ChSTU repository

ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА 
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 
 
 
 
Допущено до захисту 
Завідувач кафедри ПМКТ 
_______ М.О. Бондаренко  
«___» ___________ 2024 р. 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА 
 
на тему «Універсальна система контролю діаметру електричного кабелю» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи РС-203ск 
спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології 
освітня програма: Робототехнічні системи та 
автоматизація 
_____Кикоть Максим Юрійович                             . 
Керівник       Трембовецька Р.В.  
Рецензент     .  
 
 
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора. 
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на 
відповідне джерело ___________________________________________________ 
підпис здобувача 
 
 
 
Черкаси – 2024 
Зміст 
                                                                                                                                   Стор. 
       
Технічне завдання……………………………………………..………. 2 
Вступ……………………………………………………………………. 5 
1 Обґрунтовування необхідності проектування на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів ……………………………………………………... 7 
1.1 Класифікація та призначення кабелів……………………………... 7 
1.2 Прилади контролю для кабельної промисловості………………… 13 
1.3 Класифікація методів вимірювання……………………………….. 16 
1.3.1 Контактні методи…………………………………………………. 17 
1.3.2 Безконтактні методи……………………………………………… 18 
1.4  Аналіз оптичних методів…………………………………………... 20 
2 Обґрунтування технічного завдання………………………………… 29 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми……….. 30 
3.1 Розробка структурної схеми………………………………………. 30 
3.2 Розробка схеми електричної принципової……………………….. 33 
4 Розрахунок основних елементів схеми…………………………... 43 
4.1 Розробка алгоритму тестування датчика…………………………. 43 
4.2  Визначення похибки вимірювання……………………………….. 45 
4.3 Розробка коду керуючої програми………………………………. 48 
4.4 Розрахунок розмірів елементів друкованого рисунку…………… 55 
4.5 Розрахунок ширини друкованих провідників і відстані між ними 57 
4.6 Розрахунок надійності  60 
7 Технологічний розділ 66 
7.1 Технологія виготовлення друкованої плати. 66 
7.2 Аналіз на технологічність 68 
 
      
     РС-203СК.024.414.001 ПЗ 
Зм. Лист  № докум. Підп Дата 
Разроб. Кикоть   
Пров. Універсальна система Літ. Арк Аркушів 
Трембовецька    Т  3  
       контролю діаметру 
Н.контр Тичков В.В   електричного кабелю ЧДТУ 
Затв.    Пояснювальна записка  
 
 
 
7.3 Розробка технологічного процесу 69 
7.4 Вибір матеріалу…………………………………………………….. 71 
7.5 Розрахунок розмірів заготовки…………………………………….. 74 
7.6 Розрахунок часу на виготовлення однієї плати………………….. 75 
7.7 Вибір обладнання та інструментів………………………………… 77 
6 Спеціальний розділ………………………………………………….. 79 
6.1 Економічне обґрунтування розробки……………………………. 79 
6.2 Охорона праці ……………………………………………………... 80 
Висновок………………………………………………………………… 93 
Список використаної літератури………………………………………  
Додаток А Відомість технічного проекту ………………………………   
Додаток Б Переліки елементів і специфікації …………………………  
Додаток В Розрахунок віброміцності друкованої плати на ЕОМ….… 
Додаток Г Комплект документів на технологічний процес 
виготовлення фотошаблону……………………………………………..……... 
 
 
 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
4 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
  
 
 
Вступ 
 
Кабелі та дроти це найважливіші вироби, без яких, безсумнівно, складно 
уявити сучасну повсякденне життя суспільства. Кабельна продукція широко 
використовується в сучасній промисловості - електроенергетиці, системах передачі 
інформації, в приладобудуванні, в спеціальних областях техніки і побуті, 
безумовно, це обумовлено прогресом в цих галузях, тобто появою нових систем 
передачі інформації і т.д. 
Кабельні вироби виконують функцію передачі електричної енергії або 
інформації на відстань, тобто використовуються для створення 
найрізноманітніших електронних, електричних, волоконно-оптичних і 
радіотехнічних ланцюгів. Під терміном «передача інформації» слід розуміти 
передачу електромагнітних коливань певної форми. Кількісні параметри цих 
коливань повинні змінюватися певним чином, відповідним характеру переданої 
цим полем корисної інформації. 
 В умовах сучасного виробництва одним з головних способів 
безпосереднього зниження собівартості кабельних виробів є жорсткий контроль 
витрати ізоляційного матеріалу при виробництві в реальному часі, він необхідний 
для оперативного втручання в технологічний процес, в разі виявлення шлюбу. 
Зниження частки шлюбу досягається шляхом вдосконалення технології контролю 
основних параметрів вироби безпосередньо в процесі виробництва, а також 
автоматизацією технологічних процесів. 
Виробництво протяжних круглих виробів, таких як прокат, труби, нитки і 
трубки зі скла, харчові поліамідні оболонки, шнури, троси, більшість кабелів і т.п. 
характеризується безперервністю технологічного процесу, необхідністю 
вимірювання параметрів виготовляється вироби безпосередньо в ході 
технологічного процесу і неможливістю використання для вимірювання 
параметрів контактних методів контролю. 
Метою даної роботи є розробка системи контролю діаметра електричного 
кабелю, що відповідає таким вимогам: 
• Висока швидкодія, що дає можливість проводити вимірювання на 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
5 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
рухомому кабелі; 
• Відсутність механічного контакту вимірювального приладу та кабелю, 
що дозволить встановлювати вимірювач відразу за екструдером ізолюючого 
агрегату; 
• Наявність протоколів зв'язку приладу з технологічним обладнанням, для 
управління процесом виробництва; 
• Універсальність - можливість застосування приладу на різних етапах 
виробництва, а також для різних типів виробів. 
  
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
6 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
1 Обґрунтовування необхідності проектування на основі критичного аналізу 
існуючих аналогів  
 
1.1 Класифікація та призначення кабелів 
Номенклатура кабельних виробів дуже різноманітна. При цьому основним 
критерієм при виробництві кабельних виробів, безсумнівно, виступає їх якість. 
Кабельні вироби можна класифікувати за різними ознаками: щодо категорії 
продукції; складом конструктивних елементів; матеріалу ізоляції; призначенням; 
області застосування. 
По складу конструктивних елементів кабельні вироби можна поділити на 
такі великі групи: 
• електричні дроти; 
• електричні шнури; 
• електричні кабелі. 
Провід - це кабельний виріб, що містить одну або кілька скручених дротів 
 
або ізольованих жив, поверх яких (в залежності від умов прокладки і експлуатації) 
може бути легка неметалічна обмотка і (або) обплетення з волокнистих матеріалів 
або дроту; не призначене, як правило, для прокладки в землі. 
Шнур – це елемент з'єднання, що складається з гнучких ізольованих жил, 
спеціально призначений для забезпечення максимальної гнучкості та зручності 
підключення рухливих пристроїв. 
Кабель – це комплексний кабельний виріб, що включає одну або більше 
ізольованих жил, розташованих у металевій або неметалевій оболонці. Залежно від 
умов експлуатації та місця установки, він може мати захисне покриття, включаючи 
броню, і бути придатним для використання навіть в екстремальних умовах, таких 
як прокладання під землею або в воді. 
 
Основні відомості про конструкцію кабелів 
Кабель - це комплекс з одного чи кількох жил, які виконані з ізоляцією та 
скручені між собою, що знаходяться всередині герметичної оболонки. На 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
7 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
зовнішній поверхні цієї оболонки можуть бути нанесені захисні покриття, 
призначені для різних умов експлуатації (див. рис. 1.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Структури трьохжильних електричних кабелів можуть 
відрізнятися за наступними параметрами: а) наявність поясної ізоляції; б) 
присутність окремо освинцьованих жил. У численних варіаціях цих кабелів 
 
розрізняють такі компоненти: 1) жила; 2) ізоляція жил; 3) поясна ізоляція; 4) 
міжфазні заповнення; 5) оболонка із свинцю або алюмінію; 6) подушка для захисту 
броні; 7) броня; 8) захисний зовнішній покрив; 9) екран з напівпровідного паперу; 
10) паперова ізоляція; 11) ще один шар екрану з напівпровідного паперу; 12) 
оболонка зі свинцю; 13) заповнення з джуту.  
За матеріалом ізоляції все кабельні вироби можна поділити на наступні 
групи: 
• неізольовані дроти; 
• кабелі та проводи з паперової (просоченої і непросочені) ізоляцією; 
• кабелі, проводи й шнури з пластмасовою ізоляцією; 
• кабелі, проводи й шнури з гумовою ізоляцією; 
• емальовані дроти; 
• проводи та кабелі з волокнистої і комбінованої ізоляцією. 
Класифікація за цією ознакою важлива при розгляді питань, пов'язаних з 
технологією виробництва кабельних виробів, відповідно до якої проводиться 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
8 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
спеціалізація кабельних цехів або заводів. 
За призначенням кабельні вироби можна поділити на такі групи: 
• кабелі та проводи високої напруги; 
• кабелі, проводи й шнури низької напруги; 
• кабелі зв'язку; 
• радіочастотні кабелі; 
• обмотувальні дроти. 
Кабелі і дроти високої напруги відрізняються високим (понад 1000 В) 
значенням робочої напруги. До них відносять неізольовані дроти для повітряних 
ЛЕП, силові кабелі для передачі і розподілу електроенергії, високовольтні 
монтажні дроти для з'єднання елементів радіоелектронної та електротехнічної 
апаратури, а також проведення для систем запалювання та запуску автомобілів і 
літальних апаратів. 
Кабелі, проведення й шнури низької напруги призначені для розподілу 
електроенергії у вторинних (низьковольтних) мережах, для дистанційного 
 
керування системами контролю і автоматики і їх силового харчування, монтажу 
низьковольтних схем, ланцюгів освітлення і підключення побутової апаратури. 
Радіочастотні кабелі застосовуються для передачі високочастотної (понад 1 
МГц) електроенергії в якості фідерів, що з'єднують передавальну і приймальну 
апаратуру з антенами, а також для монтажу і з'єднання радіоапаратури і систем 
кабельного телебачення. 
Обмотувальні дроти застосовуються для виготовлення різноманітних 
обмоток електричних машин, апаратів і приладів. 
Класифікація кабельних виробів за призначенням виконується в залежності 
від значення трьох основних «електричних» параметрів - напруги, струму і частоти, 
якими і визначаються особливості конструювання і розрахунку перерахованих 
груп кабельних виробів. 
На кабельних виробів високої та низької напруги можуть передаватися як 
значні, так і незначні струми. У першому випадку площа перетину 
струмопровідних жил вибирається виходячи з вимоги забезпечення тривало 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
9 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
допустимої температури жили. У разі невеликих струмів площа перетину жил 
вибирається виходячи з допустимого значення падіння напруги по довжині 
кабельного вироби або ж з міркувань забезпечення достатньої механічної міцності 
жили. 
Вид напруги (змінна, постійне) і частота струму також мають вирішальний 
вплив на принципи конструювання кабельних виробів. 
Конструктивні елементи кабелів. 
Жилки для проведення електричного струму виготовляють із міді або 
алюмінію, залежно від умов прокладки поділяючи їх на шість різних класів 
гнучкості. Це можуть бути як однодротові, так і багатодротові конструкції. Для 
фіксованого монтажу найчастіше використовують жилки I, II і III класів, в той час 
як для рухомого обладнання віддають перевагу більш гнучким жилам IV, V і VI 
класів. 
У випадку силових кабелів, що призначені для стаціонарної установки, 
жилки можуть мати круглу форму (див. рис. 1.2) або бути вирізані у формі сектора 
 
або сегмента (див. рис. 1.3). 
 
 
 
 
Рисунок 1.2. – Кругла струмопровідна жила. а - неущільнений, б - щільна 
 
 
 
 
Рисунок 1.3 –  Оптичне волокно для перекачування сигналу може бути 
різних типів: а) має сегментну форму для двожильного кабелю, б) представлене 
секторальною структурою для трьохжильного кабелю, в) використовується 
секторальна жила як робочий елемент у чотирижильному кабелі, г) застосовується 
секторальна жила як нульовий провідник у чотирижильному кабелі.  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
10 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Використання секторних та сегментних жил, замість круглих, призводить 
до зменшення діаметра кабелю на 20-25%, що в свою чергу знижує споживання 
ізоляційних матеріалів, оболонок і захисних покривів. Надійність роботи кабелю в 
значній мірі залежить від якості ізоляції, яка повинна мати достатню електричну 
міцність для уникнення електричного пробою при напрузі, на яку розрахований 
кабель. 
Для ізолювання жил кабелів між собою та від зовнішніх металевих 
оболонок використовуються паперова, пластмасова та гумова ізоляція. Паперова 
просочена ізоляція має високі електричні характеристики, порівняно високу 
допустиму температуру, тривалий термін служби та невисоку вартість, завдяки 
чому знаходить широке застосування. 
Однак, до недоліків паперової ізоляції можна віднести її гігроскопічність, 
що потребує ретельного виготовлення та повної герметизації оболонок і муфт 
кабелів. Жилу обмотують непросоченими стрічками з паперу, часто з 
використанням обмотки з зазором, що дозволяє згинати кабель без ризику 
 
пошкодження паперової ізоляції.. 
 
 
 
Рисунок 1.4 –  Розгорнута обгортка: а - розміщення паперових стрічок та 
інтервалів навколо, б - адекватне перекриття проміжків паперовими стрічками між 
витками нижніх стрічок 
Багатожильні кабелі мають верхні стрічки ізоляції жил з цифровим 
позначенням або відмінним забарвленням - білий або жовтий відповідає номеру 1, 
синій або зелений - номеру 2, червоний або малиновий - номеру 3, коричневий або 
чорний - номеру 4. Пластикова ізоляція для силових кабелів виготовляється з 
поліетилену або полівінілхлориду (ПВХ). Поліетилен має відмінні механічні 
властивості в широкому діапазоні температур, стійкість до кислот, лугів, вологи, а 
також високі електроізоляційні характеристики. Залежно від способу отримання і 
застосовуваних добавок розрізняють поліетилен низької і високої щільності (має 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
11 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
великі, в порівнянні з поліетиленом низької щільності, температуру плавлення і 
механічну міцність). За рахунок введення в поліетилен органічних перекисів і 
подальшої вулканізації значно підвищується його температура плавлення і 
стійкість до розтріскування. Вулканізований поліетилен практично не 
деформується при 150 ° С. Для отримання самозгасаючого поліетилену вводять 
спеціалізовані добавки. Полівінілхлорид є твердим продуктом полімеризації, який 
не поширює горіння. З метою підвищення його еластичності і морозостійкості до 
нього додають пластифікатори, а для поліпшення електроізоляційних 
характеристик - каолін, тальк, карбонат кальцію. Однак під впливом температури, 
сонячної радіації, різних середовищ ПВХ старіє за рахунок випаровування 
пластифікатора, тобто відбувається зниження еластичності і морозостійкості. 
Гумова ізоляція містить суміш каучуку (натурального або синтетичного), 
наповнювача, змягчувача, прискорювача вулканізації, протистарітеля, барвника 
тощо. До переваг гумової ізоляції відносяться її гнучкість і практично повна 
негігроскопічність. 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.5 –  Гумова ізоляція (приклад) 
 
Недоліками гумової ізоляції можуть бути висока вартість, обмежена робоча 
температура (65 ° С), порівняно з іншими типами ізоляції, що може призвести до 
зниження допустимого навантаження на кабель. Крім того, з плином часу гумова 
ізоляція може втрачати еластичність та інші фізико-механічні властивості через 
різноманітні фактори, такі як підвищена температура, вплив озону, світло і т. д. 
Старіння відбувається в основному через окисну деструкцію в гумі каучуку. 
З метою захисту ізоляції від впливу світла, вологи, хімічних речовин та 
механічних пошкоджень кабелі зазвичай забезпечуються оболонками. Оболонки, 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
12 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
зокрема, з металів (свинець, алюміній), вважаються більш ефективними за умов 
вологозахисту, гнучкості і теплостійкості. 
Кабелі з ізоляцією, що не вбирає вологу (пластмасової або гумової), 
зазвичай не потребують металевої оболонки. Однак товщина оболонки 
регулюється в залежності від матеріалу, діаметра кабелю та умов експлуатації. 
Захисні покриви, такі як подушка, броня та зовнішня оболонка, призначені 
для запобігання механічним пошкодженням і корозії кабелю. Подушка складається 
з концентричних шарів волокнистих матеріалів та бітумного складу або бітуму, що 
накладаються над оболонкою кабелю. Її завдання полягає у захисті оболонок від 
пошкоджень і корозії. Мінімальна товщина подушки залежить від розміру кабелю 
та його конструкції. 
Броня також призначена для захисту кабелю від механічних пошкоджень. 
Для кабелів, які не піддаються розтягуючим зусиллям, застосовується стрічкова 
броня з двох сталевих стрічок, що перекриваються одна одній, а для кабелів, які 
 піддаються таким зусиллям, - броня з оцинкованих сталевих плоских або круглих 
дротів. 
Зовнішня оболонка складається з шару бітумного складу або бітуму, 
просоченої пряжі і покриття, для запобігання витоку кабелю. 
 
 
1.2 Прилади контролю для кабельної промисловості 
У кабельній промисловості технологія виробництва кабелів і проводів, 
зокрема число і послідовність технологічних операцій, залежить головним чином 
від конструкції вироби, в свою чергу, обумовленої своїми експлуатаційними 
характеристиками та вимогами, що пред'являються до його експлуатаційних 
характеристик. 
Кабель являє собою сукупність (від одиниці до кількох тисяч) 
струмопровідних жил, ізольованих кожна окремо, скручених і укладених в 
загальну герметичну оболонку, поверх якої можуть бути накладені зовнішні 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
13 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
захисні покриви. 
Отже, цикл виробництва кабелів включає технологічні операції скрутки, 
ізолювання, накладення оболонок і в більшості випадків накладення зовнішніх 
захисних покривів (бронепокровов). 
У загальному вигляді схема виготовлення кабельних виробів зображена на 
рисунку 1.6. 
 
Рисунок 1.6 – Схема технологічного процесу виготовлення 1-віддає 
 пристрій, 2-екструдер, 3-охолоджуюча ванна, 4-тяговий пристрій, 5 приймає 
барабан, 6,7,8-вимірювальні головки і блок індикації вимірювача товщини ізоляції, 
9,10-вимірювальна головка і блок індикації вимірювача діаметру , 11,12,13 -
індуктор, вимірювальна головка і блок індикації вимірювача ексцентричності, 
14,15- високовольтний блок і блок індикації вимірювача електричної міцності 
ізоляції, 16, 17 метражні пристрій і блок індикації вимірювача довжини і 
швидкості. 
Дана схема показує, що виробництво кабельних виробів включає в себе 
багато технологічних процесів, сильно відрізняються один від одного характером 
виконуваних операцій, швидкостями і температурними режимами, застосовуваним 
обладнанням, видом вихідних матеріалів, типом готової продукції і т. д. 
Існуючі типи приладів для контролю конструктивних розмірів кабельних 
виробів підрозділяються на контактні і безконтактні. 
Прилади контактного типу є найбільш простими і забезпечують необхідну 
точність контролю. Однак їх застосування доцільно при порівняно невеликих 
швидкостях руху контрольованого об'єкта в зв'язку з нерівномірним зносом 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
14 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
вимірювальних поверхонь і значною інерційністю. При накладенні ізоляції і 
покривів гарячим способом контроль конструктивних розмірів контактним 
способом можна здійснити тільки після охолодження вироби, на значній відстані 
від робочого устаткування, що ускладнює процес контролю і автоматичного 
регулювання. 
На технологічних процесах, де швидкість протягання проводів і 
струмопровідних жил перевищує 350-400 метрів в хвилину, кращими є прилади 
безконтактного типу, що забезпечують високу точність, необхідну швидкодію і 
мають вихід на автоматичне регулювання. 
Проблеми контролю геометричних параметрів кабельних виробів 
полягають в наступному: 
1. Параметри вироби необхідно контролювати відразу після виконання 
технологічних операцій, при яких формується геометричний розмір (волочіння, 
скручування гнучкою жили, накладення ізоляції на струмоведучих жилу 
(екструзія), накладення оболонки кабелю, і т.п.). 
 
2. Контроль параметрів вироби на сучасному обладнанні потрібно 
здійснювати при русі контрольованого вироби з лінійною швидкістю до 100 м / с. 
Крім того, при контролі діаметра ізоляції кабелю до її охолодження, механічний 
контакт з ізоляцією, нагрітої до температури 180 ° ... 240 ° С, неприпустимий. 
3. Ділянка контролю геометричного розміру на технологічній лінії і місце 
оператора лінії рознесені зазвичай на десятки метрів, що обумовлює необхідність 
дистанційної передачі отриманих даних оператору. 
4. Допустима похибка вимірювання діаметра має досить невелике значення 
і для малих вимірюваних діаметрів знаходиться в діапазоні 1-5мкм, що лежить на 
кордоні можливостей більшої частини відомих методів вимірювання. 
5. Умови експлуатації вимірювальних приладів при виробництві кабелів 
далекі від лабораторних і характеризуються наявністю вологи і забруднення, 
підвищеною температурою. 
При виготовленні кабельних виробів якість продукції може контролюватися 
двома взаємодоповнюючими один одного способами: вихідний контроль в ОТК, 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
15 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
якому піддається 100% продукції, що випускається і операційний контроль 
безпосередньо в процесі виготовлення. Останній проводиться шляхом контролю 
параметрів технологічного процесу. 
Безперервний контроль параметрів технологічного процесу поєднується з 
контролем параметрів виготовляється кабельного вироби, що дозволяє в разі 
виявлення браку оперативно втручатися в технологічний процес і усувати шлюб 
відразу при його виникненні. 
 
Група вимірників діаметру 
Різні технологічні процеси виготовлення кабельних виробів включають в 
себе переміщення напівфабрикатів і готової продукції зі швидкостями від 8-10 
метрів в хвилину (емалювання) до 1000 м / с (волочіння). Температура 
контрольованих виробів може мати діапазон значень від декількох десятків до 
декількох сотень градусів. 
Поперечні розміри контрольованих виробів лежать в діапазоні від часток 
 
міліметра до декількох сантиметрів, і вимагають вимірювання з різною точністю. 
Для контролю діаметра струмопровідних жил, проводів і кабелів 
розроблено багато різних типів приладів, призначених для застосування в певних 
умовах. 
Підвищення вимог до якості кабелів і проводів визначає необхідність 
безперервного контролю в процесі їх виробництва. 
Оперативний контроль зовнішнього діаметра кабельних виробів необхідний 
як в процесі виготовлення кабелю, так і на етапі вихідного контролю готової 
продукції. 
 
1.3 Класифікація методів вимірювання 
Всі способи контролю розмірів діляться на контактні, коли чутливий 
елемент безпосередньо стикається з вимірюваним об'єктом, і безконтактні. 
Класифікація вимірників діаметру представлена у вигляді дерева на 
рисунку 1. 7. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
16 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
 
Рисунок 1.7 –  Класифікація вимірників діаметру 
  
1.3.1 Контактні методи 
Всі контактні вимірювачі діаметру мають в своїй основі застосування 
звичайних механічних мікрометрів або датчиків переміщення. 
Вимірювач діаметру має рухливий щуп, який безпосередньо стосується 
вимірюваної поверхні. В процесі вимірювання діаметра кабелю щуп змінює своє 
положення, це фіксується мікрометрів або датчиком переміщення, а потім 
відображає результат відхилення на градуйованою шкалою або цифровому табло. 
Прилади, що використовують контактні методи вимірювання, мають 
структурну схему (рисунок 1.8), що включає контрольовану деталь 1, чутливий 
елемент 2, вимірювальний перетворювач 3, вторинний електронний прилад 4 і 
реєструючий пристрій 5.  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
17 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.8 – Структурна схема приладу, що використовує контактні 
методи вимірювання 
В якості вимірювальних перетворювачів зазвичай використовують 
механічні, оптико-механічні, електричні і пневматичні датчики. 
Недоліком таких вимірників є контакт щупів з об'єктом контролю, що 
призводить до стирання поверхонь, що труться щупів, що в свою чергу, може 
провокувати ушкодження і деформації ізоляції кабелю. Само собою, такі 
вимірювачі діаметру не відрізняються великим терміном служби [3]. 
 
Оскільки контактні мікрометри для вимірювання розмірів встановлюються 
безпосередньо на технологічному обладнанні, на точність їх роботи можуть 
впливати вібрації, що виникають в цеху. 
З огляду на всі ці недоліки, розробники з часом відмовляються від 
контактних вимірників діаметру.  
 
1.3.2 Безконтактні методи 
У галузі вимірювання широко використовуються технічні засоби з 
безконтактними методами, що базуються на різних принципах. Ці засоби мають 
високу точність, надійність і ефективно працюють у різних умовах. Для 
безконтактних вимірювань розмірів і форми використовуються різні 
перетворювачі, які перетворюють контрольований параметр у відповідну фізичну 
величину. 
У випадках, коли необхідно виміряти діаметр кабелю з високою швидкістю 
і точністю, застосовуються безконтактні пристрої. Вони забезпечують можливість 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
18 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
встановлення вимірювача безпосередньо в технологічній лінії, високу точність 
вимірювання, швидку реакцію і можливість автоматичного регулювання. Зокрема, 
вимоги до приладу для вимірювання діаметра кабелю можуть включати: 
- відсутність механічного контакту з кабелем; 
- можливість вимірювання по двох координатах для оцінки овальности; 
- високу точність вимірювання; 
- швидкість реакції, що дозволяє вимірювати на рухомому кабелі; 
- мінімальні похибки при переміщенні кабелю; 
- наявність протоколів зв'язку для управління процесом виробництва; 
- нечутливість до зовнішніх факторів, таких як температура, вологість і 
тиск; 
- універсальність використання на різних етапах виробництва і для різних 
типів виробів; 
- високу надійність в реальних умовах експлуатації при тривалій роботі; 
- простоту обслуговування; 
 
- доступну вартість.Безконтактні пристрої умовно можна поділити на 2 
групи: ємнісні і оптичні. 
Ємнісний  метод 
Ємнісний перетворювач (рисунок 1.9) перетворює поперечний розмір 
вироби в ємність. Характерною особливістю мікромеров для допускового 
контролю є вимір відхилень діаметрів контрольованого провідника від 
номінального, безпосередньо в ході технологічного процесу їх виробництва. 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
19 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.9 –  Ємнісний перетворювач. 
Основними недоліками перетворювачів цього типу є: значне внутрішній 
опір, похибка від впливу навколишнього середовища та інших факторів, 
необхідність ретельного екранування і прийняття інших заходів для зменшення 
впливу зовнішніх електромагнітних полів і паразитних ємностей. Крім цього дані 
перетворювачі дозволяють вимірювати тільки діаметри жили без ізоляції. Що 
 обмежує область їх застосування. 
 
Оптичні методи. 
Найпоширенішими і численними з методів вимірювання є оптичні. Вони так 
само є одними з найсучасніших і перспективних для створення вимірювальних 
приладів. Аналіз оптичних методів представлений в наступному розділі. 
 
 
1.4  Аналіз оптичних методів 
Метод вимірювання потужності потоку випромінювання 
Схема, представлена на малюнку 1.10, ґрунтується на вимірі потужності 
емітованого випромінювання, яке реєструється фотоприймачем. Досліджуваний 
об'єкт (провід) розміщується у робочій зоні, через яку пролягає паралельний 
світловий потік від освітлювача. Провід частково перекриває світловий потік, 
відтак, зменшується потужність емітованого випромінювання, що досягає 
фотоприймача. Наступно, за зміною потужності емітованого випромінювання 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
20 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
визначається діаметр досліджуваного проводу. 
 
Рисунок 1.10 – Схема методу вимірювання потужності потоку 
випромінювання 
 
Для використання даної методики потрібне джерело зі стійкою емісійною 
спроможністю, яке залишається постійним з плином часу, а також оптичний 
приймач із стабільною чутливістю. У реальних умовах це може бути важко 
доступно через наявність зовнішніх факторів, які можуть дестабілізувати систему. 
 Це призводить до потреби постійної калібрування пристрою, що може впливати на 
його точність вимірювань. Обмеження також можуть виникнути через необхідність 
вимірювання амплітуди потужності та, в деяких випадках, механічних переміщень, 
що обмежує застосування даної методики. Метод вимірювання потужності 
випромінювання є одним з найперших методів оптичного контролю габаритних 
розмірів, але зараз не застосовується для пристроїв контролю через вищезазначені 
обмеження. 
Схема зі скануючим вузлом 
На малюнку 1.11 представлена схема з скануючим вузлом, що створює 
тонкий промінь, який рівномірно обертається із швидкістю V у зоні ширини W для 
вимірювання. При зіткненні з вимірюваним кабелем промінь переривається, і на 
фотоприймачі, який реєструє випромінювання, з'являється імпульс. Його 
тривалість визначається часом t, протягом якого промінь перетинає кабель у 
поперечному перерізі. Цей імпульс фотоприймача перетворюється в діаметр 
вимірюваного кабелю за допомогою спеціальної формули. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
21 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
(1.1) 
 
де T є період сканування всієї робочої зони. 
Оскільки час t залежить від власної швидкості руху об'єкта v, розрахунки за 
цією формулою будуть коректні лише у випадку, коли v рівна нулю. 
 
                      якщо v = 0 то  
 
Відносна похибка буде дорівнювати: 
 
(1.2) 
 
 
 
Рисунок 1.11 – Схема з скануючим вузлом 
Похибка вимірювання, при сильній вібрації кабелю, може зростати, тому 
кабель потребує додаткової стабілізації. 
У цих схемах для емітування використовуються компактні газові (He-Ne) 
або напівпровідникові лазери як джерела випромінювання. Для направлення 
променя використовується дзеркальний шестигранник, а в оновлених пристроях 
цього типу - п'єзоелектричне дзеркало.. 
На рисунку 1.12 показана аналогічна схема для вимірювання малих 
діаметрів. Як видно для збільшення роздільної здатності оптична система повинна 
бути налаштована так, щоб об'єкт знаходився в фокальних плоских коліматорів. 
 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
22 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.12 Схема для вимірювання малих діаметрів 
До переваг схеми можна віднести широкий діапазон виміру, більшу 
швидкість вимірювання та досить високу точність. Однак наявність рухомих вузлів 
вимагає їх високоякісного виготовлення для отримання необхідного ресурсу 
роботи. 
 
Тіньовий метод в квазіпаралельному пучку 
Найбільш часто використовуваним для розробки пристроїв вимірюють 
 діаметр кабелю є тіньовий метод в квазіпараллельному пучку. Його оптична схема 
представлена на рисунку 1.13. Випромінювач за допомогою оптичної системи 
створює в робочій зоні пучок світла близький до паралельного. Крізь цю зону 
горизонтально рухається вимірюваний кабель, його тінь потрапляє на 
багатоелементний фотоприймач, осередки якого розташовані вертикально в лінію. 
Число затемнених осередків фотоприймача помножене на ширину одного осередку 
відповідає діаметру кабелю і може бути підраховано D = nl при опитуванні 
осередків. Сучасні фотоприймальні лінійки мають розмір осередку l від 5 до 
12 мкм, що дає можливість забезпечувати відповідну точність вимірювання. Як 
джерело випромінювання можуть бути використані лампа розжарювання, 
одиночний світловипромінювальних діод або напівпровідниковий лазер. 
Використання лазера більш переважно, так як це джерело найбільш наближений до 
точкового. Це спрощує оптичну схему і процес налаштування і юстування [3]. 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
23 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
 
Рисунок 1.13 –Тіньовий метод в квазіпаралельного пучка 
Основний внесок в похибка при використанні даної схеми вносить не 
ідеально оптичної системи коліматора, який перетворює світло від точкового 
джерела в паралельний пучок. У зв'язку з наявністю аберацій і похибки юстування, 
світловий потік в робочій зоні відмінний від паралельного і при переміщеннях 
вимірюваного об'єкта в робочій зоні це досить сильно впливає на точність 
 вимірювання. Чим більше зона вимірювання тим ширше повинна бути апертура 
коліматора, а в свою чергу при збільшенні апертури вплив цього виду помилки на 
вимір збільшується, навіть при використанні фотоприймальної лінійки з більш 
дрібним кроком. З цієї ж причини схема непридатна для вимірювання об'єктів 
менше 1 мм. Таким чином, дана схема може бути застосована для вимірювань в 
діапазоні діаметрів приблизно від 1 до 25 мм. 
Для побудови свого приладу ми будемо використовувати саме цю схему в 
силу її вище описаних переваг. 
Тіньовий метод в розхідному пучку 
Як говорилося в попередньому пункті, оптична лінзова система має 
суттєвий вплив на точність вимірювання. На рисунку 1.14 представлена схема 
вимірювача, в якій точковий джерело випромінювання світить розходяться пучком 
безпосередньо на фотоприймальну лінійку. Як джерела тут завжди 
використовується напівпровідникові лазери випромінювання яких найближче до 
точкового. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
24 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.14 – Тіньовий метод в розхідному пучку 
У схемі не використовується перетворює оптика. Тут ми маємо справу з 
розбіжним пучком і не можемо однозначно визначити діаметр об'єкта по його тіні, 
так як це робиться в паралельному пучку. При переміщенні вимірюваного об'єкта 
розмір його тіні D * змінюється, але ми можемо відслідковувати ці переміщення, 
якщо перпендикулярно одному вимірювального каналу поставимо інший 
ідентичний першому як показано на рисунку 1.15. У такій двокоординатній системі 
ми маємо в наявності достатньо параметрів для обчислення реального діаметру 
 об'єкта. Робочою зоною є чотирикутник ABCD. Усередині її об'єкт може рухатися 
без обмежень. Коли вимір діаметра D1 здійснюється по каналу номер 1, одночасно 
по каналу 2 відстежується положення об'єкта L2 в робочій зоні і навпаки. 
Проводиться вимір параметрів L1, D1, L2, D2 використовуючи які по заздалегідь 
закладеному алгоритму обчислюється номінальний діаметр об'єкта в двох взаємо 
перпендикулярних площинах. Таким чином повністю відмовившись від оптики ми 
змушені ускладнювати прилад і використовувати двокоординатну схему 
вимірювання. Однак це скоріше можна віднести до її достоїнств, ніж до недоліків, 
так як більшість замовників вимагають, щоб прилад контролював діаметр по двох 
осях і оцінював овальність виробів [3]. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
25 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.15 – Тіньовий метод в розхідному пучку, двокоординатної схеми 
В даній схемі основну похибку у вимір вносить той факт, що діаметр 
обчислюється, використовуючи досить складні, засновані на геометрії, 
 математичні вирази. Таким чином, вимір є непрямим, а воно, як відомо завжди 
менш точно ніж пряме вимір. Довжина сучасних фотодіодних і ПЗС лінійок 
коливається в межах від 20 до 70 мм, що в свою чергу накладає обмеження на 
ширину зони вимірювання. 
До переваг схеми можна віднести те, що вона: надзвичайно компактна з 
причини відсутності оптики, відмінно вимірює малі діаметри (від 0.5 мм), не 
вимагає ретельної юстування, стійкість перед перешкодами, є двокоординатна. 
 
Метод побудови зображення 
Тут в основі лежить метод побудови зображень об'єкта рисунок 1.16. 
Джерелами світла служать світлодіодні модулі «світлові смуги», що випромінюють 
дифузно розсіяне світло. При цьому в предметну площину ширококутних 
фотографічних об'єктивів поміщається непрозорий або частково прозорий 
вимірюваний зразок, а багатоелементний приймач ставиться в площині зображень. 
Пунктирною лінією на рисунку 16 показаний хід променів в одному з каналів.  
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
26 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 1.16 – Метод побудови зображень об'єкта 
Відстані від головних фокальних площин до предметної площини і 
площини зображень знаходиться за формулою: 
 
 
(1.3) 
 
Таким чином, на ПЗС лінійках отримуємо зображення об'єкта, зменшене в 
N раз. N залежить від типу використовуваного об'єктива і знаходиться за 
формулою: 
 
(1.4) 
 
 
При переміщеннях об'єкта в робочій зоні розміри його зображень на 
лінійках так само змінюються. Так само як і в тіньовому методі в розходиться 
пучку, щоб відстежити ці зміни потрібно двокоординатний вимір. Обидва канали 
зав'язані один з одним і за допомогою спеціального програмного забезпечення 
прилад обчислює реальний діаметр об'єкта в залежності від його положення в 
робочій зоні. Це ускладнення є корисним, так як кабельні заводи зараз в основному 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
27 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
орієнтовані на двокоординатні вимірювачі, які здатні крім вимірювання діаметра, 
оцінювати овальність. Робота каналів розділена за часом, щоб виключити 
обопільно заважає засвічення. 
Для приладів такого типу слід використовувати високоякісні виправлені на 
аберації об'єктиви бажано фотографічні. При їх використанні переміщення об'єкта 
перпендикулярно оптичної осі практично не впливають на лінійні розміри 
зображення. В іншому ж випадку ці зміни повинні виправлятися програмно, що є 
дуже складним завданням. 
Перевагами схеми є те, що вона є двухкоординатна; з її допомогою, 
можливо, вимірювати об'єкти дуже великих діаметрів (до 120 мм); в ній не 
використовуються дорогі напівпровідникові лазери і ПЗС лінійки великої довжини; 
схема повністю зберігає свою працездатність при підвищених зовнішніх 
температурах. 
  
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
28 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Створити вимірювач, в повній мірі задовольняє всім зазначеним вимогам, 
використовуючи контактні принципи вимірювань, дуже складно. Як вище вже 
зазначалося, їх істотними недоліками є: недовговічність (контактні вимірювачі 
діаметру мають вимірювальні наконечники, що стосуються поверхні ізоляції 
проводу або кабелю, що з часом призводить до їх стирання); неможливість 
встановлення приладу після екструзійної машини (виникає проблема деформації 
ізоляції труться частинами приладу), незадовільна похибка вимірювання. 
В ході кваліфікаційної роботи був обраний тіньової метод в паралельному 
пучку. Даний метод був обраний тому, що він є безконтактним, що говорить про 
його надійність безпеки в процесі виробництва кабелів, також математичні 
обчислення будуть менш об'ємні, в порівнянні з іншими методами. 
Вимірювач забезпечує безконтактне вимірювання діаметру кабелю, що 
рухається через робочу зону вимірювальної головки. Вимірювання здійснюється 
 
одночасно по двох осях поперечного перерізу кабелю. Вимірювальні осі взаємно 
перпендикулярні і нахилені на кут 450 до площини горизонту.  Розміри робочої 
зони вимірювальної головки в площині поперечного перерізу кабелю коло 
діаметром 13 мм.  Діапазон вимірюваних діаметрів (0, 5.. 10) мм. Похибка 
вимірювання: - при температурі (20 ± 5) 0 С не більше ± 20 мкм. - при температурі 
(20 ± 15) 0 С не більше ± 30 мкм. Ціна одиниці молодшого розряду індикатора 
Діаметр 10 мкм. Положення кабелю при вимірюванні горизонтальне.  
  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
29 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
Структурна схема формується на етапі початкового проектування та 
передує розробці інших видів схем. Вона уточнює основні функціональні блоки 
виробу, їх функції та взаємозв'язки. Схема демонструє загальний принцип 
функціонування виробу. 
Реальні розташування компонентів на структурній схемі та методи зв'язку 
не відображаються. Побудова схеми має за мету надати зрозуміле уявлення про: 
- склад виробу; 
- послідовність взаємодії функціональних блоків у виробі. 
Функціональні блоки на схемі представлені у вигляді прямокутників або 
символічних графічних позначень. При зображенні їх у вигляді прямокутників 
найменування, типи та позначення вказуються всередині них.. 
 
Напрямок ходу процесу, що відбувається в виробі, позначають стрілками, 
що з'єднують функціональні частини. На схемах простих виробі функціональні 
частини розташовують у вигляді ланцюжка відповідно до ходом робочого процесу 
в напрямку зліва направо. Схеми, що містять кілька основних робочих каналів, 
рекомендується викреслювати в вигляді паралельних горизонтальних рядків. 
Розглянемо систему виробу кабелів яка представлена на рис 3.1 
 
Рисунок 3.1 – Систему виробу кабелів 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
30 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
В даній системі ми розробляємо датчик виміру діаметру. Розглянемо його 
більш детально.  
Для визначення діаметра кабелю застосовується безконтактний оптико-
електронний тіньової метод. Метод заснований на вимірюванні поперечного 
розміру тіні, створюваної кабелем, що проходить через освітлену робочу зону 
вимірювальної головки. Принцип вимірювання пояснює рисунку 3.2. 
 
 
  
Рисунок 3.2 - Оптико-електронний тіньової метод вимірювання 
Вимірювальна схема головки містить два вимірювальних канали осі яких 
взаємно перпендикулярні. У кожен з каналів входить джерело випромінювання і 
фотоприймач. 
Джерелом випромінювання є імпульсний інфрачервоний лазер, який 
створює розходиться світловий потік, близький за характеристиками до потоку 
ідеального точкового джерела. Проходячи через робочу зону головки, світловий 
потік перетинає на своєму шляху вимірюваний кабель і створює за кабелем тінь. 
Ширина тіні залежить від діаметра кабелю і положення кабелю уздовж 
вимірювальної осі. 
Тінь кабелю проектується на багатоелементний фотоприймач, що 
представляє собою інтегральну схему, що має ряд мініатюрних фоточутливих 
осередків. Осередки розташовані в лінію з фіксованим кроком, поперек осі кабелю. 
Кількість осередків фотоприймача, закритих тінню кабелю, підраховує 
мікроконтролер вимірювальної головки. Виходячи з числа затінених осередків і 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
31 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
знаючи фіксований крок осередків, мікроконтролер визначає дійсний розмір тіні. 
Далі, розмір тіні перераховується в діаметр кабелю. При розрахунку діаметра 
використовується інформація про стан кабелю уздовж вимірювальної осі, яка 
надходить від другого вимірювального каналу. 
У свою чергу перший канал поставляє аналогічну інформацію для другого 
каналу про розташування кабелю на другий вимірювальної осі. Таким чином, 
спільна обробка мікро контролером інформації від двох фотоприймачів дозволяє 
розрахувати істинний діаметр кабелю окремо по кожній з двох осей його 
поперечного перерізу. 
Середній діаметр кабелю визначається як полусумма діаметрів по двох осях 
поперечного перерізу, а овальність кабелю знаходиться як полуразность цих 
значень. Виміряні значення виводяться на власний цифровий індикатор 
вимірювальної головки і передаються по лінії зв'язку на виносної блок індикації. 
Блок індикації полегшує дії оператора при управлінні технологічним 
процесом. Оскільки робоче місце оператора зазвичай віддалене від місця установки 
 
вимірювальної головки, блок індикації надає оператору на робочому місці 
інформацію про поточний діаметрі кабелю, дублюючи показання вимірювальної 
головки. Крім того, блок дозволяє проводити допускового контроль діаметра, 
здійснює сигналізацію виходу діаметру за допуск, формує сигнали для зовнішньої 
автоматики і зовнішніх цифрових пристроїв. 
Блок індикації повторює на своєму індикаторі свідчення індикатора 
вимірювальної головки, а також виконує допускового контроль діаметра і 
сигналізацію виходу за допуск. 
Блок встановлюється на робочому місці оператора, на значній відстані від 
вимірювальної головки і забезпечує оператору зручність контролю і управління 
технологічним процесом. Конструкція блоку показана на рисунку 3.1 
Режим «Вимірювання» блоку індикації є основним. У цьому режимі 
індикатор Діаметр ФАКТИЧНИЙ показує середній діаметр кабелю або овальність, 
за вибором оператора. При індикації овальності в старшому розряді індикатора 
з'являється символ «0». 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
32 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Крім того, в режимі «Вимірювання», блок індикації виконує наступні 
додаткові функції: 
• Показує на лінійній світлодіодним шкалою у вигляді світлового відрізка 
величину відхилення виміряного середнього діаметра від номінального значення, 
а також напрямок цього відхилення: до верхнього, або до нижнього допуску. 
• У разі виходу середнього діаметра за допуск здійснює такі дії: включається 
в миготливий режим одну з половин світлодіодним шкали, подається тональний 
звуковий сигнал «Перевищення допуску», а також формується електричний сигнал 
«Перевищення допуску», що надходить на клеми ВИХІД на задній панелі блоку. 
• Виміряні значення (діаметри по осях вимірювання, діаметр середній і 
овальність) передаються в цифровому вигляді по інтерфейсу RS485 на зовнішні 
цифрові пристрої. Ці пристрої підключаються до гнізда ЗВ'ЯЗОК блоку індикації. 
Кінцева структурна схема представлена на кресленні. 
 
 
 
3.2 Розробка схеми електричної принципової 
Метою даної роботи є розробка пристрою контролю діаметра. В якості 
основного вектора розробки було вибрано використання ПЗС матриці в якості 
активного світлочутливого елемента. Переважна більшість сучасних вимірювачів 
діаметра працюють саме з такими типами датчиків. 
Багатоелементні ПЗС матриці являють собою датчики, що працюють за 
принципом зчитування потенціалу за допомогою зсувного регістру від елемента до 
елементу. Існують однорядкові (ПЗС-лінійки) і багаторядкові (ПЗС-матриці) 
датчики. У ПЗС-лінійках заряд посилюється вихідними каскадами датчика, а після 
посилення перетворюється в вихідну напругу в аналоговій формі. ПЗС матриці 
додають до себе додатковий (вертикальний) регістр зсуву. Принцип дії 
залишається тим же. Різниця в лінійних і багаторядкових датчиках, крім кількості 
елементів, зсувних регістрів і т.д. полягає в більш високій частоті функціонування 
останніх. 
Точність вимірювання в таких вимірниках залежить від наявності оптичних 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
33 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
систем для створення паралельного пучка випромінювання і від роздільної 
здатності самого датчика. Ці дві складові надають найбільший внесок в 
підсумковий результат. 
Для того, що б зменшити помилку вимірювання, було прийнято рішення по 
можливості не використовувати будь-які лінзовий системи, тим самим, ми 
виключаємо поява помилок, пов'язаних з дефектами лінз. Крім цього, знижується 
вартість пристрою, так як виготовлення якісних лінз із заданими параметрами 
вимагає істотних матеріальних витрат. 
Другою особливістю розроблюваного приладу є підвищення точності, з 
огляду на явище дифракції світлового випромінювання від вимірюваного об'єкта. 
Вибір контролера 
В якості робочого контролера була обрана плата сімейства Arduino. Під цією 
маркою випускається декілька різних типів плат і додаткових плат розширення 
(shields). Плата має набір компонентів, необхідний для роботи вбудованого в неї 
мікроконтролера, в тому числі - стабілізатор живлення плати, підтягує резистори, 
 
роз'єм підключення до ПК і т.д. 
Завантаження програми в плату відбувається без підключення додаткового 
програматора, так як в платі жорстко зашитий стандартний завантажувач, який 
з'єднується з ПК через USB-роз'єму або ж UART-роз'єму, в залежності від моделі 
плати. 
Найбільш поширеними мікроконтролерами на платах є рішення фірми 
Atmel, сімейства восьмибітних AVR з Гарвардської архітектурою: ATTiny85, 
ATmega32U4, ATmega2560, ATmega168, ATmega328. 
У даній роботі дослідження проводилися на платі Arduino UNO з мікро 
контролером Atmega 328P-PU. 
На платі передбачена кнопка перезавантаження, яка перезапускає програму 
на мікроконтролері. Так само присутній роз'єм ICSP для внутрисхемного 
програмування і діоди, що відповідають за індикацію підключення плати до ПК і 
індикацію обміну даними з ПК по послідовному порту. Харчування здійснюється 
за допомогою адаптера AC / DC, батареї або USB кабелю. Струмовий захист 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
34 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
представлена самовідновлюватися запобіжником. Робочі характеристики плати 
представлені в таблиці 3.1. 
Таблиця 3.1 - Характеристики Arduino UNO 
Мікроконтролер  ATmega328 
Робоча  напруга 5В 
Напруга живлення (рекомендований) 7-12В 
Напруга живлення (граничне) 6-20В 
14 (з них 6 можуть використовуватися 
Цифрові входи / виходи 
в якості ШІМ-виходів) 
аналогові входи  6 
Максимальний струм одного виведення 40 мА 
Максимальний вихідний струм виводу 
50 мА 
3.3V 
32 КБ (ATmega328) з яких 0.5 КБ 
Flash-пам'ять 
використовуються загрузчиком 
SRAM 2 КБ (ATmega328) 
 EEPROM 1 КБ (ATmega328) 
Тактова частота 16 МГц 
 
Габарити друкованої плати Uno складають 6,9 см у довжину та 5,3 см у 
ширину. Роз'єми USB та живлення виходять за межі основних розмірів плати. 
Чотири отвори у платі дозволяють її фіксувати на поверхні. Розташування 
цифрових виводів 7 і 8 відповідає відстані 0,4 см, тоді як для інших виводів вона 
становить 0,25 см.. 
Arduino Uno може харчуватися як від USB підключення, так і від 
зовнішнього джерела: батарейки або звичайної електричної мережі. Джерело 
визначається автоматично. Рекомендований діапазон: 7-12 В (добре). При роботі 
на граничних напружених 6-20 В можливий перегрів і нестійка робота контролера, 
а при перевищенні вихід з ладу. На платі Arduino доступні наступні контакти для 
доступу до харчування: Vin надає той же вольтаж, що використовується для 
харчування платформи. При підключенні через USB буде дорівнює 5 В. 
5V надає 5 В незалежно від вхідної напруги. На цьому напрузі працює 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
35 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
процесор. Максимальний допустимий струм, одержаний за цього контакту – 
800 мА. 3.3V надає 3,3 В. Максимальний допустимий струм, одержаний за цього 
контакту - 50 mA. GND - земля. 
Платформа оснащена трьома типами пам'яті: flash-пам'яті (ПЗУ) розмір 32 
кб з яких 2 кб займає bootloader - програма для завантаження контролера через USB 
комп'ютера прошивається виробником. Місце, що залишилося відведено під 
завантаження програм управління контролером, змінюється тільки при прошивці 
(початковому завантаженні) програм і в ході роботи контролера змінюватися не 
може. SRAM-пам’ять (ОЗУ) розмір 2 кб, які використовуються для зберігання 
тимчасових даних одержуваних в процесі роботи контролера.    
EEPROM-пам'яті 1 кб для довготривалого зберігання даних. За своїм 
призначенням це аналог жорсткого диска для Arduino. Може використовуватися 
для довготривалого зберігання значень змінних незалежно від наявності напруги 
живлення. 
Цифровий інтерфейс 14 контактів (pins) працюють з напругою 5 В, і 
 
розраховані на струм до 40 мА. Режим роботи (введення / виведення) визначається 
для кожного контакту окремо програмно при програмування. Деякі контакти 
мають додаткові ролями: Serial: 0-й і 1-й. Використовуються для прийому і 
передачі даних по USB. Зовнішнє переривання: 2-й і 3-й. Ці контакти можуть бути 
налаштовані так, що вони будуть провокувати виклик заданої функції при зміні 
вхідного сигналу. 
PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й і 11-й (на платі помічені ~). Можуть бути 
виходами з широтно-імпульсною модуляцією (pulse-width modulation) з 256 
градаціями. 
LED: 13-й. До цього контакту підключений вбудований в плату світлодіод. 
Якщо на контакт виводиться 5 В, світлодіод запалюється; при нулі - світлодіод 
гасне. 
Аналоговий інтерфейс: 6 контактів, кожен з яких надає дозвіл в 1024 
градації. Режим роботи (введення / виведення) визначається для кожного контакту 
окремо програмно при написанні програми. За замовчуванням значення 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
36 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
вимірюється між землею і 5 В. Так само є можливість зміни верхньої межі, для чого 
необхідно подача напруги потрібної величини на контакт AREF. 
Reset апаратне скидання вхідний контакт при установці в логічний нуль 
призводить до скидання процесора аналогічно короткочасного знеструмлення 
контролера. 
Arduino Uno володіє декількома способами спілкування з іншими Arduino, 
мікроконтролерами і звичайними комп'ютерами. З платою можна встановити 
послідовне з'єднання (Serial UART) через 0 і 1 контакти. Встановлений на 
платформі мікрочіп ATmega16 дозволяє здійснити це з'єднання через USB порт 
комп'ютера, при цьому на комп'ютері стає доступний, так званий, віртуальний 
COM-порт, який необхідно вказати вручну для правильної роботи плати і 
програми. Програмна частина Arduino включає віконну утиліту, яка дозволяє 
обмінюватися текстовими повідомленями по UART каналу. 
Вбудовані в плату світлодіоди RX і TX світяться, коли йде передача даних 
між чіпом ATmega162U і USB комп'ютера. 
 
Окрема бібліотека дозволяє організувати послідовне з'єднання з 
використанням будь-яких інших контактів, не обмежуючись штатними 0-м і 1 м. За 
допомогою плат розширення, які так само виробляються компанією Arduino і 
іншими фірмами, стає можлива організація інших способів взаємодії, таких як 
Ethernet-мережа, радіоканал або ж Wi-Fi з'єднання [26]. 
Вибір плати Arduino Uno в якості налагоджування обумовлювався 
наявністю досвіду роботи з нею, безпосереднім наявністю плати, подальшою 
можливістю заміни плати на більш компактну без зміни коду програми, 
можливістю заміни отладочной плати безпосередньо на мікроконтролер 
ATmega328, широка поширеність плати. 
 
Опис ПЗС матриці 
Як світлочутливого елемента був обраний датчик від компанії iC-LFL1402. 
Даний датчик має 256 активних пікселів і дозвіл 400DPI. Ширина одного активного 
пікселя складає 56 мікрометрів, ширина корпуса датчика дорівнює 1,7 мм, довжина 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
37 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
16,6 мм [27]. 
LFL1402 є перетворювачем потужності випромінювання в вихідна напруга. 
Не має розривів і спотворень між світлочутливими пікселями, завдяки їх 
монолітної інтеграції. Кожен піксель складається з фотодіода, розміром 56.4 х 200 
мкм, конденсатора і схеми управління. Інтегрована логіка управління дозволяє 
зробити роботу з світлодіодом дуже простий: використовуючи лише сигнал 
синхронізації і сигнал тактування. 
Після того, як було подано харчування, відбувається внутрішній скидання 
всіх параметрів: конденсатори розряджаються і датчик приходить в початковий 
стан. Високий сигнал на вході SI і наростаючий фронт на CLK запускає цикл 
зчитування, а разом з ним новий цикл інтеграції (рисунок 18). За допомогою 
спеціальної процедури все 256 пікселів можна вважати за 256 тактових імпульсів. 
 
 
 
Рисунок 3.3 – Зчитування датчика  
Більшість ПЗС матриць мають найбільшу чутливість в діапазоні 
випромінювання 500-800нм. Такі довжини хвиль відповідає червоному 
спектральному світла. Тому, найчастіше в приладах, що працюють на основі ПЗС, 
використовуються когерентні монохроматичні лазерні випромінювачі. 
Датчик LFL1402 має світлочутливу діаграму, показану на рисунку 3.4. 
Максимальну чутливість датчик має в діапазоні довжин хвиль 620 - 780 нм. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
38 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 3.4 - Діаграма світлочутливості датчика 
 
Вибір джерела випромінювання 
Так як було вирішено відмовитися від використання додаткових оптичних 
систем, що складаються з лінз, що б зменшити похибки вимірювання, необхідний 
 когерентне джерело випромінювання, промені якого не будуть гомоцентричних, 
тобто сходяться в одній точці простору. Крім цього, джерело випромінювання 
повинен забезпечувати чутливість датчика, близьку до максимально можливої, 
тобто випромінювати хвилі з довжинами хвиль. 
Існує кілька способів досягти перерахованих вище умов. По-перше, 
відповідно до малюнка, максимальну чутливість обраний датчик показує при 
довжині хвилі 700нм. Це відповідає червоному кольору на кордоні видимого і 
інфрачервоного випромінювань (рисунок 3.5). 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
39 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 3.5 - Довжини світлових хвиль 
Таким чином, джерелом повинен бути червоний лазер. 
По-друге, більшість вироблених лазерів, мають діаметр світлового плями 
 
близько 3-5 мм і циліндричний корпус, діаметрами від 5,2 до 22мм. У зв'язку з чим, 
виникає проблема повного висвітлення датчика за допомогою лазерного 
випромінювача. 
В ході аналізу можливих варіантів розв'язання проблеми було виділено 3 
можливих методу її рішення. 
1) Використання декількох лазерних діодів, випромінюючих під кутом до 
відвиваючого дзеркала; 
2) Створення розширює коліматора; 
3) Пошук лазерів з великим світловим плямою. 
Використання декількох лазерних діодів дозволяє розширити діапазон 
області, засвічується джерелом випромінювання, але сильно ускладнює і 
нагромаджує конструкцію. Крім цього, лазерні випромінювачі дуже вимогливі до 
стабільності харчування: лазерний діод боїться статичної електрики, 
мікросекундних сплесків напруги і перевищення робочого струму. 
Чим більше лазерних діодів використовується в пристрої - тим складніше 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
40 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
підтримувати стабільність струму напруги і т.д. Тому для управління живленням в 
лазерних випромінювачів використовуються драйвери. Приклад найпростішого 
драйвера можна побачити на рисунку 3.6. 
 
Рисунок 3.6 - Схема найпростішого лазерного драйвера 
Мінус розглянутої схеми полягає в тому, що при зниженні заряду на джерелі 
живлення діод буде зменшувати потужність випромінювання. 
Прикладів драйверів для лазерних діодів багато в інтернеті. При бажанні 
можна вибрати з готових проектів під необхідні характеристики. 
На рисунку 3.5 представлений драйвер на мікросхемі LM358. 
 
 
Рисунок 3.7 - Схема драйвера лазера на мікросхемі LM 358 
LM358 є операційний підсилювач з двома каналами управління. Відмінною 
особливістю даної мікросхеми є надмалий енергоспоживання і високий коефіцієнт 
посилення. Мікросхема має внутрішню частотну корекцію. Харчування може 
здійснюватися від однополярного джерела живлення з великим діапазону напруг 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
41 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
від 3В до 30В. Малий струм споживання ОУ до 2мА практично не залежить від 
напруги живлення. Основна область застосування операційного підсилювача 
LM358 - підсилювач постійного струму, перетворюючі підсилювач, а так же, 
підсилювач загального призначення в схемах з однополярним джерелом живлення. 
Створення розширює коліматора, на мій погляд, більш перспективне 
рішення, ніж описане вище, але так само не позбавлене своїх недоліків: включення 
додаткових лінз є неминучим при цьому рішенні проблеми. Як виявилося - на 
практиці необхідну за параметрами лінзу часто неможливо знайти у вільному 
доступі, а замовляти у виробників штучний екземпляр економічно недоцільно. 
Інша справа, якщо мова йде про серійне виробництво великої партії. 
Проте, існують готові вироби, що дозволяють кратно збільшувати світлову 
пляму лазерів. Ціна таких виробів досить висока щодо вартості самого лазерного 
випромінювача, що є мінусом даного рішення. 
В ході додаткових пошуків лазерів зі збільшеним світловим плямою була 
виявлена M-22B660-130-G, зовнішній вигляд випромінювача представлений на 
 
рисунку 3.8. 
 
Рисунок 3.8 - Зовнішній вигляд M-22B660-130-G 
Дана модель виробляється Китайської фірмою MTO-laser і має діаметр 
світлового плями 16,5 мм. Цього якраз вистачає для повного перекриття 
світлочутливої зони датчика. Ціна даного випромінювача складає близько 1000 
рублів за один джерело випромінювання. 
Довжина хвилі обраного випромінювача дорівнює 650 нанометрів, його 
чутливість буде трохи нижче максимальної: близько 96%. 
  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
42 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
4 Розрахунок основних елементів схеми 
 
 
4.1 Розробка алгоритму тестування датчика 
Так як у вибраних датчиків розміри пікселів свідомо більше необхідної 
точності, було розглянуто варіант виконання з 2 ПЗС лінійками в одному корпусі. 
Датчики повинні бути зміщені один щодо одного на половину пікселя. Сучасні 
технології обробки цілком можуть забезпечити таку точність [29, 30]. Таким чином, 
буде збільшена точність вимірювань, а так само надійність пристрою. 
Умовно, його можна розбити на кілька частин: 
1) Ініціалізація параметрів і визначення значень засвічених і не засвічених 
пікселів, масштабування отриманих значень; 
2) Реалізація алгоритму зчитування пікселів; 
3) Обчислення діаметра вимірюваного об'єкта. 
Для початку розглянемо алгоритм отримання значень з одного датчика 
LFL1402. Алгоритм зчитування всіх пікселів представлений на рисунку 4.1 
 
По таблиці 4.1 необхідно вибрати відповідні біти і задати їм необхідне 
значення. 
Таблиця 4.1 - Значення бітів дільника 
ADPS2 ADPS1 ADPS0 Дільник 
0 0 0 1 
0 0 1 2 
0 1 0 4 
0 1 1 8 
1 0 0 16 
1 0 1 32 
1 1 0 64 
1 1 1 128 
За складеним алгоритмом була розроблена програма для перевірки роботи 
датчика. 
Підключення датчика і мікроконтролера здійснювалося за допомогою pin-
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
43 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
проводів типу «тато-тато» і «мама-тато» на макетної платі з набору Ардуіно. 
Входи Si і Clc датчика підключені до цифрових виходів 7 і 8, аналоговий 
вихід AO датчика підключений до аналогового входу А0.Пітаніе +5 подається на 
пін датчика Vcc. Для стабілізації живлення до схеми був підключений конденсатор 
на 10-6 Фарад, земля підключена до AGND. 
Принципову схему підключення можна побачити на рисунку 4.2. 
 
 
Рисунок 4.1 - Алгоритм управління зчитуванням пікселів 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
44 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
 
Рисунок 4.2  - Принципова схема підключення датчика для перевірки 
 
4.2  Визначення похибки вимірювання 
Здійснення заданих параметрів, законів руху і інших характеристик з 
абсолютною точністю можливо лише теоретично, т. п. в ідеальних механізмах. У 
реальних механізмах неможливо уникнути різного роду відхилень від ідеального 
випадку. Різниця між реальним (дійсним) значенням даного параметра і його 
ідеальним значенням становить похибка механізму за цим параметром. Повна 
(сумарна) похибка механізму, складальної одиниці або приладу складається з 
багатьох окремих, так званих часткових, похибок. Часткові похибки більш 
високого рангу, наприклад, похибка відліку, являють собою суму більш дрібних 
часткових похибок. 
Всі похибки незалежно від причин і характеру їх виникнення можна 
поділити на дві основні категорії: систематичні і випадкові. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
45 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Більшість похибок змінюють свої значення близько нуля в певних 
невеликих межах. Вони можуть мати будь-яке випадкове значення в рамках цієї 
межі (нуль, максимальне позитивне або негативне), причому встановити 
заздалегідь конкретне значення таких похибок для певного моменту роботи 
приладу не представляється можливим. Такі похибки називаються випадковими. 
Середні значення випадкових похибок мало відрізняються від нуля. 
Систематичними похибками називаються такі, які обов'язково виникають 
при даних умовах. Дія цих похибок носить цілком певний систематичний характер, 
певним умовам відповідає певне значення систематичної похибки (абсолютна 
величина і знак). Систематичні похибки підрозділяють на постійні і змінні. 
Постійні систематичні похибки в процесі роботи приладу зберігають свою 
величину і знак (наприклад, похибка в довжині мірної стрічки, похибка в розмірі 
шкали і т. п.). Змінні систематичні похибки в процесі роботи механізмів приладу 
змінюються за певним законом (наприклад, похибка ексцентриситету змінюється 
по періодичному закону). Основними похибками оптико-механічних та оптико-
 
електричних приладів є: 
1) теоретичні похибки приладу, т. е. похибки, які залежать від якості 
виготовлення приладу: а) відступу від суворого математичного рішення задачі 
приладом (допущення в формулах, що вирішуються контролером), прийняті з 
метою спрощення конструкції (ці похибки, як правило, є систематичними) ; б) 
похибки оптичних систем, пов'язані з теоретичними можливостями їх розрахунку 
(наприклад, розрахункові значення аберацій); в) похибки вхідних даних; 
2) первинні похибки - похибки розмірів, форми і положення деталей, що 
виникають при виготовленні і роботі приладу. Первинні похибки механізмів, які 
надають найбільший вплив на їх точність, підрозділяють на наступні види: 
а) технологічні первинні похибки, що представляють собою виробничі 
похибки виготовлення деталей (похибки розмірів, розташування і форми робочих 
поверхонь) і похибки збірки; характер прояву цих похибок випадковий;  
б) силові деформації деталей від сил тяжіння, зовнішніх 
(навантажувальних) сил, сил тертя і т. п. За характером прояву ці похибки 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
46 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
відносяться до систематичних; 
в) температурні деформації деталей; зміна розмірів деталей при зміні 
температури в порівнянні з вихідною (плюс 20 ° С) призводить до погрішностей, 
що приймається в розрахунок як систематичні; 
г) вплив коливань і вібрацій в процесі роботи; причинами коливань і 
вібрацій можуть бути зовнішні умови, неврівноваженість обертових частин і 
деталей, зазори і тертя в кінематичних парах, недостатня жорсткість несучих 
елементів, відсутність або недосконалість амортизувальних пристроїв і т. п. 
Первинні похибки, що виникають в процесі роботи приладу, називають 
експлуатаційними; до них відносяться силові і температурні деформації, вплив 
сил тертя, знос, вплив коливань і вібрацій; 
Ця обставина має особливо враховуватися при виконанні розрахунків на 
точність, в результаті яких повинні бути не тільки виявлені закономірності дії 
систематичних похибок, але і намічені заходи щодо усунення або суттєвого 
зменшення їх впливу на результати вимірювань. 
 
Зменшення впливу систематичних похибок може бути досягнуто 
прийняттям таких основних заходів: 
1) технологічних (підвищення точності виготовлення деталей і збірки, 
посилення допусків, вдосконалення технологічного процесу); 
2) конструктивних: 
а) зміна конструкції (зміна розмірів, доцільний вибір матеріалів і т. п.); 
б) введення компенсаторів; 
3) методичних: 
а) вибір методики вимірювань (і відповідно конструктивної схеми) з метою 
перетворення постійної похибки в знакозмінними або випадкову; 
б) введення поправок. 
Найбільш раціональними й ефективними є конструктивно методичні 
заходи, так як технологічні заходи призводять лише до часткового зменшення, а не 
до усунення систематичних похибок при неминучих додаткових виробничих 
витратах. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
47 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Похибка проектованого вимірювального приладу визначається похибкою 
первинного перетворювача (роздільною здатністю ПЗС лінійки) і кількістю 
відображуваних знаків на індикаторі. Похибка ПЗС лінійки визначається її 
роздільною здатністю, тобто. Е. Розміром її осередки [13]. 
 
4.3 Розробка коду керуючої програми 
Для роботи з LFL1402 мною був використаний дільник частоти. Дільник 
необхідний для зміни частоти роботи АЦП. Мікроконтролер ATmega328 має 8 
бітну архітектуру і 10 бітний АЦП. Спрощену структуру АЦП мікроконтролера 
можна побачити на рисунку 4.3. 
 
 
Рисунок 4.3 -Структура АЦП ATmega328 
З рисунка видно, що результат перетворення буде зберігатися в двох 
регістрах: ADCH і ADCL (високий і низький рівень відповідно). 
Формула для обчислення значення перетворення АЦП виглядає наступним 
чином: 
 А V
= in ⋅1023                                                    (4.1) 
Vref
Якщо VIN дорівнює 0 вольт перетворене значення буде 0. Якщо VIN = VREF 
перетворене значення буде 1023. 
Так само, дільник впливає на роботу вбудованого в мікроконтролер 
таймера. Формула залежності: 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
48 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 f v
= ,                                                     (4.2) 
p
де v - частота роботи мікроконтролера, p - виставлений преддлелітель. 
Значення бітів ADPS і відповідного значення предделителя представлені в 
таблиці 2 в розділі 3.2. 
Коефіцієнт розподілу визначається за допомогою ADPS-бітів, які 
знаходяться в регістрі ADCSRA (регістр управління станом). Розподільник починає 
свою роботу від моменту активації АЦП шляхом встановлення біта ADEN в 
регістрі ADCSRA. Розподільник працює, доки біт ADEN має значення 1, і припиняє 
свою дію, коли ADEN дорівнює 0. Якщо потрібна максимальна точність (10 біт), 
то частота на вході схеми послідовного наближення повинна знаходитися в 
діапазоні від 50 до 200 кГц. У випадку, якщо достатньо точності менше 10 біт, то 
можна встановити частоту більше 200 кГц. Нормальне аналого-цифрове 
перетворення вимагає 13 тактів синхронізації АЦП. Перше перетворення після 
активації АЦП (встановлення ADEN в ADCSRA) потребує 25 тактів синхронізації 
 
АЦП через ініціалізацію аналогової схеми. Після завершення перетворення 
результат записується в регістри даних АЦП і встановлюється прапор ADIF. У 
режимі одиночного перетворення одночасно скидається біт ADSC. Програмно біт 
ADSC може бути встановлений знову, і нове перетворення буде запущено за 
першим наростаючим фронтом тактового сигналу АЦП. У режимі автоматичного 
перезапуску нове перетворення розпочинається безпосередньо після завершення 
попереднього, при цьому ADSC залишається у стані логічної «1». 
Таймер управляється регістром TCNT в мікроконтролері. Дільник 
налаштовується битами CS регістра TCCR. Значення бітів і опис отриманої частоти 
представлено в таблиці 4.2. 
У середовищі розробки Arduino IDE настройка таймера здійснюється 
наступною рядком: 
TCCR1B = (1<<CS12)|(0<<CS11)|(1<<CS10); // установка дільника +1024. 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
49 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Таблиця 4.2 - значення бітів CSn1 
CSn12 CSn11 CSn10 опис 
0 0 0 немає синхронізації. Таймер-лічильник 
зупинений. 
0 0 1 clk / 1 (без предделенія) 
0 1 0 clk / 8 (з предделеніем) 
0 1 1 clk / 64 (з предделеніем) 
1 0 0 clk / 256 (з предделеніем) 
1 0 1 clk / тисяча двадцять чотири (з предделеніем) 
1 1 0 Зовнішній тактовий джерело з вив. Тп. 
Синхронізація по падаючому фронту. 
Зовнішній тактовий джерело з вив. Тп. 
1 1 1 
Синхронізація по наростаючому фронту. 
 
Для вивчення впливу предделителя на роботу системи в коді програми були 
 описані всі можливі варіанти предделителя: 
const unsigned char PS_2 = (1 << ADPS0); 
const unsigned char PS_4 = (1 << ADPS1); 
const unsigned char PS_8 = (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0); 
const unsigned char PS_16 = (1 << ADPS2); 
const unsigned char PS_32 = (1 << ADPS2) | (1 << ADPS0); 
const unsigned char PS_64 = (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1); 
const unsigned char PS_128 = (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0); 
Далі оголошуються номери портів підключення датчика до 
мікроконтролеру, відповідно до рисунка. Зчитування аналогового значення рівня 
напруги з датчика буде здійснювати за допомогою виведення A0: 
int pixelValue_pin = A0; 
Стробірующій сигнал, що дозволяє перезапуск циклу зчитування значень з 
А0 буде подаватися на пін під номером 7 на платі: 
int si_pin = 7; 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
50 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Тактуючий сигнал, що відлічує проміжки перемикання світлочутливих 
пікселів буде подаватися на пін під номером 8 на платі: 
int clk_pin = 8; 
Результати зчитування з pixelValue_pin повинні десь збережуться для 
подальшої обробки. Для цього створимо масив з 256 елементів беззнакового 
целочисленного типу uint8_t. Цифра 8 тут показує кількість бітів. 
Далі необхідно вказати стан пінів 7 і 8. Вони можуть працювати як входу і 
як виходу, відповідно. Так як 7 пін - це стробірующій, а 8 пін - тактуючий виходу, 
то настройка режимів роботи буде здійснена за допомогою функції pinMode, яка 
встановлює режим роботи заданого Піна як входу або як виходу. Функція має 
наступний синтаксис: pinMode (pin, mode), де pin - номер вхід / виходафт), який ви 
хочете встановити; mode - режим одне з двох значення - INPUT або OUTPUT, 
встановлює на вхід або вихід відповідно. 
Таким чином, визначення 7 і 8 Піна як виходу описується наступним 
рядком: 
 
pinMode (si_pin, OUTPUT); pinMode (clk_pin, OUTPUT); 
Так як для правильного функціонування датчика необхідно підібрати 
потрібний Дільник, необхідно видалити біти, що відповідають за налаштування 
предделителя за замовчуванням: 
ADCSRA & = ~ PS_128; 
Після того, як біти встановлені в 0, можна записувати в регістр необхідну 
нам комбінацію бітів, які були визначені на самому початку програми. Для нашого 
випадку це буде дільник 8: 
ADCSRA | = PS_8; 
Для того, що б чітко відстежувати правильність роботи підключеного 
сенсора, необхідно моніторити дані з виходу А0 в реальному часі. Найбільш 
простий спосіб - це посилати зняті з аналогового виходу значення на комп'ютер за 
допомогою паралельного порту. 
Arduino IDE має в своєму наборі вбудовані інструменти для моніторингу 
послідовного інтерфейсу. За зв'язок з плати ПК по паралельному з'єднанню 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
51 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
відповідає набір функцій Serial. Крім цього, він служить для зв'язку пристрою 
Ардуіно з іншими пристроями. 
Для створення циклу будемо використовувати конструкцію з передумовою: 
for (i = 0; i <256; i ++) {} 
Усередині тіла циклу будемо управляти пинами si clk. Так само, необхідно 
перевіряти умови перезапуску циклу зчитування напруги з аналогового виходу: 
if (i == 0) { 
digitalWrite (si_pin, LOW); 
} 
else if (i == 255) { 
digitalWrite (si_pin, HIGH); 
} 
При такому алгоритмі зчитування пікселів необхідно пропустити найпершу 
сходинку значень, так як з великою ймовірністю вона буде містити не 256 записів, 
а більше. 
 
Зчитування значення інтенсивності випромінювання, перекладеного в 
одержуване напруга відбувається за допомогою функції analogRead (). Як вже було 
сказано вище, мікроконтролер має 10-бітний АЦП частоту якого можна змінювати. 
Після того, як піксель був лічений рядком 
value = analogRead (pixelValue_pin); 
в змінну value записується лічений значення. І лічильник циклу i додає 
одиницю. Цикл повторюється до тих пір, поки не досягається умова i <256. 
Висновок масиву значень здійснюється рядком Serial.write ((uint8_t *) pixels, 
(size_t) 256); 
Serial.println (); 
Після того, як був підключений перший датчик необхідно за аналогією 
підключити до отладочной плати другий і написати програму для підрахунку 
кількості пікселів, на які потрапила тінь від вимірюваного об'єкта. Після цього, 
помноживши кількість на розмір пікселя ми отримаємо ширину відкидаємо тіні. 
При цьому виникає проблема фіксування вимірюваного об'єкта на незмінній 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
52 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
відстані від світлочутливих ПЗС-лінійок. Навіть незважаючи на те, що в якості 
джерела був обраний лазерний випромінювач, не вдалося повністю відмовитися від 
використання лінз в розробляється пристрої. 
Абсолютно всі лазерні випромінювачі, які випромінюють 
вузьконаправлений пучок світла мають в своїй конструкції коліматор - спеціальне 
оптичний пристрій для отримання паралельних пучків променів світла. 
Оптичний коліматор включає в себе об'єктив, в фокальній площині якого 
розташоване джерело випромінювання малого діаметра. Один з найбільш 
поширених варіантів - отвір малого діаметру або щілину. Промені, які не 
паралельні головній оптичній осі, поглинаються стінками корпусу, для виключення 
їх подальшого впливу. Після отвори, промінь потрапляє на лінзу, у якій будуть 
присутні аберації. На додаток до аберації самої лінзи існує похибка установки лінзи 
щодо джерела випромінювання, корпусу і т.д. Через це після лінзи промінь буде не 
строго паралельним, що показано на рисунку 4.4. 
Тому, для зменшення впливу аберацій в лінзі коліматора і неточності 
 
установки в корпус, вимірюваний пластиковий пруток слід стабілізувати. 
Найбільш простий спосіб - поставити ролик, який буде направляти і підтримувати 
пруток. 
 
Рисунок 4.4 - Причини відхилення променів на виході коліматора 
Для підрахування кількості пікселів, на які потрапила тінь, на початку 
програми необхідно відкалібрувати датчик таким чином, що б знати максимальні і 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
53 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
мінімальні значення з виходу освітленості. 
Для цього, підключимо до драйверу лазера реле, яке буде керувати подачею 
живлення 5В на випромінювач. Схема реле представлена на рисунку4.5. 
 
Рисунок 4.5 - Принципова схема реле 
Тепер на початку програми необхідно записати значення з аналогового 
виходу датчика LFL1402 без включеного випромінювача, а після - з включеним. 
Висновок, керуючий реле підключаємо до другого цифровому виводу плати. 
 Чекаємо, поки пройде 10 циклів зчитування, і записуємо суму одержані значень 
при зчитуванні 10 циклу в змінну black, поділивши при цьому суму, на кількість 
пікселів в лінійці. Після подаємо високий рівень на 2 пін і так само робимо 10 
циклів, із записом значень останнього циклу, виділених на 256 в змінну white. 
Тепер розрахуємо межі в яких змінюються значення активності пікселя за 
допомогою функції map (). 
Ця функція має наступний синтаксис: map (value, fromLow, fromHigh, 
toLow, toHigh), де value є значенням, яке треба пропорційно перетворити, з 
діапазону (fromLow, fromHigh) в діапазон значень (toLow, toHigh). 
Згідно малюнку (), нижній діапазон fromLow буде дорівнює 450, а верхній 
діапазон fromHigh буде дорівнює 2400, нижня межа toLow буде дорівнює значенню 
змінної black, верхня межа toHigh прирівнюється white.Такім чином, ми зіставили АЦП  
Похибка вимірювання склала 1 світлочутливий елемент. 
Розрахований діаметр виявився дорівнює 1782 мкм, що на 3 мкм менше ніж 
значення, виміряне вручну за допомогою штангенциркуля. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
54 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
4.4 Розрахунок розмірів елементів друкованого рисунку 
Крок координатної сітки візьмемо 2,5 мм. Навісні елементи мають виводи 
прямокутного або круглого перетину. Діаметр отвору під вивід вибирають з умови 
отримання зазору між виводом і внутрішньою поверхнею отвору, що забезпечує 
капілярне проникнення припою в процесі пайки. 
В процесі розрахунку контактних площадок визначимо номінальні значення 
діаметрів монтажних отворів і мінімальні діаметри контактних площадок для всіх типів 
радіоелементів. Здійснюючи розрахунок контактних площадок необхідно керуватися 
рекомендаціями виробників ЕРЕ для ПМ. 
Для елементів в корпусах типу 0805 розрахунок проводиться за наступною 
методикою: 
Вихідні дані (рисунок 4.1): 
L = 2 мм - довжина компонента; 
L1= 1 мм - довжина компонента без ширини металізації виводів; В = 1,25 
мм - ширина компонента; 
 
H = 1 мм - висота компонента; 
D = 0,15 мм - допуск відхилення розміру компонента по довжині; М = 0,5 
мм - ширина металізації виводу. 
Рисунок 4.6 – Для елементів в корпусах типу 0805 
Форма контактних площадок для корпусів типу 0805 наведена на               
рисунку 4.7 
 
 
 
Рисунок 4.7 – Форма контактних площадок для корпусів типу 0805 
Розміри контактних площадок визначаються: 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
55 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
X = k + M + D;  (4.3) 
 
Y = B + 0.2H ;  (4.4)  
 
Z = 2k + L,  (4.5)  
де k - коефіцієнт, що враховує лінійні розміри ЧІП-компонента; 
k = 0,3 при L<3 мм, k = 0,35 при 3<L, k = 0,4 при L>5 мм. Отже 
X = 0.3+ 0.5+ 0.15 = 0.95(мм) 
Y =1.25+ 0.2 ⋅1=1.45(мм) 
Z = 2 ⋅0.3+ 2 = 2.6(мм) 
Для транзисторів у корпусах типу SOT 23 розміри контактних площадок, 
рекомендовані виробником фірмою Philips, наведені на рисунку 4.8. 
 
 
Рисунок 4.8 – Розміри контактних площадок 
Для планарних ІМС із кроком виводів 1,25 мм виробниками рекомендовано 
використовувати контактні площадки розміром 1,5×0,5 мм. (Рисунок 4.9) 
 
Рисунок 4.9 – Для планарних ІМС із кроком виводів 1,25 мм 
Для інших компонентів, що встановлюються на поверхню, контактні 
площадки конструюються з таким розрахунком, щоб ширина контактної площадки 
була на 0,125 мм більша за ширину виводу. 
При розрахунку контактних площадок необхідно, щоб провідники що 
підводяться до контактної площадки були за шириною не більше половини розміру 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
56 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
контактної площадки. Якщо така ширина недостатня по потужності, до площадки 
з різних сторін можна підвести декілька провідників шириною не більш зазначеної 
(рисунок 4.10). 
 
Рисунок 4.10 – Контактна площадка 
Після остаточного розрахунку розмірів контактних площадок потрібно 
закруглити їхні кути, як показано на рисунку 4.11. 
 
 
 
Рисунок 4.11 – Скруглення площадок  
 Це дозволяє заощаджувати паяльну пасту, поліпшує процес 
самоцентрування і зменшує електромагнітні випромінювання. Розміри контактних 
площадок для всіх типів ЕРЕ 
 
 
4.5 Розрахунок ширини друкованих провідників і відстані між ними 
Номінальне значення ширини провідника у вузькому місці плати: 
tB = tminB + ∆tH .B  (4.6)  
 
tB = 0.45+ 0.1= 0.55мм, 
де tmin В - мінімально припустима ширина провідника у вузькому місці; 
ΔtН В - нижнє відхилення ширини провідника. 
Номінальне значення відстані між сусідніми провідниками провідного 
рисунку дорівнює: 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
57 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
sB = sminB + ∆tB.B  (4.7)  
 
sB = 0.45+ 0.15 = 0.6 мм, 
де Smin В - мінімальна відстань між провідниками у вузькому місці; 
ΔtВ.В - верхнє відхилення ширини провідника. 
Визначаємо мінімальну ширину друкованого провідника по постійному 
струму за формулою: 
t I
= max
min  
H ⋅ J (4.8)  
ф В max
 
t 1.2
min = ≈1.7  мм, 
0.035 ⋅20
де Imax - максимальний струм, що протікає через провідник, А; 
JВmax - максимально допустима густина струму у друкованому провіднику 
 (20А/мм2); 
Hф - товщина фольги провідника, мм; 
Визначаємо мінімальну ширину друкованого провідника, виходячи з 
допустимого падіння напруги на ньому за формулою: 
b Imax ⋅ ρ ⋅ l
min 2 =  
U (4.9)  
ДОП ⋅ t
 
b 1.2 ⋅0,0175 ⋅0,075
min 2 ≈ 0,0145 мм, 
0.6 ⋅1,8
ρ - об'ємний питомий опір матеріалу провідника (0,0175 Ом·мм2/м); 
l - довжина провідника, м; 
UДОП- припустиме падіння напруги, не повинне перевищувати 5% від 
напруги живлення. 
Після розрахунку елементів друкованого монтажу, проводиться трасування 
плати. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
58 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Не існує максимально оптимальної відстані між компонентами на 
друкованій платі - чим більше, тим краще. Однак деякі проекти вимагають якомога 
більш щільного розміщення компонентів на друкованій платі, тому часто 
доводиться знаходити якийсь компроміс. Приклад мінімальних рекомендованих 
відстаней представлений на рисунку 4.7. 
 
 
Рисунок 4.12 –  Мінімальні рекомендовані відстані між компонентами  
Після розрахунків параметрів друкованого монтажу проводиться 
розміщення ЕРЕ на ДП і трасування друкованих провідників. 
При розміщенні ЕРЕ, що монтуються на поверхню, слід враховувати те, що 
геометричні центри встановлення елементів повинні розміщуватись у вузлах 
координатної сітки. Геометричний центр встановлення елементу знаходиться на 
перетині його осей симетрії. Відстань між корпусами та контактними площадками 
сусідніх елементів має бути не менше 1,25 мм. 
Операції розміщення та трасування виконуються вручну, а також за 
допомогою САПР. Використання САПР зменшує час і трудомісткість розробки 
РЕЗ, виключає можливість появи помилок. Їх доцільно застосовувати при розробці 
складних конструкцій та топологій. Для розробки топології ДП проектованого 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
59 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
пристрою можна застосувати ручний метод з використанням програми Laiout. Ця 
програма дозволяє вручну прокладати провідники будь-якої конфігурації на 
монтажній зоні ДП з нанесеною координатною сіткою. Всі розміри елементів 
друкованого монтажу можна змінювати. 
З'єднання на кресленні виконують відрізками прямих ліній, які співпадають 
з осями координат складають з ними кут, кратний 15°. 
При трасуванні уточнюють взаємне положення ЕРЕ, домагаючись 
рівномірної щільності друкованих провідників. Не варто, якщо це можливо, 
створювати на платі вузькі місця - ділянки, на яких ширина друкованих провідників 
і зазори між ними мінімально припустимі, але також нераціонально залишати 
великі ділянки, не зайняті ні провідним малюнком, ні ЕРЕ. 
Варіант розведення виконаний за допомогою програми Laуout із 
застосуванням координатної сітки з кроком 1,25 мм. ДП також має чотири отвори 
діаметром 3,2 мм для закріплення її до корпусу. 
Крім того, не слід розміщувати компоненти занадто близько до краю 
 
друкованої плати - відстань між компонентом і краєм плати повинно бути не менше 
1,25 мм (50 mil). 
Для проектів, що використовують традиційні компоненти вивідного 
монтажу, рекомендується сітка 2,55 мм (100 mil), для більш щільного розміщення, 
при використанні поверхневого монтажу, сітку розміщення можна зменшити до 
1,25 мм (50 mil) або навіть до 0,63 мм (25 mil). Застосування більш дрібної сітки 
часто буває невиправдано. 
Результати розведення плати приведені на кресленні. 
 
 
4.6 Розрахунок надійності  
Надійність – це властивість об’єкта зберігати у часі в установлених межах 
значення всіх параметрів, що характеризують здатність об’єкту виконувати певні 
функції в заданих режимах та умовах експлуатації. 
До поняття надійності відноситься дуже багато різноманітних властивостей 
об’єкта. Це, наприклад: безвідмовність, довговічність, ремонтоздатність, 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
60 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
збереженість. 
Надійність схеми являється одним з найголовніших параметрів при 
розробці приладів промислової та побутової техніки. Надійність “закладається” в 
процесі розробки та виробництва. Вона залежить від якості елементів, що 
використовуються та їх захищеності конструктивними методами; структурної 
захищеності, що забезпечує їх функціонування при наявності відмов; вірного 
вибору коефіцієнтів відмов і т.п. 
Існує ряд методів оцінки надійності. Найпоширенішим серед них являється 
наближений метод розрахунку надійності [16]. Його суть полягає в представленні 
пристрою у вигляді структурних схем, складовими елементами яких є елементи 
надійності (модулі, деталі, пристрої і т.д.), які мають кількісні характеристики 
надійності (інтенсивність відмов, можливість безвідмовної роботи і т.д.), також 
враховуються елементи монтажу, пайка, мікромодулі і т.д. 
Послідовною називається схема, у якій відмова будь-якого елемента 
надійності призводить до відмови всього блоку вона зображена на рисуноку 4.1. 
 
Розрахунок такої схеми зводиться до урахування сумісності подій, що полягають в 
безвідмовності всіх елементів надійності, що входять в досліджуваний об’єкт: 
n
P(t) =∏Pj (t) ,                                              (4.1) 
j=1
де P(t) – імовірність безвідмовної роботи досліджуваного об’єкта; 
Pj(t) – імовірність безвідмовної роботи його j-того елемента; 
n – кількість елементів надійності, що входять в досліджуваний об’єкт. 
 
 
Рисунок 4.1 – Схема послідовного з’єднання елементів надійності 
Інший вид структурних схем надійності відображають об’єкти, в які введена 
надлишковість елементів в цілях підвищення надійності об’єктів в цілому. Така 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
61 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
схема представляється у вигляді паралельного або змішаного з’єднання елементів 
надійності. Метод підвищення надійності об’єкта введенням надлишковості 
називається резервуванням. Розрізняють загальне та роздільне резервування 
об’єкта. Схема загального зображена на рисунку 4.2. 
 
 Рисунок 4.2 – Схема загального резервування 
Відмова об’єкта з загальним резервуванням відбувається при відмові всіх 
його навантажених (приєднаних) гілок: 
m
Q(t) =∏QBi (t) ,                                             (4.2) 
j=1
де Q(t) – імовірність відмови об’єкта; 
QBi(t) – імовірність відмови його і-ї гілки; 
m – кількість паралельно ввімкнутих гілок об’єкта. 
Імовірність безвідмовної роботи і-ї гілки об’єкта визначається за формулою: 
n
PBi (t) =∏Pij (t)  ,                                                    (4.3) 
j=1
де Pij – імовірність безвідмовної роботи j-го елемента і-ї гілки об’єкта; 
n – кількість елементів надійності і-ї гілки. 
З урахуванням того, що імовірність безвідмовної роботи та імовірність 
відмови об’єкта є подіями протибічними, маємо: 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
62 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
n
QBj =1−∏Pij (t) .                                                 (4.4) 
j=1
Підставивши це значення в 4.2, отримаємо: 
m  n 
Q(t) =∏1−∏Pij (t) .                                           (4.5) 
i=1  j=1 
Переходячи від імовірності відмови до імовірності безвідмовної роботи 
об’єкта, запишемо формулою для визначення імовірності безвідмовної роботи 
об’єкта з загальним резервуванням: 
m  n 
P(t) =1−∏1−∏Pij (t) .                                          (4.6) 
i=1  j=1 
Взагалі всі гілки об’єкта складаються з однакових елементів надійності, 
тому: 
m
P(t) =1− [1− (Pij (t))n ]  .                                           (4.7) 
Схема роздільного резервування об’єкта зображено на рисунку 4.3. Для 
 розрахунку його надійності знайдемо імовірність відмови одного, j-го ряду 
елементу: 
m
Qi (t) =∏Qij (t) .                                                (4.8) 
i=1
З цього слідує, імовірність безвідмовної роботи j-го ряду елементів 
надійності об’єкта складатиме: 
m
Pi (t) =1−∏(1− Pij (t)).                                        (4.9) 
i=1
Оскільки в об’єкті є n таких рядів елементів, оскільки імовірність 
безвідмовної роботи об’єкта визначається добутком: 
n m
P(t) =∏
1−∏(1− Pij (t))  .                                       (4.10) 
j=1  i=1 
При однакових елементах надійності об’єкта отримаємо: 
n
P(t) = [1− (1− P m
ij (t)) ] ;                                            (4.11) 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
63 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 4.3 – Схема роздільного резервування 
Роздільне резервування об’єкта дає більший виграш в порівнянні з 
загальним резервуванням, однак внаслідок супроводжувального змінення 
параметрів об’єкта при відмові його елементів воно застосовується рідко. Якщо 
 замість резервуючих електрорадіоелементів використовувати більш крупні 
елементи надійності, наприклад блоки, то вартість об’єкта значно збільшиться і він 
стане економічно невигідним. 
Часто реальний об’єкт має таке з’єднання елементів надійності, яке можна 
представити схемою їх змішаного з’єднання. 
Так, стосовно до схеми, зображеної на рисунку 4.4, послідовність 
розрахунку її надійності наступна: 
Імовірність безвідмовної роботи паралельного з’єднання елементів 
надійності 
P2,3 (t) =1− (1− P2 (t))(1− P3 (t)) .                                  (4.12) 
Імовірність безвідмовної роботи об’єкта 
P(t) = P1(t)[1− (1− P2 (t))(1− P3 (t))]P4 (t) .                            (4.13) 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
64 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
  
Рисунок 4.4 – Схема змішаного з’єднання елементів надійності 
В даному випадку розрахунку надійності приладу доцільніше підрахувати 
кількість елементів одного типу та помножити на відсоток їх відмови, а потім 
просумувати їх та знайти загальний відсоток відмови приладу. 
Суммарная интенсивность отказов[10]:  
Λ = ∑ λ = 11.32·10-6 1/ч.  
Сумарна напрацювання на відмову [10]: 
T = 1 / Λ = 88400ч. 
 
Отримуємо ймовірність безвідмовної роботи пристрою протягом 1000 
годин: 
P(t)=0.99  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
65 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
5 Технологічний розділ 
 
5.1 Технологія виготовлення друкованої плати. 
В даному дипломному проекті розглянута технологія виготовлення 
друкованої плати електронного блоку електрокардіографа. 
Друкована плата – найпоширеніший метод створення електричних 
ланцюгів в радіоелектронних приладах. Плата являє собою плоску діелектричну 
основу, на якій з однієї або з обох сторін містяться провідники відповідно до 
потрібної електричної схеми. Провідники виготовляють у вигляді смужок металу – 
фольгованого та можливо напиленого покриття. Вони  забезпечують з’єднання 
елементів електричного ланцюга. 
На платі просвердлені монтажні отвори, в які закріплюються виводи 
електрорадіоелементів при монтажі. Металізовані отвори, що служать для 
з'єднання провідників, розташованих на обох сторонах плати, називають 
перехідними. 
 
Основні типи друкованих плат : 
Одностороння друкована плата - це плата, в якій провідниковий малюнок 
розміщений на одній стороні. 
Рельєфна друкована плата - виконується з малюнком на одній стороні і 
монтажем електрорадіоелементів на іншій стороні. 
Двостороння друкована плата - виконується з провідниковим малюнком 
на обох сторонах. Основа діелектрик, рідко метал. 
Багатошарова друкована плата - електричний зв'язок між шарами 
забезпечується об'ємними деталями (штифти) і хіміко-гальванічною металізацією. 
Плати застосовуються в обчислювальній техніці. 
Всі види плат виготовляються з допомогою друкованого монтажу: 
Друкований монтаж - монтаж на друкованій платі, що має систему 
друкованих провідників, які забезпечують електричне з'єднання елементів схеми 
або екранування. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
66 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Суть друкованого монтажу полягає у тому, що всі контактні з'єднання, 
призначені для паяння виведені в одну площину і роль монтажних дротів виконує 
провідниковий металевий малюнок, закріплений на ізоляційній платі відповідно до 
принципової схеми.  
До друкованих плат  (за стандартом ГОСТ 23752-79) ставлять ряд вимог по 
точності розташування провідникового малюнка, по величині опору ізоляції 
використовуваного діелектрика, механічної міцності та ін. Однією з основних 
вимог є забезпечення здатності до пайки, що досягається відповідним вибором 
гальванічного покриття і технологією металізації, тому у виробництві плат 
особлива увага приділяється хіміко-гальванічним процесам 
Основним напрямом при розробці і створенні друкованої плати є широке 
застосування автоматизованих методів проектування з використанням ЕОМ, що 
значно полегшує процес розробки і скорочує тривалість всього технологічного 
циклу. 
Друковані плати служать для монтажу на них радіоелементів за допомогою 
 
напівавтоматичних і автоматичних установок з наступною одночасною пайкою 
всіх РЕ зануренням у розплавлений припій чи на хвилі рідкого припою ПОЄ-б0. 
Перед тим, як розпочати процес створення та збірки технічних пристроїв 
радіоелектроніки для масового виробництва, необхідно ретельно ознайомитися з 
принципом їх дії, призначенням окремих деталей, вузлів і зв'язків. Це допоможе 
вирішити низку питань, що виникають у процесі розробки, таких як оптимальне 
розташування монтажних проводів, злиття проводів у пучки, а також правильне 
використання корпусних елементів і т.д. 
Під час аналізу зразка пристрою важливо дослідити конструкційні 
особливості, розташування та методи кріплення деталей і вузлів, а також оцінити 
їхню придатність для виробництва. Особлива увага має бути приділена можливості 
спрощення процесу збірки та монтажу, а також покращенню технологічності 
конструкції.. 
Застосування друкованого монтажу в радіоапаратурі підвищує її надійність 
і забезпечує повторюваність параметрів від зразка до зразка, дозволяє полегшити 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
67 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
настроювання апаратури і виключити можливість помилок при її монтажі, сприяє 
механізації і автоматизації виробничих процесів. 
Для повнішої реалізації переваг друкованого монтажу рекомендується при 
розробці плат всіх типів, у тому числі і багатошарових, передбачати в конструкції 
виробу малогабаритні друковані плати. Також бажано зменшувати із збільшенням 
габаритів плати густину друкарського монтажу. 
Переваги монтажу:  
- збільшення густини монтажу і можливість мікромініатюризації виробів; 
- уніфікація і стандартизація конструктивних і технологічних рішень; 
- стабільність і повторюваність електричних характеристик (провідність, - 
паразитичні ємності, індуктивність); 
- збільшення надійності і підвищення якості; 
- поліпшення механічних характеристик і характеристик міцності; 
- можливість застосування сучасних методів автоматизації і механізації 
монтажних, складальних, контрольних і регулювальних робіт; 
 
- зниження трудомісткості, собівартості і матеріаломісткості; 
- підвищена стійкість до кліматичних і механічних впливів; 
- можливість комплексної автоматизації монтажно-складальних робіт. 
Недоліки: 
- обмеження по ремонту; 
- ускладнення можливості зміни конструкції. 
 
Виготовлення друкованих плат (ГОСТ 20406-75) здійснюється багатьма 
способами (в залежності від місця використання виробу, умов експлуатації, 
економічної вигідності та ін.). Основними і найбільш розповсюдженими серед них 
є фотохімічний, хімічний, електрохімічний і комбінований способи. 
 
5.2 Аналіз на технологічність 
Технологічність конструкції виробу - це сукупність властивостей 
конструкції які визначають її пристосованість для досягнення оптимальних витрат 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
68 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
на виробництві, в експлуатації та ремонті для заданих якості, об'єму випуску і умов 
виконання робіт. 
Існує велика кількість різних технологічних процесів одержання підстав 
друкованого монтажу.   
Основні технологічні принципи виготовлення друкованих плат: 
- субтрактивний; 
- адитивний; 
- полу адитивний, що сполучить переваги субтрактивного й адитивного 
методів; 
- комбінований. 
У всіх випадках для формування малюнка на поверхні плати необхідно 
нанести шар полімеру, який визначить розташування на ній провідників. 
Нанесення цього шару може проводитися: офсетним способом, фотодруком, 
світографією. 
Субтрактивний метод найбільш освоєний і розповсюджений для простих 
 
і дуже складних конструкцій друкованих плат. З нього історично починалася 
індустрія друкованих плат. Як вихідний матеріал використаються ізоляційні 
матеріали. Після переносу малюнка друкованих провідників у вигляді стійкою до 
розчинів травлення плівки на фольговану основу, незахищені нею місця хімічно 
стравлюються. Захисну плівку наносять методами поліграфії: фотолітографією, 
трафаретної печатки й ін. При використанні фотолітографії, захисна плівка 
формується з фоторезисту матеріалу. При трафаретній печатці використають 
спеціальну, хімічно стійку фарбу, називану трафаретної. 
 
5.3 Розробка технологічного процесу 
Метод виготовлення друкованої плати робить істотний вплив на знімно-
конструктивні і експлуатаційно-економічні характеристики плати. Вибір методу 
виготовлення проводять вже на ескізній компоновці приладів, в результаті якої 
визначаються габарити плати і плотність друкарського монтажу. Одним з основних 
методів виготовлення друкарської плати в даний час  є фотохімічний метод. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
69 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Фотохімічний метод (фотохімічний друк) полягає в нанесенні спеціальних 
світлочутливих матеріалів – фоторезистів (Рис. №1) на поверхню фольгованих 
заготовок, ці матеріали при дії світлової енергії і подальшої хімічної  і фізичної 
обробки, а також утворюють на поверхні шар з тією або іншою захисною 
здатністю. Для отримання малюнка світлочутливий шар експонують через 
фотошаблон безпосередньо на заготовку. 
Фотохімічний друк дає вищу точність малюнка і роздільну здатність 
грануванню з іншими методами. Застосування цього методу стає все ширше  не 
дивлячись на його відносно високу трудомісткість. Останнім часом трудомісткість 
вдалося понизити створенням автоматичних ліній, що виконують весь процес в 
комплексі. 
Перспективи фотохімічного  друку пов'язані  перш за все з подальшим 
збільшенням роздільної здатності світлочутливих матеріалів-фоторезистів  і  
застосуванням  електронного і лазерного променя для експонування (в цьому 
випадку не потрібні фотошаблони). 
 
 
Технологічний процес. 
а) Свердлимо отвори в двухсторонній діелектричній заготовці та зачищаємо 
місця отворів. 
б) Видаляємо солі на поверхні для створення провідного шару, зменшивши 
опір поверхневої фольги.  
в) Металізуємо поверхневий шар діелектричної заготовки (нанесення 
хімічним способом метал – Cu, приблизно H = 35 мкм. 
 г) Після підготовки металічного покриття заготовки наносимо 
фоторезистивне покриття приблизно F = 50 мкм.  
д) Травлення рисунку схеми соляною кислотою HCl*.  
* Після створення захисного малюнка на фольгованій заготовці необхідно 
видалити з незахищених ділянок металізований шар( 4
3 * F ) – затравити поверхню. 
Процес травлення, як правило, веде до погіршення роздільної здатності і обмежує 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
70 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
мінімальну ширину друкарських провідників - 2
3 * H . Операціями травлення і 
видалення захисного шару звичайно закінчується виготовлення односторонньої 
друкарської плати (Рис №2). У двосторонньої друкарської плати провідники 
розташовані на різних сторонах плати і вони повинні бути сполучені між собою. 
Необхідно виконати додаткові операції по забезпеченню таких з'єднань.  
З'єднання провідників здійснюється через отвори в платі або по торцю 
плати. Для сполучення   елементів можна використовувати дротяні перемички, що 
припаюються до друкарських провідників; штирі, що щільно вставляються в 
отвори  і припаюються до контактних майданчиків; розвальцьовані порожнисті 
заклепки; струмопровідні фарби і термопасти, що заповнюють отвір.  
Для з'єднань провідників застосовують також металізацію стінок отвору і 
країв друкарських провідників. Цей спосіб набув в даний час найширше 
поширення. Для виготовлення металізованих отворів відомі варіанти 
технологічного процесу із застосуванням металізації у вакуумі, металізації з 
 розкладанням неорганічних солей і металоорганічних звязків, але краще всього 
освоєний процес хімічної металізації з наступним гальванічним осадженням 
додаткового покриття (електрохімічний процес). 
 
5.4 Вибір матеріалу 
Діелектрики - матеріали для виготовлення друкованої плати, що 
складаються з наповнювача і зв'язуючої речовини, в ролі якої найчастіше 
виступають термореактивні і термопластичні смоли, а також кераміка і металеві 
матеріали.  
Вибір матеріалу визначається електроізоляційними властивостями, дією 
агресивних середовищ, механічною міцністю і стабільністю параметрів. 
Діелектрики фольговані випускають з покриттям міді, іноді алюмінію або 
нікелю, причому для поліпшення міцності зчеплення міді з основою воно з одного 
боку оксидоване або покрито шаром хрому завтовшки 1,3 мкм. Фольга має 
стандартизовану товщину: 5, 18, 37, 70, 105 мкм і характеризується чистотою міді 
99,5%, пластичністю, висотою мікронерівностей 0,4…0,5 мкм. Основа шаруватих 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
71 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
пластиків - електроізоляційний папір, бавовняна тканина, склотканина. 
Фольгованні діелектрики випускаються у вигляді листів 400..1100 мм і завтовшки   
0,06…3 мм. 
Матеріали наведені в таблиці 5.1 : 
Таблиця 5.1 – перелік матеріалів для виконання друкованих плат 
 Товщина Товщи
Назва матеріалу ГОСТ ,ТУ 
матеріалу, на фольги, 
Гетинакс ГФ-1-50 1,0  - 3,0  50 
фольгований ГФ-2-50 ГОСТ 10316-70 1,5 – 3,0 50 
 ГФ-1-35 1,5 – 3.0 35 
СФ-1-35  0,8  –  3,0  35  
СФ-2-35 0,8 – 3,0 35 
Склотекстоліт 
СФ-1-50 ГОСТ 10316-70 0,5 - 3,0 50 
фольгований 
СФ-2-50 0,5 - 3,0 50 
 СФ-1Н-50 0,8 – 3,0 50 
Фольгований ФДТ-1 ТУ ИЖ47-64   0,5  50  
діелектрик тонкий ФДТ-2  
Фольгований ФДМЭ-1 ТУ ИЖ54-67 0,1 35 
діелектрик для 
Фольгований  
діелектрик  для ФДМ-1 0,20 
ТУ ИЖ51-66 35 
багатошарового ФДМ-2 0,25 
друкованого монтажу 
 
 
 
 
 
 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
72 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Продовження таблиці 5.1 
Фольгований 
діелектрик для 0,10 
багатошарового ФДМТ-1 ТУ ИЖ67-70 0,20 35 
друкованого 0,25 
монтажу, з затравкою 
Склотканина СП-1 ТУ 16503085- 0,025 
— 
прокладочна СП-2 71 0,060 
Склоткань 
ТУ 16503085- 0,060 
прокладочна, СПТ-3 — 
71 0,025 
з затравкою 
 
З таблиці 5.1 вибираємо матеріал Склотекстоліт фольгований СФ-2-35 ( 
ГОСТ 10316-70) (Позначення: Ф – фольгований; цифра)  
 Склотекстоліт - використовується для складних кліматичних умов -
60...+150 0С, низьке вологопоглинання, слабко коробиться, високе значення 
поверхневого і об'ємного опору.  
Параметри склотекстоліта: 
1. Товщина фольги: 0,08..0.3 мм.  
2. Товщина основи: 1,5..1,6 мм.  
3. Стабільність розмірів: не менше 0,009 на м2.  
4. Температура оскляння: 140 0С.  
Марки склотекстоліта: 
СТІК - з адгезіонним шаром, 
СТАМ - з каталізатором, 
СФО - вогнестійкий, 
ДФС - самозатухаючий, 
ФДМ1А - тонкий, 
ФТС-1 - що затравлюється, 
СТПА1 - з тонкою фольгою, 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
73 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
СТНФ - вогнестійкий,  
СТОФаміт - спеціального призначення. 
Склотекстоліт - особливо використовується в приладах військового 
призначення. Він зарекомендував себе добре як в умовах високої вологості так і в 
умовах  при дуже високих та низьких температурах.  
 
5.5 Розрахунок розмірів заготовки 
Плату, що розробляється, рекомендується виконувати правильної, 
прямокутної форми. Конфігурацію плати, на відміну від прямокутної, слід 
використовувати тільки при необхідності для зручності та компактності 
розміщення в приладі. 
Розміри плат, що розробляються, не повинні перевищувати: 
- для одно- і двосторонніх плат 240×360 мм (великогабаритні); 
- для багатошарових плат 200×240 мм (середньогабаритні). 
Рекомендовані співвідношення сторін 1:1; 1:2; 2:3; 2:5. 
 
Плати всіх розмірів рекомендується виконувати з плотністю монтажу, 
відповідної класу А. Плотність монтажу, відповідну класу Б, слід використовувати 
на малогабаритних платах (до 130×180 мм). Допускається в технічно 
обгрунтованих випадках використовувати густину монтажу класу Б на 
середньогабаритних платах (до 200×240 мм). Великогабаритні плати (до 240×360 
мм) слід виконувати тільки по класу А. 
Рекомендуються плати завтовшки 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм.  
Може використовуватися проміжна товщина. 
 Рекомендовані граничні відхилення товщини плат: 
±0,15 мм - при товщині до 1 мм включно; 
±0,20 мм - при товщині плати від 1 мм до 2 мм включно; 
±0,30 мм - при товщині плати від 2 мм до 3 мм включно; 
Товщину плат слід вибирати з урахуванням методу виготовлення, виходячи 
з механічних вимог, що ставляться до конструкції друкованого вузла.  
 Товщина плат забезпечується: 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
74 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
• для одно- і двосторонніх плат підбором матеріалу по відповідних 
технічним умовам і стандартам; 
• для багатошарових друкованих плат підбором товщини матеріалів 
друкованих шарів і товщини склеюючих прокладок. Сумарна товщина склеюючих 
прокладок рекомендується не менше двох товщин провідників, розташованих на 
внутрішніх шарах. 
Заготовку отримують вирубкою чи відрізанням на роликових чи 
гільйотинних ножицях. Стандарт нормує ширину технологічного поля для ОПП і 
ДПП - до 15 мм, для БПП - 35 мм.  
Розміри заготовки ( АЗ ) потрібно визначити по формулі: 
АЗ = АП + 2 ⋅Н     (5.1) 
де АП  - довжина чи ширина ПП що обробляється відповідно робочого    
креслення, мм; 
Н - ширина технологічного поля, мм. 
 Довжина ПП що обробляється відповідно робочого креслення АП = 90 мм, а 
ширина технологічного поля  Н=150 мм.   
Aз = 150 + 2× 350 = 850мм.  
 
5.6 Розрахунок часу на виготовлення однієї плати 
Норми  
Т ШТ = ТОП ⋅ (1+ k /100) ,                                                (5.2) 
де ТОП  - оперативний час;  
k – коефіцієнт часу на організацію технологічного обслуговування робочого 
місця, в %. 
Розрахунок ТОП  для одночасної обробки 13 плат приведений в таблиці 5.2 
 
 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
75 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Таблиця 5.2 - Розрахунок ТОП  
№ 
Операція Час Т , хв 
операції 
Підготовка (нарізання плат, свердління базових 
1 7,02 
отворів) 
2 Обробка поверхні соляною кислотою 0,31 
3 Промивка, сушіння 0,56 
4 Зачищення поверхні 0,56 
5 Перевірка якості зачистки 0,21 
6 Знежирення поверхні заготовки 0,33 
7 Хімічне міднення 0,58 
8 Промивка 0,45 
9 Сушіння 0,25 
10 Нанесення фоторезестивного шару 0,37 
 11 Експонування зображення 1,29 
13 Проявлення 2,39 
13 Травлення міді 2,25 
14 Промивка, сушіння 0,56 
15 Видалення фоторезистивнго шару 1,17 
16 Перевірка якості і точності малюнка 0,27 
17 Повторна зачистка поверхні 0,38 
18 Промивка 0,13 
19 Сушіння 0,25 
20 Обробка контура плати 0,38 
21 Маркування і перевірка якості 0,5 
22 Нанесення захисного покриття 0,57 
Всього  21,77 
 
Топ=21,77 хв 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
76 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Вибір і розрахунок k приведено в таблиці 5.3. 
Таблиця 5.3 - Розрахунок робочого часу - k 
Найменування елементів витрат робочого часу - k в % від ТОП  
Розкладання регулювання промивки інструментів на початку і в 0,9 
кінці зміни 
Підготовка матеріалу протягом зміни 0,95 
Прибирання робочого місця протягом зміни а також по її 1,5 
закінченні 
Відпочинок і особисті потреби 5,8 
Всього 9,15 
З урахуванням фізичної зарядки (одна перерва на 10 хв.) 3,6 
Всього 13,75 
 
Т ШТ = ТОП ⋅ (1+ k /100) = 8,957 ⋅ (1+12,75 /100) = 10,099хв.  
 Т ШТ = 10,099хв  
 
5.7 Вибір обладнання та інструментів 
Рекомендації щодо вибору обладнання: 
1. Вибір обладнання обумовлюється типом виробництва і заданою 
програмою випуску виробів, тому необхідно враховувати продуктивність 
обладнання у відповідності до програмного завдання 
2. Вибрати обладнання означає вказати тип верстата, його модель, 
а в окремих випадках, і завод, який його випускає. Вибір ведеться таким 
чином, щоб верстат відповідав деталі, яку обробляють по розмірах. 
3. Верстат повинен забезпечувати задану точність обробки. 
4. Продуктивність верстата повинна відповідати річній програмі 
випуску деталі. 
5. Потужність верстата повинна відповідати найбільшій 
потужності, яка споживається.   
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
77 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Для свердління склотекстоліту СФ-2-35 обираємо свердло, матеріалом 
різальної частини якого є твердий сплав, з діаметром 3мм. 
Також для виготовлення плати використовуємо наступне обладнання: 
- Установка підготовки поверхні ДП Billeo 
- Автооператорна лінія для хімічного міднення Module-R 
- Ванна у.о. 
- Установка експонування Du Pont  
- Конвеєрна установка струйного типу для проявки фоторезиста Processor-C 
- Дистилятор для регістрації розчинів С-100 
- Конвеєрна установка фоторезисту Stripping 
- Ванна для освітлення сплаву олова Pb 
  
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
78 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки 
Універсальна система контролю діаметру електричного кабелю має 
потенціал стати ефективним інструментом для підвищення якості виробництва та 
зниження витрат у виробництві кабельної продукції. Ось декілька економічних 
обґрунтувань для впровадження цієї системи: 
1. Зниження відхилень від специфікацій: Система контролю діаметру 
дозволяє виробникам перевіряти діаметр кабелю в реальному часі під час 
виробництва. Це дозволяє уникнути виробництва кабелю з неприпустимими 
відхиленнями від специфікацій, що може призвести до зменшення кількості 
бракованої продукції та витрат на переробку або відшкодування клієнтам. 
2. Оптимізація використання матеріалів: Завдяки точному контролю 
діаметру кабелю можна зменшити відхід матеріалу, оскільки кожен метр кабелю 
 
буде відповідати вимогам. Це дозволяє знизити витрати на закупівлю сировини і 
виробництво кабелю. 
3. Підвищення рівня автоматизації: Впровадження універсальної системи 
контролю діаметру може сприяти автоматизації процесу виробництва кабельної 
продукції. Це зменшує витрати на працю та підвищує продуктивність виробництва. 
4. Збільшення конкурентоспроможності: Покращення якості продукції та 
зниження витрат допоможе підприємству збільшити свою 
конкурентоспроможність на ринку. Краща якість кабельної продукції може також 
призвести до збільшення кількості клієнтів та збільшення обсягів продажів. 
Отже, впровадження універсальної системи контролю діаметру 
електричного кабелю може мати значні економічні переваги, такі як зниження 
витрат, підвищення якості продукції та збільшення конкурентоспроможності 
підприємства. 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
79 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
6.2 Охорона праці  
Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на дослідника при 
роботі в технічній лабораторії 
Усі роботи, щодо виконання даної роботи проводяться в приміщенні 
технічної лабораторії, де проводиться розробка системи контролю діаметру 
електричного кабелю. Проведення подібних робіт неможливе без використання 
сучасної комп'ютерної техніки для відповідних розрахунків, моделювання процесів 
та побудови планів та схем. Тому для більш продуктивної та безпечної праці 
співробітника лабораторії необхідно створити раціональні та безпечні умови праці 
під час роботи в приміщенні лабораторії. 
За рівнем фізичного навантаження таку роботу проектувальника в 
лабораторії необхідно віднести до категорії І а, тобто робота яка виконується сидячі 
та не потребує фізичного навантаження. 
Дослідження проводяться в приміщенні, яке має наступні геометричні розміри: 
довжина - 12 м, ширина - 5,5 м, висота стелі - 3,5 м. Відповідно площа всього 
 
приміщення складає 66 м2, а об'єм становить 231 м3. Тому на одного працюючого 
припадає 13,2 м2, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010 та ДСанПіН 3.3.2-007-98, 
відповідно до яких площа, яка припадає на одне робоче місце, яке обладнане ПК, 
повинна складати не менше 6 м2, а об'єм - не меншим ніж 20 м3. 
Інформація, яку обробляє мозок, надходить до нього через очі. Але 
підсумковий вплив світла на організм не обмежується органами зору, а в тій чи 
іншій мірі впливає на всі процеси, що відбуваються в організмі людини.  
Втомлюваність очей, в основному, залежить від напруженості процесів, що 
супроводжують зорове сприйняття. При поганому освітленні у людини 
перенапружуються органи зору, що призводить до швидкого стомлення. А це в 
свою чергу може призвести до помилкових дій під час роботи і навіть до нещасного 
випадку. Тому важливо вибирати безпечні та комфортні джерела освітлення для 
робочих приміщень. 
Робоче приміщення згідно з нормами проектування ДБН В.2.5-28-2018 
«Природне та штучне освітлення» має природне та штучне освітлення. Природне 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
80 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
освітлення приміщення здійснюється через п'ять вікон, які зорієнтовані на захід. 
Розміри кожного вікна складають 1,2x3 м. Робоче місце розташоване таким чином, 
що усі вікна знаходяться перед робочим місцем працюючого. За рахунок цього 
забезпечене мінімальне потрапляння прямих сонячних промінів на екран монітора, 
які б спричиняли би відбиття світла від екрану. При цьому у полі зору працюючого 
забезпечується оптимальне співвідношення яскравості робочих та навколишніх 
поверхонь. 
Під час роботи працівник в більшості випадків працює з даними, які 
виводяться програмним забезпеченням (з розрахунками на екрані монітора). Тобто 
найменшим об'єктом розрізнення виступає "крапка" на екрані монітора (в 
текстових редакторах та математичних прикладних програмах це текст чорного 
кольору на білому фоні). Найменший об'єкт розрізнення - 0,25 мм, що відповідає 
дуже високому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової праці - II, підрозряд 
- Г. Контраст об'єкту розрізнення з фоном - великий. Для даного типу зорової праці 
нормативне значення КПО згідно норм освітлення ДБН В.2.5-28-2018 дорівнює 
 
1,5%. Робоче місце розташовано на відстані 2 м від вікна і в цій точці значення КПО 
складає 34-36%, що задовольняє нормам. Тому рівень природного освітлення 
можна вважати достатнім. 
Для темного часу доби в приміщенні передбачене штучне освітлення. 
Штучне освітлення також передбачається у всіх виробничих та побутових 
приміщеннях, якщо недостатньо природного світла. При організації штучного 
освітлення необхідно забезпечити сприятливі гігієнічні умови для зорової роботи і 
одночасно враховувати економічні показники. При штучному освітленні 
нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від 
характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта 
розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном. 
Приміщення обладнане дванадцятьма світильниками денного світла типу 
ЛПО-2x36 ECP, які розташовані симетрично та рівновіддалено від стін. Відповідно 
до ДБН В.2.5-28-2018 для даного типу зорової праці необхідна величина штучного 
загального освітлення складає 400 лк. Фактичне значення даного параметра 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
81 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
складає 420-440 Лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці є 
достатнім. 
Важливе значення має мікроклімат робочого приміщення, так як він 
безпосередньо впливає на здоров'я та самопочуття працівника. До важливих 
мікрокліматичних умов можна віднести такі параметри, як температура, відносна 
вологість, швидкість руху повітря в робочій зоні. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 
«Повітря робочої зони», що регламентує параметри мікроклімату виробничих 
приміщень, нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1. Температура повітря: в холодний період року - 22-24 °С (допустима - 21-
25 °С); в теплий період року - 23-25 °С (допустима - 22-28 °С). 
2. Вологість повітря: в холодний період року - 40-60 %; в теплий період року 
– 40-60 %. 
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року – 0,08 м/с (допустима - не 
більша ніж 0,1 м/с); в теплий період року - 0,1 м/с (допустима - 0,1-0,2 м/с). 
Фактичні значення параметрів мікроклімату становлять: 
 
1. Температура повітря: в холодний період року – 22-23 °С; в теплий період 
року – 23-24 °С. 
2. Вологість повітря: в холодний період року – 42-45 %; в теплий період року 
– 50-52 %. 
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року - 0,05-0,1 м/с; в теплий 
період року - 0,07-0,15 м/с. 
З наведених даних видно, що фактичне значення температури, вологості 
повітря та швидкості руху повітря відповідають нормативним значенням 
параметрів. 
Шум також являється одним з важливих факторів виробничого середовища, 
який може негативно впливати на працівника. Шум може послаблювати увагу, 
посилювати розвиток втоми, сповільнює реакцію людини на небезпеку. Внаслідок 
цього знижується працездатність та підвищується ймовірність нещасних випадків. 
В даному приміщенні головним джерелом шуму є вентилятор охолодження 
джерела живлення системного блоку. Шум, який видає системний блок не 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
82 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
перевищує нормативне значення еквівалентного рівня шуму, яке згідно вимог ДСН 
3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» становить 50дБА. 
Головним джерелом електромагнітного випромінювання в приміщенні є 
монітор та системний блок. Рівні електромагнітного випромінювання на робочому 
місці повністю відповідають вимогам ДСН 3.3.6.096-2002. 
В даному приміщенні використовується електропроводка прихованого типу, 
яка виконана мідним дротом 3х2.5 мм2. Таке виконання проводки запобігає 
виникненню та поширенню пожежі внаслідок можливого короткого замкнення в 
проводці, та можливому враженню працівника струмом. Обладнання, а саме 
системні блоки та монітори, встановлене в кабінеті, живиться напругою 220 В і 
споживає потужність менше ніж 2200 Вт. Оскільки ПК та має металевий корпус, то 
згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в приміщенні передбачена магістраль захисного 
заземлення, яка забезпечує захист людини від ураження електричним струмом. 
За категорією пожежонебезпеки згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, дане 
приміщення відноситься до типу В (горючі та важкогорючі рідини, тверді горючі 
 
та важкогорючі речовини і матеріали, речовини та матеріали, здатні при взаємодії 
з водою, киснем повітря або одне з одним лише горіти, за умови, що приміщення, 
в яких вони знаходяться не належать до категорій А чи Б). Стіни приміщення 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою. Стеля 
виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а підлога 
з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва приміщення 
повністю дозволені для оздоблення приміщень органами державного санітарно-
епідеміологічного нагляду. 
Важливою обставиною є те, що в приміщені не встановлено систему 
пожежної сигналізації відповідно ДБН В.2.5.56-2014. Для подальшої безпечної 
праці в приміщенні лабораторії необхідно обов’язково провести розрахунок і 
встановити сучасну систему пожежної сигналізації. 
В приміщенні знаходиться три переносних вуглекислотних вогнегасника 
ВВК-5, які використовуються для гасіння легкозаймистих та горючих рідин, 
твердих горючих речовин та матеріалів, електропроводок, що знаходяться під 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
83 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
напругою до 1000 В, що відповідає «Правилам експлуатації та типовим нормам 
належності вогнегасників», згідно якого на кожні 20 кв. м площі приміщення повинно 
припадати два вогнегасника, маса кожного не повинна перевищувати 20 кг. 
Для забезпечення проведення швидкої та організованої евакуації персоналу 
на випадок виникнення пожежі в будівлі передбачений план евакуації, розміщений 
на стіні з вільним доступом до нього. 
На працездатність дослідника окрім зовнішніх факторів виробничого 
середовища також впливає безпосередня організація робочого місця. Отже робочий 
стіл має такі розміри: висота - 710 мм, ширина - 510 мм, довжина – 1100 мм. 
Відповідно стілець має такі розміри: висота - 400 мм, ширина -400 мм. Відстань від 
екрана до ока складає 700 мм при розмірі екрану по діагоналі 21", а клавіатура 
розміщена на поверхні столу на відстані 200 мм від працюючого. Кут огляду 30°. 
Конструкція робочого місця робітника забезпечує підтримання оптимальної 
робочої пози з такими ергономічними характеристиками: ступні ніг - на підлозі; 
стегна - в горизонтальній площині; передпліччя - горизонтально; лікті - під кутом 
 
70-90 град. до вертикальної площини; зап'ястя зігнуті під кутом не більше 20 град, 
відносно горизонтальної площини та нахил голови -15-20 град, відносно 
вертикальної площини. 
Отже, організація робочого місця повністю задовольняє ергономічним 
вимогам ДСТУ 8604:2015. 
Важливим фактором для підвищення продуктивності праці та запобіганню 
виснаження організму являється правильна організація її режиму. Отже, при 
організації праці, яка пов'язана з роботою за комп'ютером та іншими приладами, 
для збереження здоров'я працюючого, запобігання виникненню професійних 
захворювань та підтримки працездатності на належному рівні повинні бути 
передбаченні перерви для відпочинку. 
Отже, після проведення детального аналізу приміщення та безпосередньо 
робочого місця можна зробити висновок, що всі фактори виробничого середовища, 
окрім відсутності пожежної сигналізації, відповідають своїм нормативним 
значенням. Тому необхідно обов’язково провести розрахунок і встановити сучасну 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
84 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
систему пожежної сигналізації для подальшої безпечної праці в приміщенні 
лабораторії. 
 
Розробка системи пожежної сигналізації лабораторії 
Успішна боротьба з пожежами забезпечується наявністю ефективних засобів 
оповіщення, сигналізації і надійного зв'язку підприємств з пожежними частинами. 
У даний час, крім телефонного зв'язку, використовуються радіо-, радіотелефонний 
та інші види зв'язку. Найбільш швидкодіючими є установки автоматичної і напів-
автоматичної сигналізації. 
Установки автоматичної електричної пожежної сигналізації монтують на 
складах, базах та інших пожежонебезпечних і важливих об'єктах. Основними 
складовими частинами цих установок є: оповісники (датчики), що монтуються в 
будівлях або на території об'єктів і призначені для подання сигналу про пожежу; 
приймальні апарати (станції), що забезпечують приймання сигналів від 
оповісників; лінії комунікації, що з'єднують оповісники з приймальними 
 
апаратами; джерела електроживлення. 
Оповісником називають автоматичний пристрій, що сприймає і при певних 
умовах перетворює контрольовану величину параметра у вигідний для передачі по 
лінії зв'язку електричний сигнал. 
Автоматичні оповісники за принципом дії (спрацювання) поділяються на 
теплові, димові, світлові та комбіновані. 
Теплові оповісники за типом чутливого елемента, в свою чергу, поділяються 
на: біметалеві, термопарні та напівпровідникові. 
За принципом дії теплові оповісники діляться на: максимальні, диференційні 
та максимально-диференційні. 
Максимальні термооповісники спрацьовують тоді, коли температура 
навколишнього повітря досягає температури спрацювання, тобто тієї, на яку вони 
відрегульовані. 
 Найбільш поширеними є біметалеві оповісники, принцип дії яких базується 
на явищі термоелектрики. У провідниках, виконаних із різнорідних матеріалів, 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
85 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
виникає термоелектрорушійна сила, якщо місця їх з'єднання тримати при різних 
температурах. Біметалевий оповісник забезпечує плавне регулювання пристрою 
спрацювання, який відновлюється після припинення пожежі. 
Диференційні термооповісники спрацьовують при певній швидкості 
зростання температури, наприклад, при підвищенні температури навколишнього 
середовища з визначеною швидкістю (на 30°С протягом 7 сек. та ін.), максимально 
диференційні. Всі теплові оповісники спрацьовують при температурі на 20...40 °С 
вище можливої максимальної при звичайних умовах. 
Легкоплавкі автоматичні оповісники складаються з пружини, яка спаяна з 
легкоплавким сплавом. При підвищенні температури сплав розплавляється, 
пружини розходяться і замикають сигнальне коло. Такі оповісники включають у 
приймальні станції променевої системи через релейний комплект. 
Для сигналізації про пожежу у невибухонебезпечних приміщеннях 
застосовують автоматичні напівпровідникові термооповісники максимальної дії. 
Димові оповісники працюють на принципі дії продуктів горіння (диму) на 
 
електричний струм іонізаційної камери, що використовується як датчик. При 
попаданні диму в іонізаційну камеру в останній збільшується опір, що обумовлює 
збільшення напруги на керувальній сітці тиратрона. При цьому розжарюється сітка 
і відкривається тиратрон, через який проходить електричний струм, спрацьовує 
реле і подається сигнал на приймальну станцію. Живлення оповісника 
здійснюється постійним струмом напругою 220 В. 
Автоматичні світлові оповісники працюють на принципі перетворення 
ультрафіолетового випромінювання відкритого полум'я в електричну енергію. 
Оповісник реагує на ультрафіолетове випромінювання і призначається для 
контролювання об'єктів з нормальною освітленістю. Найбільш поширеним є 
світловий оповісник типу СИ-1. 
Автоматичні комбіновані оповісники виконують функції теплового і 
димового оповісників. Температура спрацювання 60...80 °С. Димовий оповісник 
спрацьовує при попаданні порції диму, що виникає під час тління гніту діаметром 
6 мм, розміщеного під оповісником. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
86 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Напівавтоматичні електричні оповісники приводяться в дію натисканням 
кнопки. Вони можуть вмикатися в мережу пожежної сигналізації, якщо в ній 
використовуються автоматичні оповісники, що розмикають при спрацюванні 
електричну мережу. Приймальні станції пожежної сигналізації забезпечують 
прийом сигналів від оповісників, перетворення їх у світлову і звукову інформацію, 
а при необхідності - ввімкнення автоматичних засобів пожежогасіння. Вони, як і 
оповісники, поділяються на теплові, димові і комбіновані. 
Залежно від схеми ввімкнення оповісників в електричну мережу, установки 
автоматичної пожежної сигналізації поділяють на променеві і кільцеві. Променеві, 
як надійніші, більш поширені. 
Будівлі з масовим перебуванням людей мають бути забезпечені системами 
екстремального оповіщення про виникнення пожежі людей, які там знаходяться, і 
створення умов для швидкої їх евакуації. Для цього можливе використання як 
внутрішньої радіотрансляційної мережі, так і інших спеціально змонтованих мереж 
повідомлення, а також тривожних дзвінків та інших звукових сигналів. 
 
В приміщенні лабораторії пропонується встановити оповісник пожежний 
димовий оптико-електронний, лінійний адресно-аналоговий Амур-Р ИП 21210-4, 
який призначений для виявлення займань в приміщеннях, що мають велику 
протяжність (10-100 м), велику площу або велику висоту стель і передачі сигналу 
про пожежу по радіоканалу на приймально-контрольні пристрої. Загальний вигляд 
датчика приведено на рисунку 5.1 
«Амур-Р» призначений для цілодобової безперервної роботи в установках 
протипожежного захисту будівель, споруд, приміщень та обладнання. Оповісник 
пожежний димовий лінійний оптико-електронний однопозиційний «Амур-Р» 
реагує на дим (частки твердих або рідких продуктів горіння  або піролізу в 
атмосфері) і передає інформацію про свій стан на прймально-контрольний 
пристрой РРОП2 з допомогою бездротового інтерфейсу.  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
87 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
 
Рисунок 5.1 - Загальний вигляд оповісника Амур-Р ИП 21210-4 
Оповісник призначений для застосування в приміщеннях: з регульованими і 
нерегульованими кліматичними умовами; мають велику протяжність, велику 
площу. 
До складу оповісника «Амур-Р» входять:  
− Блок випромінювача і приймача (БІП). Блок створює спрямований 
інфрачервоний (ІК) промінь і приймає відбите випромінювання.  
− Відбивачі. Відбивачі служать для зміни напрямку ИК- променю. 
 ІК промінь оповісника проходить через контрольовану середу між БІП і 
відбивачами. Наявність диму визначається з ослаблення ІЧ-променю. 
При досягненні певного значення рівня концентрації аерозольних продуктів, 
відповідної чутливості оповісника, формується сигнал «Пожежа».  
Поріг спрацьовування і режим роботи оповісника встановлюється 
програмуванням з ППК. 
Сповіщення про пожежу і несправності передаються по радіоканалу на ППК, 
що входить до складу системи, а також відображаються вбудованим двоколірним 
світлодіодним індикатором (СДІ). 
Для налаштування (юстирування) оптичної частини оповісника служить 
вбудований лазерний модуль видимого діапазону, промінь якого співпадає з 
максимумом діаграми спрямованості ІЧ-променю оповісника. Точна юстирування 
(при необхідності) здійснюється по максимуму прийнятого (відбитого від 
відбивача) сигналу з індикацією рівня СДІ. 
Оповісник «Амур-Р» не є засобом вимірювання і не має відповідних 
характеристик. 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
88 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Електроживлення оповісника проводиться від чотирьох літієвих елементів 
типу CR123A (або аналогічних) c номінальною напругою 3 В, або від зовнішнього 
джерела живлення напругою від 9 до 27 В. 
Основні параметри оповісника «Амур-Р» наведені в таблиці 5.1. 
Електроживлення лазерного модуля юстувального пристрою оповісника 
проводиться від літієвого елемента типу CR2032 (або аналогічного) з номінальною 
напругою 3 В. 
Алгоритм роботи і чутливість оповісника «Амур-Р» програмується по 
радіоканалу через ПКП за допомогою програмного забезпечення «WirelEx».  
Оповісник має декілька режимів роботи:  
−  черговий режим;  
−  пожежа;  
−  несправність;  
Переведення оповісника з режимів «Пожежа» та «Несправність» в черговий 
режим здійснюється за командою «Скидання».  
 
 
Таблиця 5.1 - Основні технічні характеристики оповісника пожежного 
оповісника ІП 21210-4 
Параметри Значення 
Дальність дії, м Від 10 до 100 
Діапазон юстировки  
   в горизонтальній площині ±10º 
   в вертикальній площині ±6º 
Джерело автономного живлення  
   основний батарея CR 123A – 1шт 
   резервний батарея CR 123A – 3шт 
Середній струм живлення, мкА 100 
Діапазон робочих температур, ºС -30 …+50 
Робоча частота, МГц 433,05   434,79 або 868,0   868,3 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
89 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Формування сповіщення «Пожежа» при швидкому збільшенні оптичної 
щільності середовища (на (5,2 ± 0,5) дБ за час не більше 5 с) здійснюється не 
пізніше ніж через 10 с. 
Приймально-контрольний пожежний прилад РРОП2 підтримує адресно- 
аналогові пожежні датчики серій Амур-Р ИП 21210-4, а також передбачає 
підключення без адресних датчиків. 
Приймально-контрольний пожежний прилад РРОП2 призначений для роботи 
з радіоканальними оповісниками (охоронними, пожежними і технологічними), 
пристроями управління, виконавчими пристроями СТРЕЛЕЦ®. 
ОСОБЛИВОСТІ: 
-  висока стійкість системи: 
- двосторонній протокол обміну між усіма радіопристроями Аргус-Діалог; 
- 10 радіочастотних каналів передачі (з автоматичним і ручним вибором); 
- автоматичний вибір резервного каналу передачі (вільного від перешкод); 
- динамічна маршрутизація; 
 
- рознесений радіоприйом; 
- до 400 радіопристроїв, що знаходяться в зоні взаємної радіо видимості на 
одному радіочастотний каналі передачі. 
- можливість побудови повноцінної адресної пожежної радіосистеми. 
- програмований період передачі контрольних радіосигналів до 2 хв. 
- криптографічний захист сигналів з механізмом динамічної аутентифікації. 
- мікростільникова топологія системи. 
ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ: 
• контролює охоронні та пожежні радіооповісники; 
• здійснює прийом, обробку та ретрансляцію пакетів інформації, що 
проходять через нього вгору до батьківських, або вниз до дочірніх радіо 
розширювачів і маршрутизаторів; 
• здійснює обмін інформацією з персональним комп'ютером, пристроями 
передачі сповіщень. 
• контроль основного і резервного джерел живлення; 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
90 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
• захист від несанкціонованого доступу (датчик розкриття); 
• електронний протокол на 256 подій. 
 
Рисунок 5.2 - Загальний вигляд датчика РРОП2 
 
Програмування радіосистеми (і в тому числі РРОП) здійснюється за 
допомогою персонального комп'ютера і програмного забезпечення "WirelEx" за 
допомогою інтерфейсу RS-232 або з ПУ-Р. 
• конфігурація топології радіосистеми (побудова і зміна складу 
 маршрутизаторів, радіо розширювачів  і закріплених за ними дочірніх пристроїв); 
• зміна загальних параметрів радіосистеми (вибір робочого частотного 
діапазону, коду системи, номера робочого каналу; 
• зміна та програмування параметрів маршрутизаторів, радіо розширювачів і 
закріплених за ними дочірніх пристроїв; 
• функціональні особливості РРОП - радіо розширювачів або маршрутизатор. 
Управління: 
• блоки управління і контролю БУК-Р; 
• пульти управління - ПУ-Р, ПУП-Р, ПУЛ-Р; 
• глобальні або локальні радіо брелок управління РБУ. 
Індикація: 
• двоколірний (червоний і зелений) світлодіодний індикатор, що відображає 
несправність і стан основного і резервного джерел живлення. 
 
 
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
91 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Таблиця 5.2 - Основні технічні характеристики приладу приймально – 
контрольного РРОП2 
Дальність зв'язку (відкритий простір)  
- між розширювачами, м 1000 
- між радіо розширювачами і оповісниками, м  600 
Кількість радіооповісників на один РРОП  
- радіоканальних виконавчих пристроїв, сирен, брелоків і до 32 
пультів управління на один РРОП, шт 
- для координатора до 16 
- для дочірніх РРОП до 32 
- кількість РРОП в системі до 16 РРОП 
Діапазон робочих частот, МГц 433 
Потужність випромінювання, мВт 0,01…10 
Вид модуляції ЧС 
Максимальний струм комутації, А 0,5 
Максимальний напруга комутації, В  200 
Напруга живлення, В 9…27 
Струм споживання, не більше, мА 85 
 
 
 
Рисунок 5.3 – Розташування елементів системи пожежної сигналізації в 
приміщеннях будівлі 
 
  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
92 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата 
 
  
 
 
Висновок 
 
В даній роботі розглянуто питання контролю діаметра електричного кабелю 
на виробництві. Проаналізовано конструкції кабелів, існуючі методи та пристрої 
для вимірювання діаметра. 
Обґрунтовано вибір безконтактного тіньового методу в паралельному пучку 
для створення вимірювача діаметра кабелю. Цей метод забезпечує необхідну 
швидкодію та точність вимірювань, відсутність контакту з виробом, що рухається, 
можливість встановлення приладу відразу після екструдера. 
Сформульовано технічне завдання на розробку двохкоординатного 
вимірювача діаметра кабелю в діапазоні 0,5-10 мм. Прилад повинен забезпечувати 
похибку вимірювання не більше ±20 мкм при температурі 20±5°С та не більше ±30 
мкм при 20±15°С. Передбачено можливість зв'язку з технологічним обладнанням 
для керування процесом. 
Розроблено схему електричну структурну на схему електричну принципову. 
 
Представлено вибір елементної бази та розраховані основні елементи пристрою. 
Приведено економічне обгрунтування розробки та проаналізовано 
приміщення в розділі охорони праці, виявлені недоліки піддалися модернізації 
Таким чином, в роботі обґрунтовано актуальність та визначено основні 
вимоги до розроблюваного вимірювача діаметра електричного кабелю.  
     
 
     РС-203ск.024.411.001ПЗ  
93 
Зм. Арк № докум. Підпис Дата