Проектирование устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали на контроллере Atmega32

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области

«Краснотурьинский индустриальный колледж»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Проектирование устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали на контроллере Atmega32

Введение

Целью выпускной квалификационной работы является освоение технологии проектных работ, выбор и обоснование технических решений, развитие навыков самостоятельной работы. Целью данного дипломного проектирования является закрепление и расширение знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях по принципам построения микропроцессорных устройств и систем на конкретном примере проектирования микроконтроллерного устройства. При этом в качестве аппаратных средств рекомендуется использование однокристальных микроконтроллеров.

Задачи данного дипломного проектирования:

в соответствии с заданием разработать алгоритм работы микроконтроллерного устройства или микроконтроллерной системы, выбрав при этом необходимые первичные преобразователи (датчики);

выбрать компоненты, удовлетворяющие требованиям быстродействия и функциональным возможностям реализации алгоритма;

с учетом выбранного микроконтроллера, выбрать инструментальные средства для разработки программы выполнения алгоритма и разработать программу;

создать интегрированную библиотеку для создания принципиальной схемы устройства и печатной платы;

в выбранной инструментальной среде осуществить создание печатной платы;

произвести расчет сетевого источника питания.

Оптические датчики делаться на 2 группы

·        По типу устройства;

·        По принципу работы;

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

·        тип T - датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя);

·        тип R - датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом);

·        тип D - датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом).

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник. Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды. [8]

Для проектирования устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали нужны следующие комплектующие: оптический датчик, микроконтроллер АТmega 32, ЖКИ.

Устройство контроля движения автомобиля по автомагистрали нужно для подсчёта количества проехавших машин. В настоящее время это устройство популярно и необходимо, т.к. устанавливается на автомагистралях с целью мониторинга машин.

Основной составляющей этого устройства является оптический датчик. Он через определенные промежутки времени выдает сигналы, которые поступают на микроконтроллер, а с МК на ЖКИ в виде цифровой информации.

.        Описательная часть

 

.1 Описание требуемых параметров МК

алгоритм микроконтроллер программа плата

ATmega32 представляет собой маломощный 8-разрядный микроконтроллер CMOS семейства AVR, построенным на RISC архитектуре, что позволяет выполнять мощные команды за 1 такт.достигает пропускной способности, приближающейся к 16 MIPS на 16МГц, что позволяет проектировщику оптимизировать энергопотребление и скорость обработки.

Ядро Atmel контроллера сочетает в себе богатый набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с Арифметико-логическим блоком (ALU), что позволяет двум независимым регистрам, которые должны быть доступны в одной инструкции, выполняться за один такт.

В результате архитектура становится более эффективной с точки зрения кода, а пропускная способность - в десять раз быстрее, чем обычные микроконтроллеры CISC.предоставляет следующие возможности:

·        32 Кбайт встроенной программируемой Flash-памяти;

·        Программная память с возможностью чтения в режиме записи;

·        1024 байта EEPROM;

·        2 Кбайт SRAM;

·        32 общие линии ввода / вывода, 32 рабочих регистра общего назначения;

·        интерфейс JTAG.

Встроенная поддержка отладки и программирование, три таймера / счетчика с режимами сравнения, внутренними и внешними прерываниями, последовательным программируемым USART. Двухпроводный последовательный интерфейс, 8-канальный, 10-разрядный АЦП с опциональным дифференциальным входным каскадом с программируемым усилением (только для TQFP), программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI и шесть выбираемых программных режимов энергосбережения. В режиме ожидания останавливает CPU, позволяя USART, двухпроводному интерфейсу, аналого-цифровой преобразователю, SRAM, таймер / счетчику, SPI порту прерваться для продолжения нормальной работы.

Режим Power-down сохраняет регистр, но останавливает осциллятор, отключая все остальные функции чипа до следующего внешнего прерывания или аппаратного сброса. В режиме энергосбережения асинхронный таймер продолжает работать, позволяя пользователю поддерживать работу таймера, пока остальная часть устройства находится в режиме сна.

АЦП в режим Noise Reduction останавливает CPU и все модули ввода / вывода, кроме асинхронного таймера и самого АЦП, чтобы свести к минимуму шум при коммутации во время преобразования АЦП. В режиме ожидания кристалл осциллятора работает, пока остальное устройство находится в режиме сна. Это позволяет очень быстро загружаться в сочетании с низким энергопотреблением.

В режиме расширенного ожидания оба основных осциллятора и асинхронный таймер продолжает работать.

Устройство изготовлено с использованием технологии энергонезависимой памяти Atmel высокой плотности. Onchip ISP Flash позволяет перепрограммировать память программ в системе через последовательный порт SPI обычному программисту или программой On-chip Boot, работающей на ядре AVR. Загрузчик может использовать любой интерфейс загрузки приложения из флеш-памяти. Программное обеспечение в разделе Boot Flash будет продолжать работать, в то время как секция Application Flash обновляется, выполняя операцию чтения-записи.

Совмещая 8-битный RISC-процессор со встроенной самопрограммируемой Flash-памятью на монолитном чипе, ATmega32 является мощным микроконтроллером, который обеспечивает высокую гибкость и экономичность. Это решение для многих встроенных управляющих приложений.AVR ATmega32 поддерживает полный набор программных и системных разработок, инструменты, включая: компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики / симуляторы, внутрисхемные эмуляторы. [4]

.2 Основные параметры микроконтроллера

Технические характеристики

·        Высокая производительность с низким энергопотреблением;

·        Усовершенствованная RISC архитектура:

§  131 упрощённая инструкция - большинство инструкций выполняются за 1 тактовый цикл;

§  32 × 8 регистров общего назначения;

§  фиксированный набор команд;

§  Пропускная способность 16 MIPS до 16 МГц;

§  2-х циклический умножитель на чипе.

·        Дополнительный раздел кода загрузки с независимыми битами блокировки

·        Программирование системы загрузки происходит с помощью прошивки на чипе. Безошибочные операции чтения/записи. Программы блокировки для обеспечения безопасности;

·        JTAG (IEEE Std. 1149.1 совместимый) интерфейс:

§  Возможность периферийного сканирования согласно стандарту JTAG;

§  Обширные отладки поддержки чипов;

§  Программирование памяти, EEPROM, предохранители, и биты блокировки через интерфейс JTAG

Периферийные модули:

§  Два 8-разрядных таймеров / счетчиков с отдельными делителями и режимами сравнения;

§  Один 16-разрядный таймер / счетчик с отдельным предделителем частоты, режим сравнения и режим захвата;

§  Счетчик реального времени с отдельным генератором;

§  Четыре ШИМ-контроллера

§  8-канальный, 10-разрядный АЦП: 8 однополярный каналов, 7 дифференциальных каналов в TQFP пакете, 2 дифференциальных канала с программируемым коэффициентом усиления на 1x, 10x или 200x;

§  Старт-бит двунаправленного последовательного интерфейса;

§  Программируемый последовательный USART;

§  Master / Slave SPI для последовательного интерфейса;

§  Программируемый сторожевой таймер с отдельным генератором;

§  Аналоговый компаратор;

Специальные функции микроконтроллера:

§  Сброс по включению питания и программируемое уменьшение напряжения;

§  Внутренний калиброванный RC-осциллятор;

§  Внешние и внутренние источники прерываний;

§  Шесть режимов сна: Idle, АЦП снижение шума, экономии энергии, при отключении питания, в режиме ожидания и длительного ожидания.

·        I / O и корпус

§  32 вывода;

§  40-контактный PDIP, 44-выводном TQFP и 44-накладка QFN / MLF;

·        Напряжения питания по эксплуатации

§  4.5V - 5.5V;

·        Скорость

§  0 - 16 МГц;

·        Потребляемая мощность на частоте 1 МГц, 3V при 25 ° C

§  Активный: 1.1mA;

§  Пассивный: 0.35mA;

§  Выключение режима питания: <1 мкА.

·        Высокая износостойкость, энергонезависимые сегменты памяти:

§  32 Кбайт самопрограммируемой системной флэш-памяти программ;

§  2 Кбайта внутренняя SRAM-память;

§  количество записи /стирания: 10000 Flash / EEPROM 100000;

§  Хранение данных: 20 лет при 85 ° С / 100 лет при 25 ° C. [4]

Выводы контроллера - это проводники, предназначенные для электрического соединения с другими устройствами.

На рисунке 1 представлены выводы микроконтроллера:- Цифровой напряжению питания.- Земля.

Порт A (PA7.PA0) - служит в качестве аналоговых входов для A / D конвертера. Порт A также служит в качестве порта 8-разрядного двунаправленного ввода / вывода, если АЦП преобразователь не используется. Выводы портов обеспечены внутренними подтягивающими резисторами (выбранные для каждого бита).

Выходные буферы порта A имеют высокую пропускную способность. Когда PA0 и PA7 используются как входы, они будут источником тока, если внутренние подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта A находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным.

Порт B (PB7.PB0) - Порт B является порт 8-разрядный двунаправленный ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита).

Выходные буферы порта B имеют симметричный привод с высокой пропускной способностью. В качестве исходных данных, порт B, который будет источником тока, если подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта B находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если часы не работают.

Т0 и Т1 - входы подключения таймера счётчика.

PB2-PB3 - для подключения аналогового компаратора, так же для принятия сигнала прерывания, режим сравнения таймера и PB4 - разрешение кристалла.-PB7 - для подключения последовательного интерфейса.

Порт C (PC7.PC0) - представляет собой порт 8-разрядный двунаправленный порт ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита).

Выходные буферы порта C обладают высокой пропускной способностью. Порт С будет являться источником тока, если подтягивающие Выводы порта C находятся в третьем состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если часы не работают.

Если интерфейс JTAG включен, то подтягивающие резисторы на выводах PC5 (ТДИ), РС3 (ТМС) и ПК2 (ТСК) будут активированы, даже если происходит сброс. Вывод TD0 будет находиться в 3 состоянии, то данные не будут введены.-7 - включение асинхронного режима таймера.-4 - вход\выход тестовых данных.

PC3-2 - тактирование тестовое и выбор режима тестирования.- двунаправленная линия данных. Для передачи данных ведущее устройство посылает ведомому

PC0 - тактирующая линия, которая управляется ведущим устройством.

Порт D (PD7.PD0) - Порт D представляет собой порт 8-разрядный двунаправленный порт ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита). Выходные буферы порта D имеют симметричный привод с высокой пропускной способностью. В качестве исходных данных, порт D, который является источником тока, если подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта D находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если таймер в состоянии покоя.

PD0-1 - вывод\ввод данных.-3 - запрос на прерывание.-5 - выходы таймера\счётчика.

PD6 - сигнал работы таймера по захвату.- режим сравнения таймера.

RESET - вход сброса. Низкий уровень сигнала длится дольше, чем минимальная длительность импульса будет генерировать сброс, даже если часы не работают. - вход усилителя инвертирующего генератора. - выход из инвертирующего усилителя генератора.С - контакт напряжения питания для порта A и A / D конвертера. Он должен быть внешне подключен к VCC, даже если АЦП не используется. Если АЦП используется, он должен быть подключен к VCC через низкочастотный фильтр.F - является аналогом для A / D конвертера. [4]

Рисунок 1 - Цоколёвка

1.3 Описание особенностей работы микроконтроллера

Тактовый генератор - это упрощенное устройство синхронизации микроконтроллеров семейства Mega. На основе системного тактового сигнала формируются дополнительные сигналы, используемые для тактирования различных модулей и блоков микроконтроллера:

·        clkCPU - тактовый сигнал центрального процессора, используется для тактирования блоков микроконтроллера, отвечающих за работу с ядром микроконтроллера (регистровый файл, память данных и т. п.). При выключении этого сигнала ЦПУ останавливается, все вычисления прекращаются;

·        clkI/O - тактовый сигнал подсистемы ввода/вывода, используется большинством периферийных устройств, таких как таймеры/счетчики и интерфейсные модули. Этот сигнал используется также подсистемой внешних прерываний, однако ряд внешних прерываний могут генерироваться и при его отсутствии;

·        lkFLASH - тактовый сигнал для управления FLASH - памятью программ. Как правило, этот сигнал формируется одновременно с тактовым сигналом центрального процессора;

·        lkASY - тактовый сигнал асинхронного таймера/счетчика. Тактирование осуществляется непосредственно от внешнего кварцевого резонатора (32768 Гц). Наличие этого сигнала позволяет использовать соответствующий таймер/счетчик в качестве часов реального времени даже при нахождении микроконтроллера в «спящем» режиме;

·        clkADC - тактовый сигнал модуля АЦП. Наличие этого тактового сигнала позволяет осуществлять преобразования при остановленном ЦПУ и подсистеме ввода/вывода. При этом значительно уменьшается уровень помех, генерируемых микроконтроллером, точность преобразования увеличивается.

Тактовый генератор микроконтроллеров семейства Mega может работать с внешним кварцевым резонатором, внешней или внутренней RC - цепочкой, а также с внешним сигналом синхронизации. Возможность использования того или иного источника тактового сигнала зависит от модели микроконтроллера

Поскольку архитектура микроконтроллеров полностью статическая, минимально допустимая частота ничем не ограничена (вплоть до пошагового режима работы), а максимальная рабочая частота определяется конкретной моделью микроконтроллера. [4]

Прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием. [4]

Таблица 1 - Внутренние прерывания контроллера Atmega 32

№прерыв.	Адрес прерывания	Источник	Значение прерывания
1	$000	RESET	Внешний вывод, сброс по включению питания, brown-out сброс, сброс сторожевого таймера, и JTAG AVR сброс
2	$002	INT0	Запрос внешнего прерывания 0
3	$004	INT1	Запрос внешнего прерывания 1
4	$006	INT2	Запрос внешнего прерывания 2
5	$008	TIMER2 COMP	Таймер / Счетчик 2 сравнение по совпадению
6	$00A	TIMER2 OVF	Таймер / Счетчик 2 по переполнению
7	$00C	TIMER1 CAPT	Таймер / Счетчик 1 Захват событий
8	$00E	TIMER1 COMPA	Таймер / Счетчик 1 сравнение по совпадению
9	$010	TIMER1 COMPB	Таймер / Счетчик 1 сравнение по совпадению
10	$012	TIMER1 OVF	Таймер / Счетчик 1 по переполнению
11	$014	TIMER0 COMP	Таймер / Счетчик 0 сравнение по совпадению
12	$016	TIMER0 OVF	Таймер / Счетчик 0 по переполнению
13	$018	SPI, STC	Последовательное перемещение завершено
14	$01A	USART,RXC	USART, RX завершение
15	$01C	USART,UDRE	USART регистр данных сброшен
16	$01E	USART,TXC	USART, TX завершение
17	$020	ADC	Преобразование АЦП завершено
18	$022	EE_RDY	Готовность EEPROM
19	$024	ANA_COMP	Аналоговый компаратор
20	$026	TWI	Двухпроводной последовательный интерфейс
21	$028	SPM_RDY	Готовность сохранения в памяти программы

Внешние прерывания. В микроконтроллерах семейства Mega имеется две разновидности внешних прерываний. Прерывания первого типа генерируются при появлении на входе внешнего прерывания заданного сигнала. Прерывания второго типа генерируются при любом изменении состояния определенных выводов микроконтроллера. Микроконтроллер ATmega32 содержит такие прерывания как INT0..INT2; регистр для разрешения внешних прерываний GICR, адрес $3В.[13]

Таймер сторожевого таймера синхронизируется от отдельного осциллятора, который работает на частоте 1 МГц и напряжении питания VCC = 5V.

Таймер сторожевого таймера также сбрасывается, когда он отключен, и когда происходит сброс чипа. Для определения периода сброса можно выбрать восемь различных периодов тактового сигнала. Если сброс истекает без другого сброса сторожевого таймера, ATmega32 сбрасывается и выполняется сброс вектора.

Чтобы предотвратить непреднамеренное отключение сторожевого таймера, необходимо следовать специальной последовательности выключения, когда сторожевой таймер отключен. [4]

-разрядный таймер / счетчик может выбирать источник тактовых импульсов от CK, CK с предварительным масштабированием или внешний прерыванием. Кроме того, его можно остановить, как описано в регистр управления таймера / счетчика - TCCR0. Флаг состояния переполнения находится в разделе прерывание таймера / счетчика.Register - TIFR. Управляющие сигналы находятся в регистре контроля таймера / счетчика0 - TCCR0. Настройки включения / отключения прерывания для таймера / счетчика0 находится в «Регистре маски прерывания таймера / счетчика - TIMSK.

Когда таймер / счетчик 0 синхронизированы извне, внешний сигнал синхронизируется с частотой генератора ЦП. Для обеспечения правильной выборки внешних часов.

Минимальное время между двумя внешними тактовыми переходами должно быть не менее времени процессора. Внешний тактовый сигнал дискретизируется по нарастающему фронту внутреннего процессора.

-разрядный таймер / счетчик0 имеет как высокое разрешение, так и высокую точность использования более низкими возможностями прессования. Аналогичным образом, высокие возможности Таймер / Счетчик0 полезны для функций с более низкой скоростью или точных функций синхронизации с более частыми действиями. [4]

Все регистры общего назначения объединены в регистровый файл быстрого доступа. В микроконтроллерах AVR все 32 РОН непосредственно доступны АЛУ, в отличие от микроконтроллеров других фирм, в которых имеется только один такой регистр - рабочий регистр W (аккумулятор). Благодаря этому любой РОН может использоваться практически во всех командах и как операнд - источник и как операнд - приемник. Такое решение (в сочетании с конвейерной обработкой) позволяет АЛУ выполнять одну операцию (извлечение операндов из регистрового файла, выполнение команды и запись результата обратно в регистровый файл) за один машинный цикл.

Каждый регистр файла имеет свой собственный адрес в пространстве памяти данных. Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти), несмотря на то что физически эти регистры не являются ячейками ОЗУ. Такое решение является еще одной отличительной особенностью архитектуры AVR, повышающей эффективность работы микроконтроллера и его производительность. [4]

Все регистры ввода/вывода условно можно разделить на две группы - служебные регистры микроконтроллера и регистры, относящиеся к конкретным периферийным устройствам (в т.ч. регистры портов ввода/вывода). Во всех микроконтроллерах семейства Mega (как и в микроконтроллерах остальных семейств) регистры ввода/вывода располагаются в так называемом пространстве ввода/вывода размером 64 байта. Введение дополнительных РВВ связано с тем, что для поддержки всех периферийных устройств этих моделей обычных 64-х РВВ недостаточно. Распределение адресов пространства ввода/вывода (как основного, так и дополнительного) зависит от конкретной модели микроконтроллера или, если точнее, от состава и возможностей периферийных устройств данной модели.

К регистрам ввода\выводы, расположенным в основном пространстве, можно напрямую обратиться с помощью команд IN и OUT, выполняющих пересылку данных между одним из 32-х регистров общего назначения пространством ввода/вывода. В системе команд имеется также четыре команды поразрядного доступа, использующие в качестве операндов регистры ввода/вывода: команды установки/сброса отдельного бита (SBI и CBI) и команды проверки состояния отдельного бита (SBIS и SBIC). К сожалению, эти команды могут обращаться только к 1-й половине основных регистров ввода/вывода (адреса $00…$1F). Помимо непосредственной адресации (с помощью команд IN и OUT), к РВВ можно обращаться и как к ячейкам ОЗУ с помощью соответствующих команд ST/SD/SDD и LD/LDS/LDD (для дополнительных РВВ этот способ является единственно возможным). В первом случае используются адреса РВВ, принадлежащие основному пространству ввода/вывода ($00…$3F). Во втором случае адрес РВВ необходимо увеличить на $20. Среди всех РВВ есть один регистр, используемый наиболее часто в процессе выполнения программ. Этим регистром является регистр состояния SREG. Он располагается по адресу $3F ($5F) и содержит набор флагов, показывающих текущее состояние микроконтроллера. Большинство флагов автоматически устанавливаются в «1» или сбрасываются в «0» при наступлении определенных событий (в соответствии с результатом выполнения команд). Все разряды этого регистра доступны как для чтения, так и для записи; после сброса микроконтроллера все разряды регистра сбрасываются в «0». [4]

Во всех микроконтроллерах семейства Mega стек реализован программно. Он размещается в памяти данных, и его глубина определяется только размером свободной области памяти программ. В качестве указателя стека во всех моделях используется пара регистров ввода/вывода SPH: SPL, расположенных по адресам $3E ($5E) и $3D ($5D) соответственно. Так как после подачи напряжения питания (или после сброса) в регистрах содержится левое значение, в самом начале программы указатель стека необходимо проинициализировать, записав в него значение верхнего адреса памяти данных. При вызове подпрограмм адрес команды, расположенной за командой вызова, сохраняется в стеке. Значение указателя стека при этом уменьшается на 2, т. к. для хранения счетчика команд требуется 2 байта. При возврате из подпрограммы этот адрес извлекается из стека и загружается в счетчик команд. Значение указателя стека соответственно увеличивается на 2. То же происходит и во время прерывания. При генерации прерывания адрес следующей команды сохраняется в стеке, а при возврате из подпрограммы обработки прерывания он восстанавливается из стека. Во всех моделях микроконтроллеров семейства Mega стек доступен программное. Для работы со стеком в наборе команд имеется две команды: команда занесения в стек (PUSH) и команда извлечения из стека (POP).

Нижние 2144 ячейки памяти данных адресуют регистровый файл, память ввода / вывода и внутренние данные SRAM.

Пять различных режимов адресации для крышки памяти данных:

§  Косвенные;

§  косвенные с предварительным убыванием

§  косвенные с увеличением.

Прямая адресация достигает всего информационного пространства. Режим косвенного с перемещением достигает 63 адресов с базового адреса, указанного по Y- или Z-регистру.

При использовании режимов косвенной адресации регистров с автоматическим предварительным увеличениями и уменьшением, регистры X, Y и Z адреса уменьшаются или увеличиваются. [4]

Память программ предназначена для хранения команд, управляющих функционированием микроконтроллера. Память программ также часто используется для хранения таблиц констант, не меняющихся во время работы программы. Как уже было сказано, память программ представляет собой электрически стираемое ППЗУ (FLASH ПЗУ). В связи с тем, что длина всех команд S_END+1, то FLASH 32 регистра общего назначения, 64 регистра ввода/вывода, 160 доп. регистров ввода/вывода, внутреннее статическое ОЗУ, внешнее статическое ОЗУ, кратна одному слову (16 бит), память программ имеет 16разрядную организацию. Соответственно, объем памяти микроконтроллеров семейства составляет от 4К (4×1024) до 64К (64×1024) 16-разрядных слов.

Логически память программ разделена на две неравные части - область прикладной программы и область загрузчика.

В последней может располагаться специальная программа (загрузчик), позволяющая микроконтроллеру самостоятельно управлять загрузкой и выгрузкой прикладных программ. Если же возможность само программирования микроконтроллера не используется, прикладная программа может располагаться и в области загрузчика. Для адресации памяти программ используется счетчик команд (PC - Program Counter). Размер счетчика команд составляет 12…16 разрядов, в зависимости от объема адресуемой памяти. По адресу $0000 памяти программ находится вектор сброса.

После инициализации (сброса) микроконтроллера выполнение программы начинается с этого адреса (по этому адресу должна размещаться команда перехода к инициализационной части программы). Начиная с адреса $0002 памяти программ, располагается таблица векторов прерываний. Размер этой области зависит от модели микроконтроллера. При возникновении прерывания после сохранения в стеке текущего значения счетчика команд происходит выполнение команды, расположенной по адресу соответствующего вектора. Поэтому по этим адресам располагаются команды перехода к подпрограммам обработки прерываний. В моделях используются команды абсолютного перехода (JMP).

В отличие от микроконтроллеров AVR других семейств в большинстве микроконтроллеров семейства Mega положение вектора сброса и/или таблицы векторов прерываний может быть изменено. Они могут располагаться не только в начале памяти программ, как описано выше, но и в начале области загрузчика. Если прерывания в программе не используются либо таблица векторов прерываний располагается в области загрузчика, то основная программа может начинаться непосредственно с адреса $0001.

Как известно, память программ может использоваться не только для хранения кода программы, но также и для хранения различных констант. Для пересылки байта из памяти программ в память данных имеется две специальных команды - LPM. При использовании команды LPM адрес, по которому производится чтение, определяется содержимым индексного регистра Z. При этом старшие 15 разрядов содержимого регистра будут определять адрес слова (0…32К), а младший разряд будет определять, какой из байтов будет прочитан: «0» - младший байт, «1» - старший байт. [4]- Двухпроводной последовательный интерфейс идеально подходит для типичных приложений микроконтроллера. Протокол TWI позволяет разработчику системы объединить до 128 различных устройств с использованием только двух двунаправленных линий шины, один для синхронизации (SCL) и один для данных (SDA). Только внешние аппаратные необходимый для осуществления автобус является единственным нагрузочный резистор для каждой из линий шины TWI. Все устройства, подключенные к шине, имеют индивидуальные адреса, а также механизмы для разрешения разделения шин присущи протоколу TWI. [4]- последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным интерфейсом.- универсальный асинхронный приёмопередатчик. Узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по цифровой линии другому аналогичному устройству. Представляет собой логическую схему, с одной стороны подключённую к шине вычислительного устройства, а с другой имеющую два или более выводов для внешнего соединения. [4]COMPARATOR - аналоговый компаратор сравнивает входные значения на положительном контактном AIN0 и отрицательном зажиме AIN1. Когда напряжение на положительном контактном AIN0 выше, чем напряжение на отрицательном зажиме AIN1, аналоговый выход компаратора, ACO, устанавливается. Выход компаратора может быть установлен триггер, чтобы вызвать функцию входного захвата Таймера / счетчика. Кроме того, компаратор может вызвать отдельные прерывания, исключительно для аналогового компаратора. Пользователь может выбрать прерывание запуска на выходе компаратора - подъем, падение или переключение. [4]

.4 Описание используемых внешних устройств

Фототранзистор - это фоточувствительный полупроводниковый прибор, подобный полевому или биполярному транзистору. Разница заключается в том, что в его корпусе предусмотрено прозрачное окно, через которое световой поток попадает на кристалл. В отсутствии внешнего освещения - транзистор закрыт и ток коллектора ничтожно мал. При попадании лучей света на переход базы, транзистор открывается и коллекторный ток резко возрастает.

Главным параметром, за которым надо следить при разработке схем на фототранзисторах - это коллекторный ток. Чтобы не превышать его норму, нужно ставить достаточное количество сопротивлений в коллекторе/эмиттере.

В нашем случае мы использовали двухвыводной транзистор. В этих транзисторах имеется доступ только к коллектору и эмиттеру. Это, конечно, затрудняет стабилизацию рабочей точки и транзистор становится более уязвимым к условиям окружающей среды. Испытательное напряжение на его зажимах не должно превышать порядка 0,7В. Оптический датчик изображен на рисунке 2. [1]

Рисунок 2 - Оптический датчик

Если механически объединить несколько одноразрядных семисегментных индикаторов в одном корпусе, то получится многоразрядный семисегментный индикатор. С его помощью можно отображать не только целые числа, но и числа с десятичной дробью, а также простые надписи, сообщения, стилизованные рисунки.

В промышленных многоразрядных семисегментных индикаторах электрические соединения между отдельными модулями выполняются внутри корпуса, а наружу выводятся 7 линий для сегментов «А»…«Н», линия для точки «DP» (опционно, может отсутствовать) и 2…9 линий для выбора знакоместа. Различают многоразрядные индикаторы с активным НИЗКИМ (общий катод) и с ВЫСОКИМ (общий анод) уровнем.

Самодельную многоразрядную сборку легко изготовить в домашних условиях физической компоновкой «друг к другу», «бок в бок» нескольких одноразрядных семисегментных индикаторов. Электрические связи между ними выполняют жгутом параллельных проводов, исключение составляют отводы от общего катода или анода, которые выводятся отдельно из каждой индикаторной «восьмёрки». Сборные и монолитные многоразрядные семисегментные индикаторы имеют идентичную схемотехнику подключения к MK. В многоразрядных индикаторах широко применяется технология мультиплексирования. Это означает, что в каждый момент времени светится только один индикатор, остальные погашены. Если зажигать индикаторы по кругу с частотой обновления 16…25 Гц (рекомендуется 50….150 Гц), то за счёт инерционности зрения будет казаться, что изображение на табло неподвижное. Мультиплексирование предполагает генерацию «бегущей единицы» или «бегущего нуля» на тех выходах MK, которые связаны с выбором знакоместа индикатора. Соответственно на линиях управления сегментами должны в таком же темпе синхронно выставляться низкие/высокие уровни образов цифр или букв. Чтобы не было «паразитных» засветок при переходных процессах, рекомендуется в момент смены знакоместа на короткое время формировать пробел, то есть программно на несколько микросекунд полностью гасить индикатор.

Мультиплексирование требует повышенного импульсного тока через единичные излучатели, иначе будет снижаться общая яркость изображения. Теоретически импульсный ток должен увеличиваться прямо пропорционально числу знакомест. На практике ограничиваются током в импульсе 40…120 мА при среднем токе за один период не более 20…25 мА. Если многоразрядный семисегментный индикатор подключается к MK напрямую, то в статическом режиме ток не должен превышать 20…25мА на одну линию порта, а импульсный ток при динамической индикации не должен превышать 40 мА. Чтобы снять ограничения по току, ставят буферные ключи на транзисторах или на микросхемах с повышенной нагрузочной способностью. Семисегментный индикатор изображён на рисунке 2. [1]

Рисунок 2 - Семисегментный многоразрядный индикатор

.5 Описание алгоритма работы программы

Подключаем библиотеку для контроллера Atmega32. Задаём переменные.

Настраиваем порты на ввод и вывод. В основной программной части настраиваем стек, затем инициализируем прерывания для счётчика. Настраиваем счётчик.

Вводятся данные с порта А и ЖКИ проверяет таймер и счётчик. Если объект появился, то на индикатор выводится число. Если нет, то возвращаемся к вводу данных, проверки счётчика и датчика.

Принципиальная схема устройства контроля движения автомобилей по автомагистрали. К контроллеру подключен оптический датчик к выводу PA0, а семисегментный индикатор к выводам PC0- PC 7 и PD0- PD3.

Оптический датчик, подключенный к аналоговому входу, излучает свет, за счёт которого фиксирует появление каждого нового автомобиля на магистрали в течение дня. Затем преломленный объектом луч возвращается на выход оптического датчика, с помощью рефлектора. От оптического датчика на входы АЦП поступает аналоговый сигнал. АЦП преобразует этот сигнал в цифровой.

Далее, данные с преобразователя идут на встроенный в контроллер таймер\счётчик, который фиксирует поступивший на него цифровой сигнал и эти данные отправляются на порты ЖКИ-индикатора. Счётчик сбрасывает предыдущее значение, и вся процедура повторяется заново.

Рисунок 3 - Принципиальная схема устройства

2. Расчётная часть

 

.1 Код программы на языке СИ

- программа, представляющая собой интегрированную среду разработки ПО для AVR микроконтроллеров.

Из основных достоинств CodeVisionAVR можно отметить то, что он не слишком сложен для самостоятельного освоения, поддерживает все многочисленное семейство микроконтроллеров AVR (включая чипы с ядром ATxmega), формирует емкий и результативный программный код. Помимо компилирования среда разработки способна записать созданную программу в память микроконтроллера. Модуль прошивки может взаимодействовать со всеми популярными программаторами (AVR910, STK200/300 и многими другими). Редактор позволяет работать с двумя проектами одновременно, размещать закладки, настраивать время автоматического сохранения результатов. [17]

Код программы:

#include<mega32.h> // библиотека контроллера

#include<delay.h> // антидре без г контактов

unsigned char =0x06,// 1=0b1011011,//2=0b1001111,//3=0b1100110,// 4=0b1101101;//5=0b1111101,// 6=0b0000111,//7=0b1111111,//8 =0b1101111;//9char count; //номериндикатора[TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)main(void)

{=0x00;

PORTA=0xFF;=0xFF;// порт С на выход =0x00;//сегменты не светятся =0x0f;// порт D на выход =0x00;//индикаторы не выбраны =0x01;//прерывание по переполнению =0x01;// коэффициент предделителя 1

#asm("sei")//разрешение прерываний(1){&=0xFF;//выключаем все индикаторы

PORTC&=0x00; =0b11111110; //1 индикатор(PINA==0b11111110){(count==1)PORTC=c1;if(count==2)PORTC=c2;if(count==3)PORTC=c3;if(count==4)PORTC=c4;if(count==5)PORTC=c5;if(count==6)PORTC=c6;if(count==7)PORTC=c7;if(count==8)PORTC=c8;if(count==9)PORTC=c9;}_ms(150); // задержка

count++; // бесконечный цикл}}

При компиляции программы в CodeVision были получены результаты, которые представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - результаты компиляции

На рисунке 5 видно, что программа выполнена без ошибок. Объем памяти выделяемой под стек - 512 байт. Аппаратный стек - 1536 байт.

Рисунок 5 - окно компиляции

Программа Proteus представляет собой мощную систему схемотехнического моделирования, сделанной на основе виртуальных моделей электронных элементов. Специфической чертой данного программного пакета (Proteus) - есть отличная возможность моделирования различной работы программируемых устройств: микропроцессоров, контроллеров, DSP и т.д. [18]

Модель устройства контроля движения автомобилей по автомагистрали изображена на рисунке 6. К МК подключен семисегментный ЖКИ и кнопка, имитирующая работу датчика.

При нажатии кнопки устройство начинает работать, а именно подсчитывать импульсы и выводить данные на ЖКИ количество проехавших машин.

Рисунок 6 - Схема эмуляции

2.2 Создание библиотеки компонентов в Pattern.exe, Symed.exe(P- CAD)

P-CAD - мощная система автоматизированного проектирования печатных плат радиоэлектронных и вычислительных устройств.

Программа способна выполнить весь цикл разработки печатных плат, интерактивное размещение элементов и автотрассировку проводников, поиск ошибок на любой стадии проекта, подготовку документации, проверку целостности всех сигналов, анализ перекрестных искажений.CAD состоит из двух автономных модулей - Schematic (редактор электрических схем) и PCB (редактор печатных плат). Проекты схем могут содержать до 999 листов, а проекты плат - до 999 слоев размером 60х60 дюймов. Существуют возможности интерактивной разводки дифференциальных пар для минимизации электромагнитных помех, мультимаршрутная трассировка по заданным параметрам, ортогональное перетаскивание проводников. Кроме основных подпрограмм P-CAD имеет вспомогательные: Library Executive (менеджер библиотек), Symbol Editor (редактор символов элементов), Pattern Editor (редактор посадочных мест, корпусов элементов) и некоторые другие. Библиотеки P-CAD хранят более 27 тысяч элементов, сертифицированных по стандарту ISO 9001. Полностью поддерживаются форматы Gerber и ODB++.

Система автоматизированного проектирования использует англоязычный интерфейс. Проверенных или официальных русификаторов нет. Использование шрифтов True Type позволяет делать надписи на русском языке. [19]

.        Создание контактных площадок компонентов в редакторе PatternEditor:

МК имеет 40 выводов. Так как у микроконтроллера корпус PDIP контактные площадки не могут быть более 0,8 мм, поэтому предусматриваем посадочное место диаметром 0,6 мм. Шаг между выводами 0, 254 мм. Размер контроллера 5,40х13,80 мм. Посадочное место МК изображено на рисунке 7.

Рисунок 7 - Посадочное место контроллера

Посадочное место оптического датчика изображено на рисунке 8. Датчик имеет 1 контактную площадку. Сам датчик находится за пределами печатной платы, подключаясь с помощью электрического провода. Размер 50х18 мм.

Рисунок 8 - посадочное место оптического датчика

ЖКИ индикатор имеет 28 выводов. Размер индикатора. Посадочное место ЖКИ изображено на рисунке 9.

Рисунок 9 - посадочное место ЖКИ

К ЖКИ подключены подтягивающие резисторы. Посадочное место резитора изображено на рисунке 10.

Рисунок 10 - посадочное место резистора

Посадочное место питания и земли изображено на рисунке 11.

Рисунок 11 - посадочное место питания и земли

.        Создание символов компонентов в редакторе SymbolEditor:

Микроконтроллер имеет 40 выводов и размер 5,40 х 13,80 мм. Символ микроконтроллера изображен на рисунке 12.

Рисунок 12 - Микроконтроллер

Символ ЖКИ индикатора 37,6 х 19. ЖКИ изображён на рисунке 13.

Рисунок 13 - ЖКИ индикатор

Резистор имеет размеры 8х2,54 мм. изображён на рисунке 14.

Рисунок 14 - резистор

Оптический датчик имеет размеры 50х18 мм. Изображён на рисунке 15.

Рисунок 15 - Оптический датчик

Источник питания на 5В имеет размеры 52х24 мм. Изображён на рисунке 16.

Рисунок 16 - источник питания

2.3 Схема печатной платы устройства в редакторе PCB.exe

Так как P-CADявляется бесплатным программным обеспечением - автоматическая трассировка не возможна (возможно только при покупке лицензии), поэтому схема проекта печатной платы создана сразу с ручной трассировкой.

На рисунке 17 видно, что плата имеет 2 стороны, перемещение с верхней стороны на нижнюю осуществляется через монтажное отверстие.

ПП построена в соответствии с реальными размерами компонентов. Имеет размер 80х120 мм. Шаг сетки - 2,5 мм.

Рисунок 17 - печатная плата устройства с трассировкой

2.4 Выбор материала печатной платы

Ниже приводится результаты выбора материала для изготовления печатной платы.

Для изготовления печатной платы могут быть применены фольгированные стеклотекстолиты марок: FR-4, Rogers 4350, СТНФ, СФ-2.

Стеклотекстолит - представляет собой слоистый стеклопластик, отличающийся особой упругостью и износостойкостью. Производится стеклотекстолит методом горячего прессования из пропитанной синтетической смолой стеклоткани.

Стеклотекстолит долговечен, стойкий к истиранию и воздействию химических реагентов, он отличается низким водопоглощением и хорошими диэлектрическими характеристиками. По прочности, теплостойкости и стойкости к контакту с агрессивными средами данный материал значительно превосходит текстолит.

Стеклотекстолит превосходит гетинакс по огнеупорности, прочности, сцеплению с фольгой и ряду других параметров, важных для электроники.

Выбор материалов произведен, по комплексной оценке, по группе основных параметров нескольких типов материалов.

Комплексный показатель качества Q варианта технического решения записывается в виде:

(1)

где  - весовые коэффициенты, определяющие значимость каждого из n дифференциальных показателей качества варианта, ai - нормированные значения показателей.

Выбор марки фольгированного материала будет производиться по следующим параметрам:

-    относительной диэлектрической проницаемости ;

-    тангенсу угла диэлектрических потерь tg;

-    плотности материала ;

-           коэффициенту теплопроводности материала ;

-           пределу прочности на изгиб .

Значения названных параметров для перечисленных выше марок материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры для выбора марки фольгированного материала

Марка. Материала	Тангенсу угла диэлектрических потерь tg	Плотности материала , г/см3	Коэффициенту теплопроводности материала  Вт/(м.К)	Предел прочности на изгиб ,МПа
FR-4	0,05	1,85	0,4	80
СТНФ	0,034	2,47	0,3	78
СФ-2	0,07	1,79	0,3	42,3
Rogers 4350	0,07	2,25	0,4	70

Параметры марок материалов приводятся к тенденции понижения качества. С этой целью коэффициент теплопроводности материала и предел прочности на изгиб заменяются на обратные величины (так как их увеличение приводит к повышению качества изделия). Результаты приведем в таблице 3.

Таблица 3 - Параметры для выбора марки фольгированного материала

Марка Материала	Тангенсу угла диэлектриских потерь tg	Плотности материала , г/см3	Коэффициенту теплопроводности материала 1/, (м.К)/Вт	Предел прочности на изгиб 1/, 1/МПа
FR-4	5	0,05	1,85	2,5	0,0125
СТНФ	5,3	0,034	2,47	3,33	0,0128
СФ-2	7	0,07	1,79	3,33	0,0236
Rogers 4350	5,4	0,07	2,25	2,5	0,0143

Нормирование дифференциальных показателей производится по формуле 2:

(2)

где a_imax - максимальное из значений i-го дифференциального показателя для сравниваемых элементов.

Выбор весовых коэффициентов производится в однобалльной системе.

(3)

Повышенные требования предъявляются к прочности печатной платы поэтому весовой коэффициент  полагаем равным 0,3. Также одним из важных параметров материала печатной платы является коэффициент теплопроводности, от которого зависят показатели теплового режима передатчика, поэтому  = 0,3. Для тангенса угла диэлектрических потерь, плотности материала и относительной диэлектрической проницаемости соответственно принимаем = 0,2,  = 0,1,  = 0,1.

Рассчитываем комплексный показатель качества для выбранного материала по формуле 1:

Q = 0,1*1 + 0,2*1 + 0,1*0,724 + 0,3*1 + 0,3*1= 0,900

Аналогично выбирается материал для изготовления деталей корпуса. Предполагается, что корпус будет изготовлен методом штамповки-гибки из листовых металлических материалов.

Выбор марки материалов корпуса передатчика будет производиться по следующим параметром:

-   температурный коэффициент линейного расширения ;

-   модуль упругости Е;

-           плотности материала ;

-           коэффициенту теплопроводности материала ;

-           пределу прочности на изгиб .

Для изготовления основания и крышки корпуса могут быть использованы сплавы алюминия марок: Д16, Д18, АД1, Амц. Параметры названных материалов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Параметры марок для изготовления основания и крышки корпуса

Марка материала	Температурный Коэф. Линейного расширения,	Модуль упругости Е, Мпа	Плотности материала , г/см3	Коэффициенту теплопроводности материала ,Вт/(м.К)	Предел прочности на изгиб ,МПа
Д16	22,9	72000	2,8	146	460
Д18	20,3	71000	2,76	172	300
АД1	24	71000	2,71	216	150
АМЦ	23,2	70000	2,73	180	220

Таблица 5 - Параметры марок для выбора марки фольгированного материала

Марка Материала	Температурный Коэф. Линейного расширения,	Модуль упругости Е, МПа	Плот. материала , г/см3	Коэффициенту теплопроводности материала 1/, (м.К)/Вт	Предел прочности на изгиб 1/, 1/МПа
Д16	22,9	72000	2,8	0,01	0,002
Д18	20,3	71000	2,76	0,006	0,003
АД1	24	71000	2,71	0,005	0,007
АМЦ	23,2	70000	2,73	0,006	0,05

Нормирование дифференциальных показателей производится по формуле:

 (4)

Результаты нормирования приводится в таблице 6.

Таблица 6 - Результаты нормирования дифференциальных показателей

Марка материала	Температурный К линейного расширения, *	Модуль упругости Е*	Плотности материала  *	Коэффициенту теплопроводности материала (1/ )*	Предел прочности на изгиб (1/ )*
Д16	0,954	1	1	1	0,040
Д18	0,845	0,986	0,985	0,600	0,060
АД1	1	0,986	0,967	0,500	0,140
АМЦ	0,966	0,972	0,975	0,600	1

Для данного проекта по требуемым параметрам был выбран сплав марки Д18. Это высокопрочный сплав с низкой устойчивостью к коррозии. Для коррозийной защиты листы сплава плакируются слоем технического алюминия.

Значения параметров приведены к тенденции повышения качества, нормирование параметров произведено по формуле 1. При значениях весовых коэффициентов  = 0,2,  = 0,1,  = 0,1, = 0,3,  = 0,3 рассчитаны комплексные оценки качества.

Q = 0,1*0,845+0,2*0,986 + 0,1*0,985 + 0,3*0,600 + 0,3*0,060= 0,422

Таким образом, для изготовления печатной платы используются фольгированный стеклотекстолит СФ-2, для изготовления основания и крышки корпуса - сплав Д18.

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания можно использовать медную. Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине, травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Выбираем толщину фольги 17,5 мкм. Таким образом получаем материал для печатной платы СФ-2-17,5. [2]

.5      Выбор класса точности печатной платы

По конструкции печатные платы бывают односторонние, двусторонние и многослойные. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности печатных плат в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции. [2]

Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции печатных плат для узкого места в зависимости от класса точности приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Номинальные значения параметров для класса точности

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
γ *	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20

* γ - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы.

Печатные платы обладают электрическими и конструктивными параметрами.

К электрическим параметрам относятся:

·   t - ширина печатного проводника

·   S - расстояние между печатными проводниками

·   b - радиальная ширина контактной площадки

·   R - сопротивление печатного проводника;

·   C - емкость печатного проводника;

·   L - индуктивность печатного проводника.

К конструктивным параметрам печатных плат относятся:

·   размеры печатной платы;

·   диаметры и количество монтажных отверстий;

·   диаметры контактных площадок;

- минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Выбрав материал печатной платы, определяем ширину печатного проводника по формуле 1:

= 0,8 /0,0175*0,0118 = 0,50мм (1)

где I - ток, А, протекающий по проводнику;

h - толщина фольги, мм;

j - плотность тока, А/мм².

Максимально допустимая плотность тока для печатного проводника нашего устройства следующая:

А/мм² для внешних слоев печатной платы специальной аппаратуры

J=I/S(2)

J= 20/1689,52=0,0118 А/мм²

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка, расположенные на наружном слое печатной платы, приведены в таблице 8. [2]

Таблица 8 - Расстояние между элементами проводящего рисунка

Расстояние между элементами проводящего рисунка	Значение рабочего напряжения, В
	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2 мм	-	25
Св.0,2 '' 0,3 ''	30	50
'' 0,3 '' 0,4 ''	100	150
'' 0,4 '' 0,7 ''	150	300
'' 0,7 '' 1,2 ''	300	400
'' 1,2 '' 2,0 ''	400	600

Так как рабочее напряжение будет равняться 25 В, то на данной печатной плате расстояние между элементами проводящего рисунка будет 0,2 мм.

Плата соответствует 3 классу точности.

Выбрав класс точности изготовления печатной платы, можно определиться со способом изготовления печатной платы.

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле (3):

 (3)

R =0,025*0,31/0,50*0,0175=0,140 Ом

где ρ - удельное сопротивление меди, Ом·мм²/м;

l - длина проводника, м.

Удельное сопротивление меди зависит от метода изготовления проводящего слоя. Если проводники формируются методом химического травления фольги, то удельное сопротивление меди будет равно 0,0175 Ом·мм²/м, а при электрохимическом наращивании меди пленка более рыхлая и удельное сопротивление равно 0,025 Ом·мм²/м, при комбинированном методе изготовления печатной платы, когда проводники получаются методом химического травления, а металлизация отверстий производится методом электрохимического наращивания, удельное сопротивление будет равно 0,020 Ом·мм²/м. [2]

2.6    Определение конструктивных параметров платы

Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь. Площадь можно определить по формуле 3, как

 (3)

где F_ЭРЭ - площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

F_ТО - площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями;

F_СВ - площадь, которую не должны занимать электрорадиоэлементы по конструктивным соображениям [таблицы 5 и 10];

К_З - коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в пределах 0,3-0,8.

Площадь, занимаемая ЭРЭ, определяется по установочным размерам электрорадиоэлементов. Для упрощения расчетов исходные данные целесообразно занести в таблицу 9. [3] [4] [5]

Таблица 9 - Установочные размеры электрорадиоэлементов

Тип ЭРЭ	Кол-во	Площадь, занимаемая одним ЭРЭ	Площадь, занимаемая всеми ЭРЭ
ATMega 32	1	723,12	723,12
С2-29в 0.125	9	28	252
BC56-11SRWA	1	714,4	714,4
Итог			1689,52

 (4)

где d_ТО - диаметр технологических и/или крепежных отверстий;

n - количество отверстий.

Fтo = 3,14*0,9*111/4 = 78,42 мм²

Посчитав площадь печатной платы, необходимо выбрать размеры платы согласно ГОСТ 10 317-79.

С учетом размера краевого поля и обеспечения теплового режима, выбираем размер платы 80х120 мм. Полученные размеры платы не расходятся с размерами, рекомендованными к применению ГОСТ 10.317-79.

После выбора размеров печатной платы определить реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле 5:

 (5)

где  и  выбранные размеры печатной платы.

Диаметры монтажных отверстий должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ, причем d_О = d_В + D, при d> 0,8 мм Δ = 0,3 мм.

ATmega32 do = 0,5 + 0,3 = 0,8 мм, где d_В = 0,8 мм из ГОСТа 29137-91

ЖКИ индикаторdo = 0,5 + 0,3 = 0,8 мм, где d_В = 0,5 мм

Оптический датчикdo = 0,7 + 0,3 = 1 мм, где d_В = 0,7 мм

Резисторdo = 0,6 + 0,3 = 0,9 мм, где d_В = 0,6 мм из ГОСТа 12661-67

Рекомендуется на плате иметь количество размеров монтажных отверстий не более трех. Поэтому диаметры отверстий, близкие по значению, увеличивают в сторону большего, но так, чтобы разница между диаметром вывода и диаметром монтажного отверстия не превышала 0,4.

Диаметры контактных площадок определяются по формуле:

где b - радиальная ширина контактной площадки, мм;

Δd - предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм;

Т_d - значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм;

Т_D - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм.

Таблица 10 - Предельное отклонение диаметра монтажного отверстия

Предельно отклонение Δdмм.	Наличие металлизации	Предельно отклонение диаметра Δd, мм. Для класса точности
		1	2	3
До 1,0	б/метал.	±0,10	±0,10	±0,05
	с метал.б/оплавл.	+0,05;-0,15	+0,05;-0,15	+0;0,10
	С метал.и оплавл	+0,05; -0,18	+0,05; -0,18	+0;-0,18
Св. 1,0	б/метал.	±0,15	±0,15	±0,10
	с метал.б/оплавл.	+0,10; -0,20	+0,10; -0,20	+0,05; -0,15
	С метал.иоплавл	+0,10; -0,23	+0,10; -0,23	+0,05;-0,18

Таблица 11 - Значение позиционного допуска расположения осей отверстий

Размеры печатной платы по большей стороне, мм	Значение позиционного допуска расположения осей отверстий Тd, мм*, для класса точности
	1	2	3
До 180 включая	0,20	0,15	0,08
Св. 180 до 360	0,25	0,20	0,10
Свыше 360	0,30	0,25	0,15

Таблица 12 - Значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок

Вид изделия	Размер печатной платы по большей стороне	Значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок TD, мм для класса точности
		1	2	3
ОПП; ДПП; ГПК; МПП (наружный слой)	До 180 включ.	0,35	0,25	0,15
	Св.180 до 360	0,30	0,20
	Св.360	0,45	0,35	0,25
МПП(внутренний слой)	До 180 включ.	0,40	0,30	0,20
	Св.180 до 360	0,45	0,35	0,25
	Св. 360	0,50	0,40	0,30

Диаметр контактной площадки для резистора:

Диаметр контактной площадки контроллера:

Диаметр контактной площадки ЖКИ индикатора:

Диаметр контактной площадки оптического датчика

2.7    Расчёт надежности схемы

Данное устройство содержит приличное количество элементов и соединений, которые потенциально могут оказаться причиной отказа всего устройства в целом. Поэтому необходимо рассчитать надёжность устройства, учитывая все элементы. Для удобства расчётов все эти элементы сведены в таблицу 13.

Таблица 13 - Расчёт надёжности схемы

№	Элементы, подлежащие расчёту	Количество,шт	Значение интенсивности отказов , 1/ч
1	Оптический датчик	1	0,5·10-6
2	Интегральные схемы	1	2,5·10-6
3	Контактные площадки	86	0,02·10-6
4	Резисторы металлодиэлектрические	8	0,04·10-6
5	Отверстия	26	1·10-6
6	Печатная плата	1	0,0005·10-8
7	Проводники	22	0,005·10-6
8	Отверстия пайки	86	0,002·10-6
9	Семисегментный индикатор	1	8·10-6

где l1 - интенсивность отказов германиевых транзисторов- количество германиевых транзисторов

l2 - интенсивность отказов интегральных микросхем- количество интегральных микросхем

l3 - интенсивность отказов контактных площадок- количество контактных площадок

l4 - интенсивность отказов металлодиэлектрических резисторов- количество металлодиэлектрических резисторов

l5 - интенсивность отказов отверстий пайки- количество отверстий пайки

l6 - интенсивность отказов печатной платы- количество печатных плат

l7 - интенсивность отказов проводников- количество проводников

L=0,0000005*1+0,0000025*1+0,00000002*86+0,000004*8+0,000001*62+0,000000000005*1+0,000000005*22+0,000000002*86+0,000008*1=103,83252*10^-6

2.8    Расчёт источника питания

Чтобы подобрать источник питания для контроллера, необходимо знать мощность потребления контроллера. Она определяется суммой всех компонентов, расположенных на плате устройства по формуле:

P_К= P_Э, где

P_К - потребляемая мощность контроллера;

P_Э - потребляемая мощность элемента платы.

В таблице 14 приведена мощность потребления всех компонентов печатной платы.

Таблица 14 - Расчёт потребляемой мощности

Тип элемента	Потребляемая мощность элемента, Вт	Количество элементов, шт	Общая мощность элементов, Вт
Контроллер Atmega32	1,9 Вт	1	1,9
Семисегментный индикатор	0,075Вт	1	0,075
Оптический датчик	1Вт	1	1

Рк = 1,9+0,5+2=3 Вт

В связи с безопасностью технического оборудования и жизнеобеспечения пользователя, требуемая мощность контроллера будет повышена на 2 Вт.

Требуемый источник питания должен иметь мощность потребления не менее ~5 Вт. Выбран блок питания DIY.

Блок питания на 5V мощностью 5Вт, имеет пластмассовый корпус. Предназначен для трансформации напряжения с переменного AC 220V на постоянное DC 5V. Источник работает в широком диапазоне температур от -20 до +60°С. Один выходной разъём с нагрузкой 5 Вт. В таблице 15 приведены подробные характеристики блока питания. [9]

Таблица 15 - Характеристики блока питания

Параметр	Значение
Размер источника	52 х 24 х 18мм
Диапазон температур	От -20 до +60°С
Мощность	5Вт
Выходное напряжение	24В
Выходной ток	1000mA

3.  Экономическая часть

Кардинальное ускорение научно-технического прогресса - важнейший путь развития народного хозяйства, повышения его эффективности. Оно во многом зависит от улучшения качества выпускаемых машин, оборудования и приборов, повышения их технико- экономического уровня, производительности, надежности, безопасности в эксплуатации.

Выбор эффективных вариантов техники предусматривает расчеты и анализ показателей экономической эффективности и уровня качества техники. Такие расчеты являются обязательными и выполняются на ряде этапов НИОКР: при разработке технико-экономического обоснования темы и прогнозировании цены на нее, при разработке карты технического уровня и качества продукции, при обосновании цены на новое изделие.

Цена на новую технику рассчитывается на этапах ее разработки и производства. Основной для техники является оптовая цена предприятия, используемая для расчета за продукцию, передаваемую одним предприятием другому или снабженческо-сбытовым организациям.

Расчет себестоимости изготовления устройства контроля движения автомобиля и расходы складываются из двух видов:

. Единовременные расходы (капитальные). Эти расходы необходимы для создания (разработки) проекта. Они включают стоимость приобретения основных средств, стоимость труда программистов вместе с социальными отчислениями, стоимость покупаемого программного обеспечения, стоимость коммунальных нужд (например, электроэнергии), стоимость машинного времени.

. Текущие расходы. Они предназначены для поддержания проекта в работоспособно состоянии. Это может быть зарплата или надбавка к зарплате программиста, стоимость машинного времени.

Весь проект разрабатывался одним человеком с использованием одного компьютера. Проект был разработан за 30 рабочих дней (1,5 рабочих месяца). Рассмотрим подробно каждый вид расходов.

3.1 Единовременные расходы

Разработка проекта производилась на персональном компьютере, принадлежащему разработчику. Первоначальная стоимость компьютера 40 000 руб. В комплектацию компьютера входило все необходимое для его работы: системный блок, монитор, клавиатура, мышь, источник бесперебойного питания. На компьютере была также установлена ОС Windows. В таблице 16 приведен список программного обеспечения (ПО), которое применялось для разработки проекта.

Таблица 16 - Список применяемого программного обеспечения

Наименование	Цена, руб	Примечание
MicrosoftWindows 10	5 740,85	Входит в стоимость компьютера
Пакетпрограмм Microsoft Office 2016	5 000	Входит в стоимость компьютера
GoogleChrome	-	Скачано из Интернета
Proteus	20 585	Входит в стоимость ПК
Code Visio AVR	-	Входит в стоимость ПК
P-CAD 2006	1000	Входит в стоимость компьютера

Для расчета стоимости машинного времени определим показатели и формулы для их расчета:

Амортизация компьютера. Для расчета амортизационных отчислений будет использован линейный метод.

Используя значение стоимости компьютера, подсчитаем амортизационные отчисления за все время разработки проекта по формуле:

,

где Ак - амортизационные отчисления, руб.;

СК - стоимость персонального компьютера, руб.;

К - коэффициент амортизации персонального компьютера;

М - количество месяцев, потраченных на разработку проекта.

Подставив значения в формулу, подсчитаем амортизационные отчисления персонального компьютера:

 руб.

Оплата потребляемой электроэнергии

Годовой фонд времени полезной работы машины определяется по формуле:

,

где t_ЭВМ - годовой фонд времени полезной работы ЭВМ, час / год;

Добщ. - число дней в году;

Д_праздн. - число выходных и праздничных дней в году;_сут. - время работы ЭВМ в сутки, часов;_проф. - время профилактических работ, час / год.

Подставив значения в формулу, рассчитаем годовой фонд времени полезной работы машины:

 час / год

Максимальная мощность компьютера W = 450 Вт. Стоимость 1 кВт/ч составляет CW = 3,54 рубля кВт/ч. Стоимость потребляемой энергии в год составляет:

,

где СЭ - стоимость потребляемой электроэнергии в год, руб;_ЭВМ - годовой фонд времени полезной работы компьютера, час / год;

СW - стоимость 1 кВт×ч, руб.; - мощность компьютера, Вт;

М - количество месяцев, потраченных на разработку программы.

Стоимость потребляемой энергии за время разработки проекта по формуле составила:

 руб.

Итого стоимость машинного времени за период разработки дипломного проекта составила: 966,29 руб. (624 +342,29).

В общей сложности на исследование поисков решения задачи было потрачено 14 рабочих дня. Из них 90 часов были проведены в сети Интернет для поиска материалов, а остальное время потрачено на их анализ.

Потраченное время входит в общее количество времени, затраченное на разработку проекта. Дополнительными расходами является оплата доступа к сети Интернет. Подсчитаем общую стоимость по следующей формуле:

,

Где СИ - стоимость оплаты доступа в Интернет, руб;

ТД - Плата за час по дневному тарифу, руб.;

ВД - Время в Интернет, проведенное по дневному тарифу, руб;

ТЛ - Плата за час по льготному тарифу, руб.;

ВЛ - Время в Интернет, проведенное по льготному тарифу, руб.

Подставив значения в формулу, получим:

 руб.

Подсчитаем все единовременные расходы по следующей формуле:

,

Где Р - единовременные расходы, руб;

РАморт. - Расходы на амортизацию, руб.;

РЭл.энер. - Расходы на электроэнергию, руб.;

РИсслед. - Расходы на исследование, руб.;

Подставив значения в формулу, получим:

+ 342,29+ 190= 1 156 руб.

3.2 Текущие расходы

В качестве текущих расходов необходимо считать оплату труда сотрудника, который будет осуществлять поддержку разработки устройства.

Поддержку устройства будет осуществлять лаборант. Наряду с основными обязанностями, будет предусмотрено время на поддержку устройства. По согласованию с руководителем проекта, это время составит 2 рабочих дня из расчета 5-и дневной рабочей недели в рабочем месяце, или 0,1 рабочего времени в месяце.

Таким образом, суммарно расходы работодателя по оплате труда лаборанта составят: 12000 + 3624 = 15624 руб. в месяц. Так как расходы на поддержку устройства составят 0,1 от оплаты труда, тогда текущие расходы на поддержку проекта составят: 1562,4 руб. ежемесячно, или 18748,8 руб. в год (1562,4 * 12 = 18748,8).

К текущим расходам можно было бы отнести еще и потребление энергии, но так как фактически компьютер никогда не выключается в течение рабочего дня, даже в те моменты, когда нет работы, то разницы в потреблении электроэнергии практически не будет, или она будет несущественной.

Выводы: Проведенные расчеты показали экономическую целесообразность разработки.

В результате всех расчетов получили следующие показатели:

Единовременные (капитальные) расходы составили 1562,4 рублей.

Текущие расходы - 18748,8 рублей в год.

4. Охрана труда

 

.1 Охрана труда на участке изготовления початых плат

В серийном и мелкосерийном производстве широкое распространение получили одно- и многоножевые роликовые ножницы, на которых материал разрезается сначала на полосы заданной ширины, а затем на заготовки. Разрезку основных и вспомогательных материалов (прокладочной стеклоткани, кабельной бумаги и др.), необходимых при изготовлении многослойных печатных плат в мелкосерийном и единичном производстве, осуществляют с помощью гильотинных ножниц.

Таким образом, выполнение заготовительных операций по раскрою материала сопряжено с опасностью повреждения рук работающего в случае попадания их в зону между пуансоном и матрицей, в частности верхним и нижним ножом гильотинных ножниц, при ручной подаче материала.

Наибольшую опасность представляет работа пресса в автоматическом режиме, требующая большого напряжения, внимания и осторожности работающего, так как всякое замедление движения рабочего может привести к травматизму. Во избежание попадания рук рабочего в опасную зону применяют систему двурукого включения, при котором пресс включается только после одновременного нажатия обеими руками двух пусковых кнопок.

В прессах и ножницах с ножными педалями для предотвращения случайных включений педаль ограждают или делают запорной. Часто, кроме этого, опасную зону у пресса ограждают при помощи фотоэлементов, сигнал от которых автоматически останавливает пресс, если руки рабочего оказались в опасной зоне. При ручной подаче заготовок необходимо применять специальные приспособления: пинцеты, крючки и т.д.

Радикальным решением вопроса безопасности является механизация и автоматизация подачи и удаления заготовок из штампа, в том числе с использованием средств робототехники.

Базовые отверстия получают различными методами в зависимости от класса печатных плат. На печатных платах первого класса базовые отверстия получают методом штамповки с одновременной вырубкой заготовок. Базовые отверстия на заготовках плат второго и третьего классов получают сверлением в универсальных кондукторах с последующим развертыванием. В настоящее время в серийном и крупносерийном производстве традиционное сверление базовых отверстий по кондуктору на универсальных сверлильных станках уступило место сверлению на специализированных станках.

Таким образом, станки в одном цикле со сверлением предусматривают установку фиксирующих штифтов, плотно входящих в просверленное отверстие и скрепляющих пакет из 2-6 заготовок. Во избежание травм при работе на сверлильных станках необходимо следить за тем, чтобы все ремни, шестерни и валы, если они размещены в корпусе станка и доступны для прикосновения, имели жесткие неподвижные ограждения. Движущиеся части и механизмы оборудования, требующие частого доступа для осмотра, ограждаются съемными или открывающимися устройствами ограждения. В станках без электрической блокировки должны быть приняты меры, исключающие возможность случайного или ошибочного их включения во время осмотра.

Во избежание захвата одежды и волос рабочего его одежда должна быть заправлена так, чтобы не было свободных концов; обшлага рукавов следует застегнуть, волосы убрать под берет.

Образующуюся при сверлении, резке материала заготовок печатных плат пыль необходимо удалять с помощью промышленных пылесосов.

Изготовление печатных плат непосредственно связано с применением различного рода химикатов, которые при попадании на кожу могут вызвать ожоги. Эти вещества, кроме того, являются ядовитыми.

При работе с травящими растворами кожа рук должна быть защищена резиновыми перчатками, которые перед началом работы проверяются на герметичность.

Хранение растворителей осуществляется в стеклянных или полиэтиленовых бутылях с хорошо пригнанными пробками. [14]

.2      Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности

При подготовке поверхности платы к покраске, а также при удалении защитного слоя краски после травления обычно пользуются растворителями (ацетон, бензин). Эти вещества являются летучими и легковоспламеняемыми. Неаккуратное обращение с ними может привести к пожару. Работа с летучими веществами должна производиться при наличии вытяжной вентиляции.

На всех участках работ, где применяются легковоспламеняющиеся вещества, должны быть вывешены плакаты и технологические инструкции, составленные с учетом пожарной безопасности.

Легковоспламеняющиеся вещества следует хранить в посуде с герметичными крышками (пробками). Посуду открывают только в момент использования данных веществ.

При травлении металлов выделяется свободный водород, который при соединении с кислородом воздуха образует взрывчатую смесь. Для удаления кислотных паров вместе с этой смесью эффективным средством является бортовой отсос.

Во время работы с растворителями в помещении запрещается курить или разводить огонь.

Монтаж макета производится электрическим паяльником. Пайка ведётся свинцово-оловянным припоем ПОС-61 с использованием канифоли. При пайке выделяются ядовитые пары свинца, олова и канифоли, которые могут вызвать отравление при попадании в организм через дыхательные пути.

При технологическом монтаже используются приборы, питание которых осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В. При работе с этими приборами возникает опасность поражения электрическим током.

Поражение может произойти:

·        При нарушении изолирующего слоя питания;

·        При появлении напряжения в корпусах используемых приборов.

Во избежание пожара электрические паяльники и электрические обжигалки должны обеспечиваться специальными термостойкими диэлектрическими подставками. Обжигание концов контактных проводов должно проводиться в несгораемом вытяжном шкафу.

При работе с электрическими приборами необходимо заземлять корпуса всех приборов. Согласно ГОСТ 12.1.019-79 «Электробезопасность. Общие требования» для электроустановок с напряжением до 1000В, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4Ом.

При включении приборов, используемых при монтаже или настройке, необходимо проверить изоляцию проводов питания.

Для обеспечения пожарной безопасности предусматриваются устройства для отключения тока при коротком замыкании как всей цепи (распределительный щит в лаборатории), так и непосредственно в приборах (плавкие предохранители). Освещённость рабочего места должна составлять 300-500 лк. Арматура светильников должна обеспечивать защиту глаз от слепящего света. Покрытие рабочих столов должно быть тёмным и матовым, чтобы отражённые блики не утомляли глаза.

Для ликвидации возможного пожара в лаборатории необходимо иметь углекислотные огнетушители ОУ-2 или ОУ-5 и противопожарное одеяло. Доступ к противопожарным средствам должен быть свободным в любое время. [14]

.3      Оказание первой помощи при поражении электрическим током

При поражении человека электрическим током необходимо принять меры к освобождению пострадавшего от тока и немедленно приступить к оказанию ему первой помощи.

Освобождать человека от действия тока необходимо как можно быстрее, но при этом надо соблюдать меры предосторожности. Если пострадавший находится на высоте, должны приниматься меры по предупреждению его падения.

Прикосновение к человеку, находящемуся под напряжением, опасно, и при ведении спасательных работ необходимо строго соблюдать определенные предосторожности от возможного поражения током лиц, проводящих эти работы.

Наиболее простым способом освобождения пострадавшего от тока является отключение электроустановки или той ее части, которой касается человек. При отключении установки может погаснуть электрический свет, поэтому при отсутствии дневного света необходимо иметь наготове другой источник света - фонарь, свечу и т. д.

Если быстро отключить установку нельзя, необходимо принять соответствующие меры предосторожности, чтобы самому не оказаться в контакте с токоведущей частью или телом пострадавшего, а также под напряжением шага.

В установках напряжением до 400 В пострадавшего можно оттянуть за сухую одежду. При этом нельзя касаться незащищенных участков тела пострадавшего, сырой одежды, обуви и т. д.

При наличии электрозащитных средств - диэлектрических перчаток, галош, ковриков, подставок - следует их использовать при освобождении пострадавшего от тока.

В случаях, когда руки пострадавшего охватывают проводник, следует перерубить проводник топором или другим острым предметом с изолированными ручками (сухое дерево, пластмасса).

В установках напряжением выше 1000 В для освобождения пострадавшего необходимо пользоваться изолирующей штангой или изолирующими клещами, соблюдая все правила пользования этими защитными средствами.

Если пострадавший в результате воздействия напряжения шага упал, его необходимо изолировать от земли, подсунув под него сухую деревянную доску или фанеру.

После освобождения пострадавшего от тока необходимо установить степень поражения и в соответствии с состоянием пострадавшего оказать ему медицинскую помощь. Если пострадавший не потерял сознание, необходимо обеспечить ему отдых, а при наличии травм или повреждений (ушибы, переломы, вывихи, ожоги и т. д.) необходимо оказать ему первую помощь до прибытия врача или доставить в ближайшее лечебное учреждение.

Если пострадавший потерял сознание, но дыхание сохранилось, необходимо ровно и удобно уложить его на мягкую подстилку - одеяло, одежду и т. д., расстегнуть ворот, пояс, снять стесняющую одежду, очистить полость рта от крови, слизи, обеспечить приток свежего воздуха, дать понюхать нашатырный спирт, обрызгать водой, растереть и согреть тело.

При отсутствии признаков жизни (при клинической смерти отсутствует дыхание и пульс, зрачки глаз расширены из-за кислородного голодания коры головного мозга) или при прерывистом дыхании следует быстро освободить пострадавшего от стесняющей дыхание одежды, очистить рот и делать искусственное дыхание и массаж сердца.

Существующие способы искусственного дыхания делятся на аппаратные и ручные.

Наиболее простым аппаратом искусственного дыхания является ручной портативный аппарат РПА-1. Вдувание и удаление воздуха из легких пострадавшего аппаратом производится через резиновую трубку или плотно надетую маску. РПА-1 удобен в применении, позволяет вдувать в легкие до 1 л воздуха за один цикл.

Для проведения искусственного дыхания при помощи РПА-1 пострадавшего необходимо уложить на спину, открыть и прочистить рот, вставить в рот воздуховод (чтобы не западал язык) и надеть соответствующую по размеру маску. С помощью ремней установить степень растяжения меха, что определяет количество подаваемого воздуха. При растягивании меха воздух из атмосферы засасывается в мех. При сжатии меха этот воздух подается в легкие пострадавшего. Во время следующего растягивания меха происходит пассивный выдох через дыхательный клапан, препятствующий повышению давления в легких пострадавшего выше нормы.

Кроме этого способа в настоящее время широко применяют способы искусственного дыхания «изо рта в рот» и «изо рта в нос», являющиеся наиболее эффективными.

Прежде чем начать искусственное дыхание, нужно убедиться в проходимости дыхательных путей пострадавшего. Если челюсти у него сжаты, их разжимают каким-нибудь плоским предметом. Полость рта освобождают от слизи. Затем пострадавшего укладывают на спину и расстегивают одежду, стесняющую дыхание и кровообращение. Голова его при этом должна быть резко запрокинута назад так, чтобы подбородок находился на одной линии с шеей. В этом положении корень языка отходит от входа в гортань, благодаря чему обеспечивается полная проходимость верхних дыхательных путей. Во избежание западания языка необходимо одновременно выдвинуть вперед нижнюю челюсть и удерживать ее в этом положении. Затем оказывающий помощь делает глубокий вдох и, прилов свой рот ко рту пострадавшего, вдувает в его легкие воздух (метод «изо рта в рот»). После того как грудная клетка пострадавшего достаточно расширится, вдувание воздуха прекращают. У пострадавшего при этом происходит пассивный выдох. Тем временем оказывающий помощь делает снова глубокий вдох и повторяет вдувание. Частота таких вдуваний для взрослых должна достигать 12-16, для детей - 18-20 раз в минуту. На время вдувания воздуха ноздри пострадавшего зажимают пальцами, а после прекращения вдувания их открывают для облегчения пассивного выдоха.

При методе «изо рта в нос» воздух вдувают через носовые входы, поддерживая подбородок и губы пострадавшего так, чтобы воздух не уходил через ротовое отверстие. У детей искусственное дыхание можно производить «изо рта в рот и нос».

Для восстановления сердечной деятельности применяют непрямой, или закрытый, массаж сердца. Пострадавшего укладывают на спину. Оказывающий помощь становится сбоку или в изголовье пострадавшего и кладет ему ладонь своей руки на нижнюю треть грудины посередине (предсердечная область). Другая рука накладывается на тыльную поверхность первой руки для усиления давления, и оказывающий помощь энергичным толчком обеих рук смещает переднюю часть грудной клетки пострадавшего на 4 - 5 см в сторону позвоночника. После надавливания следует быстро отнять руки. Закрытый массаж сердца следует проводить в ритме нормальной работы сердца, т. е. 60 - 70 надавливаний в минуту.

С помощью закрытого массажа не удается вывести сердце из состояния фибрилляции. Для устранения фибрилляции служат специальные аппараты - дефибрилляторы. Основным элементом дефибриллятора является конденсатор, который заряжается от сети, а затем разряжается через грудную клетку пострадавшего. Разряд происходит в форме одиночного импульса тока длительностью 10 мкс и амплитудой 15 - 20 А при напряжении до 6 кВ. Импульс тока выводит сердце из состояния фибрилляции и вызывает синхронизацию функции всех мышечных волокон сердца.

Мероприятия по оживлению, включающие одновременное проведение закрытого массажа сердца и искусственного дыхания, выполняют, когда пострадавший находится в состоянии клинической смерти. Закрытый массаж сердца и искусственное дыхание проводят так же, как описано выше. Если оказывают помощь два человека, то один из них производит закрытый массаж сердца, а другой - искусственное дыхание. При этом на каждое вдувание воздуха производится 4 - 5 надавливаний на грудную клетку. Во время вдувания воздуха надавливать на грудную клетку нельзя, а если на пострадавшем надето термобелье, то надавливание может быть просто опасно.

Если оказывает помощь один человек, то ему самому приходится производить и закрытый массаж сердца, и искусственное дыхание. Очередность операций при этом следующая: производится 2 - 3 вдувания воздуха, а затем 15 толчков в область сердца.

Мероприятия по оживлению необходимо проводить до восстановления нормальной работы сердца и органов дыхания, о чем свидетельствуют порозовение кожи, сужение зрачков и восстановление реакции на свет, появление пульса на сонной артерии, восстановление дыхания. Если оживить пострадавшего не удается, то эти мероприятия необходимо продолжить до прибытия медицинского персонала или появления явных признаков необратимой (биологической) смерти: снижения температуры тела до температуры окружающей среды, окоченения, трупных пятен. [14]

Заключение

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была достигнута основная цель - спроектировано устройство контроля движения автомобилей по автомагистрали.

Для достижения поставленной цели были изучены технические и эксплуатационные характеристики устройств, а именно микроконтроллер ATmega 32, оптический датчик, источник питания, ЖКИ.

В ходе проектирования был разработан алгоритм микроконтроллерного устройства, выбраны компоненты для реализации алгоритма, выбраны инструментальные средства для разработки программы управления - CodeVisionAVR и Proteusдля модуляции работы устройства.

В PCA-D созданы библиотека посадочных мест элементов для установки на печатную плату и библиотека компонентов для построения принципиальной схемы. Так же построена печатная плата в соответствии с реальными размерами элементов. Размер самой платы 80х120 мм. Изготовление печатной платы будет осуществляться комбинированным способом. Плата соответствует 3 классу точности.

Исходя из расчетов материала для печатной платы, наилучшем вариантом является фольгированный стеклотекстолит. С помощью расчетов были вычислены диаметр контактных площадок, ширина проводников, зазоры.

Принцип работы устройства контроля интенсивности движения автомобилей таков: оптический датчик, подключенный к аналоговому входу, излучает свет, за счёт которого фиксирует появление каждого нового автомобиля на магистрали в течение дня. Затем преломленный объектом луч возвращается на выход оптического датчика, с помощью рефлектора. От оптического датчика на входы АЦП поступает аналоговый сигнал. АЦП преобразует этот сигнал в цифровой.

Далее, данные с преобразователя идут на встроенный в контроллер таймер\счётчик, который фиксирует поступивший на него цифровой сигнал и эти данные отправляются на порты ЖКИ-индикатора. Счётчик сбрасывает предыдущее значение, и вся процедура повторяется заново.

Приведенные расчеты показывают, что одно такое устройство стоит 2200 рублей.

Источники информации

1.      С.М. Рюмик. 1000 и одна микроконтроллерная схема. Выпуск 2 [Текст] / М: Додэка-XXI,2010 - 400 с.

2.      Пирогова Е.В. Проектирование и технология изготовления печатных плат [Текст] / М: Высшая школа,2005 - 562 с.

3.      Datasheet к семигементому индикатору BC56-11SRWA - англоязычное техническое издание

4.      Datasheet для микроконтроллера Atmega 32 - англоязычное техническое издание

5.      Datasheet к резистору C2-29В - русскоязычное издание

6.      Шпак Ю.А. Программирование на языке СИ для AVR и PICмикроконтроллеров. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. / Сост. Ю.А. Шпак - К.: ²МК-Пресс², 2011. - 544 с.

7.      Зорин А.Ю. Условные графические обозначения на электрических схемах / М: Издательский дом МЭИ,2007 - 40с с.

8.      Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы ATMEL [Текст] / М: Додэка-XXI,2005. - 558 с.