Розробка світлодіодного годинника

Зміст

Вступ

1. Техніко-економічне обґрунтування теми дипломного проекту

1.1 Розробка світлодіодного годинника

1.2 Висновок про доцільність розробки світлодіодного годинника

2. Теоретична частина

2.1 Годинник

2.2 Історія годинника

2.3 Годинникові механізми

2.4 Класифікація годинника

2.6 Водяний годинник

2.7 Пісочний годинник

2.8 Вогняні годинники

2.9 Механічні годинники

2.9.1 Ходики

2.9.2 Годинники із зозулею

2.10 Кварцові годинники

2.11 Електронні годинники

2.12 Радіогодинник

2.13 Цікаві факти

2.14 Висновок до теоретичної частини

3. Проектна частина

3.1 Вибір та обґрунтування схеми пристрою

3.1.1 Розробка схеми пристрою

3.1.2 Вибір мікроконтролера та огляд його архітектури

3.1.3 Вибір додаткових пристроїв

3.1.4 Розробка програмного забезпечення

3.2 Вибір методів регулювання та вимірювальної апаратури

3.3 Основні несправності та методи їх усунення

3.3.1 Розробка технологічних карт регулювання

3.4 Розробка конструкції

3.5 Висновок до практичної частини

4. Економічна частина

4.1 Розрахунок витрат на розробку світлодіодного годинника підготовки молодших спеціалістів за спеціальністю 5.05010201

4.1.1 Основна заробітна плата розробників, яка розраховується за формулою (1.1)

4.1.2 Розрахунок додаткової заробітної плати працівника

4.1.3 Нарахування на соціальні потреби

4.1.4 Амортизація персонального комп’ютера

4.1.5 Витрати на матеріали, що були використані на розробку програмного продукту - обмежуються вартістю радіотехнічних деталів та програмним продуктом Sprint-Layout 6.0

4.1.6 Розрахунок вартості електроенергії

4.1.7 Розрахунок інших витрат

4.1.8 Розрахунок загальних витрат на розробку програмного забезпечення

4.2 Розрахунок експлуатаційних витрат у споживача, пов’язані з використанням нового програмного продукту

4.3 Розрахунок обсягу робіт при використанні програмного продукту

4.4 Висновок до економічної частини

5. Охорона праці

5.1 Аналіз умов праці

5.2 Організаційно-технічні заходи

5.3 Санітарно-гігієнічні заходи

5.3.1 Параметри мікроклімату

5.3.2 Вентиляція

5.3.3 Освітлення

5.3.4 Шум і вібрації

5.4 Заходи по забезпеченню техніки безпеки

5.5 Протипожежні заходи

5.6 Організація робочого місця користувача ЕОМ

Висновки

Список літератури

Анотація

На сьогодні для побудови годинників використовують мікроконтролери, які дозволяють розширити можливості електронних годинників, виконуючи в них різноманітні доповнення. Мікроконтролер споживає меншу потужність від джерела живлення і має економічний режим енергоспоживання.

Пристрій представляє собою електронний годинник, що при відсутності напруги мережі продовжує працювати від автономного джерела живлення і при цьому не виконує індикацію поточного часу.

В даному годиннику пропонується використати світлодіодні індикатори з тих міркувань, що індикація буде доцільна і при незначному освітленні приміщення де знаходиться електронний годинник.

Схема годинника містить мінімум радіодеталей так, як всі функції годинника виконує мікроконтролер, а периферійні пристрої виконують тільки підсилювальні і виконавчі функції.

До мікроконтролера підключені: клавіатура, індикатор і блок живлення. Блок живлення складається з випрямляча, стабілізатора, діодного ключа і батареї акумуляторів. При відсутності напруги мережі ключ відмикає джерело від електронного годинника і проводить живлення годинника від акумуляторної батареї.

світлодіодний годинник програмне забезпечення

Аннотация

На сегодня для построения часов используют микроконтроллеры, которые позволяют расширить возможности электронных часов, выполняя в них различные дополнения. Микроконтроллер потребляет меньшую мощность от источника питания и имеет экономичный режим энергопотребления.

Устройство представляет собой электронный часы, при отсутствии напряжения сети продолжает работать от автономного источника питания и при этом не выполняет индикацию текущего времени.

В данном часах предлагается использовать светодиодные индикаторы из тех соображений, что индикация будет целесообразна и при незначительном освещении помещения где находится электронные часы.

Схема часов содержит минимум радиодеталей так, как все функции часов выполняет микроконтроллер, а периферийные устройства выполняют только усилительные и исполнительные функции.

К микроконтроллера подключены клавиатура, индикатор и блок питания. Блок питания состоит из выпрямителя, стабилизатора, диодного ключа и батареи аккумуляторов. При отсутствии напряжения ключ отпирает источник от электронных часов и проводит питания часов от аккумуляторной батареи.

Annotation

present, for building watches using microcontrollers that can extend the capabilities of electronic watches, performing them in a variety of supplements. The microcontroller uses less power from the power supply and has a power saving mode.device is a digital watch that in the absence of voltage continues to operate from an independent power source and does not perform an indication of the current time.this clock is proposed to use the LED of the reasons that display would be appropriate and with little light room where the electronic clock.scheme contains minimum clock radio components as functions of the watch performs all microcontroller and peripheral devices perform only amplifying and executive functions.the microcontroller connected: a keyboard, display and power supply. The power supply consists of a rectifier, regulator, diode and battery key battery. In the absence of a key unlocking voltage source of electronic clocks and clock power wire from the battery.

Вступ

У наш час можна з великою впевненістю сказати, що не найдеться ні однієї галузі, сфери діяльності людини, у якій не використовувалася б радіоелектроніка. Виробництво, побут, культура, медицина, навчальні заклади, транспорт - це далеко не всі перераховані сфери діяльності людини, у яких радіоелектроніка займає ключові місця. Людина за останнє сторіччя, а особливо в останні десятки років оточила себе і свою діяльність такою кількістю всіляких радіоприладів і апаратури, що подальше існування без останніх, зробило би колосальну зміну в життєдіяльності, у світогляді людства. З кожним роком людство усе більше і більше удосконалюється в мистецтві винаходу приладів, що полегшують ту або іншу сферу діяльності або зменшують ступінь небезпеки на окремих ділянках робіт. Уся ця армія електронних машин, апаратури, приладів приводиться в дію за допомогою електроенергії.

Появі першого електронного годинника на початку 70-х років передували пошуки оптимальних електронних-механічних конструкцій. Так, на початку 60-х років для підвищення точності ходу анкерний механізм механічного годинника був замінений стабільнішим електронним-механічним джерелом опорних коливань. Основу вузла складав камертон, резонансні коливання якого підтримувалися транзисторним RС-генератором. Перетворення коливань камертона в обертальний рух зубчатих коліс здійснювалося храповим механізмом. По точності ходу (±5секунд на добу) перші серійні зразки камертонних годинника у декілька разів перевершували механічні.

З розвитком мікроелектронної технології виявилося можливим розширити електронну частину годинникового механізму за рахунок мікросхем з малою споживаною потужністю. Піддається зміні структурна схема годинника: джерело опорних коливань стає повністю електронним і будується на основі транзисторів або мікросхем з використанням мініатюрних кварцевих резонаторів з частотою власних коливань порядка десятки кілогерц. Камертон виконує роль двигуна. Для зниження частоти опорних коливань до резонансної частоти камертона вводиться мікросхема лічильника-дільника. У такому годиннику вдалося забезпечити точність ходу ±0,5 з в добу. Проте широкого поширення камертонний годинник не набув із-за щодо швидкого зносу механічних частин.

У подальші роки був розроблений електронний-механічний годинник з мініатюрними кроковими і балансними електродвигунами, які приводилися в рух електричними імпульсами з частотою 1 або 2 Гц.

Елементну базу електронного годинника складають інтегральні мікросхеми, мініатюрні кварцеві резонатори, електронні індикатори. Найбільший вплив на функціональні можливості і основні характеристики годинника надають інтегральні мікросхеми.

У електронному годиннику мікросхеми працюють з низькою частотою перемикання. Наприклад, для дільників в блоці генератора секундних імпульсів найбільшою є частота задаючого генератора (ЗГ), яка при використанні стандартних кварцевих резонаторів типу РК72, РК196, РК101 рівна 32768 Гц. Функціональні вузли в блоках лічильників і дешифраторів перемикаються з частотою, що не перевищує 1 Гц. Тому основною характеристикою, по якій слід вибирати мікросхеми для електронного годинника, є потужність, споживана ними від джерела напруги живлення в статичному і динамічному режимах.

У складі серіїв К564, К561 є всі мікросхеми, необхідні для побудови функціональних блоків електронного годинника, але вони менш пристосовані для цієї області застосування. Зокрема, в цих серіях відсутні дешифратори - кодопреобразователи з виходами для сигналів управління багатосегментними індикаторами, лічильники, суміщені з такими дешифраторами в одному корпусі, складніші мікросхеми. Не відбиті специфічні для електронного годинника вимоги і в мікросхемах з підвищеною функціональною складністю. Тому використання мікросхем цих серій в електронному годиннику зв'язане із застосуванням порівняльних громіздких варіантів схемотехнік, для реалізації яких потрібне в два-три рази більше число корпусів в порівнянні з аналогами на мікросхемах серії К176.

Мікросхеми серіїв К564, К561 при напрузі джерела живлення 9 В електрично сумісні з мікросхемами серії К176. Деякі мікросхеми цих серіїв взаємозамінні не тільки по виконуваних функціях і електричних характеристиках, але і призначенню зовнішніх виводів.

Для формування імпульсної послідовності з періодом повторення 1 з (секундних імпульсів) в електронному годиннику зазвичай використовують мікросхеми, спеціально призначені для цієї мети: К176ИЕ5, К176ИЕ12, К176ИЕ18. У структурі вказаних мікросхем передбачені ключові елементи (інвертори), що виконують роль підсилювачів-формувачів і в цій якості складові основу ЗГ.

Мікросхеми лічильників серії К176 в більшості розраховані для спільної роботи з семисегментними індикаторами. Тому основна увага приділена розгляду умов і способів сполучення мікросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4 з семисегментними індикаторами різних типів.

У великогабаритному електронному годиннику найбільш широке застосування знаходять катодолюмінісцентні індикатори. Прилади цього типу для своєї роботи в нормальному режимі вимагають напруги на анодах і сітці 20 - 30 В, тому для управління ними потрібно підвищити напругу, яка формується на виходах мікросхем серії К176.

Правда, у ряді випадків виявляється достатньою яскравість свічення знаків при зниженому до 9 В напрузі на електродах індикатора. Тоді індикатор виводами сегментів безпосередньо підключається до виходів мікросхеми лічильника, а сіткою до джерела живлення. Проте для забезпечення нормальної за технічними умовами яскравості свічення потрібне сполучення мікросхеми і індикаторного приладу по рівню напруги.

Все більш широке застосування знаходять індикатори на рідких кристалах. З появою рідинно-кристалічних індикаторів з великими розмірами знаків значно розширилася область їх практичного застосування за рахунок великогабаритного електронного годинника і інших пристроїв відображення інформації. Сприятливі перспективи використання рідинно-кристалічних індикаторів пов'язують з їх низьким енергоспоживанням, зручною конструкцією і невисокою вартістю.

Для більшості індикаторів на рідких кристалах достатньою для управління є напруга 9В. Тому мікросхеми серії К176 можуть працювати з цими індикаторами без сполучення. Проте слід враховувати, що для збільшення терміну служба індикаторів управління ними повинно проводитися змінною напругою з частотою десятки герц. У типових конструкціях годинника для цієї мети використовується імпульсна послідовність з частотою повторення 64 Гц. У мікросхемах серії К176, зокрема К176ИЕ5 (К176ИЕ12), на основі яких виготовляють генератори секундних (хвилинних) імпульсів, передбачається вихід, на якому при кварцевому резонаторі на частоту 32768 Гц виходить імпульсна послідовність з частотою 64 Гц. Оскільки це напруга синфазно з напругою на загальному електроді індикатора, то різниця напруги між сегментом а і загальним електродом рівна нулю і рідкокристалічна речовина зберігає свою прозорість, тобто сегмент не видно.

У іншому випадку, коли значення сегментного сигналу а рівне 1, результуючий сигнал на цьому виході А зберігається у вигляді послідовності імпульсів, але з протилежною фазою по відношенню до імпульсів на загальному електроді, оскільки А = V. Таким чином, до сегменту щодо загального електроду прикладається знакозмінна напруга у вигляді імпульсів протифаз, наступних з частотою 64 Гц, що мають амплітуду 8 - 9 В. Цієї напруги досить для переорієнтації молекул речовини і, як наслідок, потемніння сегменту. При використанні більш високовольтних рідинно-кристалічних індикаторів з'являється необхідність в їх сполученні з мікросхемами по напрузі.

Цифрова техніка є областю, що швидко розвивається, в імпульсній техніці. Вона підняла на новий якісний ступінь засоби зв'язку, радіолокацію, викликала появу автоматизованих систем управління підприємствами і цілими галузями народного господарства, комплексів для обробки різних видів інформації.

Особливо широке застосування знайшли цифрові пристрої в електронно-обчислювальній техніці. Зокрема, цифрові обчислювальні машини (ЦОМ) є в даний час найбільш універсальними. Всі вузли ЦОМ містять елементи цифрової техніки, за допомогою яких здійснюється запам'ятовування і зберігання інформації, управління обчислювальним процесом, введення і виведення інформації в ЦОМ. Успіхи в області розробки швидкодіючих елементів цифрової техніки дозволили створити ЦОМ, що виконують десятки мільйонів арифметичних операцій в секунду.

1. Техніко-економічне обґрунтування теми дипломного проекту

 

.1 Розробка світлодіодного годинника

Годинники даного типу серійно не випускаються. Особливістю даного годинника є тип індикації поточного часу. Індикація здійснюється за допомогою великої кількості світлодіодів, що робить доцільним використання даного годинника в темну пору доби. Звичайно, даний годинник буде використовуватись як і в темну, так і в світлу пору, але при незначному освітленні або зовсім без нього, годинник буде виступати і в ролі так званого світлодіодного "світильника".

Світлодіодний годинник при має ряд переваг і звичайно деякі недоліки перед звичайними годинниками. Що відноситься до переваг, то це звісно:

¾      сама "незвичайність" годинника: індикація відбувається за рахунок 280 світлодіодів;

¾      незначне освітлення кімнати, в якій знаходиться годинник, в темну пору доби.

Недоліками даного годинника є:

¾      трудомісткість виготовлення;

¾      ціна складових.

Якби даний годинник мав місце у серійному виробництві, то його ціна була б значно меншою за рахунок цін на комплектуючі, оскільки світлодіоди в малій кількості мають значну вартість. Також на загальну ціну годинника значно впливає і вартість мікроконтролера. Але дані недоліки є питанням часу. Згодом дані годинники, на мою думку, будуть мати місце у серійному виробництві.

Розглядаючи даний пристрій звичайно неможна обійти таке питання, як значна кількість світлодіодів. Враховуючи їхню вартість, виникає запитання: "Чи є доцільним використання світлодіодів в даному пристрої?"

До переваг світлодіодів можна віднести такі фактори:

¾      у світлодіоді, на відміну від лампи розжарювання або люмінесцентних ламп, електричний струм перетвориться безпосередньо у світлове випромінювання, і теоретично це можна зробити майже без втрат;

¾      світлодіод мало нагрівається, щовпливає на довговічність;

¾      світлодіод випромінює світло у вузькій частині спектру, його колір чистий, а ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання, як правило, відсутні.

¾      світлодіод механічно міцний і винятково надійний, його термін служби може досягати 100 тисяч годин, що майже в 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання, і в 5 - 10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи;

¾      світлодіод - низьковольтний електроприлад, а отже, безпечний.

Що відноситься до недоліків, то вданий час він тільки один - ціна покупки. Проте фахівці стверджують, що в найближчі 2 - 3 роки вартість світлодіодів буде знижена в кілька разів.

З приведених вище фактів бачимо, що розробка світлодіодного годинника є досить актуальною темою.

1.2 Висновок про доцільність розробки світлодіодного годинника

При проведенні аналізу основних аспектів, пов'язаних з розробкою світлодіодний годинник для користувачів, можна зробити висновок, що розробка такого продукту в наш час не втратила актуальності і є конкурентоспроможною.

Техніко-економічний аналіз та аналіз ринку довів доцільність розробки аналогічного продукту, котрий буде економічно та практично вигідним.

2. Теоретична частина

2.1 Годинник

Годинник - пристрій для вимірювання часу. Більшість сучасних годинників використовують періодичні процеси на зразок автоколивань, історичні годинники на кшталт пісочних або водяних використовували для вимірювання проміжків часу тривалість певного процесу, наприклад пересипання піску з однієї половини в іншу через вузьку щілину.

Виконуючи свою основну функцію, годинники часто є художніми та ювелірними виробами, що мають значну цінність завдяки унікальному дизайну.

2.2 Історія годинника

Годинники, як інструменти для вимірювання проміжків часу, менших за добу, та часу дня, використовувалися здавна. Першими серед них були сонячні годинники, що визначали час за напрямком тіні. Недоліком сонячних годинників було те, що вони працювали тільки за ясної погоди й зовсім не працювали вночі.

Водяні годинники були відомі ще в Стародавньому Єгипті та Межиріччі.

Механічні годинники почали з'являтися в Європі в 14 столітті. Перші з них не мали ані стрілок, ані циферблата, про час доби сповіщав дзвін. Існують і раніші згадки про годинники, наприклад, про годинник, одержаний Карлом Великим у подарунок від Гарун ар-Рашида, однак про будову цих годинників свідчень не збереглося. У 15 - 16 століттях величезні годинники почали встановлювати на майданах великих міст Європи. Точність цих годинників була невисокою, до чверті години. Як джерело енергії в них спочатку використовувалася вода, потім, у сучасніших конструкціях - гирі. Дорогу до цих годинників відкрив винахід штирьового спускового механізму.

Крім утилітарної функції визначення часу доби, годинники епохи Відродження мали важливе значення для астрономії та астрології, завдяки чому вони часто показували не тільки час, а й дату, день тижня, фази Місяця, і, навіть, гороскоп.

Важливою подією в розвитку годинників було відкриття Галілео Галілеєм ізохронності коливань маятника, тобто того факту, що період малих коливань маятника не залежить від амплітуди. Після цього виникла ідея маятникового годинника.

Механічний годинник із годинниковою і хвилинною стрілками винайдено лише в 17 столітті. Перший годинник з маятником винайшов у 17 ст. голландський механік Хрістіан Гюйгенс. Це був найточніший годинник серед усіх інших годинників. Незалежно від Гюйгенса маятниковий годинник побудував Роберт Гук. Анкерний механізм винайшов 1670 року англійський механік Вільям Клемент. У 1675 році Томас Томпіон сконструював ще точніший годинник, у якому маятник він замінив пружиною.

Розвиток годинників стимулювався практичними потребами навігації. Для точного визначення координат корабля на морі були потрібні годинники, що визначали б час не тільки точно, а й в умовах корабельної хитавиці. Такий годиник, що отримав назву хронометра, створив Джон Гаррісон. За цей винахід Гаррісон у 1772 р. одержав премію у 20 тис. фунтів від британського короля.

У 19 ст. з'явився перший електричний годинник, а у 1918 році електрогодинник вже міг працювати на струмі з мережі.

З розвитком електроніки у другій половині 20 ст. електронні годинники почали заміщати механічні. Електронні годинники, які відлічують час із великою точністю, використовують кристали кварцу. Такий принцип ґрунтується на природній вібрації (100 000 коливань за секунду) у кристалах кварцу, а джерелом живлення є батарейка. Сучасні годинники нагадують крихітний комп'ютер. Вони мають будильник і секундомір, а час відображають на електронному дисплеї. Електронні годинники стали складовою частиною ком'ютерів, мобільних телефонів та інших побутових приладів - таймерами оснащені мікрохвильві печі й пральні машини тощо.

Наукові експерименти потребують вимірювання часу ще з більшою точністю, завдяки чому виникли атомні годинники, які використовують коливання електромагнітного поля, створеного випромінюванням атомів при переходах між електронними рівнями. За дуже низьких температур цезієві атомні годинники можуть забезпечити точність вимірювання часу до 10-11 секунди.

2.3 Годинникові механізми

Сучасні годинники, механічні, електронні або атомні, використовують для вимірювання часу періодичні процеси - автоколивання. Принципова будова всіх типів годинників однакова: вони мають у своєму складі коливну систему, контрольний механізм, джерело енергії та індикатор. Контрольний механізм забезпечує надходження енергії від джерела до коливної системи порціями, що компенсують дисипацію енергії в ній. Індикатор служить для того, щоб відображати інформацію про час на циферблаті зі стрілками або електронному дисплеї.

Механічні годинники використовують гармонічні коливання маятника або пружини, компенсуючи втрату енергії на тертя контрольованим надходженням енергії від джерела. Контроль за отриманням енергії здійснюється завдяки анкерному механізму.

Маятниковий годинник має довгий стрижень із вантажем на кінці, який вільно гойдається у обидва боки. Маятник завжди гойдається з постійною швидкістю, завдяки чому маятниковий годинник відлічує час із великою точністю. Джерелом енергії у маятниковому годиннику є гиря, піднята на певну висоту. Вона повільно опускається з кожним поворотом анкера, віддаючи свою енергію маятнику.

У наручних механічних годинниках замість маятника використовуються обертальні коливання балансира, а джерелом енергії служить скручена пружина.

У електронних годинниках використовуються коливання п'єзоелектричного кристалу кварцу, роль контрольного механізму відіграє електронна схема, а джерелом енергії є батарейка.

Найточнішими є атомні годинники, принцип дії яких полягає у вимірюванні частоти випромінювання окремих атомів. Сучасний еталон секунди визначається, як 9 192 631 770 періодів випромінювання атома цезію-133 при переході між двома надтонкими рівнями основного стану, розщепленими у магнітному полі ядра, при сталій довжині хвилі, нульовій температурі й відсутності зовнішнього магнітного поля.

2.4 Класифікація годинника

-       По розмірах і портативності:

)        кишеньковий годинник;

2)      наручний годинник;

)        каретний годинник;

)        настільний годинник;

)        настінний годинник;

)        годинник, який стоїть на підлозі;

)        баштовий годинник.

-       По механізму виміру:

)        сонячний годинник;

2)      вогняний годинник;

)        пісочний годинник;

)        водяний годинник;

)        механічний годинник;

)        камертонний годинник;

)        кварцовий годинник;

)        Електричний годинник

)        електронний годинник;

)        астрономічний годинник;

)        атомний годинник.

2.5 Сонячний годинник

Цей годинник оснований на тому, що сонце відкидає тінь від предметів, і його шлях по небу однаковий в однакові дні різного років. Використовуючи розкреслене коло й виправлення на широту місцевості можна оцінити, котра зараз година.

2.6 Водяний годинник

Водяний годинник, який також називається клепсидрою, має принцип дії схожий з пісочним годинником.

Поряд із сонячними годинниками, можливо, є найстаршими приладами для виміру часу, якщо не брати до уваги вертикальний ціпок-гномон по довжині падаючої тіні якого якого орієнтувалися в часі древні скотарі. З огляду на глибоку стародавність водяних годин, де й коли вони вперше з'явилися науці не відомо. Чашеоподібний відтік є найпростішою формою водяного годинника, і, як відомо, існував у Вавилоні та в Єгипті біля XVI століття до нашої ери. В інших регіонах світу, включаючи Індію та Китай, також є древні ознаки існування водяних годинників, але найраніші дати їх появи є менш певними. Деякі автори, однак, пишуть,що водяний годинник був у цих областях уже на початку 4000 р. до н. е.

За древньогрецькою та древньоримською цивілізаціями визнається пріоритет в удосконаленні форми водяних годинників, які одержали складний комплекс зубчастих передач, розрахований на цілодобову роботу [6] [недійсне посилання] і складався з замислуватого механізму. Поліпшення також сприяли підвищенню точності. Ці досягнення були передані через Візантію в ісламський світ, і, в остаточному підсумку, проробили свій шлях назад у Західну Європу. Незалежно від греко-римського світу, китайці розробили свої власні ускладнені водяні годинники (水鐘) в 725 р., передавши свої ідеї Кореї й Японії.

Деякі проекти водяних годинників були розроблені незалежно один від одного, а деякі знання були перенесені за допомогою поширення торгівлі. У суспільствах, що передують сучасному, не було потреби в особливо точних методах з підвищеними вимогами до хронометрування, що подібно існує в сучасному індустріальному суспільстві, де щогодини роботи або відпочинку контролюється, і робота може початися або закінчитися в будь-який час, незалежно від зовнішніх умов. Замість цього, водяні годинники в древніх суспільствах використалися в основному для астрологічних вимірів. Ці ранні водяні годинники були відкалібровані з сонячними годинниками. Ніколи не досягаючи рівня точності сучасних годинників, водяні годинники були найточнішими протягом декількох тисячоріч і широко використовувалися як пристрої хронометражу, поки в Європі в XVII сторіччі не були замінені на більш точні маятникові годинники.

Ісламській цивілізації приписують подальше поліпшення точності водяних годинників, ретельно продуманих інженерно. В 797 (або, можливо, 801 року), багдадський халіф з династії абасидів, Харун ар-рашид, подарував Карлу Великому індійського слона по кличці Абул-Абас разом з "особливо складним зразком" водяного годинника.

В XIII столітті, Аль-Джазари (1136-1206 р.), курдський інженер з Месопотамії, що працював на правителя з династії Артукідів Діяр-Бакра Насір аль-Діна, зробив численні годинники всіх форм і розмірів. У книзі описано 50 механічних пристроїв у шести категоріях, у тому числі водяні годинники. Найвідоміші годинники, включали пристрої "Слон", "Переписувач" й "Замок", які були успішно відновлені.

2.7 Пісочний годинник

Цей годинник побудовано на тому, що точно відкалібрований річковий пісок проходить через вузький отвір, в 1 піщину, в однакові проміжки часу. При цьому люди швидко здогадалися використати 2 порожнини, з'єднані вузьким перешийком з отвором для пересыпания піску. Половинки скляної посудини мали форму чаші й призначалися для виміру невеликих проміжків часу, але мали недолік: після пересипання піску з верхньої порожнини в нижню їх доводилося перевертати.

На флоті пісочий годинник називався склянками.

2.8 Вогняні годинники

Вогняний годинник уперше з'явилися в Китаї. Він складався зі спіралі або палички з горючого матеріалу з підвішеними металевими кульками. При згорянні матеріалу кульки падали в порцелянову вазу, роблячи дзенькіт.

Згодом різновид вогняних годинників з'явилася й у Європі. Тут використовувалися свічки, на які рівномірно наносилися мітки. Відстань між мітками служило одиницею часу.

2.9 Механічні годинники

У всіх механічних годинниках потрібно розрізняти чотири істотних частини:

-       двигун (пружина або гиря)

-       передавальний механізм зубчастих коліс

-       регулятор, що зумовлює рівномірність руху

-       розподільник або спуск, з одного боку, що передає від двигуна імпульси регулятору, необхідні для підтримки коливання останнього, і, з іншого боку, що підпорядковує рух передавального механізму, а отже, і дія двигуна закономірності коливання регулятора.

Вимірником часу в прямому розумінні слова служить регулятор. Зубчасті колеса, скріплені з ними стрілки циферблата - лічильники відміряних регулятором одиниць часу. Визнаючи добове обертання землі навколо її осі строго рівномірним, ми в ньому маємо єдиний масштаб для порівняння проміжків або одиниць часу. Звичайно за одиницю часу приймається секунда, 1/86400 частина доби. Про різний рахунок часу, про зоряну, середню, правдиву добу - див. Час.

Регулятори годинникових механізмів улаштовуються так, щоб відмірювані ними проміжки часу дорівнювали або цілій секунді, або половині, чверті або одній п'ятій секунди. Якщо регулятор почне або відмірювати менші проміжки часу, лічильник укаже більше їхнє число в даному періоді часу. У цьому випадку годинники, як кажуть, ідуть уперед. Якщо ж інтервал регулятора більше заданого - годинники відстають. Умовившись про початковий момент доби, інакше кажучи, про момент, коли лічильник годин повинен показувати нуль минулих одиниць часу, приходимо до поняття про поправку годинника. Вона позитивна, якщо годинник відстав, негативна - якщо пішов вперед. Зміна поправки годинника за певний проміжок часу називається ходом годинника (наприклад, добовий, тижневий, годинний хід). Хід позитивний, якщо годинники відстають, негативний, якщо годинники йдуть уперед. Хід виражає собою саме відхилення відміряних регулятором проміжків часу від прийнятої одиниці. Поправка годинника є величина умовна й, крім того, у будь-який момент простим пересуванням хвилинної стрілки лічильника поправка годинника може бути зроблена менше однієї хвилини.

Достоїнство ж годинника полягає в малості, а головне - у сталості ходу. Хід гарного астрономічного годинник й хронометрів повинен по можливості не залежати від змін температури, тиску, вологості повітря, випадкових поштовхів, стирання осей механізму, згущення масла, що змазує, молекулярних змін у різних частинах механізму й т.д. Астрономічний годинник діляться на два головних типи:

"постійні", у яких рушійною силою служить вага гир, а регулятором коливання маятника

"переносні", де рух виробляється силою пружності пружини, що розгортається поступово, а регулюється коливаннями пружної, тонкої спіралі, з'єднаної з т. зв. балансом (див. нижче).

Годиннникові механізми першого типу називаються в астрономії "годинниками" у прямому розумінні слова або "маятниками". Вони перебувають на обсерваторіях при постійних астрономічних інструментах (див. Практична астрономія), закріплені на кам'яних стовпах або в стіні; часто поміщають годинники в підвалі обсерваторії, щоб охоронити по можливості від змін температури ("нормальні" годинники). Підвал відвідують тільки для заведення годинника, тому що навіть теплота тіла може вплинути на його хід. Показання ж годинника, тобто "удари" маятника (завжди секундного), порівнюють із іншими годинниками за допомогою мікрофона, встановленого в підвалі й з'єднаного з телефоном (цей вираз, хоча й загальноприйнятий, але зовсім невірний. Удари "цокання" робить не маятник (регулятор), а механізм спуска). При належній установці й догляду "постійні" астрономічний годинник повинні мати добовий хід не більше 0,3 с, а його добові зміни не повинні перевершувати однієї сотої секунди.

Годинникові механізми другого типу називаються хронометрами. Розрізняють "настольні", або бокси-хронометри (розміри їх приблизно 1½-2 децим. діаметром, 1 децим, висотою; одне просте коливання балансу триває ½ секунди), і кишенькові хронометри (розмір загальновідомий; звичайно так звані чотиридесятники, тобто повне подвійне коливання балансу триває 0,4 секунди, просте коливання - 1/5 секунди). Якість кишенькових хронометрів у середньому відчутно нижче якості настольних. Хронометри служать при визначенні географічних положень місць, при роботах переносними астрономічними інструментами (див. Практична астрономія), при визначенні часу й довготи в морі і т.д. Настольні хронометри на кораблях містяться на приросту Кардана. Постійні годинники ("маятники") майже винятково, а хронометри в більшості випадків регулюються на секунди зоряного часу - т. зв. "зоряні" годинники й хронометри. Рідше вживаються "середні" хронометри (тобто які йдуть по середньому часі). Вибір обумовлений зручністю спостережень або їхньої обробки для тих або інших завдань астрономів.

У годинниках і хронометрах астрономами цінуються ще певні, але не різкі й без зайвих шумів удари ("цокання"). Як найкращих майстрів астрономічних годинників або хронометрів потрібно назвати Кесельса, Піля, Дента, Тіде, Ховю (Howuh), Кнобліха, Фродшема, Нардена. Творці "вищого" годинникового мистецтва й годинникових механізмів: П’єр Лерой (англ. Pierre Le Roy), Джон Гарісон, Джордж Ґрехем (англ. George Graham), Дютертр, Джон Арнольд (англ. John Arnold), Фердинанд Берту (англ. Ferdinand Berthoud), Юрґенсен.

2.9.1 Ходики

Ходики - невеликі стінні годинники спрощеного устрою з гирями - варіант механічного годинника з маятником, анкерним спуском і гирями як двигун. Як маятник у деяких моделях використовували дві "ноги", що рухаються в протихід один одному. Зустрічається різновид з боєм (ще один ланцюжок зі знімною гирею для бою, яку можна при бажанні зняти з ланцюжка й повісити поруч на спеціальний гачок - так званий "режим без бою").

2.9.2 Годинники із зозулею

Годинник із зозулею" - настінний годинник у витонченому корпусі, найчастіше механічний годинник (ходики) з боєм, що імітує спів зозулі. Звичайно звукові сигнали (від одного до дванадцяти) лунають щогодини, відраховуючи поточний час і нерідко перемежовуючись ударами гонга ("бум - ку-ку"). Механізм, який імітує зозулю, розроблений у середині XVIII століття й з тих пір практично не перетерпів змін. Батьківщиною годинника із зозулею вважається розташоване у центрі регіону Шварцвальд німецьке містечко Триберг, принаймні, саме там розташовано музей годинників із зозулею.

2.10 Кварцові годинники

Різновид електронно-механічних годинників. Принцип дії базується на п’єзоелектричному ефекті, властивості кристалів кварца, наприклад, деформуватися під впливом зовнішнього електричного поля, а також поляризуватися при механічній деформації. При цьому кристал кварцу, маючи маленькі розміри, може в значно більшій мірі стабільно генерувати коливання, що мають високу часову й температурну стабільність. Механізм кварцових годинників складається з елемента живлення, електронного генератора, лічильника дільника й вихідного каскаду підсилювача, навантаженого на котушку синхронного електродвигуна, що через систему зубчастих коліс надає руху стрілкам годинника.

2.11 Електронні годинники

Годинники основані на підрахунку періодів коливань від генератора, що задає, за допомогою електронної схеми й виводі інформації на цифровий дисплей.

Перші електронні годинники виготовлялися на окремих лампах потім транзисторах і мікросхемах.

Перші наручні електронні годинники мали світлодіодний дисплей, але вони могли показувати час дуже недовго: занадто ненажерливими виявлялися світлодіоди. Потім використовували властивості рідких кристалів орієнтуватися в зовнішньому електричному полі й пропускати світло з одним напрямком поляризації. Будучи поміщеним між двома поляризаторами, світло від зовнішнього джерела зовсім поглинався системою поляризатор-рідкий кристал-поляризатор-відбивач при наявності електричного поля ставав темним й утворював елемент зображення. У результаті цього було значно знижене енергоспоживання, і заміна елементів живлення відбувається набагато рідше.

У сучасні електронні годинники убудований, як правило, спеціалізований мікроконтролер, і в годинників з'явилося багато сервісних функцій (будильники, мелодії, календарі й т.д.), але мікроконтролер так само продовжує лічити періоди коливань усе того ж кристала кварцу.

Зауваження: Існують також електронні годинники, побудовані на принципі підрахунку періодів частоти електричної мережі, у багатьох країнах існують дуже жорсткі вимоги до стабільності частоти, але все-таки при коливанні навантаження частота мережі може змінюватися, і точність таких годинників не може вважатися нормальною, хоча для багатьох людей вона є достатньою.

Різновид електронних годинників, які відображають час в двійковому коді, називаються "бінарні годинники" (англ. Binary watch). Для відображення двійкових розрядів звичайно використаються світлодіоди. Число груп світлодіодів може бути різною, вони можуть відрізнятися розмірами й місцем розташування. Частина світлодіодів показує години, інша - хвилини. Можуть бути світлодіоди відповідальні за відлік секунд, дату й т.п.

2.12 Радіогодинник

Електронні або кварцові годинники, які можуть звіряти свій хід по сигналах точного часу віщальних або спеціальних радіостанцій, а також (для одержання особливо точного часу) супутників GPS.

2.13 Цікаві факти

На різних етапах розвитку цивілізації людство використовувало сонячні, зоряні, водяні, вогневі, пісочні, колісні, механічні, електричні, електронні й атомні годинники.

Напрямок руху стрілок годинника "за годинною стрілкою" й "проти годинної стрілки" використається для вказівки напрямку кругового руху.

Традиційний напрямок руху годинної стрілки збігається з напрямком, у якому рухається тінь горизонтальних сонячних годин, розташованих у північній півкулі Землі. Однак, існують годинники, у яких стрілки рухаються "проти годинної стрілки" (як у сонячних настінних).

На циферблатах з римськими цифрами четверту годину іноді позначають як IIII замість IV.

На рекламі стрілочних годинників звичайно близько 10: 10 або 8: 20. Це робиться для того, щоб стрілки не закривали назву. Крім того, час 10: 10 на годинниках у вітрині нагадують посмішку (смайлик), а також нагадує знак перемоги (Victory), що позитивно впливає на лояльність покупця [10].

Умовний циферблат годинника часто використовується при орієнтуванні на місцевості для вказівки цілі, маршруту або напрямку при взаємодії підрозділів (як правило американської армії) або окремих спостерігачів. 12 година вказує, як правило на фронт, поточний маршрут руху, або поточне положення самого спостерігача або його технічного засобу. Напрямок спостережуваного об'єкта (або маршруту) вказується в напрямку тієї цифри циферблата, кутовому значенню якого він відповідає щодо положення спостерігача, так якби циферблат був горизонтальний, а його центр збігався зі спостерігачем. Так, об'єкт, який знаходиться строго праворуч, буде позначений як "на 3-ю годину". Після вказівки напрямку додається цифра, що характеризує відстань до об'єкта в метрах.

2.14 Висновок до теоретичної частини

Появі першого електронного годинника на початку 70-х років передували пошуки оптимальних електронних-механічних конструкцій. Так, на початку 60-х років для підвищення точності ходу анкерний механізм механічного годинника був замінений стабільнішим електронним-механічним джерелом опорних коливань. З розвитком мікроелектронної технології виявилося можливим розширити електронну частину годинникового механізму за рахунок мікросхем з малою споживаною потужністю. Піддається зміні структурна схема годинника: джерело опорних коливань стає повністю електронним і будується на основі транзисторів або мікросхем з використанням мініатюрних кварцевих резонаторів з частотою власних коливань порядка десятки кілогерц. Камертон виконує роль двигуна.

3. Проектна частина

3.1 Вибір та обґрунтування схеми пристрою

3.1.1 Розробка схеми пристрою

На сьогоднішній день в експлуатації у населення знаходиться велика кількість застарілих, але цілком працездатних електронних годинників виробництва "часів Радянського Союзу". Основним обмеженням і незручністю подібних морально застарілих апаратів є мала функціональність, якими вони оснащені. З метою усунення цього недоліку і була розроблена конструкція багатофункціонального годинника на мікроконтролері.

Пристрій виконаний на недорогому і широко поширеному серед радіоаматорів мікроконтролері PIC16F628A. Багатофункціональний годинник складається з таких основних структурних блоків: блок живлення; мікросхема точного часу; мікроконтролер; блок дешифраторів; буферні підсилювачі; блок індикації.

Рисунок 3.1 - Структурна схема багатофункціонального годинника

Всі основні функції (перемикання чисел, формування широтний-імпульсно-модульованих (ШІМ) сигналів, що керують) здійснює МК типу PIC16F84A.

ШІМ сигнал на виводах RA0-RA7 МК має високу стабільність, обумовлену програмним рішенням формування самого сигналу і застосуванням генератора з стабілізованою кварцом тактової частоти контролера.

Переваги даного мікроконтролера:

−       функціонально закінчений блок, який не вимагає відладки;

−       має систему переривань;

−       апаратний стек;

−       незалежну пам'ять даних EEPROM;

−       багатий набір периферії, такий як USB, SPI, I? C, USART, LCD, компаратори, АЦП і тому подібне.

Мікроконтролер має невелике енергоспоживання і може програмуватися внутрішньосхемно, без витягання з пристрою.

Відлік часу веде мікросхема DS1307 (DD1) [21] - годинник реального часу з послідовним інтерфейсом I2C. Точність ходу годинника залежить від відповідності номінальному значенню і температурній стабільності частоти 32768 Гц кварцевого резонатора ZQ1.

Вимір температури в інтервалі від - 55 до +125°C з з дискретністю 0,5°C виконує її цифровий датчик DS18B20 (VD1) [20]. Він пов'язаний з мікроконтролером по інтерфейсу 1 - Wire.

Здвиговий регістр з регістром зберігання 74НС595 (DD3) дозволяє організувати сім виходів для управління індикатором, зайнявши всього три виведення портів мікроконтроллера. Формований мікроконтролером послідовний семирозрядний код заноситься в здвиговий регістр цієї мікросхеми, потім значення усіх його розрядів паралельно переносяться в її регістр зберігання, з якого виводяться на виходи 1-7.

Сигнали з виходів мікросхеми DD3 поступають на буферні підсилювачі мікросхеми ULN2003 (DA2) [5], кожен з яких є складеним транзистором, включеним за схемою із загальним емітером і відкритим колектором. Максимальний вихідний струм одного підсилювача - 500 мА, допустима напруга на закритому транзисторі - не більше 50 В.

Сигнали, що поступають на катоди світлодіодів індикаторів з виходів мікросхеми DA2, по черзі включають рядки табло. Інформацію для подачі на аноди світлодіодів кожного рядка мікроконтролер завантажує послідовним кодом в багаторозрядний здвиговий регістр DD4 - DD8.

Кнопкою SB2 "Будильник" перемикають режими роботи - відображення поточного часу або установки часу спрацьовування будильника. Кнопками SB1 "Зменшити" і SB3 "Збільшити" змінюють виведене на індикатор відповідно до вибраного режиму значення часу.

Що подається при спрацьовуванні будильника звуковий сигнал можна припинити натисненням на кнопку SB2. Передбачено повне відключення будильника установкою часу його спрацьовування 0 ч 0 хв. Звуковий сигнал в цей час подаватися не буде.

Коли на індикатор виведений поточний час, блимає двокрапка, що розділяє на нім цифри годинника і хвилин. При установці часу спрацьовування будильника місце двокрапки займає немигаюча точка. Якщо годинник залишити в цьому режимі, не натискаючи ні на які кнопки, то через декілька секунд вони автоматично повернуться до відображення поточного часу.

3.1.2 Вибір мікроконтролера та огляд його архітектури

PIC-мікроконтроллери Гарвардської архітектури, виготовляються американською компанією Microchip Technology Inc. Назва PIC є скороченням від Peripheral Interface Controller, що означає "периферійний інтерфейсний контролер". Назва пояснюється тим, що спочатку PIC призначалися для розширення можливостей введення-виведення 16-бітових мікропроцесорів Cp1600. У номенклатурі Microchip Technology Inc. представлений широкий спектр 8-і, 16-і і 32-бітових мікроконтроллерів і цифрових сигнальних контролерів під маркою PIC. Відмітною особливістю pic-контроллерів є хороша спадкоємність різних сімейств. Це і програмна сумісність (єдине безкоштовне середовище розробки MPLAB IDE, з-компілятори від GCC), і сумісність по виводах, по периферії, по напрузі живлення, по засобах розробки, по бібліотеках і стеках найбільш популярних комунікаційних протоколів. Номенклатура налічує більше 500 різних контролерів зі всілякими варіаціями периферії, пам'яті, кількістю виводів, продуктивністю, діапазонами живлення і температури.

Для побудови годинника вибираємо мікроконтролер PIC16F628A. Розглянемо його архітектуру (рисунок 3.2).

До основних переваг пропонованого схемного рішення можна віднести дешевизну і доступність елементної бази, а застосування в його основі мікроконтролері дозволяє додати високу функціональність і широкі сервісні можливості при простоті схемної реалізації.

Основні характеристики мікроконтролера:

—      тактова частота до 20 Мгц;

—      пам'ять даних ОЗП 224 байт;

—      мінімальна тривалість такту 200 нс;

—      14 бітові команди;

—      8 - бітові дані;

—      15 апаратних регістрів спеціального призначення;

—      8-рівневий апаратний стек прямої, непрямої і відносний режими адресації;

—      1000 циклів запису/стирання FLASH пам'яті програми.

Рисунок 3.2 - Архітектура мікроконтролера PIC16F628A

Архітектура заснована на концепції роздільних шин і областей пам'яті для даних і для команд (Гарвардська архітектура). Шина даних і пам'ять даних (ОЗУ) - мають ширину 8 біт, а програмна шина і програмна пам'ять (ПЗП) мають ширину 14 біт. Така концепція забезпечує просту, але потужну систему команд, розроблену так, що бітові, байтові і регістрові операції працюють з високою швидкістю і з перекриттям за часом вибірок команд і циклів виконання. 14 - бітова ширина програмної пам'яті забезпечує вибірку 14-бітової команди в один цикл. Двоступінчатий конвеєр забезпечує одночасну вибірку і виконання команди. Усі команди виконуються за один цикл, виключаючи команди переходів. У PIC16F628 програмна пам'ять об'ємом 1К х 14 розташована усередині кристала. Виконувана програма може знаходитися тільки у вбудованому ПЗП.

Програмний код, який записаний в кристал, може бути захищений від прочитування за допомогою установки біта захисту (CP) в слові конфігурації в нуль. Вміст програми не може бути прочитаний так, що з ним можна було б працювати. Крім того, при встановленому біті захисту стає неможливим змінювати програму. То-ж відноситься і до вмісту пам'яті даних EEPROM.

Якщо встановлений захист, то біт CP можна стерти тільки разом з вмістом кристала. Спочатку буде стерта EEPROM програмна пам'ять і пам'ять даних і в останню чергу біт захисту коду CP.

Кристал PIC16C628 має чотири слова, розташовані за адресою (2000h-2003h) Вони призначені для зберігання ідентифікаційного коду (ID) користувача, контрольної суми або іншої інформації. Як і слово конфігурації, вони можуть бути прочитані або записані тільки за допомогою програматора. Доступу за програмою до них немає.

Якщо кристал захищений, користувачеві рекомендується використовувати для ідентифікації тільки молодші сім

Якщо кристал захищений, користувачеві рекомендується використовувати для ідентифікації тільки молодші сім біт кожного ID слова, а в старший біт записувати '0'. Тоді ID слова можна буде прочитати навіть в захищеному варіанті.

Вхід в режим SLEEP здійснюється командою SLEEP. По цій команді, якщо WDT дозволений, то він скидається і починає відлік часу, біт "PD" в регістрі статусу (f3) скидається, біт "TO" встановлюється, а вбудований генератор вимикається. Порти введення/виводу зберігають стан, який вони мали до входу в режим SLEEP. Для зниження споживаного струму в цьому режимі, ніжки на вивід повинні мати такі значення, щоб не протікав струм між кристалом і зовнішніми ланцюгами. Ніжки на введення мають бути сполучені зовнішніми резисторами з високим або низьким рівнем, щоб уникнути струмів перемикання, що викликаються плаваючими високоомними входами. Те ж і про RTCC. Ніжка /MCLR має бути під напругою Vihmc.

Область ОЗУ організована як 128 х 8. До осередків ОЗУ можна адресуватися прямо або побічно, через регістр покажчик FSR (04h).

Це також відноситься і до EEPROM пам'яті даних-констант.

У регістрі статусу (03h) биті вибору сторінок, які дозволяють звертатися до чотирьох сторінок майбутніх модифікацій цього кристала. Проте для PIC16F84 пам'ять даних існує тільки до адреси 02Fh. Перші 12 адрес використовуються для розміщення регістрів спеціального призначення. Регістри з адресами 0Ch-2Fh можуть бути використані, як регістри загального призначення, які є статичним ОЗУ. Деякі регістри спеціального призначення продубльовані на обох сторінках, а некотрые розташовані на сторінці 1 окремо. Коли встановлена сторінка 1, те звернення до адрес 8Ch - AFh фактично адресує сторінку 0. До регістрів можна адресуватися прямо або побічно. У обох випадках можна адресувати до 512 регістрів.таймер є повністю незалежним вбудованим RC генератором, який не вимагає ніяких зовнішніх ланцюгів. Він працюватиме, навіть якщо основний генератор зупинений, як це буває при виконанні команди SLEEP. Таймер виробляє сигнал скидання. Вироблення таких скидань може бути заборонене шляхом запису нуля в спеціальний біт конфігурації WDTE. Цю операцію роблять на етапі програмування мікросхем.

Вхідний тактовий сигнал (виведення OSС1/CLKIN/RA7) внутрішньою схемою мікроконтроллера розділяється на чотири послідовні такти Q1, що не перекриваються, Q2, Q3 і Q4. Внутрішній лічильник команд (РС) збільшується на одиницю в кожному такті Q1, а вибірка команди з пам'яті програм відбувається на кожному такті Q4. Декодування і виконання команди відбувається з такту Q1 по Q4. На малюнку 3-2 показані цикли виконання команд.

Рисунок 3.3 - Діаграма циклів виконання команд

Цикл виконання команди складається з чотирьох тактів Q1, Q2, Q3 і Q4. Вибірка наступної команди і виконання поточною поєднані за часом, таким чином, виконання команди відбувається за один цикл. Якщо команда змінює лічильник команд РС (команди галуження, наприклад GOTO), то потрібно два машинні цикли для виконання команди (малюнок 3-3).

Цикл вибірки команди починається з приросту лічильника команд РС в такті Q1.

У циклі виконання команди, код завантаженої команди, поміщається в регістр команд IR на такті Q1. Декодування і виконання команди відбувається в тактах Q2, Q3 і Q4. Операнд з пам'яті даних читається в такті Q2, а результат виконання команди записується в такті Q4.

Рисунок 3.4 - Вибірка і виконання команд

Мікроконтролер РIC16F628 має 13-розрядний лічильник команд РС, здатний адресувати 8К х 14 слів пам'яті програм. Фізично реалізоване 1К х 14 (0000h - 03FFh) для РIC16F627 і 2К х 14 (0000h - 7FFFh) для РIC16F628. Звернення до фізично не реалізованої пам'яті програм приведе до адресації реалізованої пам'яті в межах 1Кх 14 для РIC16F627 і 2Кх 14 для РIC16F628.

Адреса вектора скидання - 0000h. Адреса вектора переривань - 0004h.

РIC 16F628 має два порти введення/виводу, PORTA і PORTB. Деякі канали портів мультиплицированы з периферійними модулями мікроконтроллера. Коли периферійний модуль включений, вивід не може використовуватися як універсальний канал введення/виводу.- 8-розрядний порт введення виводу. RA4 має тригер Шмідта на вході і відкритий стік на виході, мультиплексований з тактовим входом Т0 СКI. RА5 має тригер Шмідта на вході, без вихідного буфера. Усі інші канали PORTA мають тригер Шмідта на вході і повнофункціональні вихідні КМОП буфери.

Усі канали PORTA мають відповідні біти напряму в регістрі TRISA, що дозволяють настроювати канал як вхід або вихід.

Запис '1' в TRISA переводить відповідний вихідний буфер 3-й стан. Запис '0' в регістр TRISA визначає відповідний канал як вихід, вміст клямки PORTA передається на виведення мікроконтролера.

Читання регістра PORTA повертає стан на виводах порту, а запис виробляється в клямку PORTA. Усі операції запису в порт виконуються за принципом "читання - модифікація - запис", тобто спочатку виробляється читання стану виводів порту, потім зміна і запис в клямку.

Канали PORTA мультиплексовані з модулем компараторів і джерелом опорної напруги. Налаштування роботи цих периферійних модулів визначається бітами в регістрах СМСОN (регістр компаратора, що управляє) і VRCON (регістр джерела опорної напруги, що управляє). Коли компаратор включений, читання стан виводів PORTA даватиме результат '00'.

Біти регістра TRISA керують напрямом каналів РОКТА при включеному модулі компараторів. Користувач повинен упевнитися, що відповідні канали PORTA налаштовані на вхід при використанні їх як входи компаратора.також функціонувати як вихід при включеному модулі джерела опорної напруги (VREF знаходиться в режимі високого імпедансу). Користувач повинен встановити в '1' біт TRISA <2> для налаштування каналу на вхід.

3.1.3 Вибір додаткових пристроїв

DS18B20 - цифровий термометр, що калібрується, з однопровідним 1 - Wire - інтерфейсом і перебудованою розрядністю перетворення. Діапазон вимірюваних температур від - 55°C до +125°C. Прочитуваний з мікросхеми цифровий код є результатом безпосереднього прямого виміру температури і не потребує додаткових перетворень. Програмована користувачем роздільна здатність вбудованого АЦП може бути змінена в діапазоні від 9 до 12 розрядів вихідного коду. Абсолютна погрішність перетворення менше 0,5°C в діапазоні контрольованих температур - 10°C до +85°C. Максимальний час повного 12-ти розрядного перетворення ~750 мс. Незалежна пам'ять температурних уставок мікросхеми забезпечує запис довільних значень верхнього і нижнього контрольних порогів. Крім того, термометр містить вбудований логічний механізм пріоритетної сигналізації в 1 - Wire - лінію про факту виходу контрольованої ним температури за один з вибраних порогів. Вузол 1 - Wire - інтерфейса компонента організований таким чином, що існує теоретична можливість адресації необмеженої кількості подібних пристроїв на одній 1 - Wire - лінії. Термометр має індивідуальний 64-розрядний реєстраційний номер (груповий код 028Н) і забезпечує можливість роботи без зовнішнього джерела енергії, тільки за рахунок паразитного живлення 1 - Wire - лінії. Живлення мікросхеми через окремий зовнішній вивід виробляється напругою від 3,0 В до 5,5 В. Термометр розміщується в транзисторному корпусі TO - 92, або в 8-контактному корпусі SO для поверхневого монтажу.

Рисунок 3.5 - Схема підключення термодатчика до мікроконтролера

Шина 1-Wire

Шина 1 - Wіre є основою мереж MіcroLAN і розроблена наприкінці 90 - х років фірмою Dallas Semіconductor.

Шина 1 - Wіre побудована за технологією Master/Slave. На шині повинний бути хоча б один провідний пристрій (Master). Всі інші пристрої повинні бути веденими (Slave). Провідний пристрій ініціює всі процеси передачі інформації в межах шини. Master може прочитати дані з будь-якого Slave пристрою або записати їх туди. Передача інформації від одного Slave пристрою до іншого безпосередньо неможлива. Для того, щоб Master міг звертатися до кожного з ведених пристроїв по шині, кожний ведений пристрій містить у собі індивідуальний код (ІD-код).

Протокол l-Wіre містить у собі спеціальну команду пошуку, за допомогою якої провідний пристрій (Master) може здійснювати автоматичний пошук ведених пристроїв. У процесі пошуку Master визначає ІD коди для всіх підключених до мережі мікросхем. Пошук відбувається шляхом поступового відсіювання неіснуючих адрес. Тому для того, щоб знайти всі пристрої, що підключені до шини, потрібно досить значний час. Середня швидкість пошуку елементів у мережі MіcroLAN становить близько 75 вузлів за секунду.

Обмін інформацією по шині 1 - Wіre відбувається за такими правилами:

−       Обмін завжди ведеться з ініціативи одного провідного пристрою, що у більшості випадків є мікроконтролером.

−       Будь-який обмін інформацією починається з подачі імпульсу скидання ("Reset Pulse" або просто RESET) у лінію 1 - Wіre провідним пристроєм.

−       Для інтерфейсу 1 - Wіre у загальному випадку передбачається "гаряче" підключення й відключення пристроїв.

−       Будь-який пристрій, підключений до 1-Wіre після одержання живлення видає в лінію DQ імпульс присутності, який називається "Presence pulse". Цей же імпульс пристрій завжди видає в лінію, якщо виявить сигнал RESET.

−       Поява в шині 1-Wіre імпульсу PRESENCE після видачі RESET однозначно інформує про наявність хоча б одного підключеного пристрою.

−       Обмін інформації ведеться так званими тайм-слотами: один тайм-слот служить для обміну одним бітом інформації.

−       Дані передаються побайтно, біт за бітом, починаючи з молодшого біта. Ймовірність переданих/прийнятих даних (перевірка відсутності спотворень) гарантується шляхом підрахунку циклічної контрольної суми.

На рисунку 3.6 показана діаграма сигналів RESET і PRESENCE, з яких завжди починається будь-який обмін даними.

Рисунок 3.6 - Діаграма сигналів RESET і PRESENCE, з яких завжди починається обмін даними

Імпульс RESET формує МК, що переводить в низький логічний рівень шину 1-Wіre і втримує її в цьому стані мінімум 480 мікросекунд. Далі МК повинний "відпустити" шину. Через якийсь час, що залежить від ємності лінії й опору резистора, що підтягує, у лінії встановиться високий логічний рівень. Протокол 1-Wіre обмежує цей час "релаксації" діапазоном від 15 до 60 мікросекунд, що і є визначальним для вибору резистора, що підтягує.

Виявивши імпульс RESET, ведений пристрій (Slave) приводить свої внутрішні вузли у вихідний стан і формує відповідний імпульс PRESENCE, не пізніше 60 мікросекунд після завершення імпульсу RESET. Для цього пристрій переводить у низький рівень лінію і втримує її в цьому стані від 60 до 240 мікросекунд. Після цього пристрій так само "відпускає" шину.

Але після завершення імпульсу PRESENCE пристрою дається ще якийсь час для завершення внутрішніх процедур ініціалізації, таким чином, МК повинен приступити до будь-якого обміну із пристроєм не раніше, ніж через 480 мікросекунд після завершення імпульсу RESET.

Отже, процедура ініціалізації інтерфейсу, з якої починається будь-який обмін даними між пристроями, триває мінімум 960 мікросекунд, складається з передачі від МК сигналу RESET і прийому від пристрою сигналу PRESENCE. Якщо сигнал PRESENCE не виявлений - значить на шині 1 - Wіre немає готових до обміну пристроїв.

Обмін бітами інформації здійснюються певними тайм-слотами. Тайм-слот - це певна, досить жорстко лімітована за часом послідовність зміни рівнів сигналу в лінії 1-Wіre. Розрізняють 4 типи тайм-слотів: передача "1" від МК, передача "0" від МК, прийом "1" від Slave пристрою, прийом "0" від Slave пристрою.

Будь-який тайм-слот завжди починає МК шляхом переведення шини 1 - Wіre у низький логічний рівень. Тривалість будь-якого тайм-слота повинна перебувати в межах від 60 до 120 мікросекунд. Між окремими тайм-слотами завжди повинний передбачатися інтервал не менш 1 мікросекунди.

Тайм-слоти передачі відрізняються від тайм-слотів прийому поводженням МК: при передачі він тільки формує сигнали, при прийманні, крім того, ще й опитує рівень сигналу в лінії 1 - Wіre. Рисунок 1.70 демонструє часові діаграми тайм-слотів всіх 4-х типів: угорі показані тайм-слоти передачі від МК, унизу - прийому від Slave пристрою.

Рисунок 3.7 - Часові діаграми тайм-слотів на лінії 1-Wire

Тайм-слот передачі "0" полягає просто в утриманні шини 1 - Wіre у низькому рівні протягом всієї тривалості тайм-слота. Передача "1" здійснюється шляхом "відпускання" шини 1-Wіre з боку МК не раніше ніж 1 мікросекунда після початку тайм-слота, але не пізніше ніж 15 мікросекунд. Ведений пристрій опитує рівень у шині 1 - Wіre протягом часового інтервалу, умовно показаного у вигляді сірого прямокутника, тобто починаючи з 15-ї мікросекунди від початку тайм-слота й закінчуючи 60-ю мікросекундою від початку. Типовий момент уведення рівня в пристрій - біля 30-ї мікросекунди від початку тайм-слота.

Заштрихована область - це область "наростання" рівня в шині 1-Wіre, що залежить від ємності лінії й опору резистора, що підтягує. Тайм-слоти прийому інформації відрізняються тим, що МК формує тільки початок тайм-слота (абсолютно так само, як при передачі "1"), а потім керування рівнем шини 1 - Wіre бере на себе пристрій, а МК здійснює уведення цього рівня так само в певній зоні часових інтервалів. Заштрихована область - область невизначеності, тому для уведення мікроконтролеру залишається навіть не проміжок, а скоріше конкретний момент, коли він повинен увести рівень сигналу з лінії. Цей момент часу - 14 або 15 мікросекунда від початку тайм-слота.

Таким чином МК починає тайм слот з видачі в шину 1 - Wіre "0" протягом 1 мікросекунди. Наступний рівень залежить від типу тайм слота: для прийому й передачі "1" рівень повинен стати високим, а для передачі "0" - залишатися низьким аж до кінця тайм-слота, тобто не менш 60 і не більше 120 мікросекунд. Якщо МК приймає дані, то опитування рівня в шині він повинен зробити на проміжку від 13 - й до 15 - й мікросекунді тайм-слота. МК повинен забезпечити інтервал між окремими тайм-слотами не менш 1 мікросекунди (краще - більше, максимальне значення не обмежене).

Кожний пристрій 1-Wіre володіє унікальним ідентифікаційним 64 - бітним номером, який програмується на етапі виробництва мікросхеми.

Мікросхема LM7805 [17,18] (також відома як LM7805) - серія ІМС лінійних стабілізаторів з фіксованою вихідною напругою. Велика популярність пов'язана з вимогою багатьох схем використовувати стабілізоване джерело живлення, з їх простотою використання і відносною дешевизною. При вказівці певних мікросхем серії 05, що позначає вихідну напругу стабілізатора (наприклад, мікросхема 7805 має вихідну напругу в 5 вольт, а 7812 - 12В).

Стабілізатори 7805 серії мають позитивну вихідну напругу, тобто позитивне відносно землі.

ІМС 7805 найчастіше зустрічаються в корпусі To220, але у деяких виробників також бувають варіанти для поверхневого монтажу або у великому суцільнометалевому To3. Вхідна напруга може бути від одиниць вольт до що значно перевищує вихідне аж поділ 35-40В, забезпечуючи струм 1-1,5 ампер.

Опорна напруга використовується в АЦП при конвертації значення у цифрову форму. Рівень напруги, що подається на вхід порівнюється з рівнем опорної напруги. В залежності від цього співвідношення кодується сигнал. Отже максимально допустимий вхідний сигнал може мати максимум, коли він рівний джерелу опорної напруги.

Мікросхема не потребують додаткових елементів для забезпечення стабільного живлення, що робить їх зручними у використанні, економічними і ефективно використовуючими місце на друкарській платі.

Матричні світлодіодні індикатори (МСІ) використовуються для відображення алфавітно-цифрової інформації. Кожен з таких МСІ, виконаний у вигляді інтегральної мікросхеми, є матрицею світлодіодів розмірністю m х п, де п - число стовпчиків, т - число рядків матриці. Найбільшого поширення набули МСІ з розмірністю матриці 7 х 5 і 9 х 7 (рисунок 3.8).

Для включення одного світлодіода матриці необхідно забезпечити протікання через нього струму 10-15 мА при напрузі 2,0-2,5 В. Принцип керування матричними індикаторами показаний на рисунку 2. Тактові імпульси надходять на 3-х розрядний двійковий лічильник DD1. Його вихідні сигнали визначають код рядка й надходять на дешифратор DD2, а частина коду адреси - на ПЗП DD3. Один з транзисторів VT1-VT7, що на базу з дешифратора надходить рівень логічної "1", відкривається й підключає емітери світлодіодів (рядки) до джерела живлення +U. При цьому випромінюють світлодіоди стовпчиків, на них через R1 з ПЗП надходять нульові рівні. Повний цикл роботи лічильника DD1 визначає час індикації одного символу [16].

У кожному часовому такті збуджується строб імпульс відповідного стовпчика. У результаті відбувається відображення інформації у всіх елементів даного стовпчика. Після кожного такту відбувається зсув інформації і в наступному часовому такті збуджується строб імпульс у другому стовпчику і так далі. За п'ять тактів відбувається передача повної інформації на матричний індикатор, після чого відбувається повторення передачі, якщо по шині введення даних не поступила нова інформація. Часова діаграма формування букви М представлена на рисунку 1.10.

Підключення матричного індикатора до МК здійснюється через схеми керування формування струму стовпчиків і рядків (рисунок 1.11).

Кожна цифра або буква формується матрицею з 35 (7 х 5) світлодіодів, створюючих сім рядків і п'ять стовпців. Відмова одного з елементів матриці не приводить до помилки при читанні цифри, що відображається, або букви.

 

Рисунок 3.8 - Загальний вигляд та схема матричного індикатора

Рисунок 3.9 - Схема керування матричним індикатором

Рисунок 3.10 - Часова діаграма формування матричним індикаторм літери М

Рисунок 3.11 - Схема керування матричним індикатором

Більшість світлодіодних цифрових і буквено-цифрових індикаторів насправді є гібридними, об'єднуючи безліч світлодіодних індикаторів в одному корпусі. Деякі дуже маленькі цифрові дисплеї є дійсно монолітними. У будь-якому з двох випадків, контур кожного сегменту формується рефлектором і світловою трубкою, а не самим світлодіодним кристалом. Невеликі дисплеї використовують один кристал на сегмент, тоді як великі дисплеї використовують 2 або більш за кристали на сегмент, ефективно випромінюючи світло і забезпечуючи прийнятну однорідність яскравості по усьому сегменту.

Рисунок 3.12 - Зміна прямої напруги світлодіода від струму і випромінюваного кольору

Для того щоб індикатор відображав цифрову інформацію, її попередньо потрібно перести з двійкового кода в код семисегментного елемента, тому використовується так званий зовнішній регістр, виконаний на мікросхемі 74HC595 [6,12]. Це 8-розрядний регістр зсуву з послідовним входом і паралельним виходом. Дана мікросхема також використовується як розширювач портів мікроконтролера, і виконує роль управління індикаторами HL1 - HL5, що дозволяє зменшити число виводів мікроконтролера. Для скорочення кількості задіяних виводів мікроконтролера застосований метод динамічної індикації.

Основні характеристики:

—      час затримки - 4 нс;

—      потужність споживання 4 мВт;

—      тривалість імпульса - 24 мс;

—      максимальна частота - 35 МГц.

Дані входять послідовно, будь-який з цих входів (DS,ST,SH) може використовуватися як активно високий. Невикористаний вхід повинен бути зв'язаний з "1", або обох входів, сполучених разом. Для забезпечення високих швидкостей серійного введення даних та повністю синхронної передачі даних в мікросхемі використовують діоди Шоткі, які скріплюють ці процеси. Дана мікросхема керує рядками світлодіодної матриці.

Рисунок 3.13 - Структурна - схема мікросхеми 74hc595

Мікросхема ULN2003 [12,13] виконує роль буферного підсилювача, що містить відповідно 7 транзисторних ключів на складених транзисторах (схема Дарлінгтона). Вони дозволяють керувати навантаженням до 500 мА при напрузі до 50 В. При цьому входи цих мікросхем можна підключати безпосередньо до ліній портів введення/виведення мікроконтролера. Усередині мікросхем вже є вбудований захисний діод, який можна підключати або відключати, здійснюючи зовнішні з'єднання.

Для включення навантаження слід сформувати на відповідному виведенні мікроконтролера рівень "1". При цьому струм, споживаний від виведення порту мікроконтролера, не перевищує допустимий, в той же час, як здійснюється керування досить потужним навантаженням.

Рисунок 3.14 - Структурна - схема мікросхеми 74hc595

КР1533ИР8 [1,12] мікросхема є восьмирозрядним зсувним регістром з послідовним завантаженням і паралельним вивантаженням. Наявність двох входів послідовного завантаження А і В дозволяє використовувати один з них як основою для завантаження даних: низький рівень напруги хоч би на одному з них по фронту тактового імпульсу встановлює перший трігер регістра в стан "0", в той же час високий рівень напруги на керуючому вході дозволяє по іншому входу виконувати введення даних в послідовному коді. Низький рівень напруги на вході R асихронно встановлює усі виходи мікросхеми в стан "0". Дана мікросхема керує виключно стовпчиками світлодіодної матриці.

3.1.4 Розробка програмного забезпечення

МРАSМ - повнофункціональний універсальний макроасемблер для усіх сімейств мікроконтроллерів PICmicro. Асемблер може генерувати шестнадцатирозрядний файл придатний для запису в мікроконтролер або формувати переміщувані об'єктні файли для лінкера MPLINK.

МРАSМ має інтерфейс командного рядка і віконний інтерфейс, працює під управлінням операційної системи Windows 3. X і вище, може працювати як автономне застосування. МРАSМ генерує об'єктні файли, шістнадцятиричні файли в стандарті Intel, файл карти пам'яті (для деталізації використання пам'яті мікроконтроллера), файл лістингу програми (текст програми поєднаний з кодами мікроконтроллера) і файл відладки НЕХ для МРLАВ - IDЕ.

Особливості MPASM:

-              MPASM і МРLINK інтегровані в МРLАВ - IDЕ;

-              MPASM підтримує систему макрокоманд, що спрощують написання тексту програми;

-              Дозволяє виконувати компіляцію умовних блоків тексту програми;

-              Директиви MPASM дають можливість управляти компіляцією початкового тексту програми.

Програма призначена для управління роботою пристрою і в її входить контроль вхідних каналів і передача інформації, що поступає на вхідні канали в порт PC.

Програму можна розбити на чотири основні блоки:

-       блок ініціалізації. У цьому блоці відбувається ініціалізація внутрішніх регістрів мікроконтролера і включається цикл "тайм-аут по скиданню процесора". Виконавши блок ініціалізації, програма переходить в головний цикл і там знаходиться в режимі очікування переривань.

-       блок управління перериваннями. У цьому блоці зберігаються робочий регістр і регістр статусу, визначається, по якій події сталося переривання, і викликається необхідна процедура обробки. Після обробки переривання регістр статусу і робочий регістр відновлюються, скидаються прапори переривань, програма повертається в головний цикл.

-       блок обробки переривання таймера. У цьому блоці здійснюється обробка події "переповнювання таймера".

В першу чергу перевіряється, чи дозволено переривання від порту В. Якщо переривання дозволене, означає вхідний канал не передав інформацію в плині заданого часу і управління передається в процедуру ERROR_CHANEL, в якій ініціалізувалися регістри, необхідні для опитування порту В, після чого формується байт "11111111" і управління передається блоку управління перериваннями.

Після цього виробляється перевірка лічильника бітів і залежно від його вмісту і біта прапора передається: стартовий біт, інформаційний, або стоповий. Після передачі стопового біта вибирається новий регістр управління портом В, щоб опитувати новий канал. Після того, як переданий інформаційний байт третього каналу - тайм-аут, щоб драйвер міг визначити кінець пакету.

-       блок управління переривання порту В. В цьому блоці виробляється обробка події "перепад напруги на ніжці порту В".

Отримавши стартовий біт, процедура чекає півперіоду і виробляє опитування каналу, щоб упевниться, що перепад напруги був не випадковим. У випадку якщо канал встановлений в 1, збільшується лічильник збоїв і управління передається блоку управління перериваннями. У випадку якщо канал встановлений в 0, виробляється цикл опитування поточного каналу з одночасним формуванням біта паритету. У кінці циклу виробляється переключення каналу і управління передається блоку управління перериваннями. Якщо лічильник збоїв переповниться, то управління передасться процедурі ERROR_CHANEL.

3.2 Вибір методів регулювання та вимірювальної апаратури

Для розробки технологічного процесу регулювання необхідно вибрати метод регулювання, вимірювальну апаратуру, інструменти, допоміжні засоби. У кожному конкретному випадку можливо застосувати різні методи регулювання: безпосередній, порівняння, заміщення, мостовий, стендовий, автоматизований.

Для регулювання годинника можна використати безпосередній метод. Цей метод потребує вимірювання і досягнення конкретних, раніше відомих, електричних характеристик пристрою безпосередньо, тобто шляхом вимірювання по приладах [7].

Для настроювання і регулювання пристрою, виходячи з технічних параметрів пристрою вибирається така вимірювальна апаратура [10,11]:

−       Тестер M830BUZ (із звуковим пробником):

)        діапазон вимірювання постійної напруги - 100 мкВ…1000 В;

2)      діапазон вимірювання змінної напруги - 100 мВ…750 В;

)        діапазон вимірювання постійного струму - 100 нА…10 А;

)        діапазон вимірювання опору - 100 мОм…2 МОм;

)        звуковий пробник спрацьовує при вимірюванні опору < 70 Ом.

−       Осцилограф С1-118 з параметрами:

)        однопроменевий,

2)      смуга пропускання 0.10 МГц;

)        коефіцієнт розгортки (0,04.5) * 10⁶ мкс/д;

)        коефіцієнт відхилення 5 * 10^-4.20 В/д;

)        похибка 4%.

−       Лабораторний автотрансформатор з параметрами:

1)      живлення приладу напругою 220±10В з частотою 50±0,5Гц

2)      споживана потужність до 9 В*А

)        вимірює миттєву точність ходу;

2)      виводить діаграму на екран;

)        цифрове значення точності ходу.

−       Крім того для регулювання і настроювання багатофункціонального годинника необхідно мати:

)        програматор, який приєднаний до комп’ютера;

2)      програму асемблера MPASM та програму програматора PIX;

)        електропаяльник, потужністю не більше 25 Вт;

)        припой типу ПОС-61, каніфольний флюс;

)        набір слюсарного обладнання;

6)      комплект запасних радіодеталей;

)        схема електрична принципова

8)      креслення друкованої плати;

)        складальне креслення;

10)    перелік елементів.

Під час регулювання передбачається встановлення в даному пристрої відомих параметрів так, як невідповідність цих параметрів призводить до неправильної роботи даного пристрою, а інколи і до його виходу з ладу.

3.3 Основні несправності та методи їх усунення

Визначення та пошук несправності є досить трудомістким при наладці та ремонті будь-якої апаратури. Існує декілька методів пошуку несправностей: зовнішній огляд, метод виключення, метод заміни окремих елементів та вузлів, метод порівняння. Розглянемо основні несправності блока багатофункціонального годинника [8,9].

Несправності, які можуть мати місце при настройці блока багатофункціонального годинника приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Основні несправності та способи їх усунення.

Характер несправності	Причини несправності	Спосіб усунення
1	2	3
Не світяться індикатори HL1-HL5.	Коротке замикання в колах.	Усунути причину к. з.
Відсутня напруга на елементах схеми.	На елементі живлення недостатня напруга чи струм. Між елементом живлення і виводами приладу відсутній контакт.	Замінити не працюючий елемент живлення. Покращити контакт.
Не відображаються цифри на індикаторах HL1-HL5.	1) Блок обробки сигналів управління і індикації. 2) Несправні індикатори. 3) Елементи комутації	1) Перевірити коло проходження напруги. 2) Замінити не працюючі індикатори 3) Замінити не працюючі кнопки
На вказаних виводах мікро - контролера відсутній сигнал	Вийшов з ладу мікро - контролер PIC16F628.	Замінити несправний мікроконтролер на PIC16F628.
Припинення обміну інформацією у шині I2C	1) Коливання напруги живлення. 2) Вийшла з ладу мікросхема PCF8583.	1) Перевірити стабілізатор напруги. 2) Замінити несправну мікросхему.
Відсутність сигналу синхронізації	1) Непрацездатність центрального керуючого пристрою. 2) Зовнішній кварцовий резонатор тактового генератора ЦКП.	1) Замінити мікросхему DS1307 на справну. 2) Замінити кварцовий резонатор ZQ1
Точність ходу 20-30 c/добу	Несправний кварцовий резонатор ZQ2	Замінити на справний кварцовий резонатор ZQ2
Великі пульсації напруги на виході джерела живлення	1) Несправна мікросхема DA1 2) Конденсатор С2 втратив свою ємність	1) Замінити мікросхему на нову. 2) Замінити конденсатор на новий

3.3.1 Розробка технологічних карт регулювання

Особливістю технологічного процесу настройки годинника є програмування мікроконтролера PIC16F628A. Карта технологічного процесу представлена в таблиці 3.2 [2,12,15].

Таблиця 3.2 - Техпроцес настройки годинника

Технологічна операція	Вимірювальні прилади	Примітка
1	2	3
1. Підготовча.
1.1 Включити комп’ютер. Написати програму, текст програми файла clock. asm переписується в директорію програми MPASM.	персональний комп’ютер
1.2 Запускається MPASM й вибирається файл clock. asm. Вибирається команда Build й на екрані монітора повинна появитись повідомлення зображене на рисунку 3.2 Відсутність повідомлень помилки свідчить, що програма від трансльована вірно. В директорії MPASM повинен з’явитись файл clock. hex	персональний комп’ютер
2. Програмування мікроконтролера
2.1 Переходимо в директорію PIX, запускаємо програму РIX. ЕХЕ, підключаємо до роз’ємну СОМ2 програматор з встановленим PIC мікро контролером.	персональний комп’ютер, програматор
2.2 Даємо команду F7 (Erase) та стираємо записану попередньо інформацію, так як нові мікро контролери заповнені нулями. Мікросхема без інформації заповнена 3FFF, а енергонезалежна пам’ять FF. Після стирання передивитись зміст пам’яті командою F4 (READ)	персональний комп’ютер, програматор
2.3 Даємо команду F3 (File) й вибираємо файл clock. hex з директорії PIX.	персональний комп’ютер, програматор
2.4 Виконуємо команду F9 (Blow) По завершенню процесу програмування повинна з’явитись надпис "All loaded Areas Blow OK 1195mSec”, кінцева цифра може відрізнятись в залежності від швидкодії комп’ютера.	персональний комп’ютер, програматор
2.5 Відключаємо живлення програма-тора від порта COM2 і вигружаєм програму командою Alt+X. Вставляємо мікроконтролер в панельку часів.
2.6 Подаємо живлення на мікро - контролер. Мультиметром контро - люємо напругу на 14 виводі DD1.	M830BUZ	U=5В
2.7 Осцилографом перевіряємо наявність логічної "1" на 17 виводі DD1.	С1-118, M830BUZ
2.8 Натиснути SB1. Перевірити наявність імпульсів на виводі 6 (RA3) мікроконтролера DD1 і переконатись, що змінюється дані світлодіодних індикаторів.	С1-118, M830BUZ
2.9 Подаємо живлення до лінії SDA, так і до лінії SCL мікросхеми DS1307 через навантажувальні резистори. Значення цієї напруги повинно точно відповідати приведеному в сервісній документації рівню.	С1-118, M830BUZ	U=4,5 В до 5,5 В
2.10 Виконуємо перевірку годинника на точність ходу.	TIMEGRAPHER MTG-500	Не більше 6-10 с на добу.
3. Заключна
3.1 Відключаємо лабораторний стенд і генератор імпульсів. Перевірити працездатність електронного годинника згідно п.2.7 - 2.9	Лабораторний стенд, Г5-54

Рисунок 3.15 - Схема підключення програматора та мікроконтролера.

3.4 Розробка конструкції

Друкована плата вузла керування - одностороння. Її креслення показане на рисунку 4, а зовнішній вигляд - на рисунку 5. Для мікроконтролера на платі передбачено панель. Перед установкою в неї він має бути запрограмований. Щоб свідчення датчика температури VD1, змонтованого на цій платі, були достовірними, необхідно виключити його тепловий контакт з інтегральним стабілізатором DA1, що сильно нагрівається при роботі. Струм, споживаний годинами, в середньому дорівнює 200.210 мА. Тому навіть при напрузі на вході стабілізатора 7 В. близькому до мінімально допустимого, на нім розсіюється потужність близько 1 Вт, а його корпус нагрівається приблизно до 60°С.

Вузол індикації виконаний на світлодіодних матрицях HL1 - HL5 червоного кольору свічення розмірністю 7x5 елементів. Разом вони утворюють табло з семи лав по 25 точок, текстова і графічна інформація на яке виводиться за принципом біжучого рядка.

Друкована плата вузла індикації і розташування елементів на ній показані на рисунку 6. Рисунок друкарських провідників, що сполучають кожну світлодіодну матрицю з мікросхемою регістра зрушення, що керує нею, і контактами роз'ємів ХP, вдалося зробити порівняно простим. На платі він повторюється п'ять разів. Зовнішній вигляд зібраної плати - на рисунку 7. При необхідності її легко подовжити, збільшивши число індикаторів і можливий об'єм інформації, що одночасно виводиться на табло [8,14].

Усі мікросхеми, резистори і штирьова частина роз'єму ХP встановлені на плату з боку друкарських провідників, а світлодіодні індикатори - із зворотного боку. Оскільки ширина плати лише дещо більше висоти застосованих індикаторів, її можна помістити в компактний корпус.

Плати індикації і управління сполучають 11-дротяним стрічковим кабелем. На платі управління цього дроту припаюють до відповідних контактних майданчиків і закріплюють термоклеєм. На протилежному кінці кабелю встановлюють кабельну розетку серії BLS. На платі індикації для її приєднання є вилка серії PLS. При безпомилковому монтажі і зборці годинник не вимагає налагодження; необхідно лише встановити на них точний поточний час і час спрацьовування будильника.

3.5 Висновок до практичної частини

Був спроектований і конструктивно виготовлений прилад - багатофункціональний годинник на мікроконтролері PIC16F628A.

Живлення електронного годинника/таймера здійснюється від мережі постійної напруги 7В. За рахунок інтегрального стабілізатора напруги, забезпечується досить високе згладжування живлячої напруги.

Індикатор, елементи керування і настройки приладу розташовані на передній панелі, решта елементів схеми розташовані на одній одностороній платі. На задній панелі розташований роз'єм для підключення живлення схеми.

До основних переваг запропонованої схеми можна віднести дешевизну і доступність елементної бази, а застосування в його основі мікроконтролера дозволяє додати електронному годиннику високу функціональність і широкі сервісні можливості при простоті схемної реалізації.

Зменшення споживання потужності вдалося досягти за рахунок використання мікроконтролера, інтегральних мікросхем, малопотужних деталей, які керують роботою електронного годинника/таймера/будильника.

4. Економічна частина

 

4.1 Розрахунок витрат на розробку світлодіодного годинника підготовки молодших спеціалістів за спеціальністю 5.05010201

 

Розробка нового програмного забезпечення передбачає розрахунок економічного ефекту від реалізації програмного продукту. Нова розробка повинна бути вигідною не тільки для розробника, а й для споживача, так як придбавши її він сподівається зменшити витрати часу, ресурсів і т.п. Розроблений світлодіодний годинник буде використовуватись викладачами, студентами, абітурієнтами та іншими працівниками коледжу. Відповідно до цього, за допомогою електронного годинника можна виконувати наступні функції.

¾      у світлодіоді, на відміну від лампи розжарювання або люмінесцентних ламп, електричний струм перетвориться безпосередньо у світлове випромінювання, і теоретично це можна зробити майже без втрат;

¾      світлодіод мало нагрівається, щовпливає на довговічність;

¾      світлодіод випромінює світло у вузькій частині спектру, його колір чистий, а ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання, як правило, відсутні.

¾      світлодіод механічно міцний і винятково надійний, його термін служби може досягати 100 тисяч годин, що майже в 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання, і в 5 - 10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи;

¾      світлодіод - низьковольтний електроприлад, а отже, безпечний.

Проаналізувавши все вище сказане, можна зазначити, на сьогоднішній день є актуальним модернізація світлодіодного годинника, а саме: доповнення простим та зрозумілим інтерфейсом з зручною навігацією.

Кошторис витрат на проведення розробки програмного продукту включає розрахунок таких основних статей витрат:

4.1.1 Основна заробітна плата розробників, яка розраховується за формулою (1.1)

 [грн.], (4.1)

де М - місячний посадовий оклад конкретного розробника, грн.,

Т_р - число робочих днів в місяці (22 дня),- число днів роботи розробника.

Розрахунки по основній заробітній платі розробників зведено до таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Зведений розрахунок

	Найменування посади	Місячний посадовий оклад, грн.	Оплата за робочий день, грн	Число днів роботи	Витрати на заробітну плату, грн.
1	Керівник проекту	5 200	236,36	22	5 200
2	Інженер-програміст	3 400	154,55	22	3 400
Всього					8 600

Основна заробітна плата розробників, яка розраховується за формулою (4.1):

 грн. (4.2)

4.1.2 Розрахунок додаткової заробітної плати працівника

Додаткова заробітна плата обчислюється за принципом 10-15 % від основної заробітної плати:

Зд = (5 200 + 3 400) * 0,10 = 860 грн.

4.1.3 Нарахування на соціальні потреби

Нарахування на соціальні потреби які складають 37,2 % беруться від суми основної та додаткової заробітної плати:

Н = 0,372 * (8 600 + 860) = 3519,12 грн.

Тобто нарахування на соціальні потреби складають 3519,12 грн.

4.1.4 Амортизація персонального комп’ютера

Розмір амортизаційних відрахувань при умові рівномірного перенесення зносу основних фондів на вартість виконаних робіт розраховується за формулою (1.2):

 [грн], (1.2)

де В_{поч -} балансова вартість обладнання, грн.,

В_лікв - ліквідаційна вартість обладнання грн.,

Т_кв - термін корисного використання обладнання, цілі місяці.- кількість місяців експлуатації обладнання.

Результати розрахунків зведено до таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 - Розрахунок амортизації

	Найменування обладнання	Балансова вартість, грн.	Ліквідаційна вартість, Грн	Термін вико-ристання об-ладнання, міс	Величина амортизацій-них відраху-вань, грн.
1	Комп’ютер	4000	800	24	133,33
2	Періферійне обладнання	1500	300	24	50
Всього					183,33

4.1.5 Витрати на матеріали, що були використані на розробку програмного продукту - обмежуються вартістю радіотехнічних деталів та програмним продуктом Sprint-Layout 6.0

Проведені розрахунки зведено до таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 - Розрахунок витрат матеріалів

	Найменування матеріалу, марка, тип, сорт	Ціна, грн	Витрачено	Вартість витрачених Матеріалів, грн.
	1	2	3	4
1	П'єзозвукознімач ЗП-4	7	1	7
2	Конденсатори: К50-36-16В-10 мкФ±5% К10-17-М30-0,1 мкФ±5% К10-17-М30-470 мкФ±5%	0,7 0,7 0,7	3 1 1	2,1 0,7 0,7
3	Мікросхеми 78L05	1,5	1	1,5
4	Мікросхеми ULN2003	3,5	1	3,5
5	Мікросхеми PIC16F628A	32	1	32
6	Мікросхеми DS1307	6	1	6
Продовження таблиці 4.3
	1	2	3	4
7	Мікросхеми 74HC595	2	1	2
8	Мікросхеми КР1533ИР8	7,5	5	37,5
9	Акамулятор CR2032 3В	9	1	9
10	Світлодіодна матриця TA12-11	42	5	210
11	Резистори: C2-23-0,125-15 Ом±5% C2-23-0,125-4,7 кОм±5% C2-23-0,125-15 Ом±5%	0,6 0,6 0,6	5 1 20	3 0,6 12
12	Цифровой термометр DS18B20	28	1	28
13	Резонатор кварцовий РК101-20,0МГц	2,3	1	2,3
14	Резонатор кварцовий РК101-32,786кГц	2,5	1	2,5
15	Вилка РМ 10-22 ГЕО.364.000 ТУ	0,1	11	1,1
16	Гніздо ГЕО.364.023 ТУ	0,1	11	1,1
17	Хлорне залізо	17,5	1	17,5
18	Текстоліт	22	1	22
19	Зовнішній запам`ятовуючий пристрій 2 Gb	26	1	26
20	Корпус	60	1	60
21	Sprint-Layout 6.0	230	1	230
Всього				718,1

4.1.6 Розрахунок вартості електроенергії

Витрати на силову електроенергію, розраховуються за формулою (4.4):

Вс=В*П*Ф грн. (4.4)

де В - вартість 1 кВт-години електроенергії, В = 0.89грн. /кВт,

П - установлена потужність комп¢ютера та інших пристроїв, П=0,5кВт,

Ф - фактична кількість годин роботи комп¢ютера, Ф=126 год.

Вс=0,89 ∙ 0,5 ∙ 126 = 56,07 грн.

Отже на електроенергію було витрачено 56,07 гривні за весь час створення програмного продукту.

4.1.7 Розрахунок інших витрат

Інші втрати приймаємо як 80-150 % від основної заробітної плати розробників:

В інші= 8600 * 0,8 = 6880 грн.

4.1.8 Розрахунок загальних витрат на розробку програмного забезпечення

Сума всіх попередніх витрат дає загальні витрати на розробку повного обслуговування світлодіодного годинника:

В = 8600 + 860 + 3519,12 + 183,33 + 718,1 + 56,07 + 6880 = 20816,62 грн.

 

4.2 Розрахунок експлуатаційних витрат у споживача, пов’язані з використанням нового програмного продукту

Розрахунки заробітної плати. Заробітна плата обслуговуючого персоналу З_обс, розрахуємо за формулою (2.1)

 (2.1)

де 12 - число місяців; М - місячний посадовий оклад конкретного інженерно-технічного працівника - 2 800 грн. b - доля часу, який витрачає працівник на виконання робіт з застосуванням програми - 0,5 (50%). З_обс. = 12 ∙ 2 800 ∙ 0,5 = 16 800 (грн/рік)

Додаткова заробітна плата обслуговуючого персоналу. Розраховується як 10-12% від основної заробітної плати обслуговуючого персоналу

З_д = 16 800 ∙ 0,1 = 1 680 (грн. /рік)

Нарахування на заробітну плату.

Нарахування на заробітну плату Нзп в 2014 році складають 37,2 % від суми основної та додаткової заробітної плати розробника, тобто від Зо+Зд.

Витрати на електроенергію. При живленні із електромережі витрати на електроенергію розраховуються за формулою (2.2):

 (2.2)

де

В - вартість 1 кВт-години електроенергії - 0,89 грн. /кВт.;

П - потужність комп’ютера разом з принтером та іншими приладами - 0,5 кВт;

Ф - фактична кількість годин роботи комп’ютера разом з принтером та іншими приладами за рік - 1 900,9 годин;

К_п - коефіцієнт використання потужності. К_п = 0,6;

 - доля часу, який витрачає працівник на виконання конкретних робіт з застосуванням даної програми в загальному часі своєї роботи - 0,5.

В_с = 0,89 ∙ 0,5 ∙ 1 900,9 ∙ 0,6 ∙ 0,5 = 253,77 (грн. /рік)

Амортизаційні відрахування. Амортизаційні відрахування розраховуємо за формулою (2.3):

 (грн) (2.3)

де В_{поч -} балансова вартість обладнання, грн., В_лікв - ліквідаційна вартість обладнання грн., Т_кв - термін корисного використання обладнання, цілі місяці

А = (5500 - 1100) / 24 =183,33 грн

Витрати на ремонт комп’ютерної техніки. Витрати на ремонт комп’ютерної техніки можна розрахувати за формулою (2.7):

Р = [ (0,04 ¸ 0,1) × Ц + З_р] × β  (2.7)

де Ц - балансова вартість апаратури, грн.;

З_р - заробітна плата окремо найнятих робітників, що зайняті проведенням ремонтних робіт, грн.;

β - доля часу, яку витрачає працівник на виконання конкретних робіт з застосуванням даного програмного продукту в загальному часі своєї роботи.

-10% - від вартості обладнання складають матеріальні витрати на ремонт комп`ютерної техніки.

Р = (0,04 × 4000 + 2300) × 0,6 = 1540

Інші витрати. Інші витрати приймаємо, як 6-10% від загальної суми попередніх витрат

ІВ = (16800+1680 +6874,56+253,77 + 183,33 + 1540) ∙ 0,06 = 1639,9 (грн.)

Експлуатаційні витрати при використанні програмного продукту. Сума витрат за всіма попередніми статтями і дає величину експлуатаційних витрат при використанні програмного продукту.

Е =16800+1680 +6874,56+253,77 + 183,33 + 816+1639,9 =28247,56 (грн.)

4.3 Розрахунок обсягу робіт при використанні програмного продукту

Обсяги робіт можна розрахувати за формулами:

 (3.1) та  (умов. од.) (3.2)

де Q₁ - обсяг робіт при застосуванні старого програмного продукту, умовних одиниць, штук, тощо;₂ - обсяг робіт при застосуванні нового програмного продукту, умовних одиниць, штук, тощо;- ефективний фонд часу роботи за рік;

b - доля часу, яку витрачає працівник на виконання конкретних робіт з застосуванням даного програмного продукту, в загальному часі своєї роботи;_i - час виконання конкретної функції, хвилин.

Початкові дані:

ефективний фонд часу роботи за рік F = 1600 год.;

доля часу, яку витрачає працівник на виконання конкретних робіт з застосуванням даного програмного продукту, в загальному часі своєї роботи b = 0,5;

час виконання конкретної функції старого програмного продукту t₁ = 10 хв.;

час виконання конкретної функції нового програмного продукту t₂ = 4 хв.

 

 ₍умов. од.)

 ₍умов. од.)

Отже, видно, що застосування світлодіодного годинника підвищує продуктивність при виконанні певної функції в 12000/4800 = 2,5 рази.

 

4.4 Висновок до економічної частини

В ході проведених розрахунків отримані наступні результати:

витрати на розробку повного обслуговування програмного забезпечення склали 20816,62 грн.;

експлуатаційні витрати при використанні програмного продукту склали 28247,56грн.

В ході економічних розрахунків ефективності розробки програмного продукту було встановлено економічну доцільність створення даного програмного продукту - електронного варіанту освітньо-професійної програми підготовки молодших спеціалістів за спеціальністю 5.05010201 та визначено суму витрат на розробку та експлуатаційних витрат. Проведений розрахунок обсягу робіт при використанні нового програмного продукту, що підвищує продуктивність роботи в 2,5 рази.

5. Охорона праці

Працюючи у галузі комп’ютерної техніки в обов’язковому порядку потрібно вміти аналізувати і оцінювати, весь комплекс потенційно небезпечних і шкідливих чинників, що можуть мати місце в процесі створення програмного продукту.

Вміти створювати робоче місце без впливу шкідливих і небезпечних факторів, це задача кожного працюючого для збереження свого здоров’я у процесі виробництва.

5.1 Аналіз умов праці

Оскільки розробляється світлодіодний годинник то в процесі його створення, необхідно розробити програму для мікроконтролера і запрограмувати його і створити сам пристрій. Це робиться за допомогою комп’ютера і спеціальних програм. А за допомогою електромонтажних робіт з’єднати окремі деталі годинника.

Виготовлення приладу проходило в лабораторії. Відбувається поетапне виготовлення даного приладу. На початковому етапі виготовляються друковані плати, а згодом монтаж радіоелементів. Також в цьому приміщенні відбувається регулювання та комплектування даного приладу.

Назва приміщення	Висота h	Довжина а	Ширина в	Місце розташування	Орієнтація вікон
Лабораторія	3 м	10 м	6 м	м. Вінниця	Південь

При створенні приладу можуть виникнути такі шкідливі і небезпечні фактори як:

−       недостатнє освітлення - виникає перевтома;

−       підвищений рівень шуму - зумовлює зниження працездатності людини: збільшується кількість помилок, викликає втому, зменшується концентрація працівника;

−       неергономічне робоче місце - викликає втому, зменшується концентрація працівника;

−       незадовільність метеорологічних умов в даному приміщені - зокрема пониження температури взимку, що може викликати переохолодження організму людини, а також підвищення температури влітку;

−       випаровування хлорного заліза при витравці плат - подразнення слизової оболонки;

−       випаровування свинцю і каніфолі підчас пайки - загальне отруєння;

−       можливі опіки підчас використання паяльника для пайки -

Аналізуючи умови праці в лабораторії можна прийти до висновку що освітлення природне і штучне задовольняє так як має три великих вікна і місцеве освітлення на робочих місцях. вентиляція в приміщені є природня за допомогою відкритих дверей та вікон у приміщенні.

Коли дози електромагнітного випромінювання більші за норму, то це може привести до виникнення різних професійних захворювань. Джерелами електромагнітного випромінювання на виробництві є: генератори низької та високої частоти, лампові прилади: телевізори, частотоміри, генератори, вимірювачі АЧХ, вимірювачі RLС, радіостанції та інше. Електромагнітне випромінювання відповідає нормам ГОСТ 12.1.006-84.

5.2 Організаційно-технічні заходи

Форма приміщення - прямокутна, з розмірами 6х 10 м, з вистою 3 м.

В даному приміщенні працює три робітника. Все необхідне обладнання та робочі місця розташовуються уздовж стін. Для перевезення комплектуючих до робочих столів та обладнання є прохід, що підвищує продуктивність праці. Стіни пофарбовані у зелений колір, стеля - у білий. При вході, у легко доступному місці, знаходиться вогнегасник.

Загальна площа приміщення S = а·в= 6·10= 60 м². На одного працюючого припадає 20 м². Об’єм приміщення V=S·h= 60·3= 180 м³. На одного працюючого припадає 60 м³, що відповідає санітарним нормам СН-245-7 (ДНАОП 0.03-3.01-71).

План виробничого приміщення з робочими місцями:

де 1 - лабораторні стенди;

- комп’ютерний стіл;

- шафи для зберігання необхідних комплектуючих;

- навчальні столи;

- стіл керівника;

- монтажні столи.

Рисунок 5.1 - План виробничого приміщення з робочими місцями

Організаційні та технічні заходи по забезпеченню електричної безпеки виконуються по ГОСТ 12.1.019 - 79.

Вхід здійснюється через двері 1,5×2 м. В приміщенні є три вікна розміром 2×2 м, які направлені на південь.

Комбіноване освітлення: загальне + місцеве повинне забезпечувати освітленість в робочій зоні 300 - 400 лк відповідно СН - 245 - 63 (ДСП 173).

5.3 Санітарно-гігієнічні заходи

 

.3.1 Параметри мікроклімату

При нормуванні мікроклімату календарний рік поділяється на два періоди: холодний та теплий періоди. Робота, яка виконується в лабораторії відноситься до категорія легка 1б. Оптимальна температура для холодного періоду складає 19 - 21°С, а в теплий період - 21-24°С.

Вологість повітря впливає на теплообмін, переважно, на віддачу тепла випаровуванням. Середній рівень відносної вологості 40 - 60 % Людина відчуває дію повітря вже при швидкості руху 0,1 м/с. переміщуючись вздовж шкіри людини повітря здуває насичений водяною парою і перегрітий шар повітря, що обволікає людину і тим самим сприяє покращенню самопочуття. При великих швидкостях повітря і низькій його температурі зростають втрати тепла конвекцією, що веде до переохолодження організму людини.

Мікроклімат відповідає ГОСТ 12.1.005-88

5.3.2 Вентиляція

В повітрі в результаті технологічних процесів, а саме пайки виділяються шкідливі пари свинцю. Тому дану речовину відносять до першого класу небезпеки, яка має таку гранично - допустиму концентрацію в повітрі: ГДК свинця 0,01/0,05 мг/м³, агрегатний стан А.

В даній лабораторії при виконані паяльних робіт буде природна вентиляція забезпечується за рахунок відкривання дверей та вікон приміщення.

Вентиляція не відповідає нормам ГОСТ 12.1.005-88, тому що відсутня штучна вентиляція для шкідливих парів.

5.3.3 Освітлення

Працюючий буде працювати з мікросхемами та радіодеталями малих розмірів, з вимірювальною апаратурою, платами та схемами тому освітлення приміщення повинно бути якісним.

Природнє освітлення буде забезпечуватись за допомогою трьох вікон. Штучне освітлення у нас на дільниці комбіноване. Комбіноване освітлення

складається із загального та місцевого. Його доцільно застосовувати при роботах високої точності, а також, якщо необхідно створити певний або змінний в процесі роботи напрямок світла. Місцеве освітлення створюється світильниками, що концентрують світловий потік безпосередньо на робочих місцях. У вечірній час передбачено ввімкнення штучного освітлення.

Приміщення пофарбоване в світлі тона, але напроти вікон стоять робочі столи, які наполовину закривають віконні прорізи.

Освітленість: 300Лк.

5.3.4 Шум і вібрації

На робочих місцях в даній лабораторії шум створюється вимірювальними приладами та комп’ютером, а також проникає зовні приміщення через вікна двері. Вібрації предметів не має.

В даній майстерні шум нормується за вимогами СН 3223 - 85 (ДСН 3.3.6.037-99) і відповідає його вимогам.

Карту умов праці:

Фактор	Показник	Значення
		Нормовані	Дійсні
Небезпека	Ступінь небезпеки ураження електричним струмом	Без підвищеної небезпеки	Без підвищеної небзпеки
	Клас пожежонебезпечних приміщень (ПУЕ)	B; П-IIa	В
Мікроклімат	Категорія мікроклімату виробничого приміщення (ГОСТ 4.091.172-82)	Іа	Iб
	Клас чистоти приміщення	D	D
	Тип вентиляції	Комбінована	Природна
	Швидкість руху повітря	0,2	0,2
	За характером навколиш-нього середовища	Оптимальний	Допустимий
Освітлення	Зорова робота	Високо напружена	Високо напружена
	Характеристика зорової роботи	Середньої точності	Середньої точності
	Розмір об'єкту розрізнення	0,5-1,0	0,8
	Розряд зорової роботи	IV	IV
	Норм. КПО бокове природне	1,5-3,5 %	3%
	Норм. КПО суміщене	-	-
	Освітленість, лк	300	300
Шуми та вібрації	Категорія вібрації (ГОСТ 121.012-90), категорія шуму	Загальна вібрація в житлових приміщеннях і громадських будівлях від внутрішніх джерел	Загальна вібрація в житлових приміщеннях і громадських будівлях від внутрішніх джерел
	Тип приміщення	Робоча кімната	Робоча кімната
	Допустимий рівень звуку, тиску (ГОСТ 12.1.003-86)	65 дБА	50 дБА
Хімічне середовище	Хімічні речовини: (ГДК, ГОСТ 12.1.007-76)	Відсутнє	Відсутнє
Статична електрика	ГДР електростатичного поля (№175777 від 10.10.1977р.)	До 20 кВ/м	5 кВ/м

5.4 Заходи по забезпеченню техніки безпеки

Приміщення цеху підприємства відноситься до II категорї електробезпеки з підвищеною небезпекою ураження людини електрострумом. Напруга живлення приладів та обладнання складає 220 В. Для зменшення впливу електричного струму на людину використовується ізолювання струмопровідних частин та провідників, захисне заземлення, захисне відключення приладів та обладнання від мережі живлення. Також для зменшення дії струму підлога в приміщені не струмопровідна, передбачено відключення робочого місця від мережі за допомогою вимикача.

В процесі регулювання приладу дозволяється під’єднувати до контрольних точок осцилограф і мультиметр без відключення напруги живлення.

Під час роботи регулювальник повинен розмістити апаратуру таким чином, щоб виключити можливість випадкового дотику до струмоведучих частин.

Для нормальних умов праці робочих на дільниці повинні застосовуватись необхідні санітарні умови.

Організаційні заходи з охорони праці

До виконання робіт повинні допускатися працівники, які пройшли інструктаж з охорони праці та яким виповнилося 18 років. Вступний інструктаж проводиться інженером з охорони праці в його кабінеті. Первинний інструктаж проводиться безпосередньо на робочому місці кенрівником робіт. Після проведення інструктажу працівник розписується в журналі з охорони праці. Для перевірки знань з охорони праці використовується трьохступеневий контроль.

Правила з охорони праці при розробці світлодіодного годинника:

-       Прилади для проведення роботи слід розташовувати так, щоб забезпечити зручне користування;

-       Перевірити наявність заземлення;

-       Перевірити цілісність ізоляції на з’єднуючих провідниках;

-       Не допускати на своє робоче місце сторонніх осіб, що не мають відносин до дорученої роботи;

-       Дотримуватись встановлений технологічний режим пайки;

-       При виробництві паяльних робіт використовувати матеріали, зазначені в техпроцесі;

-       Залишаючи робоче місце на деякий час, необхідно виключати напругу;

-       Забороняється залишати під напругою відкритий монтаж, прилади та установки.

-       Вимкнути прилади, апаратуру, установки;

-       Привести в порядок робоче місце.

Під час паяння температура гарячого жала паяльника може перевищувати 400°С. Щоб зрозуміти, що насправді означає ця цифра, достатньо сказати, що ту ж температуру можна отримати в духовці, яка виставлена на максимальну температуру. Можете собі уявити відчуття, якщо ви раптом доторкнетеся до вістря паяльника. В більшості електронних схем цілком достатньо зовсім невеликого паяльника, замість того щоб відразу братися за 100-ватний. Для того, щоб з вами не сталось такої неприємності, при роботі з паяльником потрібно дотримуватись таких правил безпеки.

−             Завжди тримайте паяльник в спеціально призначеному для цього кріпленні. Ніколи не кладіть розігрітий паяльник прямо на стіл або робочу поверхню. В іншому випадку ви ризикуєте влаштувати пожежу або обпалити руки.

−             Переконайтеся, що дріт не зачепився де-небудь на столі або на іншому об’єкті. Інакше гарячий паяльник можна легко висмикнути з кріплення і упустити на землю, або собі на коліна.

−             Під час пайки виділяються досить їдкі і токсичні випаровування. Переконайтесь, що ваше робоче місце обладнано доброю вентиляцією, перешкоджаючою скупченню шкідливої парів. Не надто нагинайтесь над столом під час паяння, тому що пари будуть йти прямо вам в обличчя. Якщо ви не можете чітко роздивитись місце з’єднання паянням, краще використовувати збільшувальне скло, ніж підносити плату близько до себе.

−             Якщо ваш паяльник має регульовану температуру жала, виставіть таке її значення, яке рекомендується для даного типу припою.

Не намагайтесь паяти схему, що знаходиться під напругою. Ви ризикуєте пошкодити як схему, так і сам паяльник. Також це небезпечно і для вас

5.5 Протипожежні заходи

Так як дана лабораторія призначена для настройки радіоелектронної апаратури, то в ній повинні бути забезпечені відповідні протипожежні заходи.

Горючими речовинами в приміщенні є: двері, підлога, шафи, столи, папір, обмотки радіотехнічних деталей, ізоляція обмотки радіотехнічних

деталей, ізоляція з'єднувальних кабелів комірок, блоків, панелей.

Джерелами пожеж в даному випадку можуть бути електронні схеми, пристрої електроживлення, де в результаті різних порушень утворюються перегріті елементи, електричні іскри і дуги, які здатні викликати загорання горючих речовин. При проектуванні приміщення були враховані протипожежні заходи. При вході в приміщення знаходиться вуглекислотний вогнегасник, а для евакуації персоналу є аварійний вихід.

Заходи по попередженню пожежі:

-       Відстань від розеток до віконних штор є не менше 1м;

-       Запобіжники в електрощитку повинні відповідати своїм нормам.

Приміщення згідно з ДНАОП 1.9 40 - 1.01 - 96 (НПАОП 22.1-1.02-96) відноситься до категорії "В”.

5.6 Організація робочого місця користувача ЕОМ

Від того, яким чином організоване робоче місце, багато в чому залежить ефективність користувача ЕОМ. Завдання раціональної організації робочих місць користувача включає в себе устаткування його усім необхідним відповідно до змісту та характеру роботи, яка виконується та раціональне його розміщення, створення комфортних умов праці.

Науковою новизною даної роботи є саме те, що на сьогодні є багато проблем, щодо організації робочих місць, які часто не відповідають певним вимогам, але це питання потрібно розглядати і вирішувати, адже правильна організація робочого місця дає змогу ефективніше працювати та високу продуктивність.

Найкращий варіант організації робочого місця, може бути визначений лише за умови детального аналізу тієї роботи, яка виконується системним адміністратором.

Праця системного адміністратора - це не лише суто розумова діяльність. У процесі виконання своєї роботи керівник працює на комп'ютері, користується телефоном, модемом, технікою для множення документів і т.п. Його праця - це безліч різних рухів, простих та складних, таких, які виконуються лише один раз, та таких, які повторюються багато разів, які потребують уваги або виконуються автоматично.

Розглядаючи загальні питання організації праці керівника необхідно передусім звернути увагу на те, наскільки робоче місце відповідає основним вимогам, яким чином воно устатковане.

Організація робочого місця користувача ЕОМ передбачає: упорядкування і планування приміщення, у якому воно знаходиться; вибір і обладнання робочого місця засобами і предметами праці, розміщення предметів праці на робочому місці у певному порядку.

Робоче місце користувача ЕОМ має відповідати певним вимогам: площа робочого місця повинна відповідати санітарним нормам; меблі в кабінеті або іншому службовому приміщенні слід розміщувати з урахуванням взаємозв'язків системного адміністратора з підлеглими та послідовності робіт, що виконуються; меблі, обладнання робочого місця, кількість і номенклатура знарядь праці повинні відповідати змісту і особливостям виконуваної роботи.

При плануванні робочої зони користувача ЕОМ можна використати такі рекомендації: робочий стіл слід розташовувати перпендикулярно до вікна; вхідні двері повинні бути в полі зору системного адміністратора; бажано, щоб вікно було зліва; робочий стіл і крісла повинні бути віддалені від джерела тепла; меблі, як правило, за спиною керівника не розміщують, але винятком можуть бути екран, демонстраційна дошка та ін.; якщо в одному кабінеті два робочих місця, то прохід між ними повинен бути не менше 100 - 120 см; якщо відчинені одна шафа, тумба, бокс чи ящик стола, вони не повинні перешкоджати доступу до інших шаф, боксів; робоче крісло, робочий стіл і стіл-приставку слід розмістити так, щоб не встаючи можна було дістати якомога більше предметів.

У зоні нарад розміщують стіл для нарад із стільцями (кріслами) і крісло для головуючого. Залежно від площі кабінету і чисельності працівників, які звичайно беруть участь у нарадах, ця зона може бути організована самостійно або суміщена з основною робочою зоною. В останньому випадку стіл для нарад розміщують перпендикулярно до письмового стола керівника. Кількість крісел за таким столом не повинна перевищувати 4-5 з кожного боку.

Зону відпочинку обладнують журнальним столиком, кріслами для відпочинку, джерелами локального освітлення, телевізором, її розташовують, як правило, в тій частині кабінету, яка протилежна робочій зоні.

Планування і естетичне оформлення кабінету здійснюється відповідно до вимог естетичної єдності обладнання, колірного оформлення і відповідного реквізиту. Оформлення повинно відповідати смаку володаря кабінету.

Правильна організація робочого місця дає змогу користувача ЕОМ: раціонально, з найменшими витратами праці виконувати свої функції; ефективно спілкуватися з підлеглими та іншими працівниками; підтримувати високу працездатність і робочий настрій.

Для поліпшення умов праці та підвищення працездатності користувача ЕОМ наступне:

обладнати приміщення системами кондиціонування та зволоження повітря для створення сприятливих кліматичних умов праці;

встановити в кожному кабінеті з ПК вогнегасник і аптечку;

замінювати лампи, негайні помаранчевим кольором, на нові. Це дозволить знизити навантаження на зір і підвищити рівень освітленості приміщення;

встановити на робочих столах користувача ЕОМ світильники з можливістю їх переміщення відповідно з індивідуальними особливостями працівника. Це дозволить полегшити роботу з документами; проводити в приміщеннях щоденне вологе прибирання; чистити вікна і лампи в приміщеннях не рідше двох разів на рік. Це дозволить збільшити рівень освітленості кабінету; замінити звичайні жорсткі нерегульовані стільці зі спинкою на підйомно-поворотні і регульовані по висоті і кутам нахилу сидіння і спинки стільці. Це допоможе знизити стомлюваність користувача ЕОМ.

На мою думку, проблема організації робочого місця користувача ЕОМ в сучасних умовах, полягає в тому, що не акцентується увага саме на раціональності, безпеці та комфортності робочого місця користувача ЕОМ, що негативно впливає як, в першу чергу, на здоров'я так і на продуктивність праці.

Висновки

В цьому дипломному проекті було розроблено зрозумілий та багатофункціональний світлодіодний годинник, ключовими особливостями якого є:

¾      у світлодіоді, на відміну від лампи розжарювання або люмінесцентних ламп, електричний струм перетвориться безпосередньо у світлове випромінювання, і теоретично це можна зробити майже без втрат;

¾      світлодіод мало нагрівається, що впливає на довговічність;

¾      світлодіод випромінює світло у вузькій частині спектру, його колір чистий, а ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання, як правило, відсутні;

¾      світлодіод механічно міцний і винятково надійний, його термін служби може досягати 100 тисяч годин, що майже в 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання, і в 5 - 10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи;

¾      світлодіод - низьковольтний електроприлад, а отже, безпечний.

Якби даний годинник мав місце у серійному виробництві, то його ціна була б значно меншою за рахунок цін на комплектуючі, оскільки світлодіоди в малій кількості мають значну вартість. Також на загальну ціну годинника значно впливає і вартість мікроконтролера. Але дані недоліки є питанням часу. Згодом дані годинники, на мою думку, будуть мати місце у серійному виробництві.

Список літератури

1.      Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах/ А.В. Белов. - СПб.: "Наука и Техника", 2010. - 256 с. - ISBN 5-94387-155-1.

2.      Белов А.В. Самоучитель по микропроцессорной технике/ А.В. Белов. - СПб.: "Наука и Техника", 2009. - 224 с. - ISBN 5-94387-084-9.

.        Белов А.В. Создаем устройства на микроконтроллерах/ А.В. Белов. - СПб.: Наука и Техника, 2007. - 304 с. - ISBN 978-5-94387-364-3.

.        Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров/ С.Р. Болл. - М.: Издательский дом "Додэка-ХХI", 2007. - 360 с. - ISBN 978-5-94120-142-6.

.        Вальпа О.Д. Полезные схемы с применением микроконтроллеров и ПЛИС/ О.Д. Вальпа - М: Издательский дом "Додэка-ХХI", 2006. - 416 с. - (Серия "Программируемые системы"). - ISBN 5-94120-129-Х.

.        Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных мікросхемах / С.А. Бирюков. - М.: Радио и связь, 2008. - 127 с.

.        Белоцерковский Г.Б. "Основы радиотехники” / Г.Б. Белоцерковский. - М.: "Советское радио", 1978. - 368с.

.        Буклер В.О. Монтаж радиоаппаратуры / В.О. Буклер. - М.: "Связь", 2009. - 264с.

.        Гаспаров Д.В. Прогнозирование технического состояния и надежности РЕА / Д.В. Гаспаров. - М.: Енергия, 1973. - 224с.

.        Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения / Ф.В. Кушнир. - Ленинград: Энергоатомиздат, 2012. - 210с.

.        Справочник по радиоизмерительным приборам. / Под ред.В.С. Насонова. - М.: Советское радио, 1976. - 330с.

.        Тарабрин Б.В. Цыфровые интегральные микросхемы / Б.В. Тарабрин. - Справочник. М.: Радио и связь, 2009. - 240с.

.        Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства / Р.М. Терещук. - Справочник радиолюбителя. - К.: Наукова думка, 1981. - 670 с.

.        Романичев О.В. Справочник по оформленню конструкторской документации / О.В. Романичев. - М.: "Радио й связь”, 1988. - 246с.

.        Фрумкин Г.Д. Расчёт и конструирование радиоэлектронной аппаратуры / Г.Д. Фрумкин. - М.: "Высшая школа”, 2008. - 346с.

.        Федорков Б.Г. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи / Б.Г. Федорков, В.А. Телец, В.П. Дегтяренко. - М.: Радио и связь, 1984. - 212с.

.        Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы / В.Л. Шило. - Справочник. - М.: Радио и связь, 2010. - 352с.

.        Якубовский С.В. Аналоговые и цыфровые интегральные микросхемы / С.В. Якубовский. - М.: Радио и связь, 2008. - 185с.

.        Офіційна web-сторінка DS1307 [Електронний ресурс] / Aurélien Jarno. - Режим доступу: http://www.piclist.ru/D-DS-DS1307-RUS/DS1307_datasheet_rus. pdf, вільний. - Заг. з екрана. - Мова, англ., франц.

.        Чернов Г. (перевод с англ.) DS18B20, русское описание работы с датчиком температуры. [Електронний ресурс] / Aurélien Jarno. - Режим доступу: http://www.masterkit.ru/zip/ds18b20-rus. pdf, вільний. - Заг. з екрана. - Мова, англ., франц.