Устройство контроля метеопараметров спелеокамеры

0

Дипломный проект

Устройство контроля метеопараметров спелеокамеры

Аннотация

Пояснительная записка содержит 84 листа, в том числе 18 рисунков, 14 таблиц, 39 использованных источников, 3 приложения. Графическая часть выполнена на 4 листах формата А1.

В данном дипломном проекте разработана электрическая принципиальная схема устройства, алгоритм работы программы и программное обеспечение микроконтроллера.

Кроме того, был произведен экономический расчет эффективности разработки устройства, а также предложены мероприятия для защиты от вредных факторов при работе с устройством.

Практическая ценность дипломного проекта заключается в том, что разработанное устройство контроля метеопараметров можно использовать в любой спелеокамере.

Annotation

The explanatory note contains 84 pages including 18 images, 14 tables, 39 sources of literature, 3 supplements. The graphical part is made on 4 A1 pages.

Electrical schematic diagram of the device, the algorithm of the program and the software of the microcontroller in project were developed.

Besides, economic calculation of efficiency of development of the device was made. Actions for protection against harmful factors during the work with the device are offered.

The practical value of the degree project is that the developed control unit of meteoparameters can be used in any speleochamber.

Содержание

Введение. 6

1 Медико-техническое обоснование проекта. 11

2 Обзор существующих аналогов. 13

2.1 Микропроцессорный регулятор влажности и температуры МРВТ-5. 13

2.2 Индикатор температуры и влажности регулирующий ИТР-0110А.. 15

2.3 Анализ существующих аналогов. 16

3 Разработка электрической принципиальной схемы устройства. 17

3.1 Микроконтроллер. 17

3.2 Датчик температуры.. 20

3.2 Датчик влажности. 23

3.3 Индикатор. 25

4 Разработка алгоритма работы программы и программного обеспечения микроконтроллера. 31

4.1 Системно-алгоритмическое проектирование. 31

4.2 Алгоритм работы программы.. 31

4.3 Программирование на языке ассемблера. 32

4.4 Автономная отладка программы. 32

5 Экономическое обоснование разработки устройства контроля метеопараметров спелеокамеры.. 34

5.1 Экономический расчет на стадии производства. 34

5.1.1 Расчет затрат на материалы для разработки устройства. 34

5.1.2 Расчет затрат на покупные изделия. 35

5.1.3 Расчет затрат на заработную плату. 36

5.1.4 Расчет отчислений на социальные нужды.. 38

5.1.5 Расчет отчислений на страхование от несчастных случаев. 38

5.1.6 Расчет затрат на электроэнергию на технологические цели. 39

5.1.7 Расчет затрат на установку и монтаж устройства. 40

5.2 Экономический расчет на стадии эксплуатации. 41

5.2.1 Затраты на заработную плату обслуживающего персонала. 41

5.2.2 Затраты на амортизацию устройства. 42

5.2.3 Затраты на ремонт устройства. 43

5.2.4 Расчет затрат на электроэнергию.. 43

3 Расчет экономического эффекта. 43

5.4 Результаты расчётов. 45

6 Безопасность труда. 46

6.1 Анализ опасных факторов и обеспечение безопасных условий труда. 46

6.2 Расчет искусственного освещения. 49

6.3 Возможные чрезвычайные ситуации. 51

6.3.1 Расчет продолжительности эвакуации. 53

7 Экологическая характеристика проекта. 59

7.1 Общие положения. 59

7.2 Вентиляция и кондиционирование. 59

7.2.1 Расчет вентиляции. 60

7.3 Освещение. 63

7.4 Воздействие электромагнитного излучения на организм человека. 63

7.5 Шумовое воздействие. 65

7.6 Заключение по разделу «Экологическая характеристика проекта». 67

Заключение 67

Приложение А Схема электрическая принципиальная. 72

Приложение Б Алгоритм работы программы.. 73

Приложение В Текст программы.. 74

Введение

Спелеотерапия - (от греческого слова «спелео» - пещера) - лечение пребыванием больных в условиях микроклимата естественных и искусственных пещер (соляных копей, шахт и др.).

Ученые давно заметили, что микроклимат некоторых пещер выгодно отличается от привычной земной атмосферы. Постоянство температуры и влажности, воздух, насыщенный соляными испарениями - все это оказывает на человеческий организм благотворное воздействие.

Микроклимат карстовых пещер с лечебной целью используется сравнительно недавно. Первые сведения о благоприятном действии этого природного фактора на больного человека относятся к периоду второй мировой войны. В Германии под бомбоубежище была использована карстовая пещера. Больные бронхиальной астмой, попадая в эту пещеру, отмечали улучшение состояния здоровья, ослабление или полное прекращение астматических приступов. Под влиянием прохладного воздуха здесь происходит сужение периферических сосудов и перераспределение крови с периферии в последних [1].

К особенностям микроклимата карстовых пещер относится умеренно холодная температура воздуха, его низкая относительная влажность, высокая степень ионизации со значительной концентрацией легких аэроионов, несколько повышенный уровень радиоактивности воздуха и увеличение в нем доли углекислого газа [2].

Основным действующим фактором воздушной среды соляных копей и пещер является мелкодисперсный аэрозоль солей натрия, кальция, калия и маг-ния, а также отрицательные аэроионы. Вдыхание таких аэрозолей и аэроионов приводит к разжижению мокроты и ускоряет ее выведение из воздухоносных путей вплоть до бронхиол, улучшается бронхиальная проводимость, усиливаются вентиляция легких, диффузия кислорода через альвеолокапиллярный барьер и его утилизация различными тканями организма. Усиление функции внешнего дыхания (повышение минутного объема и жизненной емкости легких) приводит к снижению кровяного давления в легочной артерии и способствует повышению сократительной функции сердца. У больных гипертонической болезнью снижается артериальное давление. Адаптация организма к специфическому микроклимату спелеолечебниц сопровождается активацией симпатико-адреналовой системы, усилением выработки гормонов эндокринными органами. Малое количество микроорганизмов в воздухе пещер и соляных копей приводит к снижению сенсибилизации организма и уменьшению содержания антител. Аэрозоли солей тормозят размножение микрофлоры дыхательных путей, предотвращая развитие воспалительного процесса. Тишина и необычная обстановка пещеры восстанавливают процессы торможения в коре головного мозга. Создаваемый присутствием аэроионов запах свежего и насыщенного воздуха положительно действует на больных, создавая ощущение свежести, легкости дыхания и психоэмоционального комфорта [3].

Остальные факторы спелеотерапии – определенная температура и влажность воздуха, легкие отрицательные аэроионы хотя и значимы, но имеют вспомогательное значение [4].

Вдыхание умеренно холодного воздуха положительно сказывается на всех показателях альвеолярной вентиляции, что способствует улучшению газообмена в легких. Благоприятным фактором, в смысле влияния на внешнее дыхание, является низкая физиологическая относительная влажность, способствующая усилению влагоотдачи с дыхательной поверхности легких и лучшей оксигенации артериальной крови [1].

Спелеотерапия оказывает на больных следующие лечебные эффекты: бронходренирующий, гипосенсибилизирующий, противовоспалительный, седативный, актопротекторный, гипотензивный.

Показания к спелеотерапии: заболевания органов дыхания (бронхиальная астма всех форм, рецидивирующий трахеобронхит, хронический обструктивный бронхит) в фазе ремиссии с легочной недостаточностью не выше II стадии, поллинозы, риносинусопатии, респираторные аллергозы, нейроциркуляторная дистония, нейродермит, рецидивирующая экзема, атопический дерматит, вегето-сосудистые дисфункции, синдром хронической усталости.

Под влиянием спелеотерапии у больных бронхиальной астмой происходит постепенное ослабление или полное прекращение астматических приступов, улучшение всех показателей функции внешнего дыхания, особенно вентиляционных, связанных с улучшением бронхиальной проходимости. Отмечаются изменения специфической реактивности организма, десенсибилизация к аллергенам, улучшение основных показателей кровообращения, положительные сдвиги со стороны некоторых биохимических показателей. Отмечено более экономное расходование тканями кислорода [2].

Противопоказания к спелеотерапии: заболевания сердечно-сосудистой системы с недостаточностью кровообращения II-III стадии, органов дыхания с легочно-сердечной недостаточностью выше II стадии, часто рецидивирующие ангины, хронические заболевания почек с почечной недостаточностью выше II степени, инфекционные заболевания, психозы, клаустрофобия [5].

Природные источники и условия проведения. Процедуры проводят в карстовых пещерах (классическая спелеотерапия), соляных шахтах, калийных рудниках, гротах. Образующие их породы определяют физико-химический состав воздуха пещер и горных выработок. Лечение больных проводят в солерудниках Березники (Россия), Солотвино (Украина), Солигорск (Белорусия), Нахичевани (Азербайджан), Чон-Туз (Киргизия), пещере "Белой" под Цхалтубо (Грузия), золотокопях Бад-Гаштейн и солеруднике Сольбад-Сальцеман (Австрия), пещере Клутерт и солекопях Шенебеке (Германия), пещерах Беке, Тапольца (Венгрия), Гамбасекской пещере (Словакия), солерудниках "Кинга" (Польша) и Сигет (Румыния), пещере "Магура" (Болгария).

При движении воздуха вдоль соляных пород в стволах пещер и горных выработках рудников образуются мелкодисперсный аэрозоль NaCl, KCl и MgCl₂. Линейные размеры большинства частиц не превышают 5 мкм и они легко проникают в бронхиолы (рисунок 1). Содержание микроорганизмов в воздухе пещер составляет 100-700. Температура воздуха в пещерах находится в пределах от 7 °С до 22 °С, относительная влажность составляет от 40 % до 75 % [6].

Рисунок 1 – Глубина проникновения аэрозолей в различные отделы респираторного тракта, L – размер частиц, 10^-6 м.

Кроме природных видов спелеотерапии, в последние годы используется так называемая искусственная спелеотерапия. Основу лечебного искусственного микроклимата составляет высокодисперсный аэрозоль хлорида натрия, распыляемый специальным аппаратом в помещении с постоянной температурой от 14 °C до 22 °C и влажностью воздуха от 40 % до 75 %.

В помещении спелеолечебницы больные принимают удобную позу (лежа или сидя), выполняют дыхательную гимнастику или терренкур с медленными и глубокими вдохами и выдохами, засыпают.

Дозируют процедуры спелеотерапии по продолжительности воздействия и параметрам микроклимата спелеолечебницы.

Сейчас метод лечения спелеотерапией активно применяется во многих санаториях мира, где можно и отдохнуть хорошо, а заодно и попробовать на себе оздоровительное воздействие «пещерного» лечения.

Спелеокамера содержит лечебную палату, выполненную из соляных блоков, сменные объемы дробленой соляной горной породы, вентилятор, места нахождения пациентов в лечебной палате, кондиционер. Потолок лечебной палаты выполнен из солеплитки и дерева или одного дерева.

1 – комната медсестры; 2 – помещение спелеокамеры; 3 – комната подготовки воздуха

Рисунок – 2 Типовая схема спелеокамеры

Наличие стен, облицованных солеблоками, и системы подготовки воздуха обеспечивает формирование в спелеокамере следующих лечебных факторов:

- мелкодисперсный соляной аэрозоль;

- низкое бактериальное загрязнение;

- отсутствие аллергенов;

- высокое содержание аэроионов с преобладанием отрицательно заряженных;

- стабильный температурно-влажностный режим;

- присутствие некоторых микроэлементов;

- психоэмоциональное воздействие.

Для обеспечения лечебного микроклимата в спелеологической камере в лечебной палате необходимо поддерживать:

- температуру воздуха и соляных блоков от 14 °C до 22 °C;

- относительную влажность воздуха от 40 % до 75 %;

- скорость движения воздуха порядка 0,01 м/с.

Количество воздуха, подаваемого в лечебную палату, должно соответствовать около 5 м³, что соответствует инфильтрационному проветриванию помещения.

В лечебном помещении спелеокамеры необходимо ежедневно, не реже 3 раз в сутки (утром, днем, вечером) производить замер температуры и определение влажности воздуха. Данные по температуре и относительной влажности заносят в специальную книгу контроля режима эксплуатации спелеокамеры. При отклонении температуры и относительной влажности от заданных параметров эксплуатацию спелеокамеры прекращают [7].

Так как при лечении используется искусственно созданный микроклимат, то требуется непрерывное регистрирование параметров влажности и температуры воздуха, которые влияют на проведение терапии.

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости использования устройства контроля метеопараметров для поддержания оптимальных значений температуры и влажности не только перед проведением процедуры, но и в процессе работы спелеокамеры.

Целью дипломного проекта является разработка недорогого, простого в эксплуатации и техническом обслуживании устройства контроля метеопараметров спелеокамеры. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать структурную схему устройства;

- разработать электрическую принципиальную схему устройства;

-.разработать алгоритм работы программы и программное обеспечение микроконтроллера;

- провести анализ экономической эффективности разработки устройства;

- рассмотреть экологическую характеристику проекта и безопасность труда.

1 Медико-техническое обоснование проекта

Регулирование комплекса параметров микроклимата помещения, а именно температуры, влажности окружающего воздуха, скорости потока воздушных масс является важной задачей для обеспечения состояния теплового (микроклиматического) комфорта и нормальной жизнедеятельности людей.

Регулирование данных параметров также необходимо для поддержания в рабочем состоянии спелеокамеру, поскольку под влиянием высоких температур и высокой относительной влажности происходит разрушение солеплитки, которой выложены стены лечебного помещения.

В настоящее время создано немало таких установок, приборов, которые позволяют проводить комплексную оценку данных параметров. Однако, в основном это зарубежные аналоги, электронные, с высокой точностью измерения, но по высокой цене.

Актуальность данной работы заключается в создании недорогого, простого в эксплуатации и техническом обслуживании устройства контроля метеопараметров, способное обеспечить соответствующий уровень метеопараметров не только перед проведением процедуры, но и в процессе работы спелеокамеры.

На данный момент большинство спелеокамер не оборудованы устройствами контроля метеопараметров. Для измерения температуры в данных помещения используют термометры, а для измерения относительной влажности - психрометры.

Разрабатываемое устройство будет использоваться в лечебном помещении спелеокамеры и позволит контролировать необходимые параметры микроклимата. Для контроля и автоматической регулировки температуры и относительной влажности целесообразно разработать устройство на основе микроконтроллера.

Устройство на основе микроконтроллера позволит не только выводить значения температуры и относительной влажности воздуха на индикатор, но и автоматически регулировать параметры микроклимата, что существенно упростит задачу медсестры спелеокамеры.

Для поддержания оптимальных параметров микроклимата используются различные устройства и системы. К ним относятся обогреватели, кондиционеры, вентиляторы, осушители и др. В настоящее время широкое распространение получили так называемые сплит-системы: комбинированные устройства, включающие функции кондиционера и осушающей установки.

Структурная схема устройства контроля метеопараметров спелеокамеры показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема устройства

Главным элементом устройства является запрограммированный микроконтроллер, который управляет остальными элементами схемы. С датчика температуры и датчика влажности на микроконтроллер подается сигнал. Микроконтроллер обрабатывает сигнал и выводит данные на индикатор. При превышении заданной температуры или относительной влажности сигнал поступает на реле, контакты которого замыкаются и включают кондиционер или осушитель. Главной особенностью устройства будет то, что микроконтроллер будет запрограммирован под определенные параметры микроклимата, а именно, под параметры температуры и относительной влажности лечебного помещения спелеокамеры.

2 Обзор существующих аналогов

2.1 Микропроцессорный регулятор влажности и температуры МРВТ-5

Микропроцессорный регулятор влажности и температуры предназначен для измерения и автоматического поддержания заданных пользователем уровней влажности и температуры в производственных помещениях, не содержащих паров и агрессивных газов, в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию. Регулятор предназначен для работы с увлажнителями марки АГ1-15 (аэрозольный генератор).

Прибор имеет 4 программируемых реле, которые мт быть настроены пользователем для управления процессами увлажнения, осушения, нагревания, охлаждения и оповещения о различных отклонениях в работе. Все настройки прибора мт быть легко изменены пользователем и хранятся при отключенном питании неограниченное время.

Внешний вид устройства показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – Внешний вид микропроцессорного регулятора влажности и температуры МРВТ-5

Технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики микропроцессорного регулятора влажности и температуры МРВТ-5

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	220 ± 10 %
Номинальная частота силовой сети, Гц	50
Потребляемая мощность не более, Вт	3
Нагрузочная способность выходов (реле), А	5
Диапазон измерения влажности, %	0-99
Диапазон задания влажности, %	3-97

Продолжение Таблицы 1

Параметр	Значение
Дискретность задания влажности, %	1
Точность поддержания влажности, %	± 3
Дрейф характеристики датчика влажности не более, %	2
Диапазон измерения температуры, °С	от минус 37 до 95
Дискретность измерения температуры, °С	0,5
Диапазон задания температуры, °С	от минус 35 до 64
Дискретность задания температуры, °С	0,5
Точность поддержания температуры, °С	± 1
Количество программируемых реле, шт.	4
Степень защиты прибора	IP56
Габариты, мм	205х180х90
Масса не более, кг	1

Микропроцессорный регулятор постоянно измеряет текущие значения влажности и температуры в зоне расположения датчика и поддерживает их на заданном уровне, управляя работой увлажнителей и нагревателей с помощью программируемых реле.

Информация о заданной влажности, заданной температуре и других настройках блока сохраняется в энергонезависимой памяти. Имеется возможность просмотра и изменения всех настроек прибора. Вывод алфавитно-цифровой информации осуществляется на шестиразрядный светодиодный индикатор. Все управление, задание режимов и просмотр введенных данных выполняется посредством кнопок на панели регулятора.

При подаче питания прибор автоматически переходит в рабочий режим - режим поддержания заданной влажности и температуры. На цифровой индикатор с интервалом около 7 секунд попеременно выводится текущая влажность в процентах (например «47 HG», т.е. 47 % ), и текущая температура в °С (например «21,5 °С»). Если текущая влажность не достигла заданной, увлажнитель включен. При достижении заданной влажности, увлажнитель отключается. При последующем понижении влажности снова включится увлажнение. Если текущая температура не достигла заданной, нагреватель включен. При достижении заданной температуры нагреватель отключается. При последующем понижении температуры снова включится нагреватель.

Регулятор также может быть настроен для использования в режиме осушения и охлаждения [8].

Стоимость данного устройства составляет около 9000 рублей.

2.2 Индикатор температуры и влажности регулирующий ИТР-0110А

Индикатор температуры и влажности регулирующий ИТР-0110А предназначен для измерения и двухпозиционного регулирования температуры и влажности и работает в комплекте с термометрами сопротивления.

Внешний вид устройства показан на рисунке 5.

Рисунок 5 – Внешний вид устройства ИТР-0110А

Основные технические характеристики устройства представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Технические характеристики ИТР-0110А

Параметр	Значение
Диапазон измеряемых температур, °С	от минус 50 до 200
Число каналов измерения и регулирования температуры, шт.	1
Пределы допускаемого значения приведенной основной погрешности измерения температуры, %	± 0,5
Диапазон измеряемых значений влажности, %	0-100
Число каналов измерения и регулирования влажности, шт.	1
Пределы допускаемых значений приведенной основной погрешности измерения влажности, %	± 3
Число выходных реле, шт.	2
Коммутируемое напряжение, В	220
Коммутируемый ток, А	5
Потребляемая мощность, не более, Вт	5
Масса, не более, кг	1

ИТР является устройством с микропроцессорным управлением, что позволяет реализовать широкий диапазон режимов работы. Прибор производит измерения по двум каналам. Первый канал предназначен для измерения температуры "сухого" термометра. По температуре "сухого" термометра определяется температура и выдаются команды на включение/отключение нагревателей.

Второй канал предназначен для измерения температуры "влажного" термометра (термометра, на который одет изготовленный из хлопчатобумажной ткани фитиль-чехол одним концом опущенный в ванну с водой). По разности температур "сухого" и "влажного" термометров определяется относительная влажность в помещении и осуществляется процесс её регулирование.

Перечень функций, выполняемых ИРТ:

- цифровая индикация температуры и влажности;

- редактирование и просмотр параметров работы и управления;

- полуавтоматическая коррекция нуля шкалы прибора;

- управление внешними устройствами;

В состав ИТР входят:

- блок питания;

- микропроцессорный блок;

- блок индикации и клавиатуры;

- блок реле (конструктивно выполнен совместно с блоком питания).

Блок питания преобразует сетевое напряжение 220 В в постоянные напряжения необходимые для работы остальных блоков, блока реле плюс/минус 6 В, микропроцессорного блока и блока индикации и клавиатуры плюс/минус 5 В.

В микропроцессорный блок входят: микропроцессор, память данных и блок измерения. Данный блок реализует весь набор функций выполняемых прибором и осуществляет управление блоком индикации и клавиатуры и блоком реле.

Посредством блока индикации и клавиатуры осуществляется ввод значений регулируемых величин температуры и влажности, а также индикация их текущих значений. В состав блока входят: четыре трехразрядных цифровых индикатора, светодиоды информирующие о состоянии прибора и кнопки управления.

Блок реле предназначен для замыкания/размыкания силовых цепей управляемых объектов и содержит два реле [9].

Стоимость устройства ИТР-0110А составляет около 15000 рублей.

2.3 Анализ существующих аналогов

В данном разделе были рассмотрены микропроцессорные устройства для измерения и регулировки температуры и влажности воздуха. Данные устройства имеют невысокую стоимость, однако также имеют некоторые недостатки.

Достоинством микропроцессорного регулятора влажности и температуры МРВТ-5 является подключение четырех нагрузок одновременно.

Недостатком рассмотренных аналогов разрабатываемого устройства, на наш взгляд, является то, что настройка параметров температуры и влажности происходит пользователем вручную. Также к недостаткам можно отнести использование данных устройств преимущественно на промышленных предприятиях.

3 Разработка электрической принципиальной схемы устройства

3.1 Микроконтроллер

Большое место в микропроцессорной технике занимают микроконтрол-леры. В настоящее время происходит настоящая революция, оказавшая значительное влияние на каждого из нас – это автоматизация практически всей ок-ружающей нас среды с помощью дешевых и мощных микроконтроллеров.

Микроконтроллер – это самостоятельная компьютерная система, которая содержит процессор, память, вспомогательные схемы и устройства ввода-вывода данных, размещенные в общем корпусе. Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры окружающей среды, обеспечивают связь между различными устройствами системы и передают данные другим приборам. Применение микроконтроллеров позволяет значительно снизить количество и стоимость используемых материалов и комплектующих изделий, что обеспечит снижение себестоимости конечной продукции [10].

На рынке представлено большое разнообразие микроконтроллеров различных производителей. Большое внимание уделяется микроконтроллерам корпорации Atmel на новом прогрессивном ядре AVR и PIC-контроллерам фирмы Microchip.

Для разработки устройства был выбран микроконтроллер PIC16F877, в корпусе PDIP. Основными факторами при выборе контроллера являлись: стоимость и достаточное количество линий ввода-вывода.

Рисунок 6 – Расположение выводов микроконтроллера

Характеристика микроконтроллера:

- высокоскоростная RISC архитектура;

- 35 инструкций;

- все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций переходов, выполняемых за два цикла;

- тактовая частота:

a) DC – 20МГц, тактовый сигнал;
b) DC – 200нс, один машинный цикл;

- до 8к х 14 слов FLASH памяти программ;

- до 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ);

- до 256 х 8 байт EEPROM памяти данных;

- совместимость по выводам с PIC16C73B/74B/76/77;

- система прерываний (до 14 источников);

- 8-уровневый аппаратный стек;

- прямой, косвенный и относительный режим адресации;

- сброс по включению питания (POR);

- таймер сброса (PWRT) и таймер ожидания запуска генератора (OST) после включения питания;

- сторожевой таймер WDT с собственным RC генератором;

- программируемая защита памяти программ;

- режим энергосбережения SLEEP;

- выбор параметров тактового генератора;

- высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология;

- полностью статическая архитектура;

- программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера);

- низковольтный режим программирования;

- режим внутрисхемной отладки (используется два вывода микроконтроллера);

- широкий диапазон напряжений питания от 2,0 до 5,5 В;

- повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода (25 мА);

- малое энергопотребление:

a) менее 0,6 мА, 3,0 В, 4,0 МГц;
b) 20 мкА, 3,0 В, 32 кГц;
c) менее 1 мкА в режиме энергосбережения.

Характеристика периферийных модулей:

- таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем;

- таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора;

- таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем;

- два модуля сравнение/захват/ШИМ (ССР):

a) 16-разрядный захват;
b) 16-разрядное сравнение;
c) 10-разрядный ШИМ;

- многоканальное 10-разрядное АЦП;

- последовательный синхронный порт MSSP:

a) ведущий/ведомый режим SPI;
b) ведущий/ведомый режим I²C;

- последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса;

- ведомый 8-разрядный параллельный порт PSP с поддержкой внешних сигналов -RD, -WR, -CS (только в 40/44-выводных микроконтроллерах);

- детектор пониженного напряжения (BOD) для сброса по снижению напряжения питания (BOR) [11].

Рисунок 7 - Структурная схема микроконтроллера PIC16F877

3.2 Датчик температуры

Датчики температуры по типу действия подразделяются на следующие виды:

- термометры сопротивления;

- терморезисторы;

- полупроводниковые;

- термопары.

В качестве датчика температуры для разработки устройства контроля метеопараметров спелеокамеры был выбран датчик DS18B20, выпускаемый фирмой Dallas Semiconductor.

Датчик температуры DS18В20 представляет собой специализированный микроконтроллер, который имеет установку конфигурации, вычислительное устройство, память программ, память данных и реакцию на внешнее воздействие. При этом внешнее управляющее воздействие выполняет микропроцессор PIC16F877 приема и обработки данных.

DS18B20 цифровой термометр с программируемым разрешением, от 9 до 12–bit, которое может сохраняться в EEPROM памяти прибора. DS18B20 обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть как единственным устройством на линии, так и работать в группе. Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором.

Диапазон измерений от минус 55 °C до 125 °C и точностью 0,5 °C в диапазоне от минус 10 °C до 85 °C. В дополнение, DS18B20 может питаться напряжением линии данных, при отсутствии внешнего источника напряжения.

Датчик DS18B20 имеет три вывода:

1 GND – общий;

2 DQ - вывод данных ввода/вывода;

3 VDD - вывод питания.

Рисунок 8 – Выводы датчика DS18B20

DS18B20 использует исключительно 1-Wire протокол – при этом формируется соединение, которое осуществляет коммуникацию на шине, используя всего один управляющий сигнал. Шина должна быть подключена к источнику питания через подтягивающий резистор, так как все устройства связаны с шиной, используют соединение через Z-состояния или вход открытого стока. Используя эту шину микропроцессор (устройство управления) идентифицирует и обращается к датчикам температуры, используя 64-битовый код прибора. Поскольку каждый прибор имеет уникальный код, число приборов, к которым можно обратиться на одной шине, фактически неограниченно.

Основные функциональные возможности DS18B20 - его температурный преобразователь. Разрешающая способность температурного преобразователя может быть изменена пользователем и составляет 9, 10, 11, или 12 битов, соответствуя приращениям (дискретности измерения температуры) 0,5 °C, 0,25 °C, 0,125 °C, и 0,0625 °C, соответственно. Разрешающая способность по умолчанию установлена 12-бит. В исходном состоянии DS18B20 находится в состоянии покоя (в неактивном состоянии). Чтобы начать температурное измерение и преобразование, ведущий должен подать команду начала конвертирования температуры [0х44]. После конвертирования, полученные данные запоминаются в 2-байтовом регистре температуры в оперативной памяти, и DS18B20 возвращается к неактивному состоянию. Если DS18B20 включен с внешним питанием, ведущий может контролировать конвертирование температуры (после команды [0х44]) по состоянию шины. DS18B20 будет формировать (ответ на слот времени чтения от устройства управления) логический «0» когда происходит температурное преобразование. И логическую «1», когда конвертирование выполнено.

Выходные температурные данные DS18B20 калиброваны в градусах Цельсия. Температурные данные запоминаются как 16-битовое число со знаком.

DS18B20 может быть включен с внешним питанием VDD, или он может работать в режиме «паразитного питания», которое позволяет DS18B20 функционировать без питания на выводе VDD. Паразитное питание очень полезно для приложений, которые требуют отдаленного температурного считывания, или это ограничение связано со старыми линиями коммуникаций, где уже проложено только два провода. На рисунке 9 показана схема подключения DS18B20 с паразитным питанием, во время конвертирования и формирования импульсов высокого уровня через транзистор на шину данных подается питание Vpu. Это напряжение сохраняется на конденсаторе паразитного питания (CPP), чтобы обеспечить питание устройства, когда на шине данных низкий уровень. Чтобы использовать в режиме паразитного питания, вывод VDD должен быть подключен к выводу GND.

Рисунок 9 – Схема подключения датчика DS18B20 с «паразитным питанием»

Когда DS18B20 выполняет температурные преобразования или копирует данные с ОЗУ в память EEPROM, может потреблять ток до 1,5 mA. Этот ток может вызвать недопустимое снижение напряжения на шине питаемого через резистор. Чтобы гарантировать, что DS18B20 имеет достаточный ток питания, необходимо обеспечить высокоточное питание на шине каждый раз, когда идет температурные преобразование или выполняется операция записи данных в EEPROM. Это может быть достигнуто при использовании MOSFET транзистора, чтобы запитать шину непосредственно Vpu как это показано на рисунке 9.

DS18B20 может также быть запитан обычным методом, соединением внешнего электропитания к выводу VDD, как показано на рисунке 10. Преимущество этого метода состоит в том, что нет необходимости в использовании MOSFET транзистора. А на шине мт передаваться данные в течение времени температурного преобразования [12].

Рисунок 10 – Схема подключения датчика DS18B20 с внешним питанием

Схема подключения датчика температуры DS18B20 к микроконтроллеру PIC16F877 представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема подключения датчика к микроконтроллеру

Датчик температуры подключен к микроконтроллеру к выводу 4 порта А, через который микроконтроллеру передаются данные о текущем значении температуры. Питание датчика и всей цепи составляет 5 В, которое обеспечивает стабилизатор напряжения LM 7805.

3.2 Датчик влажности

Для измерения относительной влажности воздуха применяются следующие виды датчиков и гигрометров:

- емкостные;

- резистивные;

- психометрические;

- оптические;

- электролитические;

- акустические.

Наибольшее распространение получили резистивные и емкостные датчики влажности. Главным преимуществом этих датчиков является их малая стоимость.

В качестве датчика влажности был выбран датчик HIH-4000-004 компании Honeywell Sensing & Control. Емкостные датчики влажности серии HIH-4000 построены на основе термореактивного полимера и отличаются высокой надежностью и диапазоном влажности от 0 % до 100 %. Выходной сигнал датчика находится в линейной зависимости от измеряемой влажности.

Технические характеристики датчика представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Характеристики Датчика влажности HIH-4000-004

Параметр	Значение
Диапазон измерения RH, %	0 - 100
Время отклика, с	15
Напряжение питания, В	4,0 - 5,8
Ток потребления, мкА	200
Рабочая температура, °C	от минус 40 до 85

Датчики влажности HIH-4000 разработаны специально для промышленных применений. Датчики мт быть непосредственно подключены к микроконтроллеру или другому устройству для обработки линейного сигнала по напряжению. Имея типичный ток потребления 200 мкА, датчики влажности идеальны для применения в устройствах с автономным питанием. Полная взаимозаменяемость датчиков позволяет значительно сократить затраты на калибровку.

Данные датчики влажности имеют выходной сигнал по напряжению, пропорциональный измеряемой влажности. Датчики влажности представляют собой многослойный чувствительный элемент с чередованием губчатой платины с полимером, нанесенными на подложку из кремния, на которой выполнена схема нормализации и усиления сигнала. Многослойная структура чувствительного элемента обеспечивает отличные характеристики приборов даже в тяжелых условиях эксплуатации: повышенная влажность, загрязненность, присутствие масляных веществ и других химических реактивов. Напряжение питания от 4 до 5,8 В. Диапазон рабочих температур от минус 40 °С до 85 °С.

Датчики преобразуют измеряемое значение в выходной сигнал по относительной влажности. Выходное напряжение измерителей влажности пропорционально измеряемому значению относительной влажности. Датчики с лазерной обработкой чувствительного элемента имеют точность плюс/минус 5 %, датчики с индивидуальной калибровкой NISC имеют точность 2 % [13].

Схема подключения датчика влажности к микроконтроллеру показана на рисунке 12.

Рисунок 12 - Схема подключения датчика HIH-4000-004 к микроконтроллеру

Датчик влажности подключен к выводу 0 порта A, через который микроконтроллеру передаются данные о текущем значении относительной влажности.

3.3 Индикатор

Исходя из физических принципов формирования изображения все типы индикаторов делятся на активные (светоизлучающие) и пассивные (светомодулирующие). Наиболее универсальным и хорошо отработанным средством отображения являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). ЭЛТ являются своеобразным эталоном по информационным и светотехническим характеристикам, с которым обычно сравниваются другие типы индикаторов. Однако ЭЛТ не лишены определенных недостатков (хрупкость, громоздкость, высокие управляющие напряжения). Поэтому для измерительных приборов более предпочтительны устройства отображения информации на полупроводниковых светоиндикаторных диодах (СИД), газоразрядных (ГРИ), электролюминисцентных (ЭЛИ), жидкокристаллических (ЖКИ) индикаторах, которые изготавливаются по групповым технологиям оптоэлектроники и обладают несравненно более высокоми эксплуатационными характеристиками [14].

Для вывода показаний на индикатор был выбран жидкокристаллический модуль МТ-08S2A. Основанием для выбора стало наличие двух строк, позволяющие выводить значения температуры и влажности.

Жидкокристаллический модуль MT–08S2A состоит из БИС контроллера управления и жидкокристаллической панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG. Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Внешний вид приведен на рисунке 13. Модуль позволяет отображать 2 строки по 8 символов. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Рисунок 13 – Внешний вид жидкокристаллического индикатора MT–08S2A

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти — кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления жидкокристаллической панелью.

Модуль позволяет:

- модуль имеет программно переключаемые две страницы встроенного знакогенератора.

- работать как по 8-ми, так и по 4-х битной шине данных (задается при инициализации);

- принимать команды с шины данных;

- записывать данные в ОЗУ с шины данных;

- читать данные из ОЗУ на шину данных;

- читать статус состояния на шину данных;

- запоминать до 8-ми изображений символов, задаваемых пользователем;

- выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

- управлять контрастностью и подсветкой;

Перед началом работы модуля необходимо произвести начальную установку.

Модуль позволяет задать изображения восьми дополнительных символов знакогенератора, использующихся при работе наравне со встроенными.

Для индикаторов с питанием 5 В вывод U₀ нужно подключать к выводу GND, а для индикаторов с питанием 3 В вывод U₀ нужно оставлять неподключенным.

Для изменения контрастности используется внешний переменный резистор R номиналом 10 кОм.

Рисунок 14 – Схема управления контрастностью дисплея

Характеристики модуля по постоянному току приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики модуля МТ-08S2A

Название	Обозначение	U_CC = 5 В			Единицы измерения
Название	Обозначение	Мин.	Ном.	Макс.	Единицы измерения
1	2	3	4	5	6
Напряжение питания	U_CC	4,5	5,0	5,5	В
Ток потребления	I_CC	-	0,6	0,8	ns
Выходное напряжение высокого уровня при I_IH = 0,1 мА	U_IH	2,2	-	U_CC	В
Выходное напряжение низкого уровня при I_IL = 0,1 мА	U_IL	0,3	-	0,6	В
Выходное напряжение высокого уровня при I_OH = 0,2 мА	U_OH	2,4	-	-	В

Продолжение Таблицы 4

1		2	3	4	5	6
Выходное напряжение низкого уровня при I_OL = 1,2 мА		U_OL	-	-	0,4	В
Ток подсветки при напряжении питания подсветки U_CC	для янтарной и желто-зеленой	I_LED	-	60	-	мА
Ток подсветки при напряжении питания подсветки U_CC	для голубой и белой	I_LED	-	45	-	мА

Схема подключения жидкокристаллического индикатора к микроконтроллеру изображена на рисунке 15.

Рисунок 15 – Схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру

Индикатор подключен к микроконтроллеру по 8-ми битной шине, выводы 0-7 порта D обеспечивают передачу данных, управление индикатором осуществляется выводами 0-3 порта B. Подстроечным резистором R₃ можно регулировать контрастность дисплея.

3.4 Подключение нагрузки

Выходные устройства, а именно кондиционер и осушитель реализуются с помощью реле, коммутирующие сеть и данные устройства.

Для управления нагрузками были выбраны электромеханические реле G2RL2412DC фирмы Ormon. Реле позволяет коммутировать ток до 6 А и напряжение до 250 В. Управляющее напряжение реле составляет 12 В. Данное напряжение обеспечивает преобразователь напряжения, который преобразует переменное напряжение 220 В в постоянное 12 В. Внешний вид реле представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 – Внешний вид реле

Нагрузка подключается к микроконтроллеру при помощи реле через биполярный транзистор и ограничительные резисторы.

Транзистор с n-p-n переходом, включенный по схеме ОЭ, применяется для усиления тока, так как напряжение нагрузки больше, чем питание микроконтроллера. Диоды VD1 и VD2 нужны для предотвращения повреждения транзистора высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции, который возникает при обесточивании обмотки реле. Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера.

Для расчета сопротивлений резисторов R₆-R₉ необходимо знать характеристики транзистора.

В процессе разработки были выбраны транзисторы КТ 503Д, диоды КД 522.

Для расчета сопротивлений R₆, R₈ воспользуемся формулой (1):

(1)

где U₁ – входное напряжение;

U₂ – напряжение насыщения база-эмиттер;

I_БН– ток насыщения базы.

Ток насыщения базы найдем по формуле (2):

(2)

где I_ср.р. – ток срабатывания реле;

В_ст – статический коэффицент передачи тока.

Ток насыщения базы равен:

Сопротивление резисторов R₆, R₈ равно:

При выборе резисторов R₇ и R₉ необходимо учитывать:

R₇>>R₆; R₉>>R₈.

Таким образом, в качестве резисторов R₆ и R₈ выбираем резисторы МЛТ-0,25 - 5,1 кОм ± 5%, резисторы R₇ и R₉принимаем равными 51 кОм и выбираем резисторы МЛТ-0,25 - 51 кОм ± 5%.

Схема подключения нагрузки к микроконтроллеру представлена на рисунке 16.

Рисунок 17 – Схема подключения нагрузки к микроконтроллеру

4 Разработка алгоритма работы программы и программного обеспечения микроконтроллера

4.1 Системно-алгоритмическое проектирование

В соответствии с принятыми решениями микроконтроллер должен выполнять большинство основных функций, включая:

1) управление нагрузками;

2) преобразование аналогового сигнала в цифровой;

3) формирование интервалов времени;

4) вывод информации о текущих значениях температуры и относительной влажности в последовательном коде в блок индикации.

Теперь необходимо решить, какие функции будут выполняться аппаратно периферийными модулями микроконтроллера, а какие функции будут выполняться программой.

Вторую функцию можно попытаться возложить как на встроенный АЦП микроконтроллера, так и на программу. Первую и третью функцию можно реализовать с помощью программы. Для четвертой функции также подойдет программная реализация.

4.2 Алгоритм работы программы

Сначала следует принять принципиальные решения, определяющие структуру программы. Прежде всего, необходимо определиться, как должен реагировать микроконтроллер на основные события:

- прием сигнала с датчика температуры и датчика влажности;

- вывод данных на цифровой индикатор;

- включение и выключение нагрузки.

Перед написанием программы следует составить алгоритм работы программы, в соответствии с которым будем писать текст программы. Алгоритм работы программы приведен в приложении Б.

Работа программы представляет собой замкнутый цикл, который идет следом за инициализацией микроконтроллера, датчика температуры и жидкокристаллического индикатора. Цикл начинается с измерения температуры, затем происходит сравнение измеренной температуры с 22 °С и 14 °С, в зависимости от которого происходит включение или отключение кондиционера. Затем происходит запуск подпрограммы для перевода двоичного кода в двоично-десятичный B2_BCD и далее в код ASCII, то есть кодировка для представления десятичных чисел, алфавита, знаков препинания и других символов. После всех необходимых преобразований кода происходит вывод значения текущей температуры на дисплей. Для измерения влажности необходимо воспользоваться АЦП, так как датчик влажности аналоговый и на микроконтроллер поступает аналоговый сигнал по напряжению, далее происходит сравнение с 40 % и 75 %, в зависимости от которого включается и отключается осушитель. Далее происходит кодирование двоичного кода в двоично-десятичный и в код ASCII. Следующей командой является вывод на индикатор текущего значения относительной влажности. Последней подпрограмма цикла - задержка в 15 мс и цикл начинается заново.

4.3 Программирование на языке ассемблера

Программирование PIC-контроллеров происходит на языке ассемблера. Необходимые команды для написания текста программы указаны в описании микроконтроллера.

Хорошая программа микропроцессорной системы – это программа, которая правильно реализует заданный алгоритм в минимальное время, занимает небольшой объем памяти и в которую легко вносить изменения.

Этим условиям отвечает программирование на языке ассемблера, которое хотя и требует наличия системы ассемблера (терминала, вспомогательной аппаратуры проектирования, ассемблирующих программ), но предоставляет разработчику микропроцессорной системы возможность написания программ в мнемонической форме с использованием символических адресов и ссылок. Кроме того ассемблеры содержат средства, позволяющие в процессе трансляции обнаруживать и отмечать все высказывания, построенные с нарушением синтаксических правил языка ассемблера. В процессе трансляции ассемблеры выдают листинг программы, на котором представлены обе версии программы (исходная и объектная) и указания об ошибках.

Язык ассемблера позволяет относительно быстро создавать высокоэффективные прикладные программы, но в силу своей лапидарности затрудняет понимание замысла автора программы при попытках ее прочтения и анализа.

Кроме того, каждый из существующих микропроцессоров имеет свой набор мнемокодов, свой словарь директив ассемблера, которые отражают специфику внутренней организации конкретных микропроцессоров и не позволяют осуществить стандартизацию символики [16].

Текст программы для устройства контроля метеопараметров расположен в приложении В.

4.4 Автономная отладка программы

Отладка программ микропроцессорной системы проводится, как правило, на тех же ЭВМ, на которых велась разработка программ, и на том же языке программирования, на котором написаны отлаживаемые программы, и может быть начата на ЭВМ даже при отсутствии аппаратуры микропроцессорных систем. При этом в системном программном обеспечении ЭВМ должны находиться программы (интерпретаторы или эмуляторы), моделирующие функции отсутствующих аппаратных средств. Так, разработка и автономная отладка программных средств может вестись на больших ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, система команд которых не совпадает с системой команд используемого микропроцессора. Кроме того, при отладке программ может отсутствовать внешняя среда микропроцессорной системы, ее также необходимо моделировать.

Проверка корректности программ, т.е. проверка соответствия их внешним спецификациям, осуществляется тестированием. Программы проверяются на функционирование с различными исходными данными. Результаты функционирования программ сравниваются с эталонными значениями.

Отладка программ подразделяется на следующие этапы: планирование отладки; составление тестов и задания на отладку; исполнение программ; информирование о результатах исполнения программ по заданным исходным данным; анализ результатов, обнаружение ошибок и локализация неисправностей [17].

В нашем случае, как для разработки программы, так и для автономной ее отладки использовался специализированный пакет программ MPLAB IDE фирмы Microchip.

Для отладки программы был применен быстрый пошаговый режим прогона программы – Animate, при этом проверялось содержимое регистров R0…R2.

В процессе автономной отладки убедились в правильности написания программы.

5 Экономическое обоснование разработки устройства контроля метеопараметров спелеокамеры

В данном разделе дипломного проекта определим экономический эффект от использования разрабатываемого устройства контроля метеопараметров спелеокамеры. Эффективность использования данного устройства рассмотрим на примере ской областной клинической больницы №2. В данном разделе проводится экономический расчет стоимости устройства. Стоимость устройства будет состоять из стоимости разработки ПО для микроконтроллера и стоимости сборки устройства.

Произведем расчет необходимых затрат на разработку и производство данного устройства.

5.1 Экономический расчет на стадии производства

5.1.1 Расчет затрат на материалы для разработки устройства

Затраты на материалы определяются по формуле:

(3)

где З_м - затраты на материалы, р.;

m_i - норма расходаi-го материала на изготовление проектируемого изделия, кг (м);

Ц_i - цена i-го вида материала, р.;

i = 1,2...,n − наименование перечень видов материалов на изготовление единицы изделия.

Подставив данные в формулу (3), результаты расчета сведем в таблицу 5.

Таблица 5 – Затраты на материалы

Наименование материала	Единицы измерения	Цена, тыс. р.	Коли- чество	Сумма, тыс. р.
1	2	3	4	5
Текстолит фольгированный	кг	0,186	0,5	0,093
Раствор для травления	кг	0,168	0,15	0,025
Припой	кг	0,17	0,08	0,013
Канифоль	кг	0,108	0,05	0,005

Продолжение Таблицы 5

1	2	3	4	5
Пластмасса для изготовления корпуса	кг	0,35	1,5	0,052
Итого: 0,188

5.1.2 Расчет затрат на покупные изделия

При изготовлении устройства были использованы готовые изделия.

Затраты на покупные изделия определяются по формуле:

, (4)

где n – количество наименований комплектующих изделий, шт.;

Н_пиi – норма расхода i–го комплектующего на единицу продукции, ед.;

Ц_пиi – стоимость за единицу i–го комплектующего, р./ед.;

Подставив данные в формулу (4), результаты расчета сведем в таблицу 6.

Таблица 6 - Результаты расчета затрат на комплектующие изделия для разработки устройства

Наименование	Количество	Цена, тыс. р.	Сумма, тыс. р.
Микроконтроллер PIC16F877	1	0,189	0,189
Датчик температуры DS18B20	1	0,095	0,095
Датчик влажности HIH-4000-004	1	0,56	0,56
ЖК-индикатор WH0802A-YGH-CT	1	0,145	0,145
Резонатор кварцевый 4,000 МГц HC-49SM	1	0,006	0,006
Реле G2RL2412DC	2	0,19	0,38
Диод КД522	2	0,001	0,002
Резистор МЛТ	8	0,0009	0,0072
Конденсатор К-10	8	0,011	0,088
Резистор подстроечный 3323Р 10 кОм	1	0,007	0,007
Транзистор КТ503Д	2	0,0022	0,0044
Стабилизатор напряжения L7805	1	0,009	0,009
Блок питания Давикон ИВЭП-1220 со шнуром	1	0,314	0,314
Итого 1,807

Таблица 7 - Результаты расчета затрат для разработки программного продукта

Наименование	Количество	Цена, р.	Сумма, р.
CD-диск	1	0,02	0,02
Бумага	1	0,16	0,16
Канцелярские товары	1	0,3	0,3
Программатор STM32L-DISCOVERY	1	1,65	1,65
Итого 2,13

Затраты на покупные изделия составят:

5.1.3 Расчет затрат на заработную плату

Основная заработная плата разработчика рассчитывается по формуле:

, (5)

где t − трудоемкость разработчика, человек×ч;

О_м − месячный оклад разработчика, р.;

Д_р − количество рабочих дней в месяце, дней (22 дня);

t_p – длительность рабочего дня, ч. (8 ч.);

В разработке и изготовлении устройства контроля метеопараметров принимает участие инженер-электронщик и инженер – программист. Оклад инженера-электронщика составляет 18 тыс. р./мес., инженера-программиста – 20 тыс. р./мес.

Таблица 8 – Основные этапы разработки

Стадии разработки	Трудоёмкость, ч.
Анализ технического задания	8
Сбор материала к решению поставленного комплекса задач	24
Проектирование основных узлов и блоков	32
Синтез принципиальной схемы	24
Разработка устройства	20
Всего	104

Таким образом, трудоёмкость разработки устройства инженером - электронщиком t_иэ составит 136 часов.

Таблица 9 – Основные этапы изготовления

Стадии изготовления	Трудоемкость, ч.
Травление печатной платы и пайка элементов	24
Изготовление корпуса	16
Всего:	40

Таким образом, трудоёмкость изготовления устройства инженером - электронщиком t_иэ составит 40 часов.

Таблица 10 – Основные этапы программирования устройства

Стадии разработки	Трудоемкость, ч.
Составление алгоритма программы	24
Написание программы	40
Отладка	8
Программирование микроконтроллера	8
Всего:	80

Таким образом, трудоёмкость разработки устройства инженером - программистом t_ип составит 80 часов.

В итоге получили, что общая трудоемкость для инженера–электронщика составит 144 часов, для инженера – программиста составит 80 часов.

Подставив в формулу (5) числовые значения вычислим основную заработную плату инженера-электронщика:

К дополнительной заработной плате относятся выплаты, предусмотренные законодательством о труде и коллективными договорами за непроработанное время: очередные и дополнительные отпуска, оплата льготных часов и т.д.

Дополнительная заработная плата инженера-электронщика составляет 10 % от основной зарплаты, то есть:

Основная заработная плата инженера-программиста равна:

Дополнительная заработная плата инженера-программиста составляет:

Затраты на заработную плату рабочих составят:

5.1.4 Расчет отчислений на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды – это обязательные отчисления предприятий во внебюджетные социальные фонды. Они составляют 30 % от основной и дополнительной заработной платы.

Отчисления на социальные нужды определяются по формуле:

(6)

где - коэффициент отчислений на социальные нужды, (R_сн= 0,3).

Подставив в формулу (6) числовые значения, вычислим отчисления на социальные нужды инженера-электронщика:

Отчисления на социальные нужды инженера-программиста составляет:

Затраты на отчисление на социальные нужды составят:

5.1.5 Расчет отчислений на страхование от несчастных случаев

Отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве в зависимости от отрасли принимается от 0,2 % до 8 %. В данном случае составляют 2 % от основной и дополнительной заработной платы.

Отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве определяются по формуле:

(7)

где - коэффициент отчислений на страхование от несчастных случаев на производстве, (R_снс = 0,02).

Отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве инженера-электронщика составляет:

Отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве инженера-программиста составляет:

Таким образом, затраты на отчисления на страхование от несчастных случаев составят:

5.1.6 Расчет затрат на электроэнергию на технологические цели

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

(8)

где Ц_эл − тариф на электроэнергию, р./кВт×ч (2,22 р./кВт×ч);

М_i – потребляемая мощность i-го вида оборудования, кВт;

Т_д_i – действительный фонд времени i-го вида оборудования, машино-час.

Таблица 11 – Расчет затрат на электроэнергию при разработке устройства

Наименование оборудования	Потребляемая мощность, кВт	Действительный фонд времени, машино-час	Цена одного кВт×ч, р.	Сумма, тыс. р.
Паяльная станция	0,7	24	2,22	0,037
Итого 0,037

Таблица 12 – Расчет затрат на электроэнергию при разработке программного продукта

Наименование оборудования	Потребляемая мощность, кВт	Действительный фонд времени, машино-час	Цена одного кВт×ч, р.	Сумма, тыс. р.
Персональный компьютер	0,4	36	2,22	0,032
Принтер	0,35	4	2,22	0,003
Итого 0,035

Таким образом, затраты на электроэнергию на технологические цели составят:

С_эл= 0,037+0,035 = 0,072 тыс. р.

Себестоимость проекта составит:

С_п=0,188+3,937+26,199+7,859+0,544+0,072= 38,799 тыс. р.

Сведем результаты расчета в таблицу сметной стоимости проекта.

Таблица 13 – Сметная стоимость проекта

Наименование статей затрат	Сумма, тыс. р.
Материалы	0,188
Покупные изделия	3,937
Заработная плата разработчиков	26,199
Отчисления на социальные нужды	7,859
Отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве	0,544
Затраты на электроэнергию	0,072
Себестоимость	38,799

Таким образом, проведенные экономические расчеты показали, что себестоимость разработки составит 38,799 тысяч рублей.

5.1.7 Расчет затрат на установку и монтаж устройства

В сфере эксплуатации нового устройства в состав капитальных вложений предприятия-потребителя включаются все единовременные затраты, которые должен нести потребитель в связи с переходом к эксплуатации нового устройства. Единовременные сопутствующие капитальные вложения К₁, связанные с установкой и монтажом устройства, рассчитываются по формуле:

, (9)

где Н_ум - норматив единовременных затрат на установку и монтаж устройства, равный 10 % от цены устройства.

Прямые капитальные вложения вычисляются по формуле:

(10)

Общие капитальные вложения составят:

, (11)

5.2 Экономический расчет на стадии эксплуатации

Расчёт годовых эксплуатационных затрат потребителя производится по формуле:

(12)

где С_обс - заработная плата обслуживающего персонала, р.;

С_эл - издержки на электроэнергию, р.;

С_ам - издержки на амортизацию, р.;

С_рем - издержки на ремонт, р.

5.2.1 Затраты на заработную плату обслуживающего персонала

Затраты на основную зарплату обслуживающего персонала определяются по формуле:

(13)

где Т_обсл – время затраченное на обслуживание устройства за год, ч.;

О_мес – месячный оклад разработчика (примем 10000 р./мес.);

Ф_мес – фонд времени работ разработчика за месяц;

k_пр – коэффициент премий равный 25 %;

k_р – районный коэффициент равный 15 %.

Фонд времени работ за месяц определяется по формуле:

(14)

Основная заработная плата обслуживающего персонала составит:

Затраты на дополнительную зарплату обслуживающего персонала составляют 10 % от основной заработной платы:

Затраты на социальные нужды рассчитываются по формуле (6) и составляют 30 % от основной и заработной платы:

Затраты на отчисления от несчастных случаев на производстве рассчитываются по формуле (7) и составляют 2 % от основной и заработной платы:

5.2.2 Затраты на амортизацию устройства

Затраты на амортизацию устройства при годовой норме амортизации 20 % рассчитываются по формуле:

(15)

5.2.3 Затраты на ремонт устройства

Затраты на ремонт устройства принимаем равными 10 % от стоимости устройства:

(16)

5.2.4 Расчет затрат на электроэнергию

Устройство контроля метеопараметров спелеокамеры предположительно будет работать 5 часов в день. Время работы устройства при 247 рабочих днях в соответствии с производственным календарем 2014 года составит:

Работа за год рассчитывается по формуле:

(17)

где W— потребляемая мощность.

Стоимость затрат на электроэнергию рассчитывается по формуле:

(18)

где ц - стоимость 1кВт·ч электроэнергии – 2,22 р.

В разделе Безопасность труда был произведен расчет освещения. Для оптимального освещения комнаты медсестры (8 м²) было предложено установить светильник с двумя лампами по 80 Вт.

Затраты на освещение при 6-ти часовом рабочем дне спелеокамеры составят:

Общие затраты на электроэнергию рассчитываются составят:

Расчёт годовых эксплуатационных затрат потребителя составит:

5.3 Расчет экономического эффекта

Годовые приведенные затраты потребителя рассчитываются по формуле:

(19)

где К_i – единовременные капитальные вложения, или инвестиции в i–е мероприятие, тыс. р. (К_i =42,679 тыс. р.);

р_н – нормативный коэффициент экономической эффективности, р_н= 0,15;

С_i – ежегодные эксплуатационные затраты от использования i–го мероприятия, тыс. р. (С_i =262,71 тыс. р.);

У_i – вероятная величина убытка (ущерба) для экологии, здоровья и жизни человека от внедрения мероприятия, тыс.р. (У_i = 0 тыс.р.).

Согласно формуле (19), годовые приведенные затраты устройства контроля метеопараметров составят:

Годовая экономия на эксплуатационных затратах при простое устройства 30 минут в день за 247 рабочих дней (41,2 дня) спелеокамеры составит:

Фактический срок окупаемости капитальных затрат, связанных с приобретением устройства, составит:

Коэффициент экономической эффективности устройства составит:

5.4 Результаты расчётов

Результаты произведённых расчётов экономических показателей проекта сведём в таблицу 14.

Таблица 14 – Показатели экономической эффективности разработки устройства контроля метеопараметров спелеокамеры

Наименование статьи затрат	Стоимость, тыс. р.
1 Затраты на стадии производства. Всего	42,679
в том числе:
1.1 На материалы	0,188
1.2 На комплектующие изделия	3,937
1.3 На заработную плату разработчиков	26,199
1.4 На отчисления на социальные нужды	7,859
1.5 На отчисления на страхование от несчастных случаев	0,544
1.6 На установку и монтаж устройства	3,88
2 Затраты на стадии эксплуатации. Всего	262,71
в том числе:
2.1 На заработную плату обслуживающего персонала	189,75
2.2 На отчисления на социальные нужды	56,92
2.3 На отчисления на страхование от несчастных случаев	3,79
2.4 На ремонт устройства	3,88
2.5 На электроэнергию	0,61
2.6 На амортизацию устройства	7,76
Показатели экономической эффективности устройства:
3.1 Годовые приведенные затраты	269,11
3.2 Годовая экономия на эксплуатационных затратах	43,82
3.3 Срок окупаемости устройства (год)	1,0

Вывод: расчеты показывают, что разработка и использование устройства контроля метеопараметров спелеокамеры является экономически эффективным, потому что годовая экономия на эксплуатационных затратах составляет 43,82 тысяч рублей, а фактический срок окупаемости устройства меньше нормативного (1<8 год).

6 Безопасность труда

6.1 Анализ опасных факторов и обеспечение безопасных условий труда

Воздушная среда, в которой осуществляется производственная деятельность человека, характеризуется химическим составом, физическими параметрами и другими показателями, оказывающими существенное влияние на здоровье работающих, их психофизиологическое состояние и работоспособность.

При оценке воздействия негативных факторов на человека следует учитывать степень влияния их на здоровье и жизнь человека, уровень и характер изменений функционального состояния и возможностей организма, его потенциальных резервов, адаптивных способностей и возможности развития последних.

Рассмотрим эксплуатацию устройства контроля метеопараметров на примере использования в спелеокамере ской областной клинической больницы №2. Спелеокамера располагается в Центре Здоровья на третьем этаже.

Проанализируем комнату медсестры спелеокамеры на предмет соответствия и обеспеченности безопасных условий труда.

Согласно СанПин 2.1.3.2630-10 поверхность стен, полов и потолков помещений должна быть гладкой, без дефектов, легкодоступной для влажной уборки и устойчивой к обработке моющими и дезинфицирующими средствами. При использовании панелей их конструкция также должна обеспечивать гладкую поверхность[18].

Покрытие пола должно плотно прилегать к основанию. Сопряжение стен и полов должно иметь закругленное сечение, стыки должны быть герметичными. При использовании линолеумных покрытий края линолеума у стен мт быть подведены под плинтуса или возведены на стены. Швы примыкающих друг к другу листов линолеума должны быть пропаяны.

Отделка помещения комнаты медсестры соответствует требованиям: стены выложены кафельной плиткой, пол покрыт линолеумом, края которого закрыты плинтусами.

Освещение рабочего места − важнейший фактор создания нормальных условий труда. Практически возникает необходимость освещения как естественным, так и искусственным светом.

В помещении спелеокамеры и комнате медсестры естественное освещение отсутствует.

Для искусственного освещения в комнате медсестры проектом предлагается использовать светильник типа ОД с двумя лампами дневного света мощностью 80 Вт. Их достоинства:

- высокая световая отдача (до 75 лм/Вт и более);

- продолжительный срок службы (до 10000 часов);

- малая яркость светящейся поверхности;

- спектральный состав излучаемого света - высокая световая отдача (до 75 лм/Вт и более).

Одним из недостатков таких ламп является высокая пульсация светового потока, вызывающая утомление зрения. Поэтому коэффициент пульсации освещенности регламентирован в пределах от 10 % до 20 % в зависимости от разряда зрительной работы.

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции [19].

Параметры микроклимата в комнате медсестры соответствуют нормам, согласно СанПин 2.1.3.2630-10.

В системах центрального отопления ЛПО в качестве теплоносителя используется вода с температурой в нагревательных приборах от 70 °C до 85 °C.

Кабинеты, использующие аэроионизирующее оборудование (электрические аэроионизаторы, гидроаэроионизаторы, галогенераторы, галокамеры, спелеоклиматические камеры, электростатические фильтры), а также кабинеты гипокситерапии не допускается размещать в жилых зданиях. Рабочее место персонала оборудуется за пределами лечебных помещений, которые оборудуются механической системой вентиляции. Кратность воздухообмена определяется по расчету для обеспечения гигиенических показателей. Расчет вентиляции описан в разделе Экологическая характеристика проекта. На основании расчетов, комнате медсестры для поддержания оптимального микроклимата предлагается установить кондиционер марки Electrolux EACS-07HS/N2/Eu, который обладает мощностью охлаждения равной 2 кВт.

В процессе производства в воздух рабочей зоны мт попадать вредные вещества различного происхождения (газы, пары, аэрозоли), которые способны вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья работающих.

Главным действующим фактором спелеотерапии является сухой аэрозоль хлорида натрия. Медсестра спелеокамеры во время процедуры находится в отдельном помещении, где осуществляет контроль за состоянием больных и следит за метеопараметрами спелеокамеры. Таким образом, медицинский персонал не подвергается вредному воздействию аэрозоля в течение рабочего времени.

Обеспечение определенной степени ионизации воздушной среды в рабочей зоне является одним из важнейших факторов поддержания хорошего самочувствия и высокой работоспособности персонала. Установлено, что значительное снижение содержания заряженных частиц (ионов) в воздухе совпадает с появлением у работающих необычной болезни, жалоб на усталость, депрессию, тошноту, бессонницу, раздражительность, респираторные нарушения и др. В то же время пребывание людей в условиях с умеренно-повышенной ионизацией атмосферы при преимущественном преобладании отрицательных ионов, наоборот, благоприятно воздействуют на организм [20].

Ионизации воздушной среды в рабочей зоне медсестры соответствует нормам в соответствии с СанПиН 2.2.4.1294-03, так как количество легких аэроионов в спелеокамере находится в пределах 800-1200 е/см³.

В помещении отсутствуют токсические вещества, нет промышленной пыли и нет химически активной среды.

Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям [19].

Шум создает значительные нагрузки на нервную систему человека, оказывает на него психологическое воздействие. Вредные последствия шума тем больше, чем сильнее шум и продолжительнее его действие. Таким образом, шум на рабочем месте не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003-83.

Особое внимание уделяется электробезопасности. Для уменьшения опасности поражения током применяют ряд мер, основными из которых являются: защитное заземление; зануление; изоляция токоведущих частей; применение изолирующих подставок, резиновых перчаток и т.п.

Защитное заземление — специальное соединение с землей корпусов электрических машин и аппаратов, которые мт оказаться под напряжением. Защитное заземление делается для снижения напряжения между землей и корпусом установки до безопасного значения. В случае пробоя изоляции между фазой и корпусом установки ток, проходящий через человека, не представляет опасности. Защитное заземление состоит из заземлителя (металлические конструкции в земле) и заземляющих проводников (стальные или медные шины, соединяющие корпуса установки с заземлителем, которые приваривают или соединяют с ними болтами).

Зануление — соединение корпусов электрических машин и аппаратов, которые мт оказаться под напряжением, не с землей, а с заземленным нулевым проводом. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус аппарата или машины превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток короткого замыкания вызывает срабатывание защиты, и поврежденная установка отключается. Нулевой провод не должен иметь предохранителей и выключателей.

Опасность поражения электрическим током резко увеличивается при наличии повышенной влажности, высокой температуры, технологической пыли и др. В зависимости от этого помещения, в которых устанавливается электрооборудование подразделяют на сухие (температура от 27 °С до 30 °С и влажность до 60 %), влажные (не более 75 %), сырые (выше 75 %), особо сырые (около 100 %) и жаркие (длительное время более 35 °С).

Большое влияние на условия безопасности труда в помещениях с электрооборудованием оказывает особенность строительного материала полов. Особую опасность представляет пол с достаточно высоким сопротивлением (деревянный, асфальтовый) и меньшую опасность - пол с более низким сопротивлением (бетонный, каменный).

Помещения должны быть оснащены аптечкой первой помощи и порошковыми огнетушителями. Спелеокамера оснащена порошковым огнетушителем и аптечкой.

В комнате медсестры спелеокамеры присутствуют источники электромагнитного излучения: блок управления и индикации галогенератора АГГ-03 и разрабатываемое устройство контроля метеопараметров спелеокамеры.

Защита персонала от воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона осуществляется путем проведения организационных и инженерно-технических мероприятий.

К организационным мероприятиям относится выбор рациональных режимов работы оборудования и ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия излучения (защита расстоянием и временем).

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования; использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места (поглотители мощности, экранирование и др.) [21].

В качестве защиты от электромагнитного излучения проектом предлагается применение организационных мероприятий, то есть ограничение времени нахождения персонала в зоне воздействия излучения.

6.2 Расчет искусственного освещения

Основной задачей расчета искусственного освещения является определение числа светильников или мощности ламп для обеспечения нормированного значения освещенности.

Для расчета искусственного освещения используют один из трех методов: по коэффициенту использования светового потока, точечный и метод удельной мощности.

При расчете общего равномерного освещения основным является метод использования светового потока, создаваемого источником света, и с учетом отражения от стен, потолка, пола.

Расчет освещения производится для комнаты площадью 8 м² , ширина которой 4 метра, высота - 2,5 метра, длина -2 метра. Воспользуемся методом светового потока.

Для определения количества светильников определим световой поток F, лм, падающий на поверхность по формуле:

(20)

где Е - нормированная минимальная освещенность, лк (определяется по таблице).

S - площадь освещаемого помещения ( в нашем случае S = 8 м²);

z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1,1 или 1,2 , выбираем z = 1,2);

k - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение определяется по таблице коэффициентов запаса для различных помещений и в нашем случае к = 1,8);

n - коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; определяют по индексу помещения i и коэффициентам отражения потолка (ρ_n), стен (ρ_c), и пола (ρ_p) определим по таблице зависимостей коэффициентов отражения от характера поверхности: ρ_n = 50 %, ρ_c = 30 %, ρ_p= 10 %.

Работу медсестры спелеокамеры, в соответствии таблицей СНиП 23-05-95, можно отнести к разряду работ средней точности, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300 лк при газоразрядных лампах.

Коэффициент использования светового потока для принятого типа светильника определяют по индексу помещения i и коэффициентам отражения потолка (ρn), стен (ρc), и пола (ρp).

Индекс помещения:

(21)

где S - площадь помещения;

h - расчетная высота подвеса;

А - ширина помещения;

В - длина помещения.

Подставив значения получим:

Зная индекс помещения I, ρ_n, ρ_c, и ρ_p, по таблице СНиП 23-05-95 находим n = 0,45. Подставим все значения в формулу (21) для определения светового потока:

Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛД 80, световой поток которых F = 4070 лм.

Рассчитаем необходимое количество ламп N, шт., по формуле:

, (22)

где F - световой поток, F = 8640 лм;

F_л - световой поток лампы, F_л=4070 лм.

.

При выборе осветительных приборов проектом предлагается использовать светильники типа ОД-2-80. Каждый светильник комплектуется двумя лампами.

6.3 Возможные чрезвычайные ситуации

Наиболее вероятная чрезвычайная ситуация в спелеокамере - возникновение пожара.

Наиболее частые причины возникновения пожаров в электроустановках - причины электрического характера:

-.короткие замыкания, перегрузки, искрения от нарушения изоляции, что приводит к нагреванию проводников до температуры воспламенения изоляции;

-.электрическая дуга, возникающая между контактами коммутационных аппаратов, не предназначенных для отключения больших токов нагрузки;

-.неудовлетворительные контакты в местах соединения проводов и их сильный нагрев вследствие большого переходного сопротивления при протекании электрического тока;

-.искрение в электрических аппаратах и машинах, а также искрение в результате электростатических разрядов и ударов молнии;

- неисправность (замыкания) в обмотках электрических машин при отсутствии надлежащей защиты.

Пожарная безопасность обеспечивается комплексом мероприятий, предотвращающих возникновение пожара, и системой пожарной защиты, обеспечивающей успешную борьбу с возникшим пожаром или последствиями взрыва.

Мероприятия по противопожарной защите разделяются на организационные, эксплуатационные, технические и режимные.

Организационные мероприятия включают в себя обучение рабочих и служащих правилам пожарной безопасности, организация пожарной охраны, проведение бесед, лекций, издание необходимых инструкций, плакатов и т. п.

Технические мероприятия предусматривают соблюдение противопожарных правил и норм при устройстве систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, молниезащиты, при сооружении зданий, установка технологического оборудования.

Эксплуатационные мероприятия предусматривают правильную эксплуатацию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, молниезащиты, технологических машин и оборудования, правильное содержание зданий и территорий и т. п.

Режимные мероприятия предусматривают запрещение или ограничение применения открытого огня в пожароопасных местах, курения в неустановленных местах, обязательное соблюдение норм и правил при работе с огнеопасными и взрывоопасными веществами.

В связи с большой пожароопасностью необходимо применять профилактические меры.

Пожарная профилактика при эксплуатации электронных приборов и устройств заключается в следующих мероприятиях:

- поддержании сопротивления изоляции токоведущих частей не ниже величин, регламентированных правилами техники безопасности;

- защите изоляции от теплового, механического и агрессивного воздействия окружающей среды посредством прокладки проводов в трубах, исключении повреждения изоляции проводов и кабелей от вибрации, тряски и при движении;

- защита открытых токоведущих частей (ограждениями) от попадания на них посторонних предметов;

- устройство механических и электрических блокировок для исключения ошибочных действий при выполнении оперативных переключений [21].

Предотвращение распространения пожара достигается мероприятиями, ограничивающими площадь, интенсивность и продолжительность горения. К ним относятся:

- конструктивные и объемно-планировочные решения, препятствующие распространению опасных факторов пожара по помещению, между

помещениями, между группами помещений различной функциональной пожарной опасности, между этажами и секциями, между пожарными отсеками, а также между зданиями;

- ограничение пожарной опасности строительных материалов, используемых в поверхностных слоях конструкций здания, в том числе кровель, отделок и облицовок фасадов, помещений и путей эвакуации;

- снижение технологической взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий;

- наличие первичных, в том числе автоматических и привозных средств пожаротушения;

- сигнализация и оповещение о пожаре [22].

Для ликвидации начинающихся очагов пожара силами персонала помещения должны быть обеспечены по действующим нормам первичными средствами пожаротушения, пожарным ручным инструментом и пожарным инвентарем. Для тушения электроустановок под напряжением до 10 кВ. необходимо применять углекислотные (ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8), углекислотно-бромэтиловые огнетушители (ОУБ-3, ОУБ-7) или порошковые огнетушители (ОП-3, ОП -5), так как струя не электропроводна.

Здание "Центр Здоровья" по пожарной опасности строительных конструкций относится к категории В (пожароопасное), поскольку здесь присутствуют горючие (книги, документы, мебель, оргтехника и т.д.) и трудносгораемые вещества (различное оборудование и т.д.), которые при взаимодействии с огнем мт гореть без взрыва.

По конструктивным характеристикам здание можно отнести к зданиям с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона, где для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами.

В соответствии с требованиями НПБ 104-95 в здании предусмотрена автоматическая система оповещения людей о пожаре по второму типу. В качестве средств оповещения использованы звуковые оповещатели “Свирель” и световые указатели “Выход”.

Запуск средств оповещения должен происходить автоматически при срабатывании любого пожарного извещателя. Система оповещения людей при пожаре должна быть рассчитана на круглосуточную работу и обеспечить оповещение всех одновременно во всех местах постоянного и временного пребывания людей.

6.3.1 Расчет продолжительности эвакуации

Рассчитаем время эвакуации людей из здания "Центр Здоровья" четвертого этажа.

Рисунок 18 - План эвакуации

Согласно рисунку 18, эвакуационный путь состоит из шести частей. Первый путь (отрезок А-Б) – эвакуация персонала из кабинета, второй путь (отрезки Б-В) – движение по коридору до лестничной клетки, третий путь (отрезок В-Г) – движение по лестничной клетке с четвертого этажа до третьего этажа, четвертый путь (отрезок Г-Д) – движение по лестничной клетке с третьего этажа до второго, пятый путь (отрезок Д-Е) – движение по лестничной клетке со второго этажа до первого этажа, шестой путь (отрезок Е-Ж) – движение по многолюдному коридору на улицу.

Кабинет имеет длину 4 метра и ширину 4 метра, двери имеют ширину b_вых= 0,8 метра. Длина коридора для отрезка Б-В составляет 20 метров и ширина 3 метра. Длина отрезков В-Г, Г-Д, Д-Е составляет по 15 метров, по 1,5 метра шириной. Е-Ж составляет 8 метров и ширина 3 метра.

Так как в кабинете мт находиться только три человека: врач, медсестра и пациент, для пути А-В возьмём число человек N = 3, для остальных путей возьмем число человек N = 30.

Допустимая продолжительность эвакуации из здания t_доп равная табличным данным не должна превышать 6 минут.

Время задержки t_н.э. эвакуации составляет 3 минуты.

Для определения времени движения людей по А-Б участку, с учётом габаритных размеров кабинета, определяется плотность движения людского потока на первом участке по формуле:

(23)

где N – количество людей в потоке;

f - площадь горизонтальной проекции человека, м²/чел;

b - ширина эвакуационного пути, м;

l - длина участка пути, м.

По предложению кандидата технических наук А. И. Милинского, плотность потоков измеряют как отношение части площади проходов, занятой людьми, к общей площади проходов. Эта величина характеризует степень заполнения эвакуационных путей эвакуирующимися. Часть площади проходов, занятую людьми, определяют как сумму площадей горизонтальных проекций каждого человека. Площадь горизонтальной проекции одного человека зависит от возраста, характера, одежды и колеблется в пределах от 0,04 до 0,126 м².

Примем, что необходимо обеспечить эвакуацию взрослых сотрудников в обычной одежде, поэтому принимаем площадь проекции человека для всех эвакуируемых f=0,1 м².

Рассчитаем плотность потока людей на первом участке:

По табличным данным скорость движения составляет 100 м/мин, интенсивность движения 1 м/мин, таким образом, время движения для первого участка составит по формуле:

(24)

Рассчитаем интенсивность движения в дверном проёме шириной 0,8 м для первого участка по формуле:

, (25)

м/мин.

Рассчитаем время движения в дверном проёме для первого участка по формуле:

(26)

Так как в "Центре Здоровья" приблизительно на каждом этаже находится по 30 человек, то плотность людского потока в коридоре участка Б-В составит:

.

Скорость движения по пути Б-В составляет 100 м/мин, интенсивность движения 5 м/мин, таким образом, время движения по второму участку (из коридора на лестницу) составит:

.

Скорость движения по лестнице рассчитывается по формуле:

(27)

где b_i, b_i_-1 – ширина рассматриваемого iгo и предшествующего ему участка пути, м;

q_i, q_i_-1 – значения интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i-му и предшествующему участкам пути, м/мин.

Для определения интенсивность движения на участке В-Г подставим значения в формулу (26):

По таблице скорость движения равняется 95 м/мин, поэтому время движения по лестнице:

При переходе по лестнице на третий этаж происходит смешивание с потоком людей, двигающихся с третьего этажа. Плотность людского потока для третьего этажа составляет:

Интенсивность движения на третьем этаже составит около 5 м/мин.

При переходе на четвертый участок происходит слияние людских потоков, поэтому интенсивность движения определяется по формуле:

Скорость движения составит около 52 м/мин.

Рассчитаем время движения для участка Г-Д:

При переходе по лестнице на второй этаж происходит смешивание с потоком людей, двигающихся со второго этажа. Плотность людского потока для второго этажа:

Интенсивность движения на втором этаже составит около 5 м/мин.

При переходе на пятый участок происходит слияние людских потоков, поэтому интенсивность движения определяется по формуле (27):

Скорость движения составит около 40 м/мин.

Рассчитаем время движения для участка Д-Е:

Плотность людского потока для первого этажа составляет:

Интенсивность движения на первом этаже составит около 5 м/мин.

При переходе на шестой участок происходит слияние людских потоков, поэтому интенсивность движения определяется по формуле:

Рассчитаем время движения для участка Е-Ж:

Интенсивность движения в дверном проеме участка Е-Ж шириной менее 1,6 м определяется по формуле (25):

Рассчитаем время движения в проёме для участка Е-Ж:

(28)

Рассчитаем время эвакуации по формуле:

, (29)

мин.

Таким образом, эвакуация из здания "Центр Здоровья" пройдёт за допустимое время.

7 Экологическая характеристика проекта

7.1 Общие положения

Загрязнение окружающей среды стало негативным символом нашего времени. Человечество, побеждая ряд страшных заболеваний, приобретает новые, о которых наши предки не знали: поллинозы, аллергический дерматит, бронхиальная астма, хронический бронхит и другие заболевания.

По данным российского статистического ежегодника болезни органов дыхания являются наиболее распространенными - 48437 тыс. человек приходится на 2011 год. Для сравнения, в 2000 году насчитывалось 46170 тыс. человек. Далее идут травмы, отравления и некоторые другие последствия воздействия внешних причин – 13261 тыс. человек [23].

Для ской области проблема обеспечения безопасности здоровья одна из самых актуальных, поскольку состояние экологической среды, отставание отрасли здравоохранения в развитии приводят к повышению риска сердечнососудистых и онкологических заболеваний. Так в 2012 году было зафиксировано 27613 случаев зарегистрированных новообразований, 59994 человек зарегистрированы с диагнозом болезни системы кровообращения, болезни органов дыхания занимают лидирующее место среди всех заболеваний, в 2012 году было зарегистрировано 679328 человек [24].

Бороться с болезнями органов дыхания можно не только с помощью лекарств. Сегодня в России создана система профилактики, лечения и реабилитации таких больных с использованием калийных солей древнего Пермского моря, существовавшего более 280 млн. лет назад. Целебное воздействие древних солей подарило человечеству уникальные возможности в лечении заболеваний органов дыхания и различного вида аллергических недугов [25].

Целью дипломного проекта является разработка устройства контроля метеопараметров спелеокамеры. Для оценки безопасного использования предлагаемого устройства следует обратить внимание на следующие факторы:

- вентиляция и кондиционирование;

- освещение;

- воздействие шума;

- воздействие электромагнитных излучений.

Рассмотрим более подробно вышеперечисленные факторы и основные методы снижения их вредного воздействия.

7.2 Вентиляция и кондиционирование

Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допустимых параметров микроклимата воздуха рабочей зоны является промышленная вентиляция. Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего.

Для создания оптимальных метеорологических условий в производственных помещениях применяют наиболее совершенный вид промышленной вентиляции – кондиционирование воздуха. Кондиционированием воздуха называется его автоматическая обработка с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метеорологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения. При кондиционировании автоматически регулируется температура воздуха, его относительная влажность и скорость подачи в помещение в зависимости от времени года, наружных метеорологических условий и характера технологического процесса в помещении. Такие строго определенные параметры создаются в специальных установках, называемых кондиционерами.

Кондиционирование воздуха играет существенную роль не только с точки зрения безопасности жизнедеятельности, но и во многих технологических процессах, при которых не допускаются колебания температуры и влажности воздуха [20].

В соответствии с Приложением 3 СанПин 2.1.3.2630-10 температура кабинета медсестры спелеокамеры должна составлять от 20 °С до 24 °С. Для обеспечения рабочего микроклимата необходимо использовать системы кондиционирования. Для определения и выбора такой системы необходимо произвести расчет вентиляции.

7.2.1 Расчет вентиляции

Проведём расчёты необходимого воздухообмена для тёплого периода времени года. Необходимый воздухообмен по избыткам тепла L, в помещении определяется из следующего выражения:

, (30)

где Q - избыточное тепло, выделяемое в помещении, ккал/ч;

С - удельная теплоемкость воздуха, равная 0,24 ккал/ч;

р - плотность воздуха, кг/м³. При нормальных условиях (р = 760 мм.рт.ст., t =10 °C) принимается р = 1,29 кг/м³;

t_yx - температура воздуха, уходящего из помещения, °С;

t_п_p - температура приточного воздуха, °С.

Температура воздуха, уходящего из помещения определяется по эмпирической формуле:

, (31)

где t_рз - температура воздуха в рабочей зоне (на высоте 2,5 метра от пола),°С;

φ- величина, обозначающая изменение температуры по высоте, φ = 0,2;

r - высота рабочей зоны, м.

Подставляя значения в формулу (31), получаем:

Избыточное тепло в помещении определяется из выражения:

, (32)

где Q_пост - количество тепла, поступающего в помещение, ккал/ч;

Q_т.п. - количество тепла теряемого наружными ограждениями, ккал/ч.

Тепловые потери можно определить по формуле:

(33)

где k - коэффициент теплоотдачи (для кирпичной стенки к = 0,8 - 0,9);

F - площадь поверхности ограждения, м ;

t_в - внутренняя температура, °С, t_в = 22 °C;

t_н - наружная температура, °С, t_н = 25 °C.

Подставляя значения в формулу (33), получаем:

Количество тепла, выделяемое человеком, находится в зависимости от его физической нагрузки и от температуры воздуха в помещении. Будем считать, что физической нагрузки нет, тогда при температуре в помещении 20 °С количество тепла, выделяемое медсестрой Q_ч, будет порядка 130 ккал/ч. Поскольку естественное освещение отсутствует, то солнечная радиация не учитывается.

В качестве источников света при искусственном освещении рекомендуется применять люминесцентные лампы типа ЛД 80. Общая мощность всех ламп составляет 0,16 кВт. Практически принимается, что вся мощность источников освещения переходит в тепло. Тогда избытки тепла, поступающего в помещение от источников света можно определить по формуле:

, (34)

где N Σ- суммарная потребляемая мощность освещения, кВт.

Количество тепла, поступающего в помещение можно определить по формуле:

, (35)

Избыточное тепло в помещении определим по формуле (32):

Итак, необходимый воздухообмен по избыткам тепла в помещении, определяемый по формуле (30) равен:

Рассчитываем кратность объема воздуха К:

, (36)

где V - общий объем помещения;

L - необходимый воздухообмен по избыткам тепла, м³/ч.

Подставив числовые выражения в формулу (36), получаем:

Определим необходимую производительность N, вентиляционной установки:

(37)

где 0,7 - коэффициент, учитывающий наличие естественной вентиляции;

V - объем помещения.

Подставляя значения в формулу (37) получаем:

Из данных расчётов видно, что для обеспечения оптимальных условий микроклимата комнаты медсестры достаточно установить кондиционер небольшой мощности. Проектом предлагается в комнате медсестры, площадью 8 м², установить кондиционер Electrolux EACS-07HS/N2/Eu, который обладает мощностью охлаждения равной 2 кВт.

7.3 Освещение

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

В спелеокамере и кабинете медсестры ской областной клинической больницы №2 отсутствует естественное освещение. В соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» по таблице 1, в зависимости от характеристики зрительной работы, устанавливается требуемая освещенность искусственного освещения.

В разделе Безопасность труда был произведен расчет освещенности комнаты медсестры. Из расчета было установлено, что для оптимальной освещенности целесообразно установить светильник типа ОД с двумя лампами мощностью 80 Вт.

7.4 Воздействие электромагнитного излучения на организм человека

Масштабы электромагнитного загрязнения среды стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества. За последние несколько десятилетий сформировался новый фактор окружающей среды – электромагнитные поля (ЭМП) антропогенного происхождения. Некоторые специалисты относят ЭМП к числу сильнодействующих экологических факторов с катастрофическими последствиями для всего живого [26].

Источниками электрических полей промышленной частоты (50 Гц) являются: линии электропередач и открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные, соединительные шины, вспомогательные устройства, а также все высоковольтные установки промышленной частоты [27]. Длительное действие таких полей приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца. Для хронического воздействия ЭМП промышленной частоты характерны нарушения ритма и замедление частоты сердечных сокращений. У работающих с ЭМП промышленной частоты мт наблюдаться функциональные нарушения в ЦНС и сердечно-сосудистой системе, в составе крови. Поэтому необходимо ограничивать время пребывания человека в зоне действия электрического поля, создаваемого токами промышленной частоты напряжением выше 400 кВ [19].

Источником электростатического поля и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх- и инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском) являются персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) и видеодисплейные терминалы (ВДТ) на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту. Главную опасность для пользователей представляет электромагнитное излучение монитора в диапазоне частот от 5 Гц до 400 кГц и статический электрический заряд на экране [27].

В комнате медсестры спелеокамеры на столе располагается блок управления и индикации галогенератора АГГ-03. Для контроля метеопараметров медицинским персоналом ЖК-индикатор предлагаемого устройства будет находиться в поле зрения медсестры. Таким образом, электромагнитное излучение указанных приборов будет воздействовать на обслуживающий персонал.

Защита персонала от воздействия электромагнитных излучений осуществляется путем проведения организационных и инженерно-технических, лечебно-профилактических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты.

К организационным мероприятиям относятся: выбор рациональных режимов работы оборудования; ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМП радиочастот (защита расстоянием и временем) и т.п.

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования; использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места персонала (поглотители мощности, экранирование, использование минимальной необходимой мощности генератора); обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем электромагнитных излучений.

Лечебно-профилактические мероприятия осуществляются в целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работника, связанные с воздействием электромагнитных излучений, и включают предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры.

К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.).

Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с учетом рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты [28].

В процессе рабочего дня на медсестру спелеокамеры действует электромагнитное излучение. Для защиты от электромагнитных излучений проектом предлагается организационное мероприятие, а именно ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМП радиочастот.

7.5 Шумовое воздействие

Акустический шум – это распространяемые в воздухе беспорядочные звуковые колебания различной физической природы. В отличие от вибраций они характеризуются высокими частотами колебаний (от 20 Гц до 20 кГц и выше) и амплитудой случайной величины.

Акустический шум оказывает вредное влияние на организм человека и даже может вызвать шумовую болезнь, которая характеризуется тугоухостью, гипертонией (гипотонией) и головной болью [24].

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние оказывает шум на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

В биологическом отношении шум является заметным стрессовым фактором, способным вызвать срыв приспособительных реакций. Акустический стресс может приводить к разным проявлениям: от функциональных нарушений регуляции ЦНС до морфологически обозначенных дегенеративных деструктивных процессов в разных органах и тканях. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦНС и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Индивидуальная чувствительность к шуму составляет от 4 % до 17 %. Считают, что повышенная чувствительность к шуму определяется сенсибилизированной вегетативной реактивностью, присущей 11 % населения. Женский и детский организм особенно чувствительны к шуму. Высокая индивидуальная чувствительность может быть одной из причин повышенной утомляемости и развития различных неврозов.

Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

Шум с уровнем звукового давления до от 30 до 35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня в пределах от 40 до 70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть [19].

Для измерения уровня акустического шума применяется логарифмическая единица отношения двух величин акустических мощностей: бел (Б) и чаще применяемая десятая часть бела – децибел (дБ). При использовании электронных шумомеров со шкалой «А» - уровень звука для широкой полосы частот (система «Броль и Къер») – объективное измерение уровня громкости звука производится в единицах дБ·А.

Интенсивный технический прогресс сопровождается увеличением искусственного шума, вредного для человека, а при больших уровнях опасного.

На персонал, находящийся в комнате медсестры спелеокамеры, повторно-кратковременно воздействует галогенератор АГГ-03. Уровень шума от указанного прибора не превышает 35 дБ. Также периодически шумовое загрязнение оказывает кондиционер, уровень шума которого не превышает 40 дБ. При рациональном использовании этих приборов, уровень шума в комнате медсестры будет соответствовать допустимому уровню согласно СанПин 2.1.3.2630-10.

Методы борьбы с производственным и бытовым шумом определяются его интенсивностью, спектральным составом и диапазоном граничных частот. В России действует специальный ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования безопасности», который ограничивает предельные акустические параметры машин и оборудования, устанавливает максимально допустимые уровни акустических шумов. При этом методы мт быть техническими и организационными.

Технические методы основаны на снижении акустического шума в месте его возникновения и ограничении зоны распространения, создании звукопоглощающей среды. Снижение шума достигается устранением и заменой шумящих технологических операций, своевременным ремонтом механизмов.

Организационные методы состоят в выборе соответствующих архитектурно-планировочных решений, разделений площади на функциональные зоны.

Для защиты от шума используют индивидуальные средства: наушники, резиновые заглушки и заглушки из пористого материала типа «беруши» [26].

7.6 Заключение по разделу «Экологическая характеристика проекта»

В данном разделе дипломного проекта было рассмотрено рабочее место медсестры спелеокамеры с точки зрения экологической безопасности.

Для обеспечения защиты от вредных факторов, действующих на обслуживающий персонал спелеокамеры в процессе работы, проектом предлагается выполнение следующих мероприятий:

- для поддержания оптимального микроклимата в комнате медсестры, установить кондиционер Electrolux EACS-07HS/N2/Eu, который обладает мощностью охлаждения равной 2 кВт;

- для оптимального освещения, использовать светильник типа ОД с двумя лампами дневного света мощностью 80 Вт;

- для защиты от электромагнитного излучения, ограничить время пребывания персонала в зоне воздействия электромагнитного излучения

- для защиты от шума предлагается рациональное использование приборов, работа которых оказывает шумовое воздействие.

Выполнение предлагаемых мероприятий позволит защитить организм человека от вредных воздействий описанных факторов.

Заключение

В процессе выполнения дипломного проекта были достигнуты все поставленные задачи, раскрыта актуальность темы.

Разработанное устройство контроля метеопараметров спелеокамеры позволяет выводить показания температуры и относительной влажности на жидкокристаллический индикатор и автоматически регулировать данные параметры. Данное устройство в процессе эксплуатации позволит заменить стандартные средства измерения температуры и относительной влажности, такие как термометры и психрометры.

В разделе «Экономическое обоснование разработки устройства контроля метеопараметров спелеокамеры» были рассчитаны показатели экономической эффективности. Расчеты показали, что разработка и использование устройства контроля метеопараметров спелеокамеры является экономически эффективным, потому что годовая экономия на эксплуатационных затратах составляет 43,83 тысяч рублей, а фактический срок окупаемости устройства меньше нормативного.

В разделе «Экологическая характеристика проекта» и «Безопасность труда» был проведен анализ вредных факторов, выполнены все необходимые расчеты и предложены мероприятия для обеспечения безопасных условий труда.

Список использованных источников

1 Степанов, Е. Г. Основы курортологии : учеб. пособие / Е. Г. Степанов. - Харьков : ХНАГХ, 2006. - 326 с.

2 Руденко, Т. Л. Физиотерапия : учебник / Т. Л. Руденко. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. - 352 с.

3 Улащик, В. С. Общая физиотерапия: учебник / В. С. Улащик, И. В. Лукомский. - Минск : Книжный дом, 2008. – 512 с.

4 Соляное лечение [Электронный ресурс]. - Информационный сервер. - Киев, 2009-2014. Режим доступа : http: // www.speleokamera.com.ua.

5 Марцияш, А. А. Санаторно-курортное лечение : учеб. пособие / А. А. Марцияш, Л. А. Ласточкина, Ю. И. Нестеров. - Кемерово: КемГМА, 2009. - 99 с.

6 Верихова, Л. А. Спелеотерапия больных бронхиальной астмой / Л. А. Верихова, Л. М. Нохрина, В. Н. Новоселов. - Пермь : Знание, 1989. - 131 с.

7 Медицинский эффект спелеотерапии [Электронный ресурс]. - Информационный сервер. - Москва, 2012. Режим доступа : http: // www.medafarm.ru.

8 Микропроцессорный регулятор влажности и температуры МРВТ-5 [Электронный ресурс]. - Информационный сервер.- Москва, 2010-2013. Режим доступа : http: // www.ventech.ru.

9 Паспорт НКГВ.02.022.00.10ПС. Индикатор температуры и влажности регулирующий ИТР-0110А. - М. : Дана-Терм, 2001. - 12 с.

10 Бурькова, Е. В. Проектирование микропроцессорных систем : методические указания к курсовому проектированию / Е. В. Бурькова, 2008. - 32 с.

11 PIC16F87x Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated. - Москва, 2002. - 184 с.

12 Чернов, Г. И. DS18B20 русское описание работы с датчиком температуры / Г. И. Чернов. - Днепропетровск : Магетекс, 2009 - 33с.

13 Новости электроники [Электронный ресурс]. - Информационный сервер. - Москва, 2010. Режим доступа: http://www.compel.ru.

14 Топильский, В. Б. Схемотехника измерительных устройств : учебник / В. Б. Топильский. - Москва : БИНОМ, 2010. - 232 с.

15 Жидкокристаллический индикатор MT08S2A [Электронный ресурс]. -Информационный сервер. - Москва, 2011-2012. - Режим доступа : http: // www.melt.com.ru.

15 Каган, Б. М. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики / Б. М. Каган, В. В. Сташин. - Москва : Энергоатомиздат,1987. - 304 с.

16 Хлуденёв, А. В. Разработка и отладка устройств на микроконтроллерах : методические указания / А. В. Хлуденёв., 2006. - 55 с.

17 Безопасность жизнидеятельности : учебник / С. В. Белов [и др.]. - Москва : Высш.шк., 2007. - 616 с.

19 Михнюк, Т. Ф. Охрана труда и основы экологии : учеб. пособие / Т. Ф. Михнюк. - Минск : Высш. шк., 2007.- 356 с.

20 СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы». Введ. 2003-30-06. - М. : Минздрав России, 2003. - 24 с.

21 СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Изд. 03.06.99 с Изм. 1, Изд. 2002-01-07 с Изм. 2. - Введ. 01.01.98. - М. : Минстрой России, 1998. – 40 с.

22 Российский статистический ежегодник 2013 : Стат.сб./Росстат. - М., 2013. - 717 с.

23 Статистический ежегодник области 2013 г. Стат.сб./Росстат. -, 2013. - 345 с.

24 Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В. Ф. Протасов. - Москва : Финансы и статистика,2001. - 672 c.

25 Русак, О. Н. Безопасность и охрана труда : учебное пособие / О. Н. Русак, К. Р. Малаян, Н. Г. Занько. - Изд-е 6-е стер. - СПб. : Издательство «Лань», 2003. - 448 с.

26 Ефремов И. В. Исследование электромагнитных полей и методов защиты от них [Электронный ресурс] : метод. указания для выполнения лаб. работ по курсу «Системы защиты среды обитания» / И. В. Ефремов, Л. А. Быкова. - : , 2004.

27 СанПиН 2.1.3.2630-10 Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность. Введ. 2010-18-05. - М. : Минздрав России, 2010. - 180 с.

28 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. - Изд. 2010-15-03 с Изм. 1 - Введ. 2003-15-06. М. : Минздрав России, 2011. - 34 с.

29 СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - Введ. 01.10.96. – М. : Минздрав России, 1997. - 12 с.

30 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - Введ. 01.01.96. - М. : Минстрой России, 1995. - 70 с.

31 Ефремов, И. В. Расчет естественного и искусственного освещения : методические указания / И. В. Ефремов, Е. Л. Янчук, Л. А. Быкова. - : , 2002. - 35 с.

32 ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - Изд. 01.05.2008 с Изм.1. - Введ. 01.07.84. - М. : Стандартинформ, 2008. - 13 с.

33 НПБ 104-95. Нормы пожарной безопасности. Проектирование систем оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях. - Введ. 01.10.95. - Москва. : ВНИИПО МЧС, 1996. - 6 с.

34 ГОСТ 2.702 - 2011 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем. Введ. 2012-01-01.- Москва : Стандартинформ, 2011. - 28 с.

35 ГОСТ 2.710 - 81 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. Введ. 01.07.81. - Москва : Стандартинформ, 2008. - 10 с.

36 ГОСТ 2.104 - 2006 Единая система конструкторской документации. Основные надписи. Введ. 2006-01-09. - Москва : Стандартинформ, 2006. - 28 с

37 ГОСТ 2.701 - 2008 Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. Введ. 2009-01-07. - Москва : Стандартинформ, 2009. -13 с.

38 ГОСТ 19.701 - 90 Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения. Введ. 01.01.92. - Москва : Стандартинформ, 2010. - 24 с.

39 Кравченко, Н. Ф. "Экономическое обоснование эффективности инвестиционных проектов схем электроснабжения": метод. указания к дипломному проектированию / Н. Ф. Кравченко. - : , 2009. - 122 с.

Приложение А

(обязательное)

Схема электрическая принципиальная

Приложение Б

(обязательное)

Алгоритм работы программы

Приложение В

(обязательное)

Текст программы

#include p16f877.inc

list p=16F877,st = OFF

; ===================================

; Переменные

; ===================================

cblock 0x20

cnt

Temp1

Temp2

TEMPI

VL

L_byte

H_byte

R0

R1

R2

temp

tens

units

MSD

LSD

KOP

FLAG

CHAR

КОР

TEMP ; временный

ZAN ; счетчик паузы

COUN ; счетчик битов

LSB ; мл. регистр приема отDS

DD_RAM_ADDR

CLR_DISP

LCD_CNTL

DISP_ON

ENTRY_INC

ENDC

INIT_PORTA EQU b'11111111' ;все ввод

INIT_PORTB EQU b'11010111' ;биты 3,5 - вывод

INIT_PORTD EQU b'00000000' ;все вывод

INIT_PORTE EQU b'00000000' ;все вывод

INIT_OPTION EQU b'00000111' ;настройка TMR0

INIT_INTCON EQU b'11000000' ;настройка прерываний

INIT_T1CON EQU b'00000000' ;настройка TMR1 (выключен)

INIT_ADCON0 EQU b'01000001' ;настройка АЦП канал 0

INIT_ADCON1 EQU b'00001110' ;настройка АЦП опора Vcc-Vdd

; =========================================

; Битовые переменные

; =========================================

#define EN PORTB,2

#define RW PORTB,1

#define RS PORTB,0

#define DS PORTA,0

#define HIH PORTA,4

#define Kond PORTB,4

#define Os PORTB,5

#define LCD_DATA PORTD

ORG 0x000 ;начало программы

nор

Begin

call Init

call Init_DS

call DISPLAY_INIT

loop call PRIEM

movlw .22

subwf LSB,w

btfss STATUS,Z

bsf PORTB,4

movlw .14

subwf LSB,w

btfss STATUS,C

bcf PORTB,4

clrf H_byte

movf LSB,w

movwf L_byte

call B2_BCD

movlw B'01010100'

call SEND_CHAR

movlw B'00111010'

call SEND_CHAR

movlw B'00101011'

call SEND_CHAR

swapf R2,w

andlw B'00001111'

movwf tens

movf tens,w

iorlw B'00110000'

call SEND_CHAR

movf R2,w

andlw B'00001111'

movwf units

movf units,w

iorlw B'00110000'

call SEND_CHAR

movlw B'10111010'

call SEND_CHAR

movlw B'01000011'

call SEND_CHAR

bsf ADCON0,GO

Wait btfsc ADCON0,GO

goto Wait

movf ADRESH,W

movwf VL

movlw .75

subwf VL,w

btfss STATUS,Z

bsf PORTB,5

movlw .40

subwf VL,w

btfss STATUS,C

bcf PORTB,5

call B2_BCD

movlw B'01010110'

call SEND_CHAR

movlw B'01101100'

call SEND_CHAR

movlw B'00111010'

call SEND_CHAR

swapf R2,w

andlw B'00001111'

movwf tens

movf tens,w

iorlw B'00110000'

call SEND_CHAR

movf R2,w

andlw B'00001111'

movwf units

movf units,w

iorlw B'00110000'

call SEND_CHAR

movlw B'00100101'

call SEND_CHAR

call D15ms

goto loop

; =========================================

; подпрограмма инициализации PIC16F877

; =========================================

Init

bsf STATUS,RP0 ;bank1

bcf STATUS,IRP

bcf STATUS,RP1

movlw INIT_PORTA

movwf TRISA^80h

movlw INIT_PORTB

movwf TRISB^80h

movlw INIT_PORTD

movwf TRISD^80h

movlw INIT_PORTE

movwf TRISE^80h

movlw INIT_OPTION

movwf OPTION_REG^80h

movlw INIT_ADCON1

movwf ADCON1^80h

bcf STATUS,RP0 ;bank0

movlw INIT_INTCON

movwf INTCON

movlw INIT_T1CON

movwf T1CON

movlw INIT_ADCON0

movwf ADCON0

return

; ==========================================

; Инициализация индикатора

; ==========================================

DISPLAY_INIT

clrf LCD_CNTL

movlw 0x38 ; 8-ми битный интерфейс

movwf LCD_DATA

bcf EN

bsf EN

LCD_DELAY

movlw LCD_CNTL

movwf MSD

clrf LSD

LOOP2

decfsz LSD,F

goto LOOP2

decfsz MSD,F

END_LCD_DELAY

goto LOOP2

CMD_SEQ

movlw 0x38

movwf LCD_DATA

bsf EN

bcf EN

movlw DISP_ON

call SEND_CMD

movlw CLR_DISP

call SEND_CMD

movlw ENTRY_INC

call SEND_CMD

movlw DD_RAM_ADDR

call SEND_CMD

; =======================================

; Инициализация DS

; =======================================

Init_DS

call HYL ; посылка импульса обнуления

movlw 0xCC ; пропуск номера

call POSIL ; посылка

movlw 0x44 ; разрешение преобразования

call POSIL ; посылка

goto PRIEM

HYL

call WUX ; выход нуля,

movlw .125 ; нулевой импульс

addlw -1 ; =500мкс

btfss STATUS,2

goto $-2

call WXO ; выход единицы

movlw .125 ; импульс =500мкс

addlw -1

btfss STATUS,2

goto $-2

return

; =====================================

; Подпрограмма вывода символа на экран ЖКИ

; =====================================

SEND_CHAR

movwf CHAR

call BUSY_CHECK

movfw CHAR

movwf LCD_DATA

bcf RW

bsf RS

bsf EN

bcf EN

return

; ===================================

; Подпрограмма передачи команды на ЖКИ

; ===================================

SEND_CMD

movwf CHAR

call BUSY_CHECK

movf CHAR,W

movwf LCD_DATA

bcf RW

bcf RS

bsf EN

bcf EN

return

; ===================================================

; Подпрограмма ожидания разрешения от ЖКИ на передачу

; символа или команды

; ==================================================

BUSY_CHECK

bsf STATUS,RP0

movlw 0xFF

movwf LCD_DATA

bcf STATUS,RP0

bcf RS

bsf RW

bsf EN

bcf EN

movf LCD_DATA,W

movwf TEMPI

bcf TEMPI,7

btfsc TEMPI,7

goto BUSY_CHECK

bcf RW

bsf STATUS, RP0

movlw 0x00

movwf LCD_DATA

bcf STATUS, RP0

return

; ========================================

; Прием 9 бит из DS

; ========================================

PRIEM

call HYL ; посылка импульса обнуления

movlw 0xCC ; пропуск номера

call POSIL ; посылка

movlw 0xBE ; чтение температуры из блокнота

call POSIL ; посылка

call PRIEM1 ; наприем

bsf FLAG,1 ; установим 9 бит

call PRIEM2 ; на прием

movwf LSB ; в мл. регистр

goto SCHET ; на пересчет

PRIEM1

movlw .8

movwf COUN ; счетчик = 8 бит

clrf LSB ; обнуление регистра приема

PRIEM2

call WUX ; короткий ноль и ждать отклика

call WXO ; на прием

movlw .2 ; задержка

call X4 ; 8 мкс.

movfw PORTA ; скопировать

movwf TEMP ; во временный регистр

btfsc FLAG,1 ;

return

btfsc TEMP,Z

bcf STATUS,0 ; установка бита приема в ноль

btfsc TEMP ,Z

bsf STATUS,0 ; или 1

rrf LSB,1 ; запись в регистр

movlw .12 ; пауза 60 мкс

call X4

decfsz COUN,1 ; уменьшение счетчика

goto PRIEM2 ; повтор приема

return

; ==================================

; Посылка команды в DS

; ==================================

POSIL

movwf TEMP ; переписать во временный

movlw .8 ; запишем число бит

movwf COUN

POSIL1

rrf TEMP,1 ; выталкивание мл. бита

btfss STATUS,0 ; если он нулевой

goto W0 ; посылка импульса 0

goto W1 ; или 1

POSIL2

decfsz COUN,1 ; уменьшение счетчика

goto POSIL1 ; на след. бит

return

W0

call WUX ; установка выхода в ноль

movlw .15 ; задержка 60 мкс

call X4

call WXO ; на вход = 1 на выходе

goto POSIL2 ; повтор

W1

call WUX ; короткий нулевой импульс

call WXO ; на вход = 1 на выходе

movlw .15 ; удерживаем 60 мкс

call X4

goto POSIL2 ; повтор

; ==========================

; СЧЕТ

; ==========================

SCHET

btfsc КОР,4 ; если знак минус

goto $ + 6 ; идти на минус

movwf КОР ; если плюс

ADDWF LSB,1 ; прибавить 1

BTFSC STATUS, 0 ; если есть перенос

INCF LSB,1 ; увеличить старший байт

GOTO $+6 ;

bcf КОР,4 ; сброс бита знака

MOVFW КОР ; вычитание из младшего

SUBWF LSB,1 ; байта

BTFSS STATUS,0 ; если нет переноса

DECF LSB,1 ; уменьшить старший байт

MOVWF COUN

bcf STATUS,0 ; выделение целой части

rrf LSB,1

DECFSZ COUN,1

GOTO $-4

; ===============================

; Изменение входа на прием/передачу

; ===============================

WUX

bcf PORTA,4 ; Импульс запроса

bsf STATUS,5 ; переход в банк 1

bcf PORTA,4 ; на выход

bcf STATUS,5 ; переход в банк 0

return

WXO

bsf STATUS,5 ; переход в банк 1

bsf PORTA,4 ; на вход

bcf STATUS,5 ; переход в банк 0

return

; =====================================

; Задержка мкс, умноженная на 4

; =====================================

X4

addlw -1

btfss STATUS, 2

goto $-2

return

; =====================================

; Подпрограмма преобразования кода

; =====================================

B2_BCD

bcf STATUS,0

movlw .16

movwf cnt

clrf R0

clrf R1

clrf R2

loop16 rlf L_byte

rlf H_byte

rlf R2

rlf R1

rlf R0

decfsz cnt

goto adjDEC

retlw 0

adjDEC movlw R2

movwf FSR

call adjBCD

movlw R1

movwf FSR

call adjBCD

movlw R0

movwf FSR

call adjBCD

goto loop16

adjBCD movlw 3

addwf 0,w

movwf temp

btfsc temp,3

movwf 0

movlw 30

addwf 0,w

movwf temp

btfsc temp,7

movwf 0

retlw 0

; =========================================

; подпрограмма задержки

; =========================================

D15ms

movlw .30

movwf Temp2

call D500us

decfsz Temp2,f

goto $-2

return

D500us

movlw .151

movwf Temp1

decfsz Temp1,f

goto $-1

return

; =========================================

end

Четрежи:

Скачать: diplom-pechat.rar

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по электронике

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Привет студент

Наверх