системи шарів, що
включає в себе основу - керамічний субстрат, систему електродів, шар
золота, що проникний для парів води й гігроскопічний полімер.
Ємність цього конденсатора є міра відносної вологості
навколишнього середовища.
Переваги таких вологочутливих елементів:
- практично лінійна зміна характеристик;
- відмінна динаміка;
- гігростабільність;
- можливість використання усередині всього спектру вологості.
Вологочутливі елементи MELA можуть використовуватися усередині
всього спектра вимірюваної вологості від 0...100% RH*. Гігростабільність
даних чутливих елементів забезпечує їхня стійкість до роси, що
конденсується на їхній поверхні й не викликає яких-небудь ушкоджень
елементів. Однак, доти, поки на елемент перебуває в воді, крива його
показань не лінійна. Правильні показання можна отримувати тільки після
того, як вода повністю висохне.
У тривалому робочому циклі, елементи можуть використовуватися аж
до рівня абсолютної вологості, що відповідає температурі крапки роси 60 оС.
Протягом нетривалого часу ці елементи можна використовувати до
температури точки роси, рівних 90 оС.
Мікросхеми логічного рівня Ethernet перетворюють інформацію що
надходить від мікроконтролера в інформаційні пакети Ethernet, і виконують
також зворотні перетворення. розпаковуючи пакети лінії Ethernet.
Фізичний рівень Ethernet містить схему фізичного узгодження
сигналів ліній Ethernet.
Схема силового керування виконуючими пристроями дозволяє
включать та виключати апаратуру для підтримки мікроклімату в приміщенні:
вентилятор, зрошувач та нагрівач.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 47
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 48
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

²íòåðôåéñ
Ââ³ìêíåííÿ âåíòèëÿòîðà
äà÷ò÷èêà Ñèëîâå
òåìïåðàòóðè Êîíòðîëëåð êåðóâàííÿ Ââ³ìêíåííÿ çðîøóâà÷à
âèêîíóþ÷èìè
Ââ³ìêíåííÿ íàãð³âà÷à
ïðèñòðîÿìè
²íòåðôåéñ
äà÷ò÷èêà
âîëîãè
Ëîã³÷íèé ð³âåíü Ô³çè÷íèé ð³âåíü Ë³í³ÿ
Ethernet Ethernet Ethernet
+5Â
+12Â Áëîê
æèâëåííÿ +3,3Â

Рисунок 3.1 - Структурна схема пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні.

4. РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ
СХЕМИ
Проведемо розробку схеми електричної принципової пристрою для
системи контролю мікроклімату в приміщенні.
Схема електрична принципова побудована на мікроконтролері
ATMega128 фірми Atmel, що має достатню економічність та
високопродуктивне ядро для забезпечення роботи пристрою.
На елементах Z2, C11, C12 – побудована схеми кварцового
генератора для тактування мікроконтролера.
Мікросхема DD1–логічна інтегральна схема 74AC574 - 8-розрядний D-
тригер з трьома станами на виходах.
Мікросхема DD2 з елементами обв'язки - мікросхема W3100A
реалізує логічну частину стек протоколу, який забезпечує легке, дешеве
рішення для швидкісного Інтернет-зв’язку для цифрових пристроїв, і
дозволяє просту установку стека TCP/IP в технічних засобах.
Фізичний рівень Ethernet мікросхема DD3 RTL8201BL містить схему
фізичного узгодження сигналів ліній Ethernet.
Блок живлення забезпечує необхідні напруги живлення для всіх
елементів пристрою. Мікросхема DА2, DA3 – стабілізатори фіксованої
напруги 7805 призначені для вторинних джерел живлення. Перетворювач
напруги DA4 забезпечує необхідну напругу для живлення різних блоків
пристрою, і побудований на досить економічній і малогабаритній імпульсній
схемі.
Інтерфейси датчиків температури та вологи (DA1, VT1, VT2 з
елементами обв'язки) містять підсилюючі ланцюги, та схему вибору
коефіцієнту підсилення вхідного каскаду. Завдяки схемі вибору коефіцієнту
підсилення з’явилась можливість найбільш широкого вибору датчиків з
різноманітними напругами сигналів.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 49
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 50
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

R17
06 07
1 R7 IN - OUT
+U Term 05 R31
IN +
224 +5V GND +5V
C4 R19 R41 1
C9 R15 DA1:2 VT2 K1:2 Rele1 NC
5
1 K1:1
26 R36 1
R2 R12 3 Rele1 NO
VT1 VT3
4
2 1
R20 Rele1 COM
02 01 GND
IN - OUT R29
03
IN +
1 224 GND +5V
GND Term 13 14
IN - OUT R32 R42
DA1:1 12 2 1
IN + R30 25 K2:2 Rele2 NC
224 1 3 1 K2:1 5GND R37
24 27 1
DA1:4 VT4 3 Rele2 NO
C26
4
1 2 1
R3 R14 R18 1 Влажность Rele2 COM
16
R28 R33
17 R8
C12
C15
18 R4 1 GND +5V
2 Влажность
GND R43
19 R9 R13 R16 1
K3:2 Rele3 NC
1 K3:1 5R38
20 R5 28 1
VT5 3 Rele3 NO
21 R10 09 08 4
IN - OUT 2 1
10 Rele3 COM
IN +
R6 22422
R11 DA1:3
23
GND
+3.3V
HL1 HL3
14 G 08 R45 R47
+3.3V Vcc OUT
C5 C18 JCO8 1 R44
07
GND R40 HL2 HL4
GND Z2 R46 R48
Z1
C6
04 49 46 09 5 4 3 2 HL5
GND CLOCK TXD0 X1 PHY PHYAD0/LED0 R49
33 50 R26 47 10
EXT_CLK TXD1 X2 PHYAD1/LED11 02 51 GND RTL 12
D0 RG W3100A TXD2 PHYAD2/LED2
24 51 1 2 03 19 21 52 R25 25 8201BL 13
XTAL1 PA0/AD0 D1 574 Q0 A0 WIZnet TXD3 MDC PHYAD3/LED3
23 CPU 50 2 3 04 18 20 53 +3.3V 26 15
XTAL2 PA1/AD1 D2 Q1 A1 TXE MDIO PHYAD4/LED4
49 3 4 05 17 19 55 06
mega PA2/AD2 D3 Q2 A2 TX_CLK TXD0
16 10 48 4 5 06 16 18 05 34 TD+ 1
PBO/SS 128 PA3/AD3 D4 Q3 A3 TXD1 TPTX+17 11 47 5 6 07 15 17 40 04 33
18 PB1/SCK PA4/AD4 D5 Q4 A4 RXD0 TXD2 TPTX-
12 46 6 7 08 14 16 41 03 TD- 2
PB2/MOSI PA5/AD5 D6 Q5 A5 RXD1 TXD319 13 45 7 8 09 13 15 42 07 31
PB3/MISO PA6/AD6 D7 Q6 A6 RXD2 TXC TPRX+20 14 44 8 12 14 43 02 30 RCT 3
21 PB4/OC0 PA7/AD7 Q7 A7 RXD3 TXEN TPRX-
15 11 9 11 44 22
22 PB5/OC1A 9 C 10 A8/DA0 RXDV/CRS RXDV R39
16 35 10 46 21 28 RD+ 4
23 PB6/OC1B PC0/A8 A9/DA1 RX_CLK RXD0 RTSET GND
17 36 10 01 11 09 48 20 43
PB7/OC2/OC1C PC1/A9 11 EZ 12 A10/DA2 COL RXD1 ISOLATE R34
37 DD1 08 19 40 RD- 5
PC2/A10 12 13 A11/DA3 RXD2 RPRT
25 38 07 36 18 39
PD0/SCL/INT0 PC3/A11 GND13 14 A12/DA4 LINK RXD3 SPEED
26 39 06 35 16 38
PD1/SDA/INT1 PC4/A12 14 15 A13/DA5 SERIAL RXC DUPLEX R35 C32
27 40 05 34 01 37
PD2/RXD1/INT2 PC5/A13 A14/DA6 FDPLX COL ANE +3.3V
28 41 15 23 41
PD3/TXD1/INT3 PC6/A14 R27 CRS LDPS
28 29 42 1 32 56 24 44
PD4/IC1 PC7/A15 D0 MODE0 GND RXER/FXEN MII/SNIB/RTT3
27 30 2 31 47 42
PD5/XCK1 D1 MODE1 RESETB GND
26 31 02 3 30 28 R21 27
25 PD6/T1 PE0/RXD0/PD1 4 D2 MODE2 NC L2
32 03 29 32
PD7/T2 PE1/TXD0/PD0 PWFBOUT
04 5
D3
27 02 14 08 C29 C30 C31
24 PE2/XCK0/AIN0 6 D4 Vcc +3.3V DVDD33 PWFBIN
61 05 26 12 48
PF0/ADC0 PE3/OC3A/AIN1 D5 Vcc +3.3V DVDD33
60 06 7 25 22 C25 C27 11 36
PF1/ADC1 PE4/OC3B/INT4 D6 Vcc DGND AVDD33
59 07 8 24 38 +3.3V SA1:1 17 29
PF2/ADC2 PE5/OC3C/INT5 D7 Vcc R22 DGND AGND L1
58 08 39 1 8 45 35
PF3/ADC3 PE6/T3/INT6 Vcc DGND AGND +3.3V
57 09 61 58 DD3 C28
PF4/ADC4/TCK PE7/IC3/INT7 INT Vcc C23 C24
56 64 SA1:2
PF5/ADC5/TMS CS R23
55 33 62 03 2 7 GND
PF6/ADC6/TDO PG0/WR WR GND
54 34 63 13
PF7/ADC7/TDI PG1/RD RD GND
43 23 SA1:3
PG2/ALE GND R24
01 18 59 37 3 6
PEN TOSC2/PG3 SCL GND
19 60 45
TOSC1/PG4 SDA GND
54
R1 GND GND
20 62 01 57
+5V RES AREF RESET GND
64 DD2
AVcc
C1 63
GND GND
22 21
GND Vcc +5V
53 52
GND Vcc C10
A1
GND
VD1
1 +12V 1 3
IN *STU OUT +5V
C2 C7 C13 7805 C16 C19 C21
2
GND
DA3
2 GND
GND
1 3 3 2
IN *STU OUT IN *STU OUT +3.3V
4
C3 C8 7805 C11 C14 LD1117 C17 C20 C22
2 1
GND GND
DA2 DA4
GND

Рисунок 4.1- Принципова схема пристрою для контролю мікроклімату в приміщенні.

Датчики під’єднується до мікроконтролера за допомогою аналого-
цифрового перетворювача.
Схема силового керування виконуючими пристроями дозволяє
включати та виключати насос, заслонки поливу, заслонки зволожувача.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 51
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

5. РОЗРАХУНОК ТА АНАЛІЗ ОСНОВНИХ
ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ
5.1 Опис мікросхеми W3100A
Мікросхема W3100A реалізує логічну частину стек протоколу, який
забезпечує легке, дешеве рішення для швидкісного Інтернет-зв'язку для
цифрових пристроїв, і дозволяє просту установку стека TCP/IP в технічних
засобах[15].
W3100A пропонує системним проектувальникам, швидких та легкий
шлях під'єднання до мережі Ethernet будь-якого продукту. Логічна частин,
яку виконує мікросхема цілком обробляє всі стандартні протоколи Інтернет
і таким чином значно, скорочує час розробки програмного забезпечення.
W3100A містить TCP/IP стеки протоколів TCP, UDP, IP, ARP і
протоколу ICMP, і реалізує протоколи Ethernet-у контролю каналу зв'язку
(Data Link Control) і протокол MAC.
W3100A пропонує програмний інтерфейс роботи з вікнами запису та
читання інформації і для зв’язку з контролером використовує інтерфейс
шини I2C і протокол роботи з паралельною пам’яттю а для зв’язку з
мікросхемою фізичного рівня підтримує стандартний MII який зв'язує різні
шари протоколу Ethernet.
Структурна схема мікросхеми зображена на рис 5.1.
Мікросхема містить:
MCU Interface – інтерфейс зв’язку з мікроконтролерам;
Protocol Engine – апаратне ядро реалізації протоколів;
MII Interface – інтерфейс зв’язку з мікросхемою фізичного рівня;
DPRAM – внутрішній запам’ятовуючий пристрій мікросхеми для
зберігання прийнятої декодованої інформації та інформації на передачу.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 52
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 5.1 - Структурна схема мікросхеми W3100A.
Підключення мікросхеми W3100A в паралельному режимі роботи як
мікросхеми пам’яті зображене на рис 5.2:

Рисунок 5.2 - Підключення мікросхеми W3100A в паралельному режимі
роботи як мікросхеми пам’яті.

Особливості мікросхеми:
- Робота на фізичному рівні без втручання мікроконтролера з
протоколами Internet TCP, IP Ver.4, UDP, ICMP, ARP.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 53
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Робота на фізичному рівні без втручання мікроконтролера з
протоколами Ethernet DLC і MAC.
- Підтримує до 4-х незалежні зв'язків одночасно.
- Внутрішня ICMP відповідь на команду PING.
- Протокол зв’язку з швидкою обробкою обробки: дуплексний 4~5
Mbps.
- Стандартний MII інтерфейс для мікросхеми фізичного рівня.
- Підтримка програмного інтерфейсу (Socket API) для легкого
прикладного програмування.
- Підтримка повнодуплексного режиму.
- Внутрішній 16Kb подвійний двопортовий SRAM для буфера даних.
- 0.35 µm технологія CMOS.
- Робоча напруга 3.3V внутрішня, 5V «еквівалентний» 3.3V напруга
живлення входів/виходів.
- Малогабаритний 64 вивідний корпус LQFP.
5.2 Опис мікросхеми RTL8201BL
Realtek RTL8201BL - швидкий фізичний рівень (Ethernet Phyceiver) з
MII або SNI інтерфейсом зв’язку з MAC мікросхемою.
Він забезпечує наступні особливості:
- Підтримує MII/7-лінійний SNI (Serial Network Interface -
Послідовний мережний інтерфейс) інтерфейс.
- Підтримка 10/100Mbps швидкість.
- Підтримує half/full спарену роботу.
- Підтримка крученої пари або коаксіальної передачі
- сумісність з IEEE 802.3/802.3u
- Підтримує IEEE 802.3u з 28 пропозиціями зв’язку.
- Підтримка сплячого режиму.
- Підтримка зв'язку в режимі з пониженим енергозберіганням.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 54
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Підтримує компенсацію (BLW) базової лінії .
- Підтримує метод повторювача.
- Регульовані вибір Speed/duplex/auto
- 3.3В дія з толерантністю до 5В вхідного-вихідного сигналу.
- низьке енергетичне споживання і потреба в єдиному 3.3В живлення.
- Адаптивне порівняння.
- 25MHz кристал/осцилятор для тактового генератора.
- Показ багато поточного стану системи.
- Підтримка багато поточної роботи з MAC (MDC/MDIO) пристроєм.
- 48вивідний корпус LQFP
Структурна схема мікросхеми RTL8201BL зображена на рис 5.3.
Мікросхема містить:
- 10/100 half/full Switch Logic – вхідна логіка мікросхеми;
- 5B -> 4B Decoder – декодер напруги;
- 5B -> 4B Encoder – енкодер напруги;
- Data Alignment – дані для вирівнювання;
- Descrambler – дескремблер;
- Scrambler – скрамблер;
- 10/100M Auto-negotiation Control Logic – логіка автоматичного
зв’язку.
- Manchester coded waveform – генератор коду Manchester-а;
- 10M Output waveform shaping – формувач напруги на лінію 10М;
- Data Recovery -

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 55
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 5.3 - Структурна схема мікросхеми RTL8201BL.

5.3 Опис мікроконтролера ATmega128
5.3.1 Характеристики мікроконтролера
Мікроконтролер ATmega128 – є малопотужним 8-розрядним
мікроконтролером, що побудований на високоефективній RISC архітектурі.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 56
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Мікроконтролер містить 8 Кбайт Flash ПЗП програм, а це дає можливість
внутрішньосистемного перепрограмування, де завантаження здійснюється
через SPI послідовний канал. При цьому можливі до 1000 циклів
стирання/запису[16].
Вказаний мікроконтролер має ряд особливостей:
1) 8-розрядний AVR-мікроконтролер є достаньо
високопродуктивним, при невеликому споживанню потужності;
2) Розглянемо RISC-архітектуру, яка є досить розвинута:
- 133 інструкцій, більшість з яких виконуються за один машинний цикл;
- регістрів загального призначення кількістю 32 шт, з 8-бітовою
розрядністю + регістри керування вбудованою периферією;
- Відмітимо статичний вид роботи;
- Достатньо висока продуктивність, яка при тактовій частоті 16 Мгц
досягає до 16 млн. операцій у секунду ;
- Для виконання множення присутній вбудований пристрій. Дана
операція виконується за 2 машинних цикли.
3) Наявність енергонезалежної пам'яті, яка використовується для
збереження програм і даних.
- об’єм внутрішньосистемної перепрограмувальної флеш-пам’яті 128
кбайт. Дана пам'ять має зносостійкість: 1000 циклів запис/стирання;
- присутній опціональний завантажувальний сектор з окремим
програмувальним захистом;
- вбудованою завантажувальною програмою здійснюється
внутрішньосистемне програмування;
- Дана пам'ять має двухопераційність, тобто можливість зчитування
інформації під час запису;
- зносостійкість 4 кбайт ЕСППЗУ: 100000 циклів запис/стирання;
- Наявність вбудованого статичного ОЗП ємністю 4 кбайт;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 57
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- можливість адресації зовнішньої пам'яті, яка має розмір до 64 кбайт
досить опціональна;
- код програми має програмувальний захист;
- наявність інтерфейсу SPI для внутрішньосистемного програмування.
4) Інтерфейс JTAG (сумісність зі стандартом IEEE 1149.1):
- можливість граничного сканування у відповідності зі стандартом
JTAG;
- достатньо розширена підтримка функцій будованого налагодження;
- можливість програмування флеш-пам’яті, ЕСППЗП, біт конфігурації і
захисту через інтерфейс JTAG.
5) Відмінні риси периферійних пристроїв:
- вміщує два 8-разр. таймера-лічильника з роздільними преддільниками
і режимами порівняння;
- Наявність двох розширених 16-разр. таймерів-лічильників, що мають
окремі переддільники, режими порівняння і режими захоплення;
- Вбудовано також лічильник реального часу з окремим генератором;
- Має два 8-разр. каналів ШІМ;
- 6 каналів ШІМ із програмувальною розрізувальною здатністю від 2 до
16 розрядів;
- модулятор виходів порівняння;
- 8 мультиплексованих каналів 10-розрядного аналогово-цифрового
перетворення;
 Можливо задіяти 8 несиметричних каналів;
 Пропонується 7 диференціальних каналів;
 Вбудовано 2 диференціальних канали з вибірковим підсиленням з 1x,
10x і 200x;
- В наявності двухпровідний послідовний інтерфейс, за допомогою
якого здійснюється передача даних у побайтному форматі;
- два канали програмувальних послідовних УСАПП;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 58
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- послідовний інтерфейс SPI підтримує режим ведучий/підлеглий;
- пропонується для використання програмувальний сторожовий таймер
з вбудованим генератором;
- Також вбудовано аналоговий компаратор.
6) Розглянемо спеціальні можливості мікроконтролера:
- можливе скидання при подачі живлення і програмована схема
скидання при зниженні напруги живлення;
- вбудований калібрований RC-генератор;
- є в наявності зовнішні і внутрішні джерела переривань;
- Пропонується шість режимів зниження енергоспоживання: зменшення
шумів АЦП холостий хід (Idle), вимикання (Power-down) , економічний
(Power-save), , черговий (Standby) і розширений черговий (Extended
Standby);
- програмний вибір тактової частоти;
- для перекладу в режим сумісності з ATmega103 в наявності
конфігураційний біт;
- здійснюється загальне вимикання резисторів, що під’єднуються до
живлення, на всіх лініях портів введення-виведення;
- в наявності 53 –програмувальні лінії введення-виведення;
- корпус TQFP має 64 виводи.
Пропонуються наступні робочі напруги:
– 2.7 - 5.5В для ATmega128L;
– 4.5 - 5.5В для ATmega128.
Розглянемо градації за швидкодією:
– 0 - 8 Мгц для ATmega128L;
– 0 - 16 Мгц для ATmega128.
Перейдемо до опису структурної схеми мікроконтролера, що
зображена на рис 5.4:
Проведемо опис виводів мікроконтролера:
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 59
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Рисунок 5.4 - Структурна схема мікроконтролера ATmega128.

- VCC – використовується для підведення напруги живлення цифрових
елементів.
- GND - Загальний (земля).
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 60
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Порт A (PA7..PA0) - Порт A – 8-разр. Порт, який використовується
двухнаправленого введення-виведення з внутрішніми резисторами,
що під’єднуються до плюса джерела живлення, (вибір здійснюється
роздільно для кожного розряду). Вихідні буфери порту A в свою
чергу мають симетричну вихідну характеристику з однаковими
струмами, що втікають і витікають. Якщо розглянути режим
введення, лінії порту А будуть діяти як джерело струму, за умови, що
зовні діє низький рівень і включені резистори, що під’єднуються до
плюса джерела живлення. Крім того, вводи порту A знаходяться в
третьому (високоімпедансному) стані при виконанні умови скидання,
навіть при відсутності включення синхронізації. Порту А також
присутні деякі спеціальні функції мікроконтролера ATmega128.
- Порт В (PВ7..PВ0) Порт B – 8-разрядний порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що під’єднуються до
плюса живлення, (вибираються роздільно для кожного розряду).
Вихідні буфери порту В мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні, лінії
порта B будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький
рівень і включені резистори, що під’єднані до плюса.
- Порт C (PC7..PC0) Порт C – 8-разрядний порт двонаправленого
введення-виведення з внутрішніми резисторами, що під’єднують до
плюса, (вибираються роздільно для кожного розряду). Вихідні
буфери порту C мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні, лінії
порту C будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький
рівень і включені резистори, що що під’єднані до плюса. У режимі
сумісності з ATmega103 порт C діє тільки на вивід, а при виконанні
умови скидання у ліній порту C відсутній перехід у третій стан.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 61
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- Порт D (PD7..PD0) Порт D – 8-разр. порт двонаправленого введення-
виведення з внутрішніми резисторами, що що під’єднані до плюса (їх
потрібно вибирати роздільно для кожного розряду). Крім того,
вихідні буфери порту D мають симетричну вихідну характеристику з
однаковими струмами що втікають і витікають. При введенні, лінії
порту D будуть діяти як джерело струму, якщо зовні діє низький
рівень і включені резистори, що під’єднанні до плюса.
- Порт E (PE7..PE0) Порт E – 8-разр. порт двонаправленого введення-
виведення з внутрішніми резисторами, що під’єднані до плюса (вибір
здійснюється роздільно для кожного розряду). Вихідні буфери порту
E мають симетричну вихідну характеристику з однаковими струмами
що втікають і витікають. При введенні, лінії порту E будуть діяти як
джерело струму, якщо зовні діє низький рівень і включені резистори,
що під’єднанні до плюса.
- Порт F (PF7..PF0) Порт F діє як аналоговий вхід аналогово-
цифрового перетворювача. Порт F також може використовуватися як
8-разр. порт двонаправленого введення-виведення, якщо АЦП не
використовується. Кожна лінія порту може бути підключена
вбудованого резистора, що під’єднанний до плюса(вибирається
роздільно для кожного біта). Вихідні буфери порту F мають
симетричну вихідну характеристику з однаковими струмами що
втікають і витікають. При введенні, лінії порту F будуть діяти як
джерело струму, якщо зовні діє низький рівень і включені резистори,
що під’єднані до плюса. За умови активації інтерфейсу JTAG,
резистори, що під’єднанні до плюса, на лініях PF7(TDI), PF5(TMS) і
PF4(TCK) будуть підключені, навіть якщо виконується скидання.
Вивід TDO знаходиться в третьому стані, якщо не введений стан
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 62
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

TAP, при якому зсовуються виведені дані. Порту F також характерно
виконання функцій інтерфейсу JTAG. Якщо включено режим
сумісності з ATmega103 порт F буде діяти тільки на введення.
- Порт G (PG4..PG0) Порт G – 5-разр. порт двонаправленого введення-
виведення з внутрішніми резисторами, що під’єднані до плюса
(роздільний вибір для кожного розряду). Вихідні буфери порту G
мають симетричну вихідну характеристику з однаковими
витікаючими і стікаючими струмами. Якщо розглядати режим
виведення, лінії порту G будуть діяти як джерело струму, за умови дії
зовні низького рівня і включені резистори, що під’єднані до плюса. У
режимі сумісності з ATmega103 дані виводи можна застосовувати як
стробуючі сигнали інтерфейсу зовнішньої пам'яті, а також як вхід
генератора на 32 кГц, а якщо задіяно режим скидання, вони
асинхронно будуть приймати наступні стани: PG0 = 1, PG1 = 1 і PG2
= 0, навіть якщо синхронізація не запущена. PG3 і PG4 – виводи
генератора.
- RESET - вхід скидання. Якщо на цей вхід податити низький рівень
сигналу, тривалістю більшою ніж мінімально необхідною, то в
результаті буде генероване скидання, незалежно від роботи
синхронізації. Якщо тривалість дії імпульсу буде меншої тривалості,
це не гарантує генерацію скидання.
- XTAL1 інвертуючий вхід підсилювача генератора, а також він
виконує роль входу зовнішньої синхронізації.
- XTAL2 інвертуючий вихід підсилювача генератора.
- AVCC вхід живлення порту F і аналогово-цифрового перетворювача.
Він повинний бути зв'язаний через зовнішній ланцюг з VCC, навіть
якщо АЦП не використовується. За умови використання АЦП цей
вивід зв'язаний з VCC через зовнішний ланцюг, в якості якого
застосовується фільтр фільтр низьких частот;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 63
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

- AREF цей вхід застосовується для підключення джерела опорної
напруги АЦП.
- PEN даний вхід дозволяє здійснювати програмування для режиму
послідовного програмування через інтерфейс SPI. Якщо за умови
скидання при подачі живлення на цей вхід подати низький рівень, то
це приведе до переходу мікроконтролера в режим послідовного
програмування через SPI. Під час робочого режиму вихід PEN не
задіяний.

Рисунок 5.5 - Розташування контактів в корпусі.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 64
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Для проектування мікроконтролер ATmega128 підтримується повним
набором програмних і апаратних засобів, у т.ч.: СІ-компілятори,
макроассемблери, програмні налагожувачі/симулятори, внутрішньосистемні
емулятори й оцінні набори.
Розглянемо режим підключення чіп-генератора до мікроконтролера.
Схема синхронізації зображено на рис. 5.6. Крім того може бути
використаний кристал кварцу чи керамічний резонатор.

Рисунок 5.6 - Схема синхронізації.
5.3.2 Елементи роботи мікроконтролера

Рисунок 5.7 - Функціональна схема архітектури AVR.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 65
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Для того, щоб досягти максимальної продуктивності і здійснювати
паралельне опрацювання даних, AVR-мікроконтролерах застосовується
Гарвардська архітектура з роздільними пам'яттю і шинами програм і даних.
Команди в пам'яті програм виконуються з однорівневою конвеєризацією. Під
час процесу виконання однієї інструкції, наступна інструкція попередньо
зчитується з пам'яті програм. Даний підхід дозволяє виконувати одну
інструкцію за один машинний цикл. Як було сказано вище, пам'ять програм в
такому мікроконтролері представляє собою внутрішньосистемно
програмувальну флеш-пам’ять.
Однотактність роботи арифметико-логічного пристрою (АЛП)
досягається завдяки регістровому файлу зі швидким доступом, що містить 32
8-разр. робочих регістрів загального призначення з однотактним циклом
доступу. За умови звичайної роботи в АЛП з регістрового файлу спочатку
завантажується два операнда, потім виконується операція. Результат
відправляється назад у регістровий файл. Вказані операції здійснюються за
один машинний цикл.
Якщо розглянути процес генерації переривання та виклику
підпрограм, то відповідна адреса повернення з програмного лічильника
записується в стек. А так як стекова пам'ять ефективно розподілена у
статичному ОЗП пам'яті даних, відповідно, розмір стека буде обмежений
загальним розміром статичного ОЗП.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 66
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

6. ОХОРОНА ПРАЦІ

6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають на робочих
місцях при монтажі і збірці вузлів на виробничій ділянці

В даній роботі розробляється пристрій для контролю мікроклімату в
приміщенні. Одним з вузлів приладу є друкована плата. З метою виявлення
резервів зростання продуктивності праці в сучасному виробництві все
зростаюче значення придбаває упровадження наукової організацій праці,
розробку раціональної організації робочих місць, а також своєчасного і
якісного їх обслуговування.
Найшкідливішим виробництвом при збірці і виготовленні пристрою,
що розробляється, є процес виготовлення і монтажу друкованої плати. При
виготовленні друкованої плати проводиться механічна обробка складних
пластиків (різання, пробиття отворів).
Обробляючи складні пластики, необхідно дотримуватись правил
техніки безпеки при холодній обробці матеріалів. Важливим чинником, який
погіршує умови праці в механічних цехах, є шум, який випромінюється
працюючим устаткуванням. Відповідно ДСН 3.3.6.042-99 допустимий рівень
шуму в приміщенні цеху, де відбувається збірка, монтаж, повинен складати
80 дБА.
При роботі обладнання, зокрема розпиловочних верстатів, рівень шуму
досягає 95-100 дБА. Тому працівники, які працюють з цим обладнанням,
використовують засоби індивідуального захисту від шуму: антифони та
«беруші». Інше обладнання випромінює шум не більше ніж 70-75 дБА.
Хімічне очищення плати проводиться розчинами фосфатів, натрієвої
соди і іншими. При постійній роботі з розчинами, можливі різні хронічні
захворювання шкіри. Дуже небезпечне попадання на шкіру навіть малої
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 67
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

кількості лугу. Для захисту відкритих ділянок шкіри використовується
спецодяг, відповідно ДСТУ EN ISO 13688:2016 «Одяг захисний. Загальні
вимоги».
В процесі хімічного мідніння, застосовуються шкідливі речовини:
сірчана, соляна, азотна кислоти, хлорна мідь, хлористий паладій,
трихлоетилен. Тому необхідно дотримуватись вимог правил безпеки. Для
витравляння міді з проміжних ділянок використовуються ряд травників:
хлорне залізо, персульфат амонію, хлорна мідь, сплав «Розі», хромовий
ангідрид з сірчаною кислотою. До роботи з цими травниками допускаються
особи, навчені безпечним прийомам роботи і які пройшли інструктаж на
робочих місцях з роботи зі шкідливими і отруйними речовинами.
Роботу з травниками слід проводити відповідно до ДСТУ EN ISO
13688:2016 в спецодягу (халат, фартух, поліетиленові, бавовняні і гумові
рукавички Тип КР) і захисних окулярах відповідно до ДСТУ 7239:2011.
Одним з найшкідливіших технологічних процесів є процес монтажу
друкованої плати. Він полягає в установці радіоелементів на друковану плату
і паяння паяльником або паяльною станцією. Для своєчасного видалення
диму і парів припою, шкідливих і токсичних речовин - робочі місця
обладнані витяжною вентиляцією для своєчасного їх видалення, відповідно
ДБН В.2.5.67-2013. Вентиляція побудована за принципом системи витяжної
вентиляції на кожному робочому місці з об'єднанням, потім, в загальний
вентиляційний потік. Процес паяння супроводжується забрудненням
повітряного середовища, робочих поверхонь, одягу і шкіри рук, що
працюють з свинцем. Це може привести до свинцевих отруєнь організму і
викликати зміни складу крові, нервової системи і судин. З метою
попередження отруєння свинцем, ділянки паяння обладнуються відповідно
вимог НАОП 1.4.32-2.87-81 «Паяння свинцево-олов’яними припоями.
Вимоги безпеки».
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 68
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

В приміщеннях, де проводиться паяння пропоєм, який містить
свинець, для запобігання попадання свинцю в організм не дозволяється
берегти особисті речі, приймати їжу, палити, а також стирати робочий одяг
удома. Робоче місце монтажника обладнується місцевою витяжною
вентиляцією, яка забезпечує концентрацію свинцю в робочій зоні не більше
ГДК - 0.01 мг/м3. Для запобігання опіків і забруднення свинцем шкіри рук
працюючих, їм видані серветки для видалення зайвого припою з жала
паяльника, а також пінцети для підтримки дроту, який припаюється, і для
подачі припою до місця паяння, якщо відсутня автоматична подача.
При монтажних роботах, пов'язаних з небезпекою засмічення опіку або
очей, передбачена видача працюючим окулярів по ДСТУ 7239:2011Тип ЗП.
Для захисту від окислення місць паяння застосовують флюси, каніфольно-
спиртовий, при паянні пропоями ПОС-40, хлористий цинк при паянні і при
лудінні пропоями ПОС-18.
Каніфоль дратує шкіру, може викликати сип, а хлористий цинк може
викликати сильне роздратування, пропалити шкіру і слизові оболонки.
Після паяльних робіт, виконаних вручну паяльником і для
попередження професійних захворювань необхідно після закінчення роботи
полоскати руки однопроцентним розчином оцтової кислоти, мити їх гарячою
водою з милом, прополіскувати рот, чистити зуби і приймати теплий душ.
Для знежирювання деталей застосовуються органічні або поверхнево-активні
речовини-добавки.
Для виключення впливу на оточуюче середовище застосовується ПАВ:
МЦ-10, ДТ-7 і ін. Крім того, при використанні легкозаймистих рідин (ЛЗР),
вентиляція повинна бути виконана у вибухонебезпечному виконанні, що
здорожує проект в цілому. Використання місцевої витяжної вентиляції
засновано на уловлюванні шкідливих речовин і видаленні їх безпосередньо у
джерела їх утворення. Нормативними документами визначено вимоги до
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 69
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

змісту речовин в робочій зоні і вплив їх на організм людини. Примусова
вентиляція забезпечує:
− досить ефективне відсмоктування пари і токсичних речовин;
− потік повітря не повинен порушувати комфортність роботи;
− оптимальна швидкість повітря дорівнює 1,0 м/с.
Особливе значення також має правильне улаштування робочих місць
монтажників електромонтажних схем (ЕМС), параметри яких повинні
відповідати ДСТУ 8604:2015. В механічному цеху основні параметри
робочих місць наступні:
− висота робочого місця 730 мм;
− висота сидіння стільця регулюється залежно від зросту працівників
цеху;
− кут нахилу спинки стільця регулюється у межах 0-15 град.
В результаті проведення ергономічного дослідження цеху можна
затверджувати, що параметри робочих місць монтажників ЕМС значних
відхилень від допустимих значень не мають.
Відповідно ДСН 3.3.6.042-99 «Повітря робочої зони. Загальні
санітарно-гігієнічні вимоги» робота монтажників відноситься до 1-й категорії
важкості праці, сидячи, стоячи і пов'язаних з ходьбою, але не вимагає
систематичної фізичної напруги або підняття тяжкості (енерговитрати
150кал/год). Параметри мікроклімату приміщення цеху, відповідно ДСН
3.3.6.042-99 мають наступні значення:
− температура повітря в теплий період року (середньодобова
температура зовнішнього повітря перевищує 10 градусів) складає +23 С, а в
холодний період року +21 С;
− значення вологості повітря 55%;
− значення швидкості повітря 0,2 м/с.
Фактичні значення метеорологічних чинників цеху знаходяться у
межах допустимих. Тому, можна зробити висновок, що при роботі в
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 70
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

розглянутому цеху параметри його мікроклімату відповідають нормативним
значенням.
Для захисту робітників від ураження електричним струмом, в цеху
використовуються системи заземлення. Опір ізоляції струмопровідних
частин електрообладнання - не менше 0,5 МОм. Опір системи заземлення не
перевищує 0,1 Ом, що відповідає ДСТУ Б В.2.5-82:2016. Заземлюючі затиски
відповідають нормативним вимогам. Болти і гвинти, які виконують роль
кріпильних деталей, не використовуються для заземлення. Болти заземлення
встановлюються в безпечному, зручному для підключення провідника місці і
в цьому місці встановлюється знак заземлення. Оскільки можливе
ослаблення контактів між заземлюючим провідником і болтом, то для
заземлення вживають наступних заходів:
− навкруги болта встановлюється контактний майданчик для з'єднання
заземлюючого провідника;
− майданчик захищений від корозії і не має поверхневого фарбування;
− для вибору болта і контактного майданчика враховується величина
струму замикання;
− болт для провідника, який заземляє, виконаний з металу, стійкого до
корозії або покритий металом, який оберігає його від корозії і не має
поверхневого фарбування.
Робочі місця в монтажному цеху розташовані так, що немає
можливості при роботі одночасного дотику до системи опалення і
струмопровідних частин обладнання.
В цеху використовуються додаткові розетки, які розташовані на
монтажних столах. Дроти підведені до розеток в гнучких трубах.
В цеху використовується природне освітлення разом з штучним.
Природне освітлення поступає через 8 віконних прорізів розміром
1.5x1.625м. Як джерело світла при штучному освітленні використовуються
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 71
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

газорозрядні люмінесцентні лампи типа ЛБ-40. Кількість світильників 30,
вони розташовуються в три ряди.
Оскільки робота монтажників є роботою високої точності (світлий фон,
не високий контраст об'єкту, розмір від 0,3-0,5 мм), то відповідно санітарних
норм, норма освітленості для такого цеху 200 Лк. Фактичне значення
освітленості складає 300 Лк, коефіцієнт природного освітлення складає 40-
45%. Рівень штучного та природного освітлення відповідає ДБН В.2.5-28-
2018.
Для групових освітлювальних мереж застосовують щитки з автоматич-
ними вимикачами. Даний цех підключений до системи автоматичного
відключення освітлення автоматичними вимикачами серії А-3163. Це
виконано для того, щоб всі освітлювальні мережі були захищені від струмів
короткого замикання. Дані вимикачі мають відповідну кратність щодо
довгостроково допустимих перевантажень.
Монтажний цех підключений до загальної системи автоматичного
захисного відключення. При короткому замиканні спрацьовує захисне
відключення. Струм спрацьовування захисних автоматів серії А3100
становить 16А.
Приміщення механічного цеху відноситься до зони класу П-II-а. За
вибухопожежонебезпекою ділянка відноситься до класу "В" відповідно
ДСТУ Б В.1.1-36:2016. Для забезпечення пожежної безпеки цеху допомогою
передбачені наступні заходи:
− для забору води на протипожежні потреби з водопровідної мережі
встановлені пожежні гідранти (відстань між ними 100 м);
− для запобігання впливу на людей небезпечних чинників пожежі
передбачена можливість евакуації працівників з будівлі;
− для ліквідації вогнища пожежі силами працівників, цех оснащений
пожежними кранами, з пожежними рукавами завдовжки 20 м, а також є в
наявності ручні вогнегасники типа ВВК-3,5;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 72
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

− для повідомлення про пожежу в цеху встановлена пожежна
сигналізація з димовими датчиками.
В результаті проведеного аналізу можна зробити висновок, що усі
чинники виробничого середовища монтажного цеху відповідають
нормативним вимогам. Але, необхідно звернути увагу на виконання вимог
безпеки праці при роботі з радіоелектронною апаратурою, зокрема, при
проведенні процесів паяння.

6.2 Безпека праці при монтажі, складанні і випробуваннях
радіоелектронної апаратури
Багато електромонтажних з'єднань радіоелектронної апаратури (РЕА)
здійснюються пайкою. Технологічний процес пайки включає випалювання
ізоляції і лудіння. При виконанні пайки на працюючих можуть впливати
наступні небезпечні і шкідливі виробничі чинники: запиленість і
загазованість повітря робочої зони; наявність інфрачервоних випромінювань
від розплавленого припою у ванні або від паяльника; наявність
електромагнітного випромінювання високої частоти; дія ультразвуку на
організм монтажника при пайці хвилею, яка утворюється за рахунок дії
ультразвуку на розплавлений припій; дія електростатичного заряду;
незадовільна освітленість робочих місць або підвищена яскравість;
незадовільні метеорологічні умови в робочій зоні; дія бризок і крапель
розплавленого припою; поразка електричним струмом; а також група
психофізіологічних шкідливих виробничих чинників: фізичні
перевантаження (статичні і динамічні) і нервовопсихічні (монотонність
праці, емоційні перевантаження).
Операції пайки, лудіння і випалення ізоляції супроводжуються
забрудненням повітряного середовища в приміщеннях парами свинцю,
олова, сурми і інших елементів, що входять до складу припою; парами
каніфолі і різних рідин, вживаних для флюсу, змиву і розчинення різних
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 73
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

лаків, які застосовуються для покриття друкованих плат; парами соляної
кислоти; газами (окисел вуглецю, вуглеводню) і т. ін. Пари, потрапляючи в
атмосферу цеху, конденсуються і перетворюються на аерозоль такої
конденсації, частки якої по своїй дисперсності наближаються до димів.
Знаходячись в запиленій атмосфері, робітники піддаються дії пилу і
пари; шкідливі речовини осідають на поверхні шкірного покриву,
потрапляють на слизову оболонку порожнини рота, очей, верхніх дихальних
шляхів, із слиною заковтуються в травний тракт, вдихаються у легені. Разом
із забрудненням повітряного середовища забруднюються робочі поверхні,
одяг і шкірні покриви працюючих.
Особливо шкідливі при пайці олов'яно-свинцевими припоями пари
свинцю. Свинець і його з'єднання отруйні. Частина свинцю, що поступив в
організм, виводиться через кишечник і нирки, а частина затримується в
кістковій речовині, м'язах, мозку, печінці. За несприятливих умов свинець
починає циркулювати в крові, викликаючи явища свинцевого отруєння.
Свинець викликає зміни у складі крові, вражає нервову систему, нирки і
печінку.
Властивість свинцю накопичуватися в організмі призводить до
хронічного отруєння при систематичному надходженні в організм навіть
малих його кількостей. Для запобігання гострим і професійним
захворюванням вміст свинцю в повітряному середовищі не повинен
перевищувати гранично допустимої концентрації — 0,01 мг/м3.
У виробництві радіоелектронної апаратури окрім олов'яно-свинцевих
припоїв знаходять застосування припої, до складу яких входять мідь, літій,
срібло, кадмій і інші метали. В деяких випадках пайка здійснюється шляхом
занурення в розплавлені хлористі солі кадмію, натрію, бору, літію з
додаванням активних присадок — фтористих солей. Пари більшості з
перерахованих речовин, що утворюються при пайці, можуть чинити
шкідливу дію на організм працюючих.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 74
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Найбільш небезпечні пари окислу кадмію, міді і фтористі сполуки. Не
байдужі для організму також літій і хлористий цинк, що чинять подразливу
дію на шкіру і дихальні шляхи.
Пайка в атмосфері звичайними припоями робиться із застосуванням
флюсів. Біологічна дія флюсів на організм людини залежить від компонентів,
що входять до складу паяльних флюсів. Одні компоненти (каніфоль соснова,
етилацетат, олеїнова кислота та ін.) мають подразливу дію; інші (спирт
етиловий) — наркотичним; треті (семікарбазид гідрохлорид, етилгліколь) —
високою токсичністю; дія четвертих (кремнійорганічна рідина) на організм
ще вивчено недостатньо.
Деякі марки флюсів (ФГСп, ФДФс, ФСкСп та ін.) через високу
токсичність рекомендується не застосовувати або обмежувати їх
застосування. В усіх флюсах слідує етилгліколь замінювати гліцерином,
оскільки він здатний проникати в організм навіть через неушкоджену шкіру.
Для видалення залишків флюсів після пайки залежно від марки флюсу
застосовуються різні миючі середовища, які мають токсичні властивості.
Кожному різновиду процесів пайки і лудіння притаманні певні
шкідливі і небезпечні фізичні, хімічні, біологічні та психофізіологічні
фактори, що відрізняються як кількісними, так і якісними характеристиками.
При цьому деякі види паяння і лудіння утворюють одночасно кілька таких
виробничих факторів, які можуть призвести до травмування та
профзахворювань або виникнення пожеж і вибухів.
Такими потенційними небезпечними і шкідливими виробничими
факторами можуть бути:
 запиленість і загазованість повітря робочої зони;
 наявність інфрачервоних випромінювань від розплавленого припою
у ванні або паяльника;
 наявність електромагнітного випромінювання високої частоти;
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 75
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

 дія ультразвуку на організм монтажника при пайці хвилею, яка
утворюється за рахунок дії ультразвуку на розплавлений припій;
 вплив електростатичного заряду;
 незадовільна освітленість робочих місць або підвищена яскравість;
 незадовільні метеорологічні умови в робочій зоні;
 впливу бризок і крапель розплавленого припою;
 ураження електричним струмом;
 група психофізіологічних шкідливих виробничих факторів: фізичні
перевантаження (статичні і динамічні), нервово-психічні перевантаження
(монотонність праці, емоційні перевантаження).
Всі різновиди процесів пайки і лудіння супроводжуються
забрудненням повітряного середовища аерозолем припою і флюсу, парами
різних рідин, застосовуваних для флюсу, змивки і розчинення лаків, парами
соляної кислоти, газами (окис вуглецю, вуглеводні) і т.ін.
Операції пайки і лудіння супроводжуються забрудненням повітряного
середовища в приміщеннях парами оксиду свинцю, олова, сурми та інших
елементів, що входять до складу припою, а також парами каніфолі. Пари,
потрапляючи в атмосферу цеху, конденсуються і перетворюються в аерозоль
конденсації.
Перебуваючи в запилених атмосфері, робочі піддаються впливу пилу і
парів; шкідливі речовини осідають на шкірному покриві, попадають на
слизову оболонку порожнини рота, очей, верхніх дихальних шляхів, зі
слиною потрапляють в травний тракт, вдихаються в легені. Поряд із
забрудненням повітряного середовища забруднюються робочі поверхні і одяг
працюючих. Ступінь впливу аерозолів залежить від хімічного складу, який
визначається хімічним складом припою.
Більшість елементів, що входять до складу застосовуваних припоїв, є
небезпечним для здоров'я та життя людини.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 76
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Біологічна дія деяких з компонентів, що входять до складу припоїв, а
також клас їх небезпеки та гранично допустимі концентрації в повітрі
робочої зони наведені в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1- Клас небезпеки, ГДК та біологічна дія речовин при пайці
ручним паяльником
Найменування Клас ГДК, Біологічна дія
речовини небезпеки мг/м3 на організм людини
Компоненти припою
Уражає всі
органи та системи
Свинець I 0,01 організму, має
кумулятивну
здатність
Подразнююча
Олово III 10,0
(кашель, задуха)
Компоненти флюсу
Подразнююча
Каніфоль IV 40,0
та наркотична дія
Компоненти обтиральних матеріалів
Ацетон Подразнююча
Спирт >200,0 та наркотична дія.
етиловий Послідовно уражає
усі відділи
IV
центральної
Бензин 400 нервової системи,
має кумулятивну
здатність.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 77
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Однак аерозоль конденсації, що утворюється при пайку, містить кілька
оксидів елементів, що входять до складу припою, і біологічна дія цього
аерозолю буде залежати від того чи іншого компонента. В одних випадках
спостерігається зниження токсичного ефекту на окремі органи людини, в
інших - його дія стає біологічно активним, тобто відзначається
синергетичний ефект. До найбільш токсичним відносяться припій, що
містять свинець і кадмій.
Біологічна дія флюсів на організм залежить від компонентів, що
входять до їх складу. Для видалення залишків флюсів після пайки в
залежності від марки флюсів застосовуються різні мийні засоби.
Запиленість і загазованість атмосфери виробничих приміщень залежать
від виду пайки і лудіння, кількості постів паяння, марки припою, флюсу,
змивки засобів локалізації та об'єму приміщень.
Питоме утворення аерозолю свинцю при лудіння і паяння олов'яно-
свинцевими припоями наступне:
 при пайці електропаяльником потужністю 20-60 Вт - 0.02-0,04 мг/100
пайок;
 при лудінні зануренням у припій (віднесено до поверхні ванни) -
300-500 мг / (м2
год);
 при лудінні і паяння хвилею (віднесено до поверхні хвилі) - 3000-
5000 мг / (м2
год).
Залишки паяльного флюсу після операції лудіння і паяння містять
свинець, який може надходити в повітря приміщення. Залишки флюсу від
1000 пайок, проведених електропаяльником, містять 0,4 мг свинцю.
Кількість оксиду вуглецю, що виділяється при випаленні ізоляції при
температурі 800-900
С, наведено в таблиці 6.2.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 78
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Таблиця 6.2 - Виділення оксиду вуглецю при випаленні 1 г матеріалу
Матеріал Кількість, Матеріал Кількість,
мг/г мг/г
Вініпласт 240 Бавовна 100
Поліхлорвініл 180 Шовк 200
Поліетилен 100 Шовк 190
вініпласт
Фторопласт 100

Враховуючи шкідливість початкових компонентів, що входять до
складу припоїв, флюсів, миючих середовищ, і забруднення атмосфери
виробничих приміщень пилом, парами і газами, для досягнення сприятливих
умов праці необхідно провести комплекс наступних заходів:
1. Ділянки, на яких зосереджені операції пайки, виділяють в окремі
приміщення. Якщо пайка проводиться на потоковій лінії при чергуванні з
іншими технологічними операціями, виробничі приміщення в цьому випадку
розглядають як приміщення, призначені для пайки.
2. Стіни, віконні рами, опалювальні прилади, повітропроводи мають
бути гладкими і покриваються масляною фарбою світлих тонів (панелі на
рівні 1,5...2 м від підлоги краще облицьовувати плиткою). Підлоги мають
бути водонепроникними, мати підвищену міцність і опір стиранню і
займанню, без щілин і мати ухили до трапів каналізації. На ділянках пайки їх
миють після кожної зміни. Не рідше за один раз в тиждень роблять вологе
прибирання усього приміщення.
3. При ручній пайці і випалюванні ізоляції в цілях захисту від поразки
електричним струмом електропаяльник та електровипалювалка мають
працювати від електромережі напругою не вище 42 В.
4. Прибирання устаткування робиться із застосуванням
пневмоприбиральної системи. Робочі поверхні столів, ящиків для зберігання
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 79
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

інструментів і тара у кінці зміни очищаються і обмиваються гарячим
мильним розчином.
5. Використані серветки і ганчір'я після зміни повинні спалюватися,
повторне їх використання не допускається.
6. Шафи для зберігання робочого одягу і особистих речей щотижня
усередині і зовні обмиваються гарячою водою з милом.
7. Експлуатація ділянок пайки, не обладнаних витяжною вентиляцією,
забороняється. Вентиляційні установки повинні вмикатися до початку робіт і
вимикатися після їх закінчення.
8. Приміщення, в яких розміщуються ділянки пайки, обладнуються
відособленою припливно-витяжною вентиляцією. Приплив повітря повинен
складати 95% об'єму витягу. Інші 5% припливного повітря поступають з
суміжних, чистіших приміщень.
9. Особи, що не досягли 18-літнього віку, до постійної роботи з
припоями, що містять свинець і кадмій, не допускаються.
10. Жінки, зайняті пайкою, в період вагітності і годування дітей
перекладаються на роботу, не пов'язану з пайкою.
11. Усі, хто поступають на роботу мають бути проінструктовані про
запобіжні заходи при поводженні з припоями і флюсами. Особлива увага при
інструктажі слід приділяти питанням особистої гігієни.
Місця, відведені для паління, а також кімнати для прийому їжі і
виробничі ділянки обладнуються умивальниками, до яких безперебійно
повинна подаватися гаряча і холодна вода. У умивальників передбачаються
банки з 1% -им розчином оцтової кислоти або змивочної пасти на основі ОП-
7 для попереднього обмивання рук з подальшим миттям їх теплою водою з
милом. Перед їдою і палінням обов'язково необхідно мити руки і полоскати
порожнину рота. Для обтирання рук застосовуються разові серветки.
Застосування рушників загального користування не дозволяється.
Для захисту шкіри рук від дії сенсибілізуючих речовин, що входять до
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 80
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

складу флюсів, застосовують захисні мазі і пасти типу «Миколан», пасти
ИЕР-1, ХИОТ-14, казеїнову пасту і біологічні рукавички, які наносять на
шкіру перед початком роботи і після обідньої перерви. Після роботи для
шкіри рук необхідно застосовувати жирні поживні креми.
Паяльні роботи повинні виконуватися робітниками в передбаченому
для цього спецодязі, який забороняється відносити додому. У приміщеннях,
де виконується пайка, забороняється зберігати спецодяг, особисті речі,
приймати і зберігати їжу, питну воду, а також палити. Знаходитися в
приміщеннях для їди, їдальнях і буфетах в робочому одязі забороняється.
Після закінчення роботи необхідно прийняти теплий душ, почистити зуби
зубним порошком і прополоскати порожнину рота водою.
Цій категорії працівників не рекомендується видавати молоко, оскільки
воно містить легко засвоюваний кальцій, підвищене введення якого в
організм викликає негативний вплив на течію свинцевої інтоксикації. Тому
при роботі зі свинцем і його з'єднаннями замість молока робітникам
необхідно видавати 8...10 г пектину у вигляді мармеладу або концентрату
пектину з чаєм.

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 81
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ВИСНОВОК

Згідно технічного завдання в даному дипломному проекті був
розроблений пристрій для контролю мікроклімату окремого приміщення.
Даний пристрій контролю мікроклімату окремого приміщення
виконує наступні функції:
- вимірює температуру та відносну вологість окремого приміщення;
- передає заміряні дані на віддалений пункт керування мікрокліматом
через лінію Ethernet;
- проводить вмикання / вимикання вентилятора, зрошувача, нагрівача
згідно команд керування прийнятих з віддаленого пункту керування
мікрокліматом через лінію Ethernet;
- керування системою проводиться з віддаленого пункту керування
мікрокліматом через лінію Ethernet, наприклад з персонального комп’ютера;
- потрібний режим роботи вибирається відповідно до типу
приміщення, що контролюється, з пункту керування;
Пристрій може працювати з різноманітними датчиками температури
та вологи, які мають свої, властиві тільки їм, електричні параметри, тому
система завдяки мікроконтролеру дає змогу найбільш гнучко
пристосовуватись до таких змін. Одночасно з цим програма мікроконтролера
написана таким чином, що дає змогу заносити калібровочну інформацію для
датчика, що дозволяє підвищити точність вимірювань.
У розділі охорони праці було проведено аналіз безпеки праці при
монтажі, складанні і випробуваннях радіоелектронної апаратури та
розроблено комплекс заходів для більш сприятливих умов праці при
виконанні паяльних робіт

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 82
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

Література

1. http://systemsauto.ru/heating/climate_control.html
2. https://pobut.lviv.ua/articles/volog
3. https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/datchiki-
temperatury/
4. https://stud.com.ua/28688/bzhd/napivprovidnikovi_datchiki
5. Новиченко И.В., Телець В.А. Микросхемы для бытовой
аппаратуры. Дополнение второе: Справочник. – М.: Радио и связь,
1991. – 272с.: ил.
6. Игорь Кольцов, Дверной звонок из старого телефона. –
“Схемотехника”, № 1/ 2001.
7. И. Л. Кольцов. Логический пробник со звуковой индикацией. –
“Схемотехника”, № 3/2001.
8. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное
пособие /С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1984
9. Горобец А.И., Степаненко А.И. Охрана труда радиоэлектронной
промышленности. – К., 1987
10. Игумнов Д.В., Королев Г.В., Громов И.С. Основы
микроэлектроники. – М.: Высшая школа, 1991
11. Конструирование и технология печатных плат. Учебное пособие
для радиотехнических специальностей вузов. – М.: Высшая школа,
1973. – 216 с.
12. Методичні вказівки до виконання розділу “Охорона праці” в
дипломних проектах для студентів приладобудівного факультету
спеціальностей 1901, 2201, 2301 усіх форм навчання / Укл. В.В.
Наконечний, О.І. Вітель. – Черкаси: ЧІТІ, 1994. – 16 с.
Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 83
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

13. Павлов С.П., Губонина З.И. Охрана труда в приборостроении. –
М.: Высшая школа, 1986
14. Шувалов В.П. и др. Системы электросвязи. Учебное пособие для
вузов. – М.: Радио и связь, 1997. – 512 с.
15. http://mt-system.ru/catalog/mikroshema-w3150a
16. https://html.alldatasheet.com/html-
pdf/174744/ATMEL/ATMEGA128/152/1/ATMEGA128.html

Àðê.
ÑÊÐÒ88.020172.248 ÏÇ 84
Çì. Àðê ¹ äîêóì Ï³äï. Äàòà
²íâ. ¹ îðèã. Ï³äï. ³ äàòà Âçàì. ³íâ.¹ ³íâ. ¹ äóáë. Ï³äï. ³ äàòà

ДОДАТКИ

ChSTU repository

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