3.6 Разработка электрической принципиальной схемы многоканальной охранной сигнализации

Проанализировав выше приведенные данные и основные принципы работы конкретных блоков схемы структурной, разработана принципиально улучшенная схема электрическая принципиальная многоканальной охранной системы сигнализации. Система сигнализации основана на микроконтроллере ATmega8. Использование МК позволит нам увеличить количество охраняемых узлов и за счет возможности программирования даст нам гибкость при подстройке под определенное помещение с помощью перепрограммирования. Схема электрическая принципиальная многоканальной охранной сигнализации приведена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 Схема электрическая принципиальная многоканальной охранной системы сигнализации

Контроллер DD1 работает в «master» и будет управлять всеми процессами системы сигнализации: сбор и обработка информации с датчиков DD2, DD3, DD4; включение, отключение сирены. Микросхемы DD2- DD4 работают в режиме «slave» и занимаются непосредственно сканированием датчиков.

3.7 Алгоритм работы многоканальной охранной сигнализации

Для разработки программного продукта использовалась среда «EWARM-541.1». Для моделирования «Proteus 7.6_SP2»

Программный продукт состоит из основного файла «Main», в котором описываются основная часть программы и дополнительных «I2C» и «Timer», которые подключаются в качестве дополнительных библиотек в заглавии основного программного кода. Алгоритм выполнения программы многоканальной охранной сигнализации показан на рисунке 3.0. В начале, выполнения основной программы выполняется подключение библиотек, пространств имен, функции выключения и включения светодиодов, переменные питания и вкл/выкл. сигналов, переменная звукового оповещения. Затем выполняется инициализация: определение направления ввода/вывода данных, вывод значения портов, инициализация таймера, инициализация шины , размещение прерываний. Теперь происходит выполнение основного цикла программы, а это условие на проверку выключателя, если включен загорается зеленый светодиод – контроллер запущен; зацикливание до нажатия кнопки для включения звукового извещателя, если его включить сработает звуковой извещатель; опрос каждого датчика.

Рисунок 3.0 – Алгоритм программы многоканальной охранной сигнализации

3. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

4.1 Анализ технического задания и характеристики материала печатной платы

Все элементы устройства собраны на одной печатной плате, возможны варианты разделения микросхем на несколько плат, в зависомотсти от требуемого варианта установки сигнализации. Платы различаются по материалу, из которого они изготовлены, по количеству слоев металлизированных проводников, по области применения, условиям эксплуатации, а также иным критериям.

Материал диэлектрического основания печатного модуля должен быть недорогим и изменение электрических свойств платы при воздействии факторов окружающей среды не должно оказывать заметного влияния на информативные сигналы в печатных проводниках. В качестве такого материала использован односторонний фольгированный стеклотекстолит с толщиной диэлектрического основания 1,5 мм и толщиной фольги 35 мкм марки СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 [16].

Характеристики стеклотекстолита типа СФ:

- после выдержки в течение 24 ч при t=40 ⁰C и относительной влажности до 98 %: удельное объемное сопротивление, не менее - 5*10¹² Ом*см, тангенс угла диэлектрических потерь, не более - 0,03;

- прочность сцепления фольги с основанием, не менее – 10,0 Н/см².

4.2 Выбор материала и способ изготовления печатного основания

Метод изготовления печатной подложки существенно влияет на схемно-конструкторские и эксплуатационно-экономические характеристики изделия. Его выбор необходимо делать в зависимости от сложности принципиальной электрической схемы, конструктивно-технологических требований к разрабатываемому изделию и оснащенности предприятия-изготовителя необходимым оборудованием и оснасткой.

Тип платы выбран с односторонним монтажом. Для изготовления платы использован фотолитографический метод, сущность которого – нанесение слоя фоторезиста на подготовленную сторону печатной платы; экспонирование УФ излучением через фотошаблон, изготовленный по чертежу трассировки, с последующим промыванием и протравливанием незащищенных участков фольги. Остатки фоторезиста смываются растворителем, а поверхность печатных проводников лудится припоем [13].

4.3 Расчёт габаритных размеров печатной платы

Для определения габаритных размеров печатной платы требуется определить площадь, занимаемую радиоэлементами с учетом коэффициента заполнения модуля. Для этого используется аналитический метод компоновки, при котором определяется требуемая площадь печатной платы для размещения на ней всех элементов, по формуле (4.1) [14].

, (4.1)

где S_n – площадь подложки, мм²;

S_i– установочная площадь i-го элемента, мм²;

K_з– коэффициент заполнения площади платы, 0,66.

Размеры радиоэлементов, входящих в разрабатываемую схему, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Размеры и площадь РЭ схемы электрической принципиальной

Обозначение элементов	Наименование	Кол-во	Линейные размеры, мм		Площадь, мм2
			Длина	Ширина	Единичная	Общая
C1 – C15	К10-17Б	15	10	2	20	300
DD1- DD4	ATmega8	4	12	8	96	384
HL1 – HL3	GNL-3004	3	3	3	9	27
R1– R12	SMD 0805	12	2,1	1,3	2,73	32,76
SW1,SW2	PS580	2	5,8	5,8	33,64	67,28
QZ1 – QZ4	HC49SMD	4	11,4	4,7	53,58	214,32
Итого:						1025,4

Исходя из этого, получаем:

S_эл = 2*1025,4 мм² = 2051,2 мм² = 20,93 см², (4.2)

Коэффициент заполнения берем равным 0,66 из соображений оптимального размещения элементов схемы. Таким образом, площадь печатной платы равна:

S_пп = S_эл / К_зап = 20,51 / 0,66 = 31 см², (4.3)

Размеры печатной платы выбираются либо произвольно, либо согласуются с размером или параметром конструкции, рассчитанной ранее. В данном случае речь идет о реальном изделии, которое имеет корпус. Помимо печатной платы некоторые другие конструктивные элементы. Поэтому задаемся размером одной из сторон печатной платы 78 мм. Соответственно размер второй стороны будет равен:

А= S_пл / В = 3100/78 = 41 мм, (4.4)

Округлив значение, полученное в (4.4) до 41 мм, получаем итоговый размер печатной платы портативного электрокардиографа 78 на 41 мм.

Сборочный чертеж устройства приведен в приложении Г.

Чертеж трассировки печатных проводников выполнен с помощью MS Visio 2003 и EAGLE 4.16 и приведен в приложении Д.

3. БЕЗОПАСТНОСТЬ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

5.1 Составление и анализ схемы «ЧМС»

Размеры НИЛ составляют 12х10х3м, что составляет площадь 120 .

Для системы «Человек Машина Среда» можно выделить следующие элементы:

1. «Человек»- 10 операторов ЭВМ;

2. «Машина»- 10 ПЭВМ;

3. «Среда» - научно исследовательская лаборатория.

Согласно ДНАОП 0.00-1.31-99 (т. к. данное помещение оборудовано для работы на ЭВМ) для одного работающего площадь производственного помещения 6 м², объем воздушного пространства 20 м³. Следовательно, помещение удовлетворяет этим требованиям.

Люди, помещение и оборудование, образуют систему «Человек- Машина-Среда» (ЧМС), в которой при определенных условиях могут возникать следующие опасности: аномальный микроклимат, выполнение тяжелой умственной работы, недостаточная освещенность рабочего места, опасность поражения электрическим током.

Человек и оборудование, которое он использует при работе, вместе составляют систему «человек–машина-среда». Анализируя систему «человек–машина-среда», выделим ее следующие элементы: «человек» - коллектив людей из 10 человек; «машина» - комплекс оборудования, состоящий из 10 ПЭВМ; «среда» - окружающая среда.

Между элементами системы «ЧМС» существуют опасные и вредные связи: «среда» оказывает влияние на качество работы «человека», его функциональное состояние. Со стороны «среды» человек может быть подвержен влиянию следующих опасностей: частичной потере зрения, восприятия зрительной информации за счет регулярного перенапряжения зрительных анализаторов; переохлаждению организма, повышению кровяного давления, головокружению за счет неблагоприятных микроклиматических условий; повышению раздражительности за счет нарушения нормального функционирования нервной системы. «Человек» в свою очередь оказывает воздействие на «среду» за счет собственного тепловыделения, потребления кислорода, что вызывает изменение микроклиматических условий. «Человек» со стороны «машины» подвержен опасностям: поражению электрическим током со стороны электрооборудования, головным болям, развитию тяжелых болезней.

«Среда» оказывает влияние на качество работы «машины», что может

привести к сбоям в работе. «Машина» оказывает влияние на микроклиматическое состояние «среды» выделением тепла. На рисунке 5.1 приведена схема системы «ЧМС».

Рисунок 5.1 – Структура системы «Человек-Машина-Среда»

для 10 человек и 10 машин

Проведем анализ системы Ч-М-С. Составляющими системы являются:

Ч1 – человек, выполняющий управление компьютером;

Ч2 – человек, рассматриваемый с точки зрения непосредственного влияния на окружающую среду;

Ч3 – человек, рассматриваемый с точки зрения своего физиологического состояния под влиянием производственных факторов;

М1 – машина, выполняющая техническую функцию;

М2 – функция аварийной защиты;

М3 – влияние машины на окружающую среду;

Среда – производственная среда в отделе и окружающая среда;

Предмет труда – программное обеспечение с программным процессом.

Доминирующими опасными факторами являются, высокое напряжение в электрической сети, которое представляет собой угрозу для жизни и здоровья человека.

• Ч2-С: влияние человека как биологического объекта на окружающую среду: тепловыделение, влаговыделение, выделение углекислого газа, потребление кислорода;

• С-Ч1: влияние среды на качество работы оператора: повышенная или пониженная температура в помещении, влияние внешнего шума, перенапряжение анализаторов;

• С-Ч3: воздействие среды помещения на психофизиологическое состояние человека.

• С-Ч1: информация о состоянии окружающей среды, которая обрабатывается оператором;

• Ч1-М1: воздействие человека на управление техникой (ПЭВМ) для выполнения поставленных целей;

• М1-Ч1: информация о системе машины, которая обрабатывается оператором, а также информация о предмете труда (о программном обеспечении), полученная от машины;

• (Внешняя система управления-Ч1): управляемая информация о техническом процессе из внешней системы управления;

• С-М1, С-М2: влияние окружающей среды на машину, которое может вызывать сбои в работе ПЭВМ: воздействие вибрации внешней среды на машину (ПЭВМ), воздействие микроклимата помещения на ПЭВМ (повышенная или пониженная температура, влажность, скорость движения воздуха);

• М1-С: влияние ПЭВМ на окружающую среду, из-за чего возможны изменения микроклимата в помещении: тепловыделение, повышенный шум машины;

• М3-С: целенаправленное воздействие машины на среду: повышение температуры, шума, ЭМИ;

• Ч1-Ч2-Ч1: взаимосвязанное влияние характера труда на психофизиологическое состояние человека, что сказывается на его трудоспособности;

• Ч2-Ч3: влияние физиологического состояния человека на степень интенсивности обмена веществ организма.

• М2-М1: аварийное управляющее воздействие;

• М1-М2: информация необходимая для выработки аварийного управляющего воздействия;

• М1-ПТ: воздействие ПЭВМ на предмет труда, на получение программного обеспечения;

• ПТ-Ч3: влияние предмета труда на психофизиологическое состояние человека.

• Взаимодействие людей между собой: эмоциональные перегрузки, нервное напряжение;

• Влияние машин друг на друга: повышенная или пониженная напряженность электромагнитного излучения, повышение температуры.

Согласно ГОСТ 12.0.003-74, имеют место следующие опасные и вредные факторы:

а) физические

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенное значение напряжения электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- отсутствие или недостаток естественного света;

- недостаточная освещенность рабочей зоны;

б) психофизиологические

- умственное перенапряжение;

- перенапряжение зрительных и слуховых анализаторов;

- монотонность труда;

- эмоциональные перегрузки;

- статические перегрузки.

В системе «Ч-М-С» опасности могут возникать под воздействием следующих вредных производственных факторов :

• повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека (воздействие электрического тока на организм человека может вызывать электрические травмы и электрические удары различной степени тяжести);

• отсутствие или недостаток естественного света (может вызывать утомление, снижение работоспособности, дискомфорт, раздражение);

• недостаточная освещенность рабочей зоны (приводит к утомлению, рези в глазах, головной боли, снижению скорости восприятия, реактивности, а при длительном воздействии может привести к развитию профессионального заболевания);

• статические физические перегрузки (могут привести к утомлению, снижению работоспособности, развитию профессиональных заболеваний);

• умственное перенапряжение (приводит к утомлению, возникновению головной боли);

• перенапряжение зрительных анализаторов (приводит к снижению скорости восприятия, реактивности, возникновению головной боли и рези в глазах);

• эмоциональные перегрузки (могут привести к утомлению, возникновению головной боли, вызывать раздражение).

Оценка факторов производственной среды и трудового процесса в НИЛ приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Оценка факторов производственной среды и трудового процесса.

Факторы производственной среды и трудового процесса	Значение фактора (ПДК, ПДУ)		3 класс - опасные и вред условия труда			Продолжительность действия фактора, % за смену
	Норма	Факт	1 с	2 с	3 с
1	2	3	4	5	6	7
1. Вредные химические вещества:	Нет	Нет	-	-	-	-
2. Шум, дБ(А)	50	54	+	-	-	92
3. Неионизирующие излучения: а) электрическая составляющая в диапазоне 5кГц-2кГц, В/м	25	20				92
в диапазоне 2-400 кГц, В/м	2,5	2	-	-	-	92
Продолжение таблицы 5.1
1	2	3	4	5	6	7
б) плотность магнитного потока в диапазоне 5кГц-2кГц, нТл
в диапазоне 2-400 кГц, нТл			-	-	-
4. Рентгеновское излучение, мкР/ч	100	19	-	-	-	92
6. Микроклимат: температура воздуха (летом), °С	23-25	27,7	+	-	-	100
скорость движения воздуха, м/с	0,1	0,01	-	-	-	100
относительная влажность %	40-60	64,7	-	-	-	100
7. Освещение: естественное – КЕО, %	1.5	0,65	-	+	-	100
искусственное, лк	300-500	430	-	-	-	92
8. Тяжесть труда: мелкие стереотипные движения кистей и пальцев рук за смену;	20001- 40000	36000	-	-	-	92
рабочая поза (пребывание в наклонном положении в течении смены);	до 30% рабочего времени	Свободное положение				92
перемещение в пространстве за смену, км	4,1-10 за смену	2				10
Продолжение таблицы 5.1
1	2	3	4	5	6	7
9. Напряженность труда: а) внимание, продолжительность сосредоточения, в % от смены	51-75%	30%	-	-	-	30
б) напряженность зрительных анализаторов, категория работ	точное	высокоточное	+	-	-	92
слух (разборчивость)	От 30% до 70%	От 30% до 70%	-	-	-	90
в) эмоциональное и интеллектуальное напряжение	Работа по установленному графику с возможностю его корректирования		-	-	-	92
г) монотонность труда: - время наблюдения за ходом производственного процесса
10. Сменность	1,2 смены	1 смена	-	-	-	-
Общее количество ф-ов			4	1	0

На основании показателей значений факторов производственной среды и трудового процесса, отображенных в таблице 5.1, не соответствуют норме такие факторы: напряженность зрительных анализаторов, повышенная температура воздуха рабочей зоны. Выделен доминирующий вредный фактор – повышенная температура воздуха рабочей зоны, а также принято решение о проведении мероприятий по снижению температуры в помещении путем кондиционирования воздуха[15].

5.2 Техника безопасности в НИЛ

Данное помещение, согласно ПУЕ - 2009, можно отнести к классу помещений без повышенной опасности поражения человека электрическим током, поскольку помещение сухое, беспыльное, пол нетокопроводящий (паркетный), металлоконструкции здания, имеющие соединение с землей, закрыты деревянными решетками. Не допускается применение проводов и кабелей, имеющих изоляцию, выполненную из вулканизированной резины или других материалов, содержащих серу. Сеть оборудована аппаратурой защиты от короткого замыкания и других аварийных режимов. Защиту от поражения электрическим током можно осуществить занулением. В соответствии требованиями ГОСТ 12.1.030-81 для электроустановок переменного тока с частотой до 400 Гц, напряжением питания до 1000 В и глухозаземленной нейтралью применяется зануление.

Применение одной из мер защиты в электроустановках является контроль изоляции – измерение ее активного или омического сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий. Периодический контроль изоляции проводится при отключенном электрооборудовании с периодичностью 1 раз в год.

Согласно требованиям ДНАОП 0.00-4.12-05 инструктаж по технике безопасности проводится инженером по охране труда.

Первичный инструктаж проводится со всеми лицами, вновь принятыми на работу, выполняющими впервые данную работу. Первичный инструктаж включает в себя общие сведения об условиях работы, оборудовании, об опасных и вредных производственных факторах. Повторный инструктаж проводиться один раз в полугодие по программе первичного инструктажа со всеми работниками.

После инструктажа в журнале регистрации инструктажа на рабочем месте делается запись и заверяется подписями инструктируемого и инструктирующего.