Пример дипломной работы по электронике: Разработка микропроцессорного устройства автоматической регулировки освещённости

Содержание

ВВЕДЕНИЕ4

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ6

1.1 Обзор готовых систем измерения мощности6

1.2 Обзор датчиков тока14

1.3 Датчики тока на основе эффекта Холла19

1.4 Обзор систем управления освещением22

1.5 Сравнение промышленных интерфейсов30

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ36

2.1 Управляющий модуль36

2.2 Контроллер сети38

2.3 Методика расчета мощности39

2.4 Организация сети на основе интерфейса RS-48541

3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ58

3.1.Выбор микроконтроллера58

3.2 Выбор аналогово-цифрового преобразователя62

3.2.Описание используемых микросхем63

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ68

4.1 Расчет схемы управляющего модуля68

4.2 Расчет сетевого трансформатора72

4.3 Моделирование работы устройства76

4.4 Анализ полученных результатов81

4.5 Описание алгоритма работы управляющего модуля87

4.6 Описание программы управляющего модуля91

5 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ92

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ94

6.1 Определение трудоемкости конструкторской разработки94

7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ98

7.1 Создание оптимальных условий труда на участке травления печатных плат98

7.2 Проектирование защитного заземления.100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ104

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ105

Выдержка из текста работы

В северных регионах Сибири, как и десятилетия, тому назад, ведутся интенсивные работы по добыче нефти, газа, редких металлов и минералов. Для таких работ необходимо непрерывно осуществлять сбор и передачу различной телекоммуникационной информации, прием и передачу «речевой» служебной информации.

К современным и перспективным системам связи в настоящее время принято относить волоконно-оптические линии связи, системы сотовой связи. Однако для северных регионов России, да и в целом для Сибири и Дальнего Востока, названные перспективные системы связи охватят все обширные территории лишь в далеком будущем.

В настоящее же время передачу информации, служебную связь осуществляют радиорелейными линиями, по КВ каналам связи . Причем работники различных служб связи северных регионов самостоятельно или используя помощь и консультации различных фирм поддерживают радиоаппаратуру разработки 15-20 летней давности в исправном состоянии и даже модернизируют её.

В частности достаточно успешно, в организации Управление технологической связи ООО «УГП» проводят модернизации и доработки КВ-передатчиков на основе возбудителя типа «Лазурь». Бывшими выпускниками ОмГТУ по специальности 201200 и сотрудниками УТС ООО «УГП», обучающимися в ОмГТУ в настоящее время, решаются следующие задачи:

— Модернизация антенных систем;

— Разработка или модернизация усилитей мощности радиопередатчиков под конкретные рабочие частоты;

— Разработка различных устройств сопряжения и согласования для получения лучших энергетических параметров радиопередатчиков.

Хотя возбудитель является наиболее сложным устройством в радиопередатчике и к нему в первую очередь предъявляются жесткие требования по стабильности частоты, диапазону и времени перестройки частоты, уровню выходной мощности и уровню побочных составляющих выходного сигнала, но естественно и другие функциональные узлы также определяют параметры устройства в целом.

В данной работе была поставлена важная задача по проектированию системы автоматического регулирования выходного напряжения возбудителя радиопередатчика.

В данной работе используются следующие ключевые слова: система автоматической регулировки напряжения ( АРН ), микроконтроллер, аттенюаторы, блок управления АРН, источник опорного напряжения.

Объектом исследования и разработки является система автоматической регулировки напряжения на выходе возбудителя радиопередатчика.

Цель работы — разработать систему автоматической регулировки напряжения возбудителя радиопередатчика.

В первой главе представлена вводная часть работы. Во второй главе проводится анализ существующих методов автоматического регулирования и применение микропроцессорной техники в системах контроля и регулировки, описание предлагаемой к замене системы АРН. В четвертой главе производится разработка принципиальной схемы, выбор элементарной базы. В пятой главе описывается блок-схема алгоритма работы системы. В шестой главе производится оценка быстродействия системы. В седьмой главе производится разработка вопросов охраны труда и техники безопасности. В восьмой главе произведен расчет затрат на проектирование и изготовление опытного образца системы АРН.

Пояснительная записка сл., рисунков, источников.

The summary

In the given work the following key words are used: system

Automatic adjustment of pressure (АРН), the microcontroller, аттенюаторы, the block of management АРН, a source of a basic pressure.

Object of research and development is the system of automatic adjustment of a pressureon an outputof the activator of a radio transmitter.

The purpose of work — to develop system of automatic adjustment of a pressure of the activator of a radio transmitter.

In the first chapter the prologue of work is submitted. In the second chapter the analysis of existing methods of automatic control and application of microprocessor engineering in monitoring systems and adjustments, the description of system ARN offered to replacement will be carried out. In the fourth chapter development of the basic circuit, a choice of elementary base is made. In the fifth chapter the block diagram of algorithm of work of system is described. In the sixth chapter the estimation of speed of system is made. In the seventh chapter development of questions of a labour safety and the safety precautions is made. In the eighth chapter calculation of expenses for designing and manufacturing of a pre-production model of system ARN is made.

Explanatory note сл., figures, sources.

Введение

В самых различных областях современной техники методы автоматического регулирования нашли широкое применение. Более того, сейчас трудно назвать такую отрасль техники, где бы ни использовались в том или ином виде системы автоматического регулирования: от детских игрушек до космических аппаратов. В этом отношении, естественно не является исключением радиотехническая аппаратура. В современных приемниках, передатчиках различного назначения (связных, радиолокационных, вещательных, телевизионных и т.п.), а также других видах РЭА широко используются многочисленные виды цепей автоматического регулирования и контроля.

Назначение любой системы автоматического регулирования (АР) — поддерживать регулируемые параметры в пределах жестко заданного интервала значений при изменении условий работы аппарата (также в определенных пределах) и наличии вредных воздействий (изменении окружающей температуры, влажности, уровня полезного сигнала, наличии помехи т.п.) на него извне.

Назначение системы АР, в отличие от ручных, поддерживают регулируемый параметр на единственно оптимальном уровне самостоятельно, без помощи оператора. Введение в схему автоматических регулировок вместо ручных повышает эксплуатационные удобства устройства и качество его работы, так как система АР выбирает оптимальное положение значительно более точно, чем оператор и всегда значительно быстрее его.

Системы АР начали применяться еще в 30-х годах прошлого столетия для автоматического регулирования усиления (АРУ) в радиоприемниках. Развитие радиотехнических устройств, непрерывное усложнение решаемых ими задач привело не только к повышению требований к качеству работы систем АР, но и к их функциональному усложнению, в результате чего многие технические задачи уже не могут быть решены с помощью систем АР, базирующихся на аналоговой или дискретной цифровой технике, поэтому в настоящее время применяются системы АР и контроля, построенные на базе современной микроэлектроники и микропроцессорной техники.

В настоящем дипломном проекте приведен пример подобной системы автоматической регулировки напряжения на выходе возбудителя радиопередатчика.

1. Анализ состояния вопроса

1.1 Анализ состояния вопроса

Автоматическим регулированием называют процесс поддержания на заданном уровне или изменения по заранее заданной программе какого-либо параметра специальным устройством — автоматическим регулятором.

Автоматическое регулирование является разделом более общей науки об управлении кибернетики, получившей широкое развитие в последние десятилетия. Круг задач, решаемых кибернетикой, весьма обширен и многообразен. Она включает в себя вопросы управления самыми различными объектами: от сложных технических комплексов до живых организмов.

Системы АР функционируют на основе автоматического измерения и дальнейшего преобразования сигнала, в качестве которого могут использоваться различные его параметры: электрическое напряжение в системах стабилизации источников питания, частота или фаза напряжения в системах автоматической подстройки частоты, направление прихода радиолокационного сигнала в системах автоматического сопровождения радиолокационных станций (РЛС) по угловым координатам отслеживаемого объекта и т.д.

В системе автоматического сопровождения цели РЛС объектом управления является электромеханическое устройство — антенна РЛС, продольная. Угол ось, которой автоматически следит за направлением на сопровождаемый объект. Угол отклонения продольной оси антенны от выбранного направления отсчета углов определяет выходной сигнал системы автоматического сопровождения цели РЛС.

Выходной сигнал объекта управления b (t) измеряется при помощи специального устройства — датчика или детектора (Д), связанного с устройством управления.

Подавляющее большинство систем АР в радиоаппаратуре построено именно по принципу контроля самого регулируемого параметра и выработке сигнала компенсации, изменяющего непосредственно этот параметр на необходимую величину (хотя существуют и другие методы, например, в некоторых синтезаторах частоты опорный генератор помещается в термостат, т.е. за счет контроля и обеспечения постоянства температуры генератора реализовывается постоянство частоты выходного сигнала).

В этом случае системе принципиально безразлично, каким именно воздействием вызвано отклонение регулируемого параметра, что делает систему АР универсальной , позволяющей компенсировать ошибку, вызываемую самыми разнообразными дестабилизирующими факторами и их комплексным воздействием на объект.

Любая система регулирования имеет определенные параметры и характеристики. Рассмотрим основные, имеющие для нас наиболее важное значение.

Пределы регулирования — интервал значений изменяющегося во времени параметра, в пределах которого система автоматического регулирования в состоянии выработать сигнал, компенсирующую ошибку.

Выбранный предел должен во всех случаях позволять устанавливать любое значение, регулируемое параметра в пределах оговоренных норм на этот параметр.

Инерционность также является важнейшим параметром любой системы регулирования, как ручной, так и автоматической. Под инерционностью (быстродействием) системы регулирования необходимо понимать время, проходящее от момента внешнего воздействия на систему до момента установления нового значения регулируемого параметра. Инерционность автоматических систем не всегда не желательна. В качестве примера можно указать на систему АРУ радиоприемника, в которой инерционность системы умышленно делают порядка 0,05-0,1 сек. С тем, чтобы система не успевала вырабатывать сигнал ошибки, пропорциональный величине низших модулирующих частот полезного сигнала, подводимого к детектору, т.е. в основном за величиной несущей.

Тем не менее, в большинстве случаев желательно уменьшать до возможных пределов время срабатывания автоматических систем регулирования.

Помехоустойчивость любой системы регулирования характеризуется ее способностью сохранять требуемые параметры регулирования при нарушении нормальной работы систем за счет внешних воздействий (или влияний), к которым относят электрические помехи атмосферного и промышленного характера, изменения температуры и влажности, магнитные и электрические поля, всевозможные виды наводок и т.п.

В любом радиоэлектронном устройстве всегда присутствуют, какие либо из указанных дестабилизирующих факторов, поэтому повышение помехоустойчивости любой системы регулирования является обязательной задачей при ее конструировании.

Для чего же необходима система автоматической регулировки напряжения (АРН) в РЭА и, в частности, в радиопередающих устройствах? Конечно, можно ввести ручную регулировку напряжения, обычно более простую в конструктивном исполнении, чем автоматическая. Однако при комплексном воздействии дестабилизирующих факторов оператор будет вынужден больше заниматься поддержанием номинального уровня выходного сигнала, а не осуществлением связи. Стоит также отметить, что из-за субъективной боязни перегрузки усилителя мощности уровень сигнала будет поддерживаться ниже номинального, что скажется на качестве связи.

В то же время, система АРН позволяет выбрать оптимальное значение выходного напряжения значит6ельно быстрее человека, позволяет избавиться от неприятных случайностей со стороны оператора.

Основная опасность в случае отсутствия регулировки напряжения в тракте радиопередатчика заключается в перегрузке и выходе из строя активных элементов каскадов передатчика, особенно оконечных и в особенности транзисторных.

Создание высокочастотных транзисторов, генерирующих мощности сотни — десятки ватт на частотах в сотни мегагерц, открыло возможности для замены ламп транзисторами в каскадах радиопередающих устройств (РПДУ) самых различных назначений.

Отсутствие цепи канала, низкое питающее напряжение, большой срок службы и т.п. являются безусловными достоинствами транзисторов. В условиях правильной эксплуатации их не приходится менять в течении всего срока службы аппаратуры. Однако в мощных каскадах передатчиков транзисторы неизбежно используются на пределе по току, напряжению и, соответственно, нагреву. Если учесть их высокую чувствительность к перегрузкам и высокую стоимость из-за чрезвычайно сложной технологии производства (генераторные транзисторы на большие уровни мощности значительно отличаются от транзисторов других назначений), то становится понятным применение всевозможных мер по созданию развитой системы защиты транзисторов для работы в изменяющихся условиях. Из-за высоких значений токов, напряжений в мощных каскадах системы защиты и регулировки приходится также строить на мощных и, соответственно, дорогих электронных компонентах.

Применение системы АРН в возбудителе РПДУ позволяет поддерживать номинальный уровень выходного сигнала возбудителя и, соответственно, входной сигнал усилителя мощности передатчика.

· БУ АРН — блок управления системы АРН, обеспечивает формирование команд управления аттенюаторами линейного тракта с целью поддержания выходного напряжения изделия в допускаемых пределах, отслеживает появление на шине управления команд, необходимых для работы блока.

Сигнал с пикового детектора поступает в блок управления все время работы изделия, и система постоянно отрабатывает его изменения. При изменении рабочей частоты по шине управления поступает команда «перестройка», затем происходит следующее:

1. размыкание кольца «плавной» АРН, разряд конденсатора в цепи ПД ( он необходим для того, чтобы не вырабатывался сигнал ошибки на воздействие низкочастотных составляющих выходного сигнала),

2. все аттенюаторы устанавливаются в положение максимального затухания,

3. включается кольцо «грубой» АРН, т.е. блок управления вырабатывает команды на переключение дискретных аттенюаторов «крупного» шага в сторону уменьшения затухания в тракте до момента, когда выходной сигнал перейдет границу на 5дБ ниже номинального значения. Для этого специально формируются два источника опорного напряжения (ИОН) — 0 дБ и — 5дБ,

4. после этого подаются команды на переключение дискретных аттенюаторов «мелкого» шага, остановка которых происходит при достижении выходным напряжением номинального уровня,

5. заключительный этап — включение кольца «плавной АРН» , т.е. уровень выходного напряжения поддерживается плавно в диапазоне 9 дБ (-6дБ, +3 дБ).

При поступлении из шины команды «перестройка» алгоритм начинается сначала. В изделии предусмотрена возможность ручной регулировки напряжения (РРН). Включение такой регулировки обеспечивается переводом тумблера «АРН-РРН», расположенного на задней стенке изделия, в соответствующее положение (подача соответствующей команды по шине управления в блок управления АРН). В этом случае будут включены все дискретные аттенюаторы тракта на максимальное затухание и напряжение выходного сигнала станет минимальным. Увеличить его до необходимого значения можно нажатием кнопки «+», расположенной на панели изделия. Каждое нажатие отключает очередную ступень аттенюаторов.

Прежняя система АРН построена на дискретных цифровых элементах, обладает значительными массогабаритными показателями, высоким потреблением энергии, сложностью в настройке, нестабильностью в эксплуатации и т.п. В тоже время системы контроля и регулировки, построенные на базе микроконтроллеров и микропроцессоров, обладают существенными преимуществами с точки зрения расширения возможностей этих систем, уменьшение времени для осуществления необходимых операций и обработки результатов, надежности, гибкости и высокой компактности. Создание технических средств на принципиально новой элементной базе приводит к изменению процесса и процедур проектирования изделий новой техники и к корректировке традиционной технической терминологии, а разработка и изготовление аппаратуры на базе микропроцессорной техники включает в себя разработку и изготовление аппаратных средств системы, создание и отладку программного обеспечения, разработку конструкции и ее материализацию.

Согласно техническому заданию необходимо построить систему АРН на базе встраиваемого микроконтроллера фирмы “Intel” серии МСS-96.

Встраиваемый или однокристальный микроконтроллер, который в отечественной литературе раньше называли однокристальной микроЭВМ, представляет собой изготовленную на одном кристалле микропроцессорную систему, ориентированную на реализацию алгоритмов цифрового управления различными объектами и процессами. Микроконтроллер содержит центральный процессор, внутреннюю постоянную и оперативную память, параллельные и последовательные порты ввода-вывода данных, широкий набор периферийных устройств: таймеры аналогово-цифровые преобразователи, широтно-импульсные модуляторы, контроллеры прерываний, модули обработки сигналов (событий) в реальном времени. Таким образом, на базе микроконтроллера с включением минимального числа дополнительных компонентов можно построить сложнофункциональную цифровую систему.

По совокупности функциональных возможностей и технических характеристик микроконтроллеры ориентированы, в первую очередь, на реализацию управления различными приборами и устройствами. Они используются также как компоненты в системах управления технологическими процессами, информационно-измерительных и контрольно-диагностических системах. Огромная номенклатура выпускаемых микроконтроллеров, их значительные функциональные возможности, высокие технологические параметры, относительно низкая стоимость позволяют удовлетворить запросы широкого круга потребителей — разработчиков различной электронной аппаратуры. К сожалению, отечественная электронная промышленность производит сейчас весьма ограниченную номенклатуру 8-разрядных микроконтроллеров, которые являются аналогами не самых современных зарубежных моделей. В тоже время либерализация внешней торговли открыла российский рынок электронных компонентов для продукции иностранных компаний, что позволяет российским специалистам использовать в своих разработках практически любые модели микроконтроллеров зарубежного производства.

1.2 Обзор литературы

Вопросы, связанные с созданием систем автоматического регулирования рассмотрены в большом количестве литературы. Очень большое внимание уделяется принципам действия, методам анализа качества работы, синтеза и моделирования систем регулирования и систем радиоавтоматики, построению структурных и функциональных схем, например [1,3], однако стоит отметить, что в большинстве случаев авторы ограничиваются лишь математическим описанием и оценкой характеристик систем АР, без практического приложения.

Более практические решения, связанные с построением принципиальных схем, можно встретить в литературе, посвященной системам АР в радиоприемных устройствах [2,4].

В [6] изложены основы применения микропроцессоров и микроЭВМ в современных радиоэлектронных средствах, радиотехнических устройствах и системах различного назначения и в автоматизированных системах контроля радиоэлектронных средств.

[7,8] полностью посвящены микроконтроллерам серии MCS-96. кроме анализа архитектуры, структуры и особенностей функционирования, рассматриваются также методы и средства проектирования, программирования и отладки цифровых систем, реализованных на их базе.

1.3 Выбор направления проектирования

Учитывая информацию, полученную в процессе анализа состояния вопроса и технического задания, можно выделить основные этапы проектирования:

· разработать систему АРН на базе качественных современных элементов, удовлетворяющую техническим требованиям;

· использовать минимально возможное количество электронных компонентов;

· составить наиболее оптимальный алгоритм работы системы.

2. Выбор и обоснование структурной схемы системы АРН

· АК — дискретный аттенюатор «крупного» шага, диапазон регулировки 28 дБ, с шагом в 4 дБ,

· АМ — дискретный аттенюатор «мелкого» шага, диапазон регулировки 4, 125 дБ, с шагом в 0,375 дБ;

· ПД — пиковый детектор;

· БУ АРН — блок управления системы АРН, обеспечивает формирование команд управления аттенюаторами линейного тракта с целью поддержания выходного напряжения изделия в допускаемых пределах, отслеживает появление на внешней шине (ВШ) команд, необходимых для работы блока и т.п.

· ВШ — внешняя шина, служит для обмена необходимыми для работы командами между блоком управления АРН и внешними устройствами;

· УИОН — управляемый источник опорного напряжения, задает уровень выходного напряжения, задает уровень выходного напряжения изделия;

· УВВ — устройство ввода вывода.

· МК — микроконтроллер, объединяет в себе аналого-цифровые преобразователи (АЦП), компаратор (К) — устройство для сравнения поступающих на него сигналов, устройство управления (УУ). МК — выполняет функцию сравнения сигнала ПД с напряжением УИОН, в соответствии с этим, формирование команд управления аттенюаторами, ПД, команд сигнализации на ВШ и т.д. (полный перечень команд и их назначение будет приведен ниже).

Отсутствует аттенюатор плавной регулировки напряжения, поскольку необходимая точность установки выходного напряжения (4В±10%) обеспечивается шагом дискретного аттенюатора «мелкого» шага (0,375 дБ).

Наличие дискретного аттенюатора «крупного» шага необходимо для того, чтобы быстро устанавливать напряжение на выходе, поскольку при изменении частоты , для того чтобы не допустить импульсных перегрузок усилителя мощности, затухание в тракте передачи сигнала в начальный момент устанавливается максимальным. Дискретный аттенюатор «мелкого» шага устанавливает напряжение выходного сигнала с достаточной точностью.

При этом элементы регулировки работают на достаточно низкой частоте (128 кГц), что обеспечивает достаточно широкий выбор элементной базы, однако такое расположение аттенюаторов ведет к уменьшению такого важного параметра РПДУ, как отношение сигнал/шум. Например, в результате работы изделия под воздействием дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, изменения частоты и т.п.) возникает отклонение сигнала от номинального значения на 10 дБ, то система АРН отрабатывает данное отклонение , уменьшая входное напряжение на эти 10 дБ. Уровень шума в тракте ПЧ и ШУ не изменяется. Соотношение сигнал/шум на выходе уменьшается на 10 дБ.

В этом случае соотношение сигнал-шум остается постоянным, однако мв сталкиваемся с проблемой реализацией элементов регулировки. Дело в том, что аттенюаторы с набольшим шагом регулировки строятся на основе цифроаналоговых преобразователей и операционных усилителей. Частота выходного сигнала достигает значения 80 МГц, мощность порядка 300 мВт, что привело бы к использованию очень и очень дорогостоящих элементов.

Реализация подобных аттенюаторов на дискретных компонентах приводит к достаточно дешевому варианту и … значительной нестабильности шага аттенюации (порядка 15-20%от номинала). Например, нестабильность дискретного аттенюатора АК в модернизируемой системе АРН составляет 1дБ на каждый шаг регулировки.

Значительная часть регулировки расположена в блоке широкополосного усилителя (АК), уменьшение соотношения сигнал/шум обусловлено наличием АМ в тракте ПЧ (в самом худшем случае порядка 4 дБ), это необходимо учитывать при настройке коэффициентов усиления в траке (тем более, что при проектировании тракта передачи сигнала всегда оставляют приличный запас по усилению).

Значения затухания для элементов регулировки АК и АМ (28 дБ и 4,125 дБ) выбраны исходя из обеспечения необходимого диапазона регулировки сигнала в тракте (не хуже, чем у модернизируемого аналога).

Применение в БУ микроконтроллера связано с тем, что использование дискретных интегральных схем , например, регистров, триггеров, счетчиков, и логических элементов в настоящее время экономически и энергетически невыгодно (вывод на основе анализа модернизируемой системы АРН). Можно отметить ряд наиболее существенных факторов:

— большая потребляемая мощность устройства в целом из-за большого количества интегральных схем;

— значительные размеры и масса изделия;

— отсутствие гибкости алгоритма работы, устройство разрабатывается для функционирования по строго определенному интервалу.

Производя поверхностную оценку при выборе соотношения между программными и аппаратными средствами, можно сделать вывод, что он на данном этапе экономического и технического развития наиболее эффективным решением будет использование программно-управляемой микропроцессорной системы (в частности микроконтроллера).

Для сохранения функции ручной регулировки напряжения источник опорного напряжения выполнен управляемым, т.е. имеется возможность изменить уровень выходного напряжения. При этом сохраняется основная функция системы АРН (оператор может выбрать необходимый номинальный уровень выходного напряжения и в дальнейшем система продолжает обработку возможных отклонений уровня выходного сигнала возбудителя от номинального значения).

Снижение уровня выходного сигнала возбудителя позволяет сократить мощность, потребляемую от источника питания усилителем мощности, в случаях, когда для осуществления связи не обязательна максимальная мощность излучения РПДУ. Подобный алгоритм работы системы АРН нашел продолжение в современных сотовых и некоторых транкинговых системах связи. Базовые станции постоянно отслеживают уровень сигнала, принимаемый от мобильных (носимых, возимых) станций, и по каналу управления передают информацию о необходимом изменении уровня излучаемой мощности мобильных станций.

Система АРН не является замкнутой и осуществляет обмен необходимыми командами с внешними устройствами:

· «перестройка» — поступает от внешнего устройства (блок контроля возбудителя или с передней панели) в случае изменения частоты, фактически служит сбросом для работы МК, т.к. при ее поступлении система возвращается в начальное состояние;

· «высокий» — сигнализирует о слишком высоком отклонении сигнала от нормального значения (большой уровень сигнала в тракте) и выходит за верхний предел регулирования системы АРН;

· «низкий» — также сигнализирует о слишком высоком отклонении от сигнала от нормального значения (низкий уровень сигнала в тракте) и выходит за нижний предел регулирования системы АРН. Команды соответствуют высокому логическому уровню («1») на соответствующем проводнике ВШ.

Описание работы системы АРН

Рассмотрим основные моменты проектируемой системы АРН.

С момента подачи напряжения питания на систему МК начинает выполнение программы, записанной в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). В начальный момент, вне зависимости от уровня выходного сигнала возбудителя, обеспечивается максимальное затухание в трактах ПЧ и ШУ для предотвращения возможных выбросов напряжения на выходе.

Затем производится разряд конденсатора в цепи пикового детектора, опрашивается источник опорного напряжения (ИОН), программно вычисляются значения дополнительных ИОН (ИОН2=минус 4 дБ, ИОН3=минус 0, 375 дБ).

Следующий этап — опрос пикового детектора, сравнение полученного

значения с вычисленным значением ИОН2.Если значение ПД меньше значения ИОН2, то формируется команда на отключение одной из ступеней аттенюатора крупного шага, т.е. затухание в тракте уменьшается на 4 дБ, затем повторяется опрос ИОН(необходимо в случае ручной регулировки напряжения) и т.д. до тех пор, пока уровень выходного сигнала не перейдет значение минус 4 дБ от номинального значения.

Далее повторяется предыдущий этап, но значение ПД сравнивается со значением ИОН3 и производится переключение АМ, пока уровень выходного напряжения не перейдет границу минус 0,375 дБ от номинального значения.

Такой уровень выходного напряжения удовлетворяет требованиям по его нестабильности (±10%).

Аналогично отслеживается и превышение номинального значения выходного сигнала. В этом случае сравниваются значения напряжения на ПД и ИОН1 и в зависимости от результата либо формируются команды на увеличение ослабления (уровень выходного сигнала превысил номинальное значение), либо повторяются предыдущие этапы (уровень выходного сигнала удовлетворителен).

В случае, если уровень сигнала принимает слишком высокое или низкое значение и выходит за пределы регулирования системы, то МК формирует команды на ВШ: «высокий» и «низкий», соответственно. Возможны различные варианты использования этих команд: индикация аварийных режимов, подача в блок управления и контроля возбудителя, отключение трактов ПЧ и ШУ, блок управления и контроля возбудителя, отключение трактов ПЧ и ШУ, снижение и отключение напряжения питания отдельных блоков возбудителя до устранения неисправностей и т. д.

При поступлении команды «перестройка» (формируется в блоке контроля и управления возбудителем) повторяются описанные выше процедуры (максимальное затухание в тракте и т.д.).

Необходимо обратить внимание, что номинальный уровень выходного напряжения соответствует затуханию аттенюаторов в тракте -6 дБ. Система АРН позволяет осуществлять регулировку напряжения в диапазоне 32 дБ:

· 12 дБ (=6 дБ…-6 дБ) — на отклонение сигнала в тракте под воздействием дестабилизирующих факторов и для подстройки номинального уровня выходного напряжения;

· 20 дБ (-6 дБ …-26 дБ) — на обеспечение глубокого затухания в начальный момент при перестройке частоты.

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Блок управления

В блок управления входят следующие устройства: микроконтроллер, источник питания АЦП микроконтроллера, источник опорного напряжения системы АРН.

3.1.1 Микроконтроллер

Семейство 16-ти разрядных микроконтроллеров MCS-96 выпускается корпорацией Intel с 1984 года. Первые модели микроконтроллеров этого семейства (8х95, 96, 97, 98ВНН) изготавливались с использованием n-МОП технологии. В 1986 году начался выпуск микроконтроллеров по более перспективной к — МОП технологии, которая в настоящее время доминирует в производстве микропроцессорной техники. В последующие годы развитие микроконтроллеров этого семейства шло в направлении расширения внутренней и внешней памяти, повышения тактовой частоты, расширения номенклатуры и совершенствования функционирования периферийных устройств, обеспечивающих связь микроконтроллера с внешними устройствами. В настоящее время семейство MCS — 96 включает более 50моделей микроконтроллеров, функциональные возможности и параметры которых рассчитаны на удовлетворение вопросов широкого круга потребителей. Проведем, сравнительны анализ микроконтроллеров три ветви к-МОП микроконтроллеров, отличающихся архитектурой периферийных устройств. К первой ветви относятся микроконтроллеры 8ХС196КВ/КС/KD, которые используют принятый в ранних моделях этого семейства способ приема и выдачи управляющих сигналов в реальном режиме времени с помощью специализированного блока быстрого ввода-вывода HSIO (High Speed Input-Output). Ко второй ветви относятся микроконтоллеры, в которых для обработки управляющих сигналов в реальном режиме времени используется специальный процессор событий EPA (Event Processor Array). К третей ветви относятся микроконтроллеры 8XC196MC/MD/MH, которые в основном идентичны микроконтроллерам второй ветви, но содержат дополнительные блоки, обеспечивающие генерацию на выходах трехфазных импульсных сигналов для управления электродвигателями. Эти специализированные микроконтроллеры ориентированы на применение в системах управления электроприводом, а поэтому не представляют для нас интереса.

Большинство моделей выпускается в трех модификациях, которые отличаются реализацией ПЗУ. Эти модификации различаются по назначению цифры Х, входящей в идентификатор данной модели : Х=0, 3 или 7 первая модификация (Х=3) содержит внутреннее ПЗУ объемом от 4 до 32 Кбайт, которое программируется в процессе изготовления микроконтроллера с помощью специального фотошаблона (масочно-программируемое ПЗУ). Третья модификация (Х=7) содержит внутреннюю однократно программируемую пользователем память (OTPROM).Программирование осуществляется с помощью специального устройства — программатора. Третья модификация представляет собой особый интерес, поскольку в этом случае можно обойтись без внешнего ПЗУ.

Наиболее оптимальным вариантом будет серия 8XC196KC (модель 87С196КС) т.к. по функциональным возможностям и стоимости занимают промежуточное положение между многофункциональными дорогими и дешевыми простыми моделями. Модель 87С196КС имеет внутреннее электрически программируемое ПЗУ объемом 16 Кбайт, объем регистрового блока (ОЗУ) 512 байт.

Стандартные I/O порты. 87С196КС имеют пять 8-битных портов. Порт 0 — входной, он же порт аналоговых входов для АЦП. Порт 1 — квазидвунаправленный, он разделяет выводы с двумя выходами PWM. Порт 2 содержит три типа линий — квазидвунаправленные, входные и выходные линии совместно с Портом 2. Порты 3 и 4 являются двунаправленными портами с открытым стоком, они могут использоваться как шина адрес/данные.

Таймеры. 87С196КС имеет два 16-битных таймера: Таймер 1 и Таймер 2. При внутренней синхронизации значение Таймера 1 увеличивается каждые 8 тактов процессора (такт — два периода тактового генератора). При внутренней синхронизации Таймер 2 может наращиваться на каждом 1 или 8 такте. При внешней синхронизации значение Таймера 2 наращивается или уменьшается при каждом положительном или отрицательном перепаде. Любой внутренний или внешний источник может сбросить Таймер 2. Таймер 1 может сформировать прерывание при переходе границ 0FFFFh/0000h или 7FFFh/8000h. Микроконтроллер также позволяет использовать таймеры для задания скорости передачи информации и временного контроля WDT (watchdog timer)/ WDT — это отдельный внутренний таймер для сброса системы в случае, если программное обеспечение не сможет нормально функционировать.

Устройства высокоскоростного ввода.(HSI).HSI 87C196KC может записывать время внешних событий с разрешающей способностью в 9 тактов. HIS может следить за четырьмя независимыми линиями HIS и определять значения Таймера 1, когда произойдет событие. Четыре типа событий могут инициализировать захват: нарастающий фронт, спад сигнала, нарастание и спад или каждый восьмой нарастающий фронт.

Высокоскоростное устройство вывода. (HSO). HSO 87C196KC может инициализировать события в определенные моменты, базирующиеся на значения Таймера 1 и Таймера 2. Эти программируемые события заключаются в запуске аналого-цифрового преобразования, сброса Таймера 2, формировании до четырех программных временных задержек и установке или очистке одной или нескольких линий из шести выходных линий HSO. HSO хранит ожидаемые события и соответствующее время в файле памяти Content Addressable Memory (CAM). Этот файл хранит до восьми команд. Каждая команда определяет время действия, «природу» действия, имеет ли место прерывание, идет ссылка на Таймер 1 или Таймер 2. Каждый восьмой такт HSO инициализирует определенные события при совпадении времени. Команда стирается из САМ после выполнения или остается в САМ как запомненная точка входа САМ, тогда команда будет постоянно выполнятся при совпадении значения времени для этой точки со значением текущего времени в соответствующем таймере. Запомненная точка входа полезна в применениях, требующих периодических или повторяющихся событий, таких как повторяющаяся широтно-импульсная (ШИМ) последовательность.

Последовательный порт имеет один синхронный режим (Mode0) и три асинхронных (1,2,и 3). Асинхронные режимы полностью дуплексные, т.е. Они могут передавать и принимать данные одновременно. Приемник на 87С196КС буферизирован так, что прием второго байта может начаться до считывания первого. Передатчик также дважды . Наиболее общее применение синхронного «режима 0» — расширение возможностей устройств ввода-вывода 87С196КС, использующих регистры сдвигов. «Режим 1» — стандартный асинхронный режим, используемый для нормальных последовательных коммуникаций. Структура данных для режима 1 состоит из 10 бит: стартовый, 8бит данных (LSB первый) и стоповый бит. Если передача бита четности разрешена (PEN=1), бит дополнения до четности посылается вместо восьмого бита данных. «Режим 2» и «Режим 3» — девятибитные режимы общего пользования для межпроцессорных коммуникаций. Структура данных, используемых в этих режимах, состоит из 11 бит: стартовый, 9 бит данных (LSB первый) и стоповый бит. Устройства, работающие в «режиме 2», будут вырабатывать прерывание при приеме только тогда, когда девятый информационный1 бит будет установлен. Устройства, работающие в «режиме 3», всегда будут вырабатывать прерывание при приеме. «Режим 3» позволяет передавать 8 информационных бит плюс бит дополнения до четности.

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) микроконтроллера имеет три выхода. Скважность импульса на выходе формирователя является переменной, импульсы повторяются каждые 256 или 512 тактов. Различные типы моторов требуют ШИМ — формирователя импульсов для наиболее эффективной работы. Кроме того, фильтрация этой ШИМ последовательности будет создавать постоянный уровень, который изменяется с изменением скважности.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) конвертирует аналоговый вход в цифровой эквивалент. Разрешающая способность8 или 10 бит с программируемыми временами фиксации и преобразования. Основные компоненты АЦП: фиксирующий и хранящий конденсатор (CBX), 8-канальный мультиплексор (АМП) и 8- или 10-битный аналого-цифровой преобразователь поразрядного взвешивания. Преобразователь может начать преобразование немедленно, или HSO может инициализировать преобразование, а запрограммированное время. При завершении каждой конверсии преобразователь вырабатывает прерывание. Микроконтроллер имеет отдельные выводы питания, что исключает влияние помех на аналогово-цифровое преобразование по линии питании.

Прерывания. Здесь 28 источников прерывания и 16 векторов прерывания, а также 2 дополнительных вектора прерывания Software Trap ( пошаговое выполнение программ) и Unimplemented Opcodes (Неопознанные коды операций), используемых в системах отладки фирмы Intel или платах-прототипах. Когда контроллер прерывания определит одно из шестнадцати прерываний, он устанавливает соответствующий бит в один из двух регистров ожидания прерываний. Отдельные прерывания разрешаются либо запрещаются установкой или очисткой бит в регистре маски прерываний.

Когда контроллер прерывания производит обработку прерывания, он делает вызов программы обслуживания прерываний (ISR). Соответствующий вектор прерывания содержит адрес ISR.

В дополнение к нормальным режимам работы 87С196 КС имеет несколько режимов специального назначения. Режим Idle (режим холостого хода) и режим Powerdown (режим пониженного энергопотребления) снижают энергопотребление, если устройство не активно. Режим Once (режим внутрисхемной эмуляции) электрически изолирует микроконтроллер от системы, остальные специальные режимы обеспечивают возможность программирования энергозависимости памяти.

Снижение Мощности Потребления. В режиме Idle CPU прекращается выполнение команд, но периферийный задающий генератор остается активным. Энергопотребление падает на 40% от номинального. Любой аппаратный сброс и любой разрешенный источник прерывания может вывести устройство из режима Idle.

В режиме Powerdown вся внутренняя синхронизация замораживается в состоянии логического нуля, и генератор отключается. Внутреннее ОЗУ и большинство периферийной памяти сохраняет свое значение, если сохраняется напряжение питания. Энергопотребление падает до микроваттного уровня.

Программирование 87С196КС. Микроконтроллер поддерживает режим автопрограммирования, режим внешнего программирования и программирование во время работы

· режим автопрограммирования дает возможность 87С196 КС самому программировать себя от внешнего ППЗУ без программатора;

· режим внешнего программирования поддерживает программирование с ППЗУ — программатором. При использовании этого режима можно запрограммировать и проверить любое слово во внутреннем ПЗУ;

· программирование во время работы позволяет программировать куски собственного внутреннего ПЗУ во время обычного выполнения программы, когда это поддерживается программным обеспечением.

Вышеприведенное описание объясняет причины использования в блоке управления данного типа микроконтроллера (даже если не считать, что применение микроконтроллера из данного семейства входит в техническое задание проекта).

Для нормальной работы важно подключать неиспользуемые входы к напряжению питания Vп (+5В) или заземлить. Иначе на неиспользуемом входе может быть напряжение среднего уровня, что вызовет чрезмерный ток. Сигнал внешнего прерывания, такой, как NMI, если он не подключен, может вызвать ложное прерывание.

Подключение портов. Выводы Р0.0 и Р0.1 выполняют функции аналогового входа в АЦП. Остальные выводы порта Р0 могут быть оставлен неподключенными. Однако рекомендуется подключать неиспользуемые выводы Р0.2..Р0.7 к «земле».

Р2.0, Р2.5 выполняют функции выхода и предназначены для вывода на внешнее устройство сигналов сигнализации «низкий» и «высокий».

Вывод Р1.7 предназначен для разряда конденсатора в цепи пикового детектора путем подачи логического «0» (низкий уровень напряжения) и затем вывод переводится в высокоимпедансное (для того, чтобы не мешать работе АЦП).

Эти выводы можно оставлять неподключенными. В данной конфигурации системная шина адрес/данные (AD0-AD15) функционирует как Порты 3 и 4 с определенным по умолчанию значением 0FFFFh. Так как выходы Портов 3 и 4 с открытым стоком, то они будут плавающими, если их не подключить к внешней цепи. Чтобы исключить возможные проблемы, необходимо соединять выводы с землей (также, как и выводы Р2.2, Р2.3 и Р2.4). Порты Р1.0…Р1.7 используются для управления аттенюаторами. Вывод питания и земля. Питание в микроконтроллер поступает через несколько выводов. Vп — источник положительного напряжения для цифровой части устройства, в то время как VREF — источник положительного напряжения для АЦП и Порта 0. VП подсоединен к источнику +5В. Чтобы уменьшить помехи во время А/Ц-преобразования VREF подсоединен к отдельному источнику питания +5В. На выводах GND и AGND должен быть одинаковый потенциал около +/-50мВ. Для лучшей работы АЦП необходимо соединить AGND и GND в одной точке как можно ближе к устройству. Используйте кратчайший путь для соединения GND с землей. Необходимо добавить блокировочный конденсатор С1 между GND и VП.. Опорный генератор. 87С196КС может или вырабатывать тактовый сигнал внутри кристалла, или использовать внешний тактовый входной сигнал. Чтобы использовать внутренний генератор, внешний кварцевый резонатор Q1 соединен с XTAL1 и XTAL2. Импульсные помехи на XTAL1 XTAL2 могут быть причиной сбоев внутреннего генератора. Емкостная связь между генератором и проводниками с быстронарастающими цифровыми сигналами может вызывать импульсные помехи. Для уменьшения этой связи необходимо располагать кварцевый резонатор и емкости около устройства и использовать короткие прямые проводники для подсоединения к XTAL1, XTAL2 и земли. Для более эффективного уменьшения воздействия импульсных помех необходимо заземлять металлический корпус кварцевого резонатора.

В процессе настройки может понадобиться сброс (RESET#) контроллера. RESET# должен оставаться установленным в течение по крайней мере одного машинного такта, после стабилизации VП и XTAL1, и удовлетворения условий работы, приведенных в спецификации на устройство. Конденсатор C4 емкость, которого 4.7 мкФ (может быть и больше), может обеспечить достаточное время для сброса при быстром нарастании напряжения питания. Непосредственно процедура сброса сводится к короткому замыканию контактов C4.

3.1.2 Источник питания АЦП микроконтроллера

В качестве источника питания АЦП микроконтроллера необходим стабилизированный источник питания +5В с током нагрузки до 5 мА [7,8]. В радиотехнической литературе приведены множество различных схем стабилизированных источников напряжения, однако, получение высокого коэффициента стабилизации обычно достигается путем использования значительного количества электронных компонентов.

В [79,10] рассмотрены некоторые нестандартные варианты применения микросхемы К548УН1 (малошумящий усилитель). К несомненным достоинствам микросхем следует отнести наличие в их составе внутреннего двухступенчатого стабилизатора напряжения с высоким коэффициентом стабилизации.

Существенно снизить зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного можно подачей положительного смещения на инвертирующий вход через резистор сопротивления 1 МОм.

При этом коэффициент стабилизации по напряжению возрастает до 1000… 1500. Нагрузочная способность ограничена встроенным узлом защиты по выходному току на уровне 13мА. Конденсатор С1 служит для защиты от помех.

3.1.3 Управляемый источник опорного напряжения

Управляемый источник опорного напряжения системы АРН строится также на базе микросхемы К548УН1. Схема УИОН (рис.4.6) несколько отличается от приведенной выше за счет введения элементов регулировки выходного напряжения (К1, R2 и R4).Подстроечный резистор R2 служит для точной установки опорного напряжения в режиме автоматической регулировки напряжения. Переключатель К1: «АРН-РРН», позволяет выбрать режим ручной регулировки напряжения на выходе возбудителя. В режиме АРН К1 шунтирует переменный резистор R4 и выходное напряжение зависит от значения R2. В режиме «РРН» при помощи R4 можно вручную изменять выходное напряжение стабилизатора — опорное напряжение системы АРН — выходное напряжение на выходе возбудителя Резистор R# ограничивает максимальное выходное напряжение на уровне 4.9 В.

Переменный резистор R3 и переключатель К1 являются выносными элементами и расположены на панели управления возбудителя. Диапазон регулировки ИОН составляет 0,4…4,9 [ 9 ]. В режиме ручной регулировки напряжения диапазон регулировки составляет от 0,5 В до значения, которое определяется R2. В нашем случае номинальный уровень составляет 4В, следовательно, диапазон РРН составит:

(4.1)

3.2 Аттенюаторы

3.2.1 Аттенюаторы мелкого шага

В качестве дискретного аттенюатора мелкого шага используются компоненты фирмы Analog Device: логарифмический ЦАП AD 7111, работающий в режиме суммирования токов и операционный усилитель AD7111.

Микросхема AD7111 применяется для регулирования аналоговых сигналов параллельным двоичным кодом. Приведем некоторые технические характеристики:

· динамический диапазон регулировки…………………………. 88,5 дБ;

· шаг регулировки………………………………………………..0,375 дБ;

· граничная частота…………………………………………………1 МГц;

· время переключения………………………………………..около 90 нс;

· напряжение питания ……………………………………………….+5 В;

· максимальный ток управления……………………………………1мкА;

· максимальная потребляемая мощность…………………………20мВт;

· диапазон рабочих температур……………………………….-40, +85°С.

В качестве управляющих входов используются четыре цифровых входа: D0,…, D4. Входы D5,…,D7 заземлены. Для обеспечения постоянного чтения управляющих сигналов на выводы выборки кристалла (CS) и чтения (WR) подан низкий (нулевой) уровень напряжения. В таблице 4.1 приведена зависимость затухания от команд на входах управления.

Таблица 4.1

D0	D1	D2	D3	IN1-OUT1 дБ	N шага
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0?375	1
0	1	0	0	0,750	2
1	1	0	0	1,125	3
0	0	1	0	1,500	4
1	0	1	0	1,875	5
0	1	1	0	2,250	6
1	1	1	0	2,625	7
0	0	0	1	3,000	8
1	0	0	1	3,375	9
0	1	0	1	3,750	10
1	1	0	1	4,125	11

Схема с быстродействующим операционным усилителем AD711 рекомендована в [11]. На вход ЦАП IN подается напряжение от модулятора (первая промежуточная частота — 128 кГц). В зависимости от управляющего кода, полученного из блока управления, уровень выходного тока ЦАП меняется и, соответственно, меняется уровень выходного напряжения операционного усилителя.

3.2.2 Аттенюатор крупного шага

Выполнен на базе микросхемы дискретного аттенюатора АК100-25 фирмы ALFA. Основные технические характеристики:

· динамический диапазон регулировки……………………………..30дБ;

· шаг регулировки………………………………………………….….2 дБ;

· время переключения……………..…………………………около 20 нс;

· напряжение питания…………………………………………….+5В, -5В;

· максимальный ток управления…..……………………………..100 мВт;

· управляемая мощность…………………………………………..500 мВт;

· диапазон рабочих температур……………………….……….-40, +85°С.

Включение АК100-25 не требует каких-либо навесных элементов

В таблице 4.2 приведена зависимость затухания от команд на входах управления.

Таблица 4.2

С1	С2	С3	IN2-OUT2, дБ	N шага
0	0	0	0	0
0	0	1	4	1
0	1	0	8	2
0	1	1	12	3
1	0	0	16	4
1	0	1	20	5
1	1	0	24	6
1	1	1	28	7

Управление производится микроконтроллером по 3-разрядной шине. Напряжение на вход аттенюатора подается с селектора, а с выхода схемы подается на оконечный усилитель в блоке ШУ.

Выбор именно этих элементов для осуществления регулировки напряжения проводился с точки зрения наиболее простого и недорогого построения схемы.

Блок управления АРН выполняется в виде отдельного блока. Передача и прием необходимых команд, напряжение питания подается через разъем XS1. Аттенюаторы и элементы ручной регулировки напряжения располагаются непосредственно в тракте передачи сигнала и панели управления соответственно.

4. Описание блок-схемы алгоритма работы системы АРН

автоматический регулировка напряжение микроконтроллер

Работа блока управления системы АРН производится по программе, располагающейся в ПЗУ микроконтроллера. Рассмотрим блок-схему алгоритма.

«Начало». В начальный момент в микроконтроллере происходят процессы необходимые для его нормальной работы: установка регистров в начальное состояние ( после подачи напряжения питания конденсатор, подключенный к выводу RESET#, и внутренний резистор обеспечивают требуемую задержку для установки в начальное состояние), после установки начального состояния, когда на выводе RESET# устанавливается высокий уровень напряжения, из внутреннего ПЗУ производится загрузка байтов конфигурации в регистры конфигурации, затем выбирается первая команда программы из ячейки с адресом OFF2080H во внутреннем ПЗУ. Также производятся необходимые установки в управляющих регистрах портов.

«Максимальное затухание в тракте». Для обеспечения максимального затухания в тракте и сброса пикового детектора производится подача «1» на выводы порта Р1.0…Р1.7.

«Счетчики А=7,В=11».В двух свободных регистрах организуются счетчики, отображающие количество шагов ослабления в каждом из аттенюаторов. А=7 — означает, что в АК включен 7 шаг ослабления (общее ослабление составляет 7 ·4 дБ=28дБ), В=11 — означает, что в АМ включен 11 шагов ослабления (общее ослабление составляет 11·0,375 дБ=4,125 дБ).

«Опрос ИОН (U1) ». Выполняется аналого-цифровое преобразование напряжение с вывода Р0.0. Результат АЦП заносится в ячейку ОЗУ 0ххххх1Н (адрес любой свободной ячейки ОЗУ).

«Вычисление ИОН2 (U2) и ИОН3 (U3)».Значение дополнительных ИОН вычисляются относительно U1:

Для выполнения операции деления достаточно одной команды (система команд включает в себя помимо простых команд сложения и вычитания, также и команды деления и умножения). Значения 1,25 и 1,05 считываются из ПЗУ в свободные ячейки и затем производятся вычисления. Результаты заносятся в ячейки 0ХХХХХ2Н и 0ХХХХХ3Н.

«Перестройка?».Опрашивается значение вывода порта Р2.1. При значении «1» производится переход к пункту «Максимальное затухание в тракте». Если значение «0» (нет команды «перестройка» от внешнего устройства), то осуществляется переход к опросу ПД.

«Опрос ПД». Вывод порта Р1.7 переводится в высокоимпедансное состояние . Затем выполняется аналогово-цифровое преобразование напряжения с вывода Р0.1. Результат АЦП заносится в ячейку ОЗУ 0ХХХХХ4Н.

«UПД<U2».Сравниваются значения напряжения ПД и дополнительного ИОН (ИОН2). Т.е. производится сравнение ячеек 0ХХХХХ4Ни 0ХХХХХ2Н.

· Если 0ХХХХХ4Н <0ХХХХХ2Н (напряжение ПД меньше, чем -4дБ от номинального значения), то значение счетчика А уменьшается на единицу, на выводы порта Р1.4..Р1.6 подается значение А и осуществляется переход к процедуре опроса ИОН (ослабление в тракте уменьшается на 4 дБ).

· Если 0ХХХХХ4Н>0ХХХХХ2Н (напряжение ПД больше, чем -4дБ от номинального значения, но меньше -0,375 дБ от номинального значения), то переход к следующему пункту.

«UПД<U3».Сравниваются значения ПД и дополнительного ИОН (ИОН3).Т.е. производится сравнение значений ячеек 0ХХХХХ4Н и 0ХХХХХ3Н.

· Если 0ХХХХХ4Н<0ХХХХХ3Н (напряжение ПД больше чем -4 дБ от номинального значения, но меньше -0,375 дБ о номинального значения), то значение счетчика В уменьшается на единицу. Однако необходимо проверять значение счетчика В («В<0?»). Если В больше нуля, то на выводы порта Р1.0..Р1.3 подается значение В и осуществляется переход к процедуре опроса ИОН (ослабление в тракте уменьшается на 0,375 дБ). Если значение В меньше нуля, т.е. АМ не вносит ослабления, а уровень сигнала мал и следует отключить еще один шаг АК. Тогда уменьшается значение счетчика А на единицу и также проверяется («А<0?»). В случае, если А<0, т.е. все аттенюаторы отключены и все же уровень выходного сигнала меньше номинального, то на выходе порта Р2.0 устанавливается «1» — команда внешнему устройству «низкий». Если еще есть запас по шагам у АК, то счетчик В устанавливается равным 10, его значение подается на выводы порта Р1.0..Р1.3 ( ослабление увеличивается на 3,75 дБ), на выводы порта Р1.4..Р1.6 подается значение счетчика А ( ослабление уменьшается на 4 дБ) и происходит переход к опросу ИОН.

· Если 0ХХХХХ4Н>0ХХХХХ1Н (напряжение превысило номинальный уровень). Значение В увеличивается на единицу («В+1»). Однако необходимо проверять значение счетчика В(«В=12?»). Если В менее 12ти, то на выводы порта Р1.0..Р1.3 подается значение В и осуществляется переход к процедуре опроса ИОН (ослабление в тракте увеличивается на 0,375 дБ) Если значение В равно 12, т.е. АМ вносит максимальное ослабление, а уровень сигнала большой и следует подключить еще один шаг АК. Тогда увеличивается значение счетчика А на единицу («А+1») и также проверяется («А=8?»). В случае, если А=8, т.е. в тракте максимальное ослабление и все же уровень выходного сигнала выше номинального, то на выходе порта Р2.5 устанавливается «1» — команда внешнему устройству «высокий».Если еще есть запас по шагам у АК, выводы порта Р1.4..р1.6 подается значение счетчика А (ослабление увеличивается на 4дБ), то счетчик В устанавливается равным 1, его значение подается на выводы порта Р1.0..Р1.3 (ослабление уменьшается на 4дБ), и происходит переход к опросу ИОН.

Алгоритм составлен с точки зрения обеспечения необходимого набора функций. Создание непосредственного текста программы связано не только с тем, что не ставилось в задачу проектирования, но и особенностями работы микроконтроллера и недостаточным освещением в литературе связанных с этим вопросом.

Согласно [7,8], для написания программного проекта любого размера наилучшим является модульное программирование, и существуют стандарты, регламентирующие связи между модулями. Эти стандарты выбираются в зависимости от конкретных требований проекта. Рекомендуется использовать соглашения, принятые в языке программирования PLM-96 для стыковки процедур. Это хорошо отработанный стандарт, как для ассемблера, так и для среды PLM-96, ион обеспечивает совместимость этих сред. Он также предоставляет доступ к библиотеке арифметики с плавающей запятой (FPAL-96), которую PLM-96 использует при операциях с переменными типа REAL.

5. Расчетная часть

5.1 Расчет времени установления выходного напряжения

По техническим требованиям, проектируемая система АРН должна обеспечивать время установления выходного напряжения до номинального уровня не более 5 мс.

Общее время установления ТУСТ складывается из:

ТУСТ= ТПРОГ+ ТРАСПР + ТАТ;

где ТПРОГ — время выполнения программы; ТРАСПР- время распространения контрольного сигнала (сигнала с пикового детектора) и сигналов управления аттенюаторами; ТАТ — время переключения аттенюаторов (время с момента поступления сигнала управления до момента обеспечения требуемого ослабления в тракте).

Временем распространения сигнала с ПД и сигналов управления аттенюаторами можно пренебречь, т.к. благодаря малым величинам управляющих токов аттенюаторов и высокой нагрузочной способности микроконтроллера, не применяются буферные элементы, приводящие к задержке сигналов.

Время переключения аттенюаторов берется из технического описания [11]. Время переключения АК=20нс, АМ=97нс.

Проведем оценку времени выполнения программы по укрупненному алгоритму (Приложение 2). Для выхода напряжения на номинальный уровень необходимо провести 6 циклов переключения АК и 5 циклов переключения АМ.

Цикл АК включает 2 АЦП, 2 команды деления, 2 команды условных переходов, 10 команд пересылки блоков, 1 команда вычитания.

Цикл АМ включает 2АЦП, 2 команды деления, 3 команды условных переходов,15 команд пересылки блоков, 1 команда вычитания.

Исходя из данных по времени выполнения команд (исходя из самого медленного способа адресации — индексного, длинного) получаем: tАК=480 тактов,

TАМ=600 тактов. Следовательно:

ТПРОГ=6·480+5·600=5880 тактов(~368 мкс).

Получаем, что расчетное время установления выходного напряжения составит порядка 368 мкс.

7.2 Расчет функции чувствительности

Учитывая то, что параметры аттенюаторов обеспечивают основные требования по управлению выходным напряжением, была поставлена дополнительная расчетная задача- определить функцию чувствительности к изменению некоторых параметров.

Наиболее просто задача решается, если предположить, что причина нестабильности схемы заключается в нестабильности коэффициента усиления.

Коэффициент усиления для данной схемы с отрицательной обратной связью, равен:

Тогда относительное изменение коэффициента передачи равно:

а функция чувствительности, по определению:

Однако практически более полезно оценить чувствительность схемы К изменению сопротивления нагрузки Rн.

Тогда анализируя схему,

где ,

обозначим К*=и при условии х<<1, определим нормированный коэффициент передачи:

Для получения большей точности расчетов следует учитывать входное , выходное и нагрузочное сопротивление.

В этом случае пришлось провести дополнительный теоретический анализ, в результате чего значения функции чувствительности от влияния нагрузки имеет вид:

У примененной интегральной схемы с учетом внешних элементов:

К*=1000;

К0=1+R2/R1=5;

Rвх=20кОм;

Rн1=5кОм;

Rвых=5 Ом;

Rн=100 Ом.

Тогда

т.е при уменьшении Rн на 10% , выходное напряжение ихменится на 0,01%, что обеспечивает хорошее качество и стабильность управления. Для большинства практических случаев достаточно получить величину функции чувствительности менее 0,1%.

6. Охрана труда

6.1 Общие вопросы безопасности

В настоящее время значительную важность приобретают вопросы безопасности проведения работ по проектированию, наладке, запуску в производство и эксплуатации новых радиоэлектронных средств. Это становится особенно важным в связи с увеличивающейся опасностью получения различного вида травм и отравлений в процессе производства и эксплуатации.

В соответствии с ГОСТ 12.0.003 -74, реальные производственные условия подразделяются на опасные и вредные производственные факторы.

Под опасным производственным фактором подразумевают такой, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности.

Вышеупомянутые факторы подразделяются по природе действия на следующие группы:

— физические

— химические

-биологические

— психофизиологические.

В качестве примера опасных и вредных производственных факторов, действующих при изготовлении, а в ряде случаев и при эксплуатации, радиоэлектронных средств, могут служить:

- повышенная загазованность воздуха рабочей зоны

- повышенная запыленность воздуха рабочей зоны

- пониженная подвижность воздуха рабочей зоны;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны

повышенное значение напряжения в электрической сети, замыкание которое может произойти через тело человека;

- недостаточное естественное освещение.

- недостаточное освещение рабочей зоны

- повышенный уровень электромагнитных излучений;

- неблагоприятная электромагнитная обстановка рабочей зоны

Легко можно выделить пути возникновения опасных условий для производственного персонала и пользователей.

6.1.1 Электрический ток

Имеется высокая опасность поражения электрическим током, причина кроется в том, что большинство приборов подключается к сети питания напряжением 220 В до 380 В. Опасность поражения человека электротоком может возникнуть при нарушении изоляции токоведущих элементов и привести к электротрамве.

Нормативным документом, устанавливающим допустимый уровень напряжения, является ГОСТ 12.1.038 -82.

При нормальном неаварийном режиме напряжение прикосновения и токи, протекающие через тело человека, не должны превышать: напряжение не более 2,0 В; сила тока — не более 0,3 мА.

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения при аварийном режиме (50 Гц) не должны превышать указанных в таблице 4 выражений в зависимости от продолжительности воздействия.

Таблица 4

Время воздействия, с.	Предельно допустимый уровень
	Напряжения, В	Тока, мА
От 0,01 до 0,08	220	220
0,1	200	200
0,2	100	100
0,3	70	70
0,4	55	55
0,5	50	50
0,6	40	40
0,7	35	35
0,8	30	30
0,9	27	25
1	25	27
Свыше 1	12	2

6.1.2 Освещение

Правильно спроектированное и выполненное освещение на предприятиях обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. От условий освещенности в значительной степени зависит состояние центральной нервной системы человека, сохранность его зрения и безопасность на производстве. При правильно организованном освещении увеличивается производительность труда и качество выпускаемой продукции.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К основным качественным показателям освещения относятся: спектральный состав света, коэффициент пульсации, показатель ослепленности и дискомфорта. К количественным показателям относятся: яркость, сила света, световой поток, освещенность. Для оценки условий зрительной работы существуют такие характеристики, как фон, контраст объекта с фоном, видимость объекта. При освещении производственных помещений используется естественное и искусственное освещение. В случае использования обоих источников, освещение принято называть совмещенным.

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть общее, местное и комбинированное.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на: рабочее, аварийное, охранное, дежурное, эвакуационное.

Рабочее — обязательно во всех помещениях и освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы.

Аварийное — при внезапном отключении рабочего освещения. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения.

Эвакуационное освещение предусматривается при эвакуации людей из производственных помещений сопровождающейся аварийным отключением рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей. Выходные двери помещений общественного назначения, в которых могут одновременно находиться одновременно более 100 человек, должны быть отмечены сигналами — указателями.

В нерабочее время, совпадающее с темным временем суток, необходимо обеспечить минимальное искусственное освещение для несения дежурств, охраны. Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений выделяют часть светильников рабочего или аварийного освещения.

Основная задача освещения — создание наилучших условий для видения.

а) При этом необходимо выполнять следующие требования: Освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, определяемой по параметрам:

1) Объект различения — наименьший размер рассматриваемого предмета;

2) Фон — поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения. Характеризуется коэффициентом отражения, при коэффициенте более 0,4 — фон светлый; от 0,2 до 0,4 — средний; менее 0,2 — темный;

3) Контраст объекта с фоном — характеризует соотношение яркостей объекта и фона.

Выписка из норм освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях (СНиП 23.05-95) для рабочего места инженера приведена в таблице 5

Таблица 5

Характеристика зрительной работы	Наименьший размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Контраст объекта различения с фоном	Характеристика фона	Подразряд зрительной работы	Искусственное освещение	Совместное освещение
						Освещенность, лк	Сочетание величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации	КЕО, %
						При системе комбинированного освещения		При боковом
						Всего	В том числе от общего	Р	Кп, %
Выс. точности	0,3ч0,5	Ш	малый	средний	б	100	200	40	15	1,2

б) Обеспечение достаточно равномерного распределения яркости на рабочей поверхности и в окружающем пространстве. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов применяется комбинированное освещение.

в) Отсутствие резких теней на рабочей поверхности. Особую вредность представляют движущиеся тени, способные привести к травмам.

г) Отсутствие в поле зрения прямой и отраженной блесткости. Блесткость — это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций, ухудшение видимости объекта. Видимость характеризует способность глаза воспринимать объект и определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном.

д) Величина освещенности должна быть постоянной во времени. Колебания освещенности, вызванные перепадами напряжения в сети, вызывают переадаптацию глаза, приводит к значительному утомлению. Пульсация освещенности может быть связана с особенностью работы газоразрядных ламп. Коэффициент пульсации освещенности — критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности при питании ламп переменным током.

е) Выбор оптимальной направленности светового потока с целью облегчения различения микрорельефа элементов рабочей поверхности. Образование микротеней от рельефных элементов облегчает различение за счет повышения видимого контраста с фоном. Наибольшая видимость достигается при падении света на рабочую поверхность под углом 60°, а наихудшая — при 0°.

ж) Оптимальный выбор необходимого спектрального состава света. В этом случае обеспечивается правильная светопередача, а в отдельных случаях увеличение цветовых контрастов. Состав света выбирают либо близкий к солнечному, либо монохроматический.

6.1.3 Воздух в рабочей зоне

Загрязнение воздуха в рабочей зоне происходит вследствие использования припоев, содержащих тяжелые металлы, в том числе свинец. Поэтому процесс пайки сопровождается загрязнением воздушной среды, рабочих поверхностей, одежды и кожи рук, работающих со свинцом. Это может привести к свинцовым травлениям организма и вызвать изменения в нервной системе, крови и сосудах.

По характеру воздействия вещества, способные попасть в организм человека через дыхательные пути разделяются, согласно [13] на:

а) Общетоксические — вызывают отравления всего организма человека (окись углерода, цианистые соединения, свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения, а также другие вещества);

б) Раздражающие — вызывают раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек организма человека (хлор, аммиак,окислы азота, ацетон, сернистый газ, а также другие вещества и соединения);

в) Сенсибилизирующие — действующие как аллергены (формальдегид, растворители на основе нитросоединений, другие вещества);

г) Канцерогенные — способствуют возникновению злокачественных образований и онкологических заболеваний (никель и его соединения, амины, окислы хрома, асбест, другие вещества);

д) Мутагенные — приводят к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные вещества и соединения).

е) Влияющие на репродуктивную функцию (ртуть, свинец, марганец, радиоактивные вещества и соединения).

Содержание этих веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений нормируется по показателю предельно допустимой концентрации согласно ГОСТ 12.1.005 -88. При этом вещества подразделяются на следующие классы:

а) Чрезвычайно опасные (бериллий и его соединения, свинец, марганец);

б) Высоко опасные (хлор, соляная кислота, кремнеземсодержащие пыли);

в) Умеренно опасные (окись железа);

г) Мало опасные (окись углерода, аммиак, топливный бензин, ацетон).

Удаление этих веществ производится при помощи вентилирования помещений и очистки воздуха с помощью различных фильтров. При этом возникает необходимость расчета установки вентилирование и очистки воздуха. В некоторых случаях необходимо применение воздушного вентилирования, но в основном методом очистки воздуха рабочей зоны от вредных веществ является вытяжная вентиляция. При этом следует принимать во внимание, что загрязнение воздушной среды пылью, парами масла, кислот щелочей не только вредно для здоровья персонала, Но и в значительной степени влияет на производительность труда и качество изделий.

6.1.4 Метеорологические условия

В соответствии с ГОСТ 12.1.005.-88 устанавливают оптимальные и допустимые метрологические условия для рабочей зоны помещений, при выборе которых учитываются:

а) Время года:

1) Холодный период со среднесуточной температурой воздуха ниже 10°С;

2) Теплый период с температурой +10°С и выше;

б) Категория производимой работы по тяжести:

1) Легкие физические работы с энергозатратами до 150 ккал/час;

2) Физические работы средней тяжести с энергозатратами до 250 ккал/час;

3) Тяжелые физические работы с энергозатратами более 293 ккал/час;

в) Характеристика помещений по избыткам явной теплоты — теплоты, поступающей в рабочую зону от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников, и воздействующей на температуру воздуха в этом помещении.

В связи с необходимостью обеспечения вышеизложенных требований возникает необходимость проведения мероприятий по:

а) Механизации и автоматизации производственных процессов, дистанционном управлении ими;

б) Применению технологических процессов и оборудования, снижающих как образование вредных веществ, так и попадание их в рабочую зону;

в) Защите от источников тепловых излучений;

г) Оптимальной организация вентиляции и отопления( оптимальная величина температуры воздуха 22° -24°С согласно ГОСТ 12.1.005-88, СН 512-78);

д) Применению средств индивидуальной защиты.

6.1.5 Вибрации

Еще одним важным вопросом является, защита от производственных вибраций, возникающих при использовании механизмов, производящих вибрацию с различными спектрами частот.

Воздействие вибрации, сказываясь на самочувствии рабочего, снижает его производительность труда, и нередко приводит к тяжелому профессиональному заболеванию — виброболезни. Поэтому вопросами борьбы с вибрацией придается огромное значение.

Воздействие вибрации на человека чаще всего связано с колебаниями, обусловленными внешними переменными силовыми воздействиями на машину, либо на отдельные ее системы. Возникновение такого рода колебаний может быть связано не только с силовым, но и с кинематическим возбуждением, напряжением в транспортных средствах при движении по неровному пути.

Основными параметрами вибрации являются :амплитуда колебательного ускорения, период колебаний, частота колебаний, спектральный состав колебательного процесса .

Основные мероприятия по снижению воздействия вибрации:

1. поддержание оборудования в исправном состоянии

2. применение гасителей вибрации — виброизоляторов

3. дистанционное управление производственными процессами

6.1.6 Электромагнитные излучения

Неблагоприятная электромагнитная обстановка. Этот вредный фактор обусловлен тем, что существует большое число источников электромагнитного излучения, каждый из которых кроме полезной работы излучает в пространство какую-то долю энергии. Уровень этой энергии различен. Примером такого рода источников могут служить различного типа промышленные установки, передатчики, вычислительные машины, измерительные приборы, любые радиоэлементы, включенные в высокочастотную цепь.

Степень воздействия электромагнитных полей на человека зависит от напряженности электрического и магнитного полей, интенсивности облучения, диапазона частот, длительности воздействия, а также от индивидуальных особенностей организма. При попадании в зону ЭМП происходит частичное поглащение энергии тканями организма, возникает их нагрев и появление ионных токов. Это приводит к нарушению циркуляции жидкости в клетках ивнутренних органах, что может вызвать изменения в составе крови, заболевания глаз, нервно-психические заболевания. Длительное воздействие приводит к повышенной утомляемости, сонливости, нарушению сна, гипертонии, доли в области сердца.

Однако большинство нарушений в организме обратимы, в случае своевременного уменьшения интенсивности излучения либо полного прекращения контакта с источником излучения. Обратимость также зависит от индивидуальных особенностей организма.

Наиболее вредными являются излучение с длинами волн от 10 до 30 сантиметров. В этом случае поглощение происходит во внутренних органах. Излучение с длинами волн короче 10 сантиметров в значительной степени поглощается кожей.

Принцип нормирования ЭМИ радиочастотного диапазона зависит от частоты. В соответствии с ГОСТ 12.1.006-84, нормируется уровень электромагнитного излучения. В диапазоне частот от 60 кГц до 300 МГц нормируется напряженность электрической и магнитной составляющих ЭМИ, а в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц — плотность потока энергии.

Основными мерами защиты от электромагнитного излучения могут быть:

а) защита временем;

б) защита расстоянием;

в) экранирование источников излучения;

г) уменьшения излучения в самом источнике излучения;

д) экранирование рабочих мест;

е) средства индивидуальной защиты.

Неблагоприятная электромагнитная обстановка обусловлена также особенностями работы персонала, который большую часть рабочего времени проводит за компьютером, терминалами САПР, являющимися непосредственными источниками электромагнитного излучения.

Устройство визуального отображения информации выделяет рентгеновское, радиочастотное , видимое и ультрафиолетовое излучение. Но предельно допустимые нормы превышает только электромагнитное излучение, которое создается магнитными катушками, находящимися около цокольной части ЭЛТ.

Визуально-эмиссионные параметры персональных компьютеров, с точки зрения их безопасности, отражены в нормативных документах: ГОСТ Р 50948-96, ГОСТ Р 50949-96, ГОСТ Р 50923-96.

Дополнительные значения параметров неионизирующих ЭМИ отражены в таблице 5.

Таблица 5.

Наименование параметров	Допустимые значения
Напряженность электромагнитного поля на расстоянии 50 см. вокруг видеодисплейных терминалов по электрической составляющей должна быть не более: В диапазоне частот 0,5-2Гц В диапазоне частот 2-400Гц	25 В/м 2,5 В/м
Плотность магнитного потока должна быть не более: В диапазоне 0,5-2Гц В диапазоне частот 2-400Гц	250нТл 25нТл
Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать	500 В

При длительной работе на компьютере у пользователей будут наблюдаться нарушения здоровья, например, заболевания органов зрения (у 60% пользователей) болезни сердечно0сосудистой системы (у 60% пользователей), заболевания желудочно-кишечного тракта (у 40% пользователей), кожные заболевания (у 10 % пользователей), различные опухоли ( в основном мозга).

Как можно заметить, прежде всего, электромагнитные излучения воздействуют на глаза. Если человек несколько часов подряд проводит за дисплеем, он начинает ощущать резь и помутнение в глазах, усталость. В особо тяжелом случае облучение глаз вызывает помутнение хрусталика, которое обнаруживается не сразу, а через несколько дней после облучения. Часто у оператора через некоторое время после начала работы перед экраном появляется болезненные симптомы: головная боль, боль в мышцах лица.

6.2 Анализ наиболее опасных и вредных факторов и разработка мероприятий по их снижению

Как упоминалось ранее, в разработку и изготовление аппаратуры на базе микропроцессоров и микроконтроллеров помимо разработки и создания аппаратных средств включает в себя также создание и отладку программного обеспечения. Написание кода программы для системы АРН предполагает длительное нахождение человека в закрытом помещении у монитора компьютера. При этом у оператора воздействует ряд факторов неблагоприятного воздействия.

Среди которых можно назвать такие как:

а) повышенная запыленность воздуха рабочей зоны;

б) пониженная или повышенная температура воздуха рабочей зоны;

в) повышенное значение напряжение в электрической сети, замыкание которой может произойти через тело человека;

г) повышенная напряженность электромагнитного поля;

д) недостаточная освещенность рабочей зоны.

Кроме того, имеет место группа психофизически вредных роизводственных факторов, таких как:

- физические перегрузки (статистические и динамические)

- нервно-психические перегрузки (монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Повышенная запыленность воздуха рабочей зоны возникает при распиловке листового фольгированного стеклотекстолита на заготовки для печатных плат и при обработке кромок заготовок.

Повышение или понижение температуры воздуха в рабочей зоне может быть вызвано недостатками в организации и работе систем вентиляции и отопления.

Поражение электрическим током от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц возможно при повреждении изоляции, отказе защитных устройств, нарушении техники безопасности при эксплуатации и ремонте электрических приборов и установок.

Повышенный уровень электромагнитного излучения может возникнуть при несоблюдении мер по охране труда: несвоевременный контроль над уровнем излучения, неправильное экранирование источников излучения.

Недостаточная освещенность рабочей зоны является следствием неудачного ее расположения, недостатков в проектировании систем общего и местного освещения, использование электрических ламп мощностью ниже требуемой.

Меры борьбы с повышенной запыленностью воздуха в рабочей зоне:

а) применение защитных кожухов, отсосов пылесборников на оборудовании для разрезания стеклотекстолита;

б) своевременная уборка рабочего места, очистка оборудования, уборка и проветривание помещения;

в) использование средств индивидуальной защиты (спецодежда, очки, респиратор). Поддержание температуры воздуха в рабочей зоне в нужных пределах осуществляется путем правильного использования и содержания в исправном состоянии систем отопления и вентиляции помещений.

Электрическая безопасность обеспечивается следующими мерами:

а) расположение кабелей и проводов в местах, удаленных от нагретых деталей (жало паяльника) и острых кромок оборудования;

б) использование защитного заземления, защитного отключения;

в) использование сигнальных знаков и надписей;

г) использование малого напряжения (например, паяльник на 36 В вместо паяльника на 220 В),

Повышенный уровень электромагнитного излучения компенсируется установкой защитных экранов, применением мер защиты от ЭМИ. Недостаточная освещенность рабочей зоны устраняется введением местного освещения, а также совершенствованием общего освещения.

В целях предупреждения возникновения пожаров необходимо выполнять следующие мероприятия:

а) выполнение правил техники безопасности при производстве работ и эксплуатации оборудования;

б) использование паяльника питанием 36 В с применением специальной подставки;

в) отключение приборов и оборудования по окончании работы или при перерывах в работе;

г) поддержание помещений в чистоте и порядке;

д) размещение средств пожаротушения в легко доступных местах, поддержание их в исправном состоянии.

По сравнению с другими вредными производственными факторами ЭМИ наиболее опасны, так как их действия незаметны и следствие их воздействия проявляется только через какой-то промежуток времени.

Под действием ЭМ полей происходит частичное поглощение энергии тканями организма, и в них возникают высокочастотные токи. В электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, крови, межклеточной жидкости и т.п., после приложения внешнего поля появляются ионные токи.

Это приводит к специфическим воздействиям на биологические ткани, поскольку нарушается структура электрических потенциалов, мембранная проводимость и, как следствие, циркуляция жидкости в клетках и во внутренних органах.

Длительное воздействие на человека ЭМ полей большой интенсивности вызывает повышенную утомляемость, сонливость, нарушение сна, головную боль, гипертонию, боли в области сердца. К тому же в ряде случаев может происходить изменение состава крови, заболевание глаз, нервно-психические заболевания.

Некоторые нарушения в организме, вызванные биологическим действием ЭМ полей, способны накапливаться. Таким образом, если на применять мер защиты, то излучаемая ЭМ энергия может оказать вредные влияния на здоровье человека.

6.3 Расчет предельно допустимого значения интенсивности электромагнитного излучения компьютера

Согласно ГОСТ 12.1.006-84, электромагнитное поле оценивают показателями интенсивности поля и создаваемой им энергетической нагрузкой. Интенсивность электромагнитного поля в диапазоне низкочастотного излучения характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей. Предельно допустимый уровень напряженности электрического поля Е составляет 25 В/м. Напряженность магнитного поля Н в данном диапазоне составляет 25 нТл.

Тогда энергетическую экспозицию электрического поля можно найти по следующей формуле:

(7.1)

где Т — продолжительность воздействия, ч.

То же для магнитного поля:

(7.2)

Так как рекомендуемое время работы за сутки составляет 4 часа, то следовательно энергетическая экспозиция электрического поля составляет:

То же для магнитного поля:

Предельно допустимые значения интенсивности электромагнитного излучения ППЭПДУ равны:

(7.3)

Отсюда ППЭПДУ для электрического и магнитного полей:

Оператор должен находиться на расстоянии не менее 0,6-0,7 м от монитора. Расстояние до экрана менее 0,5 м недопустимо. При этом в обязательном порядке необходимо применение заземленного защитного экрана на мониторе.

Распространение излучения электромагнитного поля наблюдается как от экрана, так и от остальных поверхностей видеомонитора. В связи с этим расстояние между тыльной поверхностью одного видеомонитора и экраном другого рекомендуется устанавливать не менее 2 м, а расстояние между боковыми поверхностями не менее 1,2 м. Если в помещении работает несколько человек, монитор должен быть размещен так, чтобы его тыльная сторона не была обращена к людям.

За последние несколько лет практически обязательным является удовлетворение параметров мониторов условиям класса так называемых Low Radiation (низкого излучения) мониторов. Это значит, что они полностью отвечают требованиям как минимум стандарта MPR2, разработанного Шведским Национальным советом по Измерениям и Тестированию (Swedish National Board of Measurement and Testing). MPR2 стал международным стандартом де-факто, устанавливающим предельные величины статических и низкочастотных полей, излучаемых мониторами. Совсем недавно появился новый стандарт, удовлетворяющий более жестким требованиям безопасности, называемый ТСО-95 (и вслед за ним ТСО-99), но пока незначительная часть используемых мониторов соответствует этим стандартам.

Для исключения вредного воздействия магнитного поля на здоровье оператора необходимо выполнять ниже перечисленные требования:

- использовать монитор, выпущенный в соответствии со спецификацией MPR2,

- пользователь должен находиться на расстоянии не менее 0,5 м от монитора.

7. Проектирование конструкторской документации системы автоматической регулировки выходного напряжения радиопередатчика

7.1 Расчет сметы затрат на проектирование конструкторской документации системы автоматической регулировки выходного напряжения радиопередатчика

При проектировании любого устройства, особенно в современных рыночных условиях, когда на первое место встает конкурентоспособность продукции, проектировщику необходимо учитывать множество аспектов (экономические, социальные, экологические и др.) от которых зависит стоимость продукции

В данной главе будет произведен расчет затрат на проектирование конструкторской документации.

Проектные работы позволяют получить комплект документов, необходимых для изготовления всего изделия или его оригинальной части.

Проектные работы выполняются в две взаимосвязанные стадии: — разработка конструкторской документации; — разработка технологической документации.

При проектировании конструкторской документации следует придерживаться требований отраслевых и государственных стандартов.

Согласно [3] в проектировании могут быть представлены следующие типовые стадии:

— техническое задание

— техническое предложение;

— эскизный проект;

— технический проект;

— рабочая документация.

Целесообразность выполнения всей стадии определяется сложностью проектируемого изделия. Согласно [15] при проектировании радиоэлектронной аппаратуры выделяется пять групп сложности. По этой классификации разрабатываемое устройство может быть отнесено ко второй группе сложности.

Типовой перечень работ при проектировании берем в [15], распределение трудозатрат по этапам проектирования берем в [16].

Состав работ по этапам проектирования, проводимых при разработке устройства приводится в таблице 8.1. В основу был положен типовой перечень работ при ОКР [15]. Нормы затрат времени на разработку конструкторской документации берем в [17,18].

Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации имеют следующие особенности: они разработаны для условий единичного производства; при выполнении чертежей в масштабе 1:1; формат документа свой для каждой нормы; аппликации не используются.

Если при выполнении конкретных документов эти условия не соблюдаются, трудоемкость их разработки определяется по формуле:

Тфакт = Ттабл•К1•К2•К3•К4,

Где Ттабл -норма времени на разработку соответствующего документа, приведенная в таблице; К1 — коэффициент, учитывающий тип производства для разрабатываемого устройства; К2 — коэффициент приведения фактических масштабов чертежей в соответствии с табличными; К3 — коэффициент, учитывающий использование аппликаций в разработке данного документа; К4 — коэффициент приведения фактических форматов документов в соответствии с приведенными и норме. Итак, суммарная трудоемкость составила 1057,56 чел./час. Время, затраченное на проектирование конструкторской документации, составило 1057,56. (результаты каждого этапа являются исходными данными для последующего, разрабатывается один комплект КД, поэтому вся работа проводится последовательно).

Размер основной заработной платы устанавливается исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкости, затрачиваемой на отдельные этапы работ, и их должностных окладов. При проведении расчета должностные оклады служащих взяты по данным ОНИИП. Размер премии -40% от прямого фонда заработной платы. Районный коэффициент города Омска составляет 15% от основной заработной платы.

Потребный фонд заработной платы составил 3776,09 руб.

На статью «Дополнительная заработная плата» относятся выплаты, предусмотренные законодательством за непроработанное (неявочное) время: оплата очередных и дополнительных отпусков, оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, выплаты вознаграждений за выслугу лет и др. Размер дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих работу, определяется в процентах от их основной заработной платы. В течении года служащие находится в отпуске — 24 дней; общественные и государственные обязанности — 5дней; болеет -7 дней. Следовательно, процент дополнительной заработной платы равен отношению количества нерабочих дней к общему числу рабочих дней: (24+5+7)/254=0,142 или 14,2%. Соответственно, в нашем случае размер дополнительной заработной платы составит: 3776,09•0,142=536,2 руб.

Отчисления во внебюджетные фонды составляют 38,5%. К ним относятся:

Размер внебюджетных отчислений составит: (3776,09+536,2) •0,385=1660,23 руб.

Норма накладных расходов по данным ОНИИП на 2003 год составляет 450%.

Всего сумма накладных расходов составит: 3776,09 •4,5=16992,4 руб.

Таблица 8.5

Статья расходов	Величина расходов
	Руб.
1. Потребный фонд заработной платы служащих	3776,09
2. Дополнительная плата служащих	536,2
3. Отчисления с заработной платы в ЕСВ	1660,23
4. Накладные расходы	16992,4
ИТОГО	22964,92

Затраты на проектирование системы автоматической регулировки напряжения возбудителя радиопередатчика составили 22964,92 руб.

Заключение

Результатом работы над данным дипломным проектом стала разработка системы автоматической регулировки напряжения на выходе возбудителя радиопередатчика.

Устройство отличается от своих предшественников тем, что имеет малые габариты, малое энергопотребление и более широкие функциональные возможности. Это достигается применением современной элементной базы, в том числе микроконтроллера серии 8ХС196КС.

В связи с тем, что тексты программ находятся в стадии разработки, снять реальные параметры устройства не представляется возможным;

Тем не менее, разработанное устройство отвечает требованиям технического задания, а именно:

- построено на базе микроконтроллера семейства MCS-96$

- предусмотрена возможность ручной регулировки напряжения;

- скорость установления выходного напряжения не более 5 мс;

Использование микроконтроллера в блоке управления позволило упростить процессы обработки входных сигналов, уменьшить время установления выходного напряжения на номинальном уровне, снизить потребляемую мощность и т.д.

В целом по результатам дипломного процесса устройство соответствует современному уровню техники и является экономически выгодным для внедрения в производство.

Список использованных источников

1. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. — М.: Высшая школа, 1990. -335 с.

2. Кривицкий Б.Х., Салтыков Е.Н. Системы автоматической регулировки усиления. — М. Радио и связь, 1982.

3. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. — М.; Наука, 1977.

4. Гендин Г.С. Автоматические и ручные регулировки в радиовещательной аппаратуре. — М.; Связб, 1968. — 120 с.

5. Радиопередающие устройства. Под редакцией О.А. Челнокова. М.; Радио и связь,1982. -256 с.

6. Корячко В.П. Микропроцессоры и микроЭВМ в радиоэлектронных средствах. — М.; Высшая школа, 1990. — 407 с.

7. Бродин В.Б., Шагурин М.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. — М.; ЭКОМ, 1999.- 400 С.

8. Гусев А.В., Мироненко О.В. Однокристальные микроЭВМ MSC-196. — Екатеринбург: ТПРА, 1995. — 270 с.

9. Рунов Ю. Варианты применения микросхем К538УН1 и К548УН1. //Радио.-1993. — №3. с.31,32.

10. Шитяков А., Морозов М., Кузнецов Ю. Стабилизатор напряжения на ОУ. // Радио. — 1986ю — №9. с. 48.

11. Analog Devices Electronic Databook Version B/1 — Electronic CD Reference S.A.: Analog Devices Inc.,1998.

12. Юдин Е.Я. Охрана труда в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1983. — 432 с.

13. Шатохина Л.А. Расчет затрат на проектирование и изготовление радиоэлектронной аппаратуры. М.У. — Омск: ОмПИ, 1980.-36 с.

14. Шатохина Л.А. Нормативно-справочные материалы к курсовой работе «Расчет затрат на проектирование и изготовление РЭА» — Омск: ОМПИ, 1977.-23с.

15. Беклешев В.К., Завлин П.Н. Нормирование в научно-технических организациях. — М.: Экономика, 1989. — 240 с.

16. Беклешев В.К. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. — М.: Высшая школа., 1991. — 175 с.

17. Укрупненные нормативы и нормы времени для нормирования работ в опытном производстве. Справочник. — М.: НИИ ЭИРЭ, 1974.

18. Шатохина Л.А. Технико-экономическое обоснование при разработке РЭА — Омск: ОмПИ, 1993.

19. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации. — М.: Экономика, 1991. 50 с.

20. Туровец О.Г., Билинкис В.Д. Вопросы экономики и организации производства в дипломных проектах. — М.: Высшая школа, 1988. — 174 с.

Размещено на