Система кондицiонування та вентиляції

Работа из раздела: «Производство и технологии»

Розміщено на

ДИПЛОМНА РОБОТА

для одержання кваліфікації бакалавра

Система кондицiонування та вентиляції

ЗМІСТ

Вступ

Технічне завдання

Мета роботи

1 Загальна систем життєзабезпечення

1.1 Кондиціонування повітря

1.2 Класифікація систем кондиціонування

1.3 Вентиляція повітря

1.4 Класифікація систем вентиляції

1.5 Система озонування повітря

1.6 Датчики температури

1.7 Датчики вологості

1.8 Датчики швидкості потоку повітря

1.9 Датчики концентрації озону

2 Розробка структурної та принципової схем

2.1 Розробка структурної схеми

2.2 Розробка принципової схеми та електричні розрахунки

2.2.1 Розробка блоку мікроконтролера

2.2.2 Вибір датчика температури

2.2.3 Вибір датчика вологості

2.2.4 Вибір датчика швидкості потоку повітря

2.2.5 Вибір датчика концентрації озону

2.2.6 Розробка пристрою введення

2.2.7 Розробка пристрою індикації

2.2.8 Розробка схеми узгодження з виконавчим пристроєм

3 Розробка алгоритму роботи системи

4 Техніко-економічне обґрунтування робіт

4.1 Розрахунок собівартості одиниці виробу

4.2 Визначення крапки беззбитковості, побудова графіка беззбитковості

4.3 Висновки

5 Охорона праці та навколишнього середовища

5.1 Загальні питання охорони праці і навколишнього середовища

5.2 Небезпечні і шкідливі виробничі фактори

5.3 Міри безпеки

5.4 Пожежна безпека

5.5 Охорона навколишнього середовища

5.6 Висновки

Висновки

Перелік джерел інформації

Додаток А. Перелік елементів

ВСТУП

Розвиток електроніки й широке застосування її виробів у промисловому виробництві, у пристроях і системах керування найрізноманітнішими об'єктами й процесами є в цей час одним з основних напрямків науково-технічного прогресу.

За останні роки в мікроелектроніці бурхливий розвиток одержав напрямок, пов'язаний з випуском однокристальних мікроконтролерів, які призначені для «інтелектуалізації» устаткування різного призначення.

Останнім часом дуже популярні словосполучення «розумний дім» та «інтелектуальний будинок». Переклад «intelligent building», що з'явився на початку 80-х років, означає систему, що повинна розпізнавати конкретні ситуації, що відбуваються в будинку, і відповідним чином на них реагувати. Мозок такої системи - міні-комп'ютер (центральний контролер), обробляє вступників з пультів керування й зовнішні датчики сигнали й віддає команди виконавчим пристроям. У контролер уводиться програма, написана спеціально під конкретні потреби замовника. Вона і визначає поводження «інтелектуального будинку» у тій або іншій ситуації.

Управляти інженерними системами будинків - електроживленням, вентиляцією, опаленням, метеоконтролем, водопостачанням, аудио- і відеоапаратурою за допомогою однокристальних мікроконтролерів - просто, зручно та приємно.

Здоров'я, працездатність, самопочуття людини в значній мірі визначаються умовами мікроклімату та повітряного середовища в житлових і суспільних приміщеннях, де він проводить значну частину свого часу.

На основі досліджень в області клімату були отримані дані про вплив різних факторів на комфортний стан людини. Серед них можна виділити найважливіші, такі як:

- температура повітря;

- вологість повітря;

- рухливість;

- склад газу.

Причому для людей з різними індивідуальними даними (швидкість обміну речовин, комплекція та т.д.) комфортні параметри повітря будуть неоднаковими. Т.е. прохолоджувати приміщення необхідно по різному.

Клімат контроль дозволяє створювати індивідуальні запрограмовані «сценарії» (від 1 дня до 1 року) для керування температурою ы вологістю, як в окремій кімнаті, так і у всьому будинку. Створення 'сценаріїв' здійснюється за допомогою панелі керування системою, після чого клімат у будь-якій кімнаті можна змінити одним натисканням кнопки або керуючим сигналом з мобільного або звичайного телефону.

Система клімат контролю (кондиціонування та вентиляції) дозволяє управляти такими параметрами як температура, вологість, приплив свіжого повітря індивідуально для кожної кімнати, включати/виключати систему фільтрації та вентиляції повітря.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

до дипломної роботи бакалавра

«Система кондиціонування та вентиляції»

1 Найменування та область застосування:

Система кондиціювання та вентиляції призначена для використання в побутових (житлових) та офісних приміщеннях.

2 Підстава для розробки:

Реальна необхідність.

3 Мета і призначення розробки:

Підготовка виробництва систем кондиціювання.

4 Технічні вимоги:

4.1 Джерело живлення - промислова мережа з напругою 220 В, частотою 50 Гц.

4.2 Діапазон робочих температур -10С +40С.

4.3 Мікроконтролер - ATmega8535.

4.4 Конструктивне виконання: придатний до перенесення

4.5 Режим роботи: тривалий

5 Економічні показники:

Основні техніко-економічні показники будуть визначені на стадії розробки техніко-економічного обґрунтування дипломної роботи бакалавра.

6 Стадії і етапи розробки:

Основні стадії і етапи розробки і терміни виконання приведені в бланку завдання на дипломну роботу.

МЕТА РОБОТИ

Метою дипломної роботи бакалавра є розробка електронної системи, здатної контролювати параметри мікроклімату в житлових будинках, зокрема в таких, що відносяться до типу «розумний дім». Автоматизація процесу регулювання параметрів повинна звести до мінімуму людське втручання.

Треба провести аналіз аналогічних технічних рішень, розробити агоритм функцiонування, розробити структурну і електричну принципову схеми системи кондицiонування.

Система кондицiонування та вентиляції зазвичай складається з таких основних частин: центральною керуючою ланкою схеми є мікроконтролер, датчики мікроклімату, пристрій введення; індикатор, а також органи керування.

Всi цi блоки виконують кожен окрему функцiю. Так, обробка повітря в примiщеннi виробляється внутрішнім блоком, який має кілька серій. Найбільш проста серія з можливістю роботи внутрішніх блоків тільки на охолодження або осушення. Iнша серiя - з можливістю роботи як на охолодження (осушення), так й у режимі теплового насоса. Всі внутрішні блоки однієї системи працюють або в режимі охолодження (осушення) чи в режимі обігріву. Та найбiльш складна - з можливістю одночасної роботи частини внутрішніх блоків на охолодження (осушення), а для інших приміщень - на обігрів у режимі теплового насоса.

Мікроконтролер повинен приймати сигнали з датчиків, обробляти їх та видавати сигнали керування для виконавчих пристроїв, які забезпечують необхідні значення параметрів мікроклімату житлового приміщення. Для більш ефективного регулювання параметрів всі датчики системи повинні мати високу чутливість до змін вимірюваних ними параметрів. Електронна система повинна бути якомого компактнішою, тому раціональним є використання інтегральних цифрових датчиків.

Результати проектування рекомендуються до впровадження у побутi та підприємствами промисловості різних форм власності.

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1.1 Кондиціонування повітря

Кондиціонування повітря - це створення й автоматична підтримка в закритих приміщеннях всіх або окремих параметрів (температури, вологості, чистоти, швидкості руху повітря) на певному рівні з метою забезпечення оптимальних метеорологічних умов, найбільш сприятливих для самопочуття людей або ведення технологічного процесу.

Кондиціонування повітря здійснюється комплексом технічних засобів, що зветься системою кондиціонування повітря (СКП). До складу СКП входять технічні засоби забору повітря, підготовки, тобто додання необхідних кондицій (фільтри, теплообмінники, зволожувачі або осушувачі повітря), переміщення (вентилятори) і його розподілу, а також засобу холодо- і теплопостачання, автоматики, дистанційного керування й контролю. СКП великих громадських, адміністративних і виробничих будинків обслуговуються комплексними автоматизованими системами керування. Автоматизована система кондиціонування підтримує заданий стан повітря в приміщенні незалежно від коливань параметрів навколишнього середовища (атмосферних умов).

Основне встаткування системи кондиціонування для підготовки й переміщення повітря компонується в єдиному корпусі в апарат, під назвою кондиціонер.

З огляду на область застосування, умовно кондиціонери можна розділити на побутові, напівпромислові й промислові. До першого відносять устаткування, потужністю до 7 квт, застосовуване для охолодження приміщень площею до 80 кв.м. Напівпромислові кондиціонери середньої потужності до 25 квт використовують як у побутових умовах, так й в офісах, і на підприємствах. Промислові, або центральні, системи кондиціонування використовують для охолодження приміщень та будинках великої площі.

1.2 Класифікація систем кондиціонування

кондицiонування вентиляція мікроклімат електрона система

Сучасні системи кондиціонування можуть бути класифіковані за наступними ознаками:

· за основним призначенням (об'єктом застосування): комфортні й технологічні;

· за принципом розташування кондиціонера по відношенню до обслуговуємого об'єкту: центральні й місцеві;

· за наявністю власного (в конструкції кондиціонера) джерела тепла й холоду: автономні й неавтономні;

· за принципом дії: прямоточні, рециркуляційні й комбіновані;

· по способу регулювання вихідних параметрів кондиціонованого повітря: з якісним (однотрубним) і кількісним (двотрубним) регулюванням;

· за ступеню забезпечення метеорологічних умов в обслуговуємому приміщенні: першого, другого й третього класу;

· за кількістю приміщень (локальних зон), що обслуговуються: однозональні й багатозональні;

· за тиском, що розвивається вентиляторами кондиціонерів: низького, середнього й високого тиску.

Крім наведених класифікацій, існують різноманітні системи кондиціонування, що обслуговують спеціальні технологічні процеси, включаючи системи зі зміненням у часі (за певною програмою) метеорологічних параметрів.

Комфортні СКП призначені для створення й автоматичної підтримки температури, відносної вологості, чистоти й швидкості руху повітря, що відповідають оптимальним санітарно-гігієнічним вимогам для житлових, суспільних й адміністративно-побутових будинків або приміщень.

Технологічні СКП призначені для забезпечення параметрів повітря, у максимальному ступені виробництва, що відповідають вимогам. Технологічне кондиціонування в приміщеннях, де перебувають люди, здійснюється з урахуванням санітарно-гігієнічних вимог до стану повітряного середовища.

Центральні СКП забезпечуються ззовні холодом (холодною водою або холодоагентом), теплом (гарячою водою, парою або електрикою) і електричною енергією для привода електродвигунів вентиляторів, насосів й ін. Центральні СКП розташовані поза приміщеннями, що обслуговують, і кондиціонують одне велике приміщення, кілька зон такого приміщення або багато окремих приміщень. Іноді кілька центральних кондиціонерів обслуговують одне приміщення великих розмірів (виробничий цех, театральний зал, закритий стадіон).

Незважаючи на велику кількість переваг центральних СКП, треба відзначити, що великі габарити й проведення складних монтажно-будівельних робіт з установки кондиціонерів, прокладці повітряходів і трубопроводів часто приводять до неможливості застосування цих систем в існуючих реконструйованих будинках.

Місцеві СКП розробляють на базі автономних і неавтономних кондиціонерів, які встановлюють безпосередньо в обслуговуваних приміщеннях. Перевагою місцевих СКП є простота установки й монтажу.

Автономні СКП забезпечуються ззовні тільки електричною енергією, наприклад, кондиціонери спліт-систем, шафові кондиціонери й т.п. Такі кондиціонери мають убудовані компресійні холодильні машини, що працюють, як правило, на фреоні-22.

Автономні системи прохолоджують й осушують повітря, для чого вентилятор продуває рециркуляційне повітря через поверхневі повітряохолоджувачі, якими є випарники холодильних машин, а в перехідний і зимовий час вони можуть робити підігрів повітря за допомогою електричних нагрівачів або шляхом реверсування роботи холодильної машини в циклі так званого «теплового насоса».

Неавтономні СКП підрозділяються на:

· повітряні, при використанні яких в приміщення подається тільки повітря (міні-центральні кондиціонери, центральні кондиціонери);

· водоповітряні, при використанні яких у кондиціонуєме приміщення підводять повітря й воду, що несуть тепло або холод, або те й інше разом (системи чиллерів-фанкойлов, центральні кондиціонери з місцевими довідчиками й т.п.).

Прямоточні СКП повністю працюють на зовнішньому повітрі, що обробляється в кондиціонері, а потім подається в приміщення.

Рециркуляційні СКП, навпаки, працюють без припливу або із частковою подачею (до 40%) свіжого зовнішнього повітря або на рециркуляційному повітрі (від 60 до 100%), що забирається із приміщення й після його обробки в кондиціонері знову подається в це ж приміщення.

СКП із якісним регулюванням метеорологічних параметрів являють собою широкий ряд найпоширеніших, так званих одноканальних систем, у яких все оброблене повітря при заданих кондиціях виходить із кондиціонера по одному каналі й надходить далі в одне або кілька приміщень. При цьому регулюючий сигнал від терморегулятора, встановленого в обслуговуємому приміщенні, надходить безпосередньо на центральний кондиціонер.

СКП із кількісним регулюванням подають в одне або кілька приміщень холодне й підігріте повітря по двох паралельних каналах. Температура в кожному приміщенні регулюється кімнатним терморегулятором, що впливає на місцеві змішувачі (повітряні клапани), які змінюють співвідношення витрат холодного й підігрітого повітря в подаваній суміші. Двоканальні системи використовуються дуже рідко через складність регулювання, хоча й мають деякі переваги, зокрема, відсутністю в обслуговуємих приміщеннях, теплообмінників, трубопроводів тепло-холодоносія; можливістю спільної роботи із системою опалення. Недоліком є підвищені витрати на теплову ізоляцію паралельних повітряходів, підводимих до кожного приміщення.

Кондиціонування повітря за ступенню забезпечення метеорологічних умов підрозділяються на три класи:

· перший клас - забезпечує необхідні для технологічного процесу параметри відповідно до нормативних документів;

· другий клас - забезпечує оптимальні санітарно-гігієнічні норми або необхідні технологічні норми;

· третій клас - забезпечує припустимі норми, якщо вони не можуть бути забезпечені вентиляцією в теплий період року без застосування штучного охолодження повітря.

Однозональні СКП застосовуються для обслуговування великих приміщень із відносно рівномірним розподілом тепла, вологовиділенням, наприклад, великих залів кінотеатрів, аудиторій і т.д. Такі СКП, як правило, комплектуються пристроями для утилізації тепла (теплоутилізаторами) або змішувальними камерами для використання в приміщеннях, що обслуговуються, рециркуляції повітря.

Багатозональні СКП застосовують для обслуговування великих приміщень, у яких устаткування розміщене нерівномірно, а також для обслуговування ряду порівняно невеликих приміщень. Такі системи більш економічні, ніж окремі системи для кожної зони або кожного приміщення. Однак з їхньою допомогою не може бути досягнутий такий же ступінь точності підтримки одного або двох заданих параметрів (вологості й температури), як автономними СКП (кондиціонерами спліт-систем і т.п.).

За тиском, створюваному вентиляторами центральних кондиціонерів, СКП підрозділяються на системи низького тиску (до 100 кг/м2), середнього тиску (від 100 до 300 кг/м2) і високий тиски (вище 300 кг/м2).

1.3 Вентиляція повітря

Вентиляція - обмін повітря в приміщеннях для видалення надлишків тепла, вологи, шкідливих речовин, що утворяться в зачиненому приміщенні (вуглекислого газу, пилу, та ін.) і припливу свіжого повітря з метою забезпечення припустимих метеорологічних умов і чистоти в приміщеннях і на робочих місцях.

Вентиляція є основним засобом забезпечення чистоти повітря у квартирах житлових будинків. Від якості й надійності роботи вентиляції залежить комфортність проживання, схоронність і довговічність конструкцій.

У житловому будівництві в Україні, як правило, застосовуються системи природної приточно-витяжної вентиляції. Приточне зовнішнє повітря надходить у квартири через нещільності у віконних плетіннях, кватирки, або відкриті вікна. Недоліками природної вентиляції є нестійкий повітряний режим квартир, викликаний значним впливом температури зовнішнього повітря й впливом вітру.

Висока герметичність сучасних вікон зробила практично непрацездатними системи природної вентиляції. У квартирах погіршилася комфортність проживання: має місце висока вологість і низька якість повітря, зростає ймовірність грибкових поразок конструкцій. Відкривання кватирок у герметичних вікнах не дозволяє забезпечувати необхідний мікроклімат у квартирах, значно знижує ефективність використання тепла, приведе до надлишкового провітрювання й охолодження приміщень узимку, викликає підвищений рівень шуму й пилу з вулиці.

Пристрій механічної приточно-витяжної вентиляції, у тому числі з утилізацією теплоти витяжного повітря, дозволяє нормалізувати повітряно-тепловий режим квартир, забезпечити нормативний повітрообмін, знизити витрати тепла на 10-15 %, а у випадку використання утилізації - на 20-25 % і знизити проникнення вуличного пилу й шуму у квартири.

Системи приточно-витяжної механічної вентиляції можуть бути обладнані установками для охолодження (кондиціонування) і зволоження повітря, їх рекомендується обладнати установками для утилізації тепла витяжного повітря.

Вентилятори - це механічні пристрої, що служать для переміщення повітря по повітряходам, або безпосередньої подачі або витяжки повітря із приміщення. Переміщення повітря відбувається через створення перепаду тиску між входом і виходом вентилятора.

1.4 Класифікація систем вентиляції

Системи вентиляції можна класифікувати за наступними характерними ознаками:

· за способом створення тиску для переміщення повітря: із природним і штучним (механічним) спонуканням.

· за призначенням: приточні й витяжні.

· за зоною обслуговування: місцеві й загальнообмінні.

· за конструктивним виконанням: канальні й безканальні.

Природна вентиляція - переміщення повітря в системах природної вентиляції внаслідок:

· різниці температур зовнішнього (атмосферного) повітря й повітря в приміщенні, так званої аерації;

· різниці тисків «повітряного стовпа» між нижнім рівнем (обслуговуваним приміщенням) і верхнім рівнем - витяжним пристроєм (дефлектором), установленим на покрівлі будинку;

· у результаті впливу так називаного вітрового тиску.

У приміщеннях з великими надлишками тепла повітря завжди тепліше зовнішнього. Більш важке зовнішнє повітря, надходячи в будинок, витісняє з нього менш щільне тепле повітря.

При цьому в замкнутому просторі приміщення виникає циркуляція повітря, викликувана джерелом тепла, подібну до тієї, яку викликає вентилятор.

У системах природної вентиляції, у яких переміщення повітря створюється за рахунок різниці тисків повітряного стовпа, мінімальний перепад по висоті між рівнем забору повітря із приміщення і його викидом через дефлектор повинен бути не менш 3 м. При цьому рекомендована довжина горизонтальних ділянок повітряходів не повинна бути більше 3 м, а швидкість повітря у повітряходах - не перевищувати 1 м/с.

Вплив вітрового тиску виражається в тому, що на навітряні (звернених до вітру) сторонах будинку утворюється підвищене, а на підветрених сторонах, а іноді й на покрівлі, - знижений тиск (розрідження).

Якщо в огородженнях будинку є прорізи, то з навітряної сторони атмосферне повітря надходить у приміщення, а із підвітряної - виходить із нього, причому швидкість руху повітря в прорізах залежить від швидкості вітру, що обдуває будинок, і, відповідно, від виникаючих різниць тисків.

Системи природної вентиляції прості й не вимагають складного встаткування й витрати електроенергії. У житлових будинках масової забудови присутня саме природна витяжна вентиляція - індивідуальні канали (повітряходи) від кожних витяжних ґрат з'єднуються із шахтою або збираються в загальний збірний канал на горищі. Ефективність такої системи залежить від багатьох змінних факторів (температури повітря, напрямки й швидкості вітру), тому вони не вважаються надійними.

У механічних системах вентиляції використаються встаткування й прилади (вентилятори, електродвигуни, повітронагрівачі, пиловловлювачі, автоматика й ін.), що дозволяють переміщати повітря на значні відстані. Витрати електроенергії на їхню роботу можуть бути досить більшими. Такі системи можуть подавати й видаляти повітря з локальних зон приміщення в необхідній кількості, незалежно від умов, що змінюються, навколишнього повітряного середовища. При необхідності повітря піддають різним видам обробки (очищенню, нагріванню, зволоженню й т.д.), що практично неможливо в системах із природним спонуканням.

У механічних системах штучної вентиляції використаються встаткування й прилади (вентилятори, електродвигуни, повітронагрівачі, пиловловлювачі), що дозволяють переміщати повітря на значні відстані. Системи штучної вентиляції можуть подавати й видаляти повітря в необхідних кількостях незалежно від умов, що змінюються, навколишнього середовища. Однак витрати на їхню роботу можуть бути досить великими.

На практиці часто передбачають так називану змішану вентиляцію, тобто одночасно природну й механічну вентиляцію.

Приточні системи служать для подачі у вентильовані приміщення чистого повітря замість вилученого. Приточне повітря в необхідних випадках піддається спеціальній обробці (очищенню, нагріванню, зволоженню й т.д.)

Витяжна вентиляція видаляє із приміщення (цеху, корпуса) забруднене або нагріте відпрацьоване повітря.

Як приточна, так і витяжна вентиляція може влаштовуватися на робочому місці (місцева) або для всього приміщення (загальнообмінна).

Місцевою вентиляцією називається така, при якій повітря подають на певні місця (місцева приточна вентиляція) і забруднене повітря видаляють тільки від місць утворення шкідливих виділень (місцева витяжна вентиляція).

До місцевої приточної вентиляції ставляться повітряні душі (зосереджений приплив повітря з підвищеною швидкістю), повітряні оазиси (ділянки приміщень, відгороджені від іншого приміщення пересувними перегородками висотою 2-2,5 м, у які нагнітається повітря зі зниженою температурою). Вони повинні подавати чисте повітря до постійних робочих місць, знижувати в їхній зоні температуру навколишнього повітря й обдувати робітників, що піддаються інтенсивному тепловому опроміненню.

Місцеву витяжну вентиляцію застосовують, коли місця шкідливих виділень у приміщенні локалізовані й можна не допустити їхнє поширення по всьому приміщенню. Місцева витяжна вентиляція у виробничих приміщеннях забезпечує вловлювання й відвід шкідливих виділень: газів, диму, пилу й частково, що виділяється від устаткування тепла.

При місцевій витяжній вентиляції для вловлювання пиловиділень повітря, що видаляється із цеху, перед викидом його в атмосферу, повинен бути попередньо очищений від пилу.

Система приточно-витяжної вентиляції ґрунтується на створенні двох зустрічних потоків. Така система може бути створена або на основі незалежних підсистем припливу й витяжки повітря - із власними вентиляторами, фільтрами й т.д., або на основі однієї відповідної установки, що працює як на приплив, так і на витяжку.

Загальобмінні системи вентиляції - як приточні, так і витяжні, призначені для здійснення вентиляції в приміщенні в цілому або в значній його частині. Загальнообмінні витяжні системи відносно рівномірно видаляють повітря із усього приміщення, що обслуговує, а загальнообмінні приточні системи подають повітря й розподіляють його по всьому обсязі вентильованого приміщення.

Загальнообмінна приточна вентиляція влаштовується для асиміляції надлишкового тепла й вологи, розведення шкідливих концентрацій пар і газів, не вилучених місцевою й загальнообмінною витяжною вентиляцією, а також для забезпечення розрахункових санітарно-гігієнічних норм і вільного подиху людини в робочій зоні.

При негативному тепловому балансі, тобто при недоліку тепла, загальнообмінну приточну вентиляцію влаштовують із механічним спонуканням і з підігрівом усього обсягу приточного повітря. Як правило, перед подачею повітря очищають від пилу. При надходженні шкідливих виділень у повітря цеху кількість приточного повітря повинне повністю компенсувати загальнообмінну й місцеву витяжну вентиляцію.

Найпростішим типом загальобмінної витяжної вентиляції є окремий вентилятор (звичайного осьового типу) з електродвигуном на одній осі, розташований у вікні або в отворі стіни. Така установка видаляє повітря з найближчої до вентилятора зони приміщення, здійснюючи лише загальний повітрообмін.

Основними характеристиками вентиляційних систем є:

· продуктивність за повітрям - від десятків до тисяч м³/ч.

· напір повітря або статичний тиск (кпа).

· потужність калорифера (необхідний у приточних вентиляційних установках для підігріву вуличного повітря в зимовий час) - від одиниць до сотні кВт.

· рівень шуму (дб).

1.5 Система озонування повітря

Озон (від грецького оzon - що пахне) - газ блакитного кольору з різким запахом, сильний окислювач. Молекулярна формула О_з. Важче кисню в 1,6 рази. Використовується для знезаражування води та повітря.

Озон утвориться з молекулярного кисню (О₂) при електричному розряді або під дією ультрафіолетового випромінювання. Особливо це відчутно в місцях, богатых киснем: у лісі, у приморській зоні або біля водоспаду.

Озонатор повітря - це апарат, призначений для генерації з кисню повітря озону та безперервної подачі в приміщення озоно-повітряної суміші за допомогою вентиляції. Принцип дії озонатора заснований на проходженні через повітря високовольтного електричного розряду в розрядній камері, у результаті чого з кисню повітря виробляється озон, що у зовнішнім середовищі розкладається на молекулу кисню О₂ і атомарний кисень (синглетний атом кисню), що володіє унікальною здатністю, що окисляє. Атомарний кисень не здатний самостійно існувати при звичайних умовах і, переміщаючись під дією руху повітряних мас у приміщенні, вступає в реакції, окисляючи будь-які органічні сполуки й мікроорганізми. Таким чином, озон ефективний у боротьбі проти бактерій, вірусів, грибів що перебувають, у різних місцях доступних для проникнення повітря (за шафами, під піддонами, усередині картонного впакування).

Озон, з одного боку, володіє вираженим инактивирующим дією у відношенні всього спектра патогенної мікрофлори і є універсальним, екологічно чистим, найефективнішим і дешевим дезінфікуючим агентом, з іншого боку - є сильним окислювачем.

Відносно високі концентрації використовуються для дезінфекції, а більше низькі концентрації озону не ушкоджують білкові структури та сприяють загоєнню. В експериментах установлено, що газоподібний озон убиває практично всі види бактерій, вірусів, цвілевих і дрожжеподобных грибів і найпростіших. Озон реагує з більшістю органічних і неорганічних речовин. У процесі реакцій утвориться кисень, вода, оксиди вуглецю та вищі оксиди інших елементів. Всі ці продукти не забруднюють навколишнє середовище і не приводять до утворення концерагенных речовин на відміну від сполук хлору й фтору.

Після проходження повітря через кондиціонери та нагрівальні прилади в повітрі знижується зміст кисню і не знижується рівень токсичних компонентів повітря. До того ж, старі кондиціонери самі є джерелом забруднення та зараження, викликаючи «синдром закритих приміщень» - головний біль, утому, часті респіраторні захворювання. Озонування таких приміщень просто необхідно.

Концентрація залежить від об'єму приміщення, від місця розташування озонатора, від вологості повітря та температури. Безпечними вважаються концентрації озону в межах 0,5 - 2,5 Ррm (0,0001 мг/л).

Озон по своїх властивостях знищення бактерій і вірусів в 2,5-6 разів ефективніше ультрафіолетових променів і в 300-600 разів ефективніше хлору. При цьому на відміну від хлору озон знищує навіть цисти глистів і вірусу герпеса і туберкульозу.

Озонатори призначені для збагачення киснем, очищення й освіження повітря в житлових приміщеннях, на робочих місцях, у навчальних закладах, у поліклініках, лікарняних палатах, місцях відпочинку, спортивних залах, на всіх видах транспорту, у комп'ютерних кімнатах, на радіо й телестудіях, у холодильниках.

Озонатор, розташований у приміщенні, робить бактерицидна дія, знищує віруси, цвілеві грибки; розщеплює молекули неприємних заходів (гноячи, диму, косметики), у тому числі від свійських тварина; сприяє прискореному осіданню часток пилу, які постійно присутні в повітрі у зваженому стані; нейтралізує несприятливий вплив електричних і антенних сигналів, світлових вібрацій.

Діючи на організм людини, озонатор робить протизапальна, загальзміцнювальна дія на органи подиху, забезпечує більше повне постачання внутрішніх органів киснем, зменшує застійні явища в тканинах, прискорює загоєння ран і забитого місць, нормалізує сон, поліпшує загальне самопочуття, обмін речовин, поліпшує пам'ять, підвищує здатність до концентрації, працездатність, знижує чутливість до перепадів атмосферного тиску й погодних фронтів.

По оцінках екологів, домашнє повітря в 4-6 разів «брудніше» і в 8-10 разів токсичнее зовнішнього, а після проходження повітря через вентиляційні установки, фільтри або кондиціонери рівень змісту озону та негативних аэроионов у ньому знижується на 90%, і ми разом із прохолоддю одержуємо «мертве повітря», згубний для здоров'я.

Індустріальні озонатори дають більшу концентрацію озону, небезпечну для домашнього застосування. Медичні й побутові озонатори близькі по показниках продуктивності, але медичні розраховані на більший час безперервної роботи.

При роботі озонатора можливо задати концентрацію одержуваного озону залежно від поставленого завдання. При необхідності за допомогою озонатора може бути досягнута концентрація озону 40 мг/м³, при якій гинуть всі мікроорганізми і їхні суперечки.

Найкраще озонатор розмістити на стіні. При цьому варто пам'ятати, що озон важче повітря, тому бажано розташувати прилад досить високо.

1.6 Датчики температури

Існує безліч датчиків виміру температури, робота яких ґрунтується на різних фізичних властивостях матеріалів. Серед цієї безлічі можна виділити:

1. Резистивні детектори температури.

2. Термістори (терморезистори).

3. Термоелектричні датчики (термопари).

4. Інтегральні датчики температури.

Останні містять крім чуттєвого елемента інтегральну схему, що перетворює сигнал датчика.

У резистивних детекторах температури використовується зміна опору дроту чи плівки з платини для визначення температури. Звідси не випливає, що інші метали не можуть бути використані для виміру температури, однак найбільш часто в таких перетворювачах застосовуються платинові чуттєві елементи.

Чутливість резистивних температурних перетворювачів низька, а динамічна реакція - повільна (в силу конструктивних особливостей приладу). Вони піддані виходу зі строю при вібраціях і ударах.

Існують два основних типи платинових дротових резистивних перетворювачів: зонд, що занурюється в середовище і чуттєвий елемент, що монтується на поверхні. Дротові елементи зазвичай встановлюються на керамічній основі з мінімальним натягом і зазвичай покриваються захисним матеріалом, що захищає їх від впливу навколишнього середовища.

Перетворювачі з плівковими чуттєвими елементами, у яких застосовується металева фольга, розташована на ізолюючій підкладці, не настільки поширені, як дротові, хоча сфера їхнього використання постійно розширюється, оскільки вони мають малі розміри, поліпшену динамічну реакцію, більш високу чутливість і відносно низьку вартість.

Платинові резистивні перетворювачі зазвичай включаються в одне з пліч моста Уїнстона, за допомогою якого забезпечується висока точність вимірів. Невисокий опір приладу (близько 100 Ом) створює проблеми при його комутації з вимірювальною апаратурою, оскільки опір проводів, що з'єднують перетворювач із вимірювальною схемою, може бути порівняно близьким до опору перетворювача.

Термістор (терморезистор) являє собою власне кажучи напівпровідниковий резистивний прилад, опір якого залежить від температури. Такі прилади мають зазвичай зворотній температурний коефіцієнт, тобто їх опір падає зі збільшенням температури []. Термістори використовуються в діапазоні температур від -50 до +300°С, хоча за рахунок спеціальних интерфейсних рішень не виключений вимір температури і за зазначеними межами. Основною причиною настільки вузького температурного діапазону термісторів є істотна нелінійність їхніх характеристик (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Температурна характеристика терморезистора

Для виготовлення термісторів звичайно використовуються спеціальні напівпровідникові матеріали. Вони виготовляються у виді кульок, дисків, стриженів чи шайб, що потім містяться в капсули зі скла, пластику, металу. Невеликі розміри чуттєвих елементів забезпечують їх високу динамічну реакцію, а деякі мініатюрні типи елементів можуть мати динамічну реакцію в кілька мікросекунд.

Терморезистори, в залежності від призначення, можна класифікувати в такий засіб:

термометри опору (широкого застосування);

термокомпенсатори (температурна компенсація в електронній апаратурі);

терморезистори для теплового контролю (схеми контролю температури з точністю ±0,5 °С, сигналізація на основі релейного ефекту);

Вимірювальні терморезистори (вимір потужності випромінювання).

З відомих типів термісторів найбільш широке поширення одержали зонди і базові чуттєві елементи. По конструкції вони схожі на звичайні резистори, за винятком використовуваних матеріалів, опір яких залежить від температури. Термістори, як правило, не мають потребу в точній настройці интерфейсних схем, оскільки вони мають широкі допуски. Деякі типи термісторів мають допуски порядку ±0,2°С в межах установленого температурного діапазону, для забезпечення яких може знадобитися спеціальне підстроювання.

Чутливість термопари до температури грунтується на термоелектричному ефекті, при якому використовується з'єднання двох різнорідних матеріалів. Коли два з'єднання знаходяться при різних температурах, то в ланцюзі, що їх з'єднує, тече електричний струм.

Термопари виготовляються звичайно у виді зонда, але, оскільки в них потрібна наявність спаю з двох матеріалів, можливе виготовлення таких первинних вимірювальних перетворювачів, у яких чуттєвий елемент містить два дротики з термопарних матеріалів, спаяних разом на тонкому кінчику. Вони виконуються за допомогою зварювання, пайки твердим припоєм чи пайки срібним припоєм.

Кінчик спаяних дротиків може бути поміщений у зонд чи безпосередньо в середовище, температура якого вимірюється. Спаї виконуються заземленими чи незаземленими на захисний кожух. Не виключене застосування відкритих чи закритих спаїв. Третя форма термопар є спаєм фольги, змонтованої на деякій підложці. Фольга може являти собою магнітну плівку, що легко кріпиться до будь-якої феромагнітної поверхні, температура якої вимірюється. Термопари міцні й економічні, оскільки їхня точність ґрунтується на еталонних значеннях температури, вимоги до відтворення якої не є надмірно високими. Вони мають досить гарні динамічні властивості, тому що мають мініатюрний чуттєвий елемент і можуть бути використані в широкому діапазоні температур.

Характеристики транзисторів також змінюються в залежності від температури, і це дозволяє їх застосовувати для виміру температури.

Верхній діапазон вимірюваних температур обмежується струмом витоку напівпровідникових переходів. Останні використовуються для виміру температур у діапазоні від - 50 до + 150 °С.

Останнім часом широке поширення знайшли інтегральні датчики температури.

В якості чуттєвих елементів в інтегральних датчиках температури використовуються напівпровідникові р-n переходи (емітерні переходи транзисторів) і напівпровідникові терморезистори. По вихідним даним датчики можна віднести до наступних груп:

двополюсники - джерела струму (датчики AD590/592 та ін. Фірми Analog Devices) і джерела напруги (датчики LM135/235/335 фірми National Semiconductor), у яких джерела живлення 'прикладені' до вихідних виводів;

датчики з роздільними виводами живлення і вихідного сигналу, що розрізняються видом перетворення і вихідним сигналом:

- з аналоговим потенційним виходом (датчики AD22100/103 та ін. фірми Analog Devices, датчики LM60 та ін. фірми National Semiconductor);

-з виходом импульсно-модульованого в часі сигналу (датчики ТМРО3/04 фірми Analog Devices);

- з виходом цифрового сигналу (датчик ADT33 фірми Analog Devices, датчик LM75 фірми National Semiconductor).

1.7 Датчики вологості

Методи виміру вологості можна розділити на два основних напрямки: 1. Вимір вологості твердих (сипучих) матеріалів;

2. Вимір вологості газів.

Вимір вологості сипучих матеріалів в основному роблять, вимірюючи електричну ємність, утворену електродами, між якими знаходиться матеріал, що досліджується. Цей метод базується на зміні діелектричної проникності матеріалу при зміні його вологості. Метод є досить простим і дозволяє визначати вологості твердих і сипучих матеріалів з високою точністю. Досить часто так само застосовується метод виміру вологості шляхом виміру опору досліджуваного матеріалу. Але даний метод має ряд недоліків зокрема мала точність. При використанні даного методу необхідне калібрування приладу, в ході якого береться на увагу хімічний склад води і досліджуваного матеріалу. Незважаючи на це цей метод одержав широке поширення в системах, що контролюють певний рівень вологості.

Вимір вологості газів неможливий тима ж способами, що і твердих тіл, тому що наявність вологи в них практично не змінює ні діелектричної проникності ні опору газового проміжку. Для виміру вологості газів застосовують методу, що базуються на гігроскопічності деяких матеріалів, а також методи, що базуються на протіканні хімічної реакції під дією вологи.

Використовується ряд чуттєвих елементів, в яких у залежності від вологості змінюються деякі властивості. Найпростіший чуттєвий елемент, виконується у виді гігроскопічного елемента (поглинаючого молекули води), щільно притиснутого пружинним пристроєм. Будь-яка абсорбція чи десорбція змінює довжину елемента, і кожна маркірована крапка пристрою переміщується в одному чи іншому напрямку в залежності від рівня абсорбції. Це переміщення потім сприймається приладом за допомогою одного з відомих принципів перетворення. Хоча найбільш розповсюдженими є неорганічні чуттєві елементи, іноді застосовуються й органічні, навіть людська шкіра.

У резистивних гігроскопічних елементах використовується їхня властивість змінювати свій опір при коливаннях вологості. Вони являють собою дротові елементи, покриті водяним розчином солі. Шар солі змінює свій опір у залежності від місцевої вологості. Можуть бути сконструйовані гігроскопічні елементи, у яких при коливаннях вологості варіюється поверхневий опір, наприклад, елемент Попі, що включає в себе полістерин, оброблений сірчаною кислотою.

Гігрометричні елементи на основі окису алюмінію зі зміною вологості змінюють не тільки свій опір, але і ємність. Конструктивно такий елемент являє собою алюмінієву підкладку, що формує одну обкладку конденсатора, із шаром окису алюмінію і тонким шаром золота (досить тонким, щоб мати пори), що формує іншу його обкладку. Структура окису алюмінію така, що цей шар є пористим і усмоктує пари води, у наслідку чого змінюється діелектрична постійна і, отже, ємність конденсатора.

Якщо кварцовий кристал покрити гігроскопічним матеріалом, то його резонансна частота буде залежати від вологості, оскільки вологість впливає на загальну масу кристала.

Також для виміру вологості повітря існує прибор, що отримав назву класичний психрометр. Цей прибор складається з двох термометрів «сухого» та «мокрого». Маючи значення показників цих термометрів, за допомогою спеціальної таблиці, легко можна визначити значення вологості повітря.

1.8 Датчики швидкості потоку повітря

Прилад для виміру швидкості потоку повітря має назву анемометр. Існує кілька видів анемометрів, що розрізнюються за принципом дії чи за видом крильчатки. Крильчатка приводить до руху механізм приладу на шкалі якого відображається значення швидкості руху повітря.

В електронному анемометрі поставлена задача електронним шляхом вимірювати швидкість обертання крильчатки. Принцип дії електронного анемометра полягає в перетворенні обертального руху вала в електричний сигнал (струм I, напругу U, частоту f). Розрізняють імпульсні тахометри і тахометричні генератори. Перші перетворюють обертальний рух вала в послідовність імпульсів, частота проходження яких пропорційна швидкості обертання, другі являють собою генератор (тахогенератор), що виробляє напругу, величина якої пропорційна швидкості обертання вала. При використанні іншого методу варто врахувати, що тахогенератор навантажує систему. Імпульсні тахометри можна класифікувати по фізиці дії датчиків, що в них використовуються. Найбільш розповсюдженим способом перетворення є такий, у якому приймальна катушка дозволяє визначати частоту обертання вала. Зазвичай такий вал виконується з виїмками чи виступами. Коли виступ чи виїмка проходить через прийомну котушку, змінюється вихідна напруга. Підрахунок змін вихідної напруги протягом визначеного тимчасового інтервалу і дає значення кутової швидкості.

В імпульсних тахометрах можуть бути використані, наприклад, ефект Холу, індуктивні вихрові струми, оптичні явища (у перетворювачах наближення).

Після вимірювання всіх параметрів мікроклімату задача електронної схеми полягає в тому, щоб перетворити електричну величину для подальшого використання в системах автоматичного регулювання (САР) і подальшій обробці і індикації.

1.9 Датчики концентрації озону

Перспективними приладами для виміру концентрації малих газових домішок атмосфери можуть стати газоаналізатори на основі напівпровідникових сенсорів (ППС).

При проведенні вимірів озону, особливо низьких концентрацій, актуальним є облік втрат озону на поверхні установок і комунікацій, що підводять, оскільки озон легко розпадається навіть на інертних матеріалах.

Для вирішення широкого кола завдань моніторингу навколишнього середовища, визначення мікроконцентрацій токсичних і вибухонебезпечних газових компонентів у різних технологіях і наукових дослідженнях значний інтерес представляють напівпровідникові металлооксидные газові сенсори резистивного типу на основі Sn₂, Zn, ТЮ₂, Ni, WO₃, In₂O₃ й ін.. Такі сенсорні системи володіють рядом переваг у порівнянні з іншими методами газового аналізу: високою чутливістю, швидкодією, компактністю, низькою вартістю, невеликою енергоємністю й можливістю інтеграції в сучасні інформаційні системи. Широкі можливості напівпровідникових сенсорів для детектирования різних газів і пар у повітрі або інертних середовищах забезпечуються більшою розмаїтістю оксидів металів й їхніх композицій, а також різними впливами на ці матеріали (легування, опромінення, додаткові електричні й магнітні поля, формування гетеросистем, температурні умови роботи).

Головною проблемою, що не дозволяє широко використати напівпровідникові сенсори в газовому аналізі, є їх недостатня селективність до обумовленого компонента й відсутність довгострокової стабільності электрофизических параметрів. Рішення проблем селективности йде по двох напрямках: по-перше, за допомогою модифікації вже відомих составів з одержанням складних гетеросистем, що підвищують вибірну чутливість

сенсора до газу, що цікавить, вибором температурного інтервалу детектирования, що дозволяє реєструвати певні частки, активні саме в цьому інтервалі, у те час як інші компоненти газової суміші в цій області температур ще (або вже) не мають достатню активність. По-друге, шляхом застосування многоэлементных матричних сенсорів з використанням при обробці сигналів різних модифікацій штучних нейронних мереж. Основним засобом підтримки стабільності сигналу на заданому рівні є періодична регенерація поверхні напівпровідника, що полягає в проведенні різних технологічних операцій: як нагрівання до температур, що перевищують робітники, обробка потоками різних газів і т.д. Сенсорні характеристики оксидів металів, поряд з їх хімічними й напівпровідниковими властивостями, залежать від технології одержання чутливих шарів. Обрана технологія визначає електронну й кристалічну структуру зразків, мікроструктуру й дефектність, товщину плівки й необхідний рівень электрофизических властивостей.

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ ТА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМ

2.1 Розробка структурної схеми

Відповідно до завдання розроблена структурна схема, яка відповідає радіальній схемі побудови мікропроцесорних приладів.

Структурна схема наведена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Структурна схема приладу

Основним керуючим елементом схеми є мікроконтролер (МК). У його пам'яті записана програма, згідно з якою він почергово опитує датчики температури (ДТ), вологості (ДВ), швидкості потоку повітря (ДШПП) та датчик концентрації озону (ДКО).

Пристрій введення (ПВ), або клавіатура, необхідний для введення в мікроконтролер бажаних параметрів мікроклімату, таких як: температура, відносна вологість та швидкість потоку повітря, концентрація озону.

Пристрій індикації (ПІ) відображає поточні значення параметрів мікроклімату.

З вихідних портів мікроконтролера знімаються керуючі сигнал, які через схему узгодження з виконавчими пристроями (СУВП) потрапляють до виконавчих пристроїв: кондиціонера (Конд), обігрівача (Об), зволожувача (Зв), вентилятора (Вент), озонатора (Озон).

2.2 Розробка принципової схеми та електричні розрахунки

2.2.1 Розробка блоку мікроконтролера

Для розробки пропоную використовувати восьмибітний високо-продуктивний мікроконтролер ATmega8535, що побудований на розширеній AVR RISC архітектурі [1].

Контролер містить всі вузли необхідні для автономної роботи:

· центральний восьмирозрядний процесор;

· пам'ять програм об'ємом 8 Кбайт;

· пам'ять 512 байт EEPROM, а також 512 байт SRAM;

· чотири восьмирозрядних програмованих канала вводу-виводу;

· два 8-бітних багаторежимних таймера/лічильника, а також 16-бітний багаторежимний таймер/лічильник і лічильник реального часу з програмованим генератором;

· чотири ШІМ генератора:

· 8 канальний, 10-бітний АЦП, 8 простих уніполярних входів

· 7 диференційних входів (тільки для TQFP)

· 2 диференційних входи з підсиленням (*1, *10, *200) (тільки для TQFP)

· байт орієнтований двопроводний інтерфейс

· програмований послідовний USART

· Master/Slave SPI

· вбудований аналоговий компаратор;

· програмований Watchdog з генераторами, що переключаються;

· тактовий генератор.

Система команд ATmega8535 складає 130 команд, більшість виконується за один машинний цикл. Розвинута RISC архітектура має:

· 32 регистра загального призначення;

· 130 команд

· повністю статичний режим та ін.

AVR ядро сполучає розширений набір команд з 32 робочими регистрами загального призначення. Всі 32 регистра з'єднані з АЛП, що забезпечує доступ до двох незалежних регістрів на час виконання команди за один машинний такт. Завдяки вибраній архітектурі досягнута висока швидкість коду і відповідно висока продуктивність, що в 10 разів перевищує швидкість відповідного CISC мікроконтролера.

Умовне графічне позначення ATmega8535 наведене на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 - Умовне графічне позначення мікроконтролера ATmega8535

Призначення виводів мікроконтролера ATmega8535 наведено в таб. 2.1.

Таблиця 2.1 - Призначення виводів мікроконтролера ATmega8535

№ вивода	Позначення	Призначення	Тип
1	2	3	4
1-8	PB0-PB7	8-розрядний двонаправлений порт РВ	вхід/вихід
9	RESET	Сигнал загального збросу. При утриманні на вході низького рівня протягом більше 50 нс виконується зброс пристрою	вхід
10	VCC	Вивід напруги від джерела живлення +5 В	-
11	GND	Загальний вивід	-
12, 13	XTAL2, XTAL1	Виводи для підключення кварцевого резонатора	вихід/вхід
14-21	PD0-PD7	8-розрядний двонаправлений порт РD з додатковими функціями	вхід/вихід
	PD0	Послідовні дані приймача - RxD	вхід
	PD1	Послідовні дані передавача - TxD	вихід
	PD2	Вхід зовнішнього переривання 0 - INT0	вхід
	PD3	Вхід зовнішнього переривання 1 - INT1	вхід
	PD4	Вхід таймера/лічильника 0	вхід
	PD5	Вхід таймера/лічильника 1	вхід
	PD6	Вихід стробуючого сигналу при запису в зовнішню пам'ять даних	вихід
	PD7	Вихід стробуючого сигналу при читанні з зовнішньої пам'яті даних	вихід
22-29	PC0-PC7	8-розрядний двонаправлений порт РС.	вхід/вихід
30	AVCC	Вхід для подачі опорної напруги на АЦП	-
31	GND	Загальний вихід опорної напруги на АЦП	-
32	AREF	Живлення АЦП	-
33-40	PA7-PA0	8-розрядний двонаправлений порт РA. Шина адреса/даних при роботі з зовнішньою пам'яттю	вхід/вихід

Мікроконтролери сімейства Mega є 8-розрядними мікроконтролерами, що призначені для встроюваних прикладень. Вони виготовляються по малоспоживній КМОП-технології, котра у сполученні з RISC-архітектурою дозволяє досягнути найкращого співвідношення швидкодія/ енергоспоживання.

В мікроконтролері один машинний цикл виконується за один такт. Тому більшість команд виконується з частотою тактових сигналів. Контролер може використовувати три різні джерела системної частоти: кварцевий або керамічний резонатор, зовнішній тактовий сигнал або вбудований RC-генератор. Звичайний діапазон частот - від 0 до 16 МГц.

Ініціалізація мікросхем здійснюється сигналом RESET. В нормальному робочому режимі на вихід мікроконтролера RESET подається рівень логічної одиниці. Для того, щоб перезапустити контролер потрібно натиском кнопки подати на цей вихід рівень логічного нуля. Вхід RESET є входом внутрішнього тригера Шмітта. Тригер Шмітта включає схему, що потім забезпечує затримку в 3 мс - це час необхідний для стабілізації напруги живлення. Як тільки час затримки закінчиться, спеціальна схема блокування чекає, доки не стабілізується частота внутрішнього генератора, перед тим як запустити програму на виконання. Номінально цей період складає 15 мс.

Якщо під час виконання програми на вхід RESET надійде сигнал логічного нуля тривалістю більше двох тактів, то виконання програми скидається в початковий стан, а тактовий генератор продовжує працювати. Коли на цьому виході знову встановиться високий рівень, виконання програм почнеться з початкової адреси.

Схема включення мікроконтролера наведена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема включення мікроконтролера ATmega8535

Вибираємо наступні стандартні елементи [2]:

DD1 - мікроконтролер ATmega8535

С1, С2 - К10-17-30 пФ х 25 В

R1 - МЛТ-0,125-8,2 кОм 5%

Для використання АЦП треба подати живлення на входи для живлення АЦП. Для цього треба використати елементи і схему, що наводиться в технічному описанні до мікроконтролеру [1].

2.2.2 Вибір датчика температури

Керуючись принципом того, що електрична схема має бути якомого меншою за розмірами, вибираєм інтегральний датчик DS18B20. Він являє собою 1-провідний цифровий термометр з програмуємим дозволом [4].

Його характеристики:

· Точність ±0.5°C у діапазоні температур від -10°C до +85°C

· Дозвіл, що встановлюється користувачем, від 9 до 12 біт

· Дані передаються за допомогою 1-провідного послідовного інтерфейсу

· 64-бітний унікальний і незмінний серійний номер

· Багатоточкове зчитування

· Робоча напруга від 3,0В до 5,5В

· Варіант датчика із запиткой з лінії даних (DS18B20-PAR)

· TO-92, 150mil 8-контактний SOIC, або 1,98мм x 1,37мм корпус із кульковими виводами (±2.0°C)

Рисунок 2.4 - Умовне графічне позначення DS18B20

Рисунок 2.5 - Структурная схема цифрового термометра DS18B20

При використанні як термостат, DS18B20 відрізняється наявністю у внутрішній енергонезалежній пам'яті (EEPROM) програмувальних користувачем уставок по перевищенню температури (TH) і по зниженню температури (TL). Внутрішній регістр прапора буде виставлений, коли уставка пересічена. Це буде виконано, коли обмірювана температура більше чим TH або менше ніж TL. Якщо термостатирування не потрібно, два байти енергонезалежної пам'яті (EEPROM) зарезервовані для уставок можуть бути використані для енергонезалежного зберігання інформації загального призначення.

Кожна мікросхема DS18B20 має унікальний і незмінний 64-бітний серійний номер, що використовується як вузлова адреса датчика. Це дозволяє безлічі мікросхем DS18B20 співіснувати на одній 1-провідній шині. Мікросхема DS18B20 може бути локально запитана від 3,0В до 5,5В або вона може бути сконфігурована таким чином, щоб бути запитаной за допомогою 1-провідної лінії даних.

Інформація з датчика передається по унікальному однопровідному інтерфейсу 1-Wire компанії Dallas Semiconductor. Особливості цього інтерфейсу:

· підтримка стандартної швидкості протоколу Dallas 1-Wire

· сумісність з усіма мікроконтролерами AVR

· реалізація с керуванням по перериванням або по опросу

· реалізація на основі опроса не потребує зовнішньої схеми

Унікальність мікросхем Dallas з інтерфейсом 1-Wire полягає в необхідності використання для зв'язку з ними тільки однієї сигнальної лінії й загального провідника. Живлення й зв'язок здійснюються через одне з'єднання. Для зв'язку з такою мікросхемою потрібно задіяти тільки одну лінію вводу-виводу.

Режим зв'язку - асинхронний і напівдуплексний, котрий строго керується схемою «ведучий-підлеглий». До однієї й тій же шині можуть бути одночасно підключено одне або кілька підлеглих пристроїв. До однієї шини може бути підключений тільки один провідний пристрій.

Незайнятому стану шини відповідає високий рівень, що формується резистором, що підтягує. Номінал резистора, що підтягує, приводиться в документації на підлеглу мікросхему. Всі мікросхеми, підключені до шини, повинні бути здатні створювати низький рівень. Якщо вихід мікроконтролера не підтримує тристабільність, то необхідно передбачити драйвер, у якого вихід з відкритим колектором або відкритим стоком

Передача сигналів по шині 1-Wire розділена на тимчасові слоти тривалістю 60 мкс. Одним тимчасовим слотом передається тільки один біт даних. Підлеглим пристроям допускається мати істотні відмінності від номінальних витримок часу. Однак це вимагає більше точного відліку часу ведучим, щоб гарантувати коректність зв'язку з підлеглими, у яких розрізняються тимчасові базиси. Таким чином, треба в точності витримувати тимчасові границі, розглянуті в наступних розділах.

Ведучий ініціює кожен зв'язок на бітному рівні. Це означає, що передача кожного біта, незалежно від напрямку, повинна бути ініційована ведучим. Це досягається установкою низького рівня на шині, що синхронізує логікові всіх інших пристроїв. Існує 5 основних команд для зв'язку по шині 1-Wire: «Запис лог. 1», «Запис лог. 0», «Читання», «Скидання» й «Присутність».

Сигнал «Запис лог. 1»

Сигнал «Запис лог. 1» показаний на рис. 2.6. Ведучий установлює низький рівень протягом 1...15 мкс. Після цього, протягом частини, що залишилася, тимчасового слота він звільняє шину.

Рисунок 2.6 - Сигнал «Запис лог. 1»

Сигнал «Запис лог. 0»

Сигнал «Запис лог. 0» показаний на рис. 2.7. Ведучий формує низький рівень протягом не менш 60 мкс, але не довше 120 мкс.

Рисунок 2.7 - Сигнал «Запис лог. 0»

Сигнал «Читання»

Сигнал «Читання» показаний на рис. 2.8. Ведучий установлює низький рівень протягом 1...15 мкс. Після цього підлеглий утримує шину в низькому стані, якщо бажає передати лог. 0. Якщо необхідно передати лог. 1, то він просто звільняє лінію. Сканування шини необхідно виконувати після закінчення 15 мкс після установки низького рівня на шині. Якщо дивитися з боку провідного, сигнал “Читання” є в сутності сигналом «Запис лог. 1». Властиво внутрішній стан підлеглого буде визначати це сигнал «Запис лог. 1» або «Читання».

Рисунок 2.8 - Сигнал «Читання»

Сигнал «Скидання/присутність»

Сигнали «Скидання» й «Присутність» показані на рис. 2.9. Тимчасові інтервали імпульсів відрізняються. Ведучий установлює низький рівень протягом 8 тимчасових слотів (480 мкс), а потім звільняє шину. Даний тривалий період низького стану називається сигнал «Скидання».

Якщо на шині присутня підлеглий, то він повинен протягом 60 мкс після звільнення ведучим шини встановити низький рівень тривалістю не менш 60 мкс. Даний відгук зветься «Присутність». Якщо такий сигнал не виявляється, то ведучий повинен думати, що немає підключених пристроїв до шини й подальший зв'язок неможливий.

скидання присутність

Рисунок 2.9 - Сигнали «Скидання» і «Присутність»

На схемі електричній принциповій датчик температури підключається до роз'єму X1.

2.2.3 Вибір датчика вологості

Недорогими та простими в обігу є датчики вологості ємнісного типу. Вони складаються зі спеціальної плівки з напиляними із двох сторін шаром золота. У такий спосіб плівка служить діелектриком плоского конденсатора. За допомогою відповідної вимірювальної схеми, більш докладно яка буде описана нижче, ця зміна ємності перетвориться в постійну напругу. Графічне позначення датчика MiniCap2 фірми Panametrics наведене на рис. 2.10.

Рисунок 2.10 - Умовне графічне позначення датчика вологості

Характеристики цих датчика наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Характеристики датчика MiniCap2

Діапазон вимірюваної вологості	от 0 до 100%
Діапазон робочих температур	-40 +180 С
Ємність датчика при температурі 25 С, вологості 33%, та частоті вимірювальної схеми 100 кГц	207 пФ15%(176 - 238 pF)
Діапазон робочих частот	10 - 200 kHz
Температурна залежність	незначна в діапазоні від 0 до +50 С
Час відгуку	60 сек
Лінійність	1%
Стабільність	2%, 24 місяця
Гістерезис ( від 10% до 90% та знову 10%)	1%
Максимальне робоча напруга	1,0 Вольт
Діапазон значень вологості при зберіганні	від 0 до 100%
Діапазон значень температур при зберіганні	від -40 до +180 С

Схема включення датчика MiniCap2 показана на рисунку 2.11.

Рисунок 2.11 - Схема включення датчика вологості

Схема виміру для датчика вологості MiniCap2 зібрана на основі мікросхеми таймеру 7556 у КМОП варіанті, що складається із двох самостійних таймерів (DA1, DA2).

На виході цієї схеми Vout напруга прямо пропорційне відносної вологості, залежність якого виражається формулою 2m/%RH.

Перший таймер DA1, резистори R1, R2 і конденсатор C1 являють собою генератор, що генерує імпульси з періодом проходження 20 мікросекунд, які використовуються для запуску другого таймера. Тривалість імпульсів другого генератора залежить від ємності датчика вологості.

Напруга живлення вимірювальної схеми не повинне перевищувати 2,5 В, тому що напруга на датчику вологості не повинна перевищувати 1В.

Резистори R1-R4 та конденсатор C1 - елементи, що задають час.

; (2.1)

; (2.2)

; (2.3)

; (2.4)

Скважность выходных импульсов генератора:

, (2.5)

где Т - период импульса;

t_И - длительность импульса; t_П - длительность паузы.

Для даного типу генератора шпаруватість Q не може бути більше 2. Приймемо значення шпаруватості Q = 1,5. Цей параметр не буде робити впливу на працездатність схеми, тому що дільники частоти, підключені до виходу генератора, що задає, спрацьовують по фронті тактового імпульсу.

Розрахуємо елементи схеми. Знайдемо тривалість він-пульсу й паузи:

, (2.6)

. (2.7)

Следовательно, мкс, мкс.

, (2.8)

(2.9)

Вирішимо рівняння (2.8) і (2.9) щодо змінної З₁:

. (2.10)

Одержимо рівність: звідки . Методом підбора знайдемо значення елементів: нФ, кому, кому. Паралельно включені резистори R1, R2 й R3, R4 дають значення опору, найбільш наближене до необхідного:

; (2.11)

кОм.

2.2.4 Вибір датчика швидкості потоку повітря

Пропонується використати датчик швидкості повітря типу АП1-1. Це крильчатий датчик турбинного типу. На його виході можна отримати послідовність імпульсів, кількість котрих пропорційна швидкості обертання крильчатки. Діапазон виміру швидкості потоку повітря складає від 0,05 до 5 м/с. Діаметр крильчатки складає 50 мм, тобто цей датчик легко можна встановити на шляху повітряного потоку на виході вентиляційного отвору. Цей датчик має добру інерційність, тому здатен вловити найменшу зміну швидкості.

В якості первинного перетворювача інформації тут використовується крильчатка. Принцип дії датчика заключаєтся в тому, що проходячий через крильчатку повітряний потік (ПП) призводить її до обертання, а крильчатка в свою чергу здійснює модуляцію світлового потоку (СП) від світлодіоду (СД) до фотодіоду (ФД). В результаті такої модуляції сигнал, що знімається з світлодіода буде представляти собою послідовність імпульсів, котрі після підсилення обмежуються за амплітудою та тривалістю формувачем імпульсів (ФІ). При цьому частота f_вих буде пропорційна швидкості повітряного потоку.

На рисунку наведена структурна схема датчика АП1-1.

Рисунок 2.12 - Структурна схема датчика АП1-1

Датчик типу АП1-1 має 3 виводи. Два виводи використовуються для подачі живлення (+12 В), з третього знімається імпульсний сигнал, що відповідає швидкості повітря. Цей сигнал треба подати на контролер. Для захисту від перешкод, що можуть виникати в з'єднувальних проводах, треба використати конденсатор ємністю 100 нФ на виході датчика.

2.2.5 Вибір датчика концентрації озону

Для контролю концентрації озону в повітрі можливо використання напівпровідникового датчику MQ131 фірми Hanwei Electronics [5].

Технічні параметри:

- напруга живлення - 5,0 В;

- робоча температура: -10⁰ …+50⁰;

- струм: у черговому режимі до 10 мкА, у режимі очикування - 30 мкА;

- час отклику - менш 30 сек;

- час відновлення - 60 сек.

Датчик забезпечує вимір об'ємної частки озону у повітряному середовищі в діапазоні від фонової до максимально припустимої. Це дозволяє робити регулювання концентрації озону в повітрі та контролювати забруднення повітря, що надходить у систему вентиляції.

Рисунок 2.13 - Графічне позначення датчика озону MQ131

2.2.6 Розробка пристрою введення

Пристрій введення (клавіатура) використовується для завдання бажаних параметрів мікроклімату.

Кнопкою Reset вмикаємо/вимикаємо прилад. При натисканні на кнопку Set на екрані з'являється головне меню. Використовуючи кнопки збільшити/зменшити, обираємо режим роботи приладу («ручна настройка» або «сценарій»), підтверджуємо вибір натиском на кнопку Select. Далі вибираємо потрібний параметр і підтверджуємо вибір натиском на кнопку Select. Щоб задати потрібне значення обраного параметра викоритовуємо кнопки збільшити/зменшити. Коли потрібне значення введено треба підтвердити це натисканням на клавішу Set. Вихід з меню виконується повторним натисканням кнопки Set.

Рисунок 2.14 - Зовнішній вигляд клавіатури

Назви кнопок на схемі електричній принциповій:

SB1 - Power

SB2 - Set

SB3 - Select

SB4 - «більше»

SB5 - «менше»

SB6 - «вліво»

SB7 - «вправо»

2.2.7 Розробка пристрою індикації

В даному пристрої пропоную використати рідкокристалічний індикатор тому, що він є досить компактним, володіє малими енерговитратами та відносною простотою зв'язку з центральним блоком керування.

Робота рідкокристалічних індикаторів (РКІ) грунтується на властивості рідких кристалів (РК), що являють собою органічні з'єднання, котрі знаходяться в проміжному стані між твердим (кристалічним) та ізотопно-рідким станом. Молекули таких з'єднань мають подовжену форму. Між ними діють бічні і кінцеві зв'язки. На кінцях молекул знаходяться атоми з великими амплітудами коливань, тому кінцеві зв'язки виявляються слабкіше бічних і молекули під дією електричного і магнітного полів, і температури стають здатними орієнтуватися певним чином [6].

За типом орієнтації молекули рідкокристалічної речовини, їхній структурі, властивостям і областям використання розділяють на два основних види РК: холестерики (реагують на температуру) і нематики (реагують на електричне поле).

Пропонується використати для відображення інформації про параметри мікроклімату РКІ фірми Bolymin типу BC1602E. Цей РКІ відноситься до типу нематиків. Нематики мають однорідну односпрямовану орієнтацію молекул, що порушується під дією електричного поля.

Індикатор BC1602E має 16 виводів для подачі зовнішніх сигналів. Зовнішній вигляд індикатора наведено на рисунку 2.15

Рисунок 2.15 - Зовнішній вигляд індикатора BC1602E

Електричні параметри індикатора BC1602E наведено в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Електричні параметри індикатора BC1602E при Т_{зовн. сер.}=25^оС

Параметр	Одиниці виміру	Значення
Напруга живлення	В	5
Струм споживання	mA	2,0
Напруга живлення скла	В	4,2
Напруга живлення підсвічування	В	4,2
Струм споживання підсвічування	mA	280

Призначення виводів індикатора BC1602E наведено в таблиці 2.4

Таблиця 2.4 - Призначення виводів індикатора BC1602E

№ вивода	Позначення	Призначення
1	Vss	Загальний вивід (GND)
2	Vdd	Подача живлення (+5 В)
3	Vо	Регулювання контрастності
4	RS	Команди/Дані
5	R/W	Зчитування/Запис
6	Е	Вибір модулю
7-14	DB0-DB7	Порт даних
15	А	Напруга живлення підсвічування (+5 В)
16	К	Напруга живлення підсвічування (GND)

Схема підключееня індикатора наведена на рисунку 2.16

Рисунок 2.16 - Схема підключення індикатора BC1602E

Керування індикатором виконується з мікроконтролера. На індикаторі встановлена мікросхема для здійснення керування.

Для того, щоб захистити поляроід індикатора (екран), що розміщений на його зовнішній стороні, від пошкоджень при збереженні та монтажі, табло на заводі виготовлювача покривають захисною плівкою. Під час початку роботи з готовим виробом цю плівку треба зняти.

Інформацію на індикатор можна виводити за допомогою мікроконтролера. Інформація може виводитися з пам'яті або напряму без збереження в пам'яті. Це здійснюється згідно програми, що знаходиться в мікроконтролері.

Недоліками РКІ є невисока яскравість, обмеження температурного діапазону, необхідність підсвітки.

До переваг РКІ можна віднести низькі напругу живлення і енергопостачання, необмеженість знаків і індикаційного поля, можливість ефективної індикації в умовах сильної зовнішньої засвіченості, конструктивно-технологічна сумісність з мікросхемами керування, простота виготовлення, плоска форма екрану, великий термін служби.

2.2.8 Розробка схеми узгодження з виконавчими пристроями

Розроблювальна схема регулювання параметрів мікроклімату повинна відповідно до завдання мати 5 вихідних сигналів. Для того, щоб виконуючі механізми схеми могли живитися від мережі більш високої напруги (наприклад ~220В) необхідно передбачити гальванічну розв'язку. Найбільш універсальним є рішення на оптосемисторах. Такі елементи мають достатню навантажувальну здатність і високий опір між вхідними й вихідними ланцюгами. Для створення необхідного струму для світіння светодиодов оптопар необхідно передбачити підсилювальний елемент у якості якого цілком можливо використати елементи НЕ серії ДО1533. Основні електричні параметри МС серії ДО1533 наведені в таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 - Параметри серії ДО1533

Е1 , В	Е0 , В	Uпор , В
4	0,4	1,52	0,2	50	8

Принципова схема видачі керуючих сигналів наведена на рис.2.17

Рисунок 2.17 - Принципова схема формування керуючих сигналів

У якості оптопары вибираємо елемент фірми Motorola MOC3052. Даний оптосемистор дозволяє комутувати струми до 1А й напругу до 600 В.

Номіналу резисторів розраховуються виходячи з параметрів оптопар, а саме необхідного прямого струму світодіодів I_{F VD max} = 10 мА.

,

Вибираємо резистори МЛТ-0,125-270 Ом 5%.

3 Розробка алгоритму

При складанні теплового та влажностного балансу для кондиціонує мого приміщення повинні бути враховані всі фактори, що впливають на зміну стани повітряного середовища. Для цього необхідно визначити всі надходження та втрати тепла.

У приміщеннях різного призначення діють дві основні категорії теплових навантажень: виникаючі зовні й усередині будинків приміщення.

Зовнішні теплові навантаження представлені наступними складовими:

-теплонадходження або тепловтрати в результаті різниці температур зовні та усередині будинку через стіни, стелі, підлоги, вікна та двері. Ця різниця температур улітку є позитивної, у результаті чого має місце приплив тепла всередину приміщення, а взимку - негативної, і напрямок теплопотока міняється;

-теплонадходження через засклені площі від сонячного випромінювання, що завжди створює позитивне навантаження. Улітку вона повинна бути компенсована, а взимку вона незначна й інтегрується з теплом, вироблюваним установкою штучного клімату;

-зовнішній вентиляційний і проникаючий у приміщення повітря (за рахунок інфільтрації) може мати також різні властивості, які, однак, майже завжди контрастують із метеорологічними вимогами приміщень. Улітку зовнішнє повітря гарячий і вологий (що істотно впливає на роботу установки, що прохолоджує й осушує атмосферу), а взимку - холодний і сухий, що викликає необхідність його підігріти й зволожити. І тільки в проміжний період зовнішнє повітря якоюсь мірою може бути використаний у якості безкоштовного «охолоджувача» приміщень.

Слід зазначити, що зовнішні теплові навантаження можуть бути позитивними та негативними залежно від часу доби. Внутрішні теплові навантаження в житлових, офісних або стосовних до сфери обслуговування приміщеннях складаються, в основному, з:

- тепла, виділюваного людьми;

-тепла,виділюваного лампами, освітлювальними та електропобутовими приладами: холодильниками, плитами та т.д. (у житлових приміщеннях);

-тепла, виділюваного працюючими приладами та устаткуванням: комп'ютерами, друкувальними пристроями, фотокопіювальними машинами та ін. (в офісних і інших приміщеннях).

У виробничих і технологічних приміщеннях різного призначення додатковими джерелами тепловыделений можуть бути:

нагріте виробниче встаткування;

гарячі матеріали, у тому числі рідини і різного роду напівфабрикати;

продукти згоряння та хімічних реакцій.

Всі перераховані внутрішні теплові навантаження є завжди позитивними, і тому в літній період вони повинні бути усунуті, а взимку за їхній рахунок знижується навантаження на установки обігріву.

Алгоритм функціонування мікропроцесорної системи керування кондиціонуванням та вентиляцією приведена на рис. 3.1.

Оскільки основним завданням системи є створення сприятливих кліматичних умов життєдіяльності людей, то для рішення цього завдання може бути створений ряд сценаріїв (підпрограм) роботи всієї системи.

Керування температурою або вологостью - система довзоляє керувати такими параметрами як температура, вологість, притік свіжого повітря індивідуально приплів свіжого повітря індивідуально для кожної кімнати, включати/виключати систему фільтрації повітря. Наприклад, «Розумний» клімат-контроль самостійно створить комфортні умови для сну - до ночі температура понизиться, а до ранку понизиться.

Рисунок 3.1 - Алгоритм функціонування системи

Для того, щоб виставити необхідну температуру в кімнаті, досить задати значення температури на панелі управління. При цьому потужність і кількість включених теплових приладів будуть обрані залежно від вуличної температури та потрібної швидкості прогріву.

Керування вентиляцією залежно від температури та вологості -система клімат-контролю самостійно задасть потрібний температурний режим, вологість, включить систему вентиляції таким чином, щоб людині було комфортно і затишно у своєму будинку.

Керування системою озонування й іонізацією повітря - система озонування й іонізації дозволяє позбутися від бактерій, вірусів і мікроорганізмів, гниття та цвілі, неприємних заходів, тютюнового диму, нікотину, алергенів, а також збагатити повітря киснем. При збільшенні концентрації озону максимально припустимої система автоматично виключить озонатор або іонізатор повітря та видасть сигнал небезпеки.

Керування системою очищення повітря - системи очищення повітря відтворить природні процеси за допомогою іонізації й озону низької концентрації, дозволяючи рятувати його від усіляких домішок, вірусів, бактерій і т.д. «Розумний будинок», стежачи за станом повітря та контролує концентрацію СО₂ , управляє системою очищення, поліпшуючи самопочуття людини та здоровий сон.

Автоматична підтримка температури та вологості в спеціальних приміщеннях (винний льох, бібліотека, галерея та т.п.). У деяких приміщеннях повинен дотримуватися особливий режим температури та вологосты. Це, наприклад, винний льох, бібліотека або картинна галерея. «Розумний будинок» не дозволить зіпсуватися безцінною колекцією книг, вин або картин, створюючи найбільш сприятливі умови для їхнього зберігання.

На рисунку 3.2 наведений алгоритм роботи системи за сценарієм «Керування вентиляцією залежно від температури та вологості».

На рисунку 3.3 наведений алгоритм роботи системи за сценарієм «Керування системою озонування й іонізацією повітря».

4 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ РОБОТИ

Дослідивши можливості підприємства по виробництву електронної техніки, а також розрахувавши місткість ринку даного товару, можна зробити висновок про об'єм виробництва. На 2008 рік намічається виготовити 1500 штук виробів.

У роботі проводиться розрахунок собівартості виробу і його ціни. Обґрунтовується доцільність виробництва запланованого об'єму шляхом побудови графіка беззбитковості і визначення точки беззбитковості.

4.1 Розрахунок собівартості і ціни мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції

Розрахунок собівартості і ціни розробленого виробу проводиться методом калькуляції, шляхом розрахунку окремих статей калькуляції по формулах і методах розрахунку, що діють.

Розрахунок вартості основних матеріалів

Вартість основних матеріалів визначається на підставі технологічної документації за розрахунком норм витрат матеріалів і цін на матеріали, що склалися на ринку при придбанні матеріалів.

Розрахунок ведеться по формулі:

, (4.1)

де - вартість основних матеріалів, грн.;

- номенклатура використаних у виробі матеріалів;

- норма витрати i-го найменування матеріалу;

- ціна матеріалу i-го найменування;

- транспортно-заготівельні витрати;

- відходи, що реалізовуються (віднімаються).

Для зручності розрахунку вартості основних матеріалів доцільно використовувати табличний метод розрахунку. У таблиці 4.1 проведений розрахунок вартості основних матеріалів.

Таблиця 4.1 - Розрахунок вартості основних матеріалів

Найменування матеріалів	Одиниці вимірювання	Норма витрати	Ціна за одиницю матеріалу, грн.	Сума, грн.
Склотекстоліт СФ2-1,5	кг	0,4	1,00	0,40
Припій ПОС-40	кг	0,25	1,60	0,40
Каніфоль КП-1	кг	0,05	0,30	0,015
Дріт монтажний МГШВ	м	12	1,25	15,00
Інші матеріали	-	-	-	5,00
Разом	20,82
Транспортно-заготовчі витрати	2,9
Разом з урахуванням транспортно-заготовчих витрат	23,72

Відходи, що реалізовуються, в даних розрахунках не враховуються у зв'язку з незначністю їх величини.

Розрахунок вартості купівельних комплектуючих виробів

Кількість і типи використаних виробів визначаються з принципових електричних схем розроблених блоків електронного вимірника ваги людини. Ціни на купівельні вироби були встановлені на підставі прайс-аркушів і цін, що діяли в даний час, на ринку. Розрахунок проводиться за формулою:

, (4.2)

де - вартість купівельних комплектуючих виробів;

- коефіцієнт транспортно-заготовчих витрат, який складає 1,03;

- номенклатура вживаних у виробі комплектуючих виробів;

- кількість купівельних комплектуючих виробів j-го найменування;

- ціна купівельного виробу j-го найменування.

Розрахунок вартості купівельних комплектуючих виробів проводиться в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 - Розрахунок вартості купівельних виробів

Найменування виробів	Кількість виробів, шт.	Ціна за одиницю, грн.	Сума, грн.
Мікроконтролер	1	11,42	11,42
Мікросхеми цифрові	1	7,42	7,42
Мікросхеми аналогові	2	1,5	3
Резистори	18	0,1	1,8
Конденсатори	15	0,25	3,75
Діоди	5	0,5	2,5
Рідкокристалічний індикатор	1	35	35
Кварцовий резонатор	1	3	3
Разом	67,9
Транспортно-заготовчі витрати	2,9
Разом з урахуванням транспортно-заготовчих витрат	70,8

Розрахунок основної заробітної плати

Розрахунок основної заробітної плати виробничих робочих, продукції, що включається в собівартість одиниці, проводиться на підставі ряду нормативних документів, розроблених технічними службами підприємства спільно з бюро по нормуванню витрат праці (служба ОТЗ).

Основна заробітна плата визначається за формулою:

, (4.3)

де - годинна тарифна ставка робочого i-го розряду, грн.;

- трудомісткість i-той операції технологічного процесу, н-г;

р - кількість операцій технологічного процесу.

У таблиці 4.3 проведений розрахунок основної заробітної плати виробничих робочих для мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції.

Таблиця 4.3 - Розрахунок основної заробітної плати

Найменування операції	Розряд	Трудоміст-кість, н-г	Годинна тарифна ставка, грн.	Сума заробітної плати, грн.
Розмічальні	3	2	3,375	6,75
Труїння плат	3	3	3,375	10,13
Свердлувальні	3	2,5	3,375	8,44
Монтажні	4	12,5	3,75	46,88
Складальні	4	7	3,75	26,25
Налагоджувальні	5	8,5	4,25	36,13
Інші	3	7	3,375	23,63
Разом основна заробітна плата	158,21

Згідно Стандарту-2000 в додаткову заробітну плату слід відносити премії:

- сприяння винахідництву, впровадженню нової техніки;

- одноразові заохочення працівників за поліпшення кінцевих резуль-татів;

- премії за виконання і перевиконання завдань;

- інші заслуги.

Додаткова заробітна плата складає 10% від основної

грн. (4.4)

Відрахування на соціальні заходи включають витрати:

- відрахування на державне соціальне (обов'язкове) страхування, включаючи і медичне;

- відрахування на обов'язкове державне пенсійне страхування;

- відрахування до фонду соціального захисту;

- інші відрахування.

Відрахування на соціальні заходи складають 38,64% від загальної зарплати.

грн. (4.5)

Витрати на утримування і експлуатацію устаткування РСЭО складають 70% від .

грн. (4.6)

Загальновиробничі витрати ОПР складають 60% від .

грн. (4.7)

ОПР включають:

- витрати на управління цехом;

- витрати на обслуговування виробничого процесу;

- витрати на пожежну і сторожову охорону;

- суми сплачених відсотків;

- платежі обов'язкового страхування майна, здоров'я та інші.

Інші виробничі витрати ППР складають близько двох відсотків від суми всіх попередніх статей витрат, яка складає 541,48 грн.

грн. (4.8)

Виробнича собівартість визначається як сума витрат з урахуванням інших виробничих витрат.

грн. (4.9)

Адміністративні витрати АР складають 90% від .

грн. (4.10)

Адміністративні витрати включають:

- витрати на управління підприємством;

- поточні витрати на утримування підприємства (електроенергія, опалю-вання і ін.);

- витрати на підготовку кадрів;

- оплата відсотка за кредит;

- інші витрати (оренда, податки і збори).

Витрати на збут РС складають 2,5% від виробничої собівартості .

грн. (4.11)

Прибуток П складає 20% від загальних витрат З_ОБЩ.

грн

Ціна підприємства ЦП рівна сумі прибутку і загальних витрат.

ЦП = П + З_ОБЩ = 708,51 + 141,7 = 850,21 грн. (4.12)

Податок на додану вартість ПДВ складає 20% від ціни підприємства.

грн. (4.13)

Ціна реалізації ЦР визначається з урахуванням ПДВ.

ЦР = ЦП + ПДВ = 850,21 + 170,04 = 1020,25 грн. (4.14)

Калькуляція собівартості приведена в таблиці 4.4.

Таблиця 4.4 - Калькуляція собівартості

Статті витрат	Сума, грн.
Матеріали	23,72
Купівельні комплектуючі вироби	70,8
Основна заробітна плата виробничих робочих	158,21
Додаткова заробітна плата	15,82
Відрахування на соціальні заходи	67,25
Витрати на утримування і експлуатації устаткування	101,75
Загальновиробничі витрати	94,93
Інші виробничі витрати	10,83
Виробнича собівартість	552,31
Адміністративні витрати	142,39
Витрати на збут	13,81
Повна собівартість	708,51
Прибуток	141,7
Ціна підприємства	1393,52
ПДВ	278,7
Ціна реалізації	1672,22

4.2 Розрахунок валового прибутку і побудова графіка беззбитковості

Ефект у виготівника може бути виражений величиною прибутку, яку отримає підприємство-виготівник після реалізації запланованого на рік об'єму продажів. Сума прибутку Пр визначається як різниця між ціною і загальною величиною витрат, обчислена на річний об'єм або прибуток, що доводиться на одиницю виробу, помножений на річний об'єм.

, (4.15)

де - річний об'єм виробництва, шт. = 1500 штук.

грн.

Податок на прибуток складає 30% від Пр.

, (4.16)

де - податок на прибуток;

грн.

Прибуток, що залишається у розпорядженні підприємства :

, (4.17)

грн.

Визначаємо змінні витрати на одиницю виробу:

, (4.18)

грн.

Умовно-постійні витрати визначаються на річний об'єм виробництва:

, (4.19)

грн.

Визначаємо крапку беззбитковості .

, (4.20)

шт.

Рисунок 4.1 - Графік беззбитковості

4.3 Висновки

Графік беззбитковості (рисунок 4.1) показує, що підприємство-виготовник, досягши об'єму виробництва , рівному 1500 штук, зможе отримувати прибуток після реалізації 491 шт. До цього значення об'єму виробництва буде збитковим. А при об'ємі 1500 штук прибуток складе 446850 грн. Залишковий прибуток - після відрахування податку на прибуток - складе 312795 грн.

5 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

5.1 Загальні питання охорони праці і навколишнього середовища

Охорона праці - система правових, соціально-економічних, санітарно- гігієнічних, лікувально-профілактичних мір і засобів, спрямованих на збереження здоров'я і працездатності людини в процесі праці.

Охорона праці вивчає і розглядає питання безпеки праці, попередження травматизму і професійних захворювань, отруєнь, пожеж і вибухів на виробництві, електробезпеки, а також питання правової охорони праці, інженерній психології й організації охорони праці, наукової організації праці.

У правові та нормативно-технічні документи по охороні праці входять: Закон України “Про охорону праці” [7], Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища” [8] та інші документи.

Об'єктом проектування дипломної роботи бакалавра є мікропроцесорна система вентиляції та кондиціонування.

Розроблений пристрій може виготовлятися підприємствами електро-технічної промисловості та використовуватися в різних помешканнях для забезпечення необхідного мікроклімату.

Питання виробничої санітарії розглянуті для етапу проектування мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції в умовах лабораторії кафедри «Промислова і біомедична електроніка» НТУ «ХПІ».

Основна увага приділена розгляненню питань виробничої санітарії та мір безпеки,що необхідно для забезпечення безпеки життя і здоров'я людини під час розробки та експлуатації мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції.

5.2 Виробнича санітарія

На стадії розробки в лабораторії використовується комп'ютерна техніка. З урахуванням ряду вимог проаналізовані потенційно небезпечні і шкідливі фактори, що виникають при розробці мікроконроллерної системи на ЕОМ. Дані занесені в таблицю 5.1. відповідно до ГОСТ 12.0.003-74* [9] .

Таблиця 5.1 - Перелік небезпечних і шкідливих виробничих факторів у приміщенні лабораторії з ЕОМ ГОСТ 12.0.003-74*[9]

Небезпечні шкідливі виробничі фактори	Джерело виникнення шкідливого фактора	Нормований параметр	Характер впливу на людину	Заходи для забезпечення нормованих параметрів
Електричний струм	Електро-обладнання лабораторії	Напруга U, В; частотаf, Гц; сила струму I=0,5-1,6мА	Електро-травма, електроудар	Пайка паяльником зі зниженою до 36 В напругою; гальванічна розв'язка; занулення лабораторного стенду
Можливість виникнення пожежі	Електро- обладнання, прилади: поганий контакт у місцях електро-з'єднань, коротке замикання.	tвсп, °С tвосп, °С НКПВ,%, ВКПВ,%	Відкритий вогонь, задимлення, отруєння продуктами горіння	Система пожежної сигналізації, організаційні заходи, система пожежного захисту, використання вогнегасників
Підвищений рівень шуму	Комп'ютер, принтер	Lp=50 дБА	Стомлення організму, глухота	Звукоізоляція
Рентгенівське випроміню-вання	Монітор ЕОМ	Декс=100 мкР/годин	Променева хвороба, захворювання зору	Захисний екран на дисплеї монітора
Електро-магнітне поле	Електронно-променева Трубка монітора	Е=5 В/м Н=0,3 А/м, при f=50 Гц	Гальмування центральної нервової системи	Захисний екран на дисплеї монітора
Вміст шкідливих речовин у повітрі	Виготовлення друкованої плати, фарбування корпуса макета	ГДК, мг/м3	Алергічний, токсичний вплив	Місцева витяжна вентиляція

Метеорологічні умови.

Роботи з проектування, виготовлення і налагодження мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції по енерговитратах відносяться до категорії 1а - легкі. Відповідно до ГОСТ 12.1.005-88 [10] для цієї категорії робіт у приміщенні лабораторії з ЕОМ кафедри передбачені оптимальні параметри мікроклімату, наведені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Оптимальні норми температури, відносної вологості, швидкості руху повітря в приміщенні лабораторії з ЕОМ

Період року	Категорія робіт	Температура, С	Відносна вологість, %,	Швидкість руху повітря, м/с, не більш
Холодний	Легка -1а	22-24	40-60	0,1
Теплий	Легка -1а	23-25	40-60	0,1

Зазначенні параметри в приміщенні лабораторії забезпечені в теплий час року природною вентиляцією та кондиціонуванням, у холодне - водяним опаленням згідно СНиП 2.04.05-91 [11].

Освітлення виробничого приміщення.

Освітлення робочого місця при проектуванні, зборці і налагодженні мікропроцесорної системи вентиляції та кондиціонування здійснюється у світлий час доби природним світлом через віконні прорізи, а у вечірній час - штучним загальним рівномірним освітленням.

Проведені операції відносяться до III розряду, підразряду «в» зорових робіт згідно ДБН В.2.5-28-2006 [12].

Нормоване значення коефіцієнта природної освітленості КПО для III розряду зорових робіт при природному бічному освітленні складає:

.

Для приміщення лабораторії, розташованої в IV поясі світлового клімату (м. Харків), нормоване значення КПО визначено як:

, (5.1)

де - значення КПО для III пояса світлового клімату, ;

m - коефіцієнт світлового клімату, m=0,9;

с - коефіцієнт сонячності клімату, с=0,85.

Тоді:

.

Нормоване мінімальне значення освітленості E_min у приміщенні для III розряду під розряду «в» зорових робіт (контраст - середній, фон - середній), дорівнює 300 лк від загального освітлення.

Реалізація мінімальної освітленості E_min у приміщенні лабораторії досягнута застосуванням загального рівномірного освітлення. При загальному рівномірному освітленні світильники розміщені у верхній зоні приміщення, забезпечені люмінесцентними лампами типу ЛБ80-4, як найбільш економічних для даного типу приміщень.

Шум.

Джерелами шуму є системні блоки, трансформатори, принтери. Шум на робочих місцях не повинен перевищувати допустимих рівнів, наведених у ГОСТ 12.1.003-89* [13], відповідно до якого рівень шуму в приміщеннях де знаходяться ЕОМ не повинен перевищувати 50 дБА. У нашому випадку рівень шуму в лабораторії не перевищує нормованого значення.

Статичний електрострум.

Джерелом виникнення статичного електроструму є електронно-обчислювальні машини (ЕОМ) та інша електронна техніка. Згідно ГОСТ 12.045-84 [14] для захисту від статичного електроструму викоритовується заземлення металевих неструмоведучих частин ЕОМ та іншої електронної техніки.

Рентгенівське випромінювання.

Джерелом виникнення рентгенівського випромінювання є монітор ЕОМ. Рентгенівське випромінювання на робочих місцях не повинне перевищувати допустимих рівнів, наведених у НРБУ-97 [15]. Для забезпечення нормованих параметрів не вище допустимих викоритовується захисний екран на дисплеї монітора.

Електромагнітне поле.

Джерелом виникнення електромагнітного поля є електронно-променева трубка монітора. Електромагнітне поле на робочих місцях не повинне перевищувати допустимих рівнів, наведених у ГОСТ 12.1.006-84[16]. Для забезпечення нормованих параметрів не вище допустимих викоритовується захисний екран на дисплеї монітора.

Шкідливі речовини.

Для забезпечення гранично допустимої концентрації (ГДК) шкідливих речовин у приміщенні лабораторії кафедри «ПБМЕ» на робочих місцях передбачена місцева витяжна вентиляція по СНиП 2.04.05-91 [11].

Відповідно до технічних умов експлуатація мікропроцесорної системи повинна проводитись в сухому опалювальному приміщенні при температурі від +10°С до 35°С та відносної вологості не вище 80%.

У процесі експлуатації мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції присутні шкідливі для людей фактори (наведені в таблиці 5.3).

Таблиця 5.3 - Перелік небезпечних і шкідливих факторів в процесі експлуатації системи кондиціонування та вентиляції

Небезпечні шкідливі фактори	Джерело виникнення шкідливого фактора	Нормований параметр	Характер впливу на людину	Заходи для забезпечення нормованих параметрів
Підвищений рівень шуму	Система вентиляції	Lp=65 дБА	Вплив на нервову систему	Застосування шумоізолюючого матеріалу
Випадковий витік фреону	Несправний кондиціонер	ГДК,мг/м3	Токсичний вплив	Дотримання необхідних умов експлуатації

5.3 Міри безпеки

Оскільки приміщення, де проводиться розробка бакалаврської роботи, не є приміщенням з підвищеним змістом механічних, тепловах або радіаційних небезпек, але є споживачем електричної енергії, то в цьому випадку є небезпека ураження людини електричним струмом. Клас приміщення по небезпеці ураження електричним струмом - клас з підвищеною небезпекою, тому що існує можливість одночасного дотику людини до металоконструкцій, що мають з'єднання з землею, з одного боку, і металевих корпусів електроустаткування - з іншого, згідно ПУЭ-87[17].

Передбачено наступні міри електробезпеки при виготовленні системи вимірювання зміни кількості речовини: конструктивні, схемно-конструктивні, експлуатаційні. Конструктивні заходи безпеки спрямовані на запобігання можливості дотику людини до струмоведучих частин. Для усунення можливості дотику оператора до струмоведучих частин всі рубильники встановлені в закритих корпусах, всі струмоведучі частини поміщені в захисний корпус, або покриті шаром ізоляції за ГОСТ 12.1.019-79* [18], що виключає можливість дотику до них, застосовується блоковий монтаж. Ступінь захисту електроустаткування - IP44 згідно 14254-96[19]. Відповідно до ГОСТ 12.2.007.0-75* [20] прийнятий I клас захисту від поразки електричним струмом оператора.

Схемно-конструктивні міри електробезпеки забезпечують безпеку дотику оператора до металевих не струмоведучих частин електричних апаратів при випадковому пробої їхньої ізоляції й виникнення електричного потенціалу на них.

У приміщенні лабораторії для живлення різного роду устаткування (ПЕОМ, освітлювальні прилади) використовується мережа змінного струму з напругою 220 В, частотою 50 Гц із глухо заземленою нейтраллю, але більше 42 В, тому що відповідно до ГОСТ 12.1.030-81* [21] з метою захисту від поразки електричним струмом прийняте занулення.

5.4 Висновки

У даному розділі були розглянуті питання виробничої санітарії та мір безпеки,що необхідно для забезпечення безпеки життя і здоров'я людини під час експлуатації мікропроцесорної системи кондиціонування та вентиляції.

ВИСНОВКИ

У результаті виконання бакалаврської роботи була розроблена електронна схема системи кондиціонування та вентиляції. У якості головної керуючої ланки був обраний однокристальний мікроконтролер ATmega8535. Розробка викликана необхідністю вдосконалення системи вентиляції та кондиціонування. Дана система призначена для контролю та корекції параметрів мікроклімату в приміщенні, зокрема система призначена для підтримки необхідних умов у приміщеннях жилого та нежилого типів.

Розроблена схема здатна забезпечують саме сприятливе для людського організму співвідношення температури, вологості, швидкості руху повітряних потоків. Необхідний рівень охолодження (підігріву) та вологості повітря забезпечується за допомогою керування роботою кондиціонера, згідно розрахунку тепловтрат. Приплив свіжого повітря може бути забезпечений додатково системою приточноЇ вентиляції. Швидкість переміщення повітря при постійній його витраті залежить від форми та напрямку набігання повітряного струменя. Регулюється автоматично - по заданому режиму.

У бакалаврській роботі представло техніко-економічне обґрунтування, а також виконаний розрахунок собівартості розробленої схеми та визначена точка беззбитковості її виробництва. Сформульовані вимоги по охороні праці. Розглянуті питання техніки безпеки та пожежної безпеки при розробці схеми.

ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1) Технічна документація до мікроконтролера ATmega8535 на сайті www.atmel.com

2) В.В.Старшин, А.В. Урусов, ОФ. Мологонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.:Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.

3) М. Предко. Руководство по микроконтроллерам. Том II. Москва: Постмаркет, 2001 - 488 с.

4) Технічна документація до цифрового термометра DS18B20 на сайті www.dallas.com

5) Технічна документація до датчика озону на сайті www.hwsensor.com

6) Яблонский Ф.М., Троицкий Ю.В. Средства отображения информации - М.: Высшая школа, 1985 г.

7) Закон України «Про охорону працi». - Увед. з 21.11.2002.

8) Закон України «Про охорону навколишнього природного середовища. - Увед. з 01.07.91.

9) ГОСТ 12.0.003-74*. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - Введ. 01.01.76. Изменён 1978.

10) ГОСТ 12.1.005-88*. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.89.

11) СНиП 2.04.05-91. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: Стройиздат, 1992. - 110 с.

12) ДБН В.2.5-28-2006. Державні будівельні норми. Природне і штучне освітлення. - К.: Мінбуд України. - 2006. - 80 с.

13) ГОСТ 12.1.003-89*. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - Введ.01.07.90

14) ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля

15) ГОСТ 12.1.006-84 (СТ СЭВ 5801-86) ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля

16) НРБУ-97. Норми радіаційної безпеки України. - Затв. гол. сан. Лікарем України, №58, 1998.

17) ПУЭ-87. Привила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1988 - 648 с.

18) ГОСТ 12.1.019-79*. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. - Введ. 01.07.80. Изменён 1986.

19) ГОСТ 14254-96 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)

20) ГОСТ 12.2.007.0-75*. ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности. - Введ. 01.01.78. Изменён 1988.

21) ГОСТ 12.1.030-81*. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. - Введ. 01.07.82. Изменён 1987.