Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация -- одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций. Другими словами, это переход от человеческой рабочей силы, к более мощной - механической, а человеку остаётся лишь отслеживать правильность выполнения поставленной задачи.

Но далеко не всегда у человека есть возможность отслеживать работу машины. В таких случаях используют ещё более сложно устроенное изобретение человека - следящую систему, способную на саморегуляцию и самоконтроль выполняемой операции.

Целью дипломной работы является разработка системы управления микроклиматом теплиц: полив, нагрев, освещение.

Предметом исследования является датчик, для поддержания микроклимата теплицы.

Ни один живой человек не может обойтись без овощей и фруктов питания, выращенных на полях, огородах или в теплицах. Те культуры, которые менее прихотливые к окружающей их природе и условий роста и плодообразования выращиваются в открытом грунте, а те, которые являются более требовательны, но при этом не менее необходимые выращиваются в закрытом грунте, или теплице.

Одно из главных условий успешного роста данных растений является микроклимат, от поддержания которого зависит урожайность и многое другое. Поэтому основная задача дипломной работы - разработка системы управления микроклиматом теплиц по трём параметрам (температура, влажность, освещение), а именно электронного датчика на базе микроконтроллера для поддержания и регулировки микроклимата теплиц на должном уровне. электронный регулятор микроклимат теплица

На первом этапе исследования была изучена предметная область дипломной работы, описаны ключевые термины, был отобран и обработан материал.

На втором этапе проведена непосредственная разработка электронного датчика микроклимата: создание структурной и функциональной электрических схем, электрической принципиальной схемы устройства.

Цель и задачи работы определили ее структуру. Работа включает введение, техническую и экономическую части, раздел охраны труда и заключение, список использованных источников и приложение.

В рамках дипломной работы будет проведен сравнительный анализ существующих технологий на базе микропроцессоров, разработана структурная, функциональная и принципиальная схемы электронного регулятора микроклимата теплиц с тремя чувствительными элементами.

Теоретическая значимость работы заключается в расширении исследовательского диапазона при освещении данной темы.

Для выполнения дипломной работы были использованы следующие методы:

- исследование предметной области, отбор и обработка теоретического материала;

- анализ и сравнительная характеристика различных видов электронных датчиков микроклимата;

- проектирование и разработка электронного датчика микроклимата;

- обобщение и описание полученных результатов.

Проект основывается на микроконтроллере типа Tiny13 фирмы Atmel.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Аналитический обзор по теме

С каждым годом в тепличных предприятиях все большее внимание уделяется качественному поддержанию микроклимата. Правильно выбранная технология поддержания микроклимата - одна из важнейших составляющих, позволяющих повысить урожайность. А эффективное использование энергоресурсов - дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции. Современная автоматизированная система управления микроклиматом должна поддерживать не только заданный режим, но и максимально эффективно использовать возможности исполнительных систем.

Микроклимат- это комплекс метеорологических условий в помещении. В тепличных помещениях она определяется тремя основными параметрами: влажностью почвы, температурой окружающего воздуха и степенью освещения внутреннего пространства.

Влажность почвы - это количество влаги в почве, выраженное в процентах от ее веса или объема. Динамика изменения веса почвы определяет водный режим почвы и оказывает огромное влияние как на ход биологических процессов в ней, так и на обеспечение растений водой и, как следствие, на создание урожая. Динамику веса характеризуют следующие свойства: влагоемкостъ (способность удерживать определенное количество влаги), водопроницаемость (способность пропускать сквозь себя воду), водоподъемность (способность поднимать воду по волосным промежуткам между частичками почвы), испаряемость влаги и гигроскопичность почвы. В практике почву называют сухой, если она не пылит, но при сдавливании рукой кажется сухой (10- 15%); свежей, если при сдавливании она оставляет след влаги (20-30%); сырой, если при этом она выпускает воду каплями (31- 50%); мокрой если почва выпускает влагу без всякого давления. Наиболее благоприятная для возделывания растений В. п. (в практике ее отождествляют со свежей почвой) создается правильной обработкой почвы, снегозадержанием и орошением. Различают абсолютную (в % к ее массе) и относительную (отношение абсолютной влажности к полевой влагоемкости почвы, %) влажность. Абсолютная влажность почвы определяется после взвешивания ее проб (в алюминиевых биксах) в сыром и сухом (после сушки при 105 - 110° до постоянной массы) состоянии по формуле.

Процесс фотосинтеза - важнейший фактор в жизни растений. От него зависит скорость роста и урожайность. Источником энергии для фотосинтеза является свет, поэтому, приступая к сборке теплицы защищённого грунта, нужно продумать оптимальное её расположение, позволяющее использовать естественное освещение максимально эффективно. Различают естественное и искусственное освещение. Естественное- это освещение в течении светового дня солнечным светом, а искусственное- это освещение искусственными источниками света в темное время суток, или при недостаточном солнечном свете. Интенсивность света, падающего на определенную плоскость, измеряется в единице «люкс». Летом в солнечный полдень интенсивность света в наших широтах достигает 100 000 люкс. Во второй половине дня яркость света снижается до 25000 люкс. Минимальное количество света, которое требуется для выживания каждому растению, составляет приблизительно 500 люкс. При более слабом освещении оно неизбежно погибнет. Для нормальной жизни и роста даже неприхотливым растениям с небольшой потребностью в свете необходимо как минимум 800 люкс.

Температура в теплице в среднем должна составлять от +16 до 25 градусов, а ночью спадать не более, чем на 5-8 градусов. Ниже нормы температура станет замедлять темп роста растений, да и более высокая температура неблагоприятна - ведь она стимулирует разрастание зеленой массы, от чего сразу пострадает урожайность растений и качество самих плодов в теплице. Буквально 1-2 лишних градуса тепла - больше половины растений начинают чахнуть. Днем, в зависимости от вида овощей, оптимальная температура для теплицы -- 16-25°С, ночью же - на 4-8°С меньше. Кроме того, скорость роста растений прямо пропорциональна температуре, и увеличение температуры на 10 градусов соответственно увеличивает скорость самого роста. Но важно помнить, что чрезмерное повышение температуры (например, свыше 40 градусов) способно вызвать угнетение и гибель зелени. Для почвы же оптимальная температура -- 14-25°С, а вот снижение ее до 10°С приведет к фосфорному голоданию растений. Но и повышение до 25-28°С может, в свою очередь, вызвать затруднение всасывания корнями влаги, из-за чего растения могут увянуть от засухи даже на достаточно влажной почве.

Все эти моменты, очень важные для любого растения и любого садовника, довольно тяжело отслеживать самому. В таких случаях на помощь и приходят такие устройства, примером которых служит мой датчик.

В настоящее время ведется активная модернизация теплиц, связанная с повышением количества исполнительных систем: разделение контуров, модернизация форточной вентиляции, установка систем зашторивания, установка вентиляторов. И чем больше исполнительных систем имеет теплица, тем важнее для нее выбор критерия, определяющего стратегию поддержания микроклимата. Например, одним из наиболее популярных критериев управления является экономия теплоресурсов. В данном случае целесообразнее активно использовать нижние контура обогрева, т.к. они меньше всего отдают тепла внешней среде. Другой подход к выбору критерия предполагает поддержание температуры у точки роста выше, чем у корней растения и тем самым подразумевает активное использование верхних контуров обогрева. Еще один критерий управления основывается на том, что нижний контур должен поддерживать в корневой зоне постоянную температуру, так называемый оптимум, и лишь при исчерпанных ресурсах других исполнительных систем отклоняться от него.

Опыт внедрения автоматизированных систем управления показывает, что на этапе проектирования системы достаточно сложно выбрать единый критерий управления. Поэтому в системе управления должна существовать возможность оперативно задать критерий во время эксплуатации, причем методы его задания должны в наглядной форме отражать агрономические, экономические и теплотехнические требования, предъявляемые к системе.

Таким образом, современная система управления должна позволять задать не только один из вышеперечисленных критериев управления или их комбинацию, но и любой другой возникающий в процессе производства, предоставляя агроному-технологу широкие возможности в выборе метода поддержания температурно-влажностного режима в теплице.

Активная аналитическая работа накопить большой материал по методологиям выбора критерия управления. На основе этого материала разработчики системы провели модернизацию программного обеспечения, позволяющую в удобной таблично-графической форме задать практически любую стратегию поддержания микроклимата. На основе этой таблицы компьютером принимается решение о распределении управляющих воздействий среди исполнительных систем.

1.2 Анализ поставленной задачи

В ходе выполнения дипломного проекта необходимо разработать цифровой датчик автоматического поддержания микроклимата внутри тепличного помещения.

Необходимо изучить алгоритм поддержания и регулировки трёх параметров микроклимата, выбрать базовые схемотехнические решения для выполнения поставленных задач, произвести выбор элементной базы, а также составить комплект документации к устройству: структурную и функциональную схемы устройства, электрическую принципиальную схему.

Разработка устройства должна проходить с использованием микроконтроллеров, применение которых позволит расширить функционал схемы, сделать ее более гибкой в настройке, а также упростить добавление новых функций в уже имеющуюся схему, т.е. рассмотреть возможность дальнейшей модернизации устройства.

При разработке схем отдельное внимание было уделено микроконтроллерным технологиям. Микроконтроллерные технологии очень эффективны. Одно и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением микроконтроллеров, становится проще, не требует регулировки и меньше по размерам. С применением микроконтроллеров появляются практически безграничные возможности по добавлению новых потребительских функций и возможностей к уже существующим устройствам. Для этого достаточно просто изменить программу.

Существуют множество систем, позволяющих отслеживать, регулировать и поддерживать на заданном уровне параметрические значения микроклимата. Некоторые системы поддерживают только один из жизненно важных параметров, некоторые все сразу. У каждой системы есть свои достоинства и недостатки.

Системы управления микроклиматом «Галькон» сочетают в себе суперсовременный микропроцессорный контроллер, надежные и точные датчики специальные технологии, заложенные в программу.

Галлео - семейство специализированных микропроцессорных контроллеров, включающее 3 основных модели:

- Галилео - модульный и наиболее мощный контроллер. Его ресурсы могут легко наращиваться с минимальной конфигурации (16 выходов / 8 входов) до гигантских размеров (192 входа/выхода) простым добавлением плат входов/выходов;

- Галькон-32 - контроллер среднего размера (24 выхода, 12 аналоговых и 12 цифровых входов);

- Галькон-16 - экономичный маленький контроллер (12 выходов, 4 аналоговых и 8 цифровых входов) для отдельной теплицы, не оборудованной полным набором механизмов.

Все контроллеры семейства Галькон совместимы друг с другом, базируются на одном и том же программном обеспечении и могут работать в сети на связи с персональным компьютером. Контроллер может одновременно управлять 4-мя современными теплицами, включающий в себя широкий выбор датчиков, прошедших тщательный отбор и проверку по надежности и точности. Датчики температуры воды, воздуха, почвы, относительной влажности воздуха (психрометрический или электронный), скорости и направления ветра, датчик солнечной радиации, СО2 и осадков .

Различные каналы связи между контроллерами возможно объединять в сеть с персональным компьютером, а именно проводную линию, радиосвязь, телефонную линию.

Может быть применена графическая компьютерная программа для наблюдения за протекающими процессами, управления, для сбора и обработки данных.

Основными функциями датчика являются:

- управление положением боковых и верхних окон в соответствии с температурой и влажностью воздуха;

- использование терморефлективного экрана для сбора данных о температуре и/или солнечной радиации, а также в установленное время для экономии энергии при отоплении.

- применение системы охлаждения - "мокрый экран", для распыления воды кондиционерами. Управление производится в соответствии с температурой воздуха и, при необходимости, соблюдением очередности в работе устройств.

- синхронизация датчиков влажности с системой "мокрый экран";

- использование вентиляторов для понижения температуры и удаления избыточной влажности.

- обеспечение распределения горячего воздуха, СО2, инсектицидов, просушки влажных листьев.

- обогащение СО2, обеспечивающееся генераторами, в соответствии с уровнем СО2, солнечной радиации, температуры и с учетом параллельно протекающих процессов.

- испарение серы для защиты растений. Система активизируется в нужное время, обеспечивая закрытие окон и проветривание по окончании работы.

- тревога - система оповещения при неполадках системы или выхода параметров микроклимата из заданных пределов. Возможно применение следующих типов устройств : сирена, сигнальная лампа, пейджер, набор заданного номера телефона и т.д.

Система «Агротерм» предназначена для контроля и автоматического управления температурным режимом в промышленных теплицах . Основным интеллектуальным узлом системы является персональный компьютер. Система может использоваться персоналом, не имеющим специальных навыков в работе с компьютером, и решает следующие задачи:

- отображение на экране компьютера температуры, положений клапанов и другой технологической информации в виде сводной таблицы;

- построение графиков изменения температуры;

- хранение в архиве и воспроизведение данных за любой промежуток времени (несколько лет);

- распечатка на принтере необходимых данных о температурных режимах;

- автоматическое поддержание заданной температуры и влажности с помощью алгоритмов автоматического регулирования;

- контроль состояния технологического оборудования (включено/выключено, температура обмоток двигателей, уровень вибрации и др.);

- переход на зимний, летний, осенне-весенний и дневной/ночной режим работы;

- управление приводами фрамуг;

- сообщение оператору о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы;

- запись аварийных ситуаций в файл;

- управление фрамугами в зависимости от направления ветра;

- обеспечение возможности периодической калибровки измерительных каналов системы и внесения поправок в алгоритм ее функционирования пользователем, не имеющим специальных знаний по работе с компьютером (например, инженером КИП).

Система обеспечивает подключение любых видов датчиков, включая:

- аналоговые датчики температуры (воздуха внутри и снаружи теплицы, почвы, воды в контурах отопления, кровли, питательного раствора и др.):

- цифровые датчики температуры;

- цифровые датчики влажности;

- датчики давления (атмосферного и воды в контурах отопления);

- скорости и направления ветра;

- датчики атмосферного давления;

- датчики концентрации СО₂;

- датчики освещенности.

Перечень задач, решаемых системой, может быть сокращен или расширен по желанию заказчика.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание структурной схемы электронного датчика микроклимата

Электронный датчик поддержания микроклимата состоит из следующих частей : 3 датчиков приёма сигала, 3 усилителей сигнала, 3 устройств распознавания уровня, устройства принятия решений и 3 исполнительных устройств.

Структурная схема -- это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию. Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части

Данное устройство, состоящее из трёх датчиков слежения, работает от источника питания мощностью 12 Вольт. Питание подаётся на микроконтроллер типа DIL 8 ,который и отвечает за работу всего аппарата. Данное отвечает за контроль таких, жизненно важных для тепличных растений характеристик, как влажность, температура и освещение. Далее о каждом из них.

Датчик влажности.

От двух диэлектрических стрежней, помещённых в грунт сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь, который находится на микроконтроллере. Затем, микроконтроллер(далее именуемое “Устройство”) принимает сигнал , анализирует его данные и принимает решение о дальнейшем действии. Затем сигнал с необходимыми данными поступает, через резистор, создающий необходимое сопротивление, на транзистор, передающий сигнал непосредственно исполняющему устройству. Для создания необходимого первоначального сопротивления и предотвращения выхода из строя датчика используется подстроичный резистор.

Датчик освещённости.

Элемент, определяющий степень освещенности внутреннего пространства теплицы, представляет собой фоторезистор. Это устройство улавливает пучок световых лучей и определяет его насыщенность. После этого сигнал подаётся на аналого-цифровой преобразователь для преобразования данных из аналогового в цифровой формат, для дальнейшего анализа и обработки. Затем сигнал подаётся к исполнительному устройству, которое приводит в действие систему ,та называемых “штор”, препятствующих прониканию солнечного света, или к комплексу осветительных приборов, создающих имитацию дневного света. Для создания необходимого входного сопротивления тут также используется подстроичный резистор, а для выходного- обычный.

Датчик температуры.

В данном устройстве, элементом определяющим температуру является терморезистор. При повышении температуры внутри теплицы повышается сопротивление терморезистора, на что реагирует аналого-цифровой преобразователь. После этого подаётся импульс на заслонки, которые при открытии пропускают холодный воздух с улицы в помещение теплицы и тем самым снижаю температуру. При наличии повышенной температуры, наоборот сопротивление уменьшается, но не безразмерно, а столько, сколько позволяет резистор. При понижении температуры импульс подаётся не на заслонки, а на контур отопления, который греет воздух. За счёт поступления по нему горячей воды.

2.2 Описание функциональной схемы электронного датчика микроклимата

Функциональная схема -- документ, разъясняющий процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или изделия в целом. Функциональная схема является экспликацией отдельных видов процессов, протекающих в целостных функциональных блоках и цепях устройства. Функциональная схема - вид графической модели изделия.

Функциональная схема электронного датчика микроклиматаимеет следующее функциональное назначение

Сигнал от источников тока, роль которых выполняют устройства типа Dat поступает на вход устройства усиления сигнала, в основе которого лежит принцип, основаный на изменении сопротивления участка цепи, через который проходит сигнал. Таким образом, на выход поступает «обработанный» сигнал с заданным уровнем, прошедший через схему регулирования уровня.

В схеме присутствуют три канала, так как каждый из трёх параметров микроклимата отслеживает определённый датчик. Регулировка и контроль за каждым из параметров происходит одновременно и синхронно, что препятствует разбалансировки системы.

2.3 Выбор элементной базы

Основной особенностью современного этапа развития микропроцессорных систем (МПС) является завершение перехода от систем, выполненных на основе нескольких больших ИС, к однокристальным микроконтроллерам (МК), которые объединяют в одном кристалле все основные элементы МПС: центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), порты ввода/выводы, таймеры.

Микропроцессорная техника (МТ) состоит из двух специфических частей: аппаратурных средств (АС) и прикладного программного обеспечения (ППО). При этом, рассматривая общий процесс проектирования МТ, можно отметить, что в большинстве случаев доля общей трудоемкости разработки ППО значительно превосходит трудоемкость разработки АС.

В настоящее время, в связи с очень незначительным распространением процессоров, не являющихся микропроцессорами, в бытовой лексике термины «микропроцессор» и «процессор» практически равнозначны.

Для выполнения дипломного проекта был выбран микроконтроллер фирмы Atmel семейства Tiny.

ATATtiny13 - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny13 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny13 имеет следующие характеристики: 1 КБ внутрисистемно программируемой Flash память программы, 64 байтную EEPROM память данных, 64 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 6 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, 8 битный таймер/счетчик со схемой сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, 4 канальный 10 битный АЦП, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймер/счетчик, АЦП, аналоговый компаратор и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В режиме ADC Noise Reduction останавливается вычислительное ядро и все модули ввода-вывода за исключением АЦП, что позволяет минимизировать шумы при выполнении преобразования.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс программой-загрузчиком, выполняемой в AVR ядре, или обычным программатором энергонезависимой памяти.

ATtiny13 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

2.4 Описание принципиальной схемы электронного датчика микроклимата

Принципиальная схема устройства раскрывает основные особенности схемотехнического построения разрабатываемого устройства. Устройство выполнено на микроконтроллере Atmel Tiny2313, но могут быть использованы и другие типы микроконтроллеров AVR с внутренней EEPROM памятью данных. Принцип работы основан на отслеживании изменений трёх основных параметров микроклимата: влажности, освещения и температурного режима. Сам датчик состоит из трёх основных частей: датчика влажности почвы, датчика измерения освежения и датчика измерения температуры.

Датчик влажности состоит из двух диэлектрических стержней, помещённых в грунт. Ток на эти стрежни поступает через резистор R1 , который является подстроичным и с его помощью можно регулировать напряжение, поступающее на стрежни. Изменение сопротивления этих стрежней является сигналом к тому что влажность повышена, или понижена. Сигнал с данной информацией поступает на аналого-цифровой преобразователь. Затем сработает алгоритм программы микроконтроллера и он подаст напряжение на транзисторный ключ VT1 через порт PB2. Транзисторный ключ затем откроет ток на реле K1 которое подаёт ток на индикаторный светодиод VD1.

Датчик освещённости состоит из фоторезистора. Ток на фоторезистор поступает через подстроичный резистор R2, с помощью которого можно регулировать напряжение, поступающее на фоторезистор. Принцип его работы основан на изменении сопротивления в зависимости от освещения, чем оно выше , тем выше сопротивление. Если поступил сигнал об изменении сопротивления, он поступает на аналого-цифровой преобразователь , после чего, как и в случае с измерителем влажности, срабатывает алгоритм программы микроконтроллера и он подаст ток на транзисторный ключ VT2 через порт РВ1. После чего транзисторный ключ откроет ток на реле К2 ,которое подаст ток на индикаторный светодиод VD4.

Датчик температуры представляет собой терморезистор, ток на который подаётся так же через подстроичный резистор R3. Принцип работы основан на изменении сопротивления от температуры: чем выше температура тем меньше сопротивление. Если поступил сигнал об изменении сопротивления, то он поступает на аналого-цифровой преобразователь, после чего срабатывает алгоритм микроконтроллера и он подаёт ток на транзисторный ключ VT3, через порт РВ0. После чего транзисторный ключ откроет ток на реле К3, которое подаст ток на индикаторный светодиод VD6.

Что касается питания, то его источником будет блок батарей Gb1 на 12 вольт. Подача питания будет осуществляться включение кнопки S1. Пущенное напряжение в 12 вольт будет уменьшено до 5 вольт преобразователем DA1, который питает микроконтроллер и зависимые от него элементы.

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет затрат на проектирование и внедрение продукта

Исчисление себестоимости единицы продукции по элементам называется калькуляцией. В основе калькуляции себестоимости лежит учет эксплуатационных расходов предприятия по элементам и статьям затрат. Планирование, учет и калькуляция себестоимости продукции на предприятиях радиотехнической промышленности осуществляется в соответствии с отраслевыми нормативами, которые устанавливают признаки классификации и состав затрат, включаемых в себестоимость радиотехнической продукции, производиться

- по природе затрат;

- по видам продукции, работ и услуг;

- по видам расходов

- по месту возникновения затрат;

- по способу отнесения затрат на единицу продукции.

Все затраты, включаемые в себестоимость, делятся на следующие группы:

- затраты промыслового труда (сырья, материал и т.д.)

- затраты живого труда (заработная плата)

Группировка затрат по видам продукции, работ и услуг важно для определения фактической себестоимости изделия. По видам расходов различают статьи калькуляции.

К статьям калькуляции относятся затраты на

- сырье и материалы;

- покупные комплектующие и полуфабрикаты;

- основную з/п производственных рабочих;

- содержание и эксплуатацию оборудования.

При единичном производстве меняется метод нормативной калькуляции, как системы техноэкономических норм и нормативов материальной, трудовых и денежных ресурсов. Основными показателями являются нормирование расхода комплектующих, основных материалов на единицу продукции.

В структуре капитальных вложений, связанных с автоматизацией управления, выделяют капитальные вложения на разработку проекта автоматизации (затраты на проектирование) и капитальные вложения на реализацию проекта (затраты на внедрение), по формуле

К= К_п + К_р , (3.1)

Где К_п - капитальные вложения на проектирование;

К_р - капитальные вложения на реализацию проекта.

3.2 Расчет капитальных вложений на проектирование

Капитальные вложения на проектирование аппаратных средств определяются путем составления смет расходов и включают следующие элементы: стоимость материалов, заработную плату основную и дополнительную с отчислениями в соцстрахование инженерно-технического персонала, непосредственно занятого разработкой проекта; оплату услуг сторонним организациям, если проектирование производится с привлечением сторонних организаций; накладные расходы отдела проектирования. Таким образом, капитальные вложения на проектирование определяются по формуле:

Кп = Км + Кпр + Кс + Кн , (3.2)

Где Кп - капитальные вложения на проектирование,

Км - стоимость материалов,

Кпр - заработная плата инженерно-технического персонала,

Кс - оплата услуг сторонним организациям,

Кн - накладные расходы отдела проектирования.

3.3 Затраты на материалы

Определим смету затрат и рассчитаем стоимость материалов Км, пошедших на разработку аппаратных средств. В них входят: носители информации (бумага, Flash - накопитель) и быстроизнашивающиеся предметы труда (ручка, картридж для принтера, клей, резинка). Смета затрат на материалы представлена в табл. 2.1

Таблица 1 Смета затрат на материалы

Материал	Цена за единицу (руб.)	Количество (шт.)	Сумма (руб)
Flash - накопитель	85	1	85
Бумага	0.3	85	25.5
Услуги печати	0.5	85	42.5
Ручка	3	1	3
		Итого	156

к = 1,1 - коэффициент, учитывающий транспортные расходы, которые составляют 10 % стоимости материалов;

Стоимость материалов с учетом транспортных расходов составляет

Рм.т. = 1.1 • 156 = 171.6 (2.3)

3.4 Расчет эксплуатационных затрат

Затраты на реализацию

Определим капитальные затраты на реализацию электронного датчика микроклимата. Затраты на покупку комплектующих изделий сведем в таблице 2.2

Таблица 2 Затраты на покупку комплектующих изделий

Материал	Цена за единицу (руб.)	Количество (шт.)	Сумма (руб.)
Подсторичный резистор номиналом 680 кОм	6	1	6
Подсторичный резистор номиналом 330 кОм	5	1	5
Подсторичный резистор номиналом 100 кОм	5	1	5
Резистор номиналом 1кОм	0,5	6	3
Конденсатор 10 мкф\10В	1	1	1
Конденсатор 1000мкф\25В	2	1	2
Стабилизатор 78L05	2	1	2
Реле на 12В	10	3	30
Транзистор 2№2222	2	3	6
Микроконтроллер Attiny13a	35	1	35
Разъём DIP 8	2	1	2
Светоизлучающий диод	3	3	9
Подложка под Attiny13a	6	1	6
680 кОм Фоторезистор	3	1	3
Макетная плата	30	1	30
		Итого	145

Стоимость комплектующих с учетом транспортных расходов составляет: Рк.т. = 1.1 • 145 = 159.5

Затраты на оплату труда

Проектируемое устройство изготавливается в единичном экземпляре в лабораторных условиях. Вся работа выполняется рабочим-монтажником 2-го разряда, сдельная часовая тарифная ставка которого равна 2.9 руб/ч.

Для расчета зарплаты по монтажу и сборке учитывается сдельно-премиальная система оплаты труда, т.к. на эти операции установлены производственные расценки для расчета зарплаты по наладке и регулировке используем повременную оплату труда регулировщика, часовая ставка которого составляет 3.1 руб/ч.

Рабочее время изготовителя подразделяется на выполнение заданных операций.

Подготовительно-заключительное время - это время, необходимое для ознакомления с работой, подготовки и завершению поставленной производственной задачей.

Время на отдых и личные надобности - перерывы в течение смены для отдыха, время, затраченное на личные и естественные надобности.

К нормируемым затратам рабочего времени относятся подготовительно-заключительное, оперативное время обслуживания рабочего места.

Сдельная зарплата, за работу, выполненную монтажником 2-го разряда определяется по формуле:

(2.5)

где - Суммарное время на выполнение операций с учетом времени на личные нужды и отдых, и время на подготовку и заключение операций;

Ci - часовая тарифная ставка операции.

Затраты на оплату труда

Вид работы	Разряд	Время выполнения, ч	Часовая тарифная ставка, руб/ч	З/п, руб.
Монтаж	2	2,00	2,9	5.8
Сборка	2	0,56	3.1	1.736
Регулировка	2	0,6	3.1	1.86
Итого:	9.396

Оплата сторонним организациям и накладные расходы

Затраты на оплату работ сторонним организациям не производились поэтому коэффициент Кс равен нулю.

Накладные расходы (Кн) на разработку берутся в размере 45 % от основной заработной платы разработчиков аппаратных средств для покрытия административно-хозяйственных и других не предусмотренных расходов

Кн = руб. (2.6)

Общая величина капитальных вложений

Полная себестоимость изделия, изготовленного в единичном экземпляре в лабораторных условиях, представляет собой сумму всех производственных затрат, зарплаты и всех видов отчислений.

Расходы на производство по статьям затрат сведены в табл. 4.

Таблица 4. Капитальные вложения

Статьи	Сумма, руб.
Материалы и покупные полуфабрикаты	171.6
Комплектующие изделия	159.5
Основная заработная плата	9.396
Накладные расходы	4.2282
Итого	344.7242

Таким образом затраты на изготовления устройства составили примерно 344.7242 руб.

3.5 Определение экономической эффективности

Экономическая эффективность -- результативность экономической системы, выражающаяся в отношении полезных конечных результатов ее функционирования к затраченным ресурсам. Складывается как интегральный показатель эффективности на разных уровнях экономической системы и является итоговой характеристикой функционирования национальной экономики.

Годовой экономический эффект рассчитывают по формуле 2.7:

Эс=Этр-Ен*Кн-Сфэ, (2.7)

где Эс - годовой экономический эффект;

Этр - годовая экономия от применения внедрения задачи;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности (Ен=0,15);

Кн - единовременные затраты связанные с внедрением задачи равны стоимости затраты на реализацию + зарплата рабочему-монтажнику.

Коэффициент доходности от внедрения программного средства вычисляется по формуле 2.8:

Ерс = Эс/Кн, (2.8)

внедрение программного обеспечения экономически эффективно, так как Ерс >Ен.

Исходя из всех вычислений ясно, что внедрение и использование данного программного средства является целесообразным с экономической точки зрения.

4. ОХРАНА ТРУДА ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

4.1 Потенциально опасные и вредные производственные факторы

Важным моментом в комплексе мероприятий направленных на совершенствование условий труда являются мероприятия по охране труда. Этим вопросам с каждым годом уделяется все большее внимание, т.к. забота о здоровье человека стала не только делом государственной важности, но и элементом конкуренции работодателей в вопросе привлечения кадров. Для успешного воплощения в жизнь всех мероприятий по охране труда необходимы знания в области физиологии труда, которые позволяют правильно организовать процесс трудовой деятельности человека.

В данном разделе дипломного проекта освещаются основные вопросы техники безопасности и экологии труда. В качестве примера оптимального рабочего места программиста приводится анализ характеристик помещения и расчет искусственного освещения.

Имеющийся в настоящее время комплекс разработанных организационных мероприятий и технических средств защиты, накопленный опыт работы ряда вычислительных центров (далее ВЦ) показывает, что имеется возможность добиться значительно больших успехов в деле устранения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов.

Опасным называется производственный фактор, воздействие которого на работающего человека в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Если же производственный фактор приводит к заболеванию или снижению трудоспособности, то его считают вредным. В зависимости от уровня и продолжительности воздействия вредный производственный фактор может стать опасным. Опасные и вредные производственный факторы подразделяются на четыре группы: физические, химические, биологические и психофизические.

Состояние условий труда работников ВЦ и его безопасности, на сегодняшний день, еще не удовлетворяют современным требованиям. Работники ВЦ сталкиваются с воздействием таких физически опасных и вредных производственных факторов, как повышенный уровень шума, повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостаточная освещенность рабочей зоны, электрический ток, статическое электричество и другие.

Многие сотрудники ВЦ связаны с воздействием таких психофизических факторов, как умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных и слуховых анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки. Воздействие указанных неблагоприятных факторов приводит к снижению работоспособности, вызванное развивающимся утомлением. Появление и развитие утомления связано с изменениями, возникающими во время работы в центральной нервной системе, с тормозными процессами в коре головного мозга.

Медицинские обследования работников ВЦ показали, что помимо снижения производительности труда высокие уровни шума приводят к ухудшению слуха. Длительное нахождение человека в зоне комбинированного воздействия различных неблагоприятных факторов может привести к профессиональному заболеванию. Анализ травматизма среди работников ВЦ показывает, что в основном несчастные случаи происходят от воздействия физически опасных производственных факторов при выполнении сотрудниками несвойственных им работ.

4.2 Описание рабочего места программиста

Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места программиста должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость элементов рабочего места.

Главными элементами рабочего места программиста являются стол и кресло. Основным рабочим положением является положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста. Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства.

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости (Рис.8):

ДИСПЛЕЙ размещается в зоне а (в центре);

СИСТЕМНЫЙ БЛОК размещается в предусмотренной нише стола;

КЛАВИАТУРА - в зоне г/д;

«МЫШЬ» - в зоне в справа;

СКАНЕР в зоне а/б (слева);

ПРИНТЕР находится в зоне а (справа);

ДОКУМЕНТАЦИЯ: необходимая при работе - в зоне легкой досягаемости ладони - в, а в выдвижных ящиках стола - литература.

Показан пример размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе программиста.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - сканер, 2 - монитор, 3 - принтер, 4 - поверхность рабочего стола,5 - клавиатура, 6 - манипулятор типа «мышь».

Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:

высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения программиста;

конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей).

высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм. Высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около 650мм.

Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-550мм. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки - регулируемый.

Необходимо предусматривать при проектировании возможность различного размещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения, например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообще при высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана, документа и клавиатуры может быть равным.

Положение экрана определяется:

расстоянием считывания (0,6…0,7м);

углом считывания, направлением взгляда на 20 ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.

Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана:

по высоте +3 см;

по наклону от -10 до +20 относительно вертикали;

в левом и правом направлениях.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:

голова не должна быть наклонена более чем на 20,

плечи должны быть расслаблены,

локти - под углом 80…100,

предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении.

Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.

В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучше передвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук.

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет 60…80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 3:4, а расстояние между знаками - 15…20% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 1:2 до 1:15.

Во время пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор на расстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда.

4.3 Меры предосторожности при работе с паяльником

4.3.1 Общие требования

К выполнению работ по пайке паяльником допускаются работники в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие обучение, инструктаж и проверку знаний по охране труда, освоившие безопасные методы и приемы выполнения работ, методы и приемы правильного обращения с приспособлениями, инструментами и грузами, а так же должны иметь II группу по электробезопасности. При возникновении аварийной ситуации, либо проблемы при работе с паяльником, работник обязан сообщить об этом вышестоящему начальнику. Так же при пайке необходимо учесть то, что на работника, занятого пайкой могут воздействовать следующие опасные и вредные производственные факторы:

повышенная загазованность воздуха рабочей зоны парами вредных химических веществ;

- повышенная температура поверхности изделия, оборудования, инструмента и расплавов припоев;

- повышенная температура воздуха рабочей зоны;

- вероятность возникновения пожара;

- вероятность попадания брызг припоев и флюсов;

Каждый работник, занятый работой с паяльником должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты органов дыхания. Рабочее место каждого работника должно быть оснащено системой вентиляции воздуха, работа которой должна сопровождаться световой и\или звуковой индикацией, и включаться до начала работ, а выключаться после завершения работ. Зонты стационарных воздухоотводов на гибкой основе и иметь возможность перемещаться в зависимости от места пайки.

Каждый паяльник должен проходить обязательную проверку не реже указанных в паспортной документации сроков и соответствовать классу помещения и разряду работника. Кабель паяльника должен быть хорошо изолирован, не иметь механических повреждений и возможности контакта с горячими деталями. В случае обнаружения подобных повреждений необходимо сообщить вышестоящему начальству.

Для местного освещения рабочего места работника, необходимо применять светильник с непрозрачным плафоном и располагать так, чтобы свет от светильника не попадал в поле зрения работника. Светильник местного освещения должен быть закреплён на гибкой стойке для удобного расположения, не зависимо от места пайки. Проводка к светильнику должна проводиться только внутри стойки. Открытый тип проводки не допускается.

В местах приготовления флюсов должны быть:

- водопроводный кран с раковиной;

- жидкости, нейтрализующие флюсовые кислоты;

- жидкости, имеющие в своём составе хлористые и\или фторовые соединения, для удаления флюсов с кожи человека при попадании;

Во избежание поражения электрическим током на участках работы с паяльником, должны быть вывешены предупредительные плакаты и знаки безопасности, а возле каждого рабочего места должна быть деревянная решётка с диэлектрическим ковриком. Каждое рабочее место должно легко поддаваться чистке, быть гладким и легко обмываемым. Вышедшие из строя материалы должны быть помещены в специальную ёмкость и удаляться по мере накопления в строго отведённое место.

В случае возникновения ситуации, угрожающей здоровью работника, или лиц его окружения, работник обязан сообщить своего вышестоящего руководителя. Каждый работник должен быть обучен приёмам оказания первой помощи и в случае возникновения непредвиденной или чрезвычайной ситуации обязан оказать таковую лицам, нуждающимся в ней. В случае нарушения правил распорядка дня, пунктов трудового договора и\или трудового договора работник несёт ответственность в соответствии с законодательством ПМР.

4.3.2 Требования охраны труда перед началом работы

Для начала работы необходимо привести в порядок рабочее место, освободить подход к нему и надеть средства индивидуальной защиты. Перед началом работы с паяльником необходимо.

- проверить его на соответствие классу защиты от поражения электрическим током;

- проверить внешним осмотром техническое состояние кабеля и штепсельной вилки, целостность защитного кожуха и изоляции рукоятки;

- проверить на работоспособность встроенных в его конструкцию отсосов;

- проверить на работоспособность механизированную подачу припоя в случаях ее установки в паяльнике.

Необходимо проверить исправность работы вентиляции и местного освещения. Убедиться, что напряжение для местного освещения не превышает 50 В. Так же необходимо проверить наличие и исправность:

- ограждений и предохранительных приспособлений;

- токоведущих частей электрической аппаратуры (пускателей, трансформаторов, кнопок и других частей);

- заземляющих устройств;

- средств пожаротушения.

4.3.3 Требования охраны труда во время работы

При выполнении работ с паяльником необходимо содержать рабочее место в порядке, не создавать нагромождений, чётко соблюдать инструкцию и последовательность выполнения действий при пайке. Паяльник, находящийся в рабочем состоянии устанавливать под вытяжным зонтом на огнезащитной подставке, исключающей его падение. Нагретые изделия так же помещать под вытяжным зонтом. При пайке крупных изделий необходимо пользоваться паяльником со строенным воздухоотводом.