ChSTU repository

Зміст 
 
Стор. 
Технічне завдання……………………………………………………. 2 
Вступ…………………………………………………………………... 5 
1 Обґрунтування необхідності проектування  на основі критичного  
аналізу існуючих аналогів…………………………………………………….. 7 
2 Обґрунтування технічного завдання……………………………… 20 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 23 
3.1 Розробка структурної схеми……………………...……………….. 23 
3.2 Розробка електричної принципової схеми……..…………….… 28 
3.2.1 Вибір елементів системи ………………………  28 
3.2.2 Розробка принципових електричних схем 36 
4 Розрахунок основних елементів системи………………………..…. 40 
4.1 Алгоритм роботи керуючого пристрою………………………….. 40 
4.2 Алгоритм обробки даних датчика температури…………………. 41 
4.3 Алгоритм обробки показань датчика вологості…………………. 44 
4.4 Алгоритм обробки показань датчика тиску……………………… 44 
4.5 Алгоритм обробки показань датчика концентрації газу CO2…... 45 
4.6 Розробка алгоритмів програмного забезпечення керуючого  
пристрою……………………………………………………………………….. 46 
4.7 Робота з UART і ІК-перетворювачем……………………………. 48 
4.8 Робота з сервісами, такими, що відповідають за обробку даних,  
одержуваних з датчиків……………………………………………………….. 49 
 
 
 
 
 
 
 
 СКРС-83ск.022.413.001ПЗ  
Изм. Лист № докум. Подп. Дата 
 Разраб. Бабенко І.Р.  Лит. Лист Листов  
 
 Пров. Базіло К.В. Систему  клімат-контролю 3  
  Пояснювальна записка 
 Н. Контр. Тичков В.В. ЧДТУ  
 Утв. 
 
 
5 Технологічний розділ……………………….……………….………. 51 
5.1 Обґрунтовування та вибір технологічного процесу виготовлення  
плати …………………………………………………………………………… 51 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати мікроконтролера…. 52 
5.3 Вимоги, що висуваються до монтажу мікроелементів…………. 56 
5.4 Основні вимоги, що висуваються при паянні елементів до  
плати…………………………………………………………………………… 57 
5.5 Технологічний контроль виготовлення плати мікроконтролеру 58 
5.6 Загальні вимоги до монтажу друкованої плати………….……… 59 
5.7 Нормування часу монтажних робіт…………….………………… 60 
6 Спеціальний розділ……………………………………..……………. 62 
6.1 Економічне обґрунтування розробки……………………………... 62 
6.2 Охорона праці……………………………………………………… 
Висновок………...………………………………………………………  
Список використаної літератури…………..…………………….…….  
Додаток А  Відомість технічного проекту…………………………....  
Додаток Б  Перелік нормативної документації…………………..…..  
Додаток Г  Результати розрахунку на ЕОМ………………………......  
Додаток Д  Комплект документації на технологічний процес………  
  
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 4 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Вступ 
 
Поняття «розумний будинок» (від англ. Smart home) зародилося в середині 
70-х років минулого століття. В кінці 70-х в США з'явилися перші модулі 
автоматизації, що працюють за спеціальним стандарту X10 - промисловий стандарт 
передачі даних в системах автоматизації. На початку 90-х на ринку з'явилися перші 
вдалі комерційні рішення, а в 1992 були розроблені стандарти електронних систем, 
що регулювали випуск устаткування для систем «розумний дім», в зв'язку з чим 
випускати подібне обладнання змогли практично будь-які комерційні організації 
[1]. Перші системи були переважно спрямовані на економічне споживання 
ресурсів, наприклад, сценарій «сон», під час якого потужність ламп знижувалася, а 
електроприлади відключалися, і створення комфортних умов життя, наприклад, 
регулювання роботи кондиціонера. 
Сьогодні, говорячи «розумний будинок», мають на увазі систему 
високотехнологічних пристроїв в приміщенні, призначену для комфортного 
проживання або роботи. Подібні системи, як і було задумано спочатку, 
розробляються для забезпечення безпеки та ресурсозбереження в приміщенні. 
Системи «розумний будинок» включають в себе три типи пристроїв [2] .: 
 контролер - пристрій управління, що містив елементи системи і 
забезпечують коректну роботу елементів в залежності від зовнішнього середовища; 
 датчик - пристрій, що одержують інформацію про зовнішнє 
середовище; 
 актуатори - виконавчі пристрої, що виконують команди, що надходять 
від контролера 
Одна з причин поширення «розумних будинків» - поява подібних систем на 
базі бездротових технологій [1] .. І якщо раніше найбільш популярними були 
системи на базі провідних платформ таких як KNX [3], Smart-bus (відкритий 
протокол на основі RS-485 інтерфейсу [5]) [4], X10 (протокол управління 
електроприладами [6]), то останні кілька років споживачам набагато цікавіше 
системи, засновані на бездротових технологіях, таких як Bluetooth [7] , WiFi [8], 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 5 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
ZigBee [9] і Z-wave [10]. Даний інтерес пояснимо ряд переваг бездротових 
технологій перед дротяними: 
 менша вартість; 
 економія місця і часу на монтаж; 
Система автоматизації приміщень може бути застосована не тільки до 
житлових приміщень, а й до офісних будівель або лабораторним комплексів. 
Бездротові технології, впроваджені в розробку систем «розумний дім» дозволяють 
говорити про автоматизацію не тільки стаціонарних приміщень, але і пересувних 
комплексів, таких як житлової трейлер або пересувна лабораторія. 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 6 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу існуючих аналогів 
 
Перші «розумні будинки» з'явилися природно в США, ще в 50-ті роки 
минулого сторіччя. На той момент це були дійсно унікальні квартир, обладнані 
спеціальною електронікою, яка злагодити за багатьма речами в будинку, наприклад 
за пральними машинами, телевізорами, мікрохвильовими печами і т.д. Всі ці 
побутові прилади були об'єднані в одне ціле, і управляли з одного пульта, при 
цьому була можливість контролювати відключення, включення і деякі інші 
особливості роботи. З часом в країні стали з'являтися інтелектуальні будівлі, які 
вже були повністю обладнані різної автоматикою, об'єднаної в єдину мережу. У цей 
час розвиток стало бурхливим, дослідники та розробники стали приділяти 
особливу увагу не тільки комфортабельності, але і безпеки, а також економії 
ресурсів завдяки системі «розумний дім». 
Кошти, які вкладалися в розробку нових технологій для інтелектуальних 
будівель, були величезними, люди вірили, що в майбутньому це принесе непоганий 
прибуток. Починаючи з 1978 року, розробники змогли добитися управління 
електричними побутовими приладами через звичайні дроти, де проходило 
електрику напругою в 110В. [11] Це був справжній прорив, який дозволив надалі 
здійснювати розвиток за даною схемою. Особливий розвиток почалося в 90-і роки, 
коли з'явилася чимала кількість різних датчиків і сенсорів, без яких навіть 
неможливо уявити процес автоматизації. 
Сучасний «розумний дім» втілив у собі безліч інноваційних розробок, які 
зробили його унікальним з безпеки і комфортабельності. Наявність всіх цих 
розробок дозволяє сьогодні втілювати мрії в життя, тепер власнику житла зовсім 
необов'язково турбуватися про свій будинок, адже він завжди під контролем 
обладнання, яке не дає збоїв і працює цілодобово весь рік, навіть коли нікого немає 
в будинку. Зараз на ринку є чимало компаній, що пропонують свої послуги у сфері 
проектування «розумних будинків», при виборі тієї або іншої компанії, необхідно 
бути впевненим у професіоналізмі співробітників, щоб надалі не випробовувати 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 7 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
проблем з технікою. 
Концепції розумного дому. 
У кожному сучасному будинку (будинку) в тій чи й іншій мірі функціонує 
велика кількість обладнання, що забезпечує побут, комфорт, затишок, зв'язок і 
безпеку, що допомагає відпочити і створює повноцінне робоче середовище. 
Зручність управління цими системами, їх інтеграція один з одним, можливість 
злагоджено працювати разом, збільшуючи тим самим функціональність кожної з 
них окремо - все це і дає можливість назвати такий будинок - Розумним домом. 
У відсутності людини Розумний будинок буде підтримувати оптимальним 
чином постійний мікроклімат, зберігаючи тим самим затишок, кімнатні рослини і 
меблі. Вона вимкне не потрібен світло або навпаки буде створювати видимість 
вашої присутності, включаючи і вимикаючи освітлення в тій або іншій кімнаті час 
від часу. Розумний будинок дозволить Вам спокійно і безтурботно відпочивати. 
Розумний будинок буде постійно стежити за всіма інженерними системами 
в будинку і не допустить спалаху або вибуху пов'язаного з витоком газу або 
зіпсованої меблів через витік води. 
Також не залишиться непоміченим проникнення в будинок стороннього. 
Система Розумний будинок постарається випровадити його сам, створюючи 
неприємні умови його знаходження в будинку і, звичайно, він повідомить Вам і на 
пульт охорони про цю подію, скориставшись мобільним зв'язком або електронною 
поштою.[14] 
Господар може повідомляти Розумному будинку не тільки про те, що він 
повертається, але постійно може керувати їй і отримувати інформацію про стан 
систем в будинку, перебуваючи при цьому, де завгодно. Тому вам не потрібна 
більше нянька, яка буде стежити, щоб діти не сиділи перед телевізором, поки В 
ас немає вдома. Ви зможете зробити це самі - віддалено. І Ваш Розумний 
будинок допоможе Вам у цьому. 
 
Система інтелектуальної автоматизації. 
Розумний будинок - це система інтелектуальної автоматики для управління 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 8 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
інженерними системами сучасної будівлі. 
Будь-якій людині в будинку, в квартирі або в офісі важливо відчувати себе 
комфортно і в безпеці. Саме ці два завдання плюс естетика зовнішнього вигляду 
пристроїв - і є основні цільові установки, на які орієнтовані системи 
«Розумний Дім». Інтелектуальна автоматика управляє всіма інженерними 
системами в будинку, дозволяє людині централізовано встановлювати комфортні 
для себе - температуру, вологість, освітленість в кімнатах, зонах, і забезпечує 
безпеку. 
Система Розумний Дім включає в себе наступні об'єкти автоматизації: 
 Управління освітленням; 
 Управління електроприводами; 
 Клімат контроль; 
 Управління системою вентиляції; 
 Централізоване управління системами: 
 Домашнього кінотеатру; 
 Мультірум; 
 Системи відеоспостереження; 
 ОПС (охоронно-пожежна сигналізація); 
 СКД (системи контролю доступу); 
 Контроль навантажень і аварійних станів; 
 Управління інженерним обладнанням з сенсорних панелей;  
 Сервер управління. 
Система Розумний Дім забезпечує механізм централізованого контролю та 
інтелектуального управління в житлових, офісних або громадських 
приміщеннях.[15] З інсталяцією подібної системи вдома чи на роботі кожен 
користувач отримує можливість: 
В рамках загальної середовища проживання задавати параметри власної 
індивідуальної середовища (світло, температура повітря, звук і т.д.), в т.ч. порядок 
роботи системи: 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 9 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 Здійснювати управління необхідною системою (освітлення, клімат, 
відеоспостереження тощо) 
 Отримувати доступ до інформації про стан всіх систем 
життєзабезпечення будинку (перебуваючи всередині нього або віддалено) 
 Загальна схема системи управління виглядає наступним чином: 
 Центральний процесор управління / головний блок управління 
 Датчики (температури, освітленості, задимленості, руху та ін.) 
 Керуючі пристрої (диммери, реле, ІЧ-емітери та ін.) 
 Інтерфейси управління (кнопкові вимикачі, пульти ІК і радіопульт, 
сенсорні панелі, web / wap інтерфейс) 
 Власна мережа управління, що об'єднує вищевказані елементи 
 Керовані пристрої (світильники, кондиціонери, компоненти 
домашнього кінотеатру та ін.) 
 Допоміжні мережі (Ethernet, телефонна мережа, дистрибуція аудіо і 
відеосигналу) 
 Програмне забезпечення проекту 
Основна функція центрального процесора - управління підпорядкованими 
йому пристроями з використанням наступних інтерфейсів: Ethernet, RS-232, RS- 
485, IR, аналогових і цифрових входів / виходів та ін. Також центральний процесор 
управління містить багатозадачну операційну систему, інструментальні засоби 
програмування і в деяких випадках Web сервер. Датчики розташовуються в певних 
місцях квартири, які безпосередньо або через проміжні пристрої зв'язані єдиною 
мережею. Інтерфейси управління здійснюють загальне управління системами 
Розумний будинок.[12] 
Загальний алгоритм роботи системи Розумний Дім 
 По власної мережі управління інформація від датчиків або інтерфейсів 
надходить до центрального процесора управління. 
 Програмне забезпечення центрального процесора обробляє отриману 
інформацію і генерує команди для керуючих пристроїв. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 10 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Команди надходять як з власної мережі, так і по допоміжної. Способи 
генерації команд, а також форма і склад відображуваної інформації про стан систем 
закладається на етапі розробки програмного забезпечення з урахуванням вимог 
проекту. 
 
Система управління розумним домом 
Система управління являє собою сукупність апаратних та програмних 
засобів, які насамперед націлені на економічність, тобто на зниження можливих 
розходів (електроенергія, тепло) користувача, а також надає додаткові можливості, 
наприклад, контроль присутності.[13] Розглянемо всі функції більш детально. 
Енергозбереження 
Енергозберігаюча система управління освітленням в багатоповерхових 
будинках (під'їзди, автостоянки, прибудинкові території, підвали, горища) 
дозволить знизити кількість споживаної електроенергії в 10-15 разів. У цих 
системах застосовується пристрій управління освітленням з роздільними силовими 
компонентами, що дозволяє використовувати існуючі лінії електропередач. 
Енергозберігаюче освітлення починається з намагання упорядкування часу роботи 
освітлювальних приладів. Ефективний захід енергозбереження - централізація 
управління освітленням з використанням спеціально розроблених графіків 
включення і виключення світла. Певну економію можна отримати за рахунок 
максимального використання всередині приміщення природного світла. Це 
досягається за рахунок правильного планування будівлі і використовуваних 
приміщень. Великий ефект дає використання енергозберігаючих ламп. Однак 
навіть сама «економна» лампа, якщо вона горить в порожньому приміщенні, стане 
безглуздим джерелом енерговитрат. 
Найкраще енергозбереження забезпечують автоматичні вимикачі світла з 
використанням інфрачервоних та електронних датчиків. Електронні датчики 
вимірюють рівень освітленості приміщення і, при досягненні заданого значення, 
видають команду на включення або виключення освітлення (датчики освітленості), 
або безпосередньо «бачать», що до приміщення увійшов чоловік, і вмикають світло 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 11 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
(датчики руху). Світлочутливий елемент блокує ввімкнення освітлення при 
достатньому природному освітленні. Оскільки на відміну від реле-датчиків часу 
датчики руху вмикають світло тільки на час фактичного присутності людини в 
приміщенні, а витрати електроенергії на освітлення можуть бути знижені в кілька 
разів. 
Для сходових кліток, коридорів і ліфтових холів економія додатково 
збільшується за рахунок поетажного управління освітлювальними приладами. В 
енергозберігаючих вимикачах освітлення застосовуються також інфрачервоні 
датчики руху з урахуванням планування приміщення.[16] Інші електронні датчики 
(датчики присутності) здатні визначити знаходження людей в приміщенні і тільки 
в цьому випадку тримають світло включеним. 
Інфрачервоний датчик «бачить» тільки рухається людини, хоча цей рух 
може бути і невеликим - наприклад, помах рукою або кивок головою. При великих 
часах затримки інфрачервоний датчик працює в режимі датчика присутності, тобто 
підтримує освітлення при тривалому присутності в приміщенні людей. Малий час 
затримки вибирається при використанні інфрачервоних датчиків як датчика руху в 
прохідних приміщеннях. Електронні вимикачі світла можуть використовуватися як 
автономно, так і в складі автоматизованої системи управління, яку нині називають 
«розумний дім». 
В основі системи енергозбереження лежить температурний контролер і 
електроконвектори російського і зарубіжного виробництва, що мають сучасний 
дизайн та доступні ціни. Вони не спалюють кисень, не сушать повітря, 
пожежобезпечні. Також, замість конвекторів можна використовувати гріють 
шнури (тепла підлога), інфрачервоні плівки і панелі, електрокотли універсальні і 
можуть працювати з будь-якими нагрівальними приладами. У традиційних водяних 
системах опалення датчики можуть управляти кранами з електроприводом або 
електроклапанами, встановленими на трубах опалення. 
У розподільному щиті монтуються автоматичні вимикачі для захисту всіх 
елементів системи від перевантажень і струмів короткого замикання, а також 
силові виконавчі пристрої (СИУ-4, СИУ-1). У системах використовується тільки 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 12 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
якісне та надійне електровстановлювальне обладнання провідних європейських 
фірм, найкращим чином зарекомендувало себе при монтажі та експлуатації. 
Управляється система температурним контролером за допомогою температурних 
датчиків і керованих розеток. Монтаж системи управління проводиться 
телефонним кабелем довжиною до 100 метрів. 
Освітлення 
В інтелектуальній системі «Розумний Дім» Ви можете керувати світлом 
натисненням однієї клавіші. За допомогою одного пульта ви зможете налаштувати 
лампи, люстри, світильники так, як вам подобається. Якщо Ви вирішили запросити 
гостей і створити їм затишну світлову атмосферу, то система «Розумний Дім» 
прийде вам на допомогу, Ви можете одним рухом руки міняти світлову гаму в 
приміщенні. Датчики руху забезпечують автоматичне перемикання світла, коли ви 
до них наближаєтеся.[11] Для забезпечення комфорту і затишку у Вашому будинку 
кожна кімната, хол, зал повинні бути добре освітлені. Без інтелектуальної системи 
«Розумний Дім» для цього буде потрібно установка великої кількості різних 
світлових приладів із заплутаною мережею вимикачів. 
Система позбавить Вас від необхідності встановлювати безліч вимикачів, 
Вам представиться можливість замінити їх компактними сенсорними. Так з одного 
стандартного шести сенсорного вимикача можна управляти дванадцятьма 
світловими групами. Ви зможете, як плавно регулювати їх яскравість, так просто 
включити їх або вимкнути. За допомогою сенсорних вимикачів або панелей Ви 
легко зможете створювати різні світлові сцени, що, безсумнівно, додасть затишку 
і комфорту Вашого дому, наприклад, сцену 
«Вечір», при якій одна група світлових приладів включиться на певну 
яскравість, інша група вимкнеться, штори закриються, а система клімат контролю 
перейде в комфортний режим. У нічний час світло в коридорах і прихожих буде 
включатися на частину яскравості автоматично при появі руху. Вам не доведеться 
шукати вимикач в темряві. Також системою освітлення можна управляти 
дистанційно з пульта, ноутбука або мобільного телефону. Ви під'їжджаєте до 
будинку вночі, а він зустріне Вас з включеним освітленням фасаду, підсвічуванням 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 13 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
ландшафту і доріжок. 
Управління освітленням - одна з найважливіших задач в будинку.[14] 
Завдяки інтелектуальному програмування можна заощадити електроенергію та 
термін експлуатації ламп. Відпадає необхідність шукати вимикачі світла в темряві, 
а так само вимикати світло при виході з кімнати. Інтелектуальна система вимкне 
світло, тільки після того як ви заснете і включить м'яке підсвічування, якщо ви 
прокинетеся вночі, щоб не дратувати очі яскравим світлом. А вранці система 
вирішить, яке освітлення потрібно в будинку залежно від погоди на вулиці. 
Систему автоматизованого управління освітленням можна налаштувати 
таким чином, що вона буде визначати, в якій частині кімнати знаходиться людина 
і підсвічувати саме її. У заміському котеджі система може включати вечірню 
підсвітку двору і декоративне підсвічування фасаду будівлі. Вона зустрічає вас або 
ваш автомобіль у вечірній час включеним світлом у дворі і гаражі. 
Але управління освітленням приносить не тільки комфорт. Розумний 
будинок може самостійно включати вечорами світло в квартирі, імітуючи 
присутність людей. Завдяки цьому, майно буде перебувати під подвійним захистом 
під час Вашої відпустки або тривалої відсутності. 
 
Система клімат-контроль 
Така система клімат-контролю працює на підставі закладених у неї 
алгоритмів, що дозволяють підтримувати встановлені параметри повітряного серед 
і різних кліматичних зон в приміщеннях при мінімальних затратах енергоресурсів. 
Розглянута система дозволяє забезпечувати виконання різних операцій. З її 
допомогою проводиться нагрів або охолодження. При цьому виключається 
одночасна робота кондиціонера і системи опалення. Винятком тут може бути 
наявність теплої підлоги, підтримуючого встановлену температуру в нижній 
частині кондиціонером приміщення. 
Така система забезпечує зниження температури в нічний час в безлюдних 
приміщеннях і спальнях, що дозволяє створити комфортні умови для сну, а також 
економити енергоресурси. Крім того, вона дає можливість мінімізувати роботу 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 14 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
апаратури і обладнання під час відсутності господарів за допомогою використання 
режимів роботи «денне відсутність» і «відпустку». При включенні другого режиму 
проводиться повне відключення системи кондиціонування та вентиляції, а 
опалювальна система виводиться на мінімальний рівень потужності. Перед 
поверненням додому можна завчасно встановити в приміщеннях комфортний 
кліматичний режим шляхом активації системи клімат-контролю по телефону або 
через інтернет.[16] 
Система управління кліматом в приміщенні дає можливість коригувати 
рівень температури, вологості, величину притоку свіжого повітря індивідуально 
для кожного приміщення, управляти роботою системи фільтрації повітря, 
створювати індивідуальну кліматичну систему для кожного члена сім'ї, погоду в 
будинку (наприклад, в кімнаті проживання дітей відсутність протягів при постійно 
свіжому повітрі). У теж час система клімат-контролю, незважаючи на виконання 
великої кількості функцій, забезпечує економію фінансових коштів і вирішує 
проблему енергозбереження. Наприклад, систему можна налаштувати таким 
чином, що у вихідні дні та неробочий час подача тепла в приміщення скорочувалася 
або відключалася зовсім. Такий режим роботи особливо актуальний для 
використання в заміських котеджах із застосуванням в них автономних систем 
опалення. Зазначена система дозволяє дистанційно включати котел опалення або 
перемикати його в режим економії. З метою більш ефективної і раціональної 
організації життєдіяльності офісів можливо встановлення контролю над станом 
комунікацій теплопостачання, електропостачання, водопостачання, створення 
найбільш комфортних умов роботи для працівників компанії. 
Система клімат-контролю «розумного будинку» виключить можливість 
псування колекції картин, книг або вин шляхом створення найбільш сприятливих 
умов для їх зберігання. 
Для забезпечення коригування параметрів роботи системи застосовуються 
різні датчики, які фіксують поточні показники мікроклімату в приміщеннях 
будинку, а також засоби для управління у вигляді перемикачів і панелей. При їх 
використанні система здатна управляти якістю повітря (температурою, вологістю, 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 15 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
озонуванням) відповідно до пори року і доби, режимом провітрювання з 
використанням автоматичної системи відкривання вікон, змінювати режим роботи 
радіаторів опалення та теплої підлоги, автоматично підтримувати температуру і 
вологість у спеціальних приміщеннях, а також аварійно зупиняти систему 
опалення.[12] 
Таким чином, система клімат-контролю «розумного будинку» дозволяє 
створити здоровий і комфортний мікроклімат для затишного проживання в 
будинку 
 
Системи клімат-контролю в системі «розумний дім» 
Перед тим як розробляти структуру пристрою управління кліматичною 
установкою в системі клімат-контролю, слід ознайомитися з подібними системами 
і їх характеристиками, щоб краще розуміти предмет дослідження. 
У зв'язку з чим перший підрозділ посвещён огляду систем клімат-контролю. 
А другий підрозділ відведено під докладне вивчення системи в рамках якої 
передбачається розробка пристрою управління, в ньому ж вивчені її 
характеристики і особливості. 
Будь-яка система клімат-контролю, як частина системи «розумний дім», 
складається з [2]: 
 керуючого пристрою; 
 датчиків; 
 актуатора - кліматичної установки. 
Крім основних елементів, перерахованих вище, допустимо введення 
додаткових елементів для розширення функціоналу системи. 
Кліматична установка, яка виконує в системі роль устройства- виконавця, 
підтримує температуру і вологість в межах зазначених користувачем значень. 
Виконавець діє не самостійно - його дії регулює керуючий пристрій. Керуючий 
пристрій в свою чергу реагує на значення отриманих параметрів від датчиків. 
Реакція керуючого пристрій полягає в діях відповідно до прописаними 
алгоритмами, результатом більшості яких полягає у змінах в роботі виконавця, такі 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 16 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
як: вимикання, зміна режиму, входження в режим «сон» і т.д. Керуючий пристрій 
отримує дані від датчиків, що фіксують значення параметрів навколишнього 
середовища. 
Основними параметрами систем клімат-контролю вважаються: 
 енергоспоживання; 
 ефективність підтримки клімату; 
 ступінь автономності. 
З точки зору енергоспоживання кращими вважаються системи, які 
споживають мінімальну кількість електроенергії, причому при розрахунку 
енергоспоживання системи враховується споживання всіх елементів системи. 
Під ефективністю підтримки клімату мається на увазі здатність системи 
підтримувати задані температуру і вологість незалежно від зовнішніх факторів. Під 
цим розуміють безперебійну роботу системи в межах заявлених критичних значень 
температур, відносної вологості і тиску. 
Під автономністю мається на увазі здатність системи успішно 
функціонувати без втручання користувача в її роботу [11], тобто здатність 
продовжувати підтримувати комфортні значення температури і вологості без 
додаткових дій з боку людини. 
За автономності системи діляться на системи: 
 з ручним керуванням; 
 з напівавтоматичним керуванням; 
 з автоматичним управлінням. 
Системи з ручним керуванням, на відміну від систем з напівавтоматичним 
або автоматичним управлінням не передбачають своєчасне зміна режиму роботи 
кліматичної установки без безпосереднього втручання користувача. Такими 
системами також не передбачено автоматичне входження в режим «сон» 
кліматичної установки або вихід з нього - це піддається реалізації тільки при 
безпосередньому впливі (або через взаємодію з керуючим пристроєм) на 
виконуючий пристрій з боку користувача. В ручному включенні і регулювання 
потребує і весь інший функціонал установки, тобто користувач повинен самостійно 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 17 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
регулювати роботу виконуючого пристрою в залежності від показників, отриманих 
від датчиків і відображених на пристрої управління. Всі маніпуляції з установкою 
також проводяться за допомогою пристрою управління, але в даному випадку 
система потребує контролю, що здійснюється користувачем, змін і своєчасному 
впливі на систему. 
Системи з подібним типом управління при низьких показниках 
енергоспоживання кліматичної установки досить економічні, але при цьому не 
ефективні, так як постійне підтримання температури в годинник відсутності 
людини неможливо. До недоліків подібних систем відноситься також людський 
фактор, що сильно впливає на роботу всієї системи клімат-контролю. 
Більш ефективними є системи з напівавтоматичним і автоматичним 
управлінням. В першу чергу, це пов'язано з тим, що у подібних систем реалізований 
режим «сон». Входження в подібний режим і виходження з нього кліматичної 
установки регулюється керуючим пристроєм відповідно до раніше заданими 
користувачем параметрами. У системах з такою моделлю управління можливість 
вносити зміни в роботу через зміну налаштувань керуючого пристрою - додатковий 
функціонал системи, а не обтяження користувача. 
Різниця між напівавтоматичним керуванням і автоматичним полягає в тому, 
що в разі другого способу регулювання роботи системи, весь функціонал 
кліматичної установки регулюється автоматично. Наприклад, швидкість 
повітряного потоку, що надходить з установки, зменшується з наближенням до 
заданого температурного проміжку і відповідно збільшується в разі віддалення від 
нього. При напівавтоматичному управлінні незалежно від користувача пристроєм 
управління регулюються основні функції кліматичної установки, такі як 
температура повітряного потоку, поступающегоізустройства- виконавця. 
При реалізації роботи системи клімат-контролю з автоматичним або 
напівавтоматичним керуванням енергоспоживання керуючого пристрою є 
визначальним фактором, так як воно повинно регулярно знімати показання з 
датчиків для коректної роботи всієї системи і в разі потреби впливати на роботу 
кліматичної установки. Тобто за фактом контролер повинен працювати постійно, 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 18 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
короткочасно перебуваючи в режимі очікування, поки на нього не надійде сигнал 
від будь-якого датчика. З чого можна зробити висновок, що якщо керуючий 
пристрій економічно споживає електроенергію, то в цілому система з цими типами 
управління краще, так як не вимагає втручання користувача і ефективніше 
підтримує клімат в приміщенні. 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 19 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
Основні характеристики використовуваної системи клімат-контроль 
Пристрій управління розробляється, як частина системи клімат-контролю, 
обладнаної в пересувний дослідницької лабораторії на базі трейлера, спочатку 
призначеного для проживання в ньому. Експлуатація подібної лабораторії 
передбачається в різних кліматичних зонах, а також в різні пори року і в різних 
погодних умовах відповідно протягом тривалих термінів. У зв'язку з 
універсальністю і специфічністю лабораторії, все елементи системи клімат-
контролю повинні стабільно працювати незалежно від температурного режиму 
поза лабораторією, без збоїв працювати в діапазоні температур від -50 до +50 
градусів Цельсія. 
Основними завданнями системи є підтримка заданого користувачем 
клімату, що має на увазі виконання наступних операцій: 
 підтримка заданого користувачем діапазону температур; 
 підтримка заданого користувачем рівня вологості. 
Як другорядних завдань розглядаються функції відображення і 
попередження про деякі події, такі як: 
 попередження про кретичне зниження аба підвищення підвищенні 
температури всередині приміщення; 
 попередження про досягнення опасних для дослідження (або 
працівників) рівнів вологості і тиску; 
 відображення поточних параметрів, що характеризують клімат 
всередині лабораторії; 
 відображення рівня вуглекислого газу всередині приміщення; 
 своєчасне попередження про досягнення критичних значень вмісту 
вуглекислого газу в повітрі. 
Специфіка лабораторії визначає основні характеристики системи клімат-
контролю в приміщенні: 
 економічне енергоспоживання; 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 20 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 стабільна робота без залучення користувача, зокрема: підтримка 
заданого клімату під час відсутності користувачів; 
Виходячи із заданих характеристик і поставлених завдань, можна зробити 
висновок, що система клімат-контролю повинна бути автономною, тобто з 
напівавтоматичним або автоматичним управлінням. При такому способі 
управління системою - економічне енергоспоживання керуючого пристрою 
критично важливо. З огляду на це, а також специфіку приміщення, в якому 
регулюється робота системи, можна зробити висновок, що краще управляє 
пристрій, що працює незалежно від електромережі. Тобто краще пристрій, що 
працює автономно, наприклад, від власної батареї. 
Зв'язок елементів системи і управління над ними передбачається 
здійснювати за допомогою бездротових технологій. Так як у випадку застосування 
дротових технологій для зв'язку між елементами системами доведеться 
реалізовувати досить трудомісткий монтаж системи, бездротові технології в 
рамках системи «розумний дім» у пересувній лабораторії краще. 
При порівнянні дротових і бездротових технологій стає очевидно, що 
бездротові технології дозволяють робити елементи системи автономними щодо 
електроживлення - можлива реалізація роботи датчиків і керуючого пристрою від 
акумулятора, тобто система буде більш економічно споживати електроенергію. 
В ході обговорення особливостей системи, як технології передачі була 
запропонована і схвалена Bluetooth low energy. Дана технологія є найбільш 
придатною для реалізації зв'язку між елементами системи - основним її якістю є 
саме мале енергоспоживання. 
У таблиці 1.1 представлені основні характеристики технології Bluetooth low 
energy, використовувані в розробляється пристрої, в порівнянні з характеристиками 
технології Bluetooth. 
 
 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 21 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Таблиця 2.1 - Основні технічні характеристики технологій Bluetooth і 
Bluetooth low energy [7] 
Технічна Bluetooth Bluetooth low 
специфікація energy 
Радіочастота 2.4 ГГц 2.4 ГГц 
відстань 100 м > 100 м 
Швидкість передачі 1-3 Мб / с 1 Мб / с 
даних по повітрю 
Пропускна здатність 0.7-2.1 Mb / s 0.27 Mb / s 
Затримка (від Зазвичай 100 6 мс 
непідключеного стану) мс 
Мінімальна загальний 100 мс 3 мс 
час передачі даних (залежить 
від стану батареї) 
споживаюча 1 Вт в якості Від 0,01 Вт до 0,5 
потужність вихідної Вт (в залежності від 
варіантів використання) 
Максимально <30 мА <15 мА 
споживаний струм 
 
Як видно з таблиці Bluetooth low energy передає дані швидше і на більші 
відстані, споживаючи при цьому меншу кількість електроенергії, що є вирішальним 
фактором в даній розробці. 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 22 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми 
 
3.1 Розробка структурної схеми 
У досліджувану систему клімат-контролю входять такі елементи як: 
пристрій управління, кліматична установка, датчики тиску, вологості і 
температури, сирена і пристрій відображення. Структурна схема системи 
представлена на рисунку 3.1. 
У даній системі пристроями-виконавцями є: 
 пристрій звукового оповіщення, що використовується для подачі 
сигналу про деяке подію; 
 кліматична установка, безпосередньо реалізує підтримку заданих 
діапазонів температури і відносної вологості всередині приміщення; 
 пристрій відображення, що дозволяє користувачеві своєчасно 
дізнаватися реальні значення температури, рівня вологості, тиску і вмісту 
вуглекислого газу в повітрі. 
 
Рисунок 3.1 - Структурна схема системи клімат-контролю 
Використовувана в системі кліматична установка не оснащена модулем, що 
підтримує можливість використання бездротової технології, обраної для 
здійснення зв'язку між елементами системи, Bluetooth low energy. Замість неї 
передбачається використовувати інший бездротовий спосіб зв'язку між пристроями 
- інфрачервоний канал. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 23 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Сама кліматична установка оснащена інфрачервоним приймачем, за 
допомогою якого вона сприймає надходять до неї команди або надсилає запитувані 
дані. В системі цей приймач передбачається використовувати тільки як приймач, 
тобто не запитувати дані в установки, але відправляти їй команди. Так як 
кліматична установка в системі безпосередньо пов'язана тільки з керуючим 
пристроєм, то подібний інфрачервоний приймач повинен бути також реалізований 
в ньому. Так як дана технологія має певні недоліки, то її впровадження в систему 
накладає наступне обмеження: приймач і передавач повинні перебувати в прямої 
видимості. Тобто використання пристрою керування не передбачається можливим. 
Використовувана в системі кліматична установка може: 
 піднімати і підвищувати температуру повітря; 
 підвищувати відносну вологість повітря, тобто зволожувати повітря. 
Врамкахразработкіустройствауправленія, як елемента розглянутої системи клімат-
контроль, впливати на конфігурацію системи не можна. Єдине можливе вплив -
регулювання роботи кліматичної установки за допомогою команд, що є 
результатом реакціі пристрою керування на зміну  навколишгього середовища 
ввідповідно до розроблених алгоритмами. 
Структура керуючого пристрою 
Керуючий пристрій, як частина системи клімат-контроль, складається з 
 мікроконтролера; 
 ІК-перетворювача; 
 пристрою відображення. 
Структурна схема разрабатіваемого пристрої представлена на рисунку 3.2. 
Мікроконтролер посилає дані на пристрій відображення і команди на кліматичну 
установку через ІК-перетворювач. Так як ІЧ-перетворювач містить в собі ІК-
приймач, можлива зворотний зв'язок від кліматичної установки, завдяки чому 
можлива перенастроювання пристрою управління на новий виконавець в системі 
клімат-контроль, чия кодування команд відрізняється від параметрів установки, що 
використовується в даній системі. 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 24 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок  3.2 – Керуючий пристрій 
Керуючий пристрій розробляється на базі мікроконтролера Nordic 
Semiconductor nRF51822. Даний є SoC (англ. System on Chip) - системою на 
кристалі [14], розробленої на ядрі ARM Cortex 0, що має розгалужену аналогову і 
цифрову периферію, яка може функціонувати під управлінням PPI - 
програмованого периферійного інтерфейсу. Можливість програмування 
призначень ліній введення / виводу дозволяє використовувати їх в якості ліній 
інтерфейсів. Цей мікроконтролер, також підтримує технологію Bluetooth low 
energy, володіє такими цифровими виходами як [12]: інтерфейс SPI [16] з 
підтримкою режимів Master і Slave, 2-вивідних I2C [15] і UART. 
Відповідно до даних, зазначеними розробниками nRF51722, обраний 
мікроконтролер відрізняється низьким енергоспоживанням. Нижче наведені деякі 
режими роботи мікроконтролера і характеристики енергоспоживання під час 
роботи в представлених режимах [13]: 
 6.3 мА в режимі передачі при потужності -4 дБм (живлення 3В від 
вбудованого DC / DC перетворювача) 
 8.1 мА в режимі передачі при потужності 0 дБм (живлення 3В від 
вбудованого DC / DC перетворювача) 
 13 мА в режимі прийому на швидкості 1 Мбіт / с 
 0.6 мкА в режимі Sleep без підживлення пам'яті RAM. 
Основні характеристики мікроконтролера nRF51422, що впливають на вибір 
відповідного пристрою для даної розробки, наведені в таблиці 3.1. 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 25 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Таблиця 3.1 - Характеристики Nordic Semiconductor nRF51822 [12] 
Параметр  Значення 00 
Частотний діапазон 2,4 ГГц 
Швидкість передачі даних (макс.) (Кбіт / сек) 250/1000/200
0 
Максимальна довжина пакета (байт) 8 
Чутливість (найкраща) (дБм) -96 / -90 / -85 
Вихідна потужність передавача (дБм) від -20 до +4 
Номінальна напруга живлення (В) від 1,8 до 3,3 
Проаналізувавши дані, представлені в таблиці 3.1, і вивчивши режими 
енергоспоживання роботи мікроконтролера Nordic nRF51822, можна говорити про 
те, що даний мікроконтролер краще за інших конкурентів підходить для реалізації 
даної системи клімат-контролю і керуючого пристрою зокрема. 
Пристрій управління має виконувати наступні функції: 
 запитувати показання з датчиків; 
 аналізувати, отримані дані; 
 своєчасно реагувати на отриману інформацію про навколишнє 
середовище і впливати на виконуючі пристрої. 
Всі датчики, що входять в систему, підключені до свого власного 
микроконтроллеру Nordic Semiconductor nRF51822 за допомогою передбачених 
інтерфейсів, підтримуваних як мікро контролером, так і датчиком. 
Працюючи з датчиками, керуючий пристрій, виступає в ролі пристрою, що 
ініціює обмін інформацією. Датчики знаходяться в стані очікування до 
надходження певної команди з боку керуючого пристрою. У стані очікування 
мікроконтролери, з'єднані безпосередньо з датчиками, знімають і зберігають 
свідчення з вказаною періодичністю, при отриманні команди «вихід з режиму 
очікування» відсилають останні отримані значення керуючому пристрою. 
Вище описані алгоритми роботи керуючого пристрою з датчиками 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 26 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
реалізовані на базі бездротової технології Bluеtooth low energy. Всі датчики і 
керуючий пристрій з'єднані в «пікомережа - тип з'єднання, що формується між 
двома або більше пристроями, що підтримують технологію Bluetooth» [17]. 
З'єднання реалізовано за схемою «точка-многоточка» за коштами технології 
Bluetooth low energy, де роль ведучого пристрою (master) виконує розробляється 
керуючий пристрій - воно задає шаблон, який використовується усіма відомими 
пристроями (slave), а також синхронізує їх роботу. У розглянутій пікомережі 
датчики - ведені пристрої. Так як технологія Bluetooth low energy, як і технологія 
Bluetooth, реалізована відповідно до топології Scatternet [17], дана пікомережа може 
бути розширена до розподіленої мережі, в рамках який ведучий пристрій 
(керуючий пристрій) виявиться відомим пристроїв щодо ведучого пристрою інший 
пікомережі. Тобто може бути реалізована мережу, аналогічна мережі, 
представленої на рисунку 3.3. 
 
 
Рисунок 3.3 - Схема розподіленої мережі, що включає в себе три 
пікомережі [17] 
Дане розширення мережі дозволить управляти керуючим пристроєм на 
відстані, наприклад, за допомогою будь-якого пристрою, що підтримує Bluetooth і 
оснащеного додатком для управління розробляються пристроєм. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 27 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Керуючий пристрій має взаємодіяти з кліматичною установкою за 
коштами інфрачервоного протоколу, відповідно до конфігурації системи клімат-
контролю, частиною якого є розроблювальний пристрій. Тобто до 
мікроконтролеру, на базі якого розроблюється данна система повинен бути 
приєднаний ІК приймач. 
 
 
3.2 Розробка електричної принципової схеми 
 
3.2.1 Вибір елементів системи 
У систему клімат-контролю входять датчики тиску, температури, вологості 
і аналізу змісту CO2 в повітрі. Визначальними параметрами для вибору елементів 
системи є: 
 низьке енергоспоживання; 
 стабільність роботи; 
Важливими критеріями вибору є: 
 формат видаються вимірювань; 
 конфігурація виходу. 
У таблиці 3.2 представлені маркування вибраних для системи датчиків і їх 
основні характеристики, взяті з технічних специфікацій. 
Більш докладно характеристики, способи підключення та особливості 
датчиків температури, вологості, тиску і концентрації CO2 в повітрі, обраних для 
досліджуваної системи клімат-контролю, розглянуті в підрозділах 2.1, 2.2 і 2.3 
відповідно. 
 
Датчик температури 
Цифровий датчик температури виробництва фірми Dallas Semiconduc- tor 
DS1775 є як термометром, так і термостатом, з цифровим входом / виходом, що 
забезпечує точність ± 2 ° C [18]. 
Таблиця 3.2 - Список обраних датчиків з призначеннями, маркуванням і 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 28 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
характеристиками 
 
Датчик SCP1000- -200 ... + 
кПа 30 ... 120 2.4 ... 3.3 I2C 
тиску D11 400, Па 
Датчик 
вологості 
HIH-6130- 10-90% / 
і RH / ° C ± 4% / ± 0.5 2.3 ... 5.5 I2C 
021 -25 ... 40 
температу
ри 
Датчик 
-55 ... 
температу DS1775 ° C ± 2 3.6 ... 5.5 I2C 
125 
ри 
датчик 
концентра
ціях і газу MH-Z19 ppm 0 ... 5000 ± 50 2.7 ... 5.5 UART 
CO2 в 
повітрі 
При використанні датчика в якості термометра, дані передаються по 
інтерфейсу I2C в додатковому від 9 до 12 бітному програмованому коді. Ціна 
молодшого розряду від 0.5 ° C до 0.0625 ° C. У датчик вбудований аналогово-
цифровий перетворювач, що забезпечує роботу DS1775 в якості «температурно-
цифрового» пристрою, що не потребує додаткових компонентів для вимірювання 
температура і передачі показань на мікроконтролер. 
Перетворення температури починається в момент включення живлення, 
останній результат зберігається у внутрішньому регістрі термометра. Конвертація 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 29 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
Призначення  
датчика 
маркиров ка 
величина виміру 
Діапазон 
виміряно ий 
Похибка  
вимірювань 
Напруга 
Живлення, В 
Конфігурація 
виходу 
 
 
аналогових вимірювань температури в цифровий формат виконується безперервно, 
за умови невтручання користувача. Безперервність вимірювань і перетворення з 
моменту включення можна перепрограмувати відповідно до вказівок, 
представленими в технічній документації. 
 
В DS1775 передбачений режим, при якому датчик завершує і зберігає 
перетворення в процесі і йде в режим очікування, при якому знижується 
енергоспоживання до мінімальних значень. Передбачено зміна дозволу показань 
від 9 біт до 10, 11 або 12 - кожен додатковий біт дозволу приблизно подвоює час 
перетворення [19]. 
На рисунку 3.4 зображена схема підключення датчика DS1775 - при такому 
підключенні датчик володіє своєю власною адресою підлеглого (slave) пристрою 
[20]. 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.4 - Схема підключення DS1775 [20]  
Проаналізувавши всі особливості, переваги і недоліки датчика DS1775, 
також той факт, що використовуваний мікроконтролер NRF51822 підтримує 
інтерфейс I2C, за допомогою якого підключається датчик, зробимо висновок, що 
вибір подібного датчика є доцільним. 
 
Датчик вологості і температури 
Цифровий датчик вологості і температури виробництва фірми Hon- eywell з 
серії HIH-6130 сконструйований таким чином, що його багатошарова конструкція 
елементів забезпечує несприйнятливість датчика до основних загроз точності 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 30 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
показань, таким як: конденсат, пил, бруд або масло [21]. Обраний датчик 
вважається одним з найбільш бюджетних пристроїв даної спрямованості серед 
датчиків, представлених на російському ринку. 
HIH-6130-021 вигідно відрізняється від конкурентів низьким 
енергоспоживанням: датчик переходить в сплячий режим, якщо не 
використовується, при цьому в робочому режимі споживання струму складає 
650мкА, а в сплячому 1мкА. Діапазон напруги живлення даного елемента 
становить від 2.3 до 5.5 вольт. Датчик відрізняється високою стабільністю роботи - 
догляд показань становить 1,2% відносної вологості протягом п'яти років [22]. 
Для застосування HIH-6130 потрібен конденсатор 0.1 мкФ і обв'язка шини 
I2C - типова схема включення датчика представлена на рисунку 3.5. 
Рисунок 3.5 - Типова схема включення HIH-6130 [22] 
Для старту вимірювання мікроконтролер повинен звернутися до датчика, 
виставивши slave-адреса, в семи бітному форматі рівний 0х27, на шину. Адреса 
датчика може бути змінений на будь-яке значення з діапазону 0x00-0x7F. 
Тривалість періоду вимірювання складає 36. 65 мілісекунд. По закінченню 
вимірювання датчик автоматично переходить в сплячий режим [21]. Останнє 
виміряне значення зберігається у внутрішньому буфері мікросхеми. Виміряні 
значення вологості і температури можна використовувати після приведення їх до 
діапазону вимірювань. Дане перетворення можна здійснити за формулами (3.1) і 
(3.2), поданим нижче:  
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 31 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Вологість (% RH) = (RHadc / 16383) * 100%             (3.1)  
 
Температура (° C) = (Tadc / 16383) * 165-40                 (3.2) 
 
Проаналізувавши всі особливості, переваги і недоліки датчика HIH-6130, 
також той факт, що використовуваний мікроконтролер NRF51822 підтримує 
інтерфейс I2C, за допомогою якого підключається датчик, зробимо висновок, що 
вибір подібного датчика є доцільним. 
У разі використання системи клімат-контролю не в пересувної лабораторії, 
яка може бути використана в різних погодних умовах, а, наприклад, в житловому 
приміщенні в помірному кліматі - наявність датчика температури надлишково, для 
коректної роботи і виконання всіх функцій підійде температурний датчик, 
комбінований з датчиком вологості. 
 
Датчик тиску 
Цифровий датчик тиску SCP1000-D11 вимірює абсолютний тиск. 
Складається з кремнієвого мікромеханічного чутливого елемента і обробником 
сигналу ASIC (англ. Application-Specific Integrated Circuit = інтегральна схема 
спеціального призначення). Чутливий елемент такого роду датчиків 
виготовляється з використанням технологій фірми-виробника, що дозволяють 
конструювати надійні, стабільні, малошумні і малопотужні ємнісні датчики [23]. 
У серії датчиків абсолютного тиску компанії VTI technologies SCP1000 крім 
моделі D11, присутній модель D01. Основна відмінність між цими двома датчиками - 
спосіб підключення до мікроконтролеру. D01 підключається за допомогою інтерфейсу 
SPI [16] і має відповідні виходи, а D11 по інтерфейсу I2C [15]. 
Принцип дії датчика пов'язаний з технологією його створення: датчик 
абсолютного тиску складається з кремнієвої пластини, яка локально тоншає для 
утворення чутливої до тиску діафрагми. Діафрагма діє як рухома пластина 
ємнісного датчика. Крім рухомий пластини в датчику реалізована стаціонарна 
частина - тонкоплівковий метал, нанесений на покриту склом кремнієву пластину. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 32 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Між пластинами герметичне закрите простору, діафрагма відхиляється через 
різницю тисків між зовнішньою поверхнею датчика і внутрішньої вакуумної 
камери. 
Датчик має чотири режими роботи і режим відключення живлення: 
 режим високої швидкості - тиск безперервно вимірюється, час 
перетворення скорочується за рахунок вихідного дозволу, що дозволяє збільшити 
продуктивність. Частота оновлення приблизно 9Гц; 
 режим високого дозволу - тиск вимірюється безперервно з найвищою 
роздільною здатністю, після запуску режиму потрібно тільки періодично 
прочитувати свідчення; 
 режим наднизького енергоспоживання - режим вимірювання, що 
передбачає, що пристрій безперервно проводить вимірювання з низьким дозволом 
(15 біт) і перемикається в режим очікування між вимірами. Дані про тиск доступні 
один раз в секунду, середній струм, споживаний датчиком в цьому режимі - в 
діапазоні 3,5 мкА; 
 режим низького споживання енергії - режим вимірювання, в рамках якого 
датчик знаходиться в режимі очікування, поки не буде активований ззовні [23]. 
Проаналізувавши основні фізичні характеристики режимів, можна сказати, 
що для нашої системи найбільш доцільним є режим низького споживання енергії - 
він повністю відповідає основним вимогам до роботи датчика тиску в даній системі 
клімат-контролю. Так як для коректної роботи системи постійне вимірювання 
тиску надлишково (ініціатором з'єднання може виступати тільки пристрій 
управління), при цьому низьке енергоспоживання один з найважливіших 
параметрів вибору елементної бази. 
Для наочності характеристики обраного режиму, взяті з специфікації 
датчика, представлені в таблиці 4.2. 
Виберемо для системи датчик D11 з SCP1000 - nRf51822 підтримує спосіб 
підключення обох датчиків з серії, тому вибір в даному випадку виключно справа 
смаку розробника. Відповідно ще раз зазначимо, що D11 підключається до 
мікроконтролерів з допомогою інтерфейсу I2C. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 33 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Проаналізувавши характеристики, переваги та недоліки датчика 
абсолютного тиску SCP1000-D11, зробимо висновок, що він повністю задовольняє 
вимогам, пред'явленим до елементів системи клімат-контроль: мале 
енергоспоживання, стабільність роботи, широкий діапазон вимірювань. З огляду 
на, що інтерфейс підключення датчика, підтримується мікро контролером 
nRF51822, можна зробити висновок, що вибір даного датчика для досліджуваної 
системи доцільний. 
 
Таблиця 3.3 - Основні фізичні характеристики режиму роботи датчика-
низьке енергоспоживання [23] 
Характеристики Мінімальне Середнє значення Максимальне 
режиму роботи значення значення 
15 біт 17 біт 
Напруга, В 2.4 2.7 3.3 
Струм, мА 1 - 25 
Дозвіл вимірювань 
    
тиску, 
- 15 17 - 
біти 
Час вимірювання і 
- 140 500 - 
перетворення, мс 
Максимальна 
- 9 1.8 - 
частота запуску, Гц 
 
Датчик концентрації газу CO2 в повітрі 
Цифровий інфрачервоний датчик MH-Z19 фірми Winsen Electronics 
Technology Co - датчик малого розміру з використанням НЕ дисперсионного 
інфрачервоного принципу NDIR (англ. Nondispersive infrared) 
[24] для виявлення CO2 в повітрі. Принцип роботи датчика, що визначає тип 
і концентрацію газу, заснований на зміні інтенсивності ІЧ випромінювання до і 
після поглинання в інфрачервоному детекторі з Центральною виборчою 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 34 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
чутливістю [24]. Датчик відрізняється від конкурентів високою точністю, 
незалежністю від кисню і великим терміном експлуатації. Подібні датчики широко 
використовуються в холодильному обладнанні HVAC і для моніторингу якості 
повітря в приміщенні, що відповідає цілям застосування подібного датчика в даній 
системі клімат-контроль. 
Датчик відноситься до економно енергоспоживаючих сенсорам, 
відрізняється стабільністю роботи, здатністю запобігати утворенню водяної пари і 
безпекою. Подібний пристрій передає отримані значення через UART без 
додаткових обчислень [25]. 
На рисунку 4.3 представлена схема застосування даного датчика. 
 
 
Рисунок 3.6 - Схема застосування датчика MH-Z19 [25] 
Проаналізувавши характеристики, переваги та недоліки датчика 
концентрації газу CO2 в повітрі MH-Z19, зробимо висновок, що він повністю 
задовольняє вимогам, пред'явленим до елементів системи клімат – контролю. 
Враховуючи що датчик можливо підключити до мікроконтролера NRF51822, 
можна зробити висновок, то вибір даного датчика для досліджуваної системи 
доцільний. 
 
 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 35 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
3.2.2 Розробка принципових електричних схем 
Система клімат-контролю складається з датчиків: концентрації газу CO2 
MH-Z19 [25], вологості і температури HIH-6130 [21], температури DS1775 [19] і 
тиску SCP-100-D01 [23], з'єднаних з мікроконтролерами Nordic nRF51822 - кожен 
датчик підключений до власного микроконтроллеру. Дані пристрої пов'язані з 
пристроєм управління за допомогою технології Bluetooth low energy. 
У цьому розділі містяться принципово-електричні схеми пристроїв, що 
входять в дану систему. 
Всі пристрої живляться від батареї B1 з напругою 3,3 В, включення 
живлення здійснюється за допомогою перемикача SB1. 
Мікроконтролер має входи цифрового і аналогового живлення 3,3 В. Для 
згладжування пульсацій живлення, що подається до пристрою застосовуються 
фільтри, сконструйовані на базі конденсаторів С1-С4 з ємністю 0,1 мФ. Сигнал 
скидання при включенні живлення до 23 контакту мікроконтролера реалізований 
за рахунок підключення підтягує резистора R1 номіналом 2,2 КОм і конденсатора 
C7 ємністю 0,1 мФ. 
Через порти мікроконтролера XC1 і XC2 підключений кварцовий генератор 
Z1 з тактовою частотою 16МГц. Кварцовий генератор Z2 з тактовою частотою 
32.768 кГц підключений до nRF51822 через 45 і 46 контакти. 
Пристрої розрізняються способами підключення додаткових елементів до 
мікроконтролеру і їх призначенням. 
 
Розробка принципової електричної схеми датчика температури 
Пристрій складається з мікроконтролера Nordic nRF51822 і цифрового 
датчика DS1775. Принципова електрична схема пристрою представлена на  плакаті 
На датчик DS1775 подається живлення 3,3 У, для згладжування якого 
застосовується конденсатор C10 ємністю 0,1 мФ. 
Датчик підключений до мікроконтролеру по 2-х провідного інтерфейсу I2C. 
Призначення контактів представлено в таблиці 3.4. 
Таблиця 3.4 - Підключення датчика DS1775 до nRF51822 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 36 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Призначення  контакту Контакт nRF51822 Контакт DS1775 
SDA 11 4 
SCL 14 1 
 
Розробка принципової електричної схеми датчика відносної вологості 
Пристрій складається з мікроконтролера Nordic nRF51822 і цифрового 
датчика HIH-6130-021. Принципова електрична схема пристрою представлена на 
кресленні. 
На датчик HIH-6130-021 подається живлення 3,3 У, для згладжування якого 
застосовується конденсатор C10 ємністю 0,1 мФ. 
Датчик підключений до мікроконтролеру по 2-х провідного інтерфейсу I2C. 
Призначення контактів представлено в таблиці 3.5. 
Таблиця 3.5 - Підключення датчика HIH-6130-021 до nRF51822 
 
Призначення  контакту Контакт nRF51822 Контакт DS1775 
SDA 11 5 
SCL 14 1 
 
Розробка принципової електричної схеми датчика концентрації в 
повітрі газу CO2 
Пристрій складається з мікроконтролера Nordic nRF51822 і цифрового 
датчика MH-Z19. Принципова електрична схема пристрою представлена на 
кресленні. 
На датчик MH-Z19 подається живлення 3,3 У, для згладжування якого 
застосовується конденсатор C10 ємністю 0,1 мФ. 
Датчик підключений до мікроконтролеру по UART. Призначення контактів 
представлено в таблиці 3.6. 
Таблиця 3.6 - Підключення датчика MH-Z19 до nRF51822 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 37 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
Призначення   Контакт Контакт MH-Z19 
контакту nRF51822 
TX 11 3 
RX 14 2 
 
 
Розробка принципова електричної схеми датчика абсолютного тиску 
Пристрій складається з мікроконтролера Nordic nRF51822 і цифрового 
датчика SCP-1000-D01. Принципова електрична схема пристрою представлена на 
кресленні. 
На датчик SCP-1000-D01 подається живлення 3,3 У, для згладжування якого 
застосовується конденсатор C10 ємністю 0,1 мФ. 
Датчик підключений до мікроконтролеру по інтерфейсу I2C. Призначення 
контактів представлено в таблиці 3.7. 
Таблиця 3.7 - Підключення датчика SCP-1000-D11 до nRF51822 
Призначення  контакту Контакт nRF51822 Контакт SCP-1000-D11 
SDA 11 10 
SCL 14 9 
 
Розробка принципової електричної схеми керуючого пристрою 
Відповідно до технічного завдання пристрій складається з мікроконтролера 
Nordic nRF51822, ІК-перетворювача і пристрої відображення. В рамках випускний 
кваліфікаційної роботи розробляється тільки з'єднання nRF51822 і ІК-
перетворювача. Принципова електрична схема пристрою представлена на 
кресленні. 
ІК-перетворювач HSDL7001 підключений до мікроконтролеру за 
допомогою UART, призначення контактів зазначено в таблиці 3.8. Як вихід сигналу 
тактового бод-генератора запрограмований контакт GPIO мікроконтролера - на 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 38 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
нього виведений таймер, який працює з відповідним періодом. 
Контакт NRST - активний нульовий сигнал, що використовується для 
скидання декодера ІК-сигналів. 
До HSDL7001 до контактів RX_IR і TX_IR підключений ІЧ приймач 
HSDL1001. 
Таблиця 3.8 - Підключення ІК-перетворювача до nRF51822 
 
Призначення  контакту Контакт nRF51822 Контакт HSDL7001 
TX 10 2 
RX 11 3 
16XCLK 9 1 
 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 39 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
4 Розрахунок основних елементів системи 
 
4.1 Алгоритм роботи керуючого пристрою 
Почавши роботу, управляє пристрою опитує сенсори системи з метою 
отримати значення вимірювань, зроблених ними. Ініціатором обміну інформацією 
може виступати тільки керуючий пристрій - датчики до звернення до них 
знаходяться в режимі очікування. 
Отримавши дані, ПК аналізує їх. Залежно від результатів проведеного 
аналізу, ПК подає команди на кліматичну установку. І, якщо в ході аналізу не були 
визначені критичні ситуації, що вимагають втручання користувача, продовжує 
роботу. Структурна схема алгоритму роботи з показаннями датчика температури 
зображена на рисунку 4.1, а словесний опис алгоритму представлено в підпункті 
4.2. 
З вимірами, отриманими від інших датчиків, проводяться аналогічні 
операції. Структурні схеми алгоритмів роботи з показаннями датчиків вологості, 
тиску і концентрації CO2 зображені на рисунках 4.4, 4.5 і 4.6 відповідно. А словесні 
описи алгоритмів роботи з вимірами цих датчиків представлені в підпунктах 
розділу 4.4, і 4.6 відповідно. 
Закінчивши аналіз вимірювань, за умови відсутності критичних ситуацій, 
ПК входить в цикл-заново опитує сенсори і приступає до обробки отриманих 
вимірів. 
Структурна схема загального алгоритму роботи керуючого пристрою 
представлена на рисунку 4.1. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 40 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
Рисунок 4.1 - Загальний алгоритм роботи керуючого пристрою 
 
4.2 Алгоритм обробки даних датчика температури 
Керуючий пристрій аналізує отримані вимірювання з датчика температури, 
порівнюючи їх із заданим діапазоном температур. Алгоритм обробки даних 
датчика температури зображений на рисунку 4.2. 
Порівняння відбувається в два етапи: 
1. Отримане значення температури (tвим на схемі алгоритму) 
порівнюється з нижньою межею діапазону (tопт.мін на схемі алгоритму) - якщо 
аналізоване значення більше, то ПК переходить до другого етапу порівняння. А 
якщо менше, то ПК переходить до обробки ситуації, коли отримане значення нижче 
заданих користувачем температур - другий етап порівняння ігнорується. 
2. Сравниваемое значення температури порівнюється з верхньою межею 
заданого діапазону (tопт.макс на схемі алгоритму) - якщо tвим менше граничного 
значення, то ПК переходить до обробки ситуації, коли отримане від датчика 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 41 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
значення відповідають очікуванням. Якщо більше - ПК переходить до обробки 
ситуації, коли отримані значення вище заданих користувачем температур. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.2 - Алгоритм обробки даних датчика температури 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 42 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Обробка ситуації «отримане значення температури належить діапазону 
заданих оптимальних температур » 
ПК визначає включена кліматична установка в режимі охолодження або 
прогрівання приміщення. Якщо установка включена - ПК встановлює прапор 
виключення в 1. В іншому випадку завершує алгоритм роботи з показаннями 
датчика температури і переходить до наступного етапу загального алгоритму 
роботи - робота з показаннями датчика вологості. 
Обробка ситуації «отримане значення температури вище заданих 
оптимальних температур » 
ПК порівнює отримане значення з верхньою межею діапазону критичних 
температур (tкріт.макс на схемі алгоритму). Якщо значення більше - ПК включає 
пристрій звукового оповіщення та залишається в режимі очікування дії 
користувача. Якщо менше, то ПК переходить до роботи з виконуючим пристроєм 
«кліматична установка». 
ПК встановлює чи включена установка в режимі охолодження приміщення. 
Якщо так - переходить до кінця алгоритму роботи з показаннями датчика 
температури і переходить до виконання наступного етапу загального алгоритму. 
Якщо немає, подає кліматичної установці команду включення в режимі 
охолодження і переходить до кінця алгоритму. 
Обробка ситуації «отримане значення температури нижче заданих 
оптимальних температур » 
ПК порівнює отримане значення з нижньою межею діапазону критичних 
температур (tкрит.мін. На схемі алгоритму). Якщо аналізоване значення менше - ПК 
подає команду виконуючому пристрою «сирена» команду включення і залишається 
в режимі очікування команди з боку користувача. Якщо більше, то ПК переходить 
до роботи з виконуючим пристроєм «кліматична установка». 
ПК встановлює чи включена установка в режимі прогріву приміщення. 
Якщо так - переходить до кінця алгоритму роботи з показаннями датчика 
температури і переходить до виконання наступного етапу загального алгоритму. 
Якщо немає, подає кліматичної установці команду включення в режимі 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 43 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
охолодження і переходить до кінця алгоритму. 
 
4.3 Алгоритм обробки показань датчика вологості 
Алгоритм роботи з показаннями датчика вологості ідентичний алгоритму 
роботи з показаннями датчика температури, аж до позначень і обробки ситуації 
«отримане значення відповідає заданому діапазону». 
Отримане значення відповідає fізм на рисунку 3.3, нижня межа діапазону - 
fопт.мін, верхня межа - fопт.макс Верхня межа діапазону критичних значень 
позначена як fкрит.макс, а нижня - fкрит.мін. 
Нижче описана обробка ситуації «отримане значення відповідає заданому 
діапазону»: 
ПК визначає включена кліматична установка. У разі, якщо включена - ПК 
перевіряє встановлений прапор виключення в 1, якщо так - подає команду 
виключення кліматичної установці. В іншому випадку встановлює, чи включений 
у кліматичної установки режим зволоження або осушення повітря, якщо так - 
вимикає ці режими. Після всіх скоєних операцій ПК скидає прапор в 0, якщо 
кліматична установка спочатку була вимкнено це єдине, що виконує ПК в цьому 
блоці. Наступним кроком ПК завершує алгоритм роботи з показаннями датчика 
вологості і переходить до наступного етапу загального алгоритму роботи - робота 
з показаннями датчика тиску. 
 
4.4 Алгоритм обробки показань датчика тиску 
Керуючий пристрій порівнює отримане значення (Pізм на рисунку 3.4) з 
заданими критичними значеннями. Порівняння проходить в два етапи: 
 Отримане з датчика вимір порівнюється з мінімальним критичним 
значенням (Pкрит.мін на рисунку 3.4). Якщо воно менше, то ПК подає команду 
включення звукового сигналу і переходить в режим очікування до втручання 
користувача в його роботу. Якщо аналізоване значення більше - переходимо до 
наступного етапу порівняння. 
 Отримане значення порівнюється з максимальним критичним 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 44 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
значенням (Pкрит.макс на рисунку 3.4). Якщо воно більше - ПК подає команду 
включення звукового сигналу і переходить в режим очікування до втручання 
користувача в його роботу. Якщо аналізоване значення менше, то алгоритм 
закінчується і ПК переходить до наступного етапу загального алгоритму роботи - 
робота з показаннями датчика концентрації газу CO2 в повітрі. 
Алгоритм обробки показань датчика тиску представлений на рисунку 4.4. 
 
 
Рисунок 4.4 - Алгоритм обробки показань датчика тиску 
 
4.5 Алгоритм обробки показань датчика концентрації газу CO2 
Керуючий пристрій порівнює отримане значення (Nізм на рисунку 4.5) з 
заданими критичними значеннями. Порівняння проходить в два етапи аналогічно 
обробці показань, отриманих з датчика тиску. 
В даному алгоритмі відповідно мінімальне критичне значення 
– Nкрит.мін на рисунку 4.5, а максимальне - Nкрит.макс. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 45 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Алгоритм обробки показань датчика концентрації в повітрі гаща CO2 
представлений на рисунку 4.4. 
 
 
Рисунок 4.5 - Алгоритм обробки показань датчика концентрації CO2 
 
4.6 Розробка алгоритмів програмного забезпечення керуючого 
пристрою 
Робота програмного забезпечення для керуючого пристрою в силу 
специфіки програмування мікроконтролера nRF51822 будується на системі 
переривань. 
При зверненні до технології BLE при роботі з NRF51822, необхідно діяти 
відповідно до створеного розробником SDK, який передбачає певний порядок дій 
для коректної роботи і обміну інформацією між пристроями. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 46 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Необхідно ініціювати стек BLE, менеджер сполучених пристроїв, 
параметри GAP, дані адвертайсінга, сервіси та параметри з'єднання. Далі запустити 
адвертайсінг і встановити режим очікування програмного переривання. 
Режим очікування програмного переривання має на увазі під собою 
нескінченний цикл, під час виконання якого ЦП перебуває в режимі збереження в 
очікуванні переривання, яке може обробити, наприклад, цікавить нас обробка події 
прийому / передачі пакета даних по Bluetooth. 
Крім основної програми, яка визначає принцип роботи nRF51822 з 
технологією BLE, в програму введені сервіси, що відповідають за отримання та 
обробку даних, одержуваних від датчиків, а також сервіс, який відповідає за 
передачу команд на кліматичну установку по протоколу IRDA. 
Загальний алгоритм роботи програми наведено на рисунку 4.6. 
 
Рисунок 4.6 - Алгоритм роботи програмного забезпечення 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 47 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
Роботи сервісів, безпосередньо розроблених для роботи в досліджуваній 
системі клімат-контролю розглянуті в підрозділах. 
 
4.7 Робота з UART і ІК-перетворювачем 
ІК-перетворювач HSDL-7001 з'єднаний з nRf51822 і ІЧ-приймач HSDL-1001 
відповідно до принципової електричної схемою, представленої на кресленні. 
Відповідно до результатів роботи сервісів, що відповідають за обробку 
даних, одержуваних з датчиків, мікроконтролер посилає побайтово команду через 
UART для кліматичної установки в заданому формате. Приклад подібної команди 
і розшифровка позначень представлені нижче 
10100101 tttttt0p ww000000 mmm00000 
Перший байт команди - заголовок. Наступні байти відповідно: 
 tttttt - задана температура: від -64 до 64, де 000000 означає -64; 
 p - 1 - включити установку, 0 - вимкнути; 
 ww - вентилятор (00 - перша швидкість, 01 - друга швидкість, 10 - 
третя швидкість, 11 - авто); 
 mmm - режим роботи установки (000 - охолодження, 001 - осушення, 
010 - нагрів, 011 - вентилятор, 100 - автоматичний). 
Для коректного з'єднання з HSDL-7001 мікроконтролер nRF51822 був 
налаштований на швидкість 38400 бод - змінна baud_rate структури 
app_uart_comm_params_t, представлена в додатку, встановлена в відповідне 
значення: 
UART_BAUDRATE_BAUDRATE_Baud38400. 
Під час подання команди кліматичної установці кожні послідовно кожні 8 
біт посилки передаються за допомогою функції, представленої в додатку : 
uint32_t app_uart_put (uint8_t byte). 
Внутрішній таймер (TIMER_2 в технічних специфікацій на 
мікроконтролер) nRF51822 був налаштований на роботу з періодом 260 мкс, що 
відповідає частоті роботи 38400 символів в секунду.Настройка здійснена в 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 48 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
функції timer_init (), представленої в Додатку  Е. 
 
4.8 Робота з сервісами, такими, що відповідають за обробку даних, 
одержуваних з датчиків 
Принцип роботи сервісів обробки даних кожного датчика схожий за 
винятком особливостей даних, які видаються датчиками. Відповідно  в різних 
сервісах виділено різну кількість біт і використовуються різні константи для 
визначення оптимальних і критичних значень. 
Як приклад роботи сервіс, що відповідають за обробку даних, одержуваних 
з датчиків, наведено лістинг програми обробки даних датчика температури в 
додатку. 
При передачі з боку датчика температури даних ПК, викликається функція 
termperature _update (), якою в якості одного з параметрів передають нове значення, 
отримане від датчика. Алгоритм роботи функції обробки отриманого значення 
зображений на рисунку 4.7. 
Функція записує отримане значення в змінну, яку пізніше передасть в якості 
параметра функції поновлення значення змінної у внутрішньо таблиці nRF51822. 
Після чого змінна порівнюється з глобальними сервісними змінними у 
відповідному порядку, зображеному на рисунку 4.2. У разі, якщо отримане 
значення не входить в заданий діапазон оптимальних температур, викликається 
функція послідовної передачі даних в UART відповідної команди. 
Лістинг коду обробки представлений разом з кодом всього сервісу в 
додатку. 
Обробка критичних значень можлива, але не реалізована, так як в рамках 
виконання ВКР не було поставлено мети реалізувати можливість звукового 
сигналу при досягненні критичних значень. 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 49 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
Рисунок 4.7 - Алгоритм роботи функції обробки вимірювань температури 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 50 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
5 Технологічний розділ 
 
В технологічному розділі дипломного проекту розробляється технологічний 
процес виготовлення плати мікроконтролера пристрою ультразвукового  
вимірювача відстаней.  
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 [26,27]. 
 
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. 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 51 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
4.  Контроль виготовлення плати мікроконтролера. 
 
5.2 Технологічний процес виготовлення плати мікроконтролера 
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 [26,27]. 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 [26,27]. 
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 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 52 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
в зоні розігріву – 150 ºС. Таким чином, вихрові струми, що наводяться в 
металізованій фользі, яка покриває лицьову стороні плати приводять до її розігріву, 
що сприяє плавленню та переходу термопорошку з плівки на плату з подальшим 
вплавленням його в металеву фольгу [26,27]. 
Після закінчення процесу фотодрукування, плату протирають бязевою 
серветкою зі спиртом, сушать та проводять її травлення в травильному розчині 
наступного складу [26,27]: 
 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 [26,27]. 
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-
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 53 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
непридатний». З цією метою використовують електричний мультіметр – для 
простих мікроелементів (резисторів, діодів, конденсаторів тощо) та 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) [26,27]. 
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[26,27]. 
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 
[26,27].  
Після лудіння виводи необхідно охолодити. Поверхня виводів після лудіння 
повинна мати однорідний, глянсовий вигляд без видимих пір, забруднень і 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 54 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
напливів.  
Контроль правильності і якості установки мікроелементів. Контроль 
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 [26,27]. 
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 [26,27]. 
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 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 55 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
наплив припою в місці пайки – припій повинен заливати місце з'єднання виробів 
електронної техніки з усіх боків, заповнювати щілини і зазори між 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[26,27].  
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 [26,27]. 
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 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 56 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
одного боку та був добре видний. 
З‘єднувальні, силові та інформаційні дроти не повинні мати пошкоджень 
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[26,27]. 
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 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 57 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
місце паяння має бути достатньо прогрітим за допомогою паяльника із 
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою.  
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 мікроконтролеру 
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 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 58 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
кожної електричної ділянки і визначає його стан. Плати, які не пройшли перевірку 
монтажу поступають на ділянку ремонту. Годна плата поступає на 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[26,27].  
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 59 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
5.7 Нормування часу монтажних робіт 
Нормування часу монтажних робіт виконують на підставі карт 
технологічних процесів, які визначають порядок виконання операцій, 
використовування приладів, інструментів, матеріалів, а також режимів обробки і 
нормативів часу. Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається 
по формулі [26,27]: 
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 до 
1 3 1,5 4,5 
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 
 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 60 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Продовження таблиці5.1 
Складання і монтаж функціональних вузлів 
Установка на плату контактів, 
6 перемичок, штирів та 4 1,5 6,0 
мікроелементів 
Підготовка виводів 
7 210 0,05 10,5 
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 
 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 61 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
6 Спеціальний розділ 
 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки 
На сьогоднішній день досить часто можна почути обговорення аспектів, 
пов'язаних зі створенням систем автоматики будівель та споруд, об'єднаних у 
єдиний ефективний комплекс, який називають інтелектуальним будинком. З огляду 
на велику кількість використовуваних термінів та понять, ще раз визначимо, що це 
таке. Інтелектуальним будинком називатимемо будинок (будівля), у якому існує 
вільно програмований механізм завдання міжсистемного взаємодії. Іншими 
словами, будівля, в якій ми можемо швидко і з мінімальними трудовитратами 
змінювати реакцію однієї системи на події або процеси, що відбуваються в іншій. 
Сьогодні подібні комплекси управління знаннями в україні створювалися, 
переважно, з міркувань престижу або ж як виправдання виділених грошей. Однак 
у будь-якому нормальному суспільстві з нормальною здоровою економікою на 
чільне місце при виборі системи ставиться економічна доцільність проекту, і його 
окупність, особливо за рахунок ресурсозбереження, за нинішнього зростання цін 
на енергоресурси. Іншими словами, при виборі, яку будівлю створювати - базову 
(звичайну) або інтелектуальну, головним критерієм має бути економічний аспект. 
Темою цієї статті є спроба описати шляхи розрахунку економічної ефективності 
інтелектуальної будівлі. 
Помилка вважатиме, що "базова" будівля є примітивно влаштованою. Якщо 
уважно прочитаєте визначення інтелектуального будинку - там нічого не сказано 
про рівень застосовуваної автоматики всередині систем життєзабезпечення будівлі. 
Якщо бути точним, навіть базова будівля може бути побудована на дорогій, 
ефективній та передовій елементній базі, проте зв'язки між системами або відсутні, 
або реалізовані примітивно та "жорстко", без можливості швидко та ефективно їх 
змінювати. 
Спочатку звернемося до історії інтелектуальних будівель. Як усім відомо, 
компанія Lucent ще на початку 90-х років минулого століття видала працю під 
назвою Intelligent Building, де серед іншого заявила про окупність інтелектуальної 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 62 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
будівлі в термін, що не перевищує три роки. Висновки компанії Lucent були 
засновані на розрахунках витрат на розбудову та перепрофілювання існуючих 
приміщень у великій офісній будівлі. Вони розглянули дві будівлі - базову 
(звичайну) та інтелектуальну - у двох варіантах розвитку подій. Перший варіант - 
незначна зміна потреб користувачів з часом, другий - значна зміна потреб 
користувачів під час експлуатації будівлі. Таким чином, ми маємо чотири випадки, 
відображені на наведеному... 
При розрахунку економічної ефективності виходитимемо з того факту, що 
середньостатистичний співробітник проводить на лікарняному (офіційному або 
неофіційному) 3 тижні на рік (6% часу). Якщо вважати, що саме люди в офісній 
будівлі є виробничою силою, маємо економічний ефект 4% річного прибутку від 
будівлі, якщо вважати, що захворюваність знижується втричі. Реальні цифри 
можуть бути набагато більшими (до 9-ти тижнів хвороби на рік, тобто до 9-ти разів 
або 16% річного прибутку). 
 
 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в лабораторії під час 
розробки системи клімат-контролю 
В даній роботі проводиться розробка системи клімат-контролю. Такі роботи 
проводяться в радіотехнічній лабораторії підприємства. Налагоджування подібних 
систем неможливе без використання сучасних вимірювальних радіоелектронних 
пристроїв на робочому місці наладчика. Тому необхідно створити раціональні та 
безпечні умови праці цього працівника  під час роботи з обладнанням в 
лабораторії.   
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і 
працездатність  співробітника, який працює в лабораторії. За рівнем фізичних 
навантажень дана робота відноситься до категорії I б, оскільки потребує деякого 
фізичного навантаження при роботі з електрифікованим інструментом.  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 63 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Робоче місце співробітника лабораторії є постійним і представляє собою 
стіл (для вільного переміщення інженера за столом встановлено рухоме крісло, яке 
повторює анатомію тіла людини), в лівій і правій частині якого встановлені 
електровимірювальні та інші прилади: осцилограф, мілівольтметр, блок живлення 
та персональний комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремій лабораторії, 
мебльованій столами зі встановленими на них обладнанням, зокрема ПК. Монітори 
комп'ютерів розміщені так, щоб відстань від очей користувача до екрану складала 
не менше 70 cм, кут зору 30о, для мінімізації  впливу випромінювання на зір. 
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4,5 м, довжина – 8 м, висота стелі 
– 3 м, площа приміщення складає 36 м2. Лабораторія розрахована на максимальну 
кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на одну людину, 
дорівнює: 9 м2. Об’єм приміщення складає: 108 м3. Звідси об'єм, який припадає на 
одну людину, дорівнює 27 м3, що відповідає вимогам нормативних документів. 
Лабораторія розташована в північній частині корпусу підприємства, стіни 
мають світле забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 34-36%, колір має матову 
структуру. 
В лабораторії в холодний період року функціонує система централізованого 
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013 «Норми проектування. 
Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря». Для її забезпечення встановлено 
5 сучасних радіаторів, що підтримують температуру повітря в холодний період 
року – 22 - 24 °С. 
Фактори мікроклімату в робочому приміщенні мають дуже важливе 
значення, оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та 
самопочуття  співробітника. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення 
основних факторів мікроклімату наступні[28,29]: 
1. Температури повітря: 
 В теплий період року – 23-25 °С (допустима – 20-28 °С). ; 
 В холодний період року – 22-24 °С  (допустима – 21-25 °С). 
2. Вологість повітря: 
 В теплий період року – 40-60 %; 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 64 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 В холодний період року – 40-60 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
 В теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с) ; 
 В холодний період року –  0,1 м/с (допустима –  менше 0,1 м/с) . 
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно[28,29]:  
1. Температури повітря: 
   В теплий період року – 25-26 °С ; 
   В холодний період року –21-22  °С . 
2. Вологість повітря: 
 В теплий період року – 52-53 %; 
 В холодний період року – 54-57 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
 В теплий період року – 0,06-0,1 м/с; 
 В холодний період року – 0,04-0,12 м/с. 
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним 
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.  
Радіотехнічна лабораторія - це приміщення з однобічним природним 
освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. Природне освітлення 
забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон приміщення однакові і 
становлять 1,3×1,4 м. 
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення проводиться 
за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд зорової праці – II 
в, найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає дуже високому ступеню 
точності зорової праці. Контрастність найменшого об’єкту розрізнення та фонів: 
між текстом на моніторі та фоном, між текстом на аркуші паперу та аркушем, букв 
на клавіатурі, між платою та деталями є середньою. Фактичне значення КПО 
становить 20-25 %, що відповідає вимогам ДБН В.2.5-28-2018[28,29]. 
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному 
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 65 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру 
об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном. 
Лабораторія обладнана двома світильниками ЛСП 02В - 2×40, кожний з 
яких має дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення складає 
195 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці  не відповідає ДБН 
В.2.5-28-2018 тому система загального штучного освітлення потребує модернізації. 
Головним джерелом шуму в приміщенні лабораторії є вентилятор 
охолодження в системному блоці комп’ютера, осцилографа та принтер. 
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» 
нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та 
типу робочого місця складає 50 дБА, а рівень фактичного шуму становить 44-48 
дБА, що відповідає нормативному[28,29]. 
На робочому місці величина напруженості електромагнітного поля не 
перевищує нормативне значення, визначене в НАОП 0.03-3.31-91 «Санітарні норми 
та правила виконання робіт в умовах впливу полів промислової частоти (50 Гц)» та 
НАОП 0.03-3.16-86 «Граничні допустимі рівні впливу полів частот від 0,06 до 300 
МГц» [28,29]. 
Умови праці інженерів - розробників при роботі з обладнанням крім стану 
параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками 
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні, 
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип робочого 
крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951-2015 та в залежності від тривалості 
роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої конструкції, в 
якому легко пересуватися. Ширина столу 0,9 м, усі предмети, що знаходяться на 
ньому розташовані на відстані не більш 75 см від працівника, отже вони 
знаходяться в робочій зоні[28,29]. 
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу. Приміщення 
відноситься до 2 класу приміщень: приміщення з підвищеною небезпекою 
ураження людини електричним струмом (оскільки в приміщенні струмопровідна 
залізобетонна підлога). Обладнання, встановлене в ньому живиться напругою 220 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 66 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
В і споживає потужність менше ніж 2,5 кВт. Деяке обладнання, зокрема 
осцилограф, мілівольтметр, системний блок ПК, має металевий корпус, тому згідно 
ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в лабораторії повинна бути передбачені заходи, щодо 
захисту працівників від ураження електричним струмом[28,29]. 
Під час роботи з електрообладнанням працівник зобов'язаний виконувати 
ряд правил, а саме[28,29]: 
 при раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно 
вимкнути електрообладнання; 
 категорично забороняється ремонтувати електрообладнання, 
вмикати  та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи; 
 категорично забороняється проводити будь-які перемикання на 
головному розподільному щиті; 
 не знімати запобіжні кожухи; 
 у випадку виявлення неполагодженого електрообладнання, 
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу; 
 прилади керування та вимірювальні прилади слід розміщувати таким 
чином, щоб було зручно проводити вимірювання, не перегинаючись через прилади 
та провідники; 
 у   випадку   враження   електричним   струмом   слід   терміново   звіл
ьнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, при 
необхідності викликати лікаря. 
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією 
вибухопожежонебезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016 (горючі та 
важкогорючі рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини, 
здатні горіти тільки при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В 
даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії виникнення 
пожежонебезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної 
безпеки України». План евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. 
Для попередження пожеж в ній використовується електрична пожежна 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 67 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
сигналізація  променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 4 
шт відповідно ДБН В.2.5.56-2014[28,29]. 
Приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5У, який 
закріплений у підставці на стіні поряд з дверима. 
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та 
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань охорони 
праці (НПАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після проведення 
перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка здійснюється 
згідно затвердженого переліку запитань[28,29]. 
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма 
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно 
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж 
проводиться з працівниками та студентами на робочому місці до початку роботи. 
Запис про проведення інструктажу робиться у спеціальному журналі. 
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма працівниками 
та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою - 1 раз у квартал, на інших 
роботах - 1 раз на півріччя. 
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що 
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці інженера-розробника 
є можливість його ураження електричним струмом. Тому необхідно розробити 
заходи захисту працівників від ураження електричним струмом. 
 
Засоби захисту працівників лабораторії від ураження електричним 
струмом 
Для забезпечення захисту від ураження електричним струмом в 
електроустановках повинні застосовуватися технічні способи і засоби захисту.  
Вибір того або іншого способу або засобу захисту (або їх поєднань) в 
конкретній електроустановці і ефективність його застосування залежать від цілого 
ряду чинників, зокрема від[28,29]:  
- номінальної напруги;  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 68 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
- роду, форми і частоти струму електроустановки;  
- способу електропостачання (від стаціонарної мережі, від автономного 
джерела живлення електроенергією);  
- режиму нейтралі джерела трифазного струму (середньої точки джерела 
постійного струму) - ізольована нейтраль, заземлена нейтраль;  
- виду виконання (стаціонарні, пересувні, переносні);  
- умов зовнішнього середовища;  
- схеми можливого включення людини в ланцюг протікання струму (прямий 
однофазний, прямий двофазний дотик; включення під напругу кроку);  
- виду робіт (монтаж, наладка, випробування) і ін.  
Крім того, за принципом дії, всі технічні способи захисту поділяються на:  
- що знижують до допустимих значень напруги дотику і кроку;  
- що обмежують час дії струму на людину;  
- що запобігають прямому дотику до струмопровідних частин.  
Основними технічними засобами захисту є:  
- захисне заземлення;  
- автоматичне відключення живлення (занулення);  
- пристрої захисного відключення.  
Заземлення знижує до безпечної величини напругу відносно землі 
металевих частин електроустановки, які опинилися під напругою при пошкодженні 
ізоляції.  
Захисне заземлення – навмисне електричне з'єднання із землею або її 
еквівалентом неструмопровідних частин електроустановки, які можуть опинитися 
під напругою унаслідок замикання на корпус або з інших причин (індуктивний 
вплив сусідніх струмопровідних частин, винесення потенціалу, розряд блискавки і 
т. ін.). Електричний опір такого з'єднання має бути мінімальним (не більше 4 Ом 
для мереж з напругою до 1000 В і не більше 10 Ом для інших). При цьому корпус 
електроустановки і обслуговуючий її персонал знаходитимуться під рівними, 
близькими до нуля, потенціалами навіть при пробої ізоляції і замиканні фаз на 
корпус[28,29].  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 69 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Призначення захисного заземлення - усунення небезпеки ураження струмом 
у разі дотику до корпусу електроустановки і іншим неструмопровідним металевим 
частинам, що опинилися під напругою унаслідок замикання на корпус і з інших 
причин. 
Розрізнюють два типи заземлення: виносне і контурне.  
Виносне заземлення характеризується тим, що заземлювач (елемент 
заземлюючого пристрою, що безпосередньо контактує із землею) винесений за 
межі майданчика, на якому встановлено устаткування. Такий спосіб 
використовується для заземлення устаткування механічних і складальних цехів. 
Виносне заземлення називають також зосередженим. 
Суттєвий недолік виносного заземлення – віддаленість заземлювача від 
устаткування, що захищається, тому заземлюючі пристрої цього типу 
застосовуються лише при малих струмах замикання на землю, зокрема в 
установках до 1 кВ, де потенціал заземлювача не перевищує значень допустимої 
напруги дотику. 
Перевагою виносного заземлення є можливість вибору місця розміщення 
електродів заземлювача з найменшим опором ґрунту (сирий, глинистий, в низинах 
і т. ін.). 
Необхідність у влаштуванні виносного заземлення може виникнути в 
наступних випадках:  
- при неможливості за яких-небудь причин розмістити заземлювач на 
території, що захищається;  
- при високому опорі землі на даній території (наприклад, піщаний або 
скелястий грунт) і наявності поза цією територією місць із значно кращою 
провідністю землі;  
- при розосередженому розташуванні устаткування (наприклад, в гірських 
виробках), що заземлюється.  
Контурне заземлення складається з декількох з′єднаних заземлювачів, 
розміщених по контуру (периметру) майданчика, на якому знаходиться 
устаткування, що заземлюється, а також усередині цього майданчика. Такий тип 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 70 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
заземлення застосовують в установках вище 1 кВ. Контурне заземлення 
називається також розподіленим. Принцип дії захисного заземлення – зниження до 
безпечних значень напруги дотику і кроку, обумовлених замиканням на корпус та 
іншими причинами. Це досягається шляхом зменшення потенціалу заземленого 
устаткування (зменшенням опору заземлювача), а також шляхом вирівнювання 
потенціалів опори, на якій знаходиться людина, і заземленого устаткування 
(підйомом потенціалу опори, на якій знаходиться людина, до значень, близьких до 
значення потенціалу заземленого устаткування). 
У мережах змінного струму із заземленою нейтраллю напругою до 1 кВ 
захисне заземлення як основний захист від ураження електричним струмом при 
непрямому дотику не застосовується, оскільки воно не ефективне.  
Сфера застосування захисного заземлення:  
- електроустановки напругою до 1 кВ в трифазних трипровідних мережах 
змінного струму з ізольованою нейтраллю (система IT);  
- електроустановки напругою до 1 кВ в однофазних двопровідних мережах 
змінного струму ізольованих від землі;  
- електроустановки напругою до 1 кВ в двопровідних мережах постійного 
струму з ізольованою середньою точкою обмоток джерела струму (система IT);  
- електроустановки в мережах напругою вище 1 кВ змінного і постійного 
струму з будь-яким режимом нейтралі або середньої точки обмоток джерел 
струму.  
Заземлення електроприладів. Металеві корпуси електроустановок і 
приладів обов'язково мають бути заземлені шляхом з'єднання з нульовим дротом 
електромережі. Використання металевих труб і інших деталей водопроводу, 
опалювальній або каналізаційній мережі для заземлення (занулення) заборонено. 
Занулення - навмисне електричне з'єднання з глухо заземленою нейтраллю 
трансформатора в трифазних мережах металевих неструмопровідних частин, які 
можуть опинитися під напругою. В мережах однофазного струму частини 
електроустановки з'єднуються з глухозаземленим виводом джерела струму, а 
мережах постійного струму – із заземленою точкою джерела. При зануленні 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 71 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
нейтраль заземлюється у джерела живлення. Ця система має найбільше 
розповсюдження. Воно вважається за основний засіб забезпечення електробезпеки 
в трифазних мережах із заземленою нейтраллю напругою до 1000 В[28,29]. 
В мережі із зануленням слід розрізняти нульові захисний і робочий 
провідники. Для з'єднання відкритих провідних частин споживача електроенергії з 
глухозаземленою нейтральною точкою джерела використовується нульовий 
захисний провідник. Нульовим захисним провідником називається провідник, що 
сполучає зануляємі частини споживачів (приймачів) електричної енергії із 
заземленою нейтраллю джерела струму. Нульовий робочий провідник 
використовують для живлення струмом електроприймачів і теж сполучають із 
заземленою нейтраллю, але через запобіжник[28,29]. 
Використовувати нульовий робочий дріт як нульовий захисний не можна, 
оскільки при перегоранні запобіжника всі приєднані до нього корпуси можуть 
опинитися під фазною напругою! Занулення необхідно для забезпечення захисту 
від ураження електричним струмом при непрямому дотику за рахунок зниження 
напруги корпусу до землі і швидкого відключення електроустановки від мережі.  
Сфера застосування занулення[28,29]:  
- електроустановки напругою до 1 кВ в трифазних мережах змінного струму 
із заземленою нейтраллю (система TN – S; звичайно це мережі 220/127, 380/220, 
660/380 В);  
- електроустановки напругою до 1 кВ в однофазних мережах змінного 
струму із заземленим виводом;  
- електроустановки напругою до 1 кВ в мережах постійного струму із 
заземленою середньою точкою джерела.  
Принцип дії занулення. При замиканні фазного дроту на занулений корпус 
електроспоживача утворюється ланцюг струму однофазного короткого замикання 
(тобто замикання між фазним і нульовим захисним провідниками). Струм 
однофазного короткого замикання викликає спрацьовування максимального 
струмового захисту, внаслідок чого відбувається відключення пошкодженої 
електроустановки від живлячої мережі. Крім того, до спрацьовування 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 72 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
максимального струмового захисту відбувається зниження напруги пошкодженого 
корпусу щодо землі, що пов'язане із захисною дією повторного заземлення 
нульового захисного провідника і перерозподілом напруги в мережі при протіканні 
струму короткого замикання.  
Тому, занулення забезпечує захист від ураження електричним струмом при 
замиканні на корпус за рахунок обмеження часу проходження струму через тіло 
людини і за рахунок зниження напруги дотику.  
Надійність занулення визначається в основному надійністю нульового 
захисного провідника. У зв'язку з цим потрібна ретельна прокладка нульового 
захисного провідника, щоб унеможливити його обрив. Крім того, в нульовому 
захисному провіднику забороняється ставити вимикачі, запобіжники і інші 
пристрої, здатні порушити його цілісність. При з'єднанні нульових захисних 
провідників між собою повинен забезпечуватися надійний контакт. Приєднання 
нульових захисних провідників до частин електроустановок, що підлягають 
зануленню, здійснюється зваркою або болтовим з'єднанням, причому, значення 
опору між зануляющим болтом і кожною доступною дотику металевою 
неструмопровідною частиною електроустановки, яка може опинитися під 
напругою, не повинно перевищувати 0,1 Ом. Приєднання має бути доступне для 
огляду. Нульові захисні дроти і відкрито прокладені нульові захисні провідники 
повинні мати відмітне забарвлення: по зеленому фону жовті смуги. В процесі 
експлуатації занулення опір петлі «фаза-нуль» може мінятися, отже, необхідно 
періодично контролювати значення цього опору. Вимірювання опору петлі «фаза-
нуль» проводять як після закінчення монтажних робіт, тобто при приймально-
здавальних випробуваннях, так і в процесі експлуатації в терміни, встановлені в 
нормативно технічній документації, а також при проведенні капітальних ремонтів 
і реконструкцій мережі[28,29].  
Розрахунок занулення має на меті визначити умови, при яких воно надійно 
виконує покладені на нього завдання, - швидко відключає пошкоджену установку 
від мережі і в той же час забезпечує безпеку дотику людини до зануленого корпусу 
в аварійний період.  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 73 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Захисним відключенням називається автоматичне відключення 
електроустановок при однофазному дотику до частин, що знаходяться під 
напругою, неприпустимою для людини, і (або) при виникненні в електроустановці 
струму витоку (замикання), що перевищує задані значення.  
Призначення захисного відключення – забезпечення електробезпеки, що 
досягається за рахунок обмеження часу дії небезпечного струму на людину. Захист 
здійснюється спеціальним пристроєм захисного відключення (ПЗВ), який 
забезпечує електробезпеку при дотику людини до струмопровідних частин 
устаткування, дозволяє здійснювати постійний контроль ізоляції, відключає 
установку при замиканні струмопровідних частин на землю. Для захисту людей від 
ураження електричним струмом застосовуються ПЗВ із струмом спрацьовування 
не більше 30 мА.  
Сфера застосування захисного відключення: електроустановки в мережах з 
будь-якою напругою і будь-яким режимом нейтралі. Найбільше поширення 
захисне відключення набуло в електроустановках, використову-ваних в мережах 
напругою до 1 кВ із заземленою або ізольованою нейтраллю[28,29].  
 
Рисунок 6.1 – Схема підключення диференційного автоматичного 
вимикача ВА 47-63 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 74 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
 
Принцип роботи ПЗВ полягає в тому, що він постійно контролює вхідний 
сигнал і порівнює його із заданою величиною. Якщо вхідний сигнал перевищує цю 
величину, то пристрій відключає захищену електроустановку від мережі. Як вхідні 
сигнали пристроїв захисного відключення використовують різні параметри 
електричних мереж, які несуть в собі інформацію про умови ураження людини 
електричним струмом. ПЗВ реагує на «струм витоку» і протягом сотих доль 
секунди відключає електрику, захищаючи людину від ураження електричним 
струмом, воно уловлює щонайменший витік струму і розмикає контакти[28,29]. 
 
Міжнародна класифікація пристроїв захисного вимкнення 
розроблена міжнародною електротехнічною комісією (МЕК) 
RCD residual current protective device – захисний пристрій по 
диференційному струму (загальна назва ПЗВ) 
PRCD portable residual current protective device – переносний 
захисний пристрій по диференційному струму 
PRCD- portable residual current protective device-safety - 
S переносний захисний пристрій по диференційному струму (в 
кабілі подовжувача) 
SRCD Fixed socket outless residual current protective device – 
захисний пристрій по диференційному струму (вмонтований в 
розетку) 
RCCB residual current operated circuit-breakers without integral 
overcurrent protection - захисний пристрій по диференційному 
струму без вбудованого захисту від надструмів 
RCBO residual current operated circuit-breakers with integral 
overcurrent protection – захисний пристрій по диферент-ційному 
струму з вмонтованим захистом від надструмів 
RCM residual current monitor – пристрій контролю 
диференційного струму (струму витікання)  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 75 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Конструктивно ПЗВ бувають двох видів:  
- електронні, залежні від напруги живлення, їх механізм для виконання 
операції відключення потребує енергії, що отримується або від контрольованої 
мережі, або від зовнішнього джерела;  
- електромеханічні, незалежні від напруги живлення, вони дорожче 
електронних ПЗВ, але мають більшу чутливість. Джерелом енергії, необхідної для 
функціонування таких ПЗВ є сам вхідний сигнал – диференціальний струм, на який 
воно реагує.  
 
Всі ПЗВ за вхідним сигналом класифікують на декілька типів:  
- що реагує на напругу корпусу щодо землі;  
- що реагує на диференціальний (залишковий) струм;  
- що реагує на комбінований вхідний сигнал;  
- що реагує на струм замикання на землю;  
- що реагує на оперативний струм (постійний; змінний 50 Гц);  
- що реагує на напругу нульової послідовності.  
Застосування  ПЗВ повинне здійснюватися відповідно до  Правил 
улаштування електроустановок (ПУЕ).  
ПЗВ вибираються за двома параметрами: чутливість (номінальний 
вимикаючий диференційний струм) і номінальний струм. Для захисту людини від 
ураження струмом пропонується ПЗВ ВА 47-63. 
Автоматичні вимикачі ВА 47-63 - сучасне покоління комутаційних апаратів, 
призначені для оперативного управління ділянками електричних ланцюгів, а також 
захисту від перевантажень і коротких замикань в адміністративних, промислових і 
житлових будівлях. Вимикачі виробляються в одно-, двох-, трьох-і 
чотириполюсним виконань. Можливе використання вимикача для оперативного 
вмикання і вимикання мережі. 
1. Наявність запломбованих панелей для захисту від несанкціонованого 
доступу до провідникам. 
2. Автоматична доведення рукоятки управління (ефект підпружнення). 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 76 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
3. Корпус має профільні поглиблення, що сприяє природної вентиляції для 
забезпечення охолодження. 
4. Округлення клеми з насічками для надійного з’єднання з провідниками. 
5. Наявність індикаторного віконця стану контактів. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 6.2 – Диференційний автоматичний вимикач ВА 47-63 
 
 
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 77 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Технічні характеристики ВА 47-63: 
1. Максимальна комутаційна спроможність – 4,5 кА; 
2. Час спрацювання при короткому замиканні – не більше 0,01 сек; 
3. Комутаційна зносостійкість – 20000 циклів; 
4. Механічна зносостійкість – 20000 циклів; 
5. Перетин проводу, що під’єднується – від 1 до 25 мм2 
6. Момент затягування – 2,5 Н⋅м; 
7. Діапазон робочих температур – від -40 до +50 °С; 
8. Кліматичне виконання – УХЛ4; 
9. Ступінь захисту – IP-20. 
 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 78 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата 
 
 
Висновок 
 
В ході виконання роботи були вивчені основні характеристики та 
особливості систем клімат-контролю в рамках систем «розумний дім», 
характеристики мікроконтролера nRF51822, а також ряд різноманітних датчиків, 
їх характеристики і особливості. Були вивчені елементи системи, в рамках якої 
розробляється керуючий пристрій, такі як: датчик температури DS1775, датчик 
вологості HIH6130-021, датчик тиску SPO1000-D11 і датчик концентрація газу 
CO2 в повітрі MH-Z19. 
Були розроблені структура і алгоритми роботи керуючого пристрою 
відповідно до поставлених завдань. Були розроблені принципові електричні 
схеми для елементів системи клімат-контролю, що підключаються до 
мікроконтролерів Nordic Semiconductor nRF51822, і пов'язаних один з одним за 
допомогою технології Bluetooth low energy. Також були розроблені і реалізовані 
алгоритми роботи програмного забезпечення для керуючого пристрою, з 
урахуванням особливостей програмування мікроконтролера nRF51822. Були 
розглянуті питання безпеки життєдіяльності, пов'язані із застосуванням 
керуючого пристрою. Подальша робота над цим пристроєм передбачає розробку 
з'єднання керуючого пристрою з засобом відображення і розробка алгоритмів 
програмного забезпечення зв'язку з засобом звукового оповіщення. 
  
 Лист 
СКРС-83ск.022.413.001ПЗ 79 
Изм. Лист № докум. Подпись Дата