ChSTU repository

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
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 «Розробка системи керування кроковим двигуном ЧПУ станка» 
 
 
 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи РС-203ск 
спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології 
освітня програма: Робототехнічні системи та 
автоматизація 
_____ Попов Олександр Іванович. 
Керівник       Тичков В.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 системина  
основі критичного аналізу існуючих аналогів……… 13 
1.1 Аналіз програмного забезпечення керування двигунами  
верстата 16 
1.2 Вибір програмних засобів підготовки та відладки керуючої  
програми 21 
1.3 Вибір та обґрунтування інтерфейсу програмування  
мікроконтролера 22 
2 Обґрунтування технічного завдання 24 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 25 
3.1 Розробка структурної схеми 25 
3.2 Вибір елементної бази системи 27 
3.3 Розробка схеми електричної принципової 33 
3.4 Схема електрична принципова оптичних датчиків лінійних  
переміщень   36 
4 Розрахунок основних елементів схеми 38 
4.1 Розрахунок енергії споживання 38 
4.2 Вибір інтерфейсу керування двигунами 39 
4.3 Настройка інтерфейсу керування двигунами 40 
4.4 Підключення крокових двигунів до контролера 42 
4.5 Підключення контролера 44 
4.6 Роботі з пристроєм 45 
  
     
      РС-203СК.024.421.001 ПЗ  
Зм. Лист  № докум. Підп Дата  
Разроб. Попов О.І.   Літ. Лист Листів 
Пров. Тичков В.В.   Розробка системи керування  Т  3  
      кроковим двигуном ЧПУ станка  ЧДТУ 
Н.контр Тичков В.В   Пояснювальна записка 
Затв.     
 
 
4.7 Розрахунок конструкції друкованої плати 46 
4.8 Розрахунок вібростійкості плати 49 
4.9 Аналіз блок-схеми керуючої програми 51 
4.10 Розрахунок надійності 61 
5 Технологічний розділ 63 
5.1 Обґрунтовування та вибір технологічного процесу  
виготовлення плати 63 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати 64 
5.3 Вимоги, що висуваються до монтажу мікроелементів 68 
5.4 Основні вимоги, що висуваються при паянні елементів до  
плати 69 
5.5 Технологічний контроль виготовлення плати 70 
5.6 Загальні вимоги до монтажу друкованої плати 71 
5.7 Нормування часу монтажних робіт 71 
6 Спеціальний розділ 74 
6.1 Економічне обґрунтування розробки 74 
6.2 Охорона праці 76 
Висновок…………………………………………………………..  87 
Список використаної літератури ………………………………… 88 
Додаток А Відомість технічного проекту …………………….. 
Додаток Б Перелік нормативної документації …………………. 
Додаток В Розрахунок віброміцності друкованої плати на ЕОМ  
Додаток Г Документація на технологічний процес 
виготовлення друкованої плати………………..…….…..…………….. 
 
    
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 9 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вступ 
 
Універсальні токарні, фрезерні, розточувальні, координатні верстати, щоб 
стати точним інструментом в руках оператора потребують модернізації. Одним з 
варіантів модернізації практично будь-якого універсального верстата може стати 
установка на верстат пристроїв цифрової індикації (ПЦІ) спільно з 
вимірювальними лінійками. Переваг такої модернізації тут безліч: 
1. Це дає нове життя старим верстатам, адже будь-який верстат в процесі 
експлуатації зношується. З'являється зношення ходових гвинтів,  направляючих, 
знос підшипників і багато інших недоліків. Установка на верстат вимірювальної 
системи допоможе зробити обладнання краще. Все це не усуне механічного зносу 
вузлів верстата, але виключить вплив механічного зносу на точність верстата. 
Справа в тому, що вимірювальні лінійки (оптичні, магнітні) встановлюються 
безпосередньо на виконавчий механізм. Простіше кажучи, на ту частину верстата, 
яка безпосередньо переміщається. При цьому повністю виключається з причин, 
що впливають на точність самого верстата такі фактори, як знос ходових гвинтів 
(люфти) і знос напрямних. Отже, на інформаційному дисплеї ПЦІ відображається 
реальне переміщення механізму, що і необхідно для точних робіт за будь-яким 
верстатом; 
2. Точність вимірювань верстата можна збільшити в рази. Одиницею 
точності універсального верстата є ціна ділення лімба. Наприклад, для токарного 
універсального верстата точність варіюється від 0,01 мм до 0,5 мм в залежності 
від моделі. Але якщо оснастити токарний верстат, що має ціну ділення на лімбі 
0,5 мм вимірювальною системою з дискретністю 0,005 мм точність верстата стане 
0.005 мм. Тільки дивитися в даному випадку вже треба не на рукоятку штурвала і 
лімб, а на зручний цифровий дисплей ПЦІ, на якому відображається поточна 
координата верстата з точністю до 3-го знака після коми. Тепер робочі рукоятки 
верстата необхідні оператору тільки для управління переміщенням верстата, а 
реальна координата відображається на дисплеї.     
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 10 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3. Використання на універсальному обладнанні цифровий вимірювальної 
системи (ПЦІ + вимірювальні лінійки) дозволяють ставити за такий верстат 
операторів досить низької кваліфікації, отримуючи при цьому такий же ефект як 
від роботи висококласного верстатника. Тепер малодосвідчений оператор, 
орієнтуючись на показання дисплея  зможе ловити на такому верстаті мікрони.  
4. Малобюджетне рішення, що дозволяє перетворити будь-який 
універсальний верстат в прототип верстата з ЧПУ підвищеної точності. 
Крокові двигуни знаходять застосування в автомобілях, принтерах, 
комп’ютерах, пральних машинах, електробритвах та багатьох інших побутових 
пристроях. Проте чимало радіоаматорів досі не знають, як змусити цей двигун 
працювати і що він собою являє. Крокові двигуни належать до класу безщіткових 
двигунів. Обмотки крокового двигуна є частиною статора. На роторі знаходиться 
постійний магніт або зубчастий блок з магнітом'якого матеріалу у випадку 
змінного магнітного опору. Всі комутації виконуються зовнішніми схемами. 
Зазвичай система двигуна і контролера спроектована так, щоб мати можливість 
переміщувати ротор у будь-яке фіксоване положення, тобто система управляється 
за позицією. Циклічність позиціонування ротора залежить від його геометрії. 
Існують три основні типи крокових двигунів: з змінною індуктивністю, з 
постійними магнітами та гібридні двигуни. Двигуни змінної індуктивності 
використовують магнітне поле, яке генерується на центральному валу, змушуючи 
його обертатися і розташовуватися вздовж лінії напруги електромагнітів. Двигуни 
з постійними магнітами схожі на них, але центральний вал поляризований на 
північний і південний магнітні полюси, які обертають його залежно від того, які 
електромагніти активовані. Гібридний двигун є поєднанням обох попередніх 
типів. У його намагніченого центрального валу є два набори зубів для двох 
магнітних полюсів, які вирівнюються із зубами електромагнітів. Завдяки 
подвійним наборам зубів на центральному валу, гібридний двигун має 
найменший можливий розмір кроку і є одним з найпопулярніших типів крокових 
двигунів. Підключення крокових двигунів може варіюватися: вони можуть мати 
4, 5, 6 або 8 проводів. Чотирипроводові лінії підтримують тільки біполярні 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 11 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
крокові двигуни, оскільки в них немає центрального проводу. П'яти- та 
шестипроводові механізми можуть використовуватися як для однополярних, так і 
для біполярних крокових двигунів, залежно від того, чи використовується 
центральний провід на кожній котушці. П'ятипроводова конфігурація означає, що 
центральні проводи двох комплектів котушок з'єднані між собою всередині. 
Способи керування кроковими двигунами включають повний крок, напівкрок і 
мікрокроковий режим. Повний крок - такий режим завжди активує два 
електромагніти. Для обертання вала один з електромагнітів вимикається, а інший 
залишається включеним, що спричиняє обертання валу на 1/4 зуба (для гібридних 
крокових двигунів). Цей метод має найсильніший момент обертання, але і 
найбільший розмір кроку. Напівкрок - для обертання центрального валу перший 
електромагніт активується, як у першому кроці, потім другий також активується, 
а перший все ще працює. У третьому кроці перший електромагніт вимикається, а 
четвертий крок - це поворот на третій електромагніт, тоді як другий електромагніт 
продовжує працювати. Цей метод використовує вдвічі більше кроків, ніж повний 
крок, але має менший момент обертання. Мікрокроковий режим має найменший 
розмір кроку серед усіх стилів. Момент обертання у цьому режимі залежить від 
кількості струму, що протікає через котушки в певний момент, але він завжди 
буде меншим, ніж при повному кроці.  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 12 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1 Обґрунтовування необхідності проектування системина основі 
критичного аналізу існуючих аналогів 
 
Щоб управляти кроковим двигуном необхідний контролер або драйвер. 
Зараз розглянемо управління від контролера. Контролер – схема, яка подає 
напругу до будь-якої з чотирьох катушок статора. Схеми управління достатньо 
складні, в порівнянні із звичайними двигунами постійного струму, і мають багато 
особливостей. Детально розглядати тут ми їх не будемо, а просто приведемо 
фрагмент популярного контролера на ULN2003A. Загалом крокові двигуни є 
відмінним способом для того, щоб повернути щось в точний розмір кута з 
великою кількістю моменту, що крутить. Інша перевага їх в тому, що швидкість 
обертання може бути досягнутий майже миттєво при зміні напряму обертання на 
протилежну. В якості прикладу управління кроковим двигуном візьмемо 
уніполярний кроковий двигун КД-1ЕМ, що має характеристики: кількість кроків -
200/об., струм обмотки – 0,5 А, потужність 12 Ватт. Драйвером, керуючим 
обмотками крокового двигуна виберемо мікросхему ULN2003A. Ця унікальна 
мікросхема, не що інше, як транзисторна складання за схемою Дарлінгтона з 
відкритим колектором, обладнана діодом, що захищає ланцюг живлення 
навантаження. ULN2003A має сім каналів управління з струмом навантаження 
500мА кожен. 
 
Рисунок 1.1. Схема контролера ULN2003A 
Входи мікросхеми ULN2003A можна безпосередньо підключати до 
виходів цифрових мікросхем, оскільки вона має резистори, підключені до баз 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 13 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
транзисторів. Ще одним важливим моментом є те, що виходи ULN2003A 
забезпечені діодами, які захищають мікросхему від індукційних викидів в момент 
комутації обмоток крокового двигуна. 
 
Рисунок 1.2. Підключення контролера 
Вивід 9 мікросхеми ULN2003A підведений до джерела живлення через 
стабілітрон, який захищає схему від ЕРС самоіндукції, яка з'являється в момент 
виключення блоку живлення схеми. Управління кроковим двигуном здійснюється 
за допомогою комп'ютера через LPT порт за допомогою програми. 
 
Рисунок 1.3. Програма Stepper Motor Controller 
Керування кроковим двигуном від драйвера. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 14 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.4. Драйвер крокового двигуна MACH3 
Контролер крокового двигуна NVUM на 3 осі ЧПУ USB Mach3 - пристрій 
для керування кроковими і серводвигун. Підтримує всі версії програмного 
забезпечення Mach3 і стандартний MPG. Інтерфейс підключення - USB. Широко 
використовується для різних верстатів з ЧПУ, підходити як для простого, так і 
складного устаткування. Дизайнерське рішення контролера дозволяє без 
особливої тяжкості виконувати швидку установку і підключення, а також само 
забезпечує надійну роботу пристрою. 
Таблиця 1.1- Технічні характеристики драйвера крокового двигуна 
MACH3: 
Характеристика Значення Примітка 
1.Входи 12  
2.Виходи 10  
3.Частота 200 кГц  
4.Живлення 12-36 В (постійний)  
5.Струм >0,5 А  
6.Програмне забезпечення MACH3 Всі версії 
7.Інтерфейс підключення USB  
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 15 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.5. Драйвер крокового двигуна MACH3 
 
Рисунок 1.6. Драйвер крокового двигуна MACH3 
 
 
1.1 Аналіз програмного забезпечення керування двигунами верстата 
Розглянемо кілька варіантів керування двигунами за допомогою 
програмного забезпечення. 
Програмне забезпечення ArtSoft Mach3 призначена для управління ЧПУ 
верстатом. Програма встановлюється на IBM сумісний персональний комп'ютер 
з'єднаний з блоком управління. Mach3 була розроблена американськими 
програмістами, як для професійного, так і для аматорського використання, тому 
вона є найбільш поширеним програмним забезпеченням для верстатів з ЧПК в 
світі. 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 16 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.7. Програмне забезпечення ArtSoft Mach3 
З допомогою Mach3 можливе керування наступними типами верстатів: 
токарними, фрезерними, маршрутизаторами, лазерними і плазмовими плоттерами, 
гравировальными і зубонарезными. Для того, щоб працювати з програмою Mach3, 
потрібен персональний комп'ютер з наступними параметрами: 
• операційна система Windows 2000/XP/Vista/Seven; 
• процесор з частотою 1 ггц; 
• оперативна пам'ять 512Мб ОЗУ; 
• відеокарта з пам'яттю 64 мб; 
• вільне місце на жорсткому диску 1Гб; 
• один паралельний LPT-порт; 
• мінімум два послідовних інтерфейсу USB. 
Характеристика програмного забезпечення ArtSoft Mach3» 
Це програмне забезпечення має наступні можливості: 
• можливість управління до шести координат; 
 • пряме імпортування файлів DXF, BMP, JPG і HPGL за допомогою 
вбудованого програмного забезпечення LazyCam; 
• тривимірна графічна візуалізація керуючої програми G-кодів; 
• створення керуючої програми G-кодів в програмному забезпеченні 
LazyCam або в Wizard («Майстри»); 
• можливість повністю змінити інтерфейс; 
• створення користувацьких M-кодів і макросів на основі VB-скриптів; 
• управління частотою обертання шпинделя; 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 17 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
• багаторівневе релейне управління; 
• застосування ручних генераторів імпульсів (MPG); 
• вікно відеоспостереження за процесом роботи; 
 • сумісність з сенсорними екранами (Touch screen); 
• повноекранний інтерфейс. 
Опис інтерфейсу програми Mach3 
Вікно запуск програми (RUN PROGRAM) 
 
Рисунок 1.8. Вікно запуск програми 
Головне вікно роботи з програмою в режимі Запуск програми (RUN 
PROGRAM). 
Кнопки вибору режиму роботи 
 
Рисунок 1.9. Кнопки вибору режиму роботи 
За допомогою цих кнопок перемикаються вікна режимів роботи: 
PROGRAM RUN (Запуск програми), MDI (Ручне введення даних), TOOLPATH 
(Переміщення інструмента), OFFSETS (Прив'язка інструменту), SETTINGS 
(Налаштування), DIAGNOSTICS (Діагностика). 
Кнопки управління програмою 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 18 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.10. Кнопки управління програмою 
CYCLE START (Початок циклу). При натисканні кнопки CYCLE START 
починається виконання програми. Увага: Зверніть увагу, що кнопка CYCLE 
START в загальному випадку запускає рух шпинделя і осей. Вона завжди повинна 
бути налаштована на оперування двома клавішами», і якщо ви налаштовуєте свої 
власні гарячі клавіші, вона не повинна спрацьовувати при натисканні однієї 
клавіші. 
FEED HOLD (Припинення подачі). Виконання програми можна 
призупинити, натиснувши кнопку FEED HOLD. Кнопка FEED HOLD зупинить 
виконання керуючої програми, як можна швидше, але керованим способом, так 
щоб можна було запустити кнопкою CYCLE START. Шпиндель і охолодження 
залишаться включеними, але при необхідності їх можна зупинити вручну. Коли 
активна FEED HOLD ви не можете перегнати осі, змінити зламаний інструмент і 
т. д. Якщо ви зупинили шпиндель чи охолодження, то перед продовженням ви 
можливо захочете знову включити її перед тим, як продовжити роботу. Mach3 
запам'ятає позиції осей при активації FEED HOLD і повернеться до них перед 
продовженням виконання програми. 
STOP (Зупинка програми) 
STOP швидше зупиняє рух осей. Це може призвести до втрати кроків 
(особливо на осях з кроковими двигунами) і перезапуск може бути некоректним. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 19 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
RESET (Скидання). Це фіксована кнопка. Коли система в стійкому стані, 
світлодіод горить постійно, при зміні деяких умов, світлодіод починає блимати, 
вимагає натиснення цієї кнопки приводить систему в норму. 
EDIT G-CODE (Редагування керуючої програми G-CODE). При 
завантаженій керуючої програмі натискаєте кнопку EDIT G-CODE для того, щоб 
змінити керуючу програму, завантажиться програма Notepad (редагуючи 
програму можна змінити в налаштуваннях). 
RECENT FILE (Останній файл). При натисканні кнопки RECENT FILE 
відкривається вікно, в якому відображається останні завантажені файли. 
CLOCE G-CODE (Закрити керуючу програму). Для того, щоб закрити 
керуючу програму натискаємо кнопку CLOCE G-CODE. 
LOAD G-CODE (Завантажити керуючу програму). Щоб завантажити 
керуючу програму натискаємо кнопку LOAD G-CODE. 
SET NEXT LINE (Встановити наступний кадр). Те ж що і RUN FROM 
HERE але без попереднього завдання режиму або руху. 
RUN FROM HERE (Запустити з цього місця). RUN FROM HERE здійснює 
холостий запуск керуючої програми для установки станів (G20/21, G90/91 і т. д.), 
до місця, яке встановив користувач, потім натискаємо кнопку CYCLE START. Не 
варто ставити RUN FROM HERE всередині підпрограми. 
REWIND (Перемотування). Перемотування завантажену в даний момент 
керуючу програму. 
SINGLE BLOCK (Окремий кадр) 
SINGLE BLOCK фіксуюча кнопка з світлодіодним індикатором. В режимі 
SINGLE BLOCK, при натисканні кнопки CYCLE START виконує один наступний 
кадр керуючої програми, потім переходить в FEED HOLD. 
REWERSE RUN (Зворотний запуск) 
REVERSE RUN фіксуюча кнопка з світлодіодним індикатором. Її слід 
використовувати після FEED HOLD або SINGLE BLOCK, при натисканні CYCLE 
START змусить програму запуститися в зворотному порядку. Це іноді корисно 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 20 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
для виходу зі стану розгубленості дуги при плазмовому різанні або зламаний 
інструмент. 
DELETE BLOCK (Скасування кадру) 
DELETE BLOCK фіксуюча кнопка з світлодіодним індикатором. Якщо 
DELETE BLOCK включено, то кадр G-коду, які починаються зі навскісної риски 
(/) - не будуть виконуватися. 
M1 OPTIONAL STOP (М1 Опціонна зупинка). M1 OPTIONAL STOP 
фіксуюча кнопка з світлодіодним індикатором. Якщо включено M1 OPTIONAL 
STOP, при надходженні команди М01 або М00 робота буде зупинена. Для 
продовження натискаємо CYCLE START. 
FLOOD (Охолодження). Ця кнопка включає охолодження (М08). 
Програмне забезпечення CNC USB Controller 
Програма управління верстатом CNC USB Controller працює в операційних 
системах Windows XP і Windows7. Для роботи програми необхідно, щоб на 
комп'ютері було встановлено програми DirectX 9 і Dotnetfx35. Якщо їх на вашому 
комп'ютері не виявилося вони присутні на диску програми CNC USB Controller. 
Для установки програми потрібно завантажити або запустити інсталяційний файл 
з диска CNCUSB_Setup.exe. Після установки програми можна підключити плату 
контролера до USB роз'єму контролера. При першому запуску програма запитає 
ключ ліцензії , який необхідно ввести. 
В цих програмах є недолік немає зворотнього звя'зку. Тому вирішили 
зробити свою програму. 
 
1.2 Вибір програмних засобів підготовки та відладки керуючої 
програми 
Для мікроконтролерів AVR існують різні мови програмування, але, 
мабуть, найбільш придатними є асемблер і С, оскільки в цих мовах в найкращій 
мірі реалізовані всі необхідні можливості по управлінню апаратними засобами 
мікроконтролерів.  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 21 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Асемблер - це низькорівнева мова програмування, що використовує 
безпосередній набір інструкцій мікроконтролера.  Створення програми на цій мові 
вимагає хорошого знання системи команд програмованого чіпа і достатнього часу 
на розробку програми. Асемблер програє С в швидкості і зручності розробки 
програм, але має помітні переваги в розмірі кінцевого виконуваного коду, а 
відповідно, і швидкості його виконання.  
С дозволяє створювати програми з набагато більшим комфортом, надаючи 
розробнику всі переваги мови високого рівня. Слід ще раз зазначити, що 
архітектура і система команд AVR створювалася за безпосередньої участі 
розробників компілятора мови С і в ній враховані особливості цієї мови. 
Компіляція вихідних текстів, написаних на С, здійснюється швидко і дає 
компактний, ефективний код. Основні переваги С перед асемблером: висока 
швидкість розробки програм; універсальність, що не вимагає досконального 
вивчення архітектури мікроконтролера; найкраща документовані і читаність 
алгоритму; наявність бібліотек функцій; підтримка обчислень з плаваючою 
крапкою. У мові С гармонійно поєднуються можливості програмування низького 
рівня з властивостями мови високого рівня. Крім того, практично всі компілятори 
С мають можливість використовувати асемблерні вставки для написання 
критичних за часом виконання і займаним ресурсів ділянок програми. Одним 
словом, С - найбільш зручна мова як для початківців, для ознайомлення з 
мікроконтролерами AVR, так і для серйозних розробників. 
 
1.3 Вибір та обґрунтування інтерфейсу програмування 
мікроконтролера 
Програмування при високій напрузі (як паралельне, так і послідовне) 
потребує великої кількості висновків мікроконтролера та додаткового джерела 
напруги 12 В. Через це конструкція програматорів є досить складною. 
Високовольтне програмування забезпечує найвищу швидкість запису і 
максимально можливий доступ до ресурсів AVR. Зазвичай, цей метод 
програмування використовується при серійному виробництві на заводах. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 22 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Інтерфейс JTAG дуже зручно використовувати в тих випадках, коли 
необхідно вести програмування і налагодження в одному циклі розробки. На жаль 
JTAG є далеко не у всіх моделях AVR, а фірмові програматори  коштують 
значних грошей. 
Низьковольтне послідовне програмування через SPI, найбільш поширене. 
Це спосіб варто визнати основним при програмуванні AVR-мікроконтролерів. Его 
підтримують всі моделі з ядром AVR, за винятком двох застарілих представників 
молодшого сімейства ATtiny11x і ATtiny28x. У даному розділі буде наведено опис 
двох програматорів, які працюють в подібному режимі. Перший з них можна 
рекомендувати для швидкого старту. Він має просту конструкцію і працює під 
управлінням популярної радіоаматорського програми PonyProg2000. Другий, 
набагато більш досконалий, є функціональним аналогом AVR ISP фірми ATMEL. 
Цей програматор інтегрується з IDE AVR Studio і дозволяє реалізувати алгоритми 
програмування з максимально можливою точністю. 
Для взаємодії програміста з мікроконтролером під час послідовного 
низьковольтного програмування застосовується апаратний модуль SPI. Це дуже 
зручне рішення, яке дозволяє використовувати мінімальну кількість висновків і 
змінювати алгоритми роботи пристрою, вже змонтованого на плату. Завдяки цій 
властивості програмування через SPI також називають внутрішньосхемним 
програмуванням або ISP (In System Programming). З урахуванням усіх цих 
факторів, я обрав програмування через SPI. 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 23 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Перелік характеристик пристрою, який розробляється наведений в таблиці 
2.1, які нижче: 
Таблиця 2.1- Перелік характеристик пристрою, який розробляється 
Характеристика  Значення 
1.Вихідний струм 0.3A～3A ( макс. 3.5А) 
2.Вхідна напруга 10-35 В. (постійного струму) 
3.Мікрошаг 1...2...8...16 
4.Установка максимального струму 14 ступенів 
5.Робоча температура 10-45°С 
6.Кількість передавачів 2 
7.Кількість приймачів: 2 
8.Швидкість 200 kbps 
9.Напруга живлення 5 В 
10.Вбудований DC / DC перетворювач є 
 
 
 
 
 
 
 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 24 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
Вибір та обґрунтування структурної схеми керування двигуном 
Зараз ми зробимо і розглянемо детально структурну схему пристрою і 
опишемо кожен блок схеми окремо. Пояснюючи призначення кожного блоку. 
 
Рисунок 3.1. Структура БКД (блок керування двигуном) 
БКД забезпечує обробку інформації від мікроконтролера або комп'ютора і 
перетворює її у відповідні імпульси для двигуна. 
 
Рисунок 3.2. Блок керування двигуном 
Інтерфейс вихідний-призначений для перетворення сигналів управління в 
сигнали, які розуміє двигун і виконує їх.  
Блок формування вихідних сигналів-призначений для формування 
вихідних сигналів, які були оброблені блоком керування двигуном. 
Блок керування двигуном-призначений для обробки і передачі отриманих 
команд від процесорної плати керування пристрою. 
Блок формування вхідних сигналів-призначений для формування вхідних 
сигналів від процесорної плати керування пристрою. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 25 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Інтерфейс вхідний-призначений для отримання і формування вхідних 
сигналів. 
 
Рисунок 3.3. Підключення процесорної плати 
Блок узгодження призначений для узгодження і зв'язку різних пристроїв 
між собою. 
Процесорна плата призначена для того щоб керувати всіма процесами в 
нашому пристрої. І видавати команди для інших частин пристрою. 
 
Рисунок 3.4. Блок обміну даними з комп’ютером 
Блок інтерфейсу USART-призначений для зв'язування мікроконтролера з 
комп'ютером. 
Блок узгодження рівнів сигналів-призначений для узгодження сигналів 
мікроконтролера і комп'ютера. 
Блок інтерфейсу RS-232C-призначений для з'єднання мікроконтролера і 
комп'ютером за допомогою роз'єма COM-порт для обміну сигналами з 
комп'ютером. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 26 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.5. Структура обміну даними з комп’ютером 
За допомогою комп’ютера ми можемо давати команди мікроконтролеру 
через блок обміну даними з комп’ютером на процесорну плату керування 
пристроєм, яка видає сигнал на блок керування двигуном в свою чергу до цього 
блоку приєднаний двигун. 
 
Рисунок 3.6. Блок живлення 
Блок перетворення напруги-призначений для перетворення напруги з 
50 Гц до десятків кілогерц. 
Блок фільтрування-призначений для згладжування імпульсів. 
Блок випрямлення напруги-призначений для перетворення з змінної 
напруги в постійну. 
Блок стабілізації-призначений для стабілізації напруги. 
Всі використані абревіатури зазначені нижче: 
 
3.2 Вибір елементної бази системи 
Розглянемо всі елементи і частини нашого пристрою, які ми плануємо 
використати і їх технічні характеристики. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 27 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.7. Мікросхема MAX 232 
Інтерфейс RS-232-[DIP-16]. 
Таблиця 3.1-Технічні характеристики MAX 232 
1.Кількість передавачів 2 
2.Кількість приймачів: 2 
3.Швидкість 200 kbps 
4.Напруга живлення 5 В 
5.Вбудований DC / DC є 
перетворювач 
 
 
Рисунок 3.8. Керамічний конденсаторї 
Матеріал: багатошарова кераміка, метал 
Ємкість конденсатора: 100nF, (0.1 мкФ, 100 пікофарад) 
Максимальний вольтаж: 50V 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 28 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.9. Ризистори SMD 
В нашому пристрої використовуються SMD ризистори таким номіналом: 
330 Ом; 4,7кОм; 100 кОм; 12 кОм; 1 кОм; 1мОм, 500 Ом, 1,2 Ом. 
А також SMD конденсатори ємністю: 200 мкФ; 330 мкФ; 220 мкФ; 0,1 
мкФ. 
Світлодіоди SMD і діод М7. І мікросхема:ТВ6560: 
 
Рисунок 3.10. Мікросхема:ТВ6560 
Мікросхема ТВ6560 використовується для керування кроковими 
двигунами. 
 
Рисунок 3.11. Одноканальна оптопара РС817 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 29 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.12. Високошвидкісний оптрон 6N137 
 
Рисунок 3.13. Оптопара с транзисторним вихідом 4N35 
Оптопари 4N35,6N137,РС817 призначені для гальванічної розв'язки 
виходів мікросхеми і виводів мікроконтролера. 
 
Рисунок 3.14. Здвоєний мультивібратор з повторним запуском 74HC123 
Мультивібратор 74HC123 призначений для синхронізації мікросхеми 
ТВ6560 
 
Рисунок 3.15. Стабілізатор напруги 78M05 
Стабілізатор напруги 78M05 для усунення пульсацій напруги живлення 
схеми. 
 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 30 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вибір мікроконтролера 
При виборі мікроконтролера я зупинився на моделі ATmega16А, так як він 
задовольняв мене по своїм характеристикам. Див рисунок 2.1. 
 
Рисунок 3.16 - Мікроконтролер ATmega16А 
Основні особливості мікроконтролера ATmega16A: 
- Вбудована система команд містить 130 інструкцій, більшість з яких 
виконуються за один машинний цикл; 
- Використовується єдиний 16-розрядний формат команд; 
- Продуктивність досягає 16 MIPS при частоті 16 МГц; 
- Наявний апаратний помножувач; 
- Вбудоване 16 Кбайт Flash ПЗУ для програм з можливістю до 1000 циклів 
стирання/запису; 
- Обсяг ЕСППЗУ (EEPROM) для даних складає 512 байт, з можливістю до 
100000 циклів стирання/запису; 
- Оперативна пам'ять (SRAM) становить 1 Кбайт; 
- Підтримується програмування безпосередньо в цільовій системі через 
інтерфейси SPI і JTAG; 
- Реалізовано можливість самопрограмування; 
- Підтримується внутрішньосхемне налагодження відповідно до стандарту 
IEEE 1149.1 (JTAG); 
- Шість режимів зниженого енергоспоживання (Idle, ADC Noise Reduction, 
Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby); 
- Вбудований детектор зниження напруги живлення (BOD); 
- Можливість програмного зниження частоти тактового генератора; 
- 21 джерело переривань (внутрішніх і зовнішніх); 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 31 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
- Багаторівнева система переривань з підтримкою черги; 
- Захист від несанкціонованого читання і модифікації пам'яті програм і 
даних; 
- Завантажувальний сектор з незалежними битами захисту; 
- Можливість читання пам'яті програм під час її запису; 
- Два 8-розрядні таймери/лічильники з попередніми дільниками частоти і 
режимом порівняння; 
- Один 16-розрядний таймер/лічильник з попередніми дільниками частоти, 
режимом порівняння та режимом зовнішнього події; 
- Сторожовий таймер (WDT); 
- Аналоговий компаратор; 
- 8-канальний 10-розрядний АЦП з несиметричними і диференціальними 
входами; 
- Послідовний синхронний інтерфейс SPI, який використовується також 
для програмування Flash-пам'яті програм; 
- Двопроводний послідовний інтерфейс TWI (аналог I2C); 
- 32 програмувальні лінії введення/виводу з рівнями ТТЛ, з підтримкою 
периферійних функцій; 
- Напруга живлення від 2.7 до 5.5 В.. 
Вибір LCD дисплея 
При виборі LCD дисплея  я зупинився на WH1602b 
 
Рисунок  3.17   LCD дисплей  WH1602b 
 
 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 32 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 3.2 - Технічні характеристики lcd дисплея 
Назва Значення 
Тип дисплея LCD, символьний 
Вбудований контролер ST7066 
Текстовий дозвіл (x, y) 16 символів 
Технологія STN 
Тип підсвічування LED 
Колір точки Синій 
Колір фону Жовтий 
Оптимальний кут огляду 6 
Напруга живлення 4.5…5.5 В 
Розмір 80.0х36.0 мм 
Робоча температура -20…70 °C 
Температура зберігання -30…80 °C 
LCD дисплеї від компанії Winstar вже упродовж декількох років є 
невід'ємною частиною сучасної електронної продукції. Їх відмінність полягає в 
діапазонах робочих температур, кількістю рядків для відображення інформації, 
кількістю знакомісць в рядку, стандартними з яких є значення 8, 12, 16, 20, 24 і 40 
символів на один рядок, так само розрізняються розмірами символу, його 
дозволом, розмірами самого дисплея і так далі Winstar випускає не лише буквено-
цифрові знакосинтезуючі LCD- модулі, але і графічні. Ті, у свою чергу, теж мають 
різні параметри, що надає користувачеві можливість вибирати відповідний 
виходячи з поставленої задачі. 
 
 
3.3 Розробка схеми електричної принципової 
Опис та обґрунтування принципової схеми пристрою 
На основі розробленої структурної схеми (Див. п. 2.1) розробляємо 
електричну принципову схему 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 33 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.18 –   Схема електрична принципова програматора 
Програматор (Рис. 3.18) призначений для внесення прошивочного файлу в 
пам'ять мікроконтролера. Програматор працює по протоколу SPI. Виводи SPI 
формуються за допомогою мікросхеми МАХ3002 (DD5). До цих виводів 
підключається цільовий мікроконтролер.  
До комп'ютера програматор підключається через USB роз'єм. Драйвер USB 
реалізовано на мікросхемі АТ90USB162 (DD4). Ця ж мікросхема розподіляє 
отриману від комп'ютера інформацію в пам'яті цільового мікроконтролера.  
На стабілізаторі напруги 78М05 (DA5) реалізовано стабілізоване джерело 
живлення для схеми програматора. 
На рисунку 4.2 представлена схема обміну даними між мікроконтролером і 
комп'ютером. Основним елемнтом цієї схеми є МАХ232 (DD2). Ця мікросхема є 
перетворювачем рівня сигналів з комп'ютера (+/- 9В.) в рівень напруги цифрових 
схем (5 В.). Схема підключення мікросхеми МАХ232 є типовою. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 34 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.19 Схема електрична принципова обміну даними з комп'ютером 
На рисунку 3.20  представлена схема драйвера крокового двигуна. 
Основним її елементом є мікросхема ТВ6560 (DD3), яка перетворює сигнали 
керування двигуном на вході в імпульси, що подаються на виводи двигуна, на 
виході.  
 
 
Рисунок 3.20 Схема електрична принципова драйвера крокового двигуна 
DD3 працює при напрузі 24 В. тому її неможна підключати до 
мікроконтролера який працює з напругою 5 В. на пряму. Тому на вході цієї 
мікросхеми необхідно використовувати гальванічну розв'зку. Функцію такої 
гальванічної розв'язки виконують оптопари 4N35 (DА1), 6N137 (DА2), РС817 
(DА3). На вхід цих оптопар подаються сигнали дозволу роботи двигуна (EN), 
вибору напрямку обертання (CW) і тактові імпульси (CLK). 
Перемикачі SW1-SW3 регулюють силу струму на обмотках крокового 
двигуна. Перемикачі S1-S6 задають точність регулювання двигуна. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 35 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Для задання частоти роботи мікросхеми ТВ6560 використовується 
мультивібратор, зібраний на мікросхемі  74HC123 (DD1). 
На стабілізаторі напруги 78М05 (DA4) реалізовано стабілізоване джерело 
живлення для схеми драйвера крокового двигуна.  
 
3.4 Схема електрична принципова оптичних датчиків лінійних 
переміщень   
Принципова схема пристрою зображена на рисунку 3.21; там ми можемо 
побачити мікроконтролер DD1, LCD дисплей та модуль USART. 
 
Рисунок 3.21 - Принципова схема пристрою 
1) Для керування LCD дисплеєм використовуються виводи A0-A7 
мікросхеми DD1.  LCD дисплей відповідає за показ інформації, яка надходить від 
ПК користувачу.  
2) Модуль USART реалізований  на виводах D0, D1 мікросхеми DD1. 
Модуль USART забезпечує обмін даними з комп’ютером. Модуль приймає 
команди переміщення по осі, команда виходу в 0 та команда обнуління поточної 
координати. Від мікроконтролера передається службова інформація про 
виконання команди або аварійний стан. В подальшому комп’ютерна програма 
повинна обробити цю інформацію.  
3) Мікроконтролер DD1 є основним елементом схеми. В його функції 
входить керування двигуном, прийом даних від оптичної лінійки, індикація 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 36 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
поточної інформації на LCD дисплей та обмін даними з персональним 
комп’ютером через інтерфейс RS232C.    
Керування двигуном відбувається по виводам D2, D3, D4. На вивод D2 
мікросхеми DD1 подаються тактові імпульси, які примушують кроковий двигун 
обертатись. На вивід D3 виставляється  напрямок обертання двигуна, в залежності 
від того присутній там логічний 0 або 1. На вивод D4 виставляється дозвіл  
керування кроковим двигуном. Для керування двигуном  необхідно забезпечити  
напругу 12В, тому до виводів D2, D3, D4 підключаються  транзистори. 
На виводі D5, D6 мікросхеми DD1 підключаються кінцеві вимикачі, які 
дозволяють вчасно відстежити аварійну ситуацію. При спрацюванні кінцевого 
перемикача на відповідний вивід надходить 0 і мікроконтролер опрацьовує цю 
ситуацію. 
Виводи В0, С4-С7 мікросхеми DD1 використовуються для ручного 
керування кроковим двигуном. Виводи D7, C0-C3 використовуються для 
тестування схеми під час пошуку несправностей.  
На виводи B2, B3, B4 надходить інформація від оптичної лінійки 1. На 
виводи B5, B6, B7 мікросхеми DD1 надходить інформація від оптичної лінійки 2. 
Крім того, виводи B5, B6, B7, Res використовуються  для  програмування 
мікроконтролера DD1. 
 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 37 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4 Розрахунок основних елементів схеми 
 
4.1 Розрахунок енергії споживання 
Щоб розрахувати енергію споживання розробленого нашого пристрою, 
потрібно зсумувати потужність кожної мікросхеми і таким способом отримаємо 
загальну потужність. Записуємо всю кількість мікросхем і резисторів, які ми 
використовуємо:  
Uп – напруга живлення (для всіх мікросхем використаних у даному 
пристрої однакова і складає 5 В); 
Ісп – струм споживання (довідникові дані); 
N – кількість мікросхем; 
����пристрою = ∑����заг.                                                (4.1) 
����спож. = ����сп ∙ ����п;                                                  (4.2) 
����заг. = ����спож. ∙ ����;                                                (4.3) 
В проектованому пристрої використовуються мікросхеми напруга 
живлення яких складає 5 В.  
Згідно завдання проекту дипломного необхідно розрахувати енергію 
споживання спроектованого пристрою 
Таблиця 4.1- Енергія споживання 
Позначення Найменування Кількість ����спож. ����сп 
DА1 4N35 1 шт. 0,3 Вт 60 мА 
DА2 6N137 1 шт. 0,075 Вт 15 мА 
DА3 PC817 1 шт. 0,25 Вт 50 мА 
DА4,5 78M05 2 шт. 1,75 Вт 350 мА 
DD1 74HC123 1 шт. 0,13 Вт 25 мА 
DD2 MAX232 1 шт. 0,06 Вт 12 мА 
DD3 ТВ6560 1 шт. 15 Вт 3 А 
DD4 AT90USB162 1 шт. 0,09 Вт 18 мА 
DD5 MAX3002 1 шт. 0,05 Вт 10 мА 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 38 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
В нашому пристрою використовуються 27 резисторів з яких: 
(21резистор на - 0,125 Вт; 4 на -1 Вт;2 на -0,5 Вт). 
Pблоку = 25,33 Вт ~ 26 Вт 
Отже споживана потужність нашим блоком складає 26 Вт. 
 
4.2 Вибір інтерфейсу керування двигунами 
Драйвер крокового двигуна ТВ6560 виготовлений з можливістю монтажа в 
корпус. Тим самим спрощує його установку, експлуатацію і заміну у випадках 
вихіда з ладу. Підключення драйвера виконується згідно таблиці 4.2. 
Таблиця 4.2. - Підключення драйвера 
Маркування Опис 
CLK+,CLK- Позитивний і негативний контакт для тактового сигналу 
CW+,CW- Позитивний і негативний контакт для управління напрямком 
обертання осі крокового двигуна 
EN+,EN- Позитивний і негативний контакт для сигнала роботи 
крокового двигуна 
+24V,GND Позитивний і негативний контакт для підключення блоку 
живлення 
A+,A- Контакти для підключення І фазної обмотки крокового двигуна 
B+,B- Контакти для підключення ІІ фазної обмотки крокового 
двигуна 
На рисунку 4.1 показується схема підключення для чотирьохвивідного 
двигуна 
 
Рисунок 4.1. Схема підключення для чотирьохвивідного двигуна 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 39 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4.3 Настройка інтерфейсу керування двигунами 
Мікрокрок (дільник кроку) встановлюємо за допомогою перемикачів S3, 
S4 як вказано на рисунку 4.2. 
 
Рисунок 4.2. Перемикачі які встановлюють дільник кроку 
Мікрокрок - режим управління кроковим двигуном, під яким розуміють 
режим ділення кроку. Мікрокроковий режим відрізняється від простого режиму 
полнокрокового управління двигуном тим, що у кожний момент часу обмотки 
крокового двигуна запитані не максимальним струмом, а деякими його рівнями, 
змінюючися за законом SIN у одній фазі і COS у дпугій. Такий принцип дозволяє 
фіксувати вал у проміжках положення між цілими кроками. Кількість таких 
положень задається налаштуванням драйвера. Режим мікрокроку 1 : 16 означає, 
що з кожним поданим імпульсом STEP драйвер буде рухати вал приблизно на 
1/16 цілого кроку, і для цілого оберта вала потрібно у 16 раз більше імпульсів, 
чим для режиму цілого кроку. 
Значення дільника кроку вказані у таблиці 4.3 нижче: 
Таблиця 4.3 Мікрокрок (дільник кроку) 
Значення дільника S3 S4 
1:1 OFF OFF 
1:2 ON OFF 
1:8 ON ON 
1:16 OFF ON 
Налаштування вихідного струму, який подається на кроковий двигун, у 
режимі утримання виконується за допомогою перемикача S2. 
 
Рисунок 4.3 Перемкач, що налаштовує режим утримання 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 40 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 4.4 - Струм режима утримання 
Значення струму S2 
20% ON 
50% OFF 
Таблиця 4.5 - Вихідний струм (А) 
(А) 0,3 0,5 0,8 1 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,9 2 2,2 2,6 3 
SW off off off off off on off on on on on on on on 
SW2 off off on on on off on off off on off on off on 
SW3 on on off off on off on on off off on on on on 
S1 on off on off on on off on off on off on off off 
У драйвері є можливість налаштовувати форму дискретних імпульсів для 
формування згладженого сигналу, приближеного до синусоіди. Необхідність 
виникає із-за різниці параметрів двигуна і їх режимів. Параметер вказує нахил 
горизонтальної частини імпульса після переднього фронта (затухнення). Для 
прямокутного імпульса (меандр) - Decay = 0%, для трикутного - Decay = 100%. 
Функція може бути корисна для вибору оптимального режиму роботи крокового 
двигуна і часто полегчує роботу двигуна, зменшить шум і вібрацію. 
 
Рисунок 4.4. Перемикачі налаштування Decay 
Decay - параметр, якого характеризує нахил горизонтальної частини 
імпульса після першого фронту (затухання). Для прямокутного імпульса (меандр) 
- Decay = 0%, для трикутного - Decay = 100%. Функція може бути корисна для 
вибору оптимального режиму роботи крокового двигуна і часто полегчує роботу 
двигуна, зменшить шум і вібрацію. 
 
 
 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 41 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 4.6 - Decay налаштування 
 S5 S6 
0% OFF OFF 
25% ON OFF 
50% OFF ON 
100% ON ON 
 
4.4 Підключення крокових двигунів до контролера 
При підключенні крокових двигунів до драйвера допускається як 
паралельне, так і послідовне включення. Єдине,що необхідно врахувати - для 
паралельного включення вихідний струм драйвера необхідно встановлювати 
вище, а при включенню послідовно достатним буде струм як для одного двигуна. 
 
Рисунок 4.5 Схема підключення для чотирьохвивідного двигуна 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 42 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.6 Схема підключення для шести вивідного двигуна при 
використанні половини потужності 
 
Рисунок 4.7. Схема підключення для шести вивідного двигуна при 
використанні повної потужності 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 43 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.8 Схема підключення для восьми вивідного двигуна при 
паралельному включенню обмоток 
 
Рисунок 4.8. Схема підключення для восьми вивідного двигуна при 
послідовному включенню обмоток 
 
4.5 Підключення контролера 
Входи, які призначені для управління можна підключити до портів до 
контролера двома способами, в залежності від конфігурації і виконання портів 
контролера. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 44 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.9 Підключення драйвера при використанні порта контролера на 
NPN ключах з откритим колектором 
 
Рисунок 4.10 Підключення драйвера при використанні порта контролера на 
PNP ключах з откритим колектором 
Значення опорів R_CW, R_EN, R_CLK залежить від напруги живлення Vcc: 
- при Vcc= 5 В, R_CW = R_EN = R_CLK = 0; 
- при Vcc= 12 В, R_CW = R_CLK = 1 кОм, R_EN = 1,5 кОм; 
- при Vcc= 24 В, R_CW = R_CLK = 2 кОм, R_EN = 3 кОм; 
 
4.6 Роботі з пристроєм 
Перед включенням пристрою потрібно перевірити з'єднання провідників і 
окремих пристроїв між собою за заданою структурною схемою  
 
Рисунок 4.11 Структурна схема підключення пристроїв 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 45 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Перевіряємо підключення двигуна (Див. п. 3.3), щоб відповідні клеми були 
правильно з'єднані. Справність двигуна можна перевірити таким способом 
візьмем мультиметр ставим його в режим продзвінки і перевіряємо обмотки на 
цілісність по парно їх перевіряючи. Потрібно перевірити чи є напруга на всіх 
елементах пристрою. Перевіряємо всі з'єднання пристроїв між собою по 
структурній схемі на рисунку 4.3. 
 
4.7 Розрахунок конструкції друкованої плати  
Дані відомі для розрахунку: 
- друкована плата виготовляється фотохімічним методом; 
- розміри плати 130х75 мм; 
- четвертий клас точності з кроком координатної сітки 1,25; 
- друкована плата двостороння; 
- матеріал друкованої плати СФ-2-35-1,5; 
- максимальний постійний струм, що протікає в провіднику 
I max = 22A ; 
Параметри стекло текстоліту: 
- товщина фольги hфол = 50 мкм ; 
- товщина матеріалу з фольгою 1,5 мм ; 
2
- питомий опір  ρ = 0,05 Ом ⋅ мм ; 
м
- максимальна довжина провідника l = 0,18 м. 
Розрахунок проводиться за методикою [19]. 
Мінімальна ширина друкованого монтажу за постійним струмом: 
               I
b max 22
min = = −3 = 22 мм                                         (4.4) 
I доп ⋅ hф 20 ⋅50 ⋅10
Мінімальна ширина провідника виходячи з допустимого значення падіння 
напруги на ньому: 
              I
b max
min = ρ ⋅ l ⋅ = 0.05 ⋅0.18 22
−3 = 18 мм                     (4.5) 
I доп ⋅ hф 20 ⋅50 ⋅10
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 46 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
         Електрорадіоелементи (ЕРЕ), що розміщенні на платі мають два 
типорозміри діаметрів виводів: 
d E1 = 0,7мм ; 
d E1 = 1,2мм ; 
Номінальне значення діаметрів монтажних отворів визначаємо за 
формулою: 
              d = dE + ∆dН .П .О + r  ,                             (4.6) 
де ∆dН .П .О  – нижнє граничне відхилення від номінального діаметру 
монтажного отвору 
r – різниця між мінімальним діаметром отвору та максимальним діаметром 
виводу r = 0.2 мм . 
d1 = 1,0 + 0,1+ 0,2 = 1,0мм  
d1 = 1,5 + 0,1+ 0,2 = 1,5мм  
Мінімальний діаметр контактної площадки навколо монтажного отвору 
визначаємо за формулою: 
   Dmin = D1min +1,5hФ                                       (4.7)   
D1min  – мінімальний ефективний діаметр площадки; 
hф – товщина фольги hф = 0,05 мм ; 
   d
D1min = 2 ⋅ b + max
m +δd +δρ  ,                              (4.8)   
 2 
де bm – відстань від краю висверлоного отвору до краю контактної 
площадки bm = 0,05 мм ; 
δd – допуск на розташування отворів δd = 0,05 мм ; 
δρ – допуск на розташування контактних площадок δρ = 0,15 мм ; 
dmax –максимальний діаметр пробуравленого отвору:        
dmax = d + ∆d + (0,1...0,5) , 
де  ∆d – допуск на отвір ∆d = 0,05 мм ; 
dmax1 = 1,0 + 0,05 + 0,15 = 1,2 мм ; 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 47 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
dmax1 = 1,5 + 0,05 + 0,15 = 1,7 мм ; 
D1min1 = 2 0,05 1,2
⋅  + + 0,05 + 0,15 = 1,7 мм ; 
 2 
D = 2 ⋅ 1min1 0,05 1,7
+ + 0.05 + 0,15 = 2,2 мм ; 
 2 
Dmin1 = 1,7 +1,5 ⋅0,05 = 1,8 мм  
Dmin1 = 2,2 +1,5 ⋅0,05 = 2.3 мм  
Визначемо максимальний діаметр контактних площадок  за формулою:   
                          Dmax = Dmin + 0,03                                                                (4.9)   
Dmax1 = 1,8 + 0,03 = 1,83 мм  
Dmax 2 = 2,3+ 0,03 = 2,33 мм  
Визначаємо мінімальну ширину провідників: 
   bmin = b1min +1,5hф ,                                                 (4.10) 
де b1min – мінімальна ефективна ширина провідника; 
для плат 4-го класу точності   b1min = 0,15 мм.  
bmin = 0,15 +1,5 ⋅0,05 = 0,23 мм . 
Визначаємо максимальну ширину провідників: 
   bmax = bmin + 0,06 .                                             (4.11) 
bmax = 0.23+ 0.06 = 0.28 мм . 
Визначимо мінімальну відстань між провідником і контактною 
площадкою: 
    D
S = h −  max +δρ   b
+ max +δl 

1min 0      .                            (4.12) 
 2   2 
h0 = 1.25 мм . 
S 1.83
1min = 1.25 −  + 0.15  0.28 
 +  + 0.03 = 0.02мм ; 
 2   2 
Визначимо мінімальну відстань між двома контактними площадками: 
   S2 min = h0 − (Dmax + 2δρ)                                       (4.13) 
S2 min = 1.25 − (1.83+ 2 ⋅0.15) = 0.15 мм  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 48 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Визначимо мінімальну відстань між двома контактами: 
    S3min = h0 − (bmax + 2δl)                                       (4.14) 
S3 min =1.25 − (0.28 + 2 ⋅ 0.03) = 0.97 мм . 
 
4.8 Розрахунок вібростійкості плати 
Всі радіоелементні засоби (РЕЗ) піддаються дії зовнішніх механічних 
навантажень, які передаються до кожної деталі, що входить в конструкцію. 
Механічний вплив на розроблювальний пристрій має місце при його 
транспортіванні в неробочому стані. Тому важливо визначити чи достатня 
надійність розроблюваного пристрою, чи може конструкція витримати механічні 
навантаження під час транспортування. 
Так як розроблює мий прилад відноситься до наземної  РЕЗ, тому під час 
транспортування, випадкових падіннях він може піддаватись динамічним 
впливам. Зміна загальних параметрів механічних впливів, яким піддається 
наземна РЕЗ є такі:   
- вібрації: (10…70)Гц; 
- віброперевантаження:  n = (1...4)g ; 
- удари, тряска: ny = (10...15)g , тривалість t = (5...10) мс ; 
- лінійні перевантаження nл = (2...4) g . 
Розрахунок на вібростійкість несучої конструкції зводиться до визначення 
найбільшої напруги виходячи з виду деформації, що визвана  дією вібрації в 
визначеному діапазоні частот, і порівнянням отриманого значення з доступним. 
Розрахунок частоти коливань зробимо за методом, що викладений в 
[20,67].  
Власна частота коливань рівномірно напруженої пластини (друкованої 
плати) визначається за формулою: 
  f κ
= M ⋅κB ⋅Ch
2 ⋅104 Гц                                          (4.15) 
a
κM – згладжуючий коефіцієнт для матеріалу; 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 49 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
κ B – згладжуючий  коефіцієнт для ЕРЕ, що рівномірно розподіленні на 
друкованій платі; 
a – довжина друкованої плати. 
κ 1
B =                                              (4.16) 
1 Q
+ E
QП
QE – вага елементів рівномірно розподілених на друкованій платі; 
QП – вага друкованої плати. 
Визначимо вагу друкованої плати: 
 QП = ρ ⋅ a ⋅b ⋅ h                                               (4.17) 
ρ  - густина стеклотекстоліта,  ρ = 2.67 ⋅103 кг / м3  
a  - довжина друкованої плати; 
b  - ширина друкованої плати; 
h  - висота друкованої плати. 
Q = 2.67 ⋅103
П ⋅0.130 ⋅0.075 ⋅0.0015 = 0.039кг  
κ 1
B = = 0.14  
1 2
+
0.039
Розрахуєм поправочний коефіцієнт κM : 
E ρ
κM = ⋅ c                                               (4.18) 
Ec ρ
E i ρ  - модуль потужністі і густини матеріалу, який використовується; 
Ec i ρc  - модуль пружності і густини сталі. 
κ −5 1.98 ⋅103
M = 1.67 ⋅10 = 0.13 ; 
3.5 ⋅10−5
f 0.13 ⋅0.14 ⋅86 ⋅0.0015
= 2 ⋅104 =1400 Гц→1,4кГц . 
0.130
 
З розрахунку можна зробить висновок, що плата  шумоміра не потребує 
використання демпферів та частотної настройки, а також вона повинна витримати  
зовнішній механічний вплив під час транспортування.  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 50 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4.9 Аналіз блок-схеми керуючої програми 
 
Опис підпрограми  “Test” 
“Обраний  test lcd?” – ми використовуємо, щоб зрозуміти, потрібно чи ні 
застосовувати тест на lcd. Якщо користувач вибирає цей тест, ми починаємо 
виводити на екран комбінацію символів:  “ Если вы видите все разряды – ОК”. 
Після чого виходимо с підпрограми. Див. рисунок 4.12. 
 
Рисунок 4.12 - Структурна схема підпрограми  “Test” 
В тому випадку, коли користувач не вибирав тест на lcd, програма  
починає  перевіряти чи був обраний тест на кнопки. Якщо він був обраний, то 
починається  перевірка  спрацювання  кожної кнопки, тобто користувачу потрібно 
нажати  кнопки: вперед, назад, ручн/автомат, сброс, виход в 0, тест,  то потрібно 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 51 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
нажати кінцеві вимикачі 1 и 2. Після тесту програма виходе з цього режиму. Якщо 
тест кнопок не було обрано, програма повинна перевірити чи вибирав користувач 
тест двигуна. Якщо так, то  повинно початись обертання  двигуна вперед на 10 
секунд, після чого двигун починає обертатись назад 10 секунд. Після зупинки 
тесту програма виходе з цього режиму.  
В тому випадку, коли тест двигуна не був обраний, програма починає 
перевіряти чи вибирав користувач тест USART. Якщо так, програма відправляє 
тестове значення “ОК” на комп’ютер. Після завершення тесту програма з нього 
виходе. Якщо користувач нічого не обирав, програма автоматично виходе з 
підпрограми “Test”.  
 
Опис підпрограми “ Menu” 
Якщо користувач вибрав тестовий режим, то виводимо на lcd значення 
“Тестовий режим” і “Оберіть тест”. Після чього входимо в підпрограму “Test”. 
Якщо тестовий режим не був вибраний, то перевіряємо чи вибирав користувач 
ручний режим.  При виборі цього тесту програма виводить на lcd значення  
“Ручний режим”  і входимо в підпрограму “Hend”. Після закінчення програма 
виходить з підпрограми “ Menu”.  
Якщо ручний режим не було обрано, то програма починає аналізувати чи 
обирав користувач автоматичний режим. В тому випадку, коли так, програма 
виводить на lcd значення “автоматичний режим” та переходить в підпрограму  
“Autom”. Якщо користувач нічого не обирав, програма автоматично виходе з 
підпрограми “ Menu”. Див рисунок 4.13. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 52 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.13 -  Структурна схема підпрограми “ Menu” 
Опис підпрограми “Hand” 
Програма визначає чи користувач натискав кнопку “вперед”. Якщо так, то 
програма перевіряє чи спарцював кінцевий вимикач. Коли приходить сигнал, що 
кінцевий вимикач спрацював, ми одразу зупиняємо двигун та виходимо з 
підпрограми.  В тому випадку, коли цього не сталося, програма вмикає двигун в 
прямому напрямку. Двигун працює до тих пір, поки кнопка “вперед” не буде 
відпущена або спрацює кінцевий вимикач, після чого ми вийдемо з підпрограми.  
Якщо ці дві умови не спрацювали, застосовуємо підпрограму “lcd_pos” , 
після того знову вмикаємо двигун в прямому напрямку и чекаємо спрацювання 
однієї з двух умов.В тому випадку, коли користувач не нажав кнопку “вперед”, 
програма аналізує чи натиснута кнопка “назад”. Якщо так, то програма перевіряє 
чи спрцював кінцевий вимикач. Коли приходить сигнал, що кінцевий вимикач 
спрацював, ми одразу зупиняємо двигун та виходимо з  підпрограми.  
 В тому випадку, коли цього не сталося, програма вмикає реверс двигуна. 
Двигун працює до тих пір, поки кнопка “назад ” не буде відпущена або спрацює 
кінцевий вимикач, після чого ми вийдемо з підпрограми. Якщо ці дві умови не 
спрацювали, застосовуємо підпрограму “lcd_pos” , після чого знову вмикаємо 
реверс двигуна і чекаємо спрацювання однієї з двух умов. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 53 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Якщо кнопка “назад” не була натиснута , програма перевіряє чи натиснута 
кнопка “Reset”. В тому випадку, коли кнопка “Reset” натиснута, застосовується 
підпрограма “Reset”. Після чого програма починає перевіряти знову і знову, поки 
не буде натиснута кнопка “Reset”. 
 В тому випадку, коли кнопка “Reset” не була натиснута, програма 
перевіряє чи не натискав користувач кнопку “вихід в 0”. Якщо так, застосовуємо 
підпрограму “Zero”. Коли кнопка “вихід в 0” не була натиснута, ми виходимо з 
підпрограми “ lcd_pos”. Див рисунок 4.14. 
 
 
Рисунок 4.14 -  Структурна схема підпрограми “Hand” 
Опис підпрограми “Autom” 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 54 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Створюємо зміні comch, com, size та і. Після створення змін застосовуємо 
підпрограму “ lcd_pos”. Далі програма перевіряє чи пустий буфер USART. Якщо 
ні, то в змінну соm записуємо команду, яка прийшла в буфер. 
В тому випадку, коли буфер USART не є пустим, програма перевіряє чи 
команда починається з символу “x”. Якщо так, то програма починає перевіряти чи 
значення переміщення більше нуля. Коли значення більше нуля розпочинається  
розрахунок  кінцевої  координати та відбувається аналіз чи поточне значення 
менше кінцевої координати та чи відключений кінцевий вимикач. В тому випадку 
коли так, програма переміщає каретку вперед та виводить  координату на lcd. 
Після виконання цієї операції знову перевіряє чи поточне значення менше 
кінцевої координати та чи відключений кінцевий вимикач. Якщо поточне 
значення більше кінцевої координати  та кінцевий вимикач не був відключений, 
програма  знову перевіряє чи кінцевий вимикач спрацював.  В тому випадку коли 
так, програма передає на ПК значення “Accident”, зупиняє двигун та виходить з 
підпрограми“ Autom”. Якщо Кінцевий вимикач не спрацював, програма передає 
на ПК значення “OK”, зупиняє двигун та виходить з підпрограми “ Autom”. 
Якщо значення переміщення менше 0, то відбувається розрахунок  
кінцевої координати та відбувається аналіз чи поточне значення більше кінцевої 
координати та чи відключений кінцевий вимикач. В тому випадку коли так, 
програма переміщає каретку назад та виводить  координату на lcd. Після 
виконання цієї операції знову перевіряє чи поточне значення більше кінцевої 
координати та чи відключений кінцевий вимикач.  Якщо поточне значення 
меньше кінцевої координати та кінцевий вимикач не був відключений, програма 
знову перевіряє чи кінцевий вимикач спрацював.  В тому випадку, коли так, 
програма передає на ПК значення “Accident”, зупиняє двигун та виходить з 
підпрограми “Autom”. Якщо Кінцевий вимикач не спрацював, програма передає 
на ПК значення “OK”, зупиняє двигун та виходить з підпрограми “ Autom”. Якщо 
команда не починається з символу “x”, програма перевіряє чи прийшла команда 
“виходу в 0”. Якщо так, то спрацьовує підпрограма “Zero”, після якої передаємо 
на ПК значення “OK” та робимо вихід з підпрограми “ Autom”. В тому випадку, 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 55 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
коли команда “виходу в 0” не приходила, програма аналізує чи прийшла команда 
“Reset”.  
Якщо так, виконується підпрограма “Reset” , після якої на ПК передається 
значення “OK” та робиться вихід з підпрограми “ Autom”. Якщо після аналізу ні 
одна з перечислених команд не прийшла, відбувається вихід з підпрограми “ 
Autom”. Див рисунок 4.15. 
 
Рисунок 4.15 -  Структурна схема підпрограми “Autom” 
 
Опис підпрограми “Zero” 
Коли користувач матиме бажання вийти в 0, програма проаналізує чи 
кінцевий вимикач 1 спрацював. В тому випадку, коли так, буде зроблений вихід з 
підпрограми “Zero”,  якщо ні, програма вімкне двигун в прямому напрямку. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 56 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Двигун буде рухатись в прямому напрямку до тих пір, поки не спрацює кінцевий 
вимикач 1.  Після спрацювання вимикача 1, програма увімкне двигун  у 
зворотньому напрямку і буде рухатись до тих пір, поки буде працювати кінцевий 
вимикач 1, після чого знову проаналізує чи працює вимикач 1. Якщо ні, двигун 
буде зупинено и буде зроблений вихід з підпрограми “Zero”. Див рисунок 3.4. 
 
 
Рисунок 4.16 -  Структурна схема підпрограми “Zero” 
Опис підпрограми “Reset” 
Якщо користувач нажав на “Reset”, програма обнуляє поточне значення 
лічильника і виводить результат на lcd-екран. Після цих дій ми виходимо з цієї 
підпрограми. Див рисунок 3.6. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 57 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.17 -  Структурна схема підпрограми “Reset” 
 
Опис підпрограми “Convert” - підпрограма призначенна для створення 
змінни coef. Див рисунок 4.18. 
 
Рисунок 4.18 - Структурна схема підпрограми “Convert” 
 
Опис підпрограми “mm_to_motor”- підпрограма призначенна для 
знаходження значення в mm.  Після знаходження ми повертаємо значення.  Див 
рисунок 3.8. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 58 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.19 - Структурна схема підпрограми “mm_to_motor” 
Опис підпрограми “motor_to_mm”- підпрограма призначенна для 
знаходження значення в імпульсах. .  Після знаходження ми повертаємо значення. 
Див рисунок 3.9. 
 
Рисунок 4.20 - Структурна схема підпрограми  “motor_to_mm” 
 
Опис підпрограми “lcd_pos” 
Спершу програма виводить на lcd значення “X”. Наступним кроком 
програма застосовує підпрограму  “motor_to_mm”. Після застосування 
підпрограми програма перетворює значення mm в рядок і виводимо отримане 
значення на lcd. Після всих цих дій програма робить затримку 10 секунд та 
виходить с підпрограми. Див. рисунок 4.21. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 59 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
  
Рисунок 4.21 - Структурна схема підпрограми  “ lcd_pos ” 
 
 
 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 60 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4.10 Розрахунок 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. 
Розрахунок на надійність був проведений з використанням ЕОМ  
результати розрахунку приведені нижче. 
Пристрій керування позиціонуванням знаходиться в приміщенні, тому 
будемо вважати що на протязі часу експлуатації працює в нормальних умовах: 
вібрацій немає, температура від 0 до 20˚С, вологість 60–80 % та атмосферний тиск 
750–770 мм рт. ст.. Тому поправочні коефіцієнти для пристрою становлять kλ1 = 1, 
kλ2 = 1, kλ3 = 1. Отже, коефіцієнт kλ дорівнює 1 (kλ = 1∙ 1∙ 1 = 1). 
Розраховуємо надійність елементів. 
 Коефіцієнт навантаження конденсаторів kн = 0,3...0,7. При kн = 0,5 та 
температурі 20° С поправочний коефіцієнт для конденсаторів становить 0,4, а 
інтенсивність відмов дорівнює 2,3 ∙ 10–6 1/год. Отже 
λС = 2,3 ∙ 10–6 ∙ 0,4 = 0,92 ∙ 10–6 1/год. 
 Надійність інтегральних схем (α = 0,2, λ  = 0,02 ∙ 10–6
0  1/год): 
λDDA = 0,02 ∙ 10–6 ∙ 0,2 = 0,004 ∙ 10–6 1/год. 
 Надійність діодів (α = 0,85, λ  = 0,5 ∙ 10–6
0  1/год): 
λVD = 0,5 ∙ 10–6 ∙ 0,85 = 0,425 ∙ 10–6 1/год. 
 Надійність резисторів (α = 0,42, λ0 = 0,6 ∙ 10–6 1/год):  
λR = 0,6 ∙ 10–6 ∙ 0,42 = 0,252 ∙ 10–6 1/год. 
 Надійність оптопар (α = 0,42, λ  = 6,2 ∙ 10–6
0  1/год):  
λ  = 6,2 ∙ 10–6 ∙ 0,42 = 2,604 ∙ 10–6
R  1/год. 
 Надійність резонаторів (α = 0,6, λ –6
0 = 0,3∙ 10  1/год):  
λQ = 0,3 ∙ 10–6 ∙ 0,6 = 0,18 ∙ 10–6 1/год. 
 Визначимо сумарну інтенсивність відмов схеми пристрою:  
λПР =1∙ (0,92 ∙ 10–6 ∙ 26 + 0,004 ∙ 10–6 ∙ 10 + 0,425 ∙ 10–6 ∙1 + 
+ 0,252 ∙ 10–6 ∙ 27 + 2,604∙10–6 ∙3 + 0,18 ∙ 10–6 ∙ 1) = 47,395∙ 10–6+95,94∙ 10–6= 
=39,181 ∙ 10–61/год. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 61 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи протягом 500год. 
всієї схеми, що включає 26 конденсаторів, 27 резисторів, 3 оптопар, 1 діодів, 10 
мікросхем, 1 резонатор: 
pc(t) = exp(-39,181 ∙ 10–6∙ 500) = exp( – 0,0195905) ≈ 0,94. 
 Розраховуємо напрацювання на відмову схеми керування: 
Тсер.с = 1 / (39,181  ∙ 10–6) = 25 522,57 годин. 
 Ймовірність безвідмовної роботи протягом 500год. дорівнює 93%.  
 Напрацювання на відмову схеми керування дорівнює 25 522,57  
годин.  
 Інтенсивність відмов схеми пристрою дорівнює 39,181 ∙ 10–61/год. 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 62 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
5 Технологічний розділ 
 
В технологічному розділі дипломного проекту розробляється 
технологічний процес виготовлення плати.  
Технологічність конструкції друкованої плати - пристосованість 
конструкції друкованої плати до обмежених витрат трудових, матеріальних і 
енергетичних ресурсів на підготовку виробництва і промисловий випуск в заданій 
кількості по вищій категорії якості (виробнича технологічність) і при 
технологічному обслуговуванні і ремонті (експлуатаційна технологічність). 
Виробнича технологічність друкованої плати  визначається трудомісткістю 
виготовлення. Експлуатаційна технологічність друкованої плати  оцінюється 
контролездатністю і взаємозамінністю. 
 
5.1 Обґрунтовування та вибір технологічного процесу виготовлення 
плати  
Для виготовлення плати мікроконтролера обирається наступна 
технологічна схема підготовки плати, складання і монтажу мікроелементів: 
виготовлення фотошаблону розведення доріжок, підготовка та виготовлення 
друкованої плати, складання і монтаж вузлів одноплатної конструкції з ручною 
установкою мікроелементів при використовуванні методу групового паяння. 
1. Підготовчі операції 
− підготовка монтажної плати до друку; 
− виготовлення фотошаблону друкованої плати; 
− друкування та травлення монтажної плати; 
− контроль виготовлення друкованої плати; 
− підготовка мікроелементів до монтажу. 
2.  Складання і монтаж функціональних вузлів. 
3.  Операції паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на 
друкованій платі. 
4.  Контроль виготовлення плати мікроконтролера. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 63 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати  
Підготовка монтажної плати до друку. Монтажна плата представляє 
собою пластину з гетинаксу металізованого з однієї сторони. Перед 
використанням монтажної плати, її обробляють слабким розчином хлорної 
кислоти у воді у співвідношені 1:10 на протязі 10-15 хвилин, з метою очищення її 
від слідів органічного бруду та окислення міді [23]. Після цього, підготовлену 
плату промивають під напором води протягом не менше 3 хвилин, протирають 
бязевою серветкою змоченою в спирті.  
Виготовлення фотошаблону друкованої плати. Фотошаблон друкованої 
плати виготовляється фототермічним методом на целулоїдному матеріалі      PRZ-
25, який представляє собою аркуші прозорої плівки товщиною 0,8 мм формату 
А4, яку безпосередньо перед використанням необхідно протерти бязевою 
серветкою змоченою в спирті та осушити тепловим феном. Фототермічне 
друкування відбувається на плівці за допомогою лазерного принтеру, що дозволяє 
підтримувати високу розподільчу здатність (не менше 600 dpi) та якість (не гірше 
80 php/inch) – наприклад, Canon LBP-1120, HP-1300, тощо – виведенням 
графічного зображення плану розведення доріжок, який створено в 
спеціалізованих програмах (P-CAD, AutoCAD, KOMPAC) на ПЕОМ. Після 
отримання графічного зображення на плівці, її не слід зберігати довше 15 хвилин, 
а треба негайно розпочати процес друкування монтажної плати [24]. 
Друкування та травлення монтажної плати. Перенесення 
фотозображення з плівки на металізовану сторону монтажної плати відбувається 
наступним чином. Целулоїдна плівка прикладається до металізованої сторони 
монтажної плати стороною на якій відбувався фототермічний друк (сторона з 
нанесеним термопорошком). При цьому необхідно дотримуватися паралельного 
розташування реперних міток шаблону відносно сторін плати. Після цього, плата 
з плівкою затискаються в струбцинах та кладуться під прес в індукційний 
розігрівач на 5-8 хвилин. Сила тиску пресу на плату повинна становити 75-90 Н, 
температура в зоні розігріву – 150 ºС. Таким чином, вихрові струми, що 
наводяться в металізованій фользі, яка покриває лицьову стороні плати приводять 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 64 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
до її розігріву, що сприяє плавленню та переходу термопорошку з плівки на плату 
з подальшим вплавленням його в металеву фольгу [24]. 
Після закінчення процесу фотодрукування, плату протирають бязевою 
серветкою зі спиртом, сушать та проводять її травлення в травильному розчині 
наступного складу [23]: 
− залізо хлорне (FeCl3) – 15-20 мас.часток; 
− гліцерин – 3-5 мас.часток; 
− біфторид магнію (MgF2) – 0,5 мас.часток; 
− дистильована вода – інше. 
Температура травильного розчину повинна становити 65-70 ºС, час 
травлення – до 40 хвилин. Для уникнення протравів, та забезпечення найбільш 
рівномірного травлення, рекомендується проводити барбацію травильного 
розчину шляхом введення в останній повітря з компресору. Також ефективним 
може виявитися перемішування розчину (30-50 об/хв) або дія на нього 
ультразвуковими коливаннями (44 кГц; 650 Вт). 
Після протравлення плату необхідно промити напором води (3-5 хвилин), 
протерти бязевою серветкою зі спиртом та провести очищення її поверхні від 
термопорошку. Для цього використовується метод хіміко-механічної обробки 
поверхні розчинами ацетону, бензину Б-70, або іншими розчинниками. Тривалість 
очистки – до 10 хвилин. Після цього – промивка напором води (3-5 хвилин), 
протирання бязевою серветкою зі спиртом та сушка [23]. 
Контроль виготовлення друкованої плати. Контроль виготовлення 
друкованої плати проводиться за допомогою лупи х7 (для візуального 
спостереження цілісності доріжок та контактних площадок) та електричного 
тестеру (перевірка цілісності та провідності електричних з‘єднань). На операцію 
контролю виготовлення друкованої плати на цьому етапі відводиться 15 хвилин. 
Підготовка мікроелементів до монтажу. Підготовка мікроелементів до 
монтажу починається з контролю мікроелементів по номіналах «придатний-
непридатний». З цією метою використовують електричний мультіметр – для 
простих мікроелементів (резисторів, діодів, конденсаторів тощо) та 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 65 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
вимірювальний стенд – для мікроконтролерів, світлодіодних матриць, мікросхем 
тощо. Для більш компактного розташування елементів, та оптимізації процесу 
паяння необхідно сформувати виводи окремих елементів (резисторів, 
конденсаторів, транзисторів) шляхом рихтування, підрізання або загинання. Після 
цього, мікроелементи вкладаються в технологічні касети в яких відбувається 
процес лудіння виводів мікроелементів сплавом Розе (Розе-5у). 
Складання і монтаж функціональних вузлів на друкованій платі. 
Установка на плату контактів, перемичок, штирів та мікроелементів. 
Складання і монтаж функціональних вузлів на друкованій платі починається з 
установки на плату контактів, перемичок, штирів та мікроелементів. При цьому, 
процес монтажу повинен відбуватися в такій послідовності: спочатку 
встановлюються зовнішні мікроелементи (резистині блоку, мікротранзисторні 
збірки та конденсатори), потім – впроваджені елементи максимального розміру – 
контактні площадки під мікросхеми, мікроконтролери та світлодіодні матриці; 
далі – впроваджені елементи середнього та мінімального розміру – резистори, 
конденсатори, транзистори та діоди. Останніми на друковану плату 
встановлюються контактні штирі та площадки, а також – перемички між різними 
контактами плати. 
Підготовка виводів мікроелементів. Підготовка виводів мікроелементів 
полягає в їх луженні з метою подальшого гарного приєднання останніх до 
контактних площадок на монтажній платі. При цьому кількість флюсу, який 
наноситься на місце паяння, повинна бути мінімальною.  
При залужуванні виводів необхідно уникати їхнього перегріву протягом 
часу більше 3 секунд. При цьому місце лудіння має бути достатньо прогрітим за 
допомогою паяльника із забезпеченням повного розтікання розплавленого 
припою.  
Після лудіння виводи необхідно охолодити. Поверхня виводів після 
лудіння повинна мати однорідний, глянсовий вигляд без видимих пір, забруднень 
і напливів.  
Контроль правильності і якості установки мікроелементів. Контроль 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 66 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
правильності і якості установки мікроелементів відбувається шляхом зовнішнього 
огляду на якість лудіння виводів, відсутність подряпин, тріщин корпусу, 
пошкодження написів, а також вірної полярності встановлення мікроелементів 
(особливо для діодів та силових пристроїв).   
Плати, які не пройшли етап контролю правильності і якості установки 
мікроелементів поступають назад – на монтажну ділянку. Годна плата залучається 
до технологічної операції паяння, плати ж, які мають відхилення на етапі 
складання і монтажу функціональних вузлів – повертаються на доопрацювання. 
Паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на друкованій платі. 
Знежирення плати. Після протравлення і очищення від залишків 
термопорошку плату необхідно знежирити. Для цього поверхня плати 
протирається розчинами ацетону, бензину Б-70, або іншими розчинниками. 
Тривалість знежирення – до 2 хвилин. Після цього – протирання бязевою 
серветкою зі спиртом та сушка. 
Флюсування місць паяння. Перед підготовкою до паяння контактні 
площадки необхідно профлюсувати. Для цього використовується спиртовий флюс 
ФС-50. При цьому кількість флюсу, який наноситься на контактну площадку, 
повинна бути мінімальною.  
Далі необхідно виконати лудіння контактних площадок з метою їх 
кращого пропаю. При лудінні контактних площадок необхідно уникати їхнього 
перегріву протягом часу більше 3 секунд. Крім того місце лудіння має бути 
достатньо прогрітим для забезпечення повного розтікання розплавленого припою. 
Поверхня контактних площадок після лудіння повинна мати однорідний, 
глянсовий вигляд без видимих пір, забруднень і напливів.  
Паяння з'єднань та перемичок на монтажній платі. Паяння монтажних 
з'єднань та перемичок повинне забезпечуватися надійністю електричного 
контакту і необхідною механічною міцністю. Кількість припою, який 
відбирається паяльником повинна бути мінімально необхідною. Не допускається 
великий наплив припою в місці пайки – припій повинен заливати місце з'єднання 
виробів електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 67 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
дротами і контактами. Температура жала паяльника контролюється приладом 
МПП-254Г, який входить до складу паяльної станції. При цьому необхідно 
уникати зайвого перегріву монтажних з‘єднань на платі, тоді коли саме місце 
паяння має бути достатньо прогрітим. Після спаювання місце пайки 
охолоджується на повітрі без примусового обдування.  
Очистка та сушка монтажної плати. Після закінчення етапу пайки 
з‘єднань монтажної плати, її необхідно очистити та просушити. Для цього, 
монтажну плату прогрівають термофеном або в електрокалорифері при 
температурі 65-85 ºС для рівномірного розтікання припою по поверхні монтажних 
плат та випаровування залишків флюсу та органічних розчинників. Після цього 
отриману плату сушать теплофеном та охолоджують на повітрі не менше 2-3 
хвилин. 
Контроль виготовлення плати мікроконтролера. 
Контроль виготовлення плати мікроконтролера повинен відбуватися на 
кожному етапі технологічного процесу. Остаточний контроль проводиться на 
вимірювальному стенді, який дозволяє перевірити функціонування основних 
вузлів та блоків пристрою „інформаційне табло”. Також ефективним є тестова 
перевірка роботи пристрою із залученням адептів (експертів). Така тестова 
перевірка дозволяє виявити та вчасно уникнути ряду проблем, пов‘язаних з 
роботою пристрою, а саме: надійність функціонування пристрою в умовах 
вібрацій, температурного удару, підвищеної вологості та яскравості – емітуючі 
умови зовнішнього середовища, а залучення експертів дозволить випробувати 
антивандальний захист, захист від „дурня”, програмних помилок та апаратних 
збоїв.   
 
5.3 Вимоги, що висуваються до монтажу мікроелементів 
Елементи при закріпленні їх виводів повинні бути по можливості 
розташовані так, щоб напис на друкованій платі їх маркування розташовувався з 
одного боку та був добре видний. 
З‘єднувальні, силові та інформаційні дроти не повинні мати пошкоджень 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 68 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
при монтажі (підпалів, надрізувань). 
Дроти перетином 0,35 мм і менш слід кріпити з виконанням повного 
обороту навкруги контактної пелюстки, дроти перетину понад 0,35 мм - не менше 
обороту. 
 
5.4 Основні вимоги, що висуваються при паянні елементів до плати 
На якість паяних з'єднань істотно впливають не тільки технологічні умови 
проведення процесу паяння, але і правильний вибір матеріалів: флюсів, припоїв, 
очисних рідин. 
Вибір флюсу проводиться виходячи з потрібної хімічної активності, яка 
повинна бути найбільшою в інтервалі температур  плавлення припою. Він 
повинен швидко і рівномірно розтікатися по матеріалу, добре проникати в зазори 
і віддалятися з них, легко витіснятися розплавленим припоєм. Для паяння 
монтажних з'єднань використовують переважно низько- і средньо- температурні 
припої з температурою плавлення Тпл < 450 °С. Основними компонентами 
припоїв є олово і свинець, до яких для забезпечення спеціальних якостей можуть 
додаватися різноманітні хімічні елементи, зокрема: сурма, срібло, вісмут, кадмій.  
 До технічних вимог при паяні з'єднань відносять: достатню механічну 
міцність і пластичність; задану теплопровідність і електричні характеристики; 
коефіцієнт термічного розширення (КТР) близький до КТР паяного металу; 
корозійну стійкість як в процесі паяння, так і при експлуатації. 
Паяння монтажних з'єднань повинне забезпечуватися надійністю 
електричного контакту і необхідною механічною міцністю. 
Кількість флюсу, який наноситься на місце паяння, повинна бути 
мінімальною. Не допускається велика кількість змочувань флюсом місць паяння. 
Монтажні з'єднання слід лудити і паяти. Необхідно уникати зайвого 
перегріву монтажних виробів електронної техніки. Взагалі, тривалість одного 
дотику паяльника в зону паяння не повинна перевищувати 2-3 секунд. При цьому 
місце паяння має бути достатньо прогрітим за допомогою паяльника із 
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою.  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 69 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Після паяння спаяне місце необхідно охолодити, при цьому спаяні вироби 
повинні бути нерухомі.  
Поверхня монтажних з'єднань повинна мати глянсовий вигляд без видимих 
пір, забруднень і напливів. Припій повинен заливати місце з'єднання виробів 
електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між дротами і 
контактами.  
Температуру жала паяльника необхідно контролювати, наприклад 
приладом 4-703 МГ2.821.Э1649 або МПП-254Г. 
 
5.5 Технологічний контроль виготовлення плати  
Загальна структура контрольних операцій включає візуальний контроль 
монтажу, автоматичний контроль правильності монтажних з'єднань, 
функціональний контроль зібраних плат. 
Шляхом зовнішнього огляду і порівняння із зразками перевіряють тип, 
номінальне значення, маркування, якість лудіння виводів, відсутність подряпин, 
тріщин корпусу і пошкодження написів.   
Механічну міцність монтажних з'єднань допускається перевіряти 
вибірково, але не більш разу в процесі прийому монтажу. Зусилля повинне бути 
направлено уздовж осі припаяного дроту і не повинне перевищувати 0,5 кг. В 
окремих випадках допускається перевірка пінцетом, на губки якого повинні бути 
надіті ізоляційні трубки. 
Контроль правильності електричних з'єднань є необхідною операцією 
перед настройкою. В одиничному і дрібносерійному виробництві цю операцію 
виконують вручну за допомогою універсальної вимірювальної апаратури по 
картах опорів і монтажній схемі. 
В масовому виробництві широко використовують автоматичні тестери, які 
працюють за принципом неврівноваженого моста. Плата через з'єднувачі 
підключається до тестера, який за розробленою програмою перевіряє омічний 
опір кожної електричної ділянки і визначає його стан. Плати, які не пройшли 
перевірку монтажу поступають на ділянку ремонту. Годна плата поступає на 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 70 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
функціональний контроль, де перевіряють логічні зв'язки елементів за допомогою 
діагностичних тестів. Плати, які мають відхилення початкових параметрів 
поступають на регулювання, а несправні - на ремонт. 
Якість паяного з'єднання дротів перетином 0,12 мм2 і менше, повинні 
перевірятися візуально. 
При контролі якості монтажу забороняється перегинати дріт в зоні паяння. 
Перевірене паяння контролер повинен відзначати кольоровим лаком, який 
наноситься на місце спаю у вигляді невеликої акуратної крапки.  
 
5.6 Загальні вимоги до монтажу друкованої плати 
До монтажної роботи допускаються особи, які атестовані по операціях 
даного технологічного процесу. 
Робітник при виконанні будь-якої виробничої задачі відповідає за якість 
виконання роботи і при здачі продукції майстру винен відділити придатну 
продукцію від браку. 
Збірка і монтаж друкованої плати  в міру необхідності робітник повинен 
вести по індивідуальних технологічних картах і еталонних зразках. Збірка 
компонентів друкованої плати складається з подачі їх до місця установки, 
орієнтації виводів щодо монтажних отворів або контактних майданчиків, 
сполучення з складальними елементами і фіксації в потрібному положенні. 
Використовування ручної збірки економічно доцільне при виробництві не більше 
15 тис. плат в рік партіями по 100 штук. На кожній платі повинно бути розміщено 
не більше 100 елементів, у тому числі 20 інтегральних мікросхем. Істотною 
перевагою ручної збірки є можливість постійного візуального контролю, який 
дозволяє використовувати відносно великі допуски на розміри висновків, 
контактних майданчиків і монтажних отворів.  
 
5.7 Нормування часу монтажних робіт 
Нормування часу монтажних робіт виконують на підставі карт 
технологічних процесів, які визначають порядок виконання операцій, 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 71 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
використовування приладів, інструментів, матеріалів, а також режимів обробки і 
нормативів часу. Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається 
по формулі [25]: 
Тшт = Топ × (1 + 0,01 × К) = 149,18 × (1 + 0,14) = 170,06 хв. (2 год.50 хв.),  (5.1) 
де  ТОП - оперативний час, Топ = 149,18 хв. (табл.5.1);  
К - час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця, 
відпочинок і власні потреби у відсотках від оперативного часу, К = 14 %. 
Оперативний час на виконання монтажних операцій приведений в табл.5.1. 
 
Таблиця 5.1 - Оперативний час на виконання операцій по виготовленню 
плати мікроконтролера 
№ Кількість, Оперативний ∑ТОП, 
Назва етапу роботи 
п/п циклів час, ТОП, хв. хв. 
Підготовчі операції 
Підготовка монтажної плати 
1 3 1,5 4,5 
до друку 
Виготовлення фотошаблону 
2 2 0,16 0,32 
друкованої плати 
Друкування та травлення 
3 1 60 60 
монтажної плати 
Контроль виготовлення 
4 1 10 10 
друкованої плати 
Підготовка мікроелементів до 
5 5 2,5 12,5 
монтажу 
Складання і монтаж функціональних вузлів 
Установка на плату контактів, 
6 перемичок, штирів та 4 1,5 6,0 
мікроелементів 
7 Підготовка виводів 210 0,05 10,5 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 72 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
мікроелементів 
Контроль правильності і якості 
8 42 0,08 3,36 
установки мікроелементів 
Паяння монтажних з'єднань та функціональних вузлів на друкованій платі 
9 Знежирення плати 1 0,5 0,5 
10 Флюсування місць паяння 210 0,05 10,5 
Паяння з'єднань та перемичок 
11 210 0,05 10,5 
на монтажній платі 
Очистка та сушка монтажної 
12 1 2,5 2,5 
плати 
Контроль виготовлення плати мікроконтролера 
Остаточний контроль на 
13 1 3 3 
вимірювальному стенді 
Тестова перевірка роботи 
14 пристрою із залученням 1 15 15 
адептів 
Всього 149,18 
 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 73 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
6 Спеціальний розділ 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки 
Розробка системи керування кроковим двигуном для ЧПУ (числове 
програмне управління) станка є важливим кроком для підвищення продуктивності 
та точності обробки матеріалів у промисловості. Економічне обґрунтування цього 
проекту допоможе оцінити його доцільність та передбачувані економічні вигоди. 
Витрати на розробку та впровадження 
1. Інженерні витрати: 
• Розробка апаратного забезпечення: $50,000 
• Розробка програмного забезпечення: $40,000 
• Тестування та налагодження: $20,000 
• Витрати на патенти та ліцензії: $10,000 
2. Закупівля обладнання: 
• Крокові двигуни: $30,000 
• Контролери та електроніка: $20,000 
• Інші компоненти (кабелі, роз'єми тощо): $10,000 
3. Витрати на впровадження: 
• Інсталяція та налаштування: $10,000 
• Навчання персоналу: $5,000 
4. Адміністративні та загальні витрати: 
• Маркетинг та продаж: $15,000 
• Адміністративні витрати: $5,000 
Загальні витрати: $205,000 
Економічні вигоди 
1. Підвищення продуктивності: Завдяки точному та швидкому 
керуванню кроковими двигунами, час обробки деталей знижується на 20%. Це 
дозволяє збільшити обсяг виробництва з 1000 до 1200 одиниць на місяць. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 74 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2. Зменшення виробничих витрат: Зниження енергоспоживання на 
15% через ефективніше керування двигунами. Щомісячні витрати на 
електроенергію зменшуються з $5,000 до $4,250. 
3. Зменшення відходів та браку: Точне керування знижує відсоток 
браку з 5% до 2%. Вартість бракованих виробів знижується з $10,000 до $4,000 на 
місяць. 
4. Підвищення якості продукції: Підвищення точності обробки 
призводить до більш високої якості продукції, що збільшує її ринкову вартість на 
10%. Дохід від продажів зростає з $200,000 до $220,000 на місяць. 
Розрахунок рентабельності 
1. Додатковий дохід: 
• Збільшення обсягу виробництва: $20,000 на місяць 
• Підвищення вартості продукції: $20,000 на місяць 
2. Зменшення витрат: 
• Економія на електроенергії: $750 на місяць 
• Зниження втрат від браку: $6,000 на місяць 
Загальний додатковий дохід і економія: $46,750 на місяць 
Висновок 
Загальні витрати на розробку та впровадження системи керування 
кроковим двигуном складають $205,000. Очікуваний додатковий дохід і економія 
становлять $46,750 на місяць. Враховуючи ці дані, проект окупиться приблизно за 
4,4 місяці. Після цього періоду підприємство отримуватиме значні економічні 
вигоди, що підтверджує доцільність та вигідність розробки системи керування 
кроковим двигуном для ЧПУ станка. 
 
 
 
 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 75 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
6.2 Охорона праці 
Безпека праці при проведенні паяльних робіт в процесі  виготовлення 
вузлів обладнання в приміщенні технічної  лабораторії 
В даній роботі проводиться розробка системи керування кроковим 
двигуном ЧПУ верстату. Блоки системи містять друковані плати з 
радіоелектронними елементами. Виготовлення вузлів системи полягає, зокрема, в 
проведенні пайки елементів плат та контактів. Саме тому для ефективної 
організації роботи спеціаліста у приміщенні технічної лабораторії необхідно 
проаналізувати всі прямі та побічні фактори впливу процесів пайки на 
працівників.  
Монтаж електричних схем приладів та радіоапаратури проводиться за 
допомогою різних видів паяння. Кожному з них властиві певні відповідні 
шкідливі та небезпечні фізичні фактори, що відрізняються як кількісними, так і 
якісними характеристиками. При цьому деякі види паяння продукують одночасно 
декілька таких фізичних факторів, що призводять до травм, погіршення умов 
праці і виникнення пожеж та вибухів. Такими потенційними шкідливостями і 
небезпеками можуть бути: запиленість та загазованість повітря робочої зони; 
наявність інфрачервоних випромінювань від розплавленого припою у ванні або 
від паяльника; наявність електромагнітного випромінювання високої частоти; дія 
ультразвуку на організм монтажника при пайці хвилею, котра утворюється за 
рахунок дії ультразвуку на розплавлений припій; дія електростатичного заряду; 
незадовільна освітленість робочих зон або підвищена яскравість; незадовільні 
метеорологічні умови в робочій зоні; дія бризок та крапель розплавленого 
припою; ураження електричним струмом. Біологічна дія деяких вихідних 
компонентів припою наведена у таблиці 6.1. 
Враховуючи шкідливість вихідних компонентів, що входять до складу 
припою, флюсів та миючих середовищ, до приміщень та робочих дільниць, де 
виконується паяння, ставляться особливі вимоги. 
 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 76 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 6.1 - Біологічна дія, клас небезпеки та гранично-допустима кон-
центрація (ГДК) у повітрі робочої зони деяких компонентів, що входять до складу 
припою 
Клас ГДК, 
Компонент Характер токсичності та дії 
небезпеки мг/м3 
При вдиханні пилу вражаються легені,  
Алюміній 3 2,00 
виникає дифузний фіброз - алюміноз 
Спостерігається ураження печінки, легенів, нирок, 
Кадмій системи кровообігу, статевої та репродуктивної 1 0,10 
функцій 
Діє на центральну нервову систему, викликає 
Марганець органічні зміни головного мозку, дистрофічні 2 0,30 
зміни в печінці та легенях 
Ураження органів дихання, шлунково-кишкового 
Мідь 2 1,0 
тракту, печінки, нирок, анемія, пневмосклероз 
Ураження нервової системи, шлунково-
кишкового тракту, печінки, серцево-судинної 
Нікель 2 0,50 
системи (гіпотонія), системи крові, слизової 
оболонки верхніх дихальних шляхів 
Олово Ураження бронхів, проліферативно-кліткова реакція 
3 10,0 
(оксид) в легенях.  При тривалій дії можливий пневмоконіоз 
Ураження нервової системи, крові, серцево-
Свинець судинної системи, шлунково-кишкового тракту, 1 0,01 
статевої системи, ураження перебігу вагітності 
Ураження дихальних шляхів, травного тракту, 
Сурма 2 0,50 
нервової системи, серцевого м'язу 
Титан Астмоїдні бронхіти, емфізема, фіброз легенів. 3 10,0 
Ураження дихальної та травної систем, нирок, 
Цинк 2 0,50 
серця 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 77 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вимоги до виробничих приміщень, технологічних процесів і 
обладнання 
Дільниці, на яких зосереджені операції паяння, виділяють в окреме 
приміщення. Опорядження приміщень, повітропроводів, комунікацій, 
опалювальних приладів має допускати їх очищення від пилу і періодичне 
обмивання. Стики стінні, стін зі стелею та підлогою роблять зкругленими; стіни, 
віконні рами, опалювальні прилади, повітропроводи повинні бути гладенькими та 
покритими олійною фарбою світлих тонів (панелі на рівні 1,5 - 2 метри від 
підлоги краще облицювати плиткою). Підлоги повинні бути водостійкими та 
виготовлені з матеріалу, що має підвищену міцність і опір стиранню та 
запаленню, без щілин та мати ухили до трапів каналізації. 
При розробці технологічного процесу до програми робіт повинні 
закладатись тільки стандартизовані припої та флюси. 
Використання припоїв, до складу яких входять кадмій та свинець, слід 
різко обмежувати, а при пайці у замкнених просторах, що погано провітрюються, 
припої, які містять кадмій, слід виключити. 
При пайці хвилею подачу, занурення та виймання виробів необхідно 
виконувати автоматично, забезпечивши запобігання розбризкуванню припою. 
При пайці автоматами з високочастотним нагрівом інтенсивність 
електромагнітного поля не повинна перевищувати допустимі норми згідно ДСН 
3.3.6.096-2002. Крім того, автомати повинні бути обладнані вбудованими 
місцевими відсмоктувачами. Переміщення дрібних виробів конвеєром 
виконується у спеціальній тарі, яка виключає забруднення робочих поверхонь. 
Рідкі флюси наносять на вироби за допомогою пензлика або спеціальних 
пристроїв, що виключають забруднення флюсом робочих поверхонь або шкіри 
рук. На постах паяння дозволяється зберігати флюс і припій у кількості змінної 
витрати. 
В більшості випадків здійснення пайки передбачає не тільки наявність 
паяльника, але і необхідних комплектуючих, мінімальний набір яких складається 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 78 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
з контрольно-керуючого модуля і пружинного держателя, що є основними 
модулями паяльної станції. 
Стандартна паяльна станція спеціального призначення, у тому числі, 
промислового, може бути укомплектована: 
 термопинцетом (використовується для монтажних і демонтажних 
операцій мініатюрних компонентів); 
 феном локального підігріву (використовується, як допоміжний 
підігрівача в місці пайки); 
 тепловим випромінювачем (застосовується, щоб розігріти плату, 
коли проводиться групова пайка); 
 вакуумним пінцетом; 
 допоміжної арматурою. 
В залежності від призначення паяльної станції, її комплектація може 
включати пристрої для проведення вузькоспеціалізованих операцій. 
Паяльна станція буває: 
 термоповітряною — цей вид пристроїв обладнаний феном і 
передбачає пайку гарячим повітрям; 
 індукційною — являє собою мініатюрний, але дуже потужний і 
витривалий пристрій; 
 імпульсною — застосовується для монтажу і демонтажу будь-якої 
сучасної схеми; 
 інфрачервоною — поряд з газовими паяльниками це найкраща 
можливість відремонтувати мобільний телефон або планшет. 
Технологічні особливості застосування паяльних станцій 
В залежності від типу виконуваної пайки, пристрої поділяються на 2 
категорії — свинцеві і безсвинцеві. 
Обладнання для свинцевої пайки оснащено модулем, що регулює рівень 
нагріву жала. Це можуть бути як прилади, робота яких базується на 
електроенергії, так і станції індукційного типу. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 79 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Характерна особливість індукційних станцій полягає в тому, що їх роботу 
забезпечує змінне магнітне поле. 
При цьому кожен елемент пайки обробляється з різною потужністю, вибір 
якої здійснюється автоматично, так як прилад самостійно визначає теплоємність 
компонента пайки. 
Використання індукційних станцій для пайки зручно в управлінні і 
відрізняється високою тепловіддачею. 
У тих випадках, коли необхідно зробити паяння дрібних елементів схеми 
або важкодоступних компонентів, застосовують спосіб безконтактної пайки. До 
безконтактним відносяться термоповітряні та інфрачервоні паяльні станції. 
Принцип дії інфрачервоного обладнання для пайки базується на 
властивостях інфрачервоних променів, одержуваних з керамічних або кварцових 
елементів. 
Основна сфера застосування станцій інфрачервоного типу — комп’ютерні 
схеми і материнські плати. 
Станції термоповітряного типу працюють за принципом точкової передачі 
гарячого повітря, тому з їх допомогою можна легко прогріти важкодоступні 
елементи, не зачепивши при цьому сусідні контакти. 
Технологічне різноманіття видів і категорій паяльного обладнання істотно 
ускладнює його вибір. 
Майстри, що використовують звичайний паяльник, добре знайомі з 
ситуацією, коли чутливі елементи приладу перегріваються, а відрегулювати 
температуру не представляється можливим. 
Це одна з причин, по якій краще віддати перевагу паяльної станції, ніж 
паяльнику, оскільки в оснащення станції входить блок живлення, а з його 
допомогою можна змінювати не тільки напругу, але і температурний режим 
пристрою. 
Тим не менш, недостатньо просто вибрати паяльну станцію з системою 
термостабілізації. Важливо також врахувати потужність пристрою, особливо, 
якщо використовуються тугоплавкі припої. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 80 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Інакше негативних наслідків не уникнути: 
-  завищена температура пайки призводить до перегріву компонентів 
схеми; 
-  довговічність жала паяльника через перегрів різко скорочується; 
-  термін придатності нагрівального елемента зменшується; 
-  доріжки на платі перегріваються; 
-  якість пайки незадовільна. 
У подібних випадках рекомендується звернути увагу на обладнання, 
спеціально призначене для безсвинцевої пайки — по-перше, потужність таких 
пристроїв значно вище, а по-друге, їх можна використовувати і для свинцевої 
пайки. 
Способи управління паяльним обладнанням 
Окремої уваги при виборі паяльного обладнання заслуговує спосіб 
управління станцією. Він буває цифровим і аналоговим. 
Пристрої аналогового типу вимагають постійного контролю, тому що при 
досягненні певної температурної позначки, їх необхідно відключати, щоб не 
перегрівся паяльне жало. З іншого боку, після відключення пристрою температура 
падає, і щоб здійснити паяння, необхідно знову дочекатися її підвищення. 
Пристрої цифрового типу працюють завдяки відповідному програмному 
забезпеченню, яке забезпечує контроль температури нагрівання жала 
автоматично. А тому, цифровий спосіб контролю забезпечує більш стабільний і 
точний рівень підтримки температури, ніж аналоговий. 
 
Принципи вибору паяльної станції 
Головне завдання паяльного обладнання — забезпечення якісного 
з’єднання елементів, що в свою чергу, залежить від наступних конструктивних і 
технічних параметрів: 
- Типу нагрівального елемента. Сучасні виробники пропонують паяльні 
станції з двома видами нагрівачів — керамічними та ніхромовими. Керамічні 
нагрівачі швидко нагріваються, але чутливі до нерівномірного прогріву і можуть 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 81 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
тріснути. Але при наявності термостабілізації, нагрівачі з кераміки показують 
хорошу тепловіддачу, високу потужність і довговічність. Тоді як ніхром не 
здатний забезпечити тривалу експлуатацію нагрівача і тому рекомендується для 
нечастого використання. Правда, нагрівач з ніхрому коштує значно дешевше 
керамічного; 
- діапазон регульованих температурних показників; 
- швидкості розігріву; 
- потужності. Як правило, якісний рівень роботи паяльної станції залежить 
від доцільності її експлуатації. Все залежить від того, якого роду потрібно пайка і 
для яких компонентів. Тому, потужність — це один з найголовніших параметрів, 
що визначають вибір паяльного обладнання. 
- напруги; 
- ергономічних показників — ваги, розміру, форми. 
Також об’єктивними факторами, що впливають на вибір паяльного 
пристрою, вважаються: 
- Прийняті світовим співтовариством стандарти, які передбачають 
безсвинцеву пайку. Це означає, що для забезпечення пайки знадобиться 
обладнання з робочою температурою 250 °C; 
- Розміщення мікросхем в корпуси типу BGA. З одного боку, це 
виправдано, так як дозволяє зменшити розмір виробів. З іншого боку, це 
ускладнює всі пов’язані з пайкою процеси через важкодоступність компонентів. 
Серед широкого різноманіття паяльних станцій пропонується використати 
паяльну станцію Handskit 909D. 
Паяльна станція має в своєму розпорядженні не тільки паяльник і фен, а й 
тестер з блоком живлення. Це дає можливість організувати повноцінну 
майстерню з ремонту і ніколи не втрачати необхідні інструменти, тестер і блок 
живлення завжди будуть під рукою.  
Цифрове регулювання температури дає можливість точного регулювання 
температури повітряного потоку, що забезпечить підбір ідеального режиму 
роботи для різних компонентів. Подача повітря здійснюється вентилятором в 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 82 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
рукоятці фена, що виключає використання товстого шлангу подачі повітря і 
забезпечує зменшення шуму при роботі. Все це полегшує роботу і забезпечує 
економію робочого місця. Потужний нагрівач забезпечує швидкий нагрів і точне 
підтримання температури у діапазоні 100 - 450°C незалежно від швидкості потоку 
повітря.  
 
Рисунок 6.1 – Зовнішній вигляд паяльної станції Handskit 909D 
 
Широкий температурний діапазон жала паяльника забезпечить можливість 
роботи з практично будь-якими компонентами. Жало паяльника - керамічне. Це 
означає, що жало має додатковий антистатичний захист, який не допустить 
впливу випадкових статичних розрядів на компоненти, на яких відбувається 
пайка. 
Чотири цифрових дисплея забезпечують інформативну роботу з усіма 
пристосуваннями. Всі основні елементи управління станцією знаходяться на 
передній панелі. Паяльна станція Handskit 909D має окреме включення для 
кожного з інструментів, а також можливість від'єднати всі інструменти, крім 
фена.  
Технічні характеристики HandsKit 909D 
Напруга живлення: 220 В; 
Вихідна напруга: 26 В; 
Робоча температура: 0°С - 50°С; 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 83 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Температура зберігання: - 20°С - 80°С; 
Вихідна потужність: 50 Вт; 
Температурний діапазон паяльника: 200°С - 480°С; 
Температурний режим фена: до 450°С; 
Потужність термофену: 700 Вт; 
Потужність повітряного потоку: 120 л/хв; 
Розмір: 25.6 х 18.8 х 17.5 см; 
Вага: 4.9 кг; 
Комплектація HandsKit 909D: 
- термоповітряна паяльна станція; 
- паяльник; 
- термофен; 
- тримач для термофену; 
- підставка під паяльник; 
- 4 насадки для термофену; 
- тестер; 
- щупи для тестера і блоку живлення. 
 
Вимоги до систем вентиляції та опалення в процесі пайки 
Роботи із шкідливими і пожежовибухонебезпечними речовинами при 
нанесенні припоїв, флюсів, паяльних паст, сполучників і розчинників повинні 
проводитися за наявності робочої загальної та місцевої витяжної вентиляції. 
Системи місцевих відсмоктувачів повинні включатися до початку робіт і 
вимикатися після їх закінчення. Робота вентиляційних установок повинна 
контролюватися за допомогою світлової та звукової сигналізації, яка автоматично 
включається при зупинці вентиляції. 
Повітрозахоплювачі місцевих відсмоктувачів повинні кріпитися на 
гнучких або телескопічних повітропровідних трубах, здатних переміщатися в 
процесі пайки паяльником до місця пайки. При цьому повинна бути забезпечена 
надійна фіксація положення повітрозахоплювачів. 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 84 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Конструкція місцевих відсмоктувачів і зона розташування всмоктуючої 
частини повітроприймача вибирається залежно від габаритних розмірів і форми 
виробів. У зоні паяння швидкість направленого потоку, що утворюється 
місцевими відсмоктувачами, повинна на 0,2 м/с перевищувати рухомість повітря в 
зоні пайки, але бути не менше 0,5 м/с. На дільницях, де допускається природне 
провітрювання, швидкість повітря в зоні пайки, що утворюється місцевими 
повітроприймачами, повинна бути не менше 0,6 м/с. Електропаяльники у 
робочому стані повинні знаходитися у зоні дії витяжної вентиляції. Повітря на 
дільниці паяння слід подавати повітря розосереджено у верхню зону приміщення 
через плафони, перфоровані або щілинні стелі, перфоровані повітропроводи, 
панелі та ін. Швидкість руху повітря в робочій зоні радіомонтажника повинна 
бути не більша 0,3 м/с. 
Приміщення, в яких містяться дільниці паяння, обладнуються 
відокремленою припливно-витяжною вентиляцією. Приплив повітря повинен 
складати 95% обсягу витяжки. Недостатні 5% припливного повітря надходять із 
суміжних, більш чистих приміщень. Рециркуляція повітря у приміщенні паяння 
не допускається. Утворені повітрообміни слід перевіряти на забезпечення в 
приміщеннях необхідних метеорологічних умов. 
 
Вимоги до санітарно-побутових, допоміжних приміщень і засобів 
індивідуальної профілактики 
Місця, відведені для паління, а також кімнати для приймання їжі і 
виробничі дільниці обладнуються умивальниками, до яких безперервно повинна 
подаватися гаряча і холодна вода протягом всіх змін. Біля умивальників 
передбачаються бачки з 1% розчином оцтової кислоти або змивальної пасти на 
основі ОП-7 для попереднього обмивання рук і наступного миття їх теплою 
водою з милом. 
Для захисту шкіри рук від впливу сенсибілізуючих речовин, що входять до 
складу флюсів, застосовуються захисні мазі і пасти типу «Миколан», паста «ИЕР-
1», «ХИОТ-14», казеїнова паста і біологічні рукавички, що наносять на шкіру 
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 85 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
перед початком зміни і після обідньої перерви. Після роботи для шкіри рук 
необхідно застосовувати жирні поживні креми. 
Питну воду для працюючих на дільницях пайки подають через 
фонтанчики, які встановлюють поза паяльними дільницями, але поблизу них. 
Паяльні роботи повинні виконуватися робітниками у передбаченому для 
цього спецодязі, який забороняється брати додому. У приміщеннях, де 
виконується паяння, забороняється зберігати будь-який вид одягу, особистих 
речей, приймання та зберігання їжі, питної води, а також паління. Вхід в 
робочому одязі у кімнати для приймання їжі, їдальні і буфети забороняється. 
Міняти і здавати до прання робочий одяг необхідно не рідше одного разу на 
тиждень. 
 
 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 86 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Висновок 
 
У даній дипломній роботі було розроблено пристрій для керування 
кроковими двигунами на основі мікроконтролера ATmega16A. Були виконані 
наступні етапи проектування: 
1. Обґрунтована необхідність розробки пристрою на основі критичного 
аналізу існуючих рішень керування кроковими двигунами. Проаналізовано 
програмне забезпечення та виявлено недолік відсутності зворотного зв'язку. 
2. Розроблено структурну та електричну принципову схеми пристрою. 
Обрано елементну базу, зокрема мікроконтролер ATmega16A, драйвер керування 
ТВ6560, LCD дисплей WH1602b та інші компоненти. 
3. Виконано розрахунки основних елементів схеми, зокрема 
енергоспоживання пристрою, вибір інтерфейсу керування двигунами, настройку 
налаштувань драйвера, схеми підключення двигунів та пристрою загалом. 
4. Розроблений пристрій забезпечує керування кроковими двигунами за 
допомогою комп'ютера через інтерфейс USART з можливістю задання 
переміщення, напрямку та швидкості руху. Наявність LCD дисплею дозволяє 
відображати поточну інформацію про стан системи. 
Таким чином, створений пристрій дозволяє реалізувати функцію 
керування кроковими двигунами з зворотним зв'язком, що підвищує точність 
позиціонування та відкриває можливості для його застосування у різноманітному 
обладнанні з числовим програмним управлінням. 
 
  
 Арк. 
 РС-203ск.024.421.001ПЗ ЗП 87 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата