Розробка пристрою дистанційного контролю та обліку даних

Бережний, Сергій Володимирович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9555

Title:	Розробка пристрою дистанційного контролю та обліку даних
Authors:	Воробкало, Тетяна Василівна Бережний, Сергій Володимирович
Keywords:	мікроконтролер;технологія plc;технологія zigbee;інтерфейс rs485;датчики;трансивер CC2520
Issue Date:	2026
Abstract:	Метою кваліфікаціонної роботи є розробка пристрою дистанційного контролю та обліку даних, який забезпечує автоматичний збір, обробку, збереження та передачу інформації про контрольовані параметри. Об’єкт дослідження – процес дистанційного контролю та обліку даних у технічних системах.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9555
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Бережний_Воробкало.pdf Restricted Access		969.32 kB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………………5
1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ ДИСТАНЦІЙНОГО
КОНТРОЛЮ ТА ОБЛІКУ ДАНИХ …………………………………………5
1.1 Огляд сучасних пристроїв дистанційного контролю та обліку даних…8
1.2 Аналіз існуючих каналів передачі даних у системах моніторингу……10
1.2.1 Система передачі даних по силових лініях електропередачі (з
використанням технології передачі даних “Power Line
Communications”)………………………………….……………………..12
1.2.2 Система передачі даних з використанням в якості зв’язку
радіоканалу………………………………………………………………..14
1.2.3 Комбіновані системи передачі даних від лічильників, що
генерують імпульсний код ………………………………………………17
1.3 Порівняльна характеристика дротових і бездротових систем
передачі даних……………………………………………………….……20
1.4 Особливості побудови бездротових мереж для дистанційного
контролю………………………………………………………………….23
1.4.1 Технологія Wi-Fi……………………………………………………26
1.4.2 Технологія GSM/GPRS……………………………………………..27
1.4.3 Технологія LoRa / ZigBee……………………………………….….28
1.5 Особливості побудови бездротових мережі ZigBee для дистанційного
контролю…………………………………………………………………..31
1.5.1 Технологія Zigbee…………………………………………………...33
1.5.2 Профілі Zigbee………………………………………………………34
Висновок до розділу 1…………………………………………………………...36

РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Бережний Розробка пристрою Літ. Арк. Аркушів
Перевір. Воробкало дистанційного контролю та 3 80
Реценз. обліку даних
Н. Контр. Воробкало Пояснювальна записка ЧДТУ
Затверд. Палагін

2 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ…………………………...38
2.1 Призначення та область застосування пристрою…………………….…38
2.2 Основні технічні вимоги до пристрою…………………………………..39
2.3 Формування функціональних вимог до системи………………………..40
3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ………………………...42
3.1 Загальна структура пристрою дистанційного контролю……………….42
3.2 Опис основних функціональних блоків…………………………………43
3.3 Алгоритм роботи пристрою……………………………………………...45
4 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ПРИСТРОЮ……47
4.1 Вибір мікроконтролера…………………………………………………..49
4.2 Вибір датчиків і модулів збору даних…………………………………..51
4.3 Вибір модуля зв’язку…………………………………………………….53
4.4 Вибір схеми живлення пристрою……………………………………….57
5 ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ ПРИСТРОЮ…………………….58
6 Охорона праці……………………………………………………………….....62
6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в приміщенні
інформаційно-технічного відділу…………………………………………...62
6.2 Модернізація системи пожежної сигналізації у відділу………………68
ВИСНОВКИ ……………………………………………………………….…….76
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………………………………78
ДОДАТКИ

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4

ВСТУП

Особливого значення у сучасних умовах розвитку інформаційних
технологій, автоматизації та цифровізації різних сфер діяльності набувають
системи дистанційного контролю та обліку даних. Їх використання дає
можливість оперативно отримувати інформацію про стан певних об’єктів,
контролювати необхідні параметри, зберігати результати вимірювань і
передавати їх на відстань для подальшої обробки та аналізу. Такі системи
значно спрощують процес спостереження за технічними об’єктами,
підвищують точність обліку та зменшують вплив людського фактора.
Застосовуються пристрої дистанційного контролю та обліку даних
сьогодні досить широко в різних галузях. Так, наприклад, в енергетиці вони
використовуються для обліку електроенергії, у комунальній сфері для
контролю споживання води, газу та тепла, у промисловості для
спостереження за роботою обладнання, у сільському господарстві для
контролю умов навколишнього середовища, а також у побутових і охоронних
системах. В приведених випадках важливо забезпечити як своєчасний збір
даних, так і їх правильну передачу та зручність подальшого використання.
Актуальність теми бакалаврської кваліфікаційної роботи полягає в
тому, що традиційні методи контролю та обліку даних у багатьох випадках
уже не відповідають сучасним вимогам. Ручний збір інформації є
трудомістким, потребує значних затрат часу та не завжди забезпечує
достатню точність. Крім того, у деяких ситуаціях постійна присутність
людини біля об’єкта контролю є неможливою, незручною або економічно
недоцільною. Саме тому виникає потреба в розробці пристроїв, які здатні
автоматично контролювати параметри, вести їх облік і передавати результати
дистанційно.
На сьогодні існує велика кількість технологій, що можуть бути
використані для дистанційного передавання даних. Це дротові та бездротові
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5

інтерфейси, серед яких найбільш поширеними є Wi-Fi, GSM/GPRS, Bluetooth,
ZigBee, LoRa та інші. Приведені технології мають свої особливості, переваги
та недоліки, тому вибір конкретного рішення залежить від умов
застосування, необхідної дальності передавання інформації, швидкості
обміну, енергоспоживання а також економічної доцільності. У зв’язку з цим
перед початком розробки пристрою необхідно провести аналіз існуючих
рішень і визначити найбільш доцільний варіант побудови пристрою.
У процесі виконання даної кваліфікаційної роботи узагальнюються та
застосовуються знання з електроніки, схемотехніки, мікропроцесорної
техніки, автоматизації, передачі даних і проєктування технічних систем. Це
дозволяє на практиці реалізувати комплексний підхід до створення сучасного
електронного пристрою, який може використовуватися для вирішення
реальних завдань контролю та обліку інформації.
Метою бакалаврської кваліфікаційної роботи є розробка пристрою
дистанційного контролю та обліку даних, який забезпечує автоматичний збір,
обробку, збереження та передачу інформації про контрольовані параметри.
Необхідно вирішити наступні завдання для досягнення поставленої
мети:
- провести аналіз існуючих систем дистанційного контролю та обліку
даних;
- розглянути сучасні технології передачі інформації та обґрунтувати їх
вибір;
- сформувати технічне завдання на розробку пристрою;
- розробити структурну схему пристрою;
- виконати розробку принципової електричної схеми;
- обрати основні електронні компоненти пристрою;
- провести розрахунок та аналіз основних параметрів системи;
- оцінити точність, надійність і ефективність роботи розробленого
пристрою;
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6

- розглянути питання охорони праці та безпеки під час розробки й
експлуатації пристрою.
Об’єктом дослідження є процес дистанційного контролю та обліку
даних у технічних системах.
Предметом дослідження є методи, технічні засоби та принципи
побудови пристрою дистанційного контролю та обліку даних.
Для досягнення мети роботи застосовуються такі методи дослідження:
аналіз існуючих технічних рішень в науково-технічній літературі та
порівняння сучасних технологій передавання даних, методи схемотехнічного
проєктування, технічні розрахунки та аналіз характеристик основних
елементів пристрою.
Практичне значення одержаних результатів буде в тому, що
розроблений пристрій може бути використаний як основа для побудови
систем моніторингу й обліку різних параметрів у побуті, комунальному
господарстві, на підприємствах, у навчальних лабораторіях та інших сферах.
Вцілому, результати роботи можуть бути також використані для подальшого
вдосконалення подібних пристроїв і систем автоматизованого контролю.
Під час розробки пристрою важливо забезпечити не лише його
працездатність, а й достатню точність вимірювань, стабільність передавання
даних та зручність експлуатації. Не менш важливими є доступність
елементної бази, простота реалізації та можливість подальшого розширення
функцій пристрою. Саме ці характеристики визначають перспективність
практичного використання розробленого технічного рішення.
Тема бакалаврської кваліфікаційної роботи є актуальною, так як
відповідає сучасним потребам автоматизації, цифрового контролю та обліку
даних. Розробка пристрою дистанційного контролю та обліку даних має не
тільки теоретичне, а й також практичне значення, так як дозволяє створити
ефективний технічний засіб для отримання, обробки та передавання
інформації в різних умовах застосування.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7

1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ ДИСТАНЦІЙНОГО
КОНТРОЛЮ ТА ОБЛІКУ ДАНИХ

У сучасних умовах цифровізації підприємств, установ та технічних
об’єктів особливої актуальності набувають системи дистанційного контролю
та обліку даних[4,6,7,13]. Їх використання дає змогу забезпечити
безперервний моніторинг параметрів роботи обладнання, оперативне
збирання, передавання та оброблення інформації, а також підвищити
точність обліку й ефективність прийняття управлінських рішень. Такі
системи широко застосовуються в енергетиці, промисловості, комунальному
господарстві, транспорті та інших сферах, де важливими є надійність,
швидкість отримання даних і можливість віддаленого доступу до них.
У цьому розділі буде проведено аналіз існуючих систем дистанційного
контролю та обліку даних, розглянуто їх основні принципи побудови,
функціональні можливості, переваги та недоліки. Особлива увага
приділяється сучасним технологіям передавання даних, засобам
автоматизації процесів контролю, а також проблемам, що виникають під час
впровадження та експлуатації таких систем. Результати аналізу стануть
основою для обґрунтування вибору підходів і технічних рішень у подальшій
розробці кваліфікаційної роботи.

1.1 Огляд сучасних пристроїв дистанційного контролю та обліку
даних.
Сучасні пристрої дистанційного контролю та обліку даних є важливою
складовою автоматизованих інформаційно-вимірювальних систем. Їх
призначення полягає у збиранні, передаванні, обробленні та збереженні
інформації про стан об’єктів контролю без безпосередньої присутності
оператора на місці. Такі пристрої забезпечують підвищення точності
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 8

вимірювань, оперативність отримання даних, зменшення впливу людського
фактора та спрощення процесу управління технічними системами.
До сучасних пристроїв дистанційного контролю належать різноманітні
датчики, контролери, модулі збору даних, реєстратори, лічильники з
цифровими інтерфейсами, а також спеціалізовані телеметричні пристрої.
Датчики виконують функцію первинного перетворення фізичних величин,
таких як температура, тиск, вологість, рівень рідини, струм, напруга чи
витрата ресурсів, у електричний сигнал. Отримані дані надходять до
контролерів або мікропроцесорних пристроїв, які здійснюють їх оброблення
та передавання до центральної системи.
Одним із найбільш поширених типів пристроїв є програмовані логічні
контролери та мікроконтролерні модулі[14]. Вони застосовуються для
автоматичного збору інформації, виконання логічної обробки сигналів,
формування команд керування та організації зв’язку між окремими
елементами системи. Такі пристрої відзначаються гнучкістю налаштування,
надійністю роботи та можливістю інтеграції з різними каналами зв’язку.
Для організації дистанційного обліку широко використовуються
електронні лічильники електроенергії, води, газу та тепла, які оснащуються
інтерфейсами RS-485, Ethernet, GSM, Wi-Fi, LoRa або NB-IoT. Це дає змогу
передавати інформацію на сервер або до диспетчерського пункту в
автоматичному режимі. У результаті користувач або оператор отримує
можливість контролювати параметри системи в реальному часі, аналізувати
накопичені дані та своєчасно виявляти відхилення від нормального режиму
роботи.
Важливу роль у таких системах відіграють модулі бездротового зв’язку
та пристрої телеметрії. Їх використання особливо доцільне на віддалених
об’єктах, де прокладання кабельних мереж є складним або економічно
недоцільним. Бездротові технології забезпечують мобільність, швидке
розгортання системи та зручність масштабування, проте потребують
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9

врахування питань енергоспоживання, стабільності зв’язку та захисту
переданих даних[21,25,28].
Сучасні пристрої дистанційного контролю та обліку даних також
підтримують функції локального збереження інформації, архівації подій,
автоматичного сповіщення про аварійні ситуації та інтеграції з хмарними
сервісами. Це розширює можливості систем моніторингу та дозволяє не лише
фіксувати поточні параметри, а й здійснювати прогнозування, статистичний
аналіз і формування звітів.
Таким чином, сучасні пристрої дистанційного контролю та обліку
даних є основою ефективного функціонування автоматизованих систем
моніторингу. Їх розвиток пов’язаний із впровадженням цифрових технологій,
підвищенням рівня автоматизації та переходом до інтелектуальних систем
керування, що забезпечують більш високу точність, надійність і зручність
експлуатації.

1.2 Аналіз існуючих каналів передачі даних у системах моніторингу.
Ефективність функціонування систем дистанційного контролю та
обліку даних значною мірою залежить від обраної технології передавання
інформації. Саме канали зв’язку забезпечують своєчасну доставку даних від
пристроїв збору інформації до серверів, диспетчерських пунктів або хмарних
платформ. Від їх надійності, швидкодії та захищеності залежить точність
моніторингу, оперативність реагування на зміни стану об’єкта та можливість
централізованого керування системою.
У сучасних системах застосовуються як дротові, так і бездротові
технології зв’язку. До дротових належать інтерфейси RS-232, RS-485,
Modbus, Ethernet та інші промислові протоколи обміну даними[16,23]. Їх
основними перевагами є висока стабільність передавання, завадостійкість і
порівняно низька ймовірність втрати даних. Такі технології широко
використовуються на промислових підприємствах, у локальних мережах
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 10

автоматизації та в системах, де важливими є безперервність роботи й
точність обміну інформацією.
Разом із дротовими рішеннями значного поширення набули бездротові
технології. До них належать GSM, GPRS, 3G, 4G, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa,
ZigBee та NB-IoT. Їх застосування дозволяє організувати дистанційний
контроль на об’єктах, де прокладання кабельної інфраструктури є складним,
дорогим або технічно неможливим. Бездротові мережі особливо ефективні
для моніторингу віддалених об’єктів, мобільних систем, комунальних мереж
та інтелектуальних лічильників.
Однією з найпоширеніших технологій у системах обліку є GSM-
зв’язок, який забезпечує передавання даних через мобільні мережі оператора.
Його перевагою є велика зона покриття та можливість роботи на значних
відстанях. Водночас використання стільникового зв’язку пов’язане із
залежністю від якості покриття мережі, витратами на послуги зв’язку та
можливими затримками передавання інформації.
Для локальних систем моніторингу часто застосовується Wi-Fi, який
дає змогу передавати дані з високою швидкістю в межах обмеженої
території. Ця технологія зручна для інтеграції пристроїв у корпоративні або
домашні мережі, однак має обмеження щодо дальності дії та чутливості до
перешкод. Для систем із низьким енергоспоживанням дедалі частіше
використовуються LoRa та NB-IoT, які дозволяють передавати дані на великі
відстані при мінімальних витратах енергії, що є важливим для автономних
вимірювальних вузлів.
Окрему роль у роботі систем дистанційного контролю відіграють
протоколи обміну даними. Вони визначають правила передавання, структуру
пакетів, методи адресації пристроїв і способи перевірки цілісності
інформації. Серед найбільш поширених протоколів можна виділити Modbus,
MQTT, HTTP, TCP/IP та інші[11]. Їх вибір залежить від типу обладнання,
масштабу системи, вимог до швидкодії та рівня сумісності між пристроями.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11

Важливим аспектом під час вибору технології передавання є також
інформаційна безпека. Оскільки системи дистанційного контролю часто
працюють із критично важливими даними, необхідно забезпечувати захист
каналів зв’язку від несанкціонованого доступу, підміни інформації та втрати
даних. Для цього використовуються методи шифрування, автентифікації
пристроїв, резервування каналів зв’язку та постійний контроль цілісності
переданих даних[5,15].
Таким чином, технології передавання даних є однією з ключових
складових систем дистанційного контролю та обліку. Від правильного
вибору способу зв’язку залежить надійність, економічність, швидкодія та
безпека всієї системи. Сучасний розвиток цифрових мереж сприяє
розширенню можливостей моніторингу та створює умови для впровадження
більш гнучких і масштабованих рішень.
Розглянемо декілька прикладів передачі даних, наприклад із
лічильників газу по різних каналах зв’язку.
1.2.1 Система передачі даних по силових лініях електропередачі
(використанням технології передачі даних “Power Line Communications”).
Як відомо, сучасний будинок, для забезпечення комфортного
проживання в ньому, є сукупністю необхідних інженерних систем, Дані
системи призначені для керування електроживленням, опаленням,
телефонією, пожежною сигналізацію, комп'ютерною мережею тощо.
Потрібно також здійснювати облік та заощадженням всіх видів
енергоресурсів, водопостачання. Це неможливо без забезпечення
інтегрованого комплексу систем передачі інформації та керування
обладнанням.
Для кожної системи використовуються окремі кабельні мережі при
створенні “інтелектуального будинку” за типовою технологією. В свою чергу
технологія PLC (Power Line Communications - телекомунікації по лініях
електропередачі) передбачає керування та контроль всіма системами по
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 12

одній загальній мережі[7,13]. Це дозволяє як зекономити кабелі так і досягти
значного спрощення при проектуванні, а також при монтажу вирішується
зміни в розвитку мережі. Зміна функцій та необхідне розширення системи
досягаються додаванням, простою перестановкою, або ж
перепрограмуванням компонентів системи. Тому технологія PLC дає
можливість дистанційного моніторингу всіх характеристик і параметрів
споживання газу, електроенергії, тепла, води, а також оплати за них.
На рис. 1.1 по технології PLC показано варіант організації мережі, яка
побудована за шинною топологією.

Рисунок 1.1 - Організації мережі по технології PLC для збору даних з
комунальних лічильників газу.
На приведеному рис. 1.1 використовуються модеми 1,2…N, які
призначені для організації на основі технології PLC локальної Ethernet
мережі.
Технологія Power Line Communication (PLC) - телекомунікаційна
технологія, яка використовує силові електромережі для високошвидкісного
інформаційного обміну[23,25]. Базою технології PLC є частотний поділ
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13

сигналу. При цьому розбивається високошвидкісний потік даних на декілька
відносно низькошвидкісних потоків. В свою чергу кожний з цих потоків буде
передаватися на окремій несучій частоті. В подальшому ці потоки
об'єднуються в один сигнал. Як ніяка інша технологія PLC в свою чергу
дозволяє реалізувати концепцію “інтелектуального будинку” з досить
максимальною ефективністю (якість та набір послуг при невеликій вартості).
Технологія Power Line Communication (PLC) є технологією достатньо
дуже цікавою й перспективною. До основних її переваг потрібно віднести
досить висока швидкість передачі даних до 14 Мб/с та відсутність
необхідності в прокладанні нової кабельної інфраструктури
(використовуються прокладені електромережі) . Але прицьому при цьому не
повинні змінюватися якісні показники побутової електромережі, яка
викоритовується. А так як технолгія PLC є дуже гнучка, тому її можна
адаптувати практично до будь-якої мережі шляхом певних доробок. Як
відомо, за умови наявності пристроїв для високошвидкісної передачі даних з
використанням високовольтних ліній електропередачі (ЛЕП), бачимо, що
отримується достатньо цілосностна транспортна інфраструктура, що буде
мати доступ практично в будь-який куточок планети. Таким чином, розвиток
даної технології в подальшому, дозволить досить суттєво змінити ситуацію
також на ринку телекомунікаційних послуг.
Потрібно відмітити, що основним недолікои такої технології є досить
низька завадостійкість: так увімкнення чи вимкнення побутових приладів, а
також робота галогенних ламп та ін., які вносять мікросекунді завади,
приводять до появи різкого збільшення коефіцієнта загасання на певних
частотах. Передавання по електромережі даних також вносить завади в ефір,
а це буде заважати роботі інших служб зв’язку. Потрібно також відмітити
відкритість мережі, а це в свою чергу дає змогу несанкціонованого доступу
до даних, що передаються.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14

Дані, що приходять з газових лічильників та зберегаються в пам’яті
сервера реєстрації, потрібно знімати за розкладом (наприклад раз на місяць).
Це здійснює газовий інспектор шляхом підключення ПК або через ІЧ-порт
або USB. В подальшому дані передаються в центр обліку газу, для того щоб
занести їх в базу даних та відно виставити рахунки користувачам газу.
1.2.2 Система передачі даних з використанням в якості зв’язку
радіоканалу. На даний час Україні ще не знайшли широкого застосування
дані системи та не розробляються практично вітчизняним виробником
радіоелектроніки.
Розглянемо один із прикладів використання в галузі систем
дистанційного обліку та контролю енергоресурсів безпровідний
телеметричний комплекс “Радіо Імпульс”. Знайшов даний комплекс досить
широке застосування в багатоквартирних будинках.
До складових компонентів комплексу входять такі технічні й
програмні компоненти:
- радіозчитувач USB-433 ( USB - приймач);
- автономні лічильники-реєстратори “Імпульс”;
- програмне забезпечення (ПО) “Імпульс-РДІ 433”.
- переносний комп'ютер (notebook);
Призначений автономний лічильник - реєстратор “Імпульс” (АЛР)
для підрахунку кількості імпульсів. Дані імпульси надходять із
вимірювальних пристроїв (лічильників газу, електроенергії, холодної та
гарячої води то що), що мають телеметричні імпульсні виходии. В
подальшому здійснюється передача даних значення за допомогою
бездротового каналу зв’язку на USВ приймач, що працює віддалено.
В свою чергу має АЛР “Імпульс” досить широку інтеграцію з
лічильниками різних фірм і відповідно може підключатися до будь-якого
телеметричного імпульсного виходу лічильників газу, води, електроенергії та
інших приладів, що мають імпульсно-числові перетворювачі фізичних
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 15

величин.
Підключається радіоприймач USB-433 до USВ-порту в переносному
комп'ютері(ноутбуці), де встановлено програмним забезпечення «Імпульс-
РДІ» та використається для збору за допомогою радіоканалу даних від
віддалених лічильників-реєстраторів.
Один із варіантів структурної схеми комплексу зображений на рис.1.2

Рисунок 1.2 –Структурна схема комплексу.
Розглянемо короткий опис особливостей процесу обміну
інформацією.
Як відомо, у кожного пристрію, що передає й приймає інформацію з
радіоканалу (АЛР і USВ приймач) є власний номер (МАС адрес), який є є
унікальним і тому не може бути змінений. Використовується МАС адреса з
для ідентифікації пристроїв у процесі роботи (обміну даними).
При обміні інформацією з USВ приймачем алгоритм роботи АСР
буде наступний. В заплановий наперед час АЛР передає пакет даних, який
буде адресований конкретному приймачу. Відповідно в пам'ять кожного
АЛР повинна бути записана поточна адреса радіозчитувача (МАС адреса
приймача - МАС АП). Тому при кожному сеансі обміну АЛР може
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 16

передавати дані тільки конкретному приймачу (радіозчитувачу). Якщо
виникає необхідність заміни адреси, то новий МАС АП за допомогою
спеціальної процедури може бути записаний в АЛР. Здійснюється це
відповідним програмним забезпеченням.
Виконується запис МАС АП дистанційно по радіоканалу, тому не
вимагається безпосереднього підключення до АЛР.
1.2.3 Комбіновані системи передачі даних від лічильників, що
генерують імпульсний код. Наведемо приклад використання комбінованої
системи, що дозволяє одержувати оперативно інформацію як про витрати,
так і вести статистику споживання енерго- та водоресурсів. Застосовується
дана система при вимірюваннях та контролю витрат води та енергоресурсів
як у житлових будинках так і в інших спорудах.
Представимо повний комплект системи, який складається із:
- лічильника з вбудованим передавачем;
- концентратора.
- ретранслятора;
Розглянемо функції, що виконуються кожним модулем окремо:
Лічильник – призначений для обліку певних енергоресурсів
(електроенергія,газ, холодна й гаряча вода), що постачаються мешканцям
квартир. Він дозволяє передаватии як доюові так і місячні показники втрат
енергоресурсів мешканців квартир.
Ретранслятор – приймає та зберігає з лічильників, та в подальшому
передає дані на концентратор.
Концентратор – приймає дані з ретрансляторів да здійснює подальше
їх опрацювання для наступної передачі даних через радіо модемам або через
“Internet”.
Проведемо опис функціонування системи.
Так як кожний лічильник є автономний, тому повинен містити,
джерело живлення (акумулятор), контролер та передавач даних. Відповідно
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17

кожному лічильнику повинен привласнюватися свій індивідуальний
ідентифікаційний номер. Даний номер надається заводом-виготовлювачем та
повинен бути занесений в пам'ять контролера. Електронний лічильник
повинен автоматично фіксувати та зберігати в енергонезалежній FLASH
пам’яті показники лічильника. Активізується він періодично, встановлює
зв'язок з ретранслятором та по радіоканалу передає всі дані, що були
накопичені із часу останнього сеансу зв'язку. З лічильників дані передаються
кожні 24 години, щоб передати як добові чи місячні показання лічильників.
Зберігатися може накопичена лічильниками інформація в пам'яті контролера
не менш 1 року.
З лічильників всі передані дані приймаються ретрансляторами. Так як
ретранслятор є основним проміжним модулем, тому всі дані про
енергоресурси мешканців необхідно зберігати в енергонезалежній FLASH
пам'яті, яка повинна бути набагато більшого об’єму, ніж у лічильників. Крім
того в ретрансляторі передбачене автономне джерело живлення, яке
призначене на випадок зникнення напруги в силовій мережі, щоб
забезпечити безперервне функціювання.
При надходженні запиту концентратор здійснює зчитування по
радіоканалу всі накопичені дані, що зберережені в ретрансляторі. В
подальшому інформацію можна передати як по телефонній лінії (за
допомогою “Internet”), так і з використанням кабельного модему чии або
радіомодему, як на персональний комп'ютер чи на ноутбук оператора.
Встановлене програмне забезпечення цілодобово дозволяє як спостерігати
всі зміни показань лічильників, так і проводити самодіагностику для аналізу
аварійних станів. Це дозволяє визначити, який модуль системи вийшов із
ладу, а також запобігти несанкціонованому впливу на систему. Також
реалізований контроль у лічильниках за наявністю зовнішнього магнітного
поля, так як воно може блокувати роботу лічильника. Про кожну із цих
проблем довідається оператор та внесе певні корективи.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 18

Один з варіантів побудови комплексу з комбіновано передачею даних
предсавлени на рис.1.3.

Рисунок 1.3 –Побудова системи з комбінованою передачею даних від
лічильників.
Пунктирною лінією на рисунку показаний зв'язок, якщо
використовується телефонна лінія. Антени, які розтшовані на даху будинків,
в свою чергу дають можливість радіозв’язку із застосуванням радіомодема.
Запропонована система є досить динамічна, тому може бути
сконфігурована залежно від виду промислового чии житлового масиву
будинків і споруджень:
- район багатоповерхових котеджів;
- район багатоповерхової забудови;
- окремо вартий багатоповерховий будинок.
Розглянемо технічні характеристики даної системи.
- Режими роботи: симплексний (при передачі від лічильників до
ретранслятора) та напівдуплексний (при передачі інформації між
ретранслятором і концентратором);
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19

- Робоча частота 868,35 МГц;
- Потужність випромінювання для передавача лічильника
становить 10 дБм;
- Потужності випромінювання передавачів ретранслятора й
концентратора становлять 20 дБм.
- Дальність зв'язку в умовах прямої видимості між ретранслятором
і концентратором становлять 700 метрів. Дальність залежить від рельєфу
місцевості, місця розташування ретранслятора й концентратора.
- Дальність зв'язку в умовах прямої видимості від лічильника до
ретранслятора становить 100 метрів. У приміщенні дальність залежить від
матеріалу перекриттів і стін може досягати 50 метрів.
- Час безперервної роботи ретранслятора, від автономного джерела
живлення, становить 24 години.
- Швидкість обміну даними між модулями системи становить 9600
бод/с.

1.3 Порівняльна характеристика дротових і бездротових систем
передачі даних.
У системах дистанційного контролю та обліку даних важливе
значення має вибір способу передавання інформації між вимірювальними
пристроями, контролерами та центральним вузлом оброблення. Найбільш
поширеними є дротові та бездротові системи передачі даних, кожна з яких
має свої переваги особливості, та обмеження. Правильний вибір типу
системи залежить від умов експлуатації, вимог до швидкодії, надійності,
вартості впровадження та можливості подальшого розширення.
Дротові системи передачі даних базуються на використанні фізичних
каналів зв’язку, таких як мідний кабель, вита пара, коаксіальний кабель або
оптоволокно[7]. До їх основних переваг належать висока стабільність роботи,
низький рівень впливу зовнішніх перешкод, висока швидкість передавання
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 20

даних і надійність з’єднання. Такі системи широко застосовуються на
промислових об’єктах, у локальних мережах підприємств, у виробничих
цехах та в тих випадках, коли необхідно забезпечити безперервний і точний
обмін інформацією. Крім того, дротові канали часто є більш захищеними від
несанкціонованого доступу, оскільки фізичне підключення до мережі є
складнішим, ніж доступ до бездротового середовища.
Разом із цим дротові системи мають і певні недоліки. Їх встановлення
зазвичай потребує прокладання кабельної інфраструктури, що збільшує
витрати на монтаж, особливо на великих або територіально розподілених
об’єктах. Також дротові мережі менш гнучкі в разі зміни конфігурації
системи, перенесення обладнання або розширення кількості вузлів. У
складних умовах експлуатації кабельні лінії можуть піддаватися механічним
пошкодженням, що ускладнює обслуговування та ремонт.
Бездротові системи передачі даних використовують радіоканали для
обміну інформацією між пристроями. До таких технологій належать Wi-Fi,
Bluetooth, GSM, LoRa, ZigBee, NB-IoT та інші. Основною перевагою
бездротових систем є відсутність необхідності прокладання кабелів, що
значно спрощує монтаж та дозволяє швидко розгорнути систему на новому
об’єкті. Це особливо важливо для віддалених, мобільних або важкодоступних
об’єктів, де використання дротових каналів є технічно складним або
економічно недоцільним. Бездротові системи також є більш зручними для
масштабування.
Недоліками бездротових систем є залежність від рівня сигналу, вплив
зовнішніх електромагнітних перешкод, можливі затримки передавання даних
та підвищені вимоги до захисту інформації. Якість зв’язку в таких системах
може знижуватися через велику відстань між пристроями, наявність
перешкод у вигляді стін або металевих конструкцій, а також через
нестабільну роботу мереж операторів мобільного зв’язку. Окрім цього,
бездротові системи часто потребують додаткових заходів кіберзахисту,
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 21

оскільки передавання даних через відкритий простір підвищує ризик
перехоплення або несанкціонованого доступу.
Порівнюючи дротові та бездротові системи передачі даних, можна
зазначити, що дротові рішення переважають за показниками стабільності,
завадостійкості, швидкодії та безпеки фізичного каналу. У той же час
бездротові системи мають перевагу за показниками мобільності, простоти
встановлення, гнучкості конфігурації та можливості використання на
великих або територіально розосереджених об’єктах.
Таблиця 1.1 – Порівняльна характеристика дротових і бездротових
систем передачі даних
Критерій порівняння Дротові системи Бездротові системи
Середовище
Кабельні лінії зв’язку Радіоканали
передавання даних
Швидкість передавання Залежить від технології
Висока
даних та умов зв’язку
Нижча через можливі
Висока, стабільне
Надійність роботи перешкоди та втрати
з’єднання
сигналу
Середня або нижча,
Стійкість до завад Висока
залежно від середовища
Нижча при відсутності
Вища через
Вартість монтажу потреби в кабельній
прокладання кабелів
мережі
Менш зручне Швидке та просте
Простота встановлення
встановлення розгортання
Мобільність системи Низька Висока
Обмежена, потребує Вища, легше
Масштабованість
нових ліній зв’язку підключати нові вузли
Складніше при Простіше, але залежить
Обслуговування
пошкодженні кабелів від стану мережі
Вища завдяки Потребує додаткового
Безпека передачі даних
фізичному каналу захисту даних
Обмежується довжиною Може бути значною
Дальність передавання
кабелю залежно від технології
Промислові об’єкти, Віддалені об’єкти,
Сфера застосування локальні мережі, мобільні системи, IoT-
стаціонарні системи рішення

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22

У сучасних умовах часто застосовуються комбіновані рішення, що
поєднують переваги обох підходів. Наприклад, всередині об’єкта може
використовуватися дротова мережа для забезпечення стабільного зв’язку між
основними елементами системи, а для передавання даних на віддалений
сервер або до хмарної платформи — бездротовий канал. Такий підхід
дозволяє підвищити загальну ефективність системи, забезпечити її гнучкість
і зменшити витрати на впровадження.
Таким чином, дротові й бездротові системи передачі даних мають
власні переваги та недоліки, які визначають сферу їх доцільного
застосування. Дротові системи є більш надійними та стабільними, тоді як
бездротові забезпечують більшу мобільність і простоту розгортання. У межах
сучасних систем дистанційного контролю та обліку доцільно обирати той тип
передачі даних, який найбільш повно відповідає умовам експлуатації,
вимогам до швидкодії, надійності та економічної ефективності.
Вибір між приведеними вище системами повинен здійснюватися з
урахуванням конкретних умов використання та технічних вимог до системи.

1.4 Особливості побудови бездротових мереж для дистанційного
контролю.
Бездротові мережі відіграють важливу роль у побудові сучасних систем
дистанційного контролю, оскільки забезпечують передавання даних без
використання кабельної інфраструктури. Їх застосування особливо доцільне
на об’єктах, де прокладання дротових ліній є складним, дорогим або технічно
неможливим. До таких об’єктів належать великі виробничі території,
віддалені пункти обліку, мобільні технічні системи, сільськогосподарські
об’єкти, а також системи моніторингу, розташовані у важкодоступних
місцях. Завдяки використанню бездротових технологій забезпечується
гнучкість розгортання мережі, спрощується монтаж обладнання та
зменшуються витрати на впровадження.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23

Однією з основних особливостей побудови бездротових мереж для
дистанційного контролю є вибір відповідної технології зв’язку. Залежно від
умов експлуатації та вимог до системи можуть використовуватися Wi-Fi,
GSM, LoRa, ZigBee, Bluetooth, NB-IoT та інші стандарти бездротового
передавання даних. Кожна з цих технологій має власні характеристики щодо
дальності зв’язку, швидкості передавання, енергоспоживання, стійкості до
завад та вартості реалізації. Саме тому під час проєктування бездротової
мережі необхідно враховувати не лише технічні параметри обладнання, а й
особливості середовища, в якому працюватиме система.
Важливим аспектом є топологія мережі, тобто спосіб взаємозв’язку між
окремими вузлами системи. У бездротових мережах для дистанційного
контролю можуть застосовуватися топології типу «зірка», «дерево»,
«комірчаста мережа» або комбіновані структури. Найпростішою є топологія
«зірка», у якій усі кінцеві пристрої передають інформацію до центрального
вузла або шлюзу. Такий підхід є зручним для реалізації та обслуговування,
однак у разі відмови центрального вузла можливе порушення роботи всієї
системи. Комірчасті мережі забезпечують вищу гнучкість і надійність,
оскільки дані можуть передаватися через проміжні вузли, однак їх
налаштування та адміністрування є складнішими.
Під час побудови бездротових мереж особливу увагу слід приділяти
дальності передавання сигналу та впливу зовнішніх факторів. На якість
зв’язку можуть впливати відстань між пристроями, наявність перешкод у
вигляді стін, металевих конструкцій, електромагнітних завад, а також погодні
умови у разі зовнішнього розміщення обладнання. Через це на етапі
проєктування необхідно визначати оптимальне розташування вузлів мережі,
враховувати зони покриття та за потреби використовувати ретранслятори,
підсилювачі сигналу або проміжні точки доступу.
Ще однією важливою особливістю є енергоспоживання мережевих
пристроїв. У багатьох системах дистанційного контролю кінцеві вузли
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 24

працюють автономно від акумуляторів або батарей, тому вибір бездротової
технології має враховувати можливість тривалої роботи без частого
технічного обслуговування. Саме з цієї причини для систем моніторингу все
частіше використовуються енергоефективні технології, зокрема LoRa та NB-
IoT, які дозволяють передавати невеликі обсяги даних на значні відстані при
мінімальному споживанні енергії.
Таким чином, побудова бездротових мереж для дистанційного
контролю має низку особливостей, пов’язаних із вибором технології зв’язку,
топології мережі, забезпеченням дальності передавання, енергоефективності,
надійності та інформаційної безпеки. Урахування цих факторів дозволяє
створити ефективну систему моніторингу, здатну забезпечити стабільне
функціонування в реальних умовах експлуатації та відповідати сучасним
вимогам до автоматизованих систем контролю.
Бездротові мережі є важливою складовою сучасних систем
дистанційного контролю, оскільки забезпечують передавання даних між
пристроями без використання кабельної інфраструктури. Їх застосування є
особливо доцільним на територіально розподілених об’єктах, у
важкодоступних місцях, а також у випадках, коли прокладання дротових
ліній є економічно невигідним або технічно складним. Використання
бездротових технологій дозволяє значно спростити монтаж системи,
підвищити її гнучкість та забезпечити можливість швидкого масштабування.
Під час побудови бездротових мереж для дистанційного контролю
необхідно враховувати низку факторів, серед яких найбільш важливими є
дальність передавання сигналу, пропускна здатність каналу,
енергоспоживання обладнання, надійність зв’язку, стійкість до перешкод і
рівень захисту переданих даних. Крім того, істотне значення мають умови
експлуатації системи, зокрема наявність будівельних конструкцій, металевих
перешкод, джерел електромагнітних завад, а також потреба в автономній
роботі вузлів мережі.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 25

У системах дистанційного контролю найчастіше застосовуються
наступні технології бездротового зв’язку: Wi-Fi, GSM/GPRS, LoRa та ZigBee.
Кожна з них має власні технічні особливості, переваги та обмеження, тому
вибір конкретної технології повинен здійснюватися з урахуванням вимог до
системи, кількості підключених пристроїв, умов передавання даних та
необхідної дальності зв’язку.
1.4.1 Технологія Wi-Fi
Технологія Wi-Fi є однією з бездротових технологій, що досить
розповсюджена передавання даних у локальних мережах[2,7,13,16]. Її
використання у системах дистанційного контролю зумовлене високою
швидкістю обміну інформацією, широкою доступністю мережевого
обладнання та зручністю інтеграції з комп’ютерами, серверами,
мікроконтролерами й мобільними пристроями. Wi-Fi доцільно застосовувати
в тих системах, де контрольовані об’єкти розташовані в межах будівлі,
підприємства або іншої обмеженої території з уже наявною мережевою
інфраструктурою.

Рисунок 1.4 – Структурна схема побудови мережі дистанційного
контролю на базі Wi-Fi.
Основною перевагою Wi-Fi є швидке передавання значних обсягів
даних, а це важливо для систем, у яких необхідно передавати не лише
числові значення датчиків, а й графічну інформацію, журнали подій або
результати аналітичної обробки. Крім того, дана технологія дозволяє легко
підключати нові вузли до мережі, змінювати конфігурацію системи та
організовувати взаємодію між великою кількістю пристроїв.
Разом із перевагами технологія Wi-Fi має і певні недоліки. Насамперед
її робота залежить від зони покриття точки доступу та наявності перешкод
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 26

між передавачем і приймачем. Будівельні конструкції, металеві поверхні та
інші джерела електромагнітних завад можуть суттєво знижувати якість
сигналу. Ще одним недоліком є порівняно високе енергоспоживання, що
обмежує використання Wi-Fi у системах з автономним живленням. Саме
тому дана технологія найбільш ефективна для стаціонарних об’єктів із
постійним джерелом живлення та порівняно невеликою територією покриття.
1.4.2 Технологія GSM/GPRS
Технологія GSM/GPRS широко використовується в системах
дистанційного контролю для передавання даних через мережі мобільного
зв’язку[7,13,25]. Її головною перевагою є можливість організації зв’язку на
значних відстанях без необхідності побудови власної телекомунікаційної
інфраструктури. Завдяки цьому GSM/GPRS є ефективним рішенням для
контролю віддалених об’єктів, таких як вузли обліку енергоресурсів, насосні
станції, метеорологічні пости, транспортні засоби та інші територіально
розосереджені системи.

Рисунок 1.5 – Структурна схема побудови мережі дистанційного
контролю на базі GSM/GPRS.
У системах дистанційного контролю технологія GSM/GPRS зазвичай
використовується для передавання даних від локального контролера або
модуля збору інформації до центрального сервера чи диспетчерського
пункту. Передавання даних може здійснюватися через мобільний інтернет,
SMS-повідомлення або інші сервіси мобільного зв’язку. Це дозволяє
забезпечити постійний зв’язок із віддаленим об’єктом та отримувати
інформацію в режимі реального часу або через задані часові інтервали.
До переваг GSM/GPRS належать велика зона покриття, незалежність
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 27

від локальної мережевої інфраструктури та відносна простота реалізації. У
той же час дана технологія має низку обмежень. Якість зв’язку залежить від
наявності стабільного покриття мобільного оператора, а швидкість
передавання даних є нижчою порівняно з локальними бездротовими
мережами. Крім того, використання GSM/GPRS пов’язане з витратами на
послуги мобільного зв’язку, а також із потребою забезпечення належного
рівня захисту інформації, що передається через публічні мережі.
Таким чином, технологія GSM/GPRS є доцільною для систем
дистанційного контролю, які потребують зв’язку на великих відстанях та
функціонують поза межами локальних мереж. Вона забезпечує достатню
гнучкість і доступність, хоча поступається деяким іншим технологіям за
швидкістю передавання даних та енергоефективністю.
1.4.3 Технологія LoRa / ZigBee.
Технології LoRa та ZigBee належать до бездротових рішень, що
орієнтовані на передавання невеликих обсягів даних із низьким
енергоспоживанням. Вони широко застосовуються у системах дистанційного
контролю, де важливими є тривала автономна робота пристроїв, можливість
побудови масштабованої мережі та передавання інформації від великої
кількості сенсорних вузлів[4,21,28].
Технологія LoRa характеризується великою дальністю передавання
даних та малим споживанням енергії, що робить її зручною для використання
на відкритих територіях, у сільському господарстві, комунальних системах,
екологічному моніторингу та інших розподілених мережах. Основною
перевагою LoRa є можливість передавання даних на значні відстані при
порівняно невеликих енерговитратах. Однак швидкість передавання в цій
технології є невисокою, тому вона найбільше підходить для систем, у яких
передаються короткі інформаційні пакети з періодичними вимірюваннями.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28

Рисунок 1.6 – Структурна схема побудови мережі дистанційного
контролю на базі LoRa.
Технологія ZigBee, у свою чергу, призначена для побудови
енергоефективних бездротових мереж малої та середньої дальності. Її
важливою особливістю є підтримка мережевих топологій типу «зірка»,
«дерево» та «комірчаста мережа», що дозволяє створювати гнучкі системи з
великою кількістю вузлів. ZigBee доцільно використовувати в межах
будівель, виробничих приміщень, систем автоматизації будинків та
локальних мереж моніторингу, де пристрої мають обмінюватися невеликими
обсягами інформації з високою енергоефективністю.

Рисунок 1.7 – Структурна схема побудови мережі дистанційного
контролю на базі ZigBee.
Порівнюючи LoRa та ZigBee, можна зазначити, що LoRa переважає за
дальністю передавання та краще підходить для зв’язку між віддаленими
об’єктами, тоді як ZigBee є більш придатною для побудови локальних мереж
із багатьма взаємопов’язаними вузлами. Вибір між цими технологіями
залежить від масштабу системи, умов експлуатації, способу розміщення
обладнання та вимог до автономності роботи мережевих пристроїв.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29

Таким чином, технології LoRa та ZigBee є ефективними засобами
побудови бездротових мереж для дистанційного контролю в тих випадках,
коли першочерговими є низьке енергоспоживання, гнучкість мережі та
можливість роботи з великою кількістю сенсорів. Їх застосування дозволяє
створювати сучасні системи моніторингу, здатні працювати в автономному
режимі протягом тривалого часу.
Таблиця 1.2 – Порівняльна характеристика технологій Wi-Fi,
GSM/GPRS, LoRa та ZigBee
Критерій Wi-Fi GSM/GPRS LoRa ZigBee
Тип мережі Локальна Стільникова LPWAN PAN / Mesh
бездротова мережа мережа
Дальність зв’язку Десятки метрів Кілометри (зона До кількох 10–100 м між
покриття кілометрів і вузлами
оператора) більше
Швидкість Висока Середня / низька Низька Низька /
передавання середня
Енергоспоживання Відносно високе Середнє Дуже низьке Низьке
Кількість вузлів Середня Обмежується Велика Велика
мережею
оператора
Необхідність Потрібна точка Потрібна Потрібен шлюз Потрібен
інфраструктури доступу мережа LoRa координатор /
оператора маршрутизато
р
Основні переваги Висока швидкість, Велика зона Велика дальність Підтримка
простота інтеграції покриття і мале mesh-мереж,
енергоспожи- енергоефектив
вання ність
Основні недоліки Мала дальність, Залежність від Невисока Обмежена
високе покриття та швидкість дальність
енергоспоживання тарифів
Типові сфери Будівлі, офіси, Віддалені Сільське Розумний
застосування локальні системи об’єкти, господарство, будинок,
транспорт, комунальні локальний
телеметрія мережі, IoT моніторинг,
сенсорні
мережі

Отже, вибір конкретної бездротової технології для дистанційного
контролю залежить від необхідної дальності зв’язку, обсягу та швидкості
передавання даних, енергоспоживання вузлів мережі, а також умов
експлуатації системи. В табл.1.2 приведена порівняльна характеристика
безпровідних мереж.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30

1.5 Особливості побудови бездротових мереж на базі технології Zigbee.
Сьогодні надзвичайно актуальне впровадження сучасних бездротових
технологій у мережах промислової автоматики при збиранні інформаціії з
віддалених об'єктів. Уже давно назріла необхідність у надійних бездротових
розподілених системах керування технологічним процесом.
Важливим завданням комплексної автоматизації промисловості є
організація обміну інформацією в масштабах підприємства й за його межами
на основі єдиної, стандартної, масштабованої й високопродуктивної мережі.
Надії в розв'язку завдань передачі й обробки таких потоків покладають
як на високошвидкісні провідні Ethernet-Мережі, так і на бездротові мережі –
Wireless Ethernet.
При виборі бездротової сенсорної технології для мереж промислового
застосування необхідно також ураховувати:
- можливість використання автономних джерел електроживлення
великої ємності;
- інтенсивність обміну даними на польовому рівні;
- топологію побудови радіомережі.
Потрібно як забезпечити надмірність зв'язків, так і можливість
самоорганізації мережі. Це в свою чергу підвищить надійність радіомережі, а
також спростить запровадження в дію кінцевих об'єктів (бездротових
датчиків і виконавчих механізмів).
Ідея відмови від проводів виглядає дуже привабливо. Попутно можуть
бути вирішені проблеми, пов'язані із заміною частини проводки вже
впроваджених промислових мереж. Справа в тому, що провідні кабелі й
вузли в свою чергу можуть повільно руйнуватися, наприклад, під впливом
хімічного впливу. Їхня повторна прокладка дуже трудомістка й вимагає
більших фінансових витрат.
Для низькошвидкістних персональних мереж з малим
енергоспоживанням стандарт розроблено IEEE 802.15.4 LR PAN (Low rate
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31

personal area Network). Цей стандарт описує канальний і фізичний рівні, для
зі швидкістю обміну даними до 250 Кбіт/с іта топології побудови
радіомережі "зірка", mesh, " точка-точка", Викориистовується він для
побудови більшості бездротових сенсорних мереж, що здійснюють
пересилання даних. Цей стандарт може бути використовується у мережах
промислової автоматики, так як польові шини АСУ ТП, є
низькошвидкістними.
Бездротові сенсорні технології, які використовують IEEE 802.15.4,
відносяться до стандартів Zigbee загального призначенняWireless Hart (це
продукт компанії Hart Communication Foundation) промислового
призначення, а також закриті платформи Eaton PSR фірми Eaton Corporation
промислового й офісного призначення й Embernet фірми Ember
промислового використання. Ці дві крайні технології є запатентовані й
закриті й рішення, тому не отримали досить широкого поширення.
Стандарт IEEE 802.15.4 (Zigbee) призначений для мереж із низькою
швидкістю передавання даних. Можливість роботи мережі на кожному з 16
виділених каналів виключає інтерференцію сигналів між сусідніми
системами, а використання 16- бітної адресації допускає побудову мережі
практично будь-якої складності з будь-яким необхідним числом модулів.
Швидкість передачі дорівнює лише 250 Кбіт/с досягається лише в діапазоні
2,4 ГГц (16 каналів зі смугою 5 МГц і можливістю одночасної роботи на всіх
каналах).
Специфікація Zigbee розроблена для створення дешевих бездротових
мереж з низьким енергоспоживанням використовуваних для передачі
невеликих обсягів даних[4,21,28]. Областями застосування таких мереж є:
1. Автоматизація комерційних будинків, де технологія Zigbee
використовується для зв'язку датчиків вологості,температури, освітлення,
вентиляції і т.д.
2. Системи промислового контролю, автоматизація виробничих
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 32

процесів.
3. Домашня автоматизація системи “Розумний Будинок”.
1.5.1 Технологія мережі Zigbee. Специфікація Zigbee визначає
структуру стека Zigbee V1.0, містить, механізми самолікування та
самоформування мережі, опис мережевого рівня, а також інтерфейси, які
описуються додатком користувача. У версії Zigbee V1.0 можуть бути
реалізовані топології “кластерне дерево” і “гніздо”. Топології представлено
на рис. 1.8. Як видно з малюнка повідомлення може передаватися від одного
пристрою до іншого через проміжні маршрутизатори - роутери.

Рисунок 1.8 - Топології мережі Zigbee
Роль роутера може виконувати будь-який закінчений пристрій Zigbee,
у програмі якого реалізовані функції виконання маршрутизації повідомлень.
Також з роутерами зв'язані функції авторизації доступу нового пристрою в
мережу. Якщо який-небудь пристрій після включення не має прапорів про
наявність реєстрації у своїй пам'яті, він спробує знайти мережу шляхом
пасивного, а потім і активного сканування. При позитивному результаті
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 33

сканування (знайдений роутер або координатор у зоні дії пристрою)
починається активний обмін пакетами з метою ідентифікації й визначення
повноважень нового пристрою в мережі. Після цього на координаторові
мережі й сусідніх роутерах створюються ідентифікаційні записи.
Описаний алгоритм є частиною технології самоформування й
самолікування мережі. У випадку випадання роутера з мережі включається
пошук альтернативних маршрутів (топологія mesh) передачі повідомлення,
що підвищує відмовостійкість системи. Обов'язковою умовою для роботи
механізмів самоформування й самолікування мережі є наявність пристрою
виконуючого функції координатора. Координатор – це повнофункціональний
Zigbee пристрій, у пам'яті якого зберігається основна частина інформації про
мережу і її учасниках. Координатор діє як доглядач мережі, ухвалює рішення
щодо допуску нових учасників і розсилає повідомлення “beacon” для
загальносітьової синхронізації.
Третій тип функцій у мережі Zigbee виконують кінцеві пристрої.
Кінцеві пристрої організують інтерфейс між периферійним устаткування
(лічильники, сенсори й т.д) і мережею Zigbee. Оскільки до одного кінцевого
пристрою мережі Zigbee може бути підключено безліч об'єктів, у
специфікації передбачена додаткова 8-бітна адресація споживачів інформації.
Для ідентифікації виділяється 240 адрес із урахуванням зарезервованих.
Тому при передачі повідомлення сторона, що передає, указує мережеву
адресу кінцевого пристрою й адресу об'єкта, підключеного до нього.
1.5.2 Профілі Zigbee. В структуру стека Zigbee/802.15.4 входять
програмна й апаратна частини. У програмній частині реалізований код, що
написаний по специфікації Zigbee, у другій частині – механізми MAC і PHY
рівнів, що втримуються в стандарті 802.15.4.Скомпільовано код у такому
виді, що з доданими функціями керування інтерфейсами називають профіль.
Виробники компонентів мережі Zigbee, як правило, поставляють
кілька готових профілів. Так, наприклад, профіль Homelightcontroll керує
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 34

режимами освітленням в будинку, відповідно передає сигнал ВКЛ/ВИКЛ від
вимикачів до лампочок. Для створення мереж, які мають складну топологію
і мають більшу кількістю периферійних пристроїв, такі запроновані
стандартні профілі не завжди є універсальними. Для рішення таких завдань
розробникам потрібно створювати власні користувацькі профілі.
Виконується ця процедура з використанням програмного продукту
Profilebuilder, з використанням API постачальника стека Zigbee. Створений
новий профіль завантажується в Zigbee пристрій, який в в свою чергу,
залежно від типу профілю, стає або координатором, або роутером або
кінцевим пристроєм.
В удосконаленому блоці (рис. 1.9 та рис 1.10) кількість спроб
передачі становить 4. На додаток до цього трансивер дозволяє варіювати
потужність передавача, збільшуючи її з кожною спробою. Це дозволяє
додатково заощаджувати енергію батареї в пульті передавача при передачі
інформації на близькі відстані (десятки метрів).

Рисунок 1.9. - Зовнішній вигляд приймача MK324-Zigbee/802.15.4

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 35

Рисунок 1.10 - Зовнішній вигляд передавача MK324-Zigbee/802.15.4
Модуль MK324 може працювати в декількох режимах роботи. Один з
них – режим тригера. Нижче наведена блок-схема, що описує, як у даному
режимі працює передавач MK324-Zigbee/802.15.4, яка наочно відбиває
переваги двостороннього зв'язку.
Висновок до розділу 1.
У першому розділі даної кваліфікаційної роботи було проведено
аналіз існуючих систем дистанційного контролю та обліку даних, сучасних
пристроїв для збору й передавання інформації, а також розглянуто основні
технології зв’язку, що застосовуються в таких системах. Встановлено, що для
побудови ефективної системи дистанційного контролю важливе значення
мають надійність передавання даних, енергоефективність, можливість
масштабування та сумісність апаратних і програмних засобів.
У результаті аналізу дротових і бездротових систем передачі даних
визначено, що для розроблюваної системи особливий інтерес становить
технологія ZigBee. Дана технологія вона забезпечує низьке
енергоспоживання, підтримує роботу великої кількості вузлів у мережі та
дозволяє будувати гнучкі топології, зокрема типу «зірка», «дерево» та
«комірчаста мережа». Завдяки цим властивостям ZigBee є доцільною для
використання в системах дистанційного контролю, де необхідно організувати
стабільний обмін невеликими обсягами даних між сенсорними вузлами та
центральним пристроєм керування.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 36

Особливу увагу в розділі приділено обґрунтуванню вибору елементної
бази. Як основний керуючий елемент системи доцільно використати
мікроконтролер AT91SAM7S64, який має достатню обчислювальну
продуктивність, необхідний набір периферійних інтерфейсів та можливості
для підключення зовнішніх модулів зв’язку. Застосування цієї мікросхеми
дозволяє реалізувати збір, первинне оброблення, збереження та передавання
даних у межах єдиної апаратної платформи, що є важливим для побудови
функціонально завершеної системи дистанційного контролю.
Поєднання мікроконтролера AT91SAM7S64 з бездротовою
технологією ZigBee створює основу для побудови компактної,
енергоефективної та масштабованої системи, здатної забезпечити надійний
обмін даними між елементами мережі. Такий підхід дозволяє зменшити
складність монтажу, спростити розширення системи та підвищити
ефективність її експлуатації в реальних умовах.
Таким чином, проведений у першому розділі аналіз підтвердив
доцільність використання мікроконтролера AT91SAM7S64 як центрального
елемента системи та технології ZigBee як основного засобу бездротового
передавання даних. Отримані результати є підґрунтям для подальшого
проєктування структурної схеми, вибору периферійних модулів і
розроблення практичної реалізації системи дистанційного контролю та
обліку даних.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 37

2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

В даній кваліфікаційній роботі необхідно розробити пристрій
дистанційного контролю та обліку даних (газу, води, температури, тиску,
вологості та ін.).
Розроблення пристрою дистанційного контролю та обліку даних
потребує чіткого визначення його призначення, умов використання,
технічних параметрів і функціональних можливостей. Саме технічне
завдання є основою для подальшого проєктування апаратної та програмної
частин системи, вибору елементної бази, засобів зв’язку та структурної
організації пристрою. У межах цього розділу обґрунтовуються основні
вимоги до розроблюваного пристрою, визначаються його функції та
встановлюються підходи до побудови загальної структури.

2.1 Призначення та область застосування пристрою.
Розроблюваний пристрій призначений для автоматизованого збору,
первинного оброблення, збереження та бездротового передавання даних про
стан контрольованого об’єкту.
Його основною функцією є отримання інформації від підключених
датчиків, формування цифрових даних для подальшої обробки та передача
результатів до центрального координатора або диспетчерського вузла
мережі. Застосування такого пристрою дозволяє організувати безперервний
контроль технічних параметрів без необхідності постійної присутності
обслуговуючого персоналу[1,6].
Областю застосування пристрою можуть бути системи промислового
моніторингу, комунального обліку, диспетчеризації інженерних мереж,
автоматизованого спостереження за станом обладнання, а також локальні
бездротові мережі збору даних у межах виробничих приміщень, складів,
адміністративних будівель або технологічних майданчиків. Пристрій може
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38

використовуватися для контролю температури, напруги, струму, вологості,
рівня, стану виконавчих механізмів та інших параметрів залежно від
встановлених датчиків.
Особливістю пристрою є орієнтація на роботу в складі бездротової
мережі на базі ZigBee, що дозволяє забезпечити обмін даними між кількома
вузлами системи при невеликому енергоспоживанні. Це робить його
придатним для побудови розподілених систем контролю, у яких важливими є
автономність, компактність та можливість подальшого розширення
мережі[18,23].

2.2 Основні технічні вимоги до пристрою.
До розроблюваного пристрою висувається низка технічних вимог, які
забезпечують його ефективну та надійну роботу в системі дистанційного
контролю та обліку даних.
Пристрій повинен забезпечувати підключення датчиків аналогового та
цифрового типу, що дає змогу використовувати його для контролю різних
фізичних величин. Як основу апаратної реалізації доцільно використати
мікроконтролер AT91SAM7S64, а для організації бездротового обміну
даними — технологію ZigBee, що забезпечує енергоефективність, надійність
локального зв’язку та можливість побудови масштабованої мережі сенсорних
вузлів.
Це передбачає підключення відповідного радіомодуля до
мікроконтролера та підтримку стабільного зв’язку з координатором мережі
або іншими вузлами. При цьому система повинна забезпечувати достатню
дальність зв’язку в межах робочої зони та мати стійкість до типових
перешкод.
Пристрій повинен працювати в режимі періодичного або подієвого
надсилання даних. Це означає, що передавання інформації може
здійснюватися через задані проміжки часу або у випадку зміни
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39

контрольованого параметра, перевищення порогового значення чи
виникнення аварійної ситуації. Це дозволиить підвищити як ефективність
роботи системи так і зменшити енергоспоживання.
Важливою вимогою є забезпечення надійного електроживлення,
стабільної роботи мікроконтролера та радіомодуля, а також захисту входів
пристрою від можливих перевантажень і перешкод. Крім того, пристрій
повинен мати достатню швидкодію для своєчасного опитування датчиків,
оброблення отриманих даних і формування пакетів для передачі мережею.
Також до технічних вимог слід віднести компактність конструкції,
можливість подальшого розширення функціоналу, сумісність із
периферійними модулями та можливість програмної модифікації алгоритмів
роботи без зміни апаратної основи.

2.3 Формування функціональних вимог до пристрою.
До розроблюваного пристрою висувається низка технічних вимог, які
забезпечують його ефективну та надійну роботу в системі дистанційного
контролю та обліку даних.
Пристрій повинен забезпечувати підключення датчиків аналогового та
цифрового типу, що дає змогу використовувати його для контролю різних
фізичних величин. Для цього доцільно застосувати мікроконтролер
AT91SAM7S64, який має достатню кількість ліній введення-виведення,
вбудований аналого-цифровий перетворювач, таймери та інтерфейси обміну
даними.
Однією з основних вимог є забезпечення бездротового передавання
даних із використанням технології ZigBee. Це передбачає підключення
відповідного радіомодуля до мікроконтролера та підтримку стабільного
зв’язку з координатором мережі або іншими вузлами. При цьому система
повинна забезпечувати достатню дальність зв’язку в межах робочої зони та
мати стійкість до типових перешкод.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 40

Пристрій повинен працювати в режимі періодичного або подієвого
надсилання даних. Це означає, що передавання інформації може
здійснюватися через задані проміжки часу або у випадку зміни
контрольованого параметра, перевищення порогового значення чи
виникнення аварійної ситуації.
Важливою вимогою є забезпечення надійного електроживлення,
стабільної роботи мікроконтролера та радіомодуля, а також захисту входів
пристрою від можливих перевантажень і перешкод. Крім того, пристрій
повинен мати достатню швидкодію для своєчасного опитування датчиків,
оброблення отриманих даних і формування пакетів для передачі мережею.
Даний пристрій повинен мати наступні параметри:
- прийом інформації від газового лічильника з лінії стандарту RS485;
- прийом інформації з віддалених датчиків, що розташовані на
відстані до 2км;
- передача інформації з швидкістю до 250кБс;
- використання частотних діапазонів що не ліцензуються;
- дальність передачі інформації до 250 м.
Також до технічних вимог слід віднести компактність конструкції,
можливість подальшого розширення функціоналу, сумісність із
периферійними модулями та можливість програмної модифікації алгоритмів
роботи без зміни апаратної основи.
Дана система повинна використовувати прийомопередавачі стандарту
IEEE 802.15.4 (Zigbee), що повністю задовольняє вимогам технічного
завдання як і по швидкості і дальності пердачі інформації, так і в
використанні вільного від ліцензування діапазону частот.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 41

3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТОЮ

3.1 Загальна структура пристрою дистанційного контролю та обліку
даних.
Структура пристрою повинна відповідати поставленим технічним і
функціональним вимогам, забезпечуючи надійну взаємодію між усіма
основними вузлами системи. Для реалізації поставленого завдання доцільно
використати модульну структуру, яка включає вузол збору сигналів,
мікроконтролерний блок оброблення, модуль бездротового зв’язку, блок
живлення та, за потреби, вузол індикації або локального керування[17,18].
Центральним елементом структури обрано мікроконтролер
AT91SAM7S64, оскільки він забезпечує виконання основних логічних і
обчислювальних операцій, опитування датчиків, керування периферією та
обмін даними з модулем зв’язку. Наявність вбудованих периферійних засобів
дає змогу зменшити кількість зовнішніх мікросхем, спростити друковану
плату та підвищити загальну надійність пристрою.
Блок збору сигналів призначений для приймання інформації від
датчиків та узгодження рівнів сигналів із входами мікроконтролера. За
необхідності в його складі можуть використовуватися підсилювачі, дільники
напруги, фільтри, захисні елементи та інші компоненти, що забезпечують
коректну роботу вимірювального каналу.
Для передавання даних у складі структури передбачається
використання бездротового модуля ZigBee, який взаємодіє з
мікроконтролером через послідовний або інший стандартний інтерфейс.
Такий підхід дозволяє розділити функції оброблення даних і радіообміну, що
спрощує побудову системи, її налагодження та можливу модернізацію в
майбутньому[20,23].
Блок живлення повинен забезпечувати стабілізовану напругу для
мікроконтролера, радіомодуля та допоміжних вузлів. Його наявність є
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 42

обов’язковою умовою для надійної роботи системи, оскільки нестабільне
живлення може призвести до помилок оброблення даних, втрати зв’язку або
збоїв програми керування[22].
Обрана структура є раціональною, оскільки вона поєднує
функціональну завершеність, простоту реалізації, можливість масштабування
та відповідність вимогам до енергоефективної системи дистанційного
контролю. Крім того, вона дозволяє у подальших розділах детально
розробити структурну, функціональну та принципову схеми пристрою, а
також обґрунтувати вибір конкретних компонентів і програмних рішень.
Для реалізації вимог закладених в ТЗ структурна схема системи
дистанційного контролю та обліку газу повинна містити мікропроцесор,
індикатор режимів роботи, інтерфейс RS485, ZigBee-трансивер, підсилювач
потужності та блок живлення.
Враховуючи вищевикладені вимоги структурну схему системи
дистанційного контролю та обліку газу можливо представити у вигляді,
наведеному на рис. 3.1.

3.2 Опис основних функціональних блоків.
Основу даної схеми становить мікропроцесор AT91SAM7S64. Він
повинен містити керуючу програму і на нього приходять сигнали з інших
блоків пристрою. В якості мікропроцесора вибрано мікросхему виробництва
фірми Atmel, що містить досить продуктивне ядро з 16/32 бітною
архітектурою ARM7. За останні декілька років мікросхеми з 16/32 бітною
архітектурою потісниили мікроконтролери з 8-бітною архітектурою, і дають
набагато більше різноманітних можливостей від написання програми на
мікроконтролер на мові високого рівня до розгалуженого набору
периферійних пристроїв та інтерфейсів вбудованих в мікропроцесор.
Одночасно з цим програма написана для одного з процесорів дуже швидко
переноситься на інший в межах одного сімейства ядра мікропроцесора.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 43

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 44
ZigBee-трансивер Підсилювач потужності
Індикатор режимів
роботи
МП
КЕРУВАННЯ
Оптоелектроний
розв'язок
Лінія
Інтерфейс
+5В RS485 RS485
Блок живлення
+3.3В

Рисунок3.1 - Структурна схема приистрою дистанційного контролю та обліку даних

ZigBee-трансивер надає розширену апаратну підтримку для обробки пакетів,
буферизації даних, шифрування й аутентифікації даних, оцінки рівня
зашумленості каналу, індикації рівня радіосигналу й часової інформації про
пакети. Ці можливості зменшують навантаження на керуючий
мікроконтролер.
Індикатор режимів роботи показує режими роботи пристрою.
Підсилювач потужності проводить узгодження вихідного каскаду
ZigBee-трансивера з антенним пристроєм, підсилює вихідний і вхідний
сигнали, забезпечує цифрове керування коефіцієнтами підсилення.
Оптоелектричний розв’язок забезпечує розв’язок між основною
частиною пристрою та інтерфейсом RS485.
Інтерфейс RS485 містить необхідні елементи для фізичного спряження
з лінією.
Блок живлення забезпечує необхідні напруги для правильного
функціонування пристрою.
Розглянута вище структурна схема повністю виконує необхідні вимоги
викладенні в завданні до системи дистанційного контролю та обліку газу.

3.3 Алгоритм роботи пристрою.
Алгоритм роботи пристрою полягає у прийомі, обробці та передачі
даних через бездротову мережу ZigBee та інтерфейс RS485. Структурна
схема пристрою наведена на рисунку 3.1. Після подачі живлення блок
живлення формує стабілізовані напруги +5 В та +3.3 В для всіх вузлів
пристрою. Мікропроцесорний блок керування (МП) ініціалізує роботу
системи та контролює всі модулі пристрою[3,10,20,26].
Дані через інтерфейс RS485 надходять із зовнішньої лінії зв’язку до
пристрою. Оптоелектронний розв’язок забезпечує гальванічну ізоляцію між
інтерфейсом RS485 та мікропроцесором для захисту від перешкод і
перенапруг.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 45

Мікропроцесор обробляє отримані дані та передає їх до ZigBee-
трансивера. ZigBee-трансивер виконує формування та передачу бездротового
сигналу[28].
Підсилювач потужності підсилює сигнал ZigBee для збільшення
дальності зв’язку[14].
Індикатор режимів роботи відображає поточний стан пристрою
(живлення, передача даних, помилки, режим роботи).
При отриманні даних у зворотному напрямку процес виконується
аналогічно: сигнал приймається ZigBee-трансивером, обробляється
мікропроцесором та передається через RS485.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 46

4 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ПРИСТРОЮ

У даному розділі виконано розробку електричної принципової схеми
пристрою бездротової передачі даних на основі технології ZigBee та
інтерфейсу RS485. Розглянуто вибір основних компонентів системи, зокрема
мікроконтролера, модулів збору та передачі даних, а також засобів живлення
й захисту.
Електрична принципова схема відображає взаємозв’язок між усіма
функціональними вузлами пристрою та забезпечує реалізацію процесів
обробки, передачі й прийому інформації. Особлива увага приділена
надійності роботи системи, енергоефективності та стійкості до зовнішніх
перешкод.
Схема електрична принципова побудована на мікроконтролері А1
виробництва фірми Atmel AT91SAM7S64, що містить досить продуктивне
ядро з 16/32 бітною архітектурою ARM7 для забезпечення роботи пристрою.
На елементах Z2, C29, C30 – побудована схема кварцового генератора
для тактування мікроконтролера.
Індикатор режимів побудований на мікросхемі HL1 - LTL-546A.
Підсилювач потужності побудований на мікросхемі DA1 - CC2591.
ZigBee-трансивер побудований на мікросхемі DD1 - CC2520.
Оптоелектричний розв’язок побудований на мікросхемі DD2 -
ADUM1301.
Інтерфейс RS485 побудований на мікросхемі DD3 - MAX3088.
Блок живлення побудований на мікросхемах DA2 - 7805, DA3 -
LD1117, DA4 - P6CU-0505E.
Схема електричної принципової системи дистанційного контролю та
обліку даних наведена на рис. 4.1.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 47

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 48
L1
C17
Z1
C1 C18 1 48 46
PA0/PGMEN0/PWM0/TIOA0 GND
2 47 CPU 49
GND PA1/PGMEN1/PWM1/TOIB0 TDO
3 44 50
L2 PA2/PGMEN2/PWM2/SCK0 AT91 JTAGSEL
4 43 51
PA3/TWD/NPCS3 SAM7S TMS
C2 5 36 53
PA4/PGMNCMD/TWCK/TCLK0 TCK
6 6435 33
PA5/PGMRDY/RXD0/NPCS3 TDI
13 01 13 7 34 39
XOSC32M_Q1 SO PA6/PGMNOE/TXD0/PCKO NRST
12 02 14 8 32 40
XOSC32M_Q2 SI PA7/PMNMVALIDRTS0/PWM3 TST
C3 CC2520 03 16 9 31
SC PA8/PGMM0/CTS0/ADTRG
11 02 19 28 15 10 30 03
ANT RF RF_N RF_N SCLK PA9/PGMM1/DRXD/NPCS1 AD4
04 17 11 29 04
CC2591 RF_P RF_P PA10/PGMM2/DTXD/NPCS2 AD5
15 03 9 10 1 12 28 05
BIAS RXTX GPIO0 PA11/PGMM3/NPCS0/PWM0 AD6
07 10 23 09 2 13 27 06
HGM RBIAS GPIO1 PA12/PGMD0/MISO/PWM1 AD7 C29
R1 05 11 07 3 14 22 55
PAEN GPIO2 PA13/PGMD1/MOSI/PWM2 ERASE
06 12 R2 11 06 4 15 21 56
EN AVDD GPIO3 PA14/PGMD2/SPCK/PWM3 DDM
14 05 5 16 20 57 Z2
AVDD GPIO4 PA15/PGMD3/TF/TIOA1 DDP
01 08 16 04 6 17 19 61 C30
AVDD_PA1 GND AVDD GPIO5 PA16/PGMD4/TK/TIOB1 XOUT
10 09 20 18 09 62
AVDD_PA2 GND AVDD PA17/PGMD5/AD0/TD/PCK1 XIN/PGMCK GND
13 12 22 19 10 63 C26
AVDD_LNA GND AVDD PA18/PGMD6/AD1/RD/PCK2 PLLRC
16 14 24 20 13
AVDD_BIAS GND AVDD_GUARD PA19/PGMD7/AD2/RK/FIQ GND
DA1 27 25 7 21 16 59
DCOUPL RESET PA20/PGMD8/AD3/RF/IRQ0 VDDFLASH
08 26 8 22 11 45
C7 DVDD VREG_EN PA21/PGMD9/RXD1/PCK1 VDDIO
C13 DD1 23 14 12
PA22/PGMD10/TXD1/NPCS3 VDDCORE
24 15 18 C27
PA23/PGMD11/SCK1/PWM0 VDDIO
25 23 24
+3.3V PA24/PGMD12/RTS1/PWM1 VDDCORE
26
C15 25 54
C16 PA25/PGMD13/CTS1/PWM2 VDDCORE
27 26 01
PA26/PGMD14/DCD1/TIOA2 ADVREF C28
28 37 64
PA27/PGMD15/DTR1/TIOB2 VDDPLL
38 07
GND PA28/RI1/TCLK2 VDDIN
41 08
PA29 VDDOUT
42 58
C14 PA30IRQ1/NPCS2 VDDIO +3.3V
52 17
PA31/NPCS1/PCK2 GND
L3 02
GND C25
60
GND
A1
R3
20 GND
R7
21
07 03
R4 A *HD +3.3V
22 06 08
B 546
04
R8 C
23 02 A
D
01 F B
R5 E G
24 09
F E C
10 D
R9 G DP
25 05
DP
HL1
R6
26
R10
27
RS+ 1
HL2
R11
28 R12 R13
+3.3V RS- 2
1
R14 R15
17 03 14 1 6
VIA ADuM VOA RO IO A
18 04 13 4 7
VIB 1301 VOB DI B
19 05 12 MAX
VOC VIC
07 10 2 3088 8
VE1 VE2 RE Vcc
3 5
DE GND
1 01 16 DD3
12В 1 3 +3.3V Vdd1 Vdd2 C31
IN *STU OUT +5V C19 02 09 C20
GND1 GND2
C4 7805 08 15
C5 2 C9 C11 GND1 GND2
GND DD2
DA2 GND
2
GND
GND
1 6
3 2 +5V Vin+ DC/DC Vout+
+5V IN *STU OUT +3.3V C21 C22 C23 C24
4 P6CU
C6 LD1117 C8 C10 C12 4
1 2 0505E Vout-
GND GND Vin-
DA3 DA4
GND

Рисунок 4.1 - Схема електричної принципової системи дистанційного контролю та обліку даних.

4.1 Вибір мікроконтролера.
Для реалізації системи було обрано мікроконтролер сімейства AVR,
AT91SAM7S64 який забезпечує керування всіма вузлами пристрою, обробку
даних та взаємодію з модулем зв’язку[3,10,17,26]. На схемі мікроконтролер
виконує функції центрального керуючого елемента, до якого підключені
інтерфейс RS485, ZigBee-трансивер, індикатори та допоміжні модулі.
Основними причинами вибору мікроконтролера є:
- наявність достатньої кількості портів вводу/виводу;
- низьке енергоспоживання;
- підтримка UART, SPI та I2C інтерфейсів;
- стабільна робота при напрузі 3.3 В та 5 В;
- висока надійність у промислових системах;
- простота програмування та налагодження.
Мікроконтролер забезпечує:
- обробку інформації від периферійних модулів;
- передачу даних через ZigBee;
- формування команд керування;
- роботу індикаторів стану системи;
- контроль режимів роботи пристрою.
Застосування даного мікроконтролера дозволяє створити компактну та
енергоефективну систему з достатньою продуктивністю для задач
бездротового моніторингу та передачі даних.
4.1.1 Опис мікроконтролера AT91SAM7S64. Мікроконтролер
AT91SAM7S - це сімейство Atmel мікроконтролерів з убудованою флеш-
пам’ятю з малим числом зовнішніх виводів, в основу яких закладене 32-бітне
RISC ядро ARM7TDMI. Відмінними рисами цього контролера є наявність
убудованої високошвидкісної флеш-пам’яті (FLASH) і статичної пам'яті
(SRAM), великий набір периферійних вузлів і модулів, включаючи порт
USB2.0 для роботи в режимі пристрою, і повний набір системних функцій,
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 49

що скорочують число зовнішніх компонентів. Мікроконтролер є ідеальною
заміною 8-бітним мікроконтролерам, застосування яких уже стає
неможливим для реалізації більш складних завдань, що вимагають пам'яті
більшого розміру й більш високої продуктивності.
Для мікроконтролера існує можливість внутрісхемного
перепрограмування убудованої флеш-пам’яті через інтерфейс JTAG-ICE або
через паралельний інтерфейс на зовнішньому програматорі. Убудовані
захисні біти й біт таємності прошивання захищають від випадкового
перезапису флеш-пам’ять і дозволяють зберегти конфіденційність програми.
Системний контролер AT91SAM7S має у своєму складі контролер
скидання, керуючий послідовністю процесу включення й запуску процесора.
Коректність цих дій контролюється убудованим супервізором напруги
живлення й сторожовим таймером, що тактується від незалежного
внутрішнього RC-генератора.
Мікроконтролери сімейства AT91SAM7S є контролерами загального
призначення. Вбудований у них USB порт дозволяє зробити на їхній основі
пристрої, що вимагають наявність зв'язку з комп'ютером або стільниковим
телефоном. Відмінна цінова політика й відповідність вимогам по високому
ступені інтеграції дозволяють займатися створенням дешевих пристроїв з
великим або масовим їхнім виробництвом.

4.2 Вибір датчиків і модулів збору даних.
Для збору та передавання інформації у системі використовуються
модулі обробки та передачі сигналів, підключені до мікроконтролера через
цифрові інтерфейси.
Залежно від призначення системи можуть застосовуватись різні типи
датчиків для контролю параметрів навколишнього середовища та стану
обладнання[12,18,23].
Прикладами датчиків, які можуть використовуватись у даній системі, є:
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 50

- датчик освітленості LDR - застосовується для контролю рівня
освітлення;
- датчик температури DHT11 або DHT22 — використовується для
вимірювання температури та вологості повітря;
- газовий датчик MQ-2 - призначений для виявлення диму та горючих
газів;
- датчик руху HC-SR501 (PIR) - використовується для виявлення руху
об’єктів;
- ультразвуковий датчик HC-SR04 - використовується для вимірювання
відстані до об’єктів;
- датчик тиску BMP280 - забезпечує вимірювання атмосферного тиску
та температури;
- датчик струму ACS712 - застосовується для контролю електричного
струму в колі.
Для збору даних від датчиків можуть використовуватись:
- модулі аналого-цифрового перетворення;
- інтерфейсні модулі UART, SPI або I2C;
- модулі RS485 для передачі даних на великі відстані.
Використання таких датчиків дозволяє реалізувати систему
моніторингу параметрів середовища, дистанційного контролю обладнання та
автоматизованого збору інформації з подальшою передачею через
бездротову мережу ZigBee.
Основний обмін даними реалізований через інтерфейс RS485, який
забезпечує стійкий зв’язок на значних відстанях та високу завадостійкість.
До складу системи входять:
- інтерфейсний модуль RS485;
- оптоелектронний розв’язок;
- модулі живлення;
- індикатори режимів роботи.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 51

Інтерфейс RS485 обраний завдяки таким перевагам:
- досить висока швидкість передавання даних;
- можливість роботи на великих відстанях;
- стійкість до електромагнітних завад;
- підтримка багатоточкового підключення.
RS485 - це промисловий послідовний інтерфейс передачі даних, який
використовується для зв’язку між електронними пристроями на великих
відстанях. Він забезпечує надійну передачу інформації в умовах
електромагнітних завад.
Основні особливості RS485:
- підтримує передачу даних на відстань до 1200 м;
- дозволяє підключати декілька пристроїв до однієї лінії;
- має високу завадостійкість;
- використовує диференційну передачу сигналу по двох проводах A та
B;
- широко застосовується у промисловій автоматизації, системах
контролю та моніторингу.
Принцип роботи:
- передавач формує різницю напруг між лініями A і B;
- приймач визначає логічний рівень за різницею цих сигналів;
- завдяки цьому зменшується вплив шумів та перешкод.
Переваги RS485:
- велика дальність зв’язку;
- стабільна робота у промислових умовах;
- можливість підключення до 32 і більше пристроїв;
- невелика вартість реалізації.
У приведеній схемі RS485 використовується для обміну даними між
мікроконтролером та зовнішньою лінією зв’язку через оптоелектронний
розв’язок.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 52

Оптоелектронний розв’язок використовується для:
- гальванічної ізоляції;
- захисту мікроконтролера від перенапруг;
- зменшення впливу завад.
Для індикації режимів роботи застосовуються світлодіодні індикатори,
які відображають:
- наявність живлення;
- активність передачі даних;
- стан роботи бездротового каналу;
- можливі помилки системи.

4.3 Вибір модуля зв’язку.
У системі використовується бездротовий модуль зв’язку ZigBee, який
забезпечує передачу даних між пристроями у мережі[4,11,21,28]. ZigBee-
технологія була обрана через низьке енергоспоживання, високу надійність та
підтримку роботи у бездротових сенсорних мережах.
Основними перевагами ZigBee є:
- низьке споживання енергії;
- підтримка mesh-мереж;
- можливість роботи великої кількості вузлів;
- висока завадостійкість;
- достатня дальність передачі даних;
- невисока вартість реалізації.
До складу модуля зв’язку входять:
- ZigBee-трансивер;
- підсилювач потужності;
-антена.
В свою чергу ZigBee-трансивер забезпечує:
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 53

- прийом та передачу пакетів даних;
- формування бездротового каналу;
- взаємодію з мікроконтролером.
Підсилювач потужності використовується для збільшення дальності
зв’язку та покращення стабільності передачі сигналу.
Обраний модуль зв’язку дозволяє реалізувати надійну систему
бездротового обміну даними для автоматизованих систем контролю та
моніторингу.
Мікросхема CC2520, яка являє собою Zigbee™/IEEE 802.15.4
трансивер другого покоління, спеціально спроектований для радіочастотних
пристроїв із частотою 2,4 ГГц. Трансивер дозволяє створювати обладнання
індустріального класу завдяки здатності працювати в складній завадовій
обстановці, відмінному енергетичному потенціалу радіолінії й
працездатності при температурі до 125°С.
У новому трансивері значно вдосконалений ряд технічних
параметрів, що дозволяє характеризувати його як найкраще рішення у своєму
класі.
CC2520 надає розширену апаратну підтримку для обробки пакетів,
буферизації даних, шифрування й аутентифікації даних, оцінки рівня
зашумленості каналу, індикації рівня радіосигналу й часової інформації про
пакети. Технічні параметри трансивера СС2520 наведено в таблиці 5.2.
Стабільність роботи мікросхеми в розширеному температурному
діапазоні досягається за допомогою вбудованого температурного датчика,
значення якого можуть бути зчитані й використані для підналагодження
параметрів.
Особливості СС2520:
Висока стійкість до перешкод на сусідньому каналі,
Відмінний енергетичний потенціал радіоканалу -103 дб,
Розширений температурний діапазон -40...125°С,
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 54

Таблиця 4.1. Технічні характеристики CC2520.
Мінімальне Типове Максимальне
Параметр
значення значення значення
Діапазон частот, МГц 2394 2483,5 2507
Швидкість передачі даних,
– 250 –
кбіт/сек
Робоча напруга, В 1,8 – 3,8
Діапазон робочих
-40 – +125
температур, °З
Вихідна потужність, дБм -18 – +5
Чутливість приймача, дБм – -98 –
Придушення сусіднього
каналу із частотою +5 – 49 –
MГц, дБ
Придушення сусіднього
каналу із частотою -5 MГц, – 49 –
дБ
Придушення сусіднього
каналу із частотою +10 – 54 –
MГц, дБ
Придушення сусіднього
каналу із частотою -10 – 54 –
MГц, дБ
Струм споживання, режим
– 18,5 –
приймання, мА
Струм споживання, режим
– 33 –
передачі +5 дБм, мА
Струм споживання, режим
– 25,8 –
передачі 0 дБм, мА
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 55

Рисунок 4.2 - Схема включення CC2520.
Апаратна підтримка функцій IEEE 802.15.4/MAC,
Модуль апаратного кодування AES-128.
Переваги:
Дозволяє створювати індустріальні рішення в діапазоні 2,4 Ггц,
Здатний працювати в оточенні пристроїв Bluetooth® і Wifi,
Апаратні блоки знижують навантаження на зовнішній
мікроконтролер.
Застосування:
Промисловий моніторинг і керування,
Домашня автоматизація й автоматизація будинків,
Мережі малопотужних бездротових датчиків,
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 56

Схема включення CC2520 (рис. 4.2) містить невелику кількість
зовнішніх компонентів. Мікросхема випускається в корпусі 5х5 мм (QFN28).

4.4 Вибір схеми живлення пристрою.
Для забезпечення стабільної роботи пристрою необхідно правильно
обрати схему живлення, яка буде формувати потрібні рівні напруги для всіх
функціональних вузлів. У даній схемі використовуються дві основні напруги
живлення: +5 В та +3,3 В.
Напруга +5 В застосовується для живлення інтерфейсу RS485,
оптоелектронного розв’язку та окремих допоміжних елементів схеми.
Напруга +3,3 В використовується для живлення мікроконтролера та ZigBee-
трансивера, оскільки більшість сучасних модулів бездротового зв’язку
працюють саме з таким рівнем напруги.
Схема живлення містить стабілізатор напруги, фільтрувальні
конденсатори та елементи захисту від короткого замикання й перенапруги.
Фільтрувальні конденсатори необхідні для зменшення пульсацій напруги та
захисту пристрою від електричних перешкод[14,22,24].
Обрана схема живлення має забезпечувати:
- стабільні напруги +5 В і +3,3 В;
- зменшення впливу електромагнітних завад;
- захист мікроконтролера та модулів зв’язку;
- енергоефективність та безпечну експлуатацію;
- надійну роботу пристрою в різних режимах.
Таким чином, використання стабілізованої схеми живлення дозволяє
забезпечити правильну роботу всіх елементів пристрою, підвищити його
надійність та зменшити ризик збоїв під час передачі й обробки даних.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 57

5 ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ ПРИСТРОЮ

При уточненому розрахунку надійності враховують вплив умов
експлуатації, температури та електричного режиму[18,23,25]. Розрахунок
ймовірності безвідмовної роботи на протязі часу t годин проводиться за
формулою:

m
pc(t) = exp ( – kλ ∙ λ j N j ), (5.1)
j1
де
kλ – поправочний коефіцієнт, що враховує умови експлуатації,
λj – інтенсивність відмов елементів j-тої рівнонадійної групи при
експлуатації в заданих умовах,
Nj – кількість елементів j-тої групи.
λj знаходиться за формулою:

λj = λ0j ∙ αj, (5.2)
де
λ0j – інтенсивність відмов елементів j-тої рівнонадійної групи при
експлуатації в номінальному режимі,
αj – поправочний коефіцієнт інтенсивності відмов j-тої групи, що
враховує вплив температури оточуючого середовища та електричне
навантаження елемента.
Поправочний коефіцієнт kλ знаходиться за формулою:

kλ = kλ1 ∙ kλ2 ∙ kλ3 , (5.3)
де
kλ1 – коефіцієнт, який враховує вплив механічних факторів (вібрації),
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 58

kλ2 – коефіцієнт, який враховує вплив кліматичних факторів
(температура, вологість),
kλ3 – коефіцієнт, який враховує умови роботи при зниженому
атмосферному тиску.
Напрацювання на відмову пристрою знаходиться за формулою:

1
Тсер.с = (5.4)
m
λ j N j
j1

Приймально-передавальний пристрій на діапазон 433 МГц
знаходиться в приміщенні, тому будемо вважати що на протязі часу
експлуатації працює в нормальних умовах: вібрацій немає, температура від 0
до 20˚С, вологість 60–80 % та атмосферний тиск 750–770 мм рт. ст. Тому
поправочні коефіцієнти для адаптеру спряження з радіостанцією становлять
kλ1 = 1, kλ2 = 1, kλ3 = 1. Отже, коефіцієнт kλ дорівнює 1 (kλ = 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1).
Розраховуємо надійність елементів.
Коефіцієнт навантаження конденсаторів kн = 0,03...0,07. При kн = 0,5 та
температурі 20° С поправочний коефіцієнт для конденсаторів становить 0,04,
а інтенсивність відмов дорівнює 2,3 ∙ 10–6 1/год. Отже

λС = 2,3 ∙ 10–6 ∙ 0,04 = 0,09 ∙ 10–6 1/год.

Для роз’єма kн = 0,4, відповідно α = 0,4, λ0 = 0,7 ∙ 10–6 1/год. Тобто

λшт =0,7 ∙ 10–6 ∙ 0,4 = 0,279 ∙ 10–6 1/год.

Надійність інтегральної схеми (α = 0,2, λ0 = 0,02 ∙ 10–6 1/год):

λDDA = 0,02 ∙ 10–6 ∙ 0,2 = 0,004 ∙ 10–6 1/год.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 59

Надійність діодів (α = 0,85, λ –6
0 = 0,153 ∙ 10 1/год):

λVD = 0,153 ∙ 10–6 ∙ 0,85 = 0,13 ∙ 10–6 1/год.

Надійність світлодіодів (α = 0,85, λ0 = 1,12 ∙ 10–6 1/год):

λн = 1,12 ∙ 10–6 ∙ 0,85 = 0,95 ∙ 10–6 1/год.

Надійність реле (α = 0,75, λ0 = 0,168 ∙ 10–6 1/год):

λVТ = 0,168 ∙ 10–6 ∙ 0,75 = 0,126 ∙ 10–6 1/год.

Надійність резисторів (α = 0,42, λ0 = 0,06 ∙ 10–6 1/год):

λR = 0,06 ∙ 10–6 ∙ 0,42 = 0,0252 ∙ 10–6 1/год.

Надійність резонаторів (α = 0,6, λ0 = 0,3∙ 10–6 1/год):

λ = 0,3 ∙ 10–6
Q ∙ 0,6 = 0,18 ∙ 10–6 1/год.

Надійність РКІ-індикатора (α = 0,76, λ0 = 1,5 ∙ 10–6 1/год):

λ = 1,5 ∙ 10–6
Н ∙ 0,76 = 1,216 ∙ 10–6 1/год.

Надійність транзисторів (α = 1,6, λ0 = 0,12 ∙ 10–6 1/год):

λVТ = 1,6 ∙ 10–6 ∙ 0,12 = 0,195 ∙ 10–6 1/год.

Надійність дроселів (α = 0,7, λ0 = 0,02 ∙ 10–6 1/год. ):
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 60

λд = 0,02 ∙ 10–6 ∙ 0,7 = 0,014 ∙ 10–6 1/год.

Надійність трансформаторів (α = 0,7, λ0 = 0,02 ∙ 10–6 1/год):

λT = 0,02∙ 10–6 ∙ 0,7 = 0,014 ∙ 10–6 1/год.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи всієї схеми, що
включає 31 конденсаторів, 8 мікросхем, 2 індикатора, 3 індуктивності, 15
резисторів, 2 роз’єм, 2 кварцових резонатора:

pc(t) = exp [ – 1 ∙ (0.09 ∙ 10–6 ∙ 31 + 0,004 ∙ 10–6 ∙ 8 +
+ 1,216 ∙ 10–6 ∙ 2+ 0,014 ∙ 10–6 ∙ 3 + 0,0252 ∙ 10–6 ∙ 15 +
+ 0,279 ∙ 10–6 ∙ 2 + 0,18 ∙ 10–6 ∙ 2)] ≈ 1.

Розраховуємо напрацювання на відмову всієї схеми

Тсер.с = 1/(0.09 ∙ 10–6 ∙ 31 + 0,004 ∙ 10–6 ∙ 8 +
+ 1,216 ∙ 10–6 ∙ 2+ 0,014 ∙ 10–6 ∙ 3 + 0,0252 ∙ 10–6 ∙ 15 +
+ 0,279 ∙ 10–6 ∙ 2 + 0,18 ∙ 10–6 ∙ 2) = 219780.2 годин.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 61

РОЗДІЛ 6 ОХОРОНА ПРАЦІ

6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають приміщенні
інформаційно-технічного відділу.
В даній кваліфікаційній роботі розробляється пристрій дистанційного
контролю та обліку даних. Подібні роботи пов’язані з проведенням великої
кількості розрахунків, опрацюванням великих об’ємів інформації, що
потребує постійного використання комп’ютерної техніки.
За рівнем фізичних навантажень робота за персональним комп’ютером
(ПК) класифікується як легка фізична робота (категорія І) – робота з
витратою 120-150 ккал/год. – категорія Іа. В той же час даний вид роботи
характеризується значною розумовою напругою, високою напруженістю
зорової роботи і досить великим навантаженням на м'язи рук при роботі з
клавіатурою ПК, тому велике значення має раціональна конструкція і
розташування елементів робочого місця, а також дотримання правильного
режиму праці і відпочинку.
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які
безпосередньо впливають на працівника.
Роботи з проектування проводяться в приміщенні з розмірами: довжина
– 3,1 м; ширина – 2,4 м; висота – 3 м. Площа всього приміщення складає 7,44
м2, а об’єм – 22,32 м3. В приміщенні працює одна людина. Робоче місце
відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010 та НПАОП 0.00-7.15-18, відповідно
до яких площа, виділена для одного робочого місця з ПК, повинна складати
не менше 6 м2, а об’єм – не менше 20 м3.
Більшість інформації, яку обробляє мозок, надходить до нього через
очі. Але в підсумку вплив світла на організм не обмежується органами зору,
оскільки спектр, що випромінюється в тій чи іншій мірі впливає на всі
процеси, що відбуваються в організмі людини. Тому важливо обирати
безпечні та комфортні джерела освітлення, особливо для робочих приміщень.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 62

Інтенсивність, температура і тип освітлювальних приладів в офісах і
виробничих приміщеннях впливають на людину, що виконує професійні
обов'язки. Від цих параметрів залежить те, як швидко працівники будуть
втомлюватися, наскільки краще концентруватися і як часто робити помилки.
Порівняльна оцінка природного та штучного світла, отримана в ході
досліджень, показує явну перевагу першого. Причина криється в
спектральному складі випромінювання і динамічності природного світла, яка
впливає на циркадні ритми. Але покладатися тільки на природне освітлення
неможливо - людині потрібне світло на 4-8 годин довше, ніж триває
світловий день, плюс близько 20% працівників в промислово розвинених
регіонах працюють позмінно, в тому числі в нічні години.
Оптимальний рівень яскравості освітлення для людини в середньому
становить 1000-1500 лк. Якщо денне світло не здатне забезпечити ці
показники, необхідно доповнити його штучним. Воно може бути загальним
або локальним, розрахованим на певну робочу зону.
В приміщенні відділу під час роботи дослідник працює з даними, які
виводяться програмним забезпеченням на екран монітору. Найменша
розрізненість об’єкту (в даному випадку об’єктом розрізнення і фоном є:
текст на моніторі та власне фон монітора, текст на аркуші паперу та аркуш,
букви на клавіатурі і клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це відповідає
високій точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд – Г.
Контраст відмінності об’єкту з фоном – великий.
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не
лише кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так, при
світлому пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого
світла рівень освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності
джерел світла), різкість тіней зменшується, покращується рівномірність
освітлення.
При надмірній яскравості джерел світла та оточуючих предметів може
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 63

відбутись засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та неоднакова
яскравість оточуючих предметів призводять до частої переадаптації очей під
час виконання роботи і як наслідок – до швидкого стомлення органів зору.
Тому поверхні, що добре освітлюються і знаходяться в полі зору, краще
фарбувати в кольори середньої світлості, коефіцієнт відбивання яких
знаходиться в межах 0,3-0,6 і, бажано, щоб вони мали матову або
напівматову поверхню.
Освітлення робочого приміщення проектується згідно з ДБН В.2.5-28-
2018 «Природне і штучне освітлення». Природне освітлення здійснюється
через 1 вікно розмірами 1,5×2 м та площею – 3 м2, для покращення
рівномірності освітлення та для збільшення кількості відбитого від стін
світла, останні пофарбовані водоемульсійною фарбою в світло-жовтий колір.
З метою регулювання природного освітлення приміщення, на вікна
встановлені жалюзі. Коефіцієнт природного освітлення (КПО) для даного
типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце розташоване на відстані 4
метра від джерела природного освітлення і в цій точці значення КПО
становить 22-30 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім.
Штучне освітлення приміщення здійснюється світильником BS18/4x18
FOR A (який має 4 люмінесцентні лінійні лампи типу LF), які забезпечують
420-440 лк освітленості приміщення. Для даного типу зорової праці рівень
загального штучного освітлення повинен складати близько 400 лк. Отже,
рівень штучного освітлення робочої зони відповідає нормативним значенням
згідно ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення».
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні,
оскільки безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Дане
приміщення оснащене кондиціонером Carrier 42/38QCE024718 для
регулювання температури повітря. Нормативні значення основних
параметрів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 64

- в теплий період року 22-28 ˚С ;
- в холодний період року 21-25 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 40-60 %;
- в холодний період року 40-60 %;
3) Швидкість руху:
- 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).
Нормативні значення даних параметрів становлять відповідно:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 27-28 ˚С;
- в холодний період року 23-24 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 50-52%;
- в холодний період року 55-57%;
3) Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1м/с.
З вище наведених даних мікроклімату видно, що показники
температури задовольняють норми згідно ДСН 3.3.6.042-99.
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45 дБ.
Згідно ДСН 3.3.6.037-99 цей рівень повністю відповідає нормативному рівню
який становить 50 дБ. Тому, фактичне значення шуму не перевищує
допустиме, а отже негативно не впливає на працівника.
Внаслідок дії електромагнітних полів на організм людини виникають
функціональні зміни центральної нервової системи. При цьому
спостерігається підвищена втомлюваність, біль голови. Первинний прояв дії
електромагнітної хвилі – нагрівання, яке призводить до пошкодження тканин
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 65

і органів. Поля надвисоких частот впливають на очі, викликаючи виникнення
катаракти. Багаторазовий вплив випромінювання малої інтенсивності
призводить до стійких функціональних змін центральної нервової системи.
Головними джерелами електромагнітного випромінювання в
приміщенні є системний блок ПК та монітор. Випромінювання від яких
відповідає нормам ДСН 3.3.6.096-2002.
В даному приміщенні використовується електромережа змінного
струму з електропроводкою прихованого типу. ПК та інші пристрої
живляться напругою 230 В і споживають менше 2500 Вт. Робочі місця
оснащені спеціалізованими розетками для офісної техніки, особливість яких
полягає в тому що вони під’єднані до мережного фільтру задля захисту
техніки від високочастотних та імпульсних шумів. Для захисту людини від
ураження електричним струмом в приміщені передбачене захисне занулення
згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 «Захисні заходи електробезпеки в
електроустановках будинків і споруд».
Для даного приміщення категорія за вибухопожежонебезпечністю
відповідає типу В (тверді горючі і важкогорючі речовини та матеріали) згідно
з ДСТУ Б В.1.1-36:2016, а клас пожежі – Е (горіння установок і обладнання,
які знаходяться під напругою), А2 (горіння твердих матеріалів яке не
супроводжується тлінням).
В даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії
виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014
«Правила пожежної безпеки в Україні»:
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою.
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними
плитами, а підлога з ламінату з синтетичного волокна. Всі матеріали
застосовані для будівництва та оздоблення лабораторії пройшли перевірку і
були дозволенні органами державного санітарно-епідеміологічного нагляду.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 66

- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5
(призначений для гасіння загорянь різних речовин, горіння яких не може
відбуватися без доступу повітря, загорянь електроустановок, що знаходяться
під напругою до 1000 В, загорянь в музеях, картинних галереях і архівах),
який знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього.
Приміщення не обладнане системою пожежної сигналізації, а тому ця
система потребує проведення відповідних розрахунків та змонтування.
Згідно з «Порядком проведення медичних оглядів працівників певних
категорій», затвердженим наказом Міністерства охорони здоров’я України
від 21 травня 2007 року № 246, визначена періодичність проведення
попереднього (під час приймання на роботу) та періодичних (впродовж
трудової діяльності) медичних оглядів працівників.
Під час проведення попереднього медичного огляду реєструють
вихідні об’єктивні показники здоров’я працівника, визначають стан його
здоров'я і можливості виконання професійних обов'язків в умовах дії
конкретних шкідливих та небезпечних факторів виробничого середовища і
трудового процесу без погіршення стану здоров'я. Також виявляють
професійні захворювання (отруєння), що виникли раніше під час роботи на
попередніх виробництвах, і запобігають виробничо-зумовленим та
професійним захворюванням.
Періодичні медичні огляди проводять з метою:
- своєчасного виявлення в працівників ранніх ознак гострих і хронічних
професійних захворювань, загальних і виробничо-обумовлених захворювань;
- забезпечення динамічного спостереження за станом здоров’я
працівників в умовах дії шкідливих та небезпечних виробничих факторів і
трудового процесу;
- вирішення питань щодо можливості працівника продовжувати роботу
в умовах дії конкретних шкідливих та небезпечних виробничих факторів і
трудового процесу;
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 67

- розроблення індивідуальних і групових лікувально-профілактичних та
реабілітаційних заходів для працівників, які за наслідками медичного огляду
належать до групи ризику;
- проведення відповідних оздоровчих заходів.
Зважаючи на те що в науково-дослідному кабінеті відсутні шкідливі
виробничі фактори, а робота пов’язана з постійним спостереженням об’єктів,
тобто вимагає постійного зорового напруження на протязі більше ніж 4
години, співробітники проходять періодичний медичний огляд один раз на
рік. Первинний та періодичний медичний огляд проводиться у таких лікарів
як офтальмолог, невропатолог.
Після проведення аналізу лабораторії та умов праці за робочим місцем
можна зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні
являються сприятливими окрім системи пожежної сигналізації. Тому
пропонується встановити систему пожежної сигналізації, щоб робоче
приміщення відповідало нормам НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної
безпеки в Україні» та ДБН В.2.5.56-2014.

6.2 Модернізація системи пожежної сигналізації у відділу
Система пожежної сигналізації призначена для вирішення таких
основних завдань: своєчасне виявлення спалаху; отримання, обробка,
передача і подача в заданому вигляді інформації про пожежу споживачам.
Отже, в своєму складі система пожежної сигналізації повинна мати пристрої,
здатні виявити спалах і передати сигнал тривоги.
Ці функції пожежної сигналізації забезпечуються різними технічними
засобами, а саме: для виявлення пожежі служать сповіщувачі; для обробки,
протоколювання інформації і формування керуючих сигналів тривоги —
приймально-контрольна апаратура і периферійні пристрої.
Очевидно, що видача сигналу пожежної тривоги є необхідною, але не
достатньою умовою для забезпечення пожежної безпеки об'єкту в цілому.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 68

Тому, окрім цих функцій, пожежна сигналізація додатково повинна
формувати команди на включення автоматичних установок пожежогасіння та
димовідведення, систем сповіщення про пожежу, технологічного,
електротехнічного і іншого інженерного устаткування об'єктів.
Системи пожежної сигналізації класифікують по наступних ознаках:
- типу пожежного сповіщувача (теплові, димові, світлові,
ультразвукові, оптико-електронні (фотоелектричні), радіопроменеві,
фотопроменеві, пневматичні, комбіновані);
- принципу дії (безперервної дії і дискретної дії);
- конструктивного виконання (виконані на контактних і безконтактних
елементах);
- виду каналу зв'язку (спеціальні дротяні канали, дротяні канали міської
телефонної станції, радіоканали);
- способу передачі (кодування) повідомлень по каналах зв'язку
(багатопровідні з електричним розділенням сигналу, однопровідні з
тимчасовим розділенням сигналів, однопровідні з частотним розділенням
сигналів);
- структурі ліній зв'язку (з однофідерними лініями, радіально-
променевими лініями, комбінованими лініями).
На даний момент можна виділити три основні типи систем
автоматичної пожежної сигналізації: порогова, адресно-опитова, адресно-
аналогова.
Порогова. На заході такі системи отримали назву «conventional» або
«традиційні». У такій системі кожен пожежний сповіщувач (датчик), має
прошитий ще на підприємстві поріг спрацьовування. Наприклад, якщо мова
йде про тепловий сповіщувач, то досягши певної температури
навколишнього середовища, такий датчик подасть відповідний сигнал на
контрольну панель пожежної сигналізації, але поки температура не досягне
цього порогу, сповіщувач мовчатиме.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 69

Друга відмітна особливість подібних систем це радіальна топологія
побудови шлейфів сигналізації. Тобто від контрольної панелі в різні боки
йдуть кабелі пожежних шлейфів, часто їх називають променями. У кожен
такий промінь зазвичай включають близько 20-30 датчиків, і при
спрацюванні одного з них контрольна панель відображає тільки номер
шлейфу в якому спрацював пожежний сповіщувач.
Основна перевага такого типу сигналізації – низька вартість
устаткування. Основний недолік – досить пізнє виявлення пожежі,
відсутність контролю працездатності датчиків, неекономічна витрата
монтажних матеріалів, низька інформативність отриманих сигналів від
датчиків
Адресно-опитна система сигналізації відрізняється від порогової
алгоритмом зв'язку контрольної панелі з пожежним сповіщувачем. Якщо
контрольна панель в пороговій системі постійно «чекає» сигналу від
пожежного датчика про зміну його стану, то в адресно-опитовій системі
контрольна панель періодично опитує підключені пожежні сповіщувачі з
метою з'ясувати їх стан.
Подібний алгоритм окрім ідентифікації датчика (кожен датчик має
свою адресу) дозволяє контролювати працездатність датчиків. Типи
отримуваних від датчика сигналів: «Норма», «Несправність», «Відсутність»,
«Пожежа». Пожежний шлейф має кільцеву архітектуру.
Серед переваг можна виділити вигідне співвідношення ціна/якість,
високу інформативність отриманих повідомлень, контроль працездатності
пожежних датчиків. Основний недолік – пізнє виявлення пожежі.
Адресно-аналогові системи пожежної сигналізації є на справжній
момент самими передовими. Вони володіють всіма перевагами адресно-
опитових систем і рядом своїх переваг. Головною відмінністю таких систем
від вище описаних, це те, що рішення про перебування на об'єкті приймає
контрольна панель, а не датчик. Сама контрольна панель є складним
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 70

обчислювальним приладом, який проводить безперервний динамічний опит
підключених датчиків (звідки і назва «аналоговий» - безперервний), отримує
і аналізує значення, отримані від них і за наслідками обробки цих даних
ухвалює остаточне рішення.
Наприклад, теплові датчики постійно передають значення температури
навколишнього середовища на контрольну панель (по суті є термометрами),
а сама панель стежить за величиною цього значення і динамікою його зміни.
Подібна схема роботи дозволяє виявляти вогнища спалаху на
початкових стадіях його розвитку і своєчасно запобігти можливому збитку.
Важливими перевагами цього типу систем є дійсно раннє виявлення
спалахів, економія на монтажних роботах і витратних матеріалах, контроль
працездатності пожежних сповіщувачів, компенсація чутливості датчиків.
Але поряд з перевагами фігурує основний недолік – висока вартість
устаткування.
Провівши аналіз існуючих систем пожежної сигналізації та
розглянувши їхні переваги та недоліки, було прийнято рішення обрати
адресно-опитову систему пожежної безпеки. Саме такий тип пожежної
сигналізації виконує необхідні функції в найбільш повному обсязі при
адекватній ціні.
Згідно вимог НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в
Україні» та ДБН В.2.5.56-2014 в якості пожежної сигналізації науково-
дослідного кабінету вибраний прилад приймально-контрольний пожежний
«СПЕКТРА-6».
Прилад приймально-контрольний пожежний «СПЕКТРА-6»
призначений для прийому та обробки сигналів, що надходять від
підключених датчиків пожежної або охоронної сигналізації. При виникненні
аварійної ситуації пристрій може активувати оповісники. Модель оснащена
клавіатурою та резервним джерелом живлення. Вона може
використовуватися як автономна система, так і підключатися до
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 71

централізованої системи, що підтримує передачу сигналів GSM.
ППКП «СПЕКТРА-6» рекомендується для забезпечення пожежної та
іншої охорони приміщень. Це може бути торгова точка, склад, логістичний
центр, офіс та будь-який інший нежитловий об'єкт. Наявність GSM-модуля
дозволяє користувачеві отримувати сигнали тривоги на мобільний телефон.
Додатково до протипожежної охорони прилад можна встановлювати як
комплекс, що запобігає несанкціонованому доступу в приміщення, які
охороняються.
Особливості приладу:
- цілодобове відстеження ситуації;
- максимум 6 сигнальних шлейфів;
- можливість одночасно використовувати прилад як для охорони
периметра, так і в якості протипожежного комплексу;
- вбудований модуль GSM/GPRS;
- автоматичне розсилання повідомлень максимум 8 абонентам.
Контролер здатний синхронізуватися з бездротовими (за
радіосигналом) датчиками системи Ajax, Elmes та інших брендів.
Максимальна кількість таких пристроїв – 64.
Основні характеристики ППКП «СПЕКТРА-6»:
- підключення шлейфів: 2-х або 4-провідне;
- робоча напруга на окремій лінії: 12 В, до 40 мА;
- струм КЗ на кожен вихід: 300 мА;
- сигнали тривоги: мобільний зв'язок, GPRS;
- релейний вихід: 2 шт;
- живлення: до 230 В;
- резервне джерело живлення: АКБ, 7 А∙год;
- клавіатура: інтегрована, можна підключити додаткову;
- потужність споживання: до 15 Вт.
Контролер можна встановлювати у будь-яких приміщеннях, де
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 72

підтримується температура повітря в межах -10…+50 °С. Він оснащений
інтерфейсом для підключення зовнішніх пристроїв зчитування (Touch
Memory) та незалежним журналом з пам'яттю на 1024 події.
У разі відключення електрики він переходить на альтернативне
джерело живлення. Час перемикання – не більше 10 сек. Як резерв
використовується тяговий свинцево-кислотний акумулятор збільшеної
ємності. Програмувати модуль можна як із вбудованої клавіатури, так і з
комп'ютера (для цього у пристрої є USB-роз'єм).
Фірма-виробник пожежної сигналізації та сповіщувачів до неї,
рекомендує встановлювати один датчик на кожні 4 2
м площі приміщення з
чергуванням типу датчиків та один ручний датчик біля входу в приміщення.
Чергування датчиків необхідно для можливості виявлення всіх можливих
типів пожеж.

Рисунок 6.1 – Прилад приймально-контрольний пожежний «СПЕКТРА-6»

Інформаційно-технічний відділ має площу майже 8 2
м , тому необхідно
встановити два датчики ІПД-А (димовий) та ІПТ-А (тепловий) в та один
ручний сповіщувач ІПР-А (біля вхідних дверей на відстані 1,5 м від підлоги).
Також необхідне встановлення зазначених датчиків по всій площі будівлі, в
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 73

якій знаходиться відділ.

Рисунок 6.2 - Схема під'єднань шлейфів сигналізації до приймально-
контрольного приладу

Система пожежної сигналізації має в своєму складі телефонний
комутатор, тому необхідно провести налаштування автоматичного виклику
на пульт служби порятунку.

Адресний тепловий пожежний
датчик KL710А
Призначений для виявлення
пожежі і спрацьовує при
швидкому збільшенні
температури або досяг-
ненні нею певного порогу.
Адресний димовий оптичний
датчик KL731AB
З двома вбудованими світлодіод-
ними індикаторами, з механізмом,
що запобігає несанкціонованому
вимкненню.
- змінна оптична камера;
- захист пожежного датчика від
пилу і комах;
- повна самодіагностика.
Ручний датчик без світлодіодної
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 74

індикації СПР-1 – призначений
для ручного управління сигналом
пожежної тривоги в системах
пожежної сигналізації та
пожежогасіння в приміщенні, що
охороняється. Застосовується для
виявлення ранніх стадій пожежі як
всередині приміщень, так і зовні.
Оповісник світло-звуковий
«Гном-1» – призначений для
подачі аварійних звукових
сигналів на різних об'єктах в
приміщеннях і на вулиці. Разом із
звуковим сигналом видає і
світловий сигнал.

Запропонована до встановлення пожежна сигналізація дозволить не
просто виявити пожежу, а подати сигнал тривоги на її початку, вказати точне
місце виникнення небезпечної ситуації, та тип датчика який спрацював. Це
дозволить найбільш точно оцінити план майбутніх дій та прийняти
правильне рішення щодо вирішення надзвичайної ситуації. Також система
пожежної сигналізації може здійснювати автоматичний виклик служби
порятунку.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 75

ВИСНОВКИ

В даній кваліфікаційній роботі був розроблений пристрій
дистанційного контролю та обліку даних.
Необхідність даної розробки полягає в тому, що на сьогодні
надзвичайно актуальне впровадження сучасних бездротових технологій у
мережах систем вимірювання й обліку даних житлово-комунального
господарства, тепличного комплексу та ін. Уже давно назріла необхідність у
надійних бездротових розподілених системах керування технологічним
процесом.
Важливим завданням комплексної автоматизації системи вимірювання
й обліку даних є організація обміну інформацією в масштабах підприємства й
за його межами на основі єдиної, стандартної, масштабованої й
високопродуктивної мережі.
В якості керуючого контролера було вибрано мікроконтролер
AT91SAM7S64 фірми Atmel. Цей 32-розрядний мікроконтролер містить
достатню кількість (64 кБайта) Flash пам’яті для коду програм, інтегрований
ОЗП, та має швидке, орієнтоване на математичні розрахунки ядро, що
дозволяє використовувати алгоритми шифрування досить високої стійкості.
В якості мікросхеми трансивер Zigbee використано мікросхему
CC2520, яка являє собою Zigbee™/IEEE 802.15.4 трансивер другого
покоління, спеціально спроектований для радіочастотних пристроїв із
частотою 2,4 ГГц. Трансивер дозволяє створювати обладнання
індустріального класу завдяки здатності працювати в складній завадовій
обстановці, відмінному енергетичному потенціалу радіолінії й
працездатності при температурі до 125°С. У трансивері значно
вдосконалений ряд технічних параметрів, що дозволяє характеризувати його
як найкраще рішення у своєму класі.
В кваліфікаційній роботі роботі використана сучасна елементна база
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 76

та проведено розробку пристрою дистанційного контролю та обліку даних,
що повністю відповідає поставленому технічному завданню.
В розділі Охорона праці проведена модернізація системи пожежної
сигналізації у відділі.
Таким чином, поставлена мета кваліфікаційної роботи була
досягнута, а розроблений пристрій відповідає вимогам надійності,
функціональності, енергоефективності та сучасним вимогам до бездротових
систем передачі даних.

Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 77

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Биков В. Ю. Інформаційні технології і засоби навчання :
монографія. – Київ : Атіка, 2018. – 320 с.
2. Бондаренко М. Ф. Комп’ютерні системи та мережі : навч. посіб. –
Харків : ХНУРЕ, 2019. – 412 с.
3. Василенко О. М. Мікроконтролери та їх застосування в
автоматизованих системах. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. –
286 с.
4. Вишневський В. М. Бездротові сенсорні мережі : навч. посіб. –
Київ : Наукова думка, 2017. – 240 с.
5. Гнатюк С. О. Основи кібербезпеки та захисту інформації. – Київ :
НАУ, 2020. – 364 с.
6. Гужва В. М. Інформаційні системи та технології : навч. посіб. –
Київ : КНЕУ, 2018. – 400 с.
7. Даник Ю. Г. Сучасні телекомунікаційні системи та мережі. –
Житомир : ЖВІ, 2021. – 318 с.
8. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері
науки і техніки. – Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2016.
9. ДСТУ 8302:2015. Бібліографічне посилання. Загальні положення
та правила складання. – Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2016.
10. Жуков І. А. Мікропроцесорна техніка : підручник. – Київ : КПІ,
2020. – 356 с.
11. Загоруйко О. В. Інтерфейси промислових мереж RS485 та
Modbus. – Львів : Львівська політехніка, 2019. – 184 с.
12. Зінченко С. М. Електронні пристрої автоматизації : навч. посіб. –
Харків : Факт, 2018. – 272 с.
13. Климаш М. М. Телекомунікаційні системи передачі інформації. –
Львів : Львівська політехніка, 2020. – 410 с.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 78

14. Коваль О. П. Основи схемотехніки електронних пристроїв. – Київ
: Каравела, 2017. – 296 с.
15. Корченко О. Г. Захист інформації в комп’ютерних системах. –
Київ : Ліра-К, 2021. – 412 с.
16. Кравченко Ю. В. Архітектура комп’ютерних систем та мереж. –
Одеса : ОНАЗ, 2018. – 332 с.
17. Лєнков Є. С. Основи проектування мікропроцесорних систем. –
Київ : НАУ, 2019. – 280 с.
18. Литвиненко О. Є. Автоматизовані системи керування
технологічними процесами. – Київ : Центр учбової літератури, 2022. –
390 с.
19. Мельник А. О. Комп’ютерна схемотехніка : підручник. – Львів :
Львівська політехніка, 2018. – 456 с.
20. Мікропроцесорні системи : навч. посіб. / за ред. В. П. Тарасенка.
– Київ : Університет «Україна», 2021. – 340 с.
21. Основи побудови бездротових мереж ZigBee : навч. посіб. / О. І.
Романюк. – Вінниця : ВНТУ, 2020. – 215 с.
22. Павлов О. А. Електроживлення електронних систем. – Харків :
ХНУРЕ, 2017. – 260 с.
23. Петренко А. І. Системи збору та передавання даних. – Київ : КПІ,
2022. – 305 с.
24. Стахів П. Г. Основи електроніки та мікросхемотехніки. – Львів :
Новий Світ-2000, 2019. – 352 с.
25. Федорченко Р. В. Промислові інформаційні мережі та
інтерфейси. – Дніпро : НТУ «ДП», 2021. – 290 с.
26. Barrett S. Embedded Systems Design with AVR Microcontrollers. –
New York : Morgan & Claypool Publishers, 2019. – 250 p.
27. Dogan I. Advanced PIC Microcontroller Projects in C. – Oxford :
Newnes, 2018. – 410 p.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 79

28. Faludi R. Building Wireless Sensor Networks with ZigBee, XBee,
Arduino, and Processing. – Sebastopol : O’Reilly Media, 2020. – 322 p.
29. Ibrahim D. Microcontroller Based Applied Digital Control. – London
: Wiley, 2021. – 384 p.
30. Monk S. Programming Arduino: Getting Started with Sketches. –
New York : McGraw-Hill Education, 2022. – 192 p.
Арк.
РТ225.026300.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 80

ДОДАТКИ

ChSTU repository

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