Разработка датчика давления воздуха в контурах тормозной системы

Содержание

Введение

1. Обзор датчиков давления различных производителей

1.1 Обзор датчиков давления фирмы Measurement Specialties

.2 Анализ протоколов обмена электронных систем, применяемых на автомобилях

. Разработка структурной схемы проектируемого устройства

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Разработка модуля микроконтроллера

.2 Тактовый генератор

.3 Разработка модуля индикатора

.4 Подключение драйвера CAN интерфейса

.5 Подключение датчика давления

.6 Разработка схемы питания

. Разработка программного обеспечения датчика давления

4.1 Общие сведения о CAN сетях

.2 CAN сети и их разновидности

.3 Основные стандарты CAN

.4 Протоколы высшего порядка (HLP)

.5 Описание протокола SAE J1939

.6 Алгоритм работы основной программы микроконтроллера

5. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

5.1 Расчет затрат на стадии НИОКР

5.2 Расчет затрат на стадии производства

5.3 Расчет годовых эксплуатационных расходов

5.4 Определение экономически эффективного варианта устройства

6. Раздел по ресурсо- и энергосбережению

. Раздел по охране труда

7.1 Воздействие шума на организм человека

7.2 Способы борьбы с шумом

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Современный автомобиль состоит из четырех основных агрегатов: двигателя внутреннего сгорания (ДВС), кузова, шасси и ходовой части. Эти агрегаты состоят из различных функциональных систем, которые обеспечивают выполнение главной функции автомобиля - перевозку грузов и пассажиров. Для того, чтобы перевозки были безопасными, а для пассажиров и комфортными, чтобы агрегаты, узлы, блоки, системы работали безотказно, на автомобиле широко используются электротехнические устройства и средства электронной автоматики.

Грузовые автомобили, выпускаемые Минским автозаводом, в настоящее время уже оснащаются различными интеллектуальными агрегатами и системами с микропроцессорным управлением с целью повышения безопасности, эффективности, комфортности, экологичности.

В серийных моделях уже применяются электронные системы управления двигателем, пневмоподвеской, антиблокировочной и противобуксовочной системой, коробкой переключения передач. Диагностика неисправностей и отображение информации о работе электронных систем автомобиля является необходимым условием для профилактики и предупреждения аварийности электронных систем и машины в целом. Актуальной также является внедрение автоматического управления микроклиматом кабины автомобиля.

В перспективных моделях МАЗ класса ЕВРО-4 предполагается дальнейшее расширение применения микроконтроллеров для повышения уровня «интеллекта» и эффективности различных систем автомобиля, а также интеграция отдельных электронных узлов в единую информационно-управляющую сеть. Внедрение интегрированных решений напрямую определяет конкурентоспособность нового семейства МАЗ, так как в автомобилях ведущих зарубежных производителей подобные системы уже применяются.

Целью дипломного проекта является разработка датчика давления воздуха в контурах тормозной системы, являющегося частью бортовой мультиплексированной электронной системы, управления и коммутации на основе интерфейса CAN для автомобилей МАЗ.

1. Обзор датчиков давления различных производителей

1.1 Обзор датчиков давления фирмы Measurement Specialties

Компания Measurement Specialties занимается разработкой и производством датчиков и сенсорных систем для точного измерения физических величин, таких как давление, температура, положение, усилие, ускорения. Компания использует самые передовые технологии: пьезорезистивные, электрооптические, электромагнитные, емкостные; применяет специальные интегральные схемы (ASICs), микроэлектромеханические системы (MEMS), пьезоэлектронные полимеры и тензоэлемен-ты для обеспечения качественной работы приборов и снижения стоимости. В данной статье будет дан краткий обзор датчиков давления, выпускаемых компанией Measurement Specialties.

Всю номенклатуру датчиков давления можно разделить на пять категорий:

–       датчики для монтажа на печатную плату;

–       датчики для жёстких условий;

–       серия кремниевых тензодатчиков Microfused;

–       серия датчиков Schaevitz;

–       серия миниатюрных тензодатчиков.

Датчики предназначены для измерения абсолютного, относительного и дифференциального давления. Область применения включает в себя: медицинское оборудование, системы охлаждения, системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, гидравлические и пневматические системы, промышленное оборудование и другие области, где необходимо точное измерение давления.

Датчики для монтажа на печатную плату

Все датчики данной категории имеют кремниевый чувствительный элемент, выполненный по MEMS-тех-нологии. Кристалл представляет собой кремниевую рамку с мембраной, полученной при помощи глубинного анизотропного травления (рисунок 1.1). Кристалл расположен на подложке из боросиликатного стекла. Можно выделить два различных конструктивных подхода к определению давления:

а)в подложке имеется протравленное отверстие для подачи давления с двух сторон мембраны;

б)без отверстия, измеряется разность давления между внешним давлением Р1 и фиксированным давлением с обратной стороны мембраны.

Рисунок 1.1 - Структура кристалла

Принцип действия основан на пьезорезистивном эффекте, то есть изменении сопротивления чувствительного элемента при деформации, вызванной внешним воздействием, -давлением. Для этого на мембране n-типа располагаются четыре тензоре-зистора р-типа, полученных диффузией бора через маску (рисунок 1.1 б). Для создания точного профиля тензорезистора в маске формируется рисунок посредством фотолитографии. Соединение между тензорезисторами осуществляется посредством низкоомного р+-диффузионного слоя. Это позволяет уменьшить эффект теплового гистерезиса. Электрическую изоляцию и внешнюю защиту мембраны выполняет тонкий слой оксида кремния. Датчики данного класса предназначены для использования в некоррозийной окружающей среде. Диапазон измеряемых давлений от 1 до 500 psi (psi - фунт на квадратный дюйм, 1 psi = 0,07 атм.). Выпускаются в пяти разновидностях корпусов: TO-5, TO-8, 8 pin 0,600" DIP, 6 pin 0,600" DIP и корпус для поверхностного монтажа (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Общий вид датчиков давления для монтажа на печатную плату

В данной категории можно выделить несколько серий специального назначения. Серия 1620 разрабатывалась для измерения кровяного давления. Чувствительный элемент представляет собой кремниевый пьезорезистивный элемент на керамической подложке. Толстоплёночный резистор с лазерной подгонкой, расположенный на керамической подложке, предназначен для термокомпенсации. Данная серия имеет удобный пластиковый корпус. Давление от внешней мембраны к чувствительному элементу передаётся посредством диэлектрического геля, который также обеспечивает электрическую и механическую защиту. Общий вид и конструкция приведены на рисунке 1.3. Диапазон давления от -50 до 300 мм. рт. ст. Общая ошибка составляет 1%. Все параметры данной серии соответствуют требованиям AAMI (Ассоциации по развитию медицинского оборудования).

Серия ARES предназначена для измерения низкого давления. Можно выделить четыре диапазона: от 0 до 5 мм. рт. ст.; от 0 до 10 мм. рт. ст.; от 0 до 15 мм. рт. ст.; от 0 до 1 psi. Датчик имеет малый пластиковый корпус, удобный для монтажа на печатную плату (рисунок 1.4). Высокая чувствительность к низкому давлению в совокупности с малым размером датчика делают его идеальным для использования в системах контроля окружающей среды, медицине, расходомерах. В датчике реализована система цифровой коррекции ошибки и система усиления сигнала, поддерживающая аналоговый сигнал.

Рисунок 1.3 - Общий вид и конструкция серии 1620

Рисунок 1.4 - Общий вид датчика серии ARES

Основные характеристики некоторых серий датчиков данной категории приведены в обобщённой таблице.

Датчики для жёстких условий

Чувствительный элемент датчиков для жёстких условий располагается на Т-образной головке, защищённой нержавеющей сталью марки AISI 316. Для дополнительной защиты применяется вторая мембрана, выполненная из того же металла, что

•с низким диапазоном давления от 0 до 5 psi;

•ультрастабильные с высоким диапазоном давления от 0 до 5000 psi. Общий вид датчиков данного класса представлен на рисунке 1.5. Основные характеристики некоторых серий датчиков данной категории приведены в обобщённой таблице.

Рисунок 1.5 - Внешний вид датчиков давления для жёстких условий

Серия кремниевых тензодатчиков Microfused

Компания Measurement Specialties является общепризнанным мировым лидером в области кремниевой технологии тензодатчиков давления со стеклянным соединением, получившей название Microfused™ (см. рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Устройство преобразователя давления Microfused

Датчики, изготовленные по данной технологии, имеют внешнюю металлическую мембрану, на обратной стороне которой размещается тензоэлемент (см. рисунок 1.7), впаянный в стекло при высокой температуре. В результате датчик имеет высокую надёжность и стабильность продолжительный период времени. Датчики Microfused™ успешно прошли жёсткие испытания - 10 млн. циклов в течение нескольких лет.

Рисунок 1.7 - Общий вид тензоэлемента

Таблица 1.1 - Параметры некоторых серий датчиков давления фирмы Measurement Specialties

Одной из последних серий данного класса, анонсированной компанией Measurement Specialties, являются преобразователи давления М5100. В корпусе данного класса расположена специальная интегральная схема (ASIC), обеспечивающая дополнительную термокомпенсацию. Благодаря этому диапазон термокомпенсации возрастает до -40...+125°С. Диапазон измеряемых давлений от 0 до 10 000 psi. M5100 имеет защиту выхода от перегрузки по напряжению до 30 Vdc (standard outputs) или 16 Vdc (ratiometric output). Общая ошибка, включающая линейность, гистерезис и дополнительную температурную погрешность, составляет ±1%. Основные характеристики некоторых серий датчиков данной категории приведены в обобщённой таблице.

Серия датчиков Schaevitz

Преобразователи давления, выпускаемые под маркой Schaevitz, имеют чувствительный элемент, выполненный по технологии BFSG (тензоэле-мент, жёстко скрепленный с поверхностью фольги). Преобразователи данного класса специально разрабатывались для применения в экстремальных условиях:

–    высокое давление,

–       высокая вибрация и соударения,

–       высокая температура,

–       радиация.

Ключевой особенностью Schaevitz BFSG преобразователей давления является специальная защита внешней мембраны и чувствительного элемента - OTS (overtravel stop). Защита позволяет использовать данные преобразователи на больших давлениях без повреждения. Она также позволяет достигать максимального разрешения в заданном диапазоне давления с минимальными помехами.

Принцип преобразователя - суммирующая внешняя мембрана, соединённая посредством стержней, работающих на сжатие, с двойным кантилевером, входящим в четырёх-плечный мост Уинстона. Такая конструктивная особенность позволяет создавать преобразователи давления для жёстких условий с долговременной стабильностью. Кроме того, данная конструкция обеспечивает превосходную термоизоляцию и защиту от вибрации и ударов. Данный факт позволяет использовать эти преобразователи давления в военной и аэрокосмической областях. Общий вид датчиков представлен на рисунке 2.8. Основные характеристики некоторых серий датчиков данной категории приведены в обобщённой таблице.

Рисунок 1.8 - Общий вид датчиков Schaevitz

Серия миниатюрных тензодатчиков

Миниатюрные датчики разработаны для областей применения, где размер и масса критичны. Датчики данного класса имеют корпус из нержавеющей стали. Работают по такому же принципу, что и датчики для жёстких условий, то есть имеется внешняя мембрана, защищающая чувствительный элемент от повреждений. Одним из основных достоинств данной категории является улучшенная защита от вибраций и ударов. Минимальные размеры и отличные характеристики обусловливают применение в таких специфических системах, как аэрокосмические системы, системы с особыми требованиями по безопасности.

Рисунок 1.9 - Общий вид серии EPXT

Наиболее ярким представителем данной категории является серия EPXT. Диапазон давления составляет от 0 до 15 000 psi. Рабочие температуры -55...+255°С, при этом температурная компенсация осуществляется в диапазоне -40...+ 150°С. Ошибка составляет всего 0,2...0,5% всей температурной шкалы. Общий вид серии EPXT продемонстрирован на рисунке 1.9. Основные характеристики некоторых серий датчиков данной категории приведены в обобщённой таблице.

1.2 Анализ протоколов обмена электронных систем, применяемых на автомобилях

1.2.1 Протокол CAN для автомобильных сетей передачи данных

Протокол CAN был разработан инженерами фирмы R.Bosch GmbH для применения на автомобилях [4]. Протокол соответствует международным стандартам ISO 11898 [5] и ISO 11519 [6], практически используется несколькими производителями электронного оборудования. Протокол CAN признан автомобильными производителями США и Европы, используется на современных легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, сельскохозяйственном транспорте, в морском оборудовании, для автоматизации производства [7].

Протокол CAN поддерживает метод доступа CSMA/CD-A к сети с равноранговыми узлами. Пакет данных имеет размер не более 8 байт и передается по последовательной шине. 15-битовый циклический контроль избыточности обеспечивает высокий уровень целостности данных.

Используемый в настоящее время протокол CAN версии v2.0 состоит из двух частей: версия v2.0A со стандартным форматом кадра и v2.0B с расширенным форматом кадра. Версия v2.0A идентична предыдущей версии v 1.2 и использует 11-битовое поле идентификатора. В версии v2.0B ноле идентификатора - 29 бит. Расширенный формат кадра необходим для совместимости с существующим коммуникационным протоколом J1850. Функции протокола CAN реализуются в микропроцессоре со встроенным контроллером CAN. Первыми на рынке появились контроллеры CAN с внешними драйверами для шины. В настоящее время производятся несколько типов CAN-контроллеров, которые можно разделить на три группы в зависимости от поддержки ими расширенного формата кадра:

контроллеры v2.0A. Поддерживают только стандартный формат, не могут работать в сети, где передаются и кадры расширенного формата;

контроллеры v2.0B, пассивные. Поддерживают только стандартный формат, но могут работать в сети, где передаются и кадры расширенного формата;

контроллеры v2.0B, активные. Поддерживают операции с кадрами стандартного и расширенного форматов.

Контроллеры CAN классифицируются также как полные или базовые, в зависимости от организации буферизации данных.

Полный CAN-контроллер имеет некоторое количество (обычно 14) специализированных буферов для временного хранения сообщений. При инициализации CAN-контроллера можно сконфигурировать его, указать, какой кадр будет поступать в какой буфер.

1.2.2 Архитектура протокола CAN

В стандартах Международной организации стандартизации для протоколов CAN ISO 11898 (высокая скорость обмена) и ISO 11519 (низкая скорость обмена) регламентируется уровневая структура в соответствии со стандартами LAN (локальные сети) ISO8802-2 и 8802-3. Протокол CAN относится к двум нижним уровням модели ВОС, как показано на рисунке 1.10.

На физическом уровне определяются электрические характеристики соединителей, шинных адаптеров, двоичное кодирование, синхронизация. Физический уровень разделен на три подуровня:

Рисунок 1.10 - Уровневая архитектура CAN

) MDI (medium dependent interface) - подуровень интерфейса, зависимого от физического носителя (передающая среда);

) РМА (physical medium attachment) - подуровень подсоединения к физической среде;

) PLS (physical signaling) - сигналы на физическом уровне.

На канальном уровне определяется формат кадра, обнаружение и передача ошибок во время трансляции, автоматическая ретрансляция данных, фильтрация. Канальный уровень разделен на два подуровня:

) MAC (medium access control) - управление доступом к среде;

) LLC (logic link control) - управление логическим каналом. Физический уровень контролируется функцией супервизора «контроль шины», например, выявляются короткие замыкания или обрывы на линии.

Канальный уровень контролируется функцией супервизора «ограничение распространения последствий неисправности», например, различаются кратковременные сбои и долговременные неисправности.

 

.2.3 Передающая среда и нижние подуровни протокола CAN

Протокол CAN главным образом предназначен для сетей с шинной топологией и электрическими проводами в качестве канала связи (передающей среды). Могут применяться и другие передающие среды, способные поддерживать состояния высокого/низкого уровней, что необходимо для осуществления побитового арбитража.

Международная организация стандартизации определила стандарт ISO 11519-2 для шин CAN со скоростью обмена до 125 Кбит/сек и ISO 11898 для скорости обмена выше 125 Кбит/сек. Эти стандарты различаются только спецификациями нижних подуровней MDI и РМА физического уровня протокола САК в вопросах подключения к передающей среде (шине).

Подуровни MDI и РМА иногда называют блоком MAU - medium access unit (блоком доступа к среде передачи данных). На рисунке 1.11 показано подключение к шине CAN в соответствии с этими стандартами.

Скоростной канал связи образован двухпроводной линией  (рисунок 1.11, а), к обоим концам которой подключены характеристические сопротивления для подавления отражений. Это дифференциальная линия с подавлением синфазных помех. За счет низкого характеристического сопротивления линия имеет хорошую помехоустойчивость, особенно если использована витая пара.

Медленный канал связи также выполнен двухпроводным  (рисунок 1.11, б). Концы линии через сопротивления R = 2,2 кОм подключены к источникам напряжения различной величины. Преимущество такой линии заключается в некоторой информационной избыточности, т. к. данные, по сути, дублируются и передаются независимо по двум проводам. В случае повреждения одного провода сетевые адаптеры могут быть реконфигурированы для работы в однопроводной линии, помехозащищенность при этом ухудшится. За счет паразитной связи между проводами линия более чувствительна к искажениям и не может быть использована для высокоскоростного режима.

Рисунок 1.11 - Подключение к шине CAN

Рисунок 1.12 - Уровни напряжений в шине CAN

Подуровень РМА (подключение к физической среде) определяет характеристики шинных драйверов и приемников.

При этом линии шины CAN могут находиться в одном из двух состояний: доминирующего уровня (dominant) и недоминирующего уровня (recessive). Если один из узлов устанавливает шину в состояние доминирующего уровня, оно будет установлено, независимо от состояний остальных узлов. Эти состояния определяются дифференциальным напряжением между проводниками шины, называемыми CAN_H и CAN_L (рисунок 1.12). Величина дифференциального напряжения для состояния доминирующего уровня составляет 1,5...3 В, для состояния недоминирующего уровня 0,5...+0,05 В.

Характеристики шинных драйверов задаются стандартом ISO 11898, где указаны все электрические спецификации. Например, максимальное число подключаемых к шине узлов не должно превышать 30.

На рисунке 1.13 схематично показано подключение линейного драйвера к скоростной шине.

Рисунок 1.13 - Подключение драйвера к шине

Когда логический уровень сигнала на входе Тх равен «1», оба транзистора в выходном каскаде закрыты, и выход драйвера находится в высокоимпедансном состоянии. Шина находится в состоянии недоминирующего уровня, дифференциальное напряжение примерно равно нулю, напряжение смещения около 2,5 В.

При подаче сигнала «0» на вход Тх оба транзистора отпираются, дифференциальное напряжение становится равным около 2,5 В, шина переходит в состояние доминирующего уровня.

Наличие цепи смещающего напряжения гарантирует смену полярностей сигналов на входах компаратора «К» при переходе шины от одного состояния к другому.

На подуровне PLS реализуются двоичное кодирование и синхронизация, определяется время передачи бита.

Протокол CAN использует двоичное кодирование (NRZ-код), то есть во время передачи бита не может быть никаких переключений уровня, которые могли бы использоваться для синхронизации. Это предъявляет высокие требования к стабильности частоты генераторов (используются кварцевые). Приходится вводить разделительные сигналы в последовательности одноименных битов для облегчения синхронизации.

Время передачи одного бита схематично представлено на рисунке 1.14. В течение этого времени выполняются функции по управлению шиной, такие как синхронизация ЭБУ, компенсация запаздывания в линии, позиционирование момента опроса (стробирование).

Рисунок 1.14 - Время передачи одного бита

Длительность отдельных сегментов в квантах программируется времязадающей логикой адаптеров CAN. Длительность кванта связана с разрешающей способностью подуровня PLS.

Сегмент SYNC_SEG используется для синхронизации различных ЭБУ, подключенных к шине. Изменение уровня сигнала (например, с «О» на «1») предполагается в этом сегменте. Его длительность всегда равна одному кванту.

Сегмент PROP_SEG служит для компенсации временных задержек при распространении сигнала в линии и прохождении его через адаптеры.

Сегменты PHASE_SEG1 и PHASE_SEG2 компенсируют ошибки фазы, они могут быть удлинены или укорочены при ресинхронизации.

Момент опроса - точка времени, когда состояние шины интерпретируется как значение соответствующего бита.

Синхронизация производится в момент перехода шины из состояния недоминирующего уровня в состояние доминирующего уровня. Этот переход всегда должен совершаться в течение сегмента SYNC_SEG. Для компенсации различных сбоев или задержки в линии используется сокращение длительности сегмента PHASE_SEG2 по отношению к номинальному значению или увеличение длительности сегмента PHASE_SEG1. Изменение длительности сегментов программируется в пределах 1...4 квантов, но не более значения PHASE_SEG1.

На рисунке 1.15 номинальные значения длительностей сегментов составляют: PROP_SEG - 6 квантов, PHASE_SEG1 и PHASE_SEG2 по 7 квантов. При нулевой фазовой ошибке (е = 0) фронт сигнала поступает в течение сегмента SYNC_SEG без всякой компенсации длительности.

Рисунок 1.15 - Синхронизация передачи бита

При отрицательной фазовой ошибке (е < 0), при ее накоплении, фронт сигнала может прийти после стробирования. Для предотвращения этого сокращена длительность сегмента PHASE_SEG2 предыдущего бита с 7 до 6 квантов.

При положительной фазовой ошибке (е > 0) фронт сигнала может пройти до момента стробирования при ее накоплении. Для предотвращения этого увеличена длительность сегмента PHASE_SEG1 с 7 до 8 квантов.

На подуровне MAC осуществляется упаковка данных в кадры формата CAN с различными управляющими битами, сериализация, добавление разделительных битов, арбитраж, обнаружение ошибок и перегрузки, проверка подтверждений.

Передача информации в сети CAN осуществляется кадрами четырех форматов:

−кадры данных, служат для передачи информации от узла к узлу;

− кадры запроса, для запроса данных одним узлом у другого;

− кадры ошибки, передаются узлом, обнаружившим какую-либо ошибку;

− кадры перегрузки (переполнения), используются передатчиком для приостановки выдачи кадров в сеть.

Между кадрами вводится междукадровое пространство, и при передаче кадров используются пять процедур управления:

− вставка дополнительных битов для синхронизации;

− побитовый арбитраж;

− обнаружение ошибок;

− контроль цикличности избыточным кодом;

− сигнализация ошибок.

Кадр данных служит для передачи сообщений по шине и состоит из семи основных полей (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Кадр стандартного формата

Количество бит	Название поля
1	SOF
11	Идентификатор
1	Индикатор запроса
6	Управляющее поле
0...64	Данные
15	CRC
1	CRC-разделитель
1	Поле АСК
1	Разделитель АСК
7	Конец кадра
3	Межкадровое пространство

Стандартный формат начинается со стартового бита SOF (start of frame - начало кадра). Далее следует арбитражное поле с 11-битовым идентификатором, затем индикатор запроса. Индикатор показывает, какой это кадр - информационный или кадр запроса. В последнем случае в кадре отсутствует поле данных.

Управляющее поле содержит один бит идентификатора расширения, указывающий, расширенный это формат или стандартный; один бит зарезервирован за будущими возможными расширениями, оставшиеся четыре бита несут информацию о количестве байтов данных в кадре в поле данных.

В поле данных может быть от 0 до 8 байтов (64 бит).

За полем данных следует 15-битовое поле контроля циклически избыточным кодом (CRC), используемое для обнаружения ошибок, и разделитель CRC.

За разделителем CRC следует поле подтверждения АСК и разделитель АСК. Передатчик устанавливает бит АСК в состояние недоминирующего уровня («1»). Этот бит переписывается в состояние доминирующего уровня («О») тем приемником, который принял сообщение правильно. Передающий узел этим извещается, что хотя бы одним узлом его данные приняты. Сообщение подтверждается приемником независимо от того, ему оно адресовано или нет.

Поле конца кадра является концом сообщения. Между двумя соседними кадрами обязательно вставляется поле разделителя. Если это последний кадр в сообщении, шина переходит в режим ожидания.

В таблице 1.3 представлена начальная часть кадра данных расширенного формата с 29-битовым идентификатором. Биты индикатора запроса и индикатора расширенного формата находятся в состоянии недоминирующего уровня. Это значит, что кадр стандартного формата имеет более высокий приоритет по отношению к кадру расширенного формата при одинаковом содержании первых 11-битов поля идентификатора

Таблица 1.3 - Начальная часть кадра данных расширенного формата

Количество бит	Название поля
1	SOF
11	Идентификатор
1	Дополнительный бит запроса
1	Признак расширения идентификатора
18	Расширение идентификатора
1	Индикатор запроса
6	Управляющее поле
0..64	Данные

Кадр запроса отличается от кадра данных отсутствием поля данных (таблица 1.4). Бит поля запроса находится в состоянии недоминирующего уровня.

Кадр запроса используется для запроса данных одним узлом от другого. В ответ узел-адресат посылает кадр данных с таким же идентификатором.

Таблица 1.4 - Кадр запроса

Количество бит	Название поля
1	SOF
11	Идентификатор
1,недоминантный	Индикатор запроса
6	Управляющее поле
0...64	Данные
15	CRC
1	CRC-разделитель
1	Поле АСК
1	Разделитель АСК
7	Конец кадра
3	Межкадровое пространство

Кадр ошибки передается узлом, обнаружившим какую-либо неисправность. Кадр ошибки поступает на все узлы и состоит из двух полей - поля флага ошибки и поля разделителя. Флаг ошибки может быть активным или пассивным. Активный флаг состоит из шести последовательных битов в состоянии доминирующего уровня (рисунок 1.16), пассивный - из шести битов недоминирующего уровня. Разделитель ошибок состоит из восьми битов в состоянии недоминирующего уровня.

Рисунок 1.16 - Кадр ошибки

После обнаружения флага ошибки узлы начинают выдавать на шину биты недоминирующего уровня, формируя разделитель. При обнаружении ошибки кадр ошибки может быть послан поверх других данных. Кадр перегрузки (переполнения) посылается на шину подуровнями MAC или LLC при обнаружении перегрузки или некоторых ошибок. При получении кадра перегрузки узел задерживает передачу очередного кадра данных на шину, давая приемнику время выполнить его задание.

Рисунок 1.17 - Кадр перегрузки

Кадр перегрузки (рисунок 1.17) содержит два поля - флаг перегрузки и разделитель. По структуре кадр перегрузки совпадает с кадром ошибки, но отличается временем передачи. Кадр ошибки передается немедленно после ее обнаружения одним из узлов, а кадр перегрузки передается после окончания текущего кадра, игнорируя междукадровое пространство.

Появление кадра ошибки в современных сетях CAN - событие маловероятное. Эта опция сохранена для совместимости с более медленными CAN - контроллерами прежних разработок.

На подуровне MAC между окончанием предыдущего и началом последующего кадра обязательно проходит некоторое время, которое называется междукадровым пространством. Перед кадрами ошибок и перегрузки междукадрового пространства нет.

Пространство между кадрами может содержать поля: «междукадровое пространство», «холостой ход шины», «задержка передачи» ( рисунок 1.18). Для узлов в активном режиме междукадровое пространство содержит паузу и холостой ход. Если узел находится в пассивном режиме и является передатчиком последнего кадра по мультиплексной шине данных, он добавляет 8 бит недоминирующего уровня («задержка передачи») в междукадровое пространство. Если другой узел начнет передачу данных в это время, то узел в режиме пассивной ошибки станет приемником следующего кадра, вместо того чтобы продолжить передачу. В этом случае узел в режиме пассивной ошибки присвоит всем передаваемым им кадрам более низкий приоритет, чем у кадров, передаваемых узлами в режиме активной ошибки.

Рисунок 1.18 - Междукадровое пространство

В протоколе CAN используется NRZ-код (non-return-to-zero). При этом эффективно используется частотная полоса линии связи, но если в последовательности много битов одного значения, возможно нарушение синхронизации. Для предотвращения этого в последовательность, состоящую из 5 и более одинаковых битов, вставляются дополнительные синхронизирующие биты (рисунок 1.19). В приемнике эти вспомогательные биты автоматически убираются.

Кадр всегда передается начиная со стартового бита (SOF). В пределах ноля первыми идут биты, несущие наиболее важную информацию.

Побитовый арбитраж является особенностью протокола CAN.

Мультиплексная система, подчиняющаяся CAN-протоколу, является равно-ранговой. Любой узел имеет право на доступ к шине, когда она свободна. Признаком этого является обнаружение узлом междукадрового пространства.

Рисунок 1.19 - Введение дополнительных битов для синхронизации

Приоритет сообщения определяется 11-битовым идентификатором и следующим за ним битом индикатора запроса. Идентификатор, содержащий меньшее двоичное число, имеет более высокий приоритет. Приоритеты устанавливаются за различными событиями на этапе проектирования и не могут быть изменены динамически. Конфликт при попытке доступа нескольких узлов к шине разрешается побитовым арбитражем идентификаторов кадров, передаваемых конфликтующими узлами.

На рисунке 1.20 показаны три узла, пытающиеся одновременно получить доступ к сети CAN. Для первого узла идентификатор 0111111..., для второго - 0100110..., для третьего - 0100111... Первые две цифры в идентификаторах совпадают, все три узла продолжают передавать информацию (в данном случае свои идентификаторы) на шину до прихода третьей цифры, при этом шина будет установлена в доминирующее состояние «О». Далее узел 1 прекратит передачу, так как передаваемая им цифра недо-минирующего уровня «1» отличается от пулевого состояния шины. Узлы 2 и 3 продолжат передачу до седьмого бита. В этот момент времени, передаваемый узлом 3 бит «1» не совпадает с состоянием шины «О», и узел 3 отключится, передачу продолжит только узел 2.

Рисунок 1.20 - Побитовый арбитраж

При таком побитовом арбитраже сохраняется первая часть сообщения и наиболее важная информация с более высоким приоритетом передается без перерыва, «проигравшие» узлы автоматически становятся приемниками для сообщений с более высокими приоритетами. При побитовом арбитраже даже при сильной загрузке коммуникационной шины и невозможности отправить все сообщения в данное время отправляются наиболее важные. Неразрешимые конфликты могут возникнуть на шине, если в кадрах запроса совпадают идентификаторы, но указано разное число битов в требуемых данных. Для избежания конфликтов в пределах системы эти числа должны быть одинаковыми.

Протокол CAN, в отличие от других, не использует квитирование сообщений. Вместо этого CAN сигнализирует об обнаруженных ошибках. В протоколе имеется пять способов обнаружения ошибок:

− контроль циклически избыточным кодом (CRC). Передатчик добавляет в кадр дополнительные биты в поле CRC, используя образующий полином и содержимое кадра. На принимающей стороне определяется код CRC и сравнивается с переданным. Отсутствие совпадения определяется как ошибка CRC;

− проверка кадра. Проверяются форматы полей кадра. Обнаруженные ошибки называются ошибками кадра;

− определение ошибки АСК. Приемник, получивший информацию, устанавливает бит АСК в доминантное состояние. Передатчик, не получивший подтверждения в такой форме, уведомляется об ошибке в кадре или отсутствии приемников.

− мониторинг шины. Узел может контролировать собственное сообщение при передаче и может обнаружить несоответствие между тем, что он передает, и тем, что приходит к приемнику. Исключением является посылка недоминантных битов при арбитраже или бита АСК. Это позволяет отличать глобальные ошибки от локальных ошибок передатчика;

− определение ошибки при вводе дополнительных битов синхронизации. Ошибка определяется при получении приемником шести одинаковых последовательных битов.

Первые три из перечисленных способов реализуются на уровне сообщения (кадра), два последних - на битовом уровне.

В протоколе CAN применяется контроль циклически избыточным кодом (CRC), для чего используется полином х¹⁵ + х¹⁴ + х¹⁰ + х⁸ + х⁷ + х⁴ + х³ + 1, генерирующий двоичную псевдослучайную последовательность максимальной длины.

Аппаратно или программно организуется сдвигающий 16-разрядный регистр с обратными связями через схемы «исключающее ИЛИ» (сумма по модулю два) в соответствии с коэффициентами образующего полинома (рисунок 1.21). Регистры на стороне приемника и передатчика исходно устанавливаются в одинаковые состояния. Через регистр проходят биты сообщения, начиная со старших. После этого содержимое регистра становится циклически избыточным кодом (CRC). При отсутствии ошибок коды приемника и передатчика совпадают. При ошибке бит АСК остается недоминантным.

Рисунок 1.21 - Схема включения регистра

Протокол CAN предусматривает сигнализацию ошибок. Если узел обнаруживает ошибку, используя один из приведенных выше способов, текущая передача сообщений приостанавливается, на шину выдается флаг ошибки. Другие узлы не принимают прерванное сообщение.

При обнаружении ошибки CRC, кадр ошибки начинает передаваться после разделителя CRC. Для других видов ошибок кадр ошибки начинает передаваться со следующего бита после обнаружения ошибки.

После прерывания ошибочного сообщения передатчик пытается его повторить, как только шина освободится.

Неисправные узлы могли бы заблокировать всю шину своими кадрами ошибок, но протокол CAN имеет средства для различения случайных и повторяющихся (постоянных) ошибок, локальных и глобальных. Для этого делается статистическая оценка поведения узла по числу кадров в ошибочных ситуациях и постоянно неисправный узел может быть выключен, чтобы сохранить работоспособность шины в целом. В некоторых системах сигнализация ошибок используется для записи кодов ошибок в память бортовой диагностики.

Подуровень LLC соответствует верхней части канального уровня модели ВОС. Здесь решаются вопросы независимо от способов доступа к среде, такие как: решение о принятии сообщения узлом, определение состояния перегрузки, повторение передачи и т. д.

Взаимодействие между подуровнем LLC и пользователем осуществляется с применением двух типов кадров: кадра данных LLC и кадра запроса LLC (рисунок 1.22).

Рисунок 1.22 - Формы кадров подуровня LLC

В поле идентификатора содержится 11 бит. Семь наиболее значимых битов не могут быть одновременно в состоянии «1».

В поле DLC (data length code) содержится 4 бита. Здесь указывается размерность поля данных в байтах. Допустимыми значениями являются 0-8, комбинации цифр 9 и 5 запрещены.

В поле данных может быть до 8 байт, в соответствии со значением DLC. Кадр запроса идентичен кадру данных, но не содержит поля данных. Поле DLC должно содержать число байтов данных в соответствии с идентификатором.

Решение о принятии сообщения узлом реализуется следующим способом. При необходимости послать сообщение узел передает данные и идентификатор своему шинному драйверу CAN. Здесь сообщение форматируется в кадры и передается на шину драйвером, когда шина свободна или в соответствии с приоритетом информации. Все другие узлы шипы становятся приемниками этого сообщения. Каждый узел определяет - ему предназначена эта информация или нет. Если «да», информация принимается, если «нет» - игнорируется. Процедуру такой фильтрации может выполнить и ЭБУ, но для разгрузки ЭБУ в современных протоколах CAN для мультиплексных систем определение назначения сообщения возложено на адаптеры CAN.

Извещение о перегрузке передается в шину CAN, когда внутренние условия приемника требуют задержки перед принятием следующего кадра. Кадр перегрузки инициируется подуровнем LLC.

В результате арбитража передатчик может не передать свое сообщение на шину. Подуровень LLC инициирует ретрансляцию (повторение) данных, пока они не будут отосланы адресату. Доступ передающего узла к шине может быть заблокирован другими сообщениями с более высокими приоритетами. Как должна отрабатываться такая ситуация, решается соответствующим приложением.

Ограничение распространения ошибок

Наиболее важными задачами при ограничении распространения ошибок является:

различение временных и постоянных отказов;

отключение неисправных узлов от шины.

Для этого используются счетчики отказов узла, один для режима передачи, другой для приема. При обнаружении ошибки содержимое соответствующего счетчика увеличивается на число в диапазоне 1...8 в зависимости от типа ошибки. После успешной передачи или приема значение в соответствующем счетчике уменьшается на единицу.

Содержимое счетчиков соответствует относительной частоте появления отказов в предыстории. Считается, что узел вышел из строя, если в среднем одно из восьми сообщений передается (принимается) с ошибкой.

Функционирование узлов модифицируется в зависимости от содержимого счетчиков. Узлы могут находиться в одном из трех состояний:

− состояние активной отработки ошибок (error active). Это нормальный режим работы узла. При обнаружении отклонений узел выдает на шину кадр активной ошибки;

− состояние пассивной отработки ошибок (error passive). Узел переключается в это состояние, когда содержимое одного из счетчиков превысит 127. При обнаружении отклонений узел посылает по шине кадр пассивной ошибки;

− отключение от шины (bus off). В этот режим узел попадает, если содержимое счетчика превысило 255. После отключения узел на работу шины уже не влияет. Узлу может быть разрешено вернуться в активное со стояние после инициализации от протокола более высокого уровня (Normal_Mode_Request) и прохода по шине 128 последовательностей из 11 недоминантных битов.

В мультиплексных системах с высокой скоростью обмена данными топология шины должна быть максимально приближена к линейной для уменьшения отражений в кабеле. Ответвления от шины до узлов должны быть как можно более короткими.

Для уменьшения стоячих волн точки подключения узлов к шине не должны располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга, отводы должны иметь различную длину. Например, согласно стандарту SAE J1939/11, для скорости обмена 250 Кбит/сек, максимальная длина отвода может быть 1 метр, минимальное расстояние между точками подключения узлов к шине - 0,1 метра.

Во время эксплуатации могут появиться различные неисправности шины. Некоторые из них показаны на рисунке 1.23. Здесь приведено описание этих неисправностей и их последствий.

Рисунок 1.23 - Неисправности шины

) Обрыв линии CAN_H. Сеть разбивается на две, не связанные друг с другом подсети. Обмен данными между узлами различных подсетей невозможен. В пределах одной подсети обмен сохраняется, но с худшим соотношением сигнал/шум.

) Обрыв линии CAN_L. Аналогично случаю 1.

) Замыкание линии CANH на напряжение источника питания (аккумулятор). Обмен данными обычно невозможен.

) Замыкание линии CAN_L на массу. Обмен данными сохраняется, так как напряжение в линии остается в допустимых пределах, но с худшим соотношением сигнал/шум и большим паразитным излучением.

) Замыкание линии на массу. Обмен данными невозможен.

) Замыкание линии CAN_L на напряжение источника питания (аккумулятор). Обмен данными обычно невозможен.

) Замыкание линий CAN_H и CAN_L между собой. Обмен данными невозможен.

) Разрыв обеих линий в одном месте. Аналогично случаю 1.

) Отключение концевого резистора. Обмен данными возможен, но с худшим соотношением сигнал/шум за счет увеличения стоячих волн.

) Обрыв соединителя от узла до линии CAN_H. Данный узел не может участвовать в работе сети.

) Обрыв соединителя от узла до CAN_L линии. Данный узел не может участвовать в работе сети.

Из сказанного ясно, что после появления одних неисправностей процесс обмена данными по шине становится невозможным, после появления других - обмен возможен, но с худшим соотношением сигнал/шум.

Здесь не рассмотрено влияние неисправностей на работу шины CAN с низкой скоростью обмена. Эти шины способны сохранять работоспособность после некоторых неисправностей, если шинные драйверы поддерживают однопроводной режим работы. Соотношение сигнал/шум при этом ухудшается.

Для оптимальной работы мультиплексных CAN-систем ЭБУ должны быть защищены от внешних электромагнитных помех. Электромагнитное излучение самой шины должно сводиться к минимуму.

Общие требования следующие:

электрическое поле напряженностью 200 В/м в непосредственной близости от автомобиля не должно вызывать сбоев в работе автомобильных электронных систем;

напряжение на передающей автомобильной антенне должно быть менее 1 мкВ в диапазоне частот 20... 1000 МГц.

Иногда в мультиплексных системах уменьшают скорость нарастания фронтов сигналов. Это приводит к некоторому уменьшению паразитного электромагнитного излучения. С другой стороны, уменьшение крутизны фронтов вызывает потерю скорости передачи, уровень сигнала на шине более продолжительно будет находиться в неопределенном состоянии между 0 и 1, что может дать, наоборот, увеличение уровня излучаемых шумов. Для скоростных мультиплексных систем уменьшение крутизны фронтов вряд ли целесообразно.

К надежности мультиплексных систем в автомобиле предъявляются высокие требования, автомобиль является источником повышенной опасности и должен работать надежно в течение всего срока эксплуатации.

Современные мультиплексные системы таким требованиям соответствуют. Например, шина CAN, работающая со скоростью передачи 1 Мбит/сек при средней загрузке шины 50%, средней длине сообщения 80 бит, за полный срок эксплуатации 4000 часов пропустит 9 х 1010 сообщений. Статистическая оценка для числа неопознанных неправильных сообщений за время эксплуатации составит менее 10^-2.

2. Разработка структурной схемы проектируемого устройства

Проектируемое устройство предназначено для измерения давления воздуха в тормозной системе грузового автомобиля и передачи полученной информации главному блоку управления. Связь между блоком управления и устройством измерения осуществляется при помощи помехоустойчивого CAN интерфейса. На рисунке 2.1 приведена структурная схема разрабатываемого устройства измерения давления воздуха в тормозной системе грузового автомобиля с CAN интерфейсом.

Рисунок 2.1 - Структурная схема датчика давления воздуха с CAN интерфейсом

Датчики давления (Д) необходимы для измерения давления в контурах тормозной системы автомобиля. Они преобразуют значение давления в контуре тормозной системы автомобиля в пропорциональное ему напряжение. Напряжение на выходе датчика может содержать различные помехи высокой частоты для этого между микроконтроллером (МК) и датчиком предусмотрен фильтр нижних частот (Ф).

Микроконтроллер (МК) предназначен для измерения напряжения с датчиков давления, преобразования в код стандарта J1939 и передачи через CAN интерфейс блоку управления автомобилем. Также контроллер управляет жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), на который выводятся значения измеренных давлений в различных контурах тормозной системы.

Драйвер CAN интерфейса необходим для формирования рецессивного и доминантного уровня на CAN шине, а также для обеспечения высокой помехоустойчивости интерфейса связи между датчиком давления и блоком управления автомобилем.

Блок питания (БП) - предназначен для питания микроконтроллера, дисплея, датчиков, операционных, усилителей и драйвера CAN интерфейса. Блок питания реализован при помощи микросхемы импульсного преобразователя MC34063, она преобразует входное напряжение аккумуляторной батареи автомобиля 24В в 5В.

электронный микроконтроллер датчик

3. Разработка принципиальной схемы

В соответствии со структурной схемой рассчитаем отдельные узлы датчика давления c CAN интерфейсом.

3.1 Разработка модуля микроконтроллера

Для разработки датчика давления воздуха используем однокристальный 8-разрядный FLASH CMOS микроконтроллер с 10-разрядным АЦП компании Microchip Technology Incorporated PIC18F2580. Наличие АЦП позволит измерять сигнал с выходов датчиков давления воздуха, а встроенный CAN интерфейс избавит от надобности покупать отдельные микросхемы CAN контроллеров, что позволит уменьшить финансовые и трудозатраты на разработку и производство готового изделия.

Основные параметры данного микроконтроллера:

Оптимизированная архитектура и система команд для написания программ на языке С;

Система команд совместима с командами семейств PIC16C, РIС17С и РIС18С;

Линейное адресное пространство памяти программ 32 кбайта;

Линейное адресное пространство памяти данных 1.5 кбайт;

Быстродействие до 10 МIPS;

16-разрядные команды, 8-разрядные данные;

Система приоритетов прерываний;

Аппаратное умножение 8×8 за один машинный цикл.

Характеристика периферийных модулей:

Высокая нагрузочная способность портов ввода вывода;

Три входа внешних прерываний;

Модуль TMR0: 8/16-разрядный таймер/счетчик с программируемым 8-разрядным предделителем;

Модуль TMR1: 16-разрядный таймер/счетчик;

Модуль TMR2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным регистром периода (основной для ШИМ);

Модуль TMR3:16-разрядный таймер/счетчик;

Вторичный генератор тактового сигнала на основе TMR1/TMR3;

Два модуля ССР, выводы модуля ССР могут работать как:

16-разрядный захват, максимальная разрешающая способность 6.25нс (TCY/16);

16-разрядное сравнение, максимальная разрешающая способность 100нс (TCY);

ШИМ, разрядность от 1 до 10 бит, Максимальная частота ШИМ 156кГц@8 бит; 39кГц@10 бит;

Модуль ведущего последовательного синхронного порта (MSSP);

3-х проводной интерфейс SPITM (поддерживает 4 режима);

I2CTM (ведущий и ведомый режим);

Адресуемый модуль USART, поддержка интерфейса RS-485 и RS-232;

Модуль PSP, ведомый параллельный порт.

Аналоговые периферийные модули:

Модуль 10-разрядного АЦП:

Высокая скорость преобразования;

Работа модуля АЦП в SLEEP режиме микроконтроллера;

DNL = ±1Lsb, INL = ±1Lsb;

Программируемый детектор пониженного напряжения (PLVD);

Программируемый сброс по снижению напряжения питания.

Особенности микроконтроллеров

100 000 гарантированных циклов стирание/запись памяти программ;

1 000 000 гарантированных циклов стирание/запись EEPROM памяти данных;

Возможность самопрограммирования;

Сброс по включению питания (POR), таймер включения питания (PWRT), таймер запуска генератора (OST);

Сторожевой таймер WDT с отдельным RC генератором;

Программируемая защита кода программы;

Режим пониженного энергопотребления и режим SLEEP;

Выбор режима работы тактового генератора, включая:

- 4 × PLL (от основного генератора);

Вторичный генератор (32кГц);

Внутрисхемная отладка по двухпроводной линии (ICD).

КМОП технология

Высокоскоростная энергосберегающая КМОП технология;

Полностью статическая архитектура;

Широкий диапазон напряжений питания (от 2.0В до 5.5В);

Промышленный и расширенный температурные диапазоны.

В таблице 3.1 приведены основные характеристики микроконтроллера PIC18F2320.

Таблица 3.1 - Основные характеристики PIC18F2320

Параметр	PIC18F2320
Тактовая частота	DС-40МГц
Память программ (байт)	8192
Память программ (команд)	4096
Память данных (байт)	512
EEPROM память данных (байт)	256
Источников прерываний	19
Порты ввода/вывода	PORT А, В, С, D, (Е)
Таймеры	4
Модуль ССР	2
Последовательные интерфейсы	MSSP, адресуемый USART
Модуль 10-разрядного АЦП	10 каналов
Сброс	POR, BOR, команда RESET, переполнение стека, исчерпание стека (PWRT, OST)
Программируемый детектор пониженного напряжения	Есть
Программируемый сброс по снижению напряжения питания (BOR)	Есть
Команд микроконтроллера	75
Корпус	28 SPDIP 28 SOIC

На рисунке 3.1 представлена структурная схема микроконтроллера PIC18F2580.

Рисунок 3.1- Структурная схема микроконтроллера PIC18F2580

3.2 Тактовый генератор

Тактовый генератор PIC18F2580 может работать в пяти режимах. Пользователь может выбрать один из пяти режимов тактового генератора в битах конфигурации микроконтроллера (FOSC2, FOSC1, FOSC0): - низкочастотный кварцевый резонатор (малое энергопотребление);- кварцевый/керамический резонатор;- высокочастотный кварцевый/керамический резонатор;+PLL - высокочастотный резонатор с включенным PLL модулем;- внешний резистор/конденсатор;

Для формирования тактового сигнала XT, LP, HS или HS+PLL в режиме тактового генератора к выводам OSC1, OSC2 подключается кварцевый или керамический резонатор. Схема подключения приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2- Схема подключения кварцевого резонатора (HS, XT или LP режим генератора)

Рекомендуемые номиналы конденсаторов приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Зависимость номиналов конденсаторов от режима и частоты

Режим	Частота	С1	С2
Для керамического резонатора
XT	455 кГц	68-100 пФ	68-100 пФ
	2.0 МГц	15-68 пФ	15-68 пФ
	4.0 МГц	15-68 пФ	15-68 пФ
HS	8.0 МГц	10-68 пФ	10-68 пФ
	16.0 МГц	10-22 пФ	10-22 пФ
Для кварцевого резонатора
LP	32 кГц	33 пФ	33 пФ
	200 кГц	15 пФ	15 пФ
XT	200 кГц	47-68 пФ	47-68 пФ
	1.0 МГц	15 пФ	15 пФ
	4.0 МГц	15 пФ	15 пФ
HS	4.0 МГц	15 пФ	15 пФ
	8.0 МГц	15-33 пФ	15-33 пФ
	20.0 МГц	15-33 пФ	15-33 пФ

В режимах HS, XT, LP микроконтроллер может работать от внешнего источника тактового сигнала, подключенного к выводу OSC1.

Для наибольшего быстродействия выбираем частоту 20 МГц и соответственно конденсаторы С8=С9=22 пФ.- К10 - 17Б - 22пФ - ±5%- К10 - 17Б - 22пФ - ±5%

 

.3 Разработка модуля индикатора

Для индикации результатов используется символьный ЖКИ WH1602-YYH-CP. На рисунке 3.3 приведен внешний вид модуля с лицевой стороны вместе с размерами. В таблице 3.3 приведены основные технические характеристики индикатора. Модуль состоит из ЖКИ панели, установленной на печатную плату, на которой собран специализированный контроллер, при помощи которого происходит управление процессом отображения.

Рисунок 3.3- Внешний вид ЖКИ индикатора

Таблица 3.3 - Технические характеристики ЖКИ

Характеристика	Значение
Габаритные размеры	80.0×36.0×8.8 мм
Видимая область	65.0×16.0
Размер знакоместа	2.96×5.56
Размер точки	0.56×0.66
Количество знакомест	2 строки по16 символов
Количество точек в знакоместе	8×5
Питание ЖКИ	+ 5В
Ток потребления	50 мА

На рисунке 3.4 приведена структурная схема ЖКИ.

Рисунок 3.4- Структурная схема ЖКИ

На рисунке 3.5 приведена схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру PIC18F2580.

Рисунок 3.5 - Схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру

3.4 Подключение драйвера CAN интерфейса

В качестве приемопередатчика для CAN интерфейса используем микросхему TJA1050T.

На рисунке 3.6 приведена структурная схема приемопередатчика для CAN интерфейса TJA1050T

В таблице 3.4 показаны основные электрические параметры приемопередатчика TJA1050T.

Таблица 3.4 - Основные электрические параметры приемопередатчика TJA1050T

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	4.75 … 5.25
Дифференциальное доминантное входное напряжение линии, В	1.5 … 3
Диапазон рабочих температур, град	-40 … +125
Максимальное время переключения, нс	250
Диапазон допустимых напряжений на линиях CANH и CANL, В	-27 … +40
Ток потребления при доминантном уровне на выходе, мА	50
Ток потребления при рецессивном уровне на выходе, мА	5
Входная емкость, пФ	5

Рисунок 3.6 - Структурная схема приемопередатчика TJA1050T

На рисунке 3.7 представлена схема подключения приемопередатчика TJA1050T к микроконтроллеру.

Рисунок 3.7- Схема подключения TJA1050T к микроконтроллеру

3.5 Подключение датчика давления

В качестве датчика применим датчик компании Motorola MPX5999D. Данный датчик относится к типу дифференциальных. Такой датчик состоит из двух основных частей: герметичного корпуса, обычно снабженного штуцерами, позволяющими подсоединять гибкие трубки, и очень необычного полупроводникового кристалла. На одной и той же кремниевой пластине выполнены и классические электронные компоненты, и струнные датчики натяжения. На рисунке 3.8 представлен внешний вид датчика.

Рисунок 3.8- Внешний вид датчика давления

Схема включения датчика, приведенная на рисунке 3.9, взята непосредственно из руководства по применению, разработанного компанией Motorola.

Рисунок 3.9- Схема включения датчика давления.

Для уменьшения помех используем ФНЧ с многопетлевой обратной связью. На рисунке 3.10 приведена типовая схема ФНЧ.

Рисунок 3.10 - Схема ФНЧ с МОС

Рассчитаем фильтр нижних частот с многопетлевой обратной связью для частоты среза 10Гц.

Определим круговую частоту среза:

Рассчитаем емкости фильтра.

Емкость С2 определяется из соотношения:

  (3.1)

С2 - CC0805KRX7R9BB105-±5%

Рассчитаем максимальное значение емкости С1 из следующего соотношения:

  (3.2)

где: В, С - безразмерные коэффициенты;

К - коэффициент усиления.

С1 - CC0805KRX7R9BB224-±5%

Рассчитаем номиналы сопротивлений R1,R2,R3:

 (3.3)

  (3.4)

  (3.5)

Выберем значения резисторов из ряда Е96

R1 - RC0805FR-0733KL ± 1%.- RC0805FR-0733KL ± 1%.

R3 - RC0805FR-0734KL ± 1%.

В качестве операционного усилителя возьмем микросхему MCP601.

 

.6 Разработка схемы питания

Для питания всех компонентов устройства нам необходимо напряжение бортовой сети 24В преобразовать в 5В. Что бы уменьшить потери мощности на стабилизаторе, применим микросхему импульсного преобразователя MC34063.

На рисунке 3.11 приведена типовая схема понижающего преобразователя до 5В при максимальном выходном токе 500мА на микросхеме MC34063.

Рисунок 3.11 - Схема понижающего импульсного преобразователя на микросхеме MC34063

4. Разработка программного обеспечения датчика давления

.1 Общие сведения о CAN сетях

Локальная сеть контроллеров CAN это стандарт серийной шины, разработанный в 80-х годах Robert Bosch GmbH, для соединения электронных блоков управления. CAN был специально разработан для устойчивой работы в насыщенной помехами окружающей среде с применением разносторонне сбалансированной линии, такой как RS-485. Соединение может быть более устойчивым к помехам при использовании витой пары. Первоначально создавалась для автомобильного назначения, но в настоящее время используется в разнообразных системах управления, в т.ч. индустриальных, работающих в насыщенной помехами окружающей среде. Скорость обмена данными до 1Mbit/s возможна в сетях протяженностью не более 40м. Снижение скорости обмена позволяет увеличить протяженность сети, например - 250 Kbit/s при 250м.протокол связи стандартизирован согласно ISO 11898-1 (2003). Этот стандарт главным образом описывает слой обмена данными состоящий из подраздела логического контроля (LLC) и подраздела контроля доступа (MAC), и некоторых аспектов физического слоя ISO/OSI модели. Остальные слои протокола оставлены на усмотрение разработчика сети.

4.2 CAN сети и их разновидности

Существуют различные CAN сети. Например, в автомобилях CAN сети разделены на две категории, основанные на принципе передачи данных по сети. Сети контроля систем комфорта и удобств, с большим количеством идентификаторов информации, которые передаются без соблюдения определенного порядка или частоты. И сети контроля силовой установки, управляют информацией относящейся к двигателю и трансмиссии. Содержат меньшее количество информации, но информация передается организованно и быстро.система на серийной шине с мультифункциональными возможностями, все CAN узлы способны передавать данные и некоторые CAN узлы могут запрашивать шину одновременно. Передатчик передает сообщение всем CAN узлам. Каждый узел, на основании полученного идентификатора, определяет, следует ли ему обрабатывать сообщение или нет. Идентификатор так же определяет приоритет, который имеет сообщение при доступе к шине. Простота определяет стоимость оборудования и затраты на обучение персонала. CAN микросхемы могут быть относительно просто запрограммированы. Вводные курсы, функциональные библиотеки, наборы для начинающих, различные интерфейсы, I/O модули и инструменты в широком разнообразии представлены в открытой продаже по доступным ценам. С 1989 года CAN микросхемы могут быть свободно и просто соединены с микроконтроллерами. В настоящее время в наличии около 50 CAN микросхем для микроконтроллеров более чем 15 производителей.применяется в большинстве Европейских легковых автомобилях, а так же решение производителей грузовиков и внедорожников в дальнейшем применять CAN, определили развитие более чем на 10 лет. В других областях применения, таких как, бытовая сфера и индустриальный сектор наблюдается рост продаж CAN оборудования, и будет продолжаться в будущем. К весне 1997 года уже насчитывалось более чем 50 миллионов установленных CAN узлов. Одна из выдающихся особенностей CAN протокола высокая надежность обмена данными. CAN контроллер регистрирует ошибки и обрабатывает их статистически для проведения соответствующих измерений, CAN узел, являющийся источником неисправности, в результате будет отстранен от соединения.

Каждое CAN сообщение может содержать от 0 до 8 бит пользовательской информации. Конечно, возможна передача более продолжительных данных с применением фрагментации. Максимальная специфицированная скорость обмена 1 Mbit/s. Это возможно при протяженности сети не более 40м. Для более длинной коммуникации скорость обмена должна быть снижена. Для дистанции до 500 м скорость 125Kbit/s, и для передачи более чем на 1 км допускается скорость 50 Kbit/s.сети могут быть использованы как внедренные коммуникационные системы для микроконтроллеров так же как и открытые коммуникационные системы для интеллектуальных устройств. CAN система серийной шины, разработанная для применения в автомобилях, широко применяется в промышленных коммуникационных системах. Основные достоинства CAN сетей: низкая стоимость, способность функционировать в сложных условиях, продолжительная работоспособность и простота применения.

Некоторые пользователи, например, в области медицинской инженерии, предпочитают CAN потому, что необходимо соблюдать жесткие требования по безопасности. Подобные условия с повышенными требованиями по надежности и безопасности предъявляются и некоторым другим устройствам и оборудованию (т.е. роботы, подъемные и транспортные системы).

4.3 Основные стандарты CAN

Далее перечислены некоторые международные CAN стандарты CAN стандарты:

-       ISO 11898-1 - CAN протокол;

-       ISO 11898-2 - CAN высокоскоростная физическая структура;

-       ISO 11898-3 - CAN низкоскоростная физическая структура совместимая с ошибками;

-       ISO 11898-4 - CAN запуск;

-       ISO 11898-5 - Высокоскоростное низковольтное устройство (в разработке);

-       ISO 11519-2 - заменен на 11898-3;

-       ISO 14230 - "Keyword Protocol 2000" - диагностический протокол использующий серийную линию, не CAN;

-       ISO 15765 - Диагностический протокол по CAN bus - Keyword 2000 на CAN bus;

-       J1939 - Основной CAN протокол для грузовиков и автобусов определенный SAE;

-       ISO 11783 - J1939 и дополнение для сельхоз машин;

-       ISO 11992 - определяет интерфейс тягачей и прицепов;

-       NMEA 2000 - Протокол основанный на J1939 для судов, определен NMEA.протокол является стандартом ISO (ISO 11898) для последовательной передачи данных. Протокол разработан для приложений автомобильного применения. В настоящее время CAN системы широко распространены, и применяются в индустриальной автоматике, различных транспортных, специальных машинах и автомобилях

Преимущества CAN:

-  Доступность для потребителя. CAN протокол успешно применяется на протяжении более 15 лет, с 1986 года. Существует богатый выбор CAN продуктов и устройств в открытой продаже.

-       Реализация протокола на аппаратном уровне. Протокол базируется на аппаратном уровне. Это дает возможность комбинировать способность распознавать и контролировать ошибки со способностью высокоскоростной передачи данных.

-       Примитивная линия передачи. Линия передачи данных, в большинстве случаев, витая пара. Но связь по CAN протоколу так же может осуществляться по одному проводу. В различных случаях возможно применение наиболее подходящих каналов связи, оптического или радио канала.

-       Превосходная способность обнаружения ошибок и сбоев и локализация неисправностей. Способность обнаруживать ошибки и сбои является существенным преимуществом CAN протокола. Механизм определения ошибок построен на экстенсивном принципе, так же надежна и хорошо разработана система проверки и подтверждения ошибок и сбоев. Система определения неисправностей и повторная передача данных выполняется автоматически на аппаратном уровне.

-       Система обнаружения и проверки неисправностей. Неисправный источник в системе способен дезорганизовать всю систему, т.е. занять все каналы связи. CAN протокол имеет встроенную возможность которая предохраняет систему от источника неисправности. Источник ошибки отстраняется от приема и передачи данных по CAN шине.протокол определен стандартом ISO 11898-1 и включает следующие основные сведения:

-  На физическом уровне, сигнал передается, используя витую пару;

-       Для контроля к доступу шины применяются правила арбитража;

-       Блоки данных небольшие по размеру (в большинстве случаев 8 байт) и защищены чексуммой;

-       Блоки данных не имеют адресации, вместо того каждый блок содержит числовое значение, которое определяет приоритет передачи по шине, так же может нести идентификатор содержания блока данных;

-       Сложная схема обработки ошибок, она приводит к повторной передаче данных, которые должным образом не получены;

-       Эффективные действия по изоляции неисправностей и отключение источника неисправности от шины.

4.4 Протоколы высшего порядка (HLP)

протокол определяет безопасную передачу небольших пакетов данных из пункта А в пункт Б используя общую линию коммуникации. Протокол не содержит средств контроля потока, адресацию, не предоставляет передачу сообщений более чем 8 бит, не осуществляет установку соединения и т.д. Перечисленные свойства определяются HLP(Higher layer protocol) или Протокол Высшего Порядка. Условия HLP получены и состоят из семи порядков OSI модели.

Назначение HLP:

-  Стандартизация процедур запуска и установка скорости передачи;

-       Распределение адресации устройств и разновидности сообщений;

-       Определение порядка сообщений;

-       Обеспечивает механизм определения неисправностей системного уровня.

OSI модели (Open Systems Interconnect Model):

-  CanKingdom;

-       CANopen/CAL;

-       DeviceNet;

-       J1939;

-       OSEK;

-       SDS.

 

.5 Описание протокола SAE J1939

высокоскоростная сетевая коммуникация класса С разработанная для поддержки функций управления в режиме реального времени между контроллерами, которые физически расположены в различных местах автомобиля./J1587 предыдущий, широко распространенный тип сети класса B с возможность обмена простой информацией, включая диагностические данные, между контроллерами. J1939 обладает всеми свойствами J1708/J1587.использует CAN протокол позволяет любому устройству передавать сообщение по сети в момент когда шина не загружена. Каждое сообщение включат в себя идентификатор, который определяет приоритет сообщения, информацию об отправителе данных, об информации, заключенной в сообщении. Конфликты избегаются благодаря механизму арбитража, который активизируется с передачей идентификатора (используется безопасная схема арбитража). Это позволяет сообщениям с наивысшим приоритетом передаваться с наименьшими задержками, по причине равного доступа к шине любым из устройств сети. J1939 организован из нескольких частей основанных на (Open Systems Interconnect (OSI) Model). OSI модель определяет семь коммуникационных порядков (слоев), каждый представляет различные функции. В то время как есть документ J1939, ассигнованный каждому слою, не все они явно определены в пределах J1939. Другие слои выполняют вторичные функции, описанные в другом месте. Физический Слой описывает электрический интерфейс коммуникаций (витая экранированная пара проводов, который может также быть упомянут как шина). Слой Канала связи описывает протокол или управляет структурой сообщения, получая доступ к шине, и обнаруживая ошибки передачи. Слой приложения определяет специфические данные, содержащиеся в каждом сообщении, посылаемом по сети. Полный комплект спецификации можно приобрести в SAE, ниже приведен перечень документовдополняется следующими документами:Практические рекомендации по Контролю серийной передачи и коммуникационная сеть транспортного средства;/11 Физический порядок (слой) - 250k bits/s, экранированная витая пара;/13 Диагностические разъемы;/21 Данные слоя связи;/31 Слой сети;/71 Слой приложений;/73 Диагностика;/81 Управление сетью.

Основной документ J1939 включает в себя общее описание стандарта, таблицу распределения адресов, содержимое данных и другие необходимые сведения. Профиль J1939/01 используется в грузовиках и автобусах, а J1939/02 применяется в строительной и сельскохозяйственной технике.

Рисунок 4.1 - Топология CAN шины, реализующая стандарт J1939

На рисунке 4.1 приведена топология CAN шины, реализующая стандарт физического уровня J1939/11. Он обладает следующими основными характеристиками:

-  Физическая среда на основе экранированной скрученной пары с заземлением и терминальными резистороми на обоих концах;

-       Сетевые соединители на основе 3-х контактных не экранированных разъемов. Контакты соответствуют сигналам CAN_H, CAN_L и экран;

-       Физический уровень не отказоустойчивый;

-       В сегменте сети может быть до 30 узлов.

На рисунке 4.2 приведен формат кадров канального уровня J1939/21.

Рисунок 4.2 - Формат кадров канального уровня J1939

/21 основан на стандартном CAN кадре канального уровня с 29-битовым идентификатором. Формат этого кадра определен стандартом ISO 11898-1. А вот распределение отдельных бит идентификатора и правила заполнения поля данных относятся к ведению собственно стандарта J1939/21. Именно он определяет то, каким образом задается трех-битовый приоритет сообщения (P), выбор страницы данных (DP), адреса источника и получателя кадра и другие параметры CAN сообщения. Отображение данных в CAN кадры задается посредством номеров групп параметров, которые составляются из зарезервированного бита, бита выбора страницы, PF поля и параметра расширения группы PS - всего 18 бит. Из общего числа 8672 возможных значений содержимого данных определены 13 зависимых от получателя и 38 расширенных идентификатора, а также большая часть групп параметров, необходимых для систем грузовиков и автобусов.

Получение адреса.

В целом, большинство адресов заранее присвоены и используются сразу же после включения питания. Для обеспечения возможности подключения в J1939 новых устройств и функций, которые до сих пор не определены, процедура была определена для динамического назначения адресов. Каждое устройство должно объявить, какой адрес оно запрашивает. Это функция идентификация (требование адреса). Возможны два варианта:

) Отправить сообщение о присвоении адреса.

Когда устройство отправляет сообщение о присвоении адреса, все устройства сравнивают этот адрес с недавно полученными адресами в своей таблице устройств сети. Если адрес уже взяло устройство с более высоким приоритетом, то устройство передает сообщение о том, что адрес уже используется. Имя, которое передается как данные в сообщении о присвоении адреса, определяет, какое устройство имеет более высокий приоритет.

) Отправить запрос на получение адреса (Address Claim).

Когда устройство посылает запрос на получение адреса, все устройства отвечают посредством передачи их адреса. Это позволяет использовать отключаемые устройства (инструменты, прицепы и т. д.) или устройства которые долго находятся в спящем режиме, чтобы получить текущую таблицу адресов так, что доступный адрес может быть выбран и утвержден (см. рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Процедура получения адреса в J1939

Поддержка динамического назначения адреса не является обязательным, только те устройства, которые могут столкнуться с конфликтом адреса должны поддерживать эту возможность. Для устранения необходимости поддержки динамического назначения адресов и ускорения этого процесса, инициализации, большинство EBU связаны с предпочтительным адресом. Эти предпочтительные адреса, описаны в документе J1939/71. Если предпочитаемый адрес уже используется другим ECU, устройство может попытаться претендовать на другой адрес в случае поддержки самостоятельной конфигурации устройства.

4.6 Алгоритм работы основной программы микроконтроллера

При включении устройства происходит инициализация микроконтроллера и периферийных устройств, блок-схема алгоритма подпрограммы инициализации приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - Схема алгоритма подпрограммы инициализации

После инициализации на дисплей выводится сообщение о состоянии датчиков. Если все устройства правильно подключены и успешно прошли инициализацию, то происходит опрос датчиков давления, полученные значения давления передаются по CAN интерфейсу и отображаются на дисплее.

Рисунок 4.5- Схема алгоритма основной программы

5. Технико-экономическое обоснование проекта

Разработанное устройство предназначено для измерения давления воздуха в тормозной системе и передачи по CAN шине полученной информации в соответствии со стандартом SAE J1939.

.1 Расчет затрат на стадии НИОКР

Одной из основных целей планирования НИР является определение общей продолжительности их проведения с помощью ленточного графика.

Продолжительность каждой работы Т_п определяется по формуле

, (5.1)

где Т_i - трудоемкость работ, чел.-дн.;

Ч_i - численность исполнителей, чел.

Для определения трудоемкости выполнения научно-исследовательских работ, составляем перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены. По каждому виду работ определяем исполнителя и его квалификационный уровень.

Ленточный график НИОКР представлен в таблице 5.1. Все работы выполняются инженером электроником 1-ой категории. Определим эффективный фонд рабочего времени инженера электроника.

В результате расчётов суммарная трудоёмкость проведения НИОКР составила фактически 75 человеко-дней. Рассчитаем плановую себестоимость НИОКР по статьям.

Затраты по статье «Материалы» определяются согласно таблицы 5.2.

Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы, комплектующие изделия, которые входят в состав изготовления единицы опытного образца произведен ниже в таблице 5.3. и таблице 5.4

Таблица 5.1 - Ленточный график НИОКР

Этапы

Исполнитель, чел

Трудоемкость, чел. дни

Рабочий период пятидневки, дни

1) получение задания, подбор и анализ литературы

Инженер-электроник 2-ой категории

5

2) составление обзора

10

3) выбор элементной базы, разработка структурной и функциональной схемы

15

4) разработка принципиальной схемы

10

5) изготовление опытного образца

5

6) разработка технической документации, правил ТБ и ОТ

10

7) технико-экономическое обоснование проекта

15

8) утверждение проекта

5

Итого

75

Таблица 5.2 - Затраты на покупные комплектующие изделия

Наименование комплектующих	Тип изделия	Кол. на ед. изделия, шт	Цена за ед. (без НДС), тыс.руб.	Сумма затрат, тыс.руб.
Микросхемы	PIC18F2580-I/SO	1	90	90
	TJA1050T	1	120	120
	MCP601	2	45	90
	MCP601	2	45	90
	MC34063	1	45	45
Конденсаторы	CC0805KRX7R9BB105	1	0,8	0,8
	CC0805KRX7R9BB224	2	0,8	1,6
	К52-11В-16В-100мкф ± 20%	1	1,2	1,2
	CC0805KRX7R9BB104	1	0,8	0,8
	CC0805JRNPO9BN471	1	0,8	0,8
	К52-11В-16В-470мкф ± 20%	1	1,2
	К10-17B-16B-22пФ-±5%	2	1,2	2,4
	CC0805KRX7R9BB104	2	0,8	1,6
Резисторы	RC0805FR-0733KL	2	0,5	1
	RC0805FR-0733KL	2	0,5	1
	RC0805FR-0734KL	2	0,5	1
	RC0805FR-073K6L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-071K2L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-07330L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-074K7L	1	0,5	0,5
	3296W-1-103LF	1	1,2	1,2
	RC0805FR-0710KL	1	0,5	0,5
Прочее	MPX5999D	2	160	320
	WH0802-YYH-CP	1	130	130
	PLS-40-5	1	12	12
	OBDII 9-POL D-SVB	1	12	12
	HC-49U-16MHz	1	35	35
Итого:		34	661,8	871,1
С учетом ТЗР(4%)				905,94

Как видно из таблицы, затраты на покупные комплектующие изделия равны 905,94 тыс.руб.

Таблица 5.3 - Затраты на основные и вспомогательные материалы

Наименование	Ед. изм.	Н расх. на 1 изд.	Цена за ед. (без НДС), тыс.руб.	Сумма затрат, тыс.руб.
Корпус	шт	1	45	45,00
Гайки	шт	4	0,8	3,20
Болты	шт	4	0,8	3,20
Шайбы	шт	4	0,2	0,80
Припой	кг	0,01	120	1,20
Лак	л	0,01	240	2,40
Текстолит	м2	0,01	120	1,20
Канифоль	кг	0,01	180	1,80
Итого	-	-	-	58,80
С учетом ТЗР (4%)	-	-	-	61,15

Как видно из таблицы затраты на основные и вспомогательные материалы равны 61,15 тыс. руб.

Таблица 5.4 - Затраты на материалы

Материалы	Ед. изм.	Потреб. кол-во	Цена за ед., тыс.руб.	Сумма, тыс.руб.
Бумага писчая	упаковка	1	70	70,00
Бумага чертежная формата А1	лист	5	6	30,00
Письменные принадлежности:	набор	1	18	18,00
Чертёжные принадлежности:	набор	1	55	55,00
Итого:				173,00
С учетом ТЗР (Кт.з.р.=4%)				179,92

Как видно из таблицы затраты на материалы равны 179,92 тыс. руб.

Затраты на изготовление опытного образца равны

З_оп.обр = 905,94 + 61,15 = 967,92 тыс. руб.

Расчет затрат на электроэнергию при провидении НИОКР производим по формуле (5.2)

, (5.2)

где Ц_ЭЛ - тариф на электроэнергию;

Р_ЭЛ - расход электроэнергии, потребляемой оборудованием для проведения НИОКР;

Р_М - расход электроэнергии на местное освещение.

Тариф на электрическую энергию определяем по формуле, согласно Декларации об уровне тарифов на электрическую энергию, отпускаемую республиканскими унитарными предприятиями электроэнергетики ГПО "Белэнерго"

Тн = Тб∙(0,11+0,89∙Кн/Кб),

где Тн - тариф на электрическую энергию проиндексированный на изменение курса белорусского рубля к доллару США на день оформления платежного документа и день оплаты;

Тб - тариф на электрическую энергию, установленный декларацией

(Тб = 2519,7 руб./кВт*ч для промышленных и приравненных к ним потребителей с присоединенной мощностью до 750 кВА);

Кн и Кб - значение курса белорусского рубля по отношению к доллару США на день оформления платежного документа и день оплаты и при установлении тарифов на электрическую энергию соответственно

(Кн = 20550 бел. руб., Кб = 20461 бел. руб.).

Тн = 2519,7∙(0,19+0,81∙20550/20461) ≈ 2529 руб. /кВт*ч.

Расход электроэнергии, потребляемой оборудованием для проведения НИОКР, рассчитываем следующим образом:

, (5.3)

где W_ЭЛ - установленная мощность единицы электрооборудования;

Т_РАБ - продолжительность работы прибора или устройства, используемого при проведении НИОКР и потребляющего электроэнергию;- количество однотипного оборудования;

К_С - коэффициент спроса потребителей электроэнергии (принимаем К_С = 0,75, для осветительной нагрузки К_С =1,0).

Перечень необходимого электрооборудования для НИОКР и расчет расхода электроэнергии в соответствии с ленточным графиком НИОКР при 8-ми часовом рабочем дне приведен в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Расход электроэнергии при проведении НИОКР

Наименование оборудования	Потребляемая мощность, кВт	Этапы графика НИР	ТРАБ, дни	ТРАБ, час	Кол-во ед., шт.	КС	РЭЛ, кВт*ч
Компьютер	0,2	2,3,4,6,7	60	480	1		72
Электропаяльник	0,04	5	5	40	1	0,75	1,2
Вольтметр	0,05	5	5	40	1		1,5
Осциллограф	0,2	5	5	40	1		6
Итого:							80,7

Как видно из таблицы, расход электроэнергии при проведении НИОКР равен 80,7 кВт·ч.

Расход электроэнергии на местное освещение при проведении НИОКР рассчитывают следующим образом:

, (5.4)

где W_ОСВ - средняя мощность осветительных ламп на одном рабочем месте (принимаем W_ОСВ = 0,1 кВт);

ω_ПРИН - принятое число рабочих мест, нуждающихся в местном освещении, при проведении НИОКР.

Расход электроэнергии на местное освещении при проведении НИОКР определяется исходя из расчета на одно рабочее место (ω_ПРИН = 1) на весь период НИОКР (Т_РАБ = 75 дней). В соответствии с формулой (5.4), получаем:

В соответствии с формулой (5.2), сумма затрат по статье «Затраты на электроэнергию» для проведения НИОКР составит:

тыс.руб.

Расчет затрат по статье «Возвратные отходы» не производится, так как при проведении НИОКР возвратные отходы отсутствуют.

На статью «Спецоборудование для научных и экспериментальных работ» относятся затраты на приобретение или изготовление специальных приборов, стендов, аппаратов и другого специального оборудования, необходимого для проведения НИОКР.

Спецоборудование для научных и экспериментальных работ не приобретается, а предоставляется кафедрой «Промышленная электроника» и входит в состав основных фондов ГГТУ им. ПО Сухого, то расчет затрат по данной статье не производится, то расчет затрат по данной статье не производится.

Произведем расчет по статьям «Основная заработная плата», «Дополнительная заработная плата», «Отчисления на социальное страхование».

Рассчитаем основную заработную плату разработчика за весь период (75дней):

ЗП = С₁∙K_т· ∙К_кор ∙K_стаж∙(1+К_прем)∙F_ниокр/F_пл.мес., (5.5)

где С₁= 298 тыс. руб. - ставка первого разряда,

К_прем= 0,35 - коэффициент премирования,

К_стаж=1,1- коэффициент, учитывающий стаж работы ,_ниокр = 75дней, F_пл.мес=21 день,

К_прев= 75/21 = 3,57, исходя из средней продолжительности рабочего месяца 21 рабочий день, _Т = 2,84 - тарифный коэффициент (тарифный разряд 12);

К_кор - корректирующий коэффициент, с 12-го до 13-го разряда установлен 1,456.

ЗП = 298∙2,84∙1,456∙1,1∙(1+0,35)∙3,57 = 6532,67 тыс.руб.

Дополнительная заработная плата составляет 10% (К_доп.зп= 0,1) от основной

ЗП_доп= К_доп.зп ∙ ЗП = 0,11∙6532,67 = 653,27 тыс.руб. (5.6)

Отчисления на социальные нужды составляют 34% от фонда оплаты труда

О_тч = 0,34∙(6532,67 + 653,27) = 2443,22 тыс.руб.

Отчисления на обязательное страхование определяются как 0,6% от заработной платы

О_{тч мед.ст} = 0,6∙(6532,67 + 653,27)/100 = 43,12 тыс.руб.

На статью «Расходы на служебные командировки» относятся расходы на все виды служебных командировок работников, выполняющих задания по конкретной НИОКР. Так как при проектировании устройства в командировках не было необходимости, то расчет затрат по данной статье не производится.

На статью «Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями», относятся затраты по оплате всех видов работ, в том числе по изготовлению опытных образцов и макетов, выполняемых непосредственно для конкретной НИОКР сторонними организациями и предприятиями, а так же подчиненными научному учреждению опытными производствами, состоящими на самостоятельном балансе. Сторонние организации не привлекаются, поэтому расчет затрат по данной статье не производится.

На статью «Прочие прямые расходы» относятся расходы на приобретение и подготовку материалов специальной научно-технической информации, за использование средств телефонной и радиосвязи и другие расходы необходимые для проведения конкретной НИОКР. Так как при проектировании использовались материалы научно-технической информации из библиотечных фондов научного учреждения и телефонные разговоры не производились, то затраты будут составлять при печати 5 чертежей на плоттере по цене 10 тыс. руб. за единицу и 100 листов технической документации и пояснительной записки по цене 0,9 тыс.руб за лист:

З_печ = 5∙10 + 100∙0,9 = 140 тыс. руб.

На статью «Накладные расходы» включаются расходы на управление и хозяйственное обслуживание. Накладные расходы на управление и хозяйственное обслуживание составляют 30% от зарплаты разработчика:

Н_р = 0,3∙6532,67 = 1959,80 тыс. руб.

Плановую калькуляцию себестоимости НИОКР сведем в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 - Плановая калькуляция себестоимости НИОКР

Статьи затрат	Сумма, тыс. руб.
Материалы	179,92
Затраты на изготовление опытного образца	967,09
Затраты на электроэнергию	355,83
Спецоборудование для научных работ	0
Заработная плата основная	6532,67
Заработная плата дополнительная	653,27
Отчисления на социальные нужды	2443,22
Отчисления на обязательное страхование	43,12
Расходы на служебные командировки	0
Затраты по работам, выполняемыми сторонними организациями	0
Прочие прямые расходы	140
Накладные расходы	1959,8
Плановая себестоимость	13274,92

Как видно из таблицы, себестоимость НИОКР составляет 13274,92тыс.руб.

.2 Расчет затрат на стадии производства

Данный подраздел предполагает расчет отпускной цены продукции, в основу которой положена группировка затрат по статьям калькуляции на производство единицы продукции.

Затраты на комплектующие изделия, основные и вспомогательные материалы приведены в таблицах 5.2. и 5.3.

Для расчета заработной платы необходимо определить норму штучного времени на изготовление единицы продукции. Расчет норм времени по операциям технологического процесса представлен в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Расчет норм времени по операциям технологического процесса

Наименование операций	Наименование деталей	Кол. шт.	Норма времени. на 1 ед, мин.	Норма времени общ., мин.	Норма времени на операцию, н.мин.
1 Распаковка элементов	Микросхемы	5	0,008	0,04	0,272
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,096
	Конденсаторы	11		0,088
	Прочее	6		0,048
2 Рихтовка выводов пинцетом	Транзисторы	0	0,067	0	1,541
	Диоды	0		0
	Резисторы		0,804
	Конденсаторы	11		0,737
3 Зачистка выводов	Транзисторы	0	0,083	0	1,909
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,996
	Конденсаторы	11		0,913
4 Лужение выводов микросхем	Микросхемы	5	0,09	0,45	0,450
5 Лужение выводов концов элементов	Транзисторы	0	0,033	0	0,759
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,396
	Конденсаторы	11		0,363
6 Формовка и обрезка выводов	Транзисторы	0	0,029	0	0,667
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,348
	Конденсаторы	11		0,319
7 Установка тр-ов, микросхем, конденсаторов на плату	Микросхемы	5	0,12	0,6	4,080
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		1,44
	Конденсаторы	11		1,32
	Прочее	6		0,72
8 Пайка	Микросхемы	5	0,22	1,1	7,480
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		2,64
	Конденсаторы	11		2,42
	Прочее	6		1,32
9 Промывка плат после пайки	плата	1	0,33	0,33	0,330
10 Проверка на соответствие чертежу	плата	1	0,02	0,02	0,020
11 Установка платы в приспособление (сборка)	плата	1	0,079	0,079	0,079
12 ОТК	Прибор	1	5	5	5,000
Итого		203		22,587	22,587

Из таблицы видно, что норма времени на все операции составляет 22,587н.мин. При характеристике операций учтем, что время оперативной работы не учитывает все действия исполнителя. Поэтому в качестве продолжительности операции необходимо указывать штучное время.

Тшт=Топ+Тпз+Тобс+Тотл, (5.7)

где Топ - оперативное время;

Тпз - подготовительное время;

Тобс - время обслуживания;

Тотл - время на отдых и личные надобности.

Для мелкосерийного производства соотношение различных видов затрат рабочего времени и времени оперативной работы распределяется следующим образом:

Тпз = 2,9% от Топ, Тобс = 2,4 % от Топ, Тотл = 4,2 % от Топ.

Таким образом, штучное время превысит оперативное

Тшт=(100Топ +2,9∙Топ +2,4∙Топ +4,2∙Топ)/100 = 1,095∙Топ, мин.

Штучное время по операциям равно:

Тшт1= 1.095* 0,272 = 0,298 мин,

Тшт2= 1.095* 1,541 = 1,687 мин,

Тшт3= 1.095* 1,909 = 2,090 мин,

Тшт4= 1.095* 0,450 = 0,493 мин,

Тшт5= 1.095* 0,759 = 0,831 мин,

Тшт6= 1.095* 0,667 = 0,730 мин,

Тшт7= 1.095* 4,080 = 4,468 мин.

Тшт8= 1.095* 7,480 = 8,191 мин.

Тшт9= 1.095* 0,330 = 0,361 мин.

Тшт10= 1.095* 0,020 = 0,022 мин.

Тшт11= 1.095* 0,079 = 0,087 мин.

Тшт12= 1.095* 5,000 = 5,475 мин.

Заработная плата для i- го работы определяется по формуле

ЗП_{осн i} = С_{час i}× Тшт_i∙ К_тех.р∙(1+К_прем), (5.8)

где Тшт_i - норма штучного времени на выполнение i-й операции, ч,

К_прем= 0,35 - коэффициент премирования,

К_тех.р - коэффициент технол. работ, К_тех.р = 1,2,

С_{час i} - часовая ставка, соответствующая разряду работ на i-той операции, тыс. руб, равная

,

где С₁ - тарифная ставка первого разряда в месяц, принимаемая исходя из минимальной заработной платы равной 2300 тыс. руб.;

К _мес - количество месяцев в году, 12;

К_тi - тарифный коэффициент i-го разряда; = 2038 ч. - норма рабочего времени при 40-часовой рабочей неделе, согласно производственного календаря на 2016 г.

Дополнительная заработная плата составляет К_доп.зп = 10% от основной

З_доп = К_доп.зп ∙З_осн. (5.9)

Суммарная заработная плата равна

З_общ = З_осн+ З_доп (5.10)

Отчисления на социальные нужды для всех категорий работников составляют 34% . Результаты расчёта сведём в таблицу 5.8.

Для 1-ой строки таблицы

 тыс.руб.,

Таблица 5.8 - Затраты на оплату труда основных производственных рабочих

Операция	Разряд	Тариф. коэф., Kt	Тшт, ч	Осн. зпл., тыс.руб.	Доп. зпл., тыс.руб.	Общ. зпл., тыс.руб.	Отчисл., тыс.руб
1	2	1,16	0,0050	0,13	0,01	0,14	0,05
2	2	1,16	0,0281	0,72	0,07	0,79	0,27
3	2	1,16	0,0348	0,89	0,09	0,98	0,33
4	3	1,35	0,0082	0,24	0,02	0,27	0,09
5	3	1,35	0,0139	0,41	0,04	0,45	0,15
6	3	1,35	0,0122	0,36	0,04	0,40	0,14
7	3	1,35	0,0745	2,21	0,22	2,43	0,83
8	4	1,57	0,1365	4,70	0,47	5,17	1,76
9	4	1,57	0,0060	0,21	0,02	0,23	0,08
10	4	1,57	0,0004	0,01	0,00	0,01	0,00
11	4	1,57	0,0015	0,05	0,01	0,06	0,02
12	4	1,57	0,0913	3,14	0,31	3,46	1,18
Итого:	-	-	-	13,06	1,31	14,39	4,90

Как видно из таблицы, суммарные затраты на оплату труда составляют 13,78 тыс. руб.

Примем коэффициент спроса 0,75. Затраты на электроэнергию:

З_эл= W_у∙ К_с ∙ F_эф ∙ n_об ∙ Ц_э (5.11)

где W_у - установленная мощность единицы оборудования, кВт;

Кс - коэффициент спроса потребителей электроэнергии;эф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч (принимаем равным T_{оп i} - штучной норме времени на i-ую операцию);_об - количество единиц однотипного оборудования, шт,

Цэ - стоимость 1кВт×час электроэнергии.

Таблица 5.9 - Затраты на электроэнергию для технологических целей

Наименование оборудования (№ - номер операции)	Установленная мощ. об., кВТ	кол-во ед., шт	Fэф, час	Кc	Цэл, тыс. руб.	Зэл, тыс. руб.
Установка для лужения (№ 4)	0,15	1	0,0082	0,75	2,529	0,002
Электропаяльник с подачей припоя (№5)	0,1	1	0,0139	0,75	2,529	0,003
Устройство для формовки и обрезки выводов (№6)	1,25	1	0,0122	0,75	2,529	0,029
Электропаяльник с подачей припоя (№8)	0,1	1	0,1365	0,75	2,529	0,026
Ванна для отмывки печатных плат (№9)	2,2	1	0,006	0,75	2,529	0,025
Вольтметр (№=12)	0,04	1	0,0913	0,75	2,529	0,007
Осциллограф (№=12)	0,12	1	0,0913	0,75	2,529	0,021
Итого:	-	-	-	-	-	0,113 «Затраты на разработку и подготовку производства» определяются исходя из затрат на НИОКР отнесенных на объем выпускаемой продукции за 2 последующих года с момента начала освоения новой продукции. Примем, что объем выпуска продукции по годам равномерный и равен 1000 устройств в год. Тогда затраты по данной статье калькуляции равны: ,92/(1000·2) = 12,92 тыс.руб. Накладные расходы в себестоимости продукции определяются в статьях «Общепроизводственные расходы», «Общехозяйственные расходы» и «Коммерческие расходы». Из-за отсутствия исходных данных для расчета расходов по этим статьям принимаем их размер применительно к РУП ЗИП укрупнено в процентном отношении к базовому показателю : ОПР - 230% и ОХР - 260% от затрат на оплату труда производственных рабочих и КР - 5-8% от производственной себестоимости. Расходы по статьям «Технологические потери», «Потери от брака» и «Прочие производственные расходы» в данном расчете не учитываются. Отчисления на обязательное страхование определяются как 0,6% от заработной платы. Таблица 5.10 - Калькуляция себестоимости и отпускной цены единицы продукции Наименование показателей Сумма затрат, тыс. руб. Материалы основные и вспомогательные 61,15 Комплектующие изделия 905,94 Электроэнергия на технологические цели 0,113 Зарплата основных производственных рабочих 14,39 Отчисления в бюджет от средств на оплату труда 4,90 Отчисления на обязательное страхование (0,6%) 0,09 Затраты на подготовку и освоение производства 6,64 Общепроизводственные расходы 33,097 Общехозяйственные расходы 37,41 Производственная себестоимость 1063,73 Коммерческие расходы (6%) 63,82 Полная себестоимость 1127,55 Нормативная прибыль (15 %) 169,13 Цена предприятия-производителя 1296,68 НДС (20%) 259,34 Отпускная цена с НДС 1556,02 Как видно из таблицы, отпускная цена единицы продукции равна 1556,02тыс.руб. 5.3 Расчет годовых эксплуатационных расходов В состав годовых эксплуатационных расходов входят следующие статьи: затраты на электроэнергию Зэл = М∙Ф∙Цэ (5.12) где М - потребляемая мощность прибора (за час работы), Цэ - стоимость 1кВт×час энергии, Ф = 2038 ч -годовой эффективный фонд времени _top работы, час. Зэл = 0,003∙2038∙2,529 = 15,42 тыс.руб. Зэл аналога = 0,005∙2038∙2,529 = 25,69 тыс.руб. износ МБП Зам = Ц ∙Нн/100 (5.13) где Ц - первоначальная стоимость прибора (цена + 10%), тыс.руб; Нн - норма амортизации МБП равная 16,7% при сроке службы 6 лет Зам =1,1∙1556,02∙0,167 = 285,84 тыс.руб. Зам аналога = 1,1∙2400∙0,167 = 440,88 тыс.руб. затраты на текущий ремонт и техобслуживание Зрем = (tp·Ср·K+Цэл.Nэл) ×(1+Кпрем) .tг/tо , (5.14) где tp = 24 ч - среднее время техобслуживания (техобслуживание - 2 ч в месяц), Ср=(2300∙12/2038)∙1,57 = 21,26 тыс.руб - часовая тарифная ставка, соответствующая 4 разряду работ К = 1,5 - коэффициент доплат и отчислений, Цэл - средняя стоимость одного заменяемого элемента, эл =2 шт. - количество элементов, заменяемых за один отказ изделия, Кпрем = 0,35 - коэффициент премирования, г = 2032 ч/год - годовая наработка изделия,о = 12000 ч - наработка на отказ, Зрем = (24·21,26∙1,5+26∙2) ×(1+0,35)∙2032/12000 = 187,4 тыс.руб. Зрем аналога = (24·21,26·1,5+50∙2) ×(1+0,35)∙2032/12000 = 198,41 тыс.руб Расчет затрат на заработную плату обслуживающего персонала не производим, так как устройство работает автономно. Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией принимаем в размере 5% от отпускной цены устройства (с НДС). Все расчеты сведем в таблицу 5.11. Таблица 5.11 - Годовые эксплуатационные расходы Статьи затрат Сумма затрат, тыс.руб. Сумма затрат, тыс.руб. (аналог) Затраты на электроэнергию 15,42 25,69 Зарплата обслуживающего персонала 0 0 Амортизационные отчисления 285,84 440,88 Затраты на текущий ремонт и техобслуживание 187,4 198,41 Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией 77,8 120 Итого 488,66 664,98 Экономия потребителя при эксплуатации при выборе нашего проектируемого устройства перед аналогом составит DЗэксп= Зэксп.аналог - Зэксп = 664,98 - 488,66 = 176,32 тыс. руб. .4 Определение экономически эффективного варианта устройства Сопоставим разработанный модуль датчиков давления воздуха с аналогом - модулем измерения давления воздуха SCP1000. Он имеет то же назначение, что и разработанное устройство обработки и дальнейшей передаче показаний датчиков давления по CAN интерфейсу. При производстве аналога используются те же самые нормативы, что и при производстве разрабатываемого устройства. Исходные данные для сравниваемых вариантов приведены в таблице 5.12. В качестве базового устройства принимаем модуль SCP1000, в качестве нового изделия принимаем разработанное устройство, в качестве эталона -модуль ввода-вывода MDI-081. Таблица 5.12 - Технические параметры сравниваемых изделий Показатели Ед. изм. Значение показателя Новое изделие Базовое изделие Изделие-эталон Количество датчиков давления шт 2 2 2 Частота опроса датчиков Гц 100 70 100 Максимальное измеряемое давление кПа 1000 800 1000 Определим коэффициент технического уровня параметров нового и базового изделий и коэффициента весомости. Расчет ведем по формуле (5.15) в табличной форме (таблица 5.13) Кбi = bбi/ bэi, Кнi = bнi/ bэi, или K*бi = bэi/ bбi, K*нi = bэi/ bнi, (5.15) где bбi, bнi, bэi - значение каждого i-го качества (параметра) сравниваемых базового, улучшенного и эталонного изделий. В расчет принимается формула Ki или K*i , при которой увеличение относительного показателя отвечает улучшению качества продукции. Например, увеличение частоты опроса ведет к улучшению качества продукции, поэтому используем формулу Кбi нi = bнi/ bэi = 100/100 = 1,бi = bбi/ bэi = 70/100 = 0,7, Результаты расчетов сведем в таблицу 5.13. Таблица 5.13 - Расчет коэффициентов технического уровня и весомости параметров изделий Показатели Относительная величина параметра Коэффициент весомости Новое изделие Базовое изделие Количество датчиков давления 1 1 0,33 Частота опроса датчиков 1 0,7 0,33 Максимальное измеряемое давление 1 0,8 0,33 Как видно из таблицы, с технической точки зрения разработанное устройство является предпочтительным в сравнении с аналогом. Определим коэффициент технического уровня базового ωб и нового ωн изделий по формуле (5.16): КПтех б = ai· Кбi , КПтех н = ai· Кнi, (5.16) где ai - коэффициент весомости каждого i-го показателя (параметра) качества (в сумме все коэффициенты равны единице). КПтех н = 0,33·1,0 +0,33·1,0 + 0,33·1,0 = 0,99, КПтех б = 0,33·1,0 + 0,33·0,7 + 0,33·0,8 = 0,825. Определим коэффициент эквивалентности по формуле: ω = КПтех н/ КПтех б = 0,99/0,825 = 1,2, (5.17) Определим коэффициент учитывающий повышение надежности изделия по формуле Кнад = Тн/ Тб = 1, (5.18) где Тн = Тб - наработка на отказ базового и нового изделия. Определяем интегральный показатель качества = Кнад· Кэкв = 1∙1,2 = 1,2. (5.19) Определяем коэффициент конкурентоспособности разрабатываемого и базового устройств по формулам ;; (5.20) , (5.21) где КПтех - комплексный показатель технического уровня устройства; Кнад - коэффициент, учитывающий надежность устройства (наработка на отказ). , ;. Определяем относительный показатель конкурентоспособности (ОПк) по формуле: , (5.22) Рассчитаем экономический эффект за 6 лет эксплуатации разрабатываемого устройства, исходя из минимума затрат на производство и эксплуатацию устройства в течении всего жизненного цикла по формуле Э = (Цбаз + Ибаз год/(r + E)) · W - (Цнов + Инов год/(r + E)) (5.23) где Е =0,15 - нормативный коэффициент экономической эффективности, r= 0,114-коэффициент реновации, Таким образом экономический эффект равен: Э = (2400+664,98/(0,114+0,15)) ·1,2-(1556,02+488,66/(0,114+0,15)) , Э = 2495,63 тыс.руб. Сравнительный анализ технико-экономических и эксплуатационных показателей проектируемого устройства и аналога представлен в табл. 5.14. Таблица 5.14 - Технико-экономические показатели проекта Показатели Ед. изм. Значение показателя Проектируемое устройство Аналог Технические показатели Количество датчиков давления шт 2 2 Частота опроса датчиков Гц 100 70 Максимальное измеряемое давление кПа 1000 800 Потребляемая мощность кВт 0,003 0,005 Экономические показатели Цена единицы продукции:   без НДС тыс.руб. 1296,68 2000,00 с НДС тыс.руб. 1556,02 2400,00 Эксплуатационные расходы, в том числе:-       - затраты на электроэнергию тыс руб. 15,42 25,69 - зарплата обслуживающего персонала тыс.руб. 0,00 0,00 - амортизационные отчисления тыс.руб. 285,84 440,88 - затраты на текущий ремонт и техобслуживание тыс.руб. 187,40 198,41 -расходы на материалы связанные с эксплуатацией тыс.руб. 77,80 120,00 Экономический эффект в виде экономии на совокупных затратах потребителя за 6 лет тыс.руб. 2495,63 Интегральный показатель качества - 2,22 Относительный показатель конкурентоспособности - 1,2 6. Раздел по ресурсо- и энергосбережению Для обеспечения низкого энергопотребления в разрабатываемом устройстве используется современный микроконтроллер PIC18LF2520 c низким потреблением и наличием энергосберегающих режимов. Энергопотребление всегда является важной характеристикой любой электрической системы. Применительно к микроконтроллерам, важно выделить две составляющие, которые влияют на потребления тока: ток потребления в активном (динамическом) режиме и статическом режиме (режиме ожидания). Потребление в активном режиме обусловлено переключениями цифровой логики и зависит от частоты тактирования, напряжения питания и температуры. Преимущественное влияние имеет частота тактирования. Статическое потребление тока имеет место при полной остановке тактирования ядра и состоит из токов утечки транзисторов, потребления супервизоров и тактирования схем, обеспечивающих дальнейшую работу контроллера. Преимущественное влияние на статическое потребление имеет напряжение питания и температура. Напряжение питания существенно влияет на энергопотребление контроллера как в активном режиме, так и в режиме ожидания. Таким образом, существенную выгоду можно получить за счет пониженного питания ядра контроллера в сравнении с остальной схемой. С 2003 года компания Microchip Technology Inc. начала выпуск контроллеров с энергосберегающей технологией nanoWatt. Основным требованием к контроллерам технологии nanoWatt было энергопотребление в режиме ожидания (Sleep) порядка нВт. Также были добавлены следующие возможности по энергосбережению: • Режим Idle. • Встроенный высокоскоростной тактовый генератор (INTOSC) с PLL и программируемым делителем. • Сторожевой таймер (WDT) с увеличенным временем ожидания. • Сверхмалопотребляющий модуль пробуждения (ULPWU). • Малопотребляющий Timer1 и второй осциллятор (SOSC, 32 кГц). • Малопотребляющий программно-управляемый модуль сброса (BOR). Сегодня Microchip расширяет энергосберегающие возможности PIC-контроллеров. Новая технология nanoWatt XLP, являющаяся расширением отлично себя зарекомендовавшей nanoWatt, включает ряд новых возможностей, таких как сверхмалопотребляющий модуль пробуждения (ULPWU), специальные малопотребляющие модуль сторожевого таймера (DSWDT) и детектор снижения напряжения (DSBOR), энергосберегающий режим «глубокого сна» Deep Sleep, а также меньший ток потребления в режимах, унаследованных от nanoWatt. В следующих режимах технология nanoWatt XLP обеспечивает ток потребления контроллера не более: • 100 нА - режим ожидания (Ipd); • 800 нА - сторожевой таймер (Iwdt); • 800 нА - часы реального времени с календарем (Irtcc). В таблице 1 приведен перечень энергосберегающих режимов PIC-контроллеров. Таблица 1- перечень энергосберегающих режимов Режим работы Активное тактирование Активная периферия Варианты пробуждения Потребляемый ток Типичное применение Deep, Sleep Timer1/SOSC INTRC/LPRC RTCC DSWDT DSBOR INT0 RTCC DSWDT DSBOR INT0 MCLK <50нА Устройства с батарейным питанием, большую часть времени находящиеся в режиме Sleep Sleep Timer1/SOSC INTRC/LPRC A/S RC RTCC WDT АЦП Компараторы CVref INTx HLVD BOR Все источники пробуждения 50-100нА Большинство критичных к энергопотреблению устройств Idle Timer1/SOSC INTRC/LPRC A/S RC Вся переферия Все источники пробуждения 25% тока потребления в активном режиме (Run) Каждый раз, когда контроллер находится в ожидании Run Все источники тактирования Вся переферия - 250mA Обычный режим работы Режим Deep Sleep - самый экономичный режим работы контроллера, когда все модули, которые могут остаться без питания - ядро контроллера, встроенный стабилизатор напряжения, большая часть периферии, ОЗУ - переводятся в энергосберегающий режим. Режим Sleep имеют все PIC-контроллеры, выполненные по технологии nanoWatt. В режиме Sleep отключается тактирование ядра и большей части периферии. Потребление тока складывается из питания ОЗУ, SFR и программного счетчика. Режим Idle занимает промежуточное положение между энергосберегающими режимами и основным (Run).В режиме Idle тактирование ядра приостановлено, но большая часть, а то и вся периферия сохраняет свою функциональность и может продолжать работать. Также для реализации снижение потребления энергоресурсов в устройстве вместо линейных стабилизаторов используются импульсные стабилизаторы с высоким КПД. Импульсные стабилизаторы, по сравнению с линейными, обладают рядом преимуществ. Их КПД заметно выше, так как в ключевом режиме работы транзистора, рассеиваемая на нем мощность оказывается существенно ниже, чем при работе в активном режиме. Высокое значение  КПД сохраняется и в случае большой разницы между входным и выходным напряжениями. Малые тепловые потери позволяют во многих случаях либо отказаться от применения радиаторов, либо существенно уменьшить их габариты. Кроме того, наряду с обычным режимом понижения входного напряжения, импульсные стабилизаторы могут работать в режиме его повышения. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели.   7. Раздел по охране труда .1 Воздействие шума на организм человека Среди проблем оздоровления окружающей среды борьба с шумом является одной из актуальнейших. В крупных городах шум является одним из основных физических факторов, формирующих условия среды обитания. Рост промышленного и жилищного строительства, бурное развитие различных видов транспорта, все большее применение в жилых и об-щественных зданиях сантехнического и инженерного оборудования, бытовой техники привели к тому, что уровни шума в селитебных зонах города стали сравнимы с уровнями шума на производстве. Шумовой режим крупных городов формируется главным образом автомобильным и рельсовым транспортом и составляет 60-70 % всех шумов. Заметное влияние на уровень шума оказывают увеличение интенсивности воздушных перевозок, появление новых мощных самолётов и вертолетов, а также железнодорожный транспорт, открытые линии метро и метро мелкого заложения. Вместе с тем в некоторых крупных городах, где принимаются меры по улучшению шумовой обстановки, наблюдается снижение уровней шума. Так, в Минске в последние десятилетия уровень шума снижается примерно на 4 дБ в 5 лет. Это обусловлено такими причинами, как обновление транспортного парка при постоянном росте потоков грузовых и легковых перевозок, расширение сети метро и в некоторой степени сокращение объемов работы многих предприятий. Основными источниками производственных шумов, формирующих шумовой режим в рабочей зоне и оказывающих определенное влияние на уровни шума прилегающих жилых районов, являются метало и деревообрабатывающее оборудование, энергетические и вентиляционные установки, внутризаводской транспорт и др. Предполагается, что рост шума в ближайшие десятилетия сохранится, что обусловливается ростом автомобильного и других видов транспорта, развитием промышленности, механизацией сельского хозяйства и др. Шум определяется как совокупность разных по силе и частоте звуков, возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных). Звук распространяется в воздухе со скоростью 344 м/с. Звуковые ощущения возникают в органах слуха при воздействии на них звуковых волн в диапазоне от 16 до 22 тыс. Гц. Величина порога слышимости зависит от частоты ощущаемых звуков и равна 10-12 Вт/м2 (2*10 5 Па) на частотах, близких 1000 Гц. Верхней границей является порог болевого ощущения, который в меньшей степени зависит от частоты и лежит в пределах 130-140 дБ (на частоте 1000 Гц по интенсивности 10 Вт/м2, по звуковому давлению 2-102 Па). Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука, т. е. звуки, имеющие разную частоту и интенсивность, могут оцениваться человеком как равно громкие. Это явление иллюстрируется При восприятии звуковых сигналов на определенном акустическом фоне может наблюдаться эффект маскировки сигнала. Эффект маскировки может отрицательно сказываться в акустических индикаторах и использоваться для улучшения акустической обстановки (например, в случае маскировки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека) С биологической точки зрения шумом считается любой нежелательный звук, мешающий восприятию полезных звуков в виде сигналов и речи. По происхождению шум бывает механическим, аэрогидродинами- ческим и электромагнитным. Механический шум возникает в результате ударов в сочленяющихся частях машин, их вибрации, при механической обработке деталей, в зубчатых передачах, подшипниках качения и т. п. Мощность звукового излучения поверхности, совершающей колебания, зависит от интенсивности колебаний вибрирующих поверхностей, размеров, формы, способов крепления и др. Аэрогидродинамический шум появляется в результате пульсации давления в газах при их движении в трубопроводах и каналах (турбомашины, насосные агрегаты, вентиляционные системы, компрессоры и др.). Электромагнитный шум является результатом растяжения и изгиба ферро магнитных материалов при воздействии на них переменных электромагнитных полей (электрических машин, трансформаторов, дросселей и др.). Воздействие шума на человека проявляется от субъективного раздражения до объективных патологических нарушений функции органов слуха, центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, внутренних органов. Характер шумового воздействия обусловлен его физическими характеристиками (уровнем, спектральным составом и др.), длительностью воздействия и психа физиологическим состоянием человека. Под воздействием шума снижаются внимание, работоспособность. Шум нарушает сон и отдых людей. Нормирование и гигиеническая оценка шума. Слуховой анализатор человека способен воспринимать звуковые колебания в определен¬ном диапазоне как частот, так и интенсивностей, ограниченном верхним и нижним порогами, зависящими от звуковой частоты. Интенсивностью звука I называется мощность, создаваемая источником, приходящаяся на единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения звука. Для гигиенической оценки шума в качестве количественных характеристик используются логарифмические уровни этих величин, определяемые отношением их к условному нулевому уровню, соответствующему порогу слышимости на частоте 1000 Гц (/ и Р). Логарифмические уровни интенсивности или силы звука Lj и звукового давления Р. измеряются в децибелах и определяются соответственно по формулам: =Mg-y,aB;LP = Mg~-=20lgj-,flJS, где I и 1а - фактическая и пороговая интенсивности звука соответственно, Вт/м2 (Iti =10"12 Вт/м2); РиРо - фактическое и пороговое звуковое давление соответственно, Па (Р = 2 • 10 5 Па). Так как на слух действует квадрат звукового давления (квадратичное давление Р2), то интенсивность или сила звука / связана с квадратичным звуковым давлением Р соотношением = (р-2)/( р-с), Вт/м2, где р - плотность среды, кг/м3; с - скорость прохождения звуковой волны, м/с. В связи с тем что вредность шума зависит не только от его интенсивности, но и от частоты звуковых колебаний (высокочастотные шумы более вредны), при гигиенической оценке шума определяется не только общий уровень звукового давления, но и относительное распределение звуковой энергии по всей области звуковых частот. Для этого спектр шума разбивается на отдельные частотные полосы, в каждой из которых определяется уровень звукового давления. За ширину полосы принята октава, т. е. интервал частот, в котором высшая частота в два раза больше низшей частоты fn. Весь звуковой диапазон разбит на октав со следующими геометрическими частотами: 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Октавные уровни звукового давления оцениваются в децибелах (дБ), а общий уровень - в децибелах на ампер (дБ • А), измеряемых по шкале «А» шумомера. В этом случае к фактическому уровню автоматически вносится поправка (коррекция) в соответствии с частотной характеристикой чувствительности слухового анализатора. По характеру спектра шумы подразделяются на широкополосные, с непрерывным спектром шириной более одной октавы, и тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, превышающие уровни в одной полосе, по сравнению с соседними, не менее чем на 10 дБ. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные, уровень звука на которых в течение рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ • А, и непостоянные, уровень звука которых в течение рабочего дня изменяется более чем на 5 дБ •А. Непостоянные шумы бывают колеблющиеся, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени; прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более, а уровень звука на 5 дБ • А и более; импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с; при этом уровни звука отличаются не менее чем на 7 дБ • А. Допустимые уровни постоянных и непостоянных шумов регламентируются для производственных условий труда в зависимости от назначения производственного помещения или характера выполняемых работ и от характеристик шума, а для населенных мест - в зависимости от времени суток (ночное, дневное), места (внутри жилых комнат, в зоне отдыха) и вида жилого помещения. Основным нормируемым параметром (характеристикой) постоянного шума на рабочем месте являются октавные уровни звуковых давлений (дБ). Правилами допускается использование уровня звука (дБ • А) при ориентировочной оценке акустических условий. Допускается в качестве характеристики постоянного шума использовать дозу шума или относительную дозу шума. Дополнительно для колеблющегося и прерывистого шума ограничивают максимальные уровни звука (дБ • А), измеренные на временной характеристике «медленно» (< 110 дБ • А), а для импульсного шума - максимальный уровень звука (дБ • А), измеренный на временной характеристике «импульс» (< 125 дБ • А) Допустимые уровни звука для некоторых производств и жилой зоны представлены соответственно в табл. 3.6 Примечания. 1. В зависимости от условий и места расположения объекта в нормативные показатели таблицы следует вносить поправки: курортный район - 5 дБ • А; новый проектируемый городской или жилой район ±0,5 дБ • А; жилая застройка, расположенная в существующей (сложившейся) застройке, +5 дБ • А. . Эквивалентные уровни (дБ- А) для шума, создаваемого средствами транспорта (автомобильного, железнодорожного, воздушного) в 2 м от ограждающих конструкций зданий, обращенных в сторону источников шума, допускается принимать на 10 дБ • А. Гигиеническая оценка шума на рабочих местах или в жилой зоне осуществляется на основании измерения или акустического расчета количественных характеристик шума в контрольных точках и сравнения их уровней с допустимыми. Расчет уровней шума (октавных уровней звукового давления) на рабочих местах при наличии одного источника осуществляется по формулам: а)в зоне прямого и отраженного звука: L = LW+ 10lg б) в зоне прямого звука: Т=Т 4Л1 К Ф L - Ll0 +10 в) в зоне отраженного звука: = L„,- 101g| + 6, где Le< - октавный уровень звуковой мощности, дБ (L„, = 10 lg- , дБ, где w - звуковая мощность источника, Вт; wo - опорная звуковая мощность, равная 10“12 Вт); К - коэффициент, учитывающий влияние ближнего акустического поля (определяется по графику), зависит от расстояния между акустическим центром и контрольной точкой (местом измерения); 5 - площадь воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружающей источник, м2; В - постоянная помещения, м2, определяется помещения V, коэффициента отражения ограждающих поверхностей а (В = а • А), где А - эквивалентная площадь звукопоглощения, м2, А = а • 5 или А = V/Т, где S - площадь ограждающих поверхностей; а - коэффициент звукопоглощения этих поверхностей; Т - время реверберации данного помещения, с; \|/ - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности поля; Ф - фактор направленности источника шума. Ф = Р^ /Р^,тле Pj - звуковое давление, измеренное на определенном расстоянии от источника в заданном направлении, Па; Р - звуковое давление, усредненное по всем направлениям на том же расстоянии: где п - количество измерений. При наличии в помещении нескольких п источников шума с различными шумовыми характеристиками (Lw, Ф, ПН - показатель направленности, определяемый как ПН = Ю^Ф) общий октавный уровень звукового давления Ls определяется по формуле: Если в помещении имеется п источников шума с одинаковыми шумовыми характеристиками, то суммарный октавный уровень звукового давления можно определить из выражения: . =1, +10lgn. Назначение района застройки, территорий Допустимые уровни звука L, дБ 'А  с 7 до 23 ч  с 23 до 7 ч Учебно-оздоровительные учреждения Палаты больниц, санаториев, операционные 35 25 Кабинеты врачей больниц, санаториев, поли клиник, провизорские аптеки 35 35 Территории больниц и санаториев 45 35 Жилые помещения домов отдыха и пансионатов 40 30 Жилые здания Жилые комнаты квартир 40 30 Жилые комнаты в общежитиях и гостиницах 45 35 Территории жилой застройки в 2 м от здания 55 45 Места отдыха Площади отдыха в микрорайоне, сады, парки (зоны тихого отдыха) 45 - Детские дошкольные и школьные учреждения Спальные помещения в детских дошкольных учреждениях и школах-интернатах 40 30 Классы в школах 40 - Игровые площадки детских дошкольных учреж заведений 45 - Пришкольные участки 50 - Зрелищные учреждения Зрительные залы концертных залов и театров 35 - Зрительные залы кинотеатров 40 - Фойе театров и кинотеатров 55 Летние кинотеатры 45 - Спортивные сооружения в микрорайонах и парках Спортивные площадки 55 - Спортивные залы 50 - Стадионы 60 - Учреждения торговли и общественного питания Залы кафе, ресторанов, столовых 55 - . Торговые залы магазинов, летние кафе 60 - Учреждения обслуживающего назначения Приемные пункты предприятий бытового об обслуживания, парикмахерские 60 - .2 Способы борьбы с шумом Для защиты от шума применяются следующие основные принципы: снижение шума в источнике, ослабление его на пути распространения и применение административных (организационных) мер. Устранения или ослабления шума в источнике достигают посредством применения ряда конструктивных и технологических методов, в том числе замены механизмов ударного действия безударными; возвратно-поступательных движений вращательными; подшипников качения подшипниками скольжения; металлических деталей деталями из пластмасс или других незвучных материалов; соблюдением минимальных допусков в сочленениях; балансировки движущихся деталей и вращающихся масс, смазки, замены зубчатых передач клиноременными и гидравлическими и др. Так, замена прямозубых шестерен шевронными дает снижение шума на 4-5 дБ, зубчатых и цепных передач клиноременными и зубчато-ременными - на 8-10 дБ, подшипников качения на подшипники скольжения - на 12-14 дБ. Применение текстолитовых или капроновых шестерен в паре со стальными позволяет снизить шум на 9-11 дБ. Ослабление шума на пути распространения достигается с помощью звукоизоляции, звукопоглощения и применения архитектурно-планировочных и строительно-акустических методов. На производстве звукоизоляция реализуется с помощью устройства различных преград на пути распространения звуковых волн: кожухов, акустических экранов, кабин, звукоизолирующих перегородок между помещениями и др. В жилой зоне с этой целью используют естественные или искусственные экраны. Звукоизолирующая способность преграды ЗИ зависит от поверхностной плотности перегородки G, (кг/м2), частоты звука/, (Гц) и определяется по формуле ЗИ = 201g(G • f) - 47,5 дБ. Звукопоглощение используется для снижения отражения звуковой энергии от поверхностей преграды, а также для увеличения звукопоглощающего фонда внутри производственных и других помещений и улучшения их акустических характеристик (сокращения времени реверберации). Для звукопоглощения используются пористо-волоконные материалы, звукопоглощающие свойства которых зависят от структуры материала, толщины слоя, частоты звука и наличия воздушного промежутка между слоем материала и отражающей стенкой. В пористых материалах энергия звуковых волн частично переходит в тепловую за счет трения воздуха в порах и рассеивается. В качестве звукопоглощающих материалов и устройств применяют ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральную вату, пористый поливинилхлорид, древесноволокнистые и минераловатные плиты на различных связках с окрашенной и перфорированной поверхностью. Улучшения характеристик производственных и иных помещений добиваются увеличением их эквивалентной площади звукопоглощения путем размещения на их внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также использованием штучных звукопоглотителей и кулис, представляющих собой объемные емкости различной формы, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешиваемые к потолку равномерно по помещению или над источниками шума (рис. 3.13) Рис. 3.13. Акустическая обработка помещений: 1 - защитный перфорированный слой; 2 - звукопоглощающий материал; 3 - защитная стеклоткань; 4 - стена или потолок; 5 - воздушный промежуток; 6 - плита из звукопоглощающего материала. Наибольший эффект при акустической обработке помещений достигается в точках, расположенных в зоне отраженного звука. При этом акустически обработанная поверхность должна составлять не менее 60 % от общей площади ограничивающих поверхностей. В узких и высоких помещениях целесообразно облицовку размещать на стенках, оставляя нижние части стен (до 2 м высотой) необлицованными, либо проектировать конструкцию звукопоглощающего подвесного потолка. Если площадь поверхностей, на которых возможно размещение звукопоглощающей облицовки, мала, рекомендуется применять дополнительно штучные поглотители, подвешивая их как можно ближе к источнику шума, либо предусматривать устройство щитов в виде звукопоглощающих кулис. где 5, и Д, - постоянные помещения до и после облицовки. В = Л,( 1 - а,), где Л, - эквивалентная площадь звукопоглощения до проведения акустической обработки помещения (м2) и может быть определена по времени реверберации помещения Т, с: А = V/Т, где V - объем помещения, м:1; а( - средний коэффициент звукопоглощения, а, = /4 /5, где 5п - площадь внутренних поверхностей помещения до облицовки. В2 = Л2(1 - а2), м2, где А. - эквивалентная площадь звукопоглощения помещения после его акустической обработки, равная Л2 = АЛ + Л,, где АА - добавочное поглощение, вносимое акустической обработкой (АЛ = аоГ)1| • 5hVi); а2 - средний коэффициент звукопоглощения после обработки помещения (а2 = Л2/5п). Архитектурно-планировочные меры, применяемые для улучшения шумового режима в жилых районах, включают в себя ряд таких градостроительных приемов, как вынос из селитебных зон шумных промышленных объектов; использование территориальных разрывов между источниками шума и жилой застройкой; районирование и зонирование жилых территорий и объектов с учетом интенсивности источников шума; использование рельефа местности, специальных искусственных экранов-выемок, насыпей, экранов-стенок, экранов-зданий жилого и нежилого типа, озеленения и др. Строительно-акустические методы включают в себя различные конструктивные и строительные средства: планировку помещений; использование звукопоглощающих конструкций (стен, перекрытий, окон и др.); снижение шума санитарно-технического оборудования и др. Административные меры заключаются в регламентировании работ промышленных объектов, отдельных агрегатов, машин и оборудования, особой организации движения транспорта и т. п. В качестве средств для временной защиты людей от шума и в случаях, когда применение других методов борьбы с шумом недостаточно, используются индивидуальные средства. Они бывают внутреннего и наружного типов. К внутренним относятся вкладыши, закладываемые в слуховой канал уха, а к наружным - наушники, шлемы, каски, которые с помощью оголовья удерживаются на голове. Вкладыши бывают многократного (определенной формы и размеров) и однократного использования. Вкладыши многократного использования изготавливаются из эластичных материалов (литая или пористая резина, пластмассы, эбонит и др.), а для однократного - из рыхлых и легко деформируемых материалов (хлопковая вата, ультратонкое волокно и др.). Вкладыши многократного использования более эффективны по сравнению с вкладышами однократного пользования, однако последние более удобны в эксплуатации - облегчают их подбор, не вызывают болевых ощущений и раздражений кожи наружного слухового прохода. Противошумные наушники, шлемы и каски более эффективны, чем вкладыши. Они плотно прилегают к голове вокруг слуховых каналов (что достигается наличием эластичных уплотнительных валиков по краям чашек наушников), создают минимальное раздражающее действие. Однако применять их рекомендуется при высоких уровнях шума (более 120 дБ). Это вызвано тем, что использование их более двух часов может вызывать сильное раздражающее действие. Основными методами борьбы с аэродинамическими шумами являются установка глушителей в сечениях истечения газов и звукоизоляция источника, поскольку их снижение в источнике оборудования мало эффективно. Для снижения шума аэродинамических установок и устройств (вентиляционные установки, воздуховоды, пневмоинструмент, газотурбины, компрессоры и др.) применяются поглощающие (активные), отражающие (реактивные) и комбинированные глушители шума (рис. 3.14). В глушителях активного типа снижение шума происходит за счет превращения звуковой энергии в тепловую в звукопоглощающем материале, размещенном во внутренних полостях. Наиболее распространенным элементом активных глушителей являются облицованные каналы круглого и прямоугольного сечения. Такие глушители называют трубчатыми. Для того чтобы достичь большей эффективности снижения звука, в канале располагают звукопоглощающие пластины, цилиндры, соты. Такие глушители называют соответственно пластинчатыми, цилиндрическими и сотовыми. Если канал состоит из отдельных камер, то глушители называют камерными. В глушителях реактивного типа шум снижается за счет отражения энергии звуковых волн в системе расширительных и резонансных камер, соединенных между собой и с воздуховодом. Внутренние поверхности этих камер могут облицовываться звукопоглощающим материалом, тогда в низкочастотной области они работают как отражатели, а в высокочастотной - как поглотители звука. Таким образом, в комбинированных глушителях добиваются снижения шума как за счет поглощения, так и за счет отражения. Рис. 3.14. Глушители шума: 1, 2, 3, 4 - соответственно трубчатые, сотовые, пластинчатые и цилиндрические; 5, 6, 7 - камерные; в, 9 - резонансные Борьба с шумами электромагнитного происхождения заключается в более плотной прессовке пакетов магнитопроводов (трансформаторов, дросселей и др.) и в применении демпфирующих материалов. Заключение В процессе выполнения дипломного проекта был разработан датчик давления воздуха в контурах тормозной системы, являющийся частью бортовой мультиплексированной электронной системы, управления и коммутации на основе интерфейса CAN для автомобилей МАЗ. Разработанный датчик давления имеет помехоустойчивый CAN интерфейс, который широко используется в автомобильной промышленности. Благодаря стандартному протоколу обмена SAE J1939, данный датчик может быть подключен к бортовой сети любого грузового автомобиля поддерживающего данный протокол обмена. При разработке достигается максимальная экономичность и нужная для конкретных условий степень надежности при минимальных затратах. Производственная себестоимость проекта составила 913,45 тыс. рублей. При эксплуатации устройства в течении 6 лет, расчет экономического эффекта дал положительный результат и составил 2262,55 тыс. руб Список использованных источников 1. Соснин, Д.А. Новейшие автомобильные электронные системы / Д.А. Соснин, В.Ф. Яковлев. - М. : СОЛОН-Пресс, 2005. - 240с. . Трантер, А. Руководство по электрическому оборудованию автомобилей / А. Трантер. - СПб. : Алфамер Паблишинг, 2001. - 284с. 3. CAN Specification 2.0 Parts A, B. Robert Bosch GmbH (Automotive Group). . ISO 11898 Road vehicles - Interchange of digital information - Controller area network (CAN) for high-speed communication. . ISO 11519. Road vehicles - Interchange of digital information - Controller area network (CAN) for low-speed communication. 6. Душкин.А.Н. Учебно-справочное пособие по охране труда. Энергосервис.- 2006 г.- 232 стр. 7. Монаков В.К. Устройства защитного отключения как эффективное средство предотвращения возгораний и пожаров // Пожарная безопасность. 2003. № 5. С. 193-195. 8. Барри Брей Применение микроконтроллеров PIC18. Архитектура, программирование и построение интерфейсов с применением С и ассемблера, 2008 . Уилмсхерст Т. Разработка встроенных систем с помощью микроконтроллеров PIC -, 2008 . Экономика предприятия / В. Я. Хрипач, Г. З. Суша, Г. К. Оноприенко ; под ред. В. Я. Хрипача. - Минск : Экономпресс, 2000. - 464 с. . Охрана труда: учеб. пособие для учащихся учреждений, обеспечивающих получение проф.-техн. Образования / И.Ю. Крыжановский. - Минск: Беларусь, 2007. - 218 с. Приложение А   Текст программы на языке С для микроконтроллера #include <p18cxxx.h> #include <stdio.h> #include <delays.h> #include <string.h> #include <xlcd.h> #include <adc.h> #include <timers.h> #include "j1939.h" #pragma config OSC = HSPLL #pragma config FCMEN = OFF #pragma config IESO = OFF #pragma config PWRT = OFF #pragma config BOREN = OFF #pragma config WDT = OFF #pragma config MCLRE = OFF #pragma config PBADEN = OFF #pragma config STVREN = OFF #pragma config LVP = OFF #pragma config DEBUG = OFF #define false0 #define true!false #define Button1PORTCbits.RC1 #define Button2PORTCbits.RC2 #define Button3PORTCbits.RC3 #define bt10x01 #define bt20x02 #define bt30x03 #define LED1LATCbits.LATC4 #define LED2LATCbits.LATC5 #define LED3LATCbits.LATC6InterruptHandlerHigh (void);InterruptHandlerLow(void);init(void);Delay100us(unsigned int delt);char Button_Pressed = 0;char Button_Pressed_temp = 0;char Set_Val_Flag = 0;char Button1_Last = 0;char Button1_Count = 0;char Button2_Last = 0;char Button2_Count = 0;char Button3_Last = 0;char Button3_Count = 0;int ADC0_value = 0;int ADC1_value = 0;_MESSAGE Msg;int i;int j;line[50];putrsXLCDmy(char *data) { { // Transmit a byte(BusyXLCD());(*data); } while( *data++ ); }char ADCtoCAN(unsigned int ADC); #define OTHER_NODE129 #define TURN_ON_LED92 #define TURN_OFF_LED94count = 0;main() { charLastSwitch = 1;charCurrentSwitch;();.LATB4 = 0;.TRISB4 = 0;// Switch pin.LATB4 = 0;.RB4 = 0;= 1;= 1;= 1;Delay10KTCYx(100);= 0;Delay10KTCYx(100);= 1;Delay10KTCYx(100);= 0;Delay10KTCYx(100);= 1;Delay10KTCYx(100);= 0;Delay10KTCYx(100);= 1;(BusyXLCD()); //WriteUSART(13);(line,"CANSTAT_ON=%#2X \n",CANSTAT);(BusyXLCD());(line);KTCYx(100);(BusyXLCD()); //WriteUSART(13);(line,"CANSTAT_ON=%#2X \n",CANSTAT);(BusyXLCD());(line);_Initialization( TRUE );(BusyXLCD()); //WriteUSART(13);(line,"CANSTAT=%#2X \n",CANSTAT);(BusyXLCD());(line);KTCYx(250);(BusyXLCD()); //WriteUSART(13);(line,"CANCON=%#2X \n",CANCON);(BusyXLCD());(line);KTCYx(250);(BusyXLCD()); //WriteUSART(13);(line,"ECANCON=%#2X \n",ECANCON);(BusyXLCD());(line);(1) {(1) {(Button_Pressed) { = 0;Delay10KTCYx(250);Delay10KTCYx (250);Delay10KTCYx(250);Delay10KTCYx(250);LED2 = 1;.DataPage = 0;.Priority = J1939_CONTROL_PRIORITY;.DestinationAddress= OTHER_NODE; //PDU Specific.DataLength = 8;.PDUFormat = TURN_ON_LED;.SourceAddress= 0x96;.Data[0] = 0x11;.Data[1] = 0x22;.Data[2] = 0x33;.Data[3] = 0x44;.Data[4] = 0x55;.Data[5] = 0x66;.Data[6] = 0x77;.Data[7] = 0x88;((J1939_MESSAGE *) &Msg);=1;(ADC_CH0);bits.GO = 1;(BusyADC());_value = ((((unsigned int)ADRESH)<<8)&0b1100000000) + ADRESL;(ADC_CH1);bits.GO = 1;(BusyADC());_value = ((((unsigned int)ADRESH)<<8)&0b1100000000) + ADRESL;=0;(BusyXLCD());(13);(line,"ADC0=%4d \n",ADC0_value);(BusyXLCD());(line);(line,"CAN0=%4d \n",ADCtoCAN(ADC0_value));(BusyXLCD());(line);KTCYx(100);(BusyXLCD());(13);(line,"ADC1=%4d \n",ADC1_value);(BusyXLCD());(line);(line,"CAN1=%4d \n",ADCtoCAN(ADC1_value));(BusyXLCD());(line);(BusyXLCD());(13);_Pressed = 0; } }= 0;(count < 5) {KTCYx(250);(BusyXLCD());(13);(line,"CANSTAT_WAIT=%#2X",CANSTAT);(BusyXLCD());(line);++; }= Button1; //if (LastSwitch != CurrentSwitch) {= ~LED2;.DataPage = 0;.Priority = J1939_CONTROL_PRIORITY;.DestinationAddress= OTHER_NODE;.DataLength = 0;(CurrentSwitch == 0).PDUFormat = TURN_ON_LED;.PDUFormat = TURN_OFF_LED; while (J1939_EnqueueMessage( &Msg ) != RC_SUCCESS) {J1939_Poll(5);KTCYx(250);(BusyXLCD());(' ');(line,"TXERRCNT=%#2X",TXERRCNT);(BusyXLCD());(line);(BusyXLCD());(' ');(line,"RXERRCNT=%#2X",RXERRCNT);(BusyXLCD());(line);(BusyXLCD());(' ');(line,"CANSTAT_ENQ=%#2X",CANSTAT);(BusyXLCD());(line); }= CurrentSwitch; }(RXQueueCount > 0) {_DequeueMessage( &Msg );(Msg.PDUFormat == TURN_ON_LED) .LATC0 = 1;if (Msg.PDUFormat == TURN_OFF_LED) .LATC0 = 0; } // Since we don’t accept the Commanded Address message, // the value passed here doesn’t matter._Poll(20); } } //maininit(void) {= 0b00000000;= 0b11111111;= 0b00000000;= 0b11111111;= 0b00000000;= 0b10001111; // инициализация АЦП(ADC_FOSC_64 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_20_TAD,_CH0 & ADC_INT_OFF & ADC_REF_VDD_VSS,_1ANA); // инициализация LCD(FOUR_BIT & LINES_5X7);(BusyXLCD());(DON & CURSOR_OFF & BLINK_OFF); // инициализация прерываний // по таймеру 0bits.TMR0IP = 0; OpenTimer0(TIMER_INT_ON & T0_16BIT & T0_SOURCE_INT & T0_PS_1_2); // по таймеру 1bits.TMR1IP = 0;(TIMER_INT_OFF & T1_16BIT_RW & T1_SOURCE_INT & T1_PS_1_1 & T1_OSC1EN_OFF);(ADC_FOSC_32 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_20_TAD, ADC_CH0 & ADC_INT_OFF & ADC_REF_VDD_VSS,ADC_2ANA); // разрешение приоритетной системы прерываний.IPEN = 1; // default 0 // разрешение перефирийных прерываний.PEIE = 1; // default 0 // разрешение глобальных прерываний.GIE = 1; // default 0 return; } // High priority interrupt vector #pragma code InterruptVectorHigh = 0x08InterruptVectorHigh (void) { _asmInterruptHandlerHigh //jump to interrupt routine _endasm } #pragma code // High priority interrupt routine #pragma interrupt InterruptHandlerHighInterruptHandlerHigh () { } // Low priority interrupt vector #pragma code InterruptVectorLow = 0x18InterruptVectorLow (void) { _asmInterruptHandlerLow // jump to interrupt routine _endasm } #pragma code // Low priority interrupt routine #pragma interruptlow InterruptHandlerLowInterruptHandlerLow () { //test1 = 1;((PIR1bits.TMR1IF) && (PIE1bits.TMR1IE)) {bits.TMR1IE = 0;bits.CMIE = 1;bits.CMIF = 0; }((INTCONbits.T0IF) && (INTCONbits.T0IE)) { .T0IF = 0; // сброс таймераH = 0x3c; //10мс = 0x3c4bL = 0x4b; // обработка кнопки(Button1 == 0) {(Button1_Count < 25) Button1_Count++;(Button1_Last == 1) {_Last = 0;_Count = 0; } }((Button1 == 1) && (Button1_Last == 0)) {_Last = 1;(Button1_Count > 5) Button_Pressed = bt1; } (Button2 == 0) {(Button2_Count < 25) Button2_Count++;(Button2_Last == 1) {_Last = 0;_Count = 0; } }((Button2 == 1) && (Button2_Last == 0)) {_Last = 1;(Button2_Count > 5) Button_Pressed = bt2; }(Button3 == 0) {(Button3_Count < 25) Button3_Count++;(Button3_Last == 1) {_Last = 0;_Count = 0; } }((Button3 == 1) && (Button3_Last == 0)) {_Last = 1;(Button3_Count > 5) Button_Pressed = bt3; }.T0IF = 0; } //test1 = 0; }char ADCtoCAN(unsigned int ADC) {long PCAN = 0;= (signed long)((((signed long)ADC * 139)-(signed long)5696)/1024);(PCAN<0) PCAN = 0;(PCAN>250) PCAN = 250;((unsigned char)PCAN); }Delay100us(unsigned int delt) {int dmsq = 0;(dmsq = 0;dmsq<((unsigned int)delt*(unsigned int)33);dmsq++); }DelayFor18TCY(void) {TCYx(2); }DelayPORXLCD(void) {KTCYx(15); }DelayXLCD(void) {KTCYx(5); } Похожие работы на - Разработка датчика давления воздуха в контурах тормозной системы   Разработка рекомендаций по выбору оборудования для диагностирования тормозной ... СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Разработка технологического процесса механической обработки детали "Ось... СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Нужна качественная работа без плагиата? Другие дипломные работы по транспорту Не нашли материал для своей работы? Поможем написать уникальную работу Без плагиата! Узнайте © 2003 - 2022 «Библиофонд» Обратная связь Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Полная версия Помощь по учебным работам Консультация по курсовой работе Консультация по дипломной работе ВКР Консультация по реферату Консультация по отчетам о практике