Блок терморегулятора инкубатора

Содержание

Введение

. Разработка схемы электрической структурной блока терморегулятора инкубатора

. Выбор элементной базы

.1 Описание микроконтроллера PIC16F84

.1.1 Память микроконтроллера

.1.2 Микропроцессор

.1.3 Порты ввода-вывода

.1.4 Таймеры

.1.5 Система прерываний

.1.6 Синхронизация микроконтроллера PIC16F84

.1.7 Энергосберегающий режим SLEEP

. Разработка схемы электрической принципиальной

.1 Разработка схемы электрической принципиальной схемы синхронизации

.2 Разработка схемы электрической принципиальной датчика температуры

.3 Разработка схемы электрической принципиальной схемы выбора режима

.4 Разработка схемы электрической принципиальной схемы индикации

.5 Разработка схемы электрической принципиальной схемы сопряжения с нагревателем

. Разработка программы

. Описание работы устройства

. Расчётная часть

.1 Расчёт фильтров по питанию

.2 Расчет схемы индикации

.3 Расчет схемы сопряжения с нагревателем

.4 Расчет потребляемой мощности

. Конструкторско - технологический раздел проекта

.1 Выбор и обоснование выбора конструкции изделия с учетом требований технического задания

.2 Разработка технологического процесса сборки и монтажа

.3 Расчет надежности

.4 Расчет элементов рисунка печатного монтажа

.5 Расчет комплексного показателя технологичности

. Экономический раздел

.1 Расчет норм времени по операциям технического процесса и трудоемкости производственной программы

.2 Расчет количества рабочих мест и производственных рабочих

.3 Расчет заработной платы и отчислений, расходов по обслуживанию и управлению производством.

.4 Расчет стоимости материалов и комплектующих

.5 Расчет полной себестоимости и цены изделия

. Охрана труда

.1 Требования к рабочим местам и персоналу

.2 Противопожарные мероприятия

Заключение

Список используемых источников

Введение

На сегодняшний день фермеры и птицеводы стараются менять поголовье кур-несушек каждые 2 года. Существует два варианта замены поголовья кур: купить цыплят или вывести их самостоятельно. Покупные цыплята могут оказаться некачественными и каждый фермер рискует остаться с поголовьем кур, которые несутся плохо, либо не несутся совсем. Вывод маленьких курочек самостоятельно, уменьшает вероятность риска и при этом не нужно тратить свои деньги каждые 2 года. Для самостоятельного вывода цыплят необходим электронный инкубатор.

Каждый опытный птицевод знает, что для того, чтобы получить хороший вывод цыплят нужно поддерживать определенный температурный режим. Основные требования к температурному режиму - это максимальная точность измерения и поддержания температуры с допустимой погрешностью 0,1 - 0,2˚С.

Созревание эмбрионов делится на 4 этапа:

а) первый этап - с 1 по 7 сутки. Формируется сердце, кровеносная система и зачатки внутренних органов. В этот период проветривание не требуется, но к концу этапа эмбриону уже нужен кислород. Самая оптимальная температура - 37,8 °C. Яйца нужно переворачивать каждый 6 часов, то есть 4 раза в сутки. При этом открывать инкубатор крайне не рекомендуется;

б) второй этап - с 8 по 14 сутки. В течение этого времени у эмбриона оформляется скелет и клюв. Температура та же, что и в предыдущем периоде. Менять положение яиц нужно уже каждые 4 часа - 6 раз в сутки. Также требуется проветривать яйца для поступления кислорода, делать это надо 2 раза в сутки по 5 минут;

в) третий этап - с 15 по 18 сутки. Переворачивать яйца надо также 6 раз в сутки, при этом проветривание увеличивают до 15-20 минут 2 раза в день. Температуру снижают до 37,5°C. В конце периода при удачном выведении цыплята начинают издавать едва слышные звуки и переворачиваться в яйце;

г) четвертый этап - с 19 по 21 сутки. В первую очередь прекращают переворачивать яйца, цыплята достаточно сильные и делают это самостоятельно. Снижают время проветривания до 5 минут два раза в день. Температуру снижают до 37,3°C. В конце этого периода происходит вылупление цыплят в инкубаторе.

Электронный инкубатор помогает птицеводам довольно в короткие сроки получить большой процент вывода цыплят, при этом не навредив их здоровью. Блок терморегулятора инкубатора обеспечивает поддержание необходимой температуры.

Цели дипломного проектирования:

разработка схем электрических структурной и принципиальной блока терморегулятора инкубатора;

выбор и обоснование выбора конструкции модуля первого уровня с учетом требований технического задания;

разработка сборочного чертежа и чертежа печатной платы;

разработка технологического процесса сборки и монтажа модуля первого уровня;

расчет норм времени по операциям технологического процесса и трудоемкости производственной программы;

расчет количества рабочих мест и производственных рабочих;

расчет полной себестоимости и цены модуля первого уровня;

описание мероприятий по охране труда, технике безопасности и производственной санитарии на рабочем месте монтажника РЭА.

1. Разработка схемы электрической структурной

Блок терморегулятора инкубатора автоматизирует процесс поддержания постоянной температуры в инкубационной камере 37,3 - 37,8˚С. Для этого необходимо устройство, которое будет замерять температуру и устройство, которое будет нагревать температуру воздуха в инкубационной камере. В качестве устройства замеряющего температуру используется электронный датчик температуры. Датчиком необходимо управлять. С целью минимизации аппаратной части все выше перечисленные функции может реализовать микроконтроллер. Микроконтроллер содержит порты ввода - вывода позволяющие подключить к нему различные устройства.

Для корректной работы микроконтроллера необходима схема синхронизации. Период сигналов, формируемый схемой синхронизации, определяет такт микроконтроллера.

Для измерения температуры воздуха в инкубационной камере, необходим датчик температуры, который выдает данные о температуре на микроконтроллер.

Для установки температуры воздуха, которая будет поддерживаться в инкубационной камере, используется схема выбора режима.

Для взаимодействия микроконтроллера с нагревательным устройством, необходима схема сопряжения с нагревателем.

Пользователь должен видеть температуру воздуха в инкубационной камере, для этого используется схема индикации.

Функции микроконтроллера:

обеспечение взаимодействия со схемой сопряжения с нагревателем;

обеспечение взаимодействия с датчиком температуры;

управление схемой индикации.

2. Выбор элементной базы

Схемы, выполненные на базе микроконтроллера, позволяют минимизировать аппаратные затраты. В схемах, использующих микроконтроллер, упрощается управление устройством.

На сегодняшний день широкое распространение получили фирмы Atmelи PIC, выпускающие микроконтроллеры.

Среди двух микроконтроллеров Atmega16 фирмы Atmel, представляющий 8-разрядный RISC-микроконтроллер общего назначения c быстрым процессорным ядром. Он имеет Flash-память программ, память данных EEPROM и SRAM, порты ввода-вывода и интерфейсные схемы. Гарвардская архитектура AVR реализует полное логическое и физическое разделение как адресных пространств, так и информационных шин для обращения к памяти программ и данных и PIC16F84фирмы Microchip, представляющий 8-разрядный микроконтроллер с RISC-архитектурой, поддерживает ввод-вывод 16-разрядного процессора. Использует Гарвардскую архитектуру, основанную на разделении шин и областей памяти для данных и команд.

Среди представленных микроконтроллеров выбирается PIC, т.к. он имеет следующие преимущества по сравнению с Atmel:

высокую производительность, которая позволяет реализовывать различные устройства, работающие в реальном времени с большими скоростями;

малое энергопотребление, открывающее широкие возможности для создания устройств с батарейным питанием, питанием от телефонной линии, солнечных батарей;

мощную поддержку разработок, которую осуществляет фирма Microchip.

Микроконтроллеры PIC16F84A выпускаются в двух исполнениях коммерческом и индустриальном. Они отличаются рабочей температурой микроконтроллера. От 0 до +40 °C в коммерческом исполнении и от -40 до +85 °C в индустриальном исполнении. Для счетчика людей в помещении будет использоваться индустриальное исполнение.

Для счетчика людей в помещении не требуется высокая частота микроконтроллера. Поэтому выбирается микроконтроллер PIC16F84A - 4МГц в индустриальном исполнении.

Электрические параметры микроконтроллера представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные электрические параметры микроконтроллера PIC16F84A

Параметр	Значение	Примечание
Рабочая температура TA, ˚C	-40 … + 85	Индустриальное исполнение.
Максимальная тактовая частота FOSC, МГц	4
Напряжение питания VDD, В	4,0 … 6,0
Потребляемый ток в стандартном режиме IDD, мА	1,8 … 4,5	FOSC= 4 МГц, VDD = 5.5 В
Потребляемый ток в режиме SLEEPIPD, мкА	7 … 28 1 … 16 1 … 14	VDD = 4 В, WDTвкл., инд. VDD = 4 В, WDTвыкл., инд. VDD = 4 В, WDTвыкл., комм.
Максимальный втекающий ток для любого вывода, мА	25	Управление светодиодами без дополнительного буфера (но с резистором)
Максимальный вытекающий ток для любого вывода, мА	20	Управление светодиодами без дополнительного буфера (но с резистором)
Количество циклов стирание/запись для флэш-памяти программ, не менее	1000
Количество циклов стирание/запись для памяти данных EEPROM, не менее	10.000.000

 

2.1 Описание микроконтроллера PIC16F84

2.1.1 Память микроконтроллера

Используется Гарвардская архитектура, в которой программы и данные размещаются в разной памяти.

Память программ - постоянная память объёмом 1К слово, разрядность ячейки 14 бит.

Диапазон адресов ячеек: 000h - 3FFh.

Программа записывается в память программ микроконтроллера с помощью программатора.

Память данных - оперативная память, объёмом 256 байт, разрядность ячейки 8 бит.

Память данных делится на два банка, объёмом 128 байт каждый.

Переключение банков происходит при помощи указания пятого разряда RP0. Если бит установлен в 0, адресуется нулевой банк, если бит установлен в 1, адресуется первый банк.

Каждый банк памяти данных содержит РОНы и специальные регистры. Специальные регистры применяются для хранения битов состояния, определяющих работу портов ввода/вывода, таймеров и других модулей микроконтроллера. В таблице 2.2 показано распределение регистров в банках.

Таблица 2.1 - Распределение регистров в банках памяти данных

Адреса ячеек 0 банка в 16 С.С.	Банк 0	Банк 1	Адреса ячеек 1 банка в 16 С.С.
00h	Косвенный адрес	Косвенный	80h
01h	TMR0	PCL	81h
02h	PCL	PCL	82h
03h	STATUS	STATUS	83h
04h	FSR	FSR	84h
05h	PORTA	TRISA	85h
06h	PORTB	TRISB	86h
07h	Недоступен	Недоступен	87h
08h	EEDATA	EECON1	88h
09h	EEADR	EECON2	89h
0Ah	PCLATH	PCLATH	8Ah
0Bh	INTCON	INTCON	8Bh
0Ch … 4Fh	Регистры общего назначения		8Сh … FFh

Постоянная память данных EEPROM- память, доступная для чтения и записи во всём рабочем диапазоне питающих напряжений, объёмом 64 байта. Перед записью нового значения предыдущее стирается. Для доступа к ней используется косвенно-регистровая адресация через специальные регистры EEADR, EEDATA, EECON1, EECON2.

Стековая память - имеет объём восемь тринадцати битных ячеек. Стек не является частью памяти данных или программ, указатель стека не доступен для чтения и записи. Также стек не доступен программисту.

2.1.2 Микропроцессор

Аккумулятор - восьмиразрядный рабочий регистр W. При выполнении двух адресных команд, один операнд должен находится в аккумуляторе.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (сложение и вычитание), логические операции (дизъюнкция, конъюнкция, инверсия, неравнозначность), а также устанавливает флаги (С - флаг переноса/заёма, DC - флаг десятичного переноса/заёма, Z - флаг нуля).

Устройство управления микропроцессора обеспечивает выполнение команды, формирует управляющие сигналы для блоков процессора. Состав устройства управления:

а) регистр команд (IP) обеспечивает приём из памяти программ и хранение команды, разрядность данного регистра 14 бит;

б) счётчик команд (PC) хранит адрес команды и увеличивает своё состояние на единицу перед считыванием следующей команды из памяти. Разрядность счётчика 13 бит, следовательно, он позволяет адресовать восемь килослов памяти команд. Младший байт счётчика команд является полностью доступным для чтения и записи регистром PCL. Обращение к старшим пяти битам происходит аппаратно через регистр PCLATH. Содержимое PCLATHпереноситься в старшие разряды счётчика команд, когда происходит запись нового значения в счётчик команд (переход на подпрограмму, безусловный переход и если регистр PCLявляется регистром назначения для операции);

в) устройство декодирования команды и управления служит для преобразования кода операции команды в сигналы управляющие аппаратурой;

г) конвейер, позволяет обеспечить выполнение текущей команды и выборку следующей команды. Время выборки команды из памяти и её выполнение называется командным циклом.

В первом такте Q1 команда из конвейера загружается в регистр команд и счётчик команд увеличивается на единицу. Во втором такте Q2 считывается команда из памяти программы и происходит декодирование команды и чтение операндов. В третьем такте Q3 выполняется заданная операция, а в четвёртом такте Q4 записывается результат. Все команды кроме команд передачи управления выполняются за 4 такта, они в свою очередь выполняются за 8 тактов, так как при выполнении конвейер очищается и один цикл требуется для выборки команды по адресу перехода.

2.1.3 Порты ввода-вывода

Микроконтроллеры PIC16F84 имеют два порта ввода-вывода PORTA и PORTB.

Каждый вывод порта может быть запрограммирован на ввод или на вывод установкой соответствующего бита в регистрах TRISA и TRISB. Выводимые значения фиксируются в регистрах-защелках PORTAи PORTB. Направление ввода-вывода может быть изменено в произвольный момент времени.

Регистр PORTA имеет разрядность 5 бит. Линия RA4 имеет триггер Шмитта на входе в режиме ввода и открытый сток в режиме вывода. Остальные линии PORTA по входу работают со стандартными уровнями TTL, выходы подключаются к комплементарным выходным CMOS драйверам. Линия RA4 используется также как вход внешних тактовых импульсов для таймера TMR0.

Направление передачи данных для каждой линии программируется отдельно, установкой или сбросом битов регистра TRISA. Установка бита в 1 настраивает соответствующую линию на ввод. Выходной драйвер при этом переходит в высокоимпедансное состояние. Установка бита в 0 настраивает линию порта на вывод выводит на нее содержимое соответствующего бита регистра PORTA. По умолчанию при включении питания все линии настроены на ввод. При чтении PORTA всегда считываются действительные логические уровни на выводах, независимо от того, запрограммированы отдельные разряды как входы или как выходы.

PORTB представляет собой 8-битный двунаправленный порт. Выходные значения записываются в регистр PORTB. Направление ввода-вывода определяется установкой или сбросом битов регистра TRISB. Установка бита в 1 настраивает соответствующую линию на ввод, переводя выходной драйвер в высокоимпедансное состояние, а-0 - на вывод. При включении питания все линии по умолчанию настроены на ввод. Чтение порта В всегда возвращает действительные значения на выводах, независимо от направления передачи

Все выводы PORTB имеют встроенную отключаемую нагрузку в виде резисторов, подключенных к шине питания (подтягивающие резисторы). Нагрузка включается и отключается одновременно для всех выводов при помощи бита 7 (RBPU) регистра OPTION_REG. Программное обнуление бита RBPU подключает нагрузку, но для линий, настроенных на вывод, нагрузка автоматически отключается.

Линии RB4-RB7 могут использоваться как входы прерывания по изменению уровня. Линия RB0 может использоваться как вход прерывания по фронту.

2.1.4 Таймеры

Модуль таймера состоит:

восьмиразрядный таймер TMR0;

программируемый восьмиразрядный предварительный делитель;

мультиплексор входного сигнала;

генератор прерывания по переполнению таймера.

Режим работы таймера от внутреннего тактового сигнала выбирается обнулением разряда T0CS регистра OPTION_REG. В этом режиме инкрементирование TMR0 происходит в каждом машинном цикле. Частота сигнала на счётном входе таймера в четыре раза меньше, чем частота микроконтроллера. Таймер может считать внешние сигналы, поступающие на вход RA4 микроконтроллера.

Модуль таймера содержит предделитель, который может быть подключен либо к TMR0, либо к сторожевому таймеру WDT.

Сторожевой таймер WDT представляет собой комбинацию RC-генератора и восьмиразрядного таймера, при переполнении которого происходит сброс микропроцессора микроконтроллера. Между генератором и таймером WDT может быть включён предварительный делитель. Время выдержки таймера зависит от температуры, напряжения питания и коэффициента деления предделителя.

При подключении предделителя в WDTс максимальным коэффициентом деления 128, выдержка может достигать почти 2,3 секунды. Минимальная номинальная выдержка WDTбез предделителя 18 миллисекунд.

терморегулятор инкубатор нагреватель мощность

 

2.1.5 Система прерываний

Все прерывания микроконтроллера PIC16F84 аппаратные маскируемые.

Микроконтроллер имеет четыре источника прерывания:

внешние прерывания (прерывание по входу RB0, прерывание по изменению состояния одной из линий RB4-RB7);

внутренние прерывания (прерывание по переполнению таймера TMR0, прерывание по окончанию записи в энергонезависимую память данных EEPROM).

Вектор прерывания один и имеет адрес 04h. В нём хранится первая команда обработчика прерываний. Для управления системой прерываний используется регистр INTCON.

2.1.6 Синхронизация микроконтроллера PIC16F84

Микроконтроллеры PIC16F84 не имеют встроенного генератора, работающего без внешней цепи. Он содержит только элементы, которые можно использовать для построения генератора, а именно инвертор с отрицательной обратной связью.

2.1.7 Энергосберегающий режим SLEEP

Этот режим характерен низким потреблением тока, около 1 мкА. Вход в режим SLEEPосуществляется командой SLEEP. Выход из режима SLEEP осуществляется в результате следующих событий:

внешним сбросом по входу MCLR;

сброс при переполнении WDT;

прерыванием.

При первом событии происходит сброс всего устройства. Два других события предполагают продолжение выполнения программы [1].

3. Разработка схемы электрической принципиальной

3.1 Разработка схемы электрической принципиальной схемы синхронизации

Микроконтроллер PIC16F84 не содержит встроенного генератора, а только его элементы, поэтому необходимо подключить кварцевый резонатор. Так как разрабатывается схема электрическая принципиальная блока терморегулятора инкубатора, то для него не требуется высокая частота синхронизации. Выбирается кварцевый резонатор HC-49S с частотой 4МГц. В таблице 3.1 представлены электрические характеристики кварцевого резонатора[2].

Таблица 3.1 - Электрические характеристики кварцевого резонатора HC-49S

Параметр	Значение
Резонансная частота, МГц	4
Рабочая температура, °С	-20…70
Точность настройки, dF/Fx10-6	50

Кварцевый резонатор подключается к входам OSC1 и OSC2 микроконтроллера. Для повышения стабильности работы кварцевого генератора к нему параллельно подключаются конденсаторы С4 и С5. Емкость конденсаторов выбирается в соответствии с таблицей 3.2[2].

Таблица 3.2 - Режим XT микроконтроллера

Режим генератора	Частота кварцевого резонатора, КГц	Емкость конденсатора С4, пФ	Емкость конденсатора С5, пФ
XT	4000	15…33

Выбирается ёмкость конденсатора 30 пФ. Выбираются конденсаторы C4, C5 К10-17А-М47 30пФ±10%.

Микроконтроллер необходимо настроить на режим работы XT установкой в 1 нулевого разряда и установкой в 0 первого разряда в слове конфигурации по адресу 2007h.

При включении напряжения питания схема синхронизации формирует тактовые сигналы частотой 4 МГц. Период этих сигналов определяет такт микроконтроллера.

Схема электрическая принципиальная схемы синхронизации ZQ1, C4, C5 PK 02.01.09.441 04 Э3.

3.2 Разработка схемы электрической принципиальной датчика температуры

Датчик температуры служит для измерения температуры в инкубационной камере. Для этого выбирается цифровой термометр. Сравнение наиболее используемых цифровых термометров представлено в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Сравнение характеристик цифровых термометров

Название	DS18B20	DS1822
Минимальная измеряемая температура, ˚С	-55	-55
Максимальная измеряемая температура, ˚С	125	125
Точность измерения,%	0,5	2
Напряжение питания,В	3…5.5	3…5.5
Интерфейс	1 - wire	1 - wire
Цена, руб	190	380

Датчик температуры подключается к плате через разъем XP2. Выбирается разъем PLS-2R. В таблице 3.4 представлены электрические характеристики [12].

Таблица 3.4 - Электрические характеристики разъема PLS-2R

Параметры	Значение
Прямой ток, А	1
Рабочее напряжение, В	500
Рабочая температура, °С	-55…140

Выбирается цифровой термометр DS18B20, так как для инкубации яиц необходима точность измерения температуры 0,1 - 0,2°С.B20 обменивается даннымипоинтерфейсу 1-wire.1-Wire - интерфейсобеспечивает передачу информации последовательным кодом по одному проводу.

Основа цифрового термометра DS18B20 - его температурный преобразователь. Разрешающая способность температурного преобразователя может быть выбрана при инициализации DS18D20 и составляет 9, 10, 11, или 12 бит, соответствуя приращениям (дискретности измерения температуры) 0.5 °C, 0.25°C, 0.125°C, и 0.0625°C, соответственно. Разрешающая способность по умолчанию установлена 12-бит. В исходном состоянии DS18B20 находится в состоянии покоя (в неактивном состоянии).Чтобы начать температурное измерение и преобразование, микроконтроллер должен подать команду начала конвертирования температуры [0х44]. После конвертирования, полученные данные запоминаются в 2-байтовом регистре температуры в оперативной памяти, и DS18B20 возвращается к неактивному состоянию. Микроконтроллер может контролировать конвертирование температуры (после команды [0х44]) по состоянию шины. На шине будет присутствовать логический «0» когда происходит температурное преобразование. И логическая «1», когда конвертирование выполнено. После выполненного конвертирования команда [0хBE] позволяет устройству управления шиной читать память подчиненного устройства. Выходные температурные данные DS18B20 калиброваны в градусах Цельсия. Температурные данные запоминаются как 16-битовое число со знаком. Биты признака (S) указывают, является ли температура положительной или отрицательной: для положительных S равно 0, а для отрицательных чисел S равно 1. Если DS18B20 будет настроен для конвертирования в 12-битныйкод, то все биты в температурном регистре будут содержать действительные данные. Для 11-битного кода, бит 0 не определён. Для 10-битного кода, биты 1 и 0 неопределенны, и для 9-битногокода,биты 2, 1 и0 неопределенны.

Вывод GNDцифрового термометра соединяется с общим проводом источника питания. Вывод VCCцифрового термометра соединяется с напряжением питания +5В. Вход/выход данных DQсоединяется с линией микроконтроллера RA4, которая настраивается, то на ввод установкой в единицу четвертого бита регистра TRISA, то на вывод установкой в ноль четвертого бита регистра TRISA, при этом вход/выход данных DQ подключается к источнику питания через подтягивающий резистор. Сопротивление подтягивающего резистора R1 выбирается 4,7 кОм [13].Выбирается резистор C2-33-0,125-4,7кОм±10%.

При включении напряжения питания цифровой термометр по команде от микроконтроллера начинает замерять температуру воздуха и передавать данные по линии DQ на микроконтроллер.

Схема электрическая принципиальная датчика температуры XP2, R1 РК 09.02.01.441 04 Э3.

3.3 Разработка схемы электрической принципиальной схемы выбора режима

Для установки диапазона, в пределах которого будет поддерживаться температура воздуха в инкубационной камере, используются кнопки SB1 - SB3. Выбираются кнопки TC - 0404. Электрические характеристики приведены в таблице 3.5 [12].

Таблица 3.5 - Электрические характеристики кнопки TC-0404

Параметры	Значение
Прямой ток, мА	50
Рабочее напряжение, В	12
Рабочая температура, °С	-55…140
Количество коммутаций	500000

Кнопки SB1 -SB3 подключаются через резисторы R3 - R5 к линиям RB5 - RB7 микроконтроллера. Резисторы предназначены для защиты от статического электричества входов микроконтроллера. Выбирается сопротивление резисторов 100 Ом [1]. Выбираются резисторы С2-23 - 0,125 - 100 Ом±10%.

Для обеспечения уровня логической единицы на входах микроконтроллера, при не нажатом состоянии кнопок SB1 - SB3,подключаются встроенные подтягивающие резисторы, установкой в ноль седьмого бита регистра OPTION_REG.

Кнопка SB1 предназначена для переключения блока терморегулятора инкубатора в режим установки нижнего порога температуры. Нажатием кнопки SB1 начинается установка нижнего порога температуры, например, 37,5˚С. При температуре ниже этого порога включается нагреватель. КнопкаSB2 устанавливается нужное число десятых долей градусов (от 0 до 9), при этом мигает младший разряд индикатора. Кнопка SB3 предназначена для выбора установки единиц градусов или десятков градусов. В режиме установки единиц градусов мигает средний разряд индикатора HG1. В режиме установки десятков градусов мигает старший разряд индикатора HG1. Нажатием кнопки SB1 второй раз, блок терморегулятора переключается в режим установки верхнего порога температуры порога температуры, например, 38˚С, при превышении которого нагреватель выключается. Процедура установки верхнего порога температуры аналогична установке нижнего порога. Третье нажатие на кнопку SB1 обеспечивает выход из режима установки и блок терморегулятора обеспечивает поддержание температуры в заданных пределах. Все введенные значения сохраняются в энергонезависимой памяти данных микроконтроллера EEPROM.

Линии RB5 - RB7 настраиваются на ввод установкой в единицу одноименных разрядов регистра TRISB.

Схема электрическая принципиальная схемы выбора режима R3 - R5,SB1 - SB3

РК 09.02.01.441 04 Э3.

3.4 Разработка схемы электрической принципиальной схемы индикации

Схема индикации отображает данные о температуре внутри инкубационной камеры.

Существует три варианта индикаторов: полупроводниковые семисегментные, жидкокристаллические семисегментные, жидкокристаллические дисплеи. Инкубатор может устанавливаться в помещениях с недостаточной освещенностью. Для отображения трехразрядного числа достаточно три разряда индикатора. В связи с этим выбирается полупроводниковый семисегментный индикатор. Сравнение характеристик семисегментных индикаторов представлены в таблице 3.6 [12].

Таблица 3.6 - Сравнение характеристик полупроводниковых семисегментных индикаторов

Название	BC56-12GWA	BC56-12EWA
Дополнительный символ	Точка	Точка
Цвет свечения	Зеленый	Красный
Максимальная сила света, мКд, при токе 10мА	10,5	6,4
Количество сегментов	7	7
Количество разрядов	3	3
Схема включения	Общий катод	Общий катод
Максимальное обратное напряжение,В	5	5
Максимальное прямое напряжение, В	2,5	2,5
Рабочая температура, ˚С	-40..85	-40..85
Цена, руб	130	130

Выбирается полупроводниковый семисегментный индикатор BC56-12GWA, так как сила света, при одинаковом токе, больше чем у индикатора BC56-12EWA. А также зеленый цвет свечения более приятен для глаз человека.

Полупроводниковый семисегментный индикатор отображает три цифры, в связи с этим применяется динамическое управление индикатором. Динамическое управление индикатором экономит линии портов ввода - вывода микроконтроллера. Двоично - десятичный код цифры выдается микроконтроллером на линии RB0 -RB3, в то время как объединенные катоды индикатора HG1 поочерёдно коммутируются через порт PORTA.

Для преобразования двоично - десятичного кода в семисегментный код необходим преобразователь. Выбирается микросхема с напряжением питания +5В и вытекающим током не менее 10мА, токи сегментов 10мА должны обеспечить максимальную силу света полупроводникового семисегментного индикатора. Выбирается преобразователь CD4511BE. В таблице 3.7 представлена электрические характеристики [12].

Таблица 3.7 - Электрические характеристики преобразователя CD4511BE.

Параметры	Значение
Входной ток, мА	10
Выходной ток, мА	25
Напряжение питания, В	3...18
Рабочая температура, °С	-55…125

Таблица истинности преобразователя представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Таблица истинности преобразователя

При включении всех сегментов одного разряда полупроводникового семисегментного индикатора ток, протекающий через общий катод равен 80мА, максимальный вытекающий ток микроконтроллера 20мА. Для управления общими катодами полупроводникового семисегментного индикатора необходим транзисторный ключ. Выбирается транзистор, у которого ток коллектора не менее 80мА и напряжение коллектор - эмиттер не менее 5В. Выбираются транзисторы VT1 - VT3КТ315Б. В таблице 3.9 представлены электрические характеристики [12].

Таблица 3.9 - Электрические характеристики транзистора КТ315Б

Параметры	Значение
Максимальный ток коллектора, мА	100
Статический коэффициент передачи тока	50…350
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В	0,4
Напряжение насыщения база-эмиттер, В
Рабочая температура, °С	-40…85

Информационные входы (1, 2,4,8) преобразователя кода DD2 подключаются к линиям микроконтроллера RB0 - RB3. Вход разрешения работы преобразователя E# соединяется с общим проводом источника питания, тем самым разрешается работа преобразователя. Вход тестирования индикатора LT#и вход гашения подсветки индикатора BL#соединяются с напряжением питания +5В, тем самым отключаются тестирование индикатора и подсветка индикатора.

Ток, протекающий через сегмент индикатора HG1 равен 10мА, что не превышает максимальный вытекающий ток линии преобразователя кода DD2 20мА. Поэтому каждый сегмент A - G индикатораHG1 соединяется с одноименными выходами преобразователя кода DD2 через токоограничительные резисторы R10 - R16. Дополнительный символ DP семисегментного индикатора соединяется с линией микроконтроллера RB4 через токоограничительный резистор R6. Общий катод разряда десятков KA1 соединяется с коллектором транзистора VT1, общий катод разряда единиц KA2соединяется с коллектором транзистора VT2 и общий катод разряда десятых долей KA3соединяется с коллектором транзистора VT3.

Эмиттеры транзисторов VT1 - VT3 соединяются с общим проводом источника питания. База транзистора VT1 соединяется через токоограничительный резисторR7 с линией RA2микроконтроллера, база транзистора VT2 соединяется через токоограничительный резисторR8 с линией RA1 микроконтроллера, база транзистора VT3 соединяется через токоограничительный резисторR9 с линией RB0микроконтроллера.

Семисегментный индикаторHG1 отображает температуру воздуха в инкубационной камере. Данные о температуре с выходов микроконтроллера (RB0 - RB4)поступают в двоично-десятичном коде на информационные входы преобразователя кода DD2. Преобразователь кода DD2 преобразует двоично-десятичный код в семисегментный и с выходов преобразователя DD2 семисегментный код поступает на сегменты A - G семисегментного индикатораHG1. Одновременно с этим микроконтроллер по линиям RA0 - RA2 подключает на базу одного из транзисторов VT1 - VT3 уровень логической единицы, тем самым открывая транзистор. Через сегменты индикатораHG1, на которые отпреобразователя DD2 поступили высокие уровни напряжения протекает ток и на знакоместе отображается цифра. В случае, если транзистор закрыт, то соответствующий разряд семисегментного индикатора не светиться.

Линии микроконтроллера RA0 -RA2и RB0 - RB4 настраиваются на вывод, установкой в ноль одноименных разрядов регистров TRISAиTRISB.

Расчет схемы индикации представлены в разделе 6.

Схема электрическая принципиальная схемы индикации R6 - R9, R11 - R17, VT1 - VT3, HG1, DD2РК 09.02.01.441 04 Э3.

3.5 Разработка схемы электрической принципиальной схемы сопряжения с нагревателем

Схема сопряжения с нагревателем служит для подключения к нагревателю напряжения питания и запуска нагревателя инкубатора. Существует несколько типов нагревателей: нагревательный шнур из углеродистого волокна, трубчатый электронагреватель (ТЕН), лампа накаливания.

Лампа накаливания недолговечна и при запуске в первые секунды резко меняет сопротивление вольфрамовой нити, которая используется в них. Из-за этого искра проскакивающая между контактами электромагнитного реле, стоящего в терморегуляторе, может очень быстро вывести его из строя.

Трубчатый электронагреватель нагревает воздух в инкубационной камере не равномерно, что недопустимо для инкубации яиц. ТЕН может выйти из строя при механическом повреждении.

В нагревательном шнуре отсутствует инерция, за счет этого воздух в инкубационной камере нагревается равномерно, так же если не повредить оплетку и далее волокна, то это вечный нагреватель. Нагревательный шнур не меняет резко своего сопротивления и считается резистивной нагрузкой, т. е можно подключать напрямую к терморегулятору не опасаясь, что реле выйдет из строя.

В качестве нагревателя выбирается нагревательный шнур из углеродистого волокна. В таблице 3.10 представлены электрические характеристики нагревательного шнура [12].

Таблица 3.10 - Электрические характеристики нагревательного шнура из углеродистого волокна

Параметры	Значение
Рабочий ток на 10 метров, А	0,68
Рабочее напряжение на 10 метров, В	220
Сопротивление на метр, Ом	33
Максимальная мощность на метр, Вт	14
Рабочая температура, °С	-40…200

Для инкубации от 80 до 100 яиц необходимо 10 метров нагревательного шнура. Микроконтроллер не может обеспечить напряжение питания нагревательного шнура, поэтому его необходимо подключить к напряжению питания 220В. Нагревательный шнур находится в инкубационной камере инкубатора. В связи с этим один конец нагревательного шнура подключить к напряжению 220Висточника питания, а второй конец нагревательного шнура подключить к плате через разъем XS1. Так же через разъем XS1 к плате подключается «ноль» источника питания 220В. Выбирается разъем MF-2. В таблице 3.11 представлены электрические характеристики разъема [12].

Таблица 3.11 - Электрические характеристики разъема MF-2

Параметры	Значение
Прямой ток, А	9
Рабочее напряжение, В	600
Рабочая температура, °С	-55…105

Ток нагревательного шнура 0,68А превышает максимальный ток микроконтроллера 20мА. Напряжение питания микроконтроллера +5В.

Напряжение питания 220В подключается непосредственно к нагревательному шнуру, а «ноль» источника питания коммутируется реле. Выбирается реле K1, у которого переменное напряжение коммутации не менее 220В, а ток коммутации не менее 0,68А. Выбирается реле V23026-A1001-B201. В таблице 3.12 представлены электрические характеристики реле [12].

Таблица 3.12 - Электрические характеристики реле V23026-A1001-B201

Параметры	Значение
Ток срабатывания не более, мА	13,5
Максимальный коммутируемый ток, А	1
Максимальное коммутируемое напряжение, В	250
Номинальное рабочее напряжение, В	5
Рабочая температура, °С	-40…85

Третий контакт реле подключается к линии RA3, которая настраивается на вывод, установкой в ноль третьего разряда регистра TRISA, 8 контакт реле подключается к общему проводу источника питания.

Пятый контакт реле подключается к нулевому проводу источника питания 220В (контакт 1 разъемаXP3). Десятый контакт реле подключается к нагревательному шнуру (контакт 2 разъема XP3).Нормально разомкнутые контакты реле 5, 10 соединяются с разъемом XP3.

Для защиты выхода микроконтроллера от ЭДС самоиндукции обмотки реле параллельно реле K1 устанавливается диод VD1. Диод VD1 должен иметь допустимое обратное напряжение в 3 - 4 раза больше [12] напряжения питания реле K1, а также запас по току. Выбирается диод VD1 КД512Б. В таблице 3.14 представлены электрические характеристики диода [12].

Таблица 3.12 - Электрические характеристики диода КД512Б

Параметры	Значение
Максимальное обратное напряжение, В	20
Максимальный прямой ток, мА	200
Максимальное прямое напряжение, В	1
Рабочая температура, °С	-55…105

На выходе RA3 микроконтроллера формируется высокий уровень напряжения, в обмотку срабатывания протекает ток, контакты 5 и 10 реле замыкаются и обеспечивают подключение нулевого провода источника питания 220В к нагревательному шнуру, шнур начинает нагреваться. Когда температура воздуха в инкубационной камере повышается на линии RA3 формируется низкий уровень напряжения, ток через обмотку срабатывания не протекает, контакты 5 и 10 реле размыкаются, нагревательный шнур моментально остывает.

Расчет схемы сопряжения с нагревателем представлен в разделе 6

Схема электрическая принципиальная схемы сопряжения с нагревателем VD1, K1, XP3 РК 09.02.01.441 04 Э3.

4. Разработка программы

В таблице 4.1 представлены переменные, используемые в программе.

Таблица 4.1 - Переменные, используемые в программе

Имя переменной	Адрес регистра или значение	Назначение переменной
fig_0.1	0x0C	Регистр количества десятых долей градуса
fig_1	0x0D	Регистр количества единиц градусов
fig_10	0x0E	Регистр количества десятков градусов
AdrFig	0x0F	Регистр адреса ячейки fig, которая выводится на индикатор
Katod	0x10	Регистр выбора одного из катодов индикатора
W_copy	0x11	Временное хранение аккумулятора W
STATUS_copy	0x12	Временное хранение регистра STATUS
FSR_copy	0x13	Временное хранение регистра FSR
COM_REG	0x14	Регистр команд для датчика
count	0x15	Счетчик цикла
TEMP_LO	0x16	Регистр младшего байта измеренной температуры
TEMP_HI	0x17	Регистр старшего байта измеренной температуры
dopcontr	0x18	Счетчик контроля подключения термодатчика
Schet	0x19	Счетчик записанных байтов
Contr_L0.1	0х1A	Регистры нижнего предела установленной температуры
Contr_L1	0х1B
Contr_L10	0х1C
Contr_H0.1	0х1D	Регистры верхнего предела установленной температуры
Contr_H1	0x1E
Contr_H10	0x1F
Interval	0x20	Счетчик для таймера
contr	0x21	Счетчик выводимых данных на индикатор
Mercan	0x22	Счетчик, обеспечивающий мерцание индикатора
_adrec_	0x23	Дополнительная ячейка памяти
zapcontr	0x24	Дополнительная ячейка памяти для увеличения числа на 1

При подключении напряжения питания к блоку терморегулятора инкубатора подпрограмма Portinc инициализирует микроконтроллер. Обнуляются РОНы fig_0.1, fig_1, fig_10. Затем PORTA настраивается на вывод, установкой в 0 всех разрядов регистра TRISA, следовательно, в регистр TRISA загружается код 00000000. Линии RB0 - RB4 настраиваются на вывод, а линии RB5 - RB7 настраиваются на ввод, следовательно, в регистр TRISB загружается код 11100000. После этого подпрограмма Timerinic сбрасывает счетчик count инициализирует таймер TMR0. Выбирается время свечения одного знакоместа 4 мс, то есть время выдержки таймера 4 мс.

Рассчитывается частота входного сигнала таймераf_Т по формуле

, (4.1)

где f_мк - частота микроконтроллера, МГц.

Рассчитывается период входного сигнала таймера Т_Т по формуле

, (4.2)

где f_T - частота сигнала на входе таймера, МГц.

Рассчитывается коэффициент деления таймераК_дел по формуле

, (4.3)

где T_вых- период выходного сигнала таймера, мс;

Т_вх - период входного сигнала таймера, мкс.

Максимальный коэффициент деления таймера равен 256, поэтому необходимо к таймеру TMR0 подключить предделитель. Выбирается коэффициент деления предделителя 16.

Рассчитывается коэффициент деления таймера TMR0К_дел по формуле

, (4.4)

где К_делТ - коэффициент деления таймера;

К_делпд - коэффициент деления предделителя.

Если производится запись в таймер TMR0, его инкрементирование начинается спустя 2 цикла, поэтому коэффициент деления TMR0 следует уменьшить на 2, то есть число 248.

Рассчитывается число N загружаемое в TMR0 для обеспечения коэффициента деления 248 по формуле

 = K_делmax - (K_делT - 1), (4.5)

гдеK_делT - коэффициент деления TMR0;

К_делmax - максимальный коэффициент деления TMR0.

N = 256 - (248 - 1) = 9.

Для запуска таймера TMR0 в него загружается число 9.

Подпрограмма PredelTemp производит чтение диапазона установленной температуры из энергонезависимой памяти EEPROM, который был записан в EEPROM подпрограммой zapis.

Ячейки памяти EEPROM недоступны путем прямой адресации в адресном пространстве микроконтроллера. Для доступа к ячейкам энергонезависимой памяти используются регистры: EEDATA, EEADR, EECON1, EECON2.Подпрограмма zapis выполняется после установки кнопками SB1 - SB3 нижнего и верхнего порога температуры. При первоначальном запуске блока терморегулятора диапазон температуры не установлен, таким образом подпрограмма прекращает чтение из EEPROM обнаружив 0 в первой ячейке и принудительно устанавливает нижний порог равный 37.3˚С, верхний порог равный 37,8˚С.

После принудительной установки диапазона температуры необходимо очистить ячейки памяти TEMP_LO и TEMP_HI, которые хранят ранее измеренную температуру. На момент измерения температуры запрещаются прерывания, следовательно, в регистр INTCON загружается код 00000000. В таблице 4.2 представлена структура регистра INTCON.

Таблица 4.2 - Структура регистра INTCON

Номер бита	Имя	Назначение	Пояснения
7	GIE	Бит глобального запрета прерываний	1 - Разрешены все прерывания 0 - запрещены все прерывания
6	EEIE	Разрешение прерывания по окончанию записи в EEPROM	1 - разрешено 0 - запрещено
5	T0IE	Прерывания по переполнению таймера TMR0	1 - разрешено 0 - запрещено
4	INTE	Прерывание по входу RB0	1 - разрешено 0 - запрещено
3	RBIE	Прерывание по изменению состояния на входах порта B (RB7 - RB4)	1 - разрешено 0 - запрещено
2	T0IF	Флаг прерывания по переполнению TMR0	1 - был переполнен 0 - не был переполнен
1	INTF	Флаг прерывания по входу RB0	1 - произошло изменение сигнала на входе RB0 0 -не было изменения сигнала на входе RB0
0	RBIF	Флаг прерывания по изменению состояния на входах RB7 - RB4	1 - на одном из выводов произошло изменение уровня 0 - не было изменения уровня ни на одном из выводов

Запись - чтение данных происходит по интерфейсу 1 - wire. Передача данных по линии осуществляется импульсами нулевого уровня, но различной длительности логического 0 и логической 1. Длительность нулевого сигнала равна 60мкс, длительность сигнала логической единицы равна 15мкс.

Далее запускается подпрограмма Test_inic, которая производит проверку подключения термодатчика и его инициализацию. Временная диаграмма инициализации термодатчика представлена на рисунок 4.1.

Рисунок 4.1 - Временная диаграмма инициализации

Подпрограммы DOUT_HIGH линия RA4 настраивается на прием информации от датчика, установкой в единицу 4 бита регистра TRISA. После этого проверяется состояние линии RA4 микроконтроллера, если датчик неактивен (на линии RA4 присутствует 1), то запускается подпрограмма DOUT_LOW, которая настраивает линию RA4 на передачу информации установкой в ноль 4 бита регистраTRISA. После этого микроконтроллер формирует импульс сброса длительностью 480 мкс, установив линию RA4 в 0. Длительность импульса формируется подпрограммой DLIT_160,которая запускается 3 раза. Временной интервал 160 мкс формируется циклом.

Рассчитывается длительность такта микроконтроллера

, (4.6)

где f_мк - частота микроконтроллера, МГц.

Рассчитывается количество тактов микроконтроллера N, необходимое для формирования длительности сигнала 160 мкс

, (4.7)

где Т_з - время задержки, мкс;

Т_мк - длительность такта микроконтроллера, мкс.

Цикл состоит из команд, представленных на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 - Команды цикла

Цикл выполняется за 12 тактов. Рассчитывается количество повторений цикла К_ц

, (4.8)

где N - количество тактов микроконтроллера;

N_ц - количество тактов за цикл.

В счетчик цикла count необходимо загрузить число 54.

После сброса термодатчика линияRA4 настраивается на прием информации, запуском подпрограммы DOUT_HIGH, при этом необходимо выдержать паузу 75мкс. Пауза формируется подпрограммами DLIT_WR15, DLIT_WR60.

Временной интервал 15 мкс формируется циклом.

Рассчитывается количество тактов микроконтроллера необходимое для формирования длительности 15 мкс по формуле 4.7

Цикл состоит из команд, представленных на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Команды цикла

Цикл выполняется за 12 тактов. Рассчитывается количество повторений цикла К_ц по формуле 4.8

В счетчикцикла count в подпрограмме DLIT_WR15 необходимо загрузить число 5.

Временной интервал 60 мкс формируется циклом.

Рассчитывается количество тактов микроконтроллера необходимое для формирования длительности 60 мкс по формуле 4.7

Цикл состоит из команд, представленных на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - Команды цикла

Цикл выполняется за 12 тактов. Рассчитывается количество повторений цикла по формуле 4.8

В счетчик задержки count в подпрограмме DLIT_WR60 необходимо загрузить число 20. После паузы снова происходит проверка состояния датчика.

Таблица 4.3 - Команды датчика температуры

Команда	Назначение
ССh	Пропуск ROM
44h	Инициализация преобразования температуры
BEh	Чтение данных преобразованной температуры

Если датчик активен он формирует на линии RA4 уровень логического 0, происходит выход из подпрограммы Test_inic. Команда 44hгрузится в аккумулятор W, после чего запускается подпрограмма передачи команды от микроконтроллера к термодатчику DSEND. Необходимо выдержать паузу 750мкс, пока датчик конвертирует температуру. Далее микроконтроллер посылает команду BEh (чтение данных). Запускается подпрограмма DRECEIVE для чтения данных из термодатчика. На рисунке 4.5 представлены диаграммы временных интервалов чтения записи.

Рисунок 4.5 - Диаграммы временных интервалов чтения - записи

Младший байт считаных данных записываются в ячейку TEMP_LO, старший байт считанных данных записывается в ячейку TEMP_HI. Далее производится преобразование двоичного кода в двоично-десятичный неупакованный код и каждый код записывается в ячейки fig_0,1, fig_1, fig_10 соответственно.

После преобразования в двоично-десятичный код разрешается прерывание от таймера TMR0, загрузкой в регистр INTCON кода 10100000. Это значит, что при переполнении таймера запускается обработчик прерывания, который обеспечивает вывод измеренной температуры на семисегментный индикатор. Далее запускается подпрограмма PROVERKA,в которой выполняется сравнение измеренной температуры воздуха в инкубационной камере с установленным диапазоном. Если температура воздуха в инкубационной камере выше значения верхнего порога, тогда обнуляется 3 разряд PORTA, в связи с этим выключается нагреватель инкубатора. В противном случае подпрограмма переходит к проверке нижнего порога. Если температура воздуха в инкубационной камере ниже нижнего порога, тогда 3 разряд PORTA устанавливаем в 1, включается нагреватель инкубатора.

После проверки пределов программа опрашивает кнопку SB1. Для обеспечения уровня логической 1 на входах микроконтроллера, при не нажатом состоянии кнопок SB1 - SB3,подключаются встроенные подтягивающие резисторы, установкой в ноль седьмого бита регистра OPTION_REG. Если кнопка не нажата, на линии присутствует уровень логической 1, программа вновь начинает выполнять измерение температуры. В противном случае программа начинает настройку нижнего порога. КнопкаSB2 служит для установки цифры одного из разрядов. Кнопка SB3 служит для перехода на следующий разряд числа. Для настройки верхнего порога необходимо второй раз нажать кнопку SB1. Запускается подпрограмма Verx, которая производит настройку верхнего порога. Настройка верхнего порога производится аналогично настройке нижнего порога. После третьего нажатия кнопки SB1 программа начинает поддерживать температуру в установленном диапазоне.

Для защиты от дребезга контактов, после каждого нажатия кнопок, запускается подпрограмма zvon. Дребезг контактов длится не более 10мс.

Временной интервал 10мс формируется циклом. Длительность такта микроконтроллера равна 0,25мкс.

Количество тактов микроконтроллера для формирования длительности 10мс рассчитывается по формуле 4.7

Цикл состоит из команд, представленных на рисунке 4.6

Рисунок 4.6 - Команда внутреннего цикла

Цикл выполняется за 12 тактов. Рассчитывается количество повторений цикла по формуле 4.8

В качестве счетчика используется РОН. Максимальное число, которое можно загрузить в РОН 255, поэтому необходимо использовать вложенный цикл. Выбирается количество повторений цикла 255.

Рассчитывается количество тактов внутреннего цикла N_внтц выполненного 255 раз

_внтц = N_ц ×N_пов, (4.9)

где N_ц - количество тактов за цикл;

N_пов - количество повторений внутреннего цикла.

N_внтц = 12 × 255 = 3060 тактов.

Вложенный цикл состоит из команд, представленных на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Команды вложенного цикла

Вложенный цикл выполняется 3080 тактов.

Рассчитывается количество повторений внешнего цикла N_внешц по формуле

, (4.10)

где N - количество тактов микроконтроллера;

K_влц - количество тактов вложенного цикла.

В счетчик внешнего цикла следует загрузить число 13. В счетчик внутреннего цикла следует загрузить число 255.

Подпрограмма DSEND передает команды от микроконтроллера к термодатчику. DSEND преобразует двоичный код в последовательный и обеспечивает передачу последовательного кода через флаг переноса С. Для старта передачи бита линия RA4 настраивается подпрограммой DOUT_LOW на передачу данных и устанавливается в 0. Для передачи логического 0 линию RA4 необходимо удерживать в нуле 60 мкс, что обеспечивается подпрограммой DLIT_WR60. Для передачи логической 1 линия RA4 настраивается на прием данных и устанавливается в 1 подпрограммой DOUT_HIGH.

Подпрограмма DRECEIVE считывает данные передаваемые термодатчиком. Для старта чтения бита линия RA4 настраивается подпрограммой DOUT_LOW на передачу данных и устанавливается в 0 не менее 1мкс. После этого линия RA4 настраивается на прием данных от термодатчика подпрограммой DOUT_HIGH. Выборка бита производится через 15мкс, для этого запускается подпрограмма DLIT_WR15. Если на линии присутствует логический 0, то обнуляется флаг С в регистре STATUS. В противном случает флаг С регистра STATUS устанавливается в 1. С помощью циклического сдвига содержимое флага С записывается в регистр COM_REG.

Исходный код программы управления представлен в Приложении А.

5. Описание работы устройства

При включении напряжения питания выполняется подпрограмма инициализации микроконтроллера Portinic. Линии RA0 - RA3 и RB0 - RB4 настраиваются на вывод, линии RA4, RB5 -RB7 настраиваются на ввод. К линии микроконтроллера RA4 подключен термодатчикDS18B20. Взаимодействие микроконтроллера с датчиком температуры осуществляется по интерфейсу 1 - wire, который реализуется программно.

Термодатчик, после получения команды 44hот микроконтроллера, начинает конвертировать температуру воздуха в инкубационной камере инкубатора. Микроконтроллер ожидает не менее 750мкс пока датчик конвертирует температуру. После получения команды BEh от микроконтроллера, термодатчик выдает данные о температуре последовательным кодом. Микроконтроллер принимает последовательный код и подпрограмма DRECEIVE преобразует его в параллельный двоичный код. После получения данных о температуре воздуха микроконтроллер сравнивает их с установленным диапазоном температур, если полученные данные меньше установленного диапазона, то на линии микроконтроллера RA3 устанавливается уровень логической единицы. Через обмотку срабатывания реле, контакты реле 5 и 10 замываются и обеспечивают подключение напряжения 220В к нагревательному шнуру. Шнур начинает нагреваться. В противном случае шнур не нагревается.

Измеренная температура отображается на семисегментном индикаторе. К линиям RB0 - RB3 подключен преобразователь кода. Преобразователь кодаDD2 принимает 2-10 код от микроконтроллера и преобразует его в семисегментный код, который поступает на семисегментный индикаторHG1. Управление общими катодами полупроводникового семисегментного индикатора обеспечивает транзисторный ключ. По линиям RA0 - RA2 выбирается знакоместо, которое необходимо зажечь. На одной из линий RA0 - RA2 устанавливается уровень логической 1, ток поступает на базу одного из транзисторовVT1 - VT3, появляется базовый ток индикатора HG1 через коллектор транзистора к общему проводу источника питания. Через сегменты индиктора протекает ток, знакоместо отображает цифру. Время выбора знакоместа 4мс.

Для формирования временного интервала 4мс используется таймер. К таймеру подключается предделитель и выбирается коэффициент деления предделителя 16. Таймер запускается загрузкой в него числа 9. Прерывания микроконтроллера маскируемые, поэтому необходимо разрешить прерывание от таймера загрузкой в регистр INTCON кода 10100000. При переполнении таймера TMR0формируется прерывание, выполняется обработчик прерывания, начинающийся с адреса 0х04.

После сравнения измеренной температуры с установленным диапазоном программа опрашивает кнопки. Если кнопкаSB1 не нажата линии RB5 присутствует логическая 1, программа вновь переходит к взаимодействию с термодатчиком.

Нажатием кнопки SB1 на линии RB5 формируется логический 0 и выполняется опрос кнопки SB2.Начинается установка нижнего порога температуры. КнопкойSB2 устанавливается нужное число десятых долей градусов (от 0 до 9), при этом мигает младший разряд индикатора. Нажатием кнопки SB3 происходит переход кустановке единиц градусов или десятков градусов. В режиме установки единиц градусов мигает средний разряд индикатора HG1. В режиме установки десятков градусов мигает старший разряд индикатора HG1. Нажатием кнопки SB1 второй раз, блок терморегулятора переключается в режим установки верхнего порога температуры. Процедура установки верхнего порога температуры аналогична установке нижнего порога. Третье нажатие на кнопку SB1 обеспечивает выход из режима установки и блок терморегулятора обеспечивает поддержание температуры в заданных пределах. Все введенные значения сохраняются в энергонезависимой памяти данных микроконтроллера EEPROM.

6. Расчётная часть

6.1 Расчёт фильтров по питанию

При переключении микросхем устройства в цепи питания возникают низкочастотные помехи. Чтобы исключить низкочастотные помехи, при монтаже печатной платы необходимо установить вблизи разъема подключения питания развязывающий конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ на 1 интегральную микросхему.

Рассчитывается ёмкость конденсатора C3 по формуле

, (6.1)

где С - емкость 0,1, мкФ;

N- количество интегральных микросхем.

мкФ,

C3 = 0,2 мкФ.

Согласно стандартному ряду емкостей выбирается конденсатор, емкостью 47 мкФ. Выбирается конденсатор К50-35-16В-47мкФ±10%.

Для исключения высокочастотных помех на печатной плате устанавливаются развязывающие конденсаторы ёмкостью 0,002 мкФ на 1 интегральную микросхему. Конденсаторы рекомендуется размещать по площади печатной платы из расчёта один конденсатор на группу не более 10 интегральных микросхем.

Рассчитывается ёмкость конденсаторов С1, С2 по формуле

, (6.2)

где - емкость 0,002, мкФ;

 - количество интегральных микросхем.

,

С = 0,004 мкФ.

Выбираются конденсаторы С1, С2 К10-17А-Н50-0.1 мкФ±10%.

6.2 Расчет схемы индикации

Таблица 6.1 - Электрические характеристики индикатора BC56-12GWA

Параметры	Значение
Максимальная сила света, мКд, при токе 10мА	10,5
Максимальное обратное напряжение, В	5
Максимальное прямое напряжение, В	2,5
Рабочая температура, ˚С	-40..85

Таблица 6.2 - Электрические характеристики транзистора КТ315Б

Параметры	Значение
Максимальный ток коллектора, мА	100
Статический коэффициент передачи тока	50…350
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В	0,4
Напряжение насыщения база-эмиттер, В	1,1
Рабочая температура, °С	-40…85

Рассчитывается сопротивление резисторов R6, R10 - R16, ограничивающих ток сегмента индикатора HG1

, (6.3)

где - напряжение высокого уровня на выходе микроконтроллера, В;

U_кэнас - напряжение насыщения коллектор - эмиттер, В;

U_пр - прямое падение напряжения на сегменте, В;

I_пр - прямой ток сегмента, А.

По стандартному ряду сопротивлений выбирается сопротивление резистора 220Ом.

Рассчитывается мощность, рассеиваемая на резисторах R6, R10 - R16по формуле

, (6.4)

где I_пр - прямой ток сегмента, А;

R - сопротивление резистора, Ом.

Выбираются резисторы R6, R10-R16C2-33-0,125-220Ом±10% ОЖО 467.081 ТУ

Рассчитывается максимальный ток, протекающий через общий катод I_ок индикатора по формуле

, (6.5)

где I_сег - ток протекающий через сегмент, мА;

n - количество сегментов индикатора.

Рассчитывается ток базы I_б по формуле

, (6.6)

где I_к - ток коллектора, мА;

β - статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ;

K- коэффициент насыщения транзистора.

 = 1,6 мА.

Рассчитывается сопротивление резисторов R7 - R9, определяющих ток базы транзисторов VT1 - VT3 по формуле

, (6.7)

где- напряжение высокого уровня на выходе микроконтроллера, В;

U_бэнас - напряжение насыщения база - эмиттер, В;

I_б - ток базы транзистора, А.

По стандартному ряду сопротивлений выбирается сопротивление резисторов 2,4 кОм.

Рассчитывается мощность, рассеиваемая на резисторах R7 - R9 по формуле

, (6.8)

где I_б - ток базы транзистора, мА;

R - сопротивление резистора, кОм.

P = (1,6мА)² × 2,4кОм = 0,006 Вт.

Выбираются резисторыR7-R9С2-33Н-0,125-2,4кОм±10% ОЖО 467.081 ТУ.

 

6.3 Расчет схемы сопряжения с нагревателем

Расчет действующего тока I_d производиться по формуле

,(6.9)

где P - мощность нагревателя, Вт;

U_d - действующие значения напряжения питания, В.

Расчета действующего значения напряжения питанияU_d производиться по формуле:

, (6.10)

где  - напряжение питания нагревателя, В.

,

.

Для коммутации переменного напряжения 220 В и тока минимум 0,68А выбирается релеV23026-A1001-B201. Электрические характеристики реле представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Электрические характеристики реле V23026-A1001-B201

Параметры	Значение
Ток срабатывания не более, мА	13,5
Максимальный коммутируемый ток, А	1
Максимальное коммутируемое напряжение, В	250
Номинальное рабочее напряжение, В	5
Рабочая температура, °С	-40…85

6.4 Расчет потребляемой мощности

Расчет потребляемой мощности P производиться по формуле

,(6.11)

где U_пит - напряжение питания, В;

I_пот - потребляемый ток, мА.

Расчет потребляемой мощности приведен в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Потребляемая мощность устройства

Схема	Потребляемый ток, мА	Напряжение питания, В	Потребляемая мощность схемы, мВт	Количество	Потребляемая мощность, мВт
Микроконтроллер	4,5	5	22,5	1	22,5
Реле	15	5	75	1	75
Схема индикации	80	5	400	1	400
Общая потребляемая мощность устройства					497,5

 

7. Конструкторско-технологический раздел проекта

7.1 Выбор и обоснование выбора конструкции изделия с учетом требований технического задания

Технические параметры характеристики:

I_потр: 25мА;

U_пит: 5В;

Р_потр: 497,5мВт.

Модуль первого уровня представляет собой печатную плату с установленными на ней модулями нулевого уровня и электрическим соединителем. Модулем нулевого уровня является электронный компонент, то есть микросхемы и дискретные элементы.

Условия эксплуатации - УХЛ - 4:

УХЛ - умеренно холодная климатическая зона. Температура от +40 до -60 ˚С. Относительная влажность воздуха 60% до 80%;

4 - эксплуатация в крытых помещениях с отоплением и с искусственной вентиляцией.

Тип производства: серийное.

Серийное производство - тип производства, характеризующий ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска.

Исходными данными являются схема электрическая принципиальная и условия эксплуатации. Конструктивные параметры элементной базы приведены в таблице7.1.

Таблица 7.1 - Конструктивные параметры элементной базы

Наименование ЭРЭ		Кол-во (шт.)		Конструктивные параметры
				Кол-во выводов (шт)		Диаметр выводов (мм)		Штыревые или планарные	Установочная площадь()		Тип формовки
1		2		3		4		5	6		7
Диод
КД512Б		1		2		0,5		штыревые	5·2,5=12,5		140
Разъемы
PLS-2R		1		2		1		штыревые	10,1·7,6=77,2		320
MF - 2	1		2		1		штыревые			10,1·7,6=77,2		320
B3B - ZR	1		3		0,5		штыревые			7,6·2,5=19		320
Резисторы
С2-23 0,125	16		2		0,5		штыревые			6·2,2=13,2		140
Резонатор кварцевый
HC49U	1		2		1		штыревые			11,5·5,3=61		211
Конденсаторы
К10-17	4		2		0,6		штыревые			7,3·4,8=35,04		180
К50-68	1		2		0,5		штыревые			5,5·5,5=30,25		180
Кнопки
TC-0404	3		2		0,3		штыревые			6,1·7,2=43,92		180
Микросхемы
PIC16F84	1		18		1		штыревые			25,5·4,5=114,75		320
СD4511BE	1		12		1		штыревые			20,5·4,5=92,25		320
Индикатор семисегментный
BC56-12GWA	1		12		1		штыревые			38,1·20,3=773,4		320
Реле
V23026-A1001- B201	1		6		1		штыревые			13·7,6=98,8		400
Транзисторы
КТ315Б	1		3		0,3		штыревые			7,2·3=21,6		230

Допустимые уровни эксплуатации элементной базы приведены в таблице 7.2.

Таблица - 7.2 Допустимые уровни эксплуатации элементной базы

Наименование ЭРЭ	Кол-во (шт)	Допустимые условия эксплуатации
		Диапазон рабочих Температур (°С)	Влажность, %
1	2	3	4
С2-23 0,125	16	-55 - +125	85
К10-17	4	-40 - +95	90 - 95
К50-68	1	-40 - +95	90 - 95
Продолжение таблицы 7.2
1	2	3	4
PIC16F84	1	-40 - +95	100
СD4511BE	1	40 - +95	100
PLS-2R	1	-55 - +140	90-95
MF - 2	1	-20 -+105	90-95
B3B - ZR	1	-20 -+105	90-95
HC49U	1	-20 - +70	50 - 60
TC-0404	3	-50 - +125	90-95
V23026-A1001- B201	1	-40 - +85	90-95
КТ315Б	1	-40 - +95	90 - 95
BC56-12GWA	1	-40 - +85	90 - 95

Допустимая относительная влажность воздуха для элементов от 60% до 100%. Таким образом, по всем параметрам ЭРЭ соответствуют условиям эксплуатации УХЛ - 4.

7.2 Разработка технологического процесса сборки и монтажа

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой и изготовлением изделия ограниченными партиями. Коэффициент закрепления операции в соответствии с ГОСТ 3.1119-83 [7] для серийного производства меньше единицы. Таким образом, на рабочем месте допускается выполнение одной или более операций. При этом используется универсальное, специальное и автоматизированное оборудование, которое расставляется по поточному принципу.

Из этого следует, что организационной формой техпроцесса является последовательной.

Последовательный тип производства - это организационная форма производства, при которой следующая операция начинается после полного окончания работы на предыдущей операции. Передача деталей с предыдущей на последующую операцию производится только целыми партиями.

Печатный узел собран на односторонней печатной плате, сделанной из стеклотекстолита СФ-1-35-1,5 по ГОСТ 10316-78 [5]. Стеклотекстолит, облицован с одной стороны медной электрической гальванической фольгой толщиной 35 мкм, толщина самого текстолита 1,5 мм. Стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35-1,5 применяется в радиотехнике, приборостроении, электронике для изготовления обычных и многослойных печатных плат. Предельно допустимая температура от -60°С до +105°С. Имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой. Температура хранения от -10°С до +35°С.

Предельно допустимая температура от -60°С до +105°С. Имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой. Температура хранения от -10°С до +35°С.

Покрыть проводники ПОС 61 15 опл по ГОСТ 21930-76 [9]. Маркировать краской МК ЭБ ТУ 22.02-359 - 70. Шаг координатной сетки 2.54 мм, так как шаг контактов у микросхемы 2.54.

Исходя из требований технического задания, выбирается субтрактивный метод изготовления печатной платы.

Субтрактивный метод изготовления печатных плат - это метод формирования проводящего рисунка на фольгированном материале, путем удаления ненужных участков фольги.

Процесс монтажа печатного узла представлен в приложении Б.

Распаковка осуществляется с помощь монтажного ножа XN 200. Проверка на целостность и отсутствие внешних повреждений осуществляется с помощью лупы 4-х ГОСТ 7594-55 [8].Проверка осуществляется на столе монтажном СП-02-02.После проверки происходит комплектовка и укладка ЭРЭ в технологическую тару с помощью пинцета ПЗП - 120 АТТ6.890.0133.

ЭРЭ загружаются на линию монтажа печатных плат, где производится формовка, лужение и установка элементов на плату в соответствии с ГОСТ 29137-91[6]. После того, как линия монтажа печатных плат произвела формовку и лужение элементов, производится их установка на печатную плату по вариантам:

элементы VD1, R1-R16 по варианту 140;

элементы DD1, DD2, HG1, XP1, XP2, XS1, SB1-SB3 по варианту 320;

элементы по C1-C5 варианту 180;

элементы ZQ по варианту 211;

элементы K1 по варианту 400;

элементы VT1-VT3 по варианту 230.

На рисунке 7.1 изображен вариант установки элементов 140.

Рисунок 7.1 - Вариант установки 140

На рисунке 7.2 изображен вариант установки элементов 320.

Рисунок 7.2 - Вариант установки 320

На рисунке 7.3 изображен вариант установки 180.

Рисунок 7.3 - Вариант установки 180

На рисунке 7.4 изображен вариант установки 211.

Рисунок 7.4 - Вариант установки 211

На рисунке 7.5 изображен вариант установки 230.

Рисунок 7.5 - Вариант установки 230

На рисунке 7.6 изображен вариант установки 400.

Рисунок 7.6 - Вариант установки 400

Преобладает вертикальная установка элементов с целью автоматизации сборки и монтажа радиоэлементов.

Далее на контакты установленных элементов наносится флюс, после чего производится пайка волной припоя. Далее производится очистка печатного узла от остатков флюса с последующей сушкой.

После всех операций печатный узел необходимо проверить на отсутствие дефектов пайки и на соответствие сборочному чертежу с помощью лупы 4-х на монтажном столе СП-02-02.

Выбор основных и вспомогательных материалов является основной задачей и от правильности выбора зависят конструктивно - технологические, экономические и эксплуатационные показатели.

Для изготовления данного печатного узла используются следующие основные и вспомогательные материалы:

а) припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76 [9] - оловянно - свинцовый, используется для пайки, лужения деталей и соединений. Выбран как наиболее дешевый и легкодоступный припой. Технические характеристики приведены в таблице 3.7;

б) флюс ФКСп ТУ 81-05-51-76 - используется для обработки выводов во время пайки. Выбран как наиболее дешевый и легкодоступный флюс.

Таблица 7.3 - Технические характеристики припоя ПОС 61

№ п/п	Характеристики	Значения
1	Температура плавления, °C	Начальная	Жидкость
		183	190
2	Плотность, г/см3	8,5
3	Удельное электросопротие, Ом*мм2/м	0,139
4	Теплопроводность, ккал/см*с*сград
5	Временное сопротивление разрыву, кгс/мм2	4,3
6	Относительное удлинение, %	46
7	Ударная вязкость, кгс/см2	3,9
8	Твердость по Бриннелю, НВ	14,0

Входной контроль, проверка на отсутствие дефектов пайки выполняется с помощью лупы 4-х. Лупа 4-х представлена на рисунке 7.7.

Рисунок 7.7 - Лупа 4-х

Формовка выводов ЭРЭ, лужение, установка на плату, монтаж и отмывка производятся на линии монтажа печатных плат. Линия представлена на рисунке 7.8.

Рисунок 7.8 - Линия монтажа печатных плат

Характеристики линии представлены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Технические характеристики линии монтажа печатных плат

Характеристики	Значение
Операционная система	Windows
Максимальная производительность	15000 комп./ч.
Точность монтажа	40 микрон @ 3 сигма для ЧИП-компонентов
Устанавливаемые компоненты	От 0,4 х 0,2 мм (01005), опционально 100 х 32 мм
Максимальная высота компонентов	18 мм
Максимальный размер платы (Д х Ш)	510 х 460 мм
Минимальный размер платы (Д х Ш)	50 х 50 мм

7.3 Расчет надежности

Расчёт надежности - это процедура определения значений показателей надежности печатного узла.

Надежность - это способность изделия сохранять свои эксплуатационные показатели с течением времени в определенных эксплуатационных условиях. Надежность комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики как работоспособность, долговечность, безотказность.

Интенсивность отказов - это соотношение числа отказавших компонентов в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливают и не заменяют исправными. Интенсивности отказов элементов представлены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Интенсивность отказа элементов

Название элементов	Интенсивность отказов элементов	Количество элементов
1	2	3
Кварцевый резонатор	0,74	1
Конденсаторы К10-17	0,022	4
Конденсатор К53-10	0,06	1
Микросхемы	0,01	2
Разъемы	0,124	3
Резисторы	0,065	16
Диоды	0,02	1
Реле	0,168	1
Кнопки	0,15	3
Индикатор семисегментный	0,16	1

Значения интенсивности отказов указаны в «Обеспечение надежности при проектировании РЭС» [4].

Расчет интенсивности отказов изделияλ рассчитывается по формуле

, (7.1)

где λ_i - интенсивность отказа элементов, установленных на печатную плату, 1/час;

n - количество элементов, шт.

λ = (0,74 × 1) + (0,022 × 4) + (0,06 × 1) + (0,01 × 2) + (0,014 × 3) + (0,065 × 16) + (0,02 × 1) + (0,168 × 1) + (0,15 × 3) + (0,16 × 1) = 2,726 × 10^-6.

Расчет среднего времени наработки на отказT_ср рассчитывается по формуле

,(7.2)

час.

Вероятность безотказной работыP(t) рассчитывается по формуле

, (7.3)

где t - условное время работы до первого отказа.

Вероятность отказаQ(t) рассчитывается по формуле

(t) = 1 - P(t), (7.4)

Q(t) = 1 - 0,99 = 0,1.

Таким образом, исходя из расчетов вероятности безотказной работы устройства, которая равна 0,99 делается вывод, что устройство надежно и имеет малую вероятность отказать во время работы.

7.4 Расчет элементов рисунка печатного монтажа

Для расчета печатного монтажа необходимо выбрать класс точности платы печатной по ГОСТ 53429-2009 [3].

Таблица 7.6 - Параметры отдельных классов печатных плат

Параметры	Значение, для класса, мм
	1	2	3	4	5	6	7
Минимальная ширина проводников t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,1	0,075	0,050
Минимальное расстояние между двумя соседними проводниками S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,1	0,075	0,050
Минимальная радиальная толщина контактной площадки, мм	0,3	0,2	0,1	0,05	0,025	0,020	0,015
Предельное отклонение от ширины печатных проводников без покрытия, to	±0,15	±0,1	±0,05	±0,03	0..-0,03	0..-0,02	0..-0,015

Таким образом, исходя из параметров отдельных классов и требований технического задания и условий эксплуатаций, выбираем 3-ий класс точности для расчета элементов рисунка печатного монтажа.

Расчет номинального значения диаметра отверстийd элементов рассчитывается по формуле

=d_эл+r, (7.5)

где d_эл - диаметр вывода элемента, мм;

r - зазор, необходимый для свободной установки элемента, с учетом отклонений диаметра отверстий, r = 0,4 мм, так как монтаж производится на автомате.

d₁= 0,5 + 0,4 = 0,9 мм,

d₂ = 0,6 + 0,4 = 1 мм,

d₃ = 1 + 0,4 = 1,4 мм,

d₄ = 0,3 + 0,4 = 0,7 мм.

В таблице 7.7 представлены данные результатов расчетов диаметров отверстий элементов и представлены типоразмеры.

Таблица 7.7 - Результаты расчетов и типоразмеров

Результат	Типоразмер	Название ЭРЭ
0,9	1	Резисторы, Конденсаторы(К10), Разъем
1		Конденсатор(К50)
1,4	1,4	Микросхема, Разъемы, Резонатор кварцевый, Индикатор семисегментный, Реле
0,7	0,7	Кнопки, Транзисторы

Расчет номинального диаметраd_k контактной площадки рассчитывается по формуле:

_k= d + 2b + c, (7.6)

где d - диаметр отверстия, мм;

b - необходимая радиальная толщина контактной площадки, b=0,1 мм;

c - коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния, с=0,6 мм.

d1 = 1+2·0,1+0,6 = 1,8 мм,

d2 = 1,4+2·0,1+0,6 = 2,2 мм,

d3 = 0,7+2·0,1+0,6 = 1,5 мм.

Расчет номинальной ширины проводниковt рассчитывается по формуле

t = t_н + |t₀|, (7.7)

где t - номинальная ширина проводника;

t_н - необходимая ширина проводника, t_н = 0,25 мм;

t₀ - предельное отклонение ширины проводника, t₀ =0,05 мм.

t= 0,25 + 0,05 = 0,3 мм.

Расчет номинального расстоянияb между проводниками рассчитывается по формуле

 = b_н + |t₀|, (7.8)

где b_н - необходимая ширина проводника, мм;

t₀ - предельное отклонение ширины проводников,t₀ =0,05 мм.

b = 0,25 + 0,05 = 0,3 мм.

Рассчитаем площадьS_Σ печатной платы используя формулу

, (7.9)

гдеS_yi- установочная площадь i элементов (ЭРИ), мм;

k_SZ - коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры;

n-количество радиоэлементов.

S_Σ=3×(12,5×1+77,2×2+19×1+92,25×1+114,75×1+13,2×16+24,96×1+61×1+35,04×4+30,25×1+ +43,92×3+773,1×1+21,6×3) = 5387,13 мм².

Исходя из расчета площади печатной платы выбирается размер печатной платы. В таблице 7.8 представлены размеры печатных плат в соответствии с ГОСТ 10317-79 [10].

Таблица 7.8 - Размер печатной платы

Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
20	30	60	90	100	120	140	150
	40		100		130		200
			140	110	150	150	150
			160
							170
					170		180
30	40
							200
40	60	75	75	120	120
45	75				140
	80		90		150	160	170
			70		160		200
					170	170	180
50	60	80	130		180
	80		140		200		200
	100	90	90				280
	150		120
60	60		150	130	200	300	360
	80		170

Выбираем размер печатной платы 60х90.

7.5 Расчет комплексного показателя технологичности

Технологичность - это совокупность свойств, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и выполнения работ.

Технологичность изделия оценивается количественно по показателю уровня технологичности, который определяется комплексным и базовым уровнем технологичности. Нормативы комплексных показателей технологичности конструкции представлены в таблице 7.9.

Таблица 7.9 - Нормативы комплексных показателей технологичности конструкций блоков электронно-вычислительной техники

Наименование класса блоков	Стадии разработки
	Опытный образец	Установочная серия	Установочное серийное производство
1.Электронные	0,40-0,70	0,45-0,75	0,50-0,80
2.Электромеханические и механические	0,30-0,50	0,40-0,55	0,45-0,60
3.Радиотехнические	0,40-0,60	0,70-0,80	0,80-0,85
4.Соединительные, коммутационные, распределительные	0,45-0,55	0,50-0,70	0,55-0,75

Исходные данные для расчета технологичности сборочного узла представлены в таблице 7.10.

Таблица 7.10 - Данные для расчета комплексного показателя технологичности сборочного узла.

Исходные данные	Обозначение	Значение показателя
1)Количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, либо которые могут осуществляться вручную.	Нам	112
2)Общее количество монтажных соединений.	Нм	112
3)Общее количество микросхем, микросборок.	Нмc	2
4)Общее количество ЭРЭ.	Нэрэ	36
5)Количество ЭРЭ, подготовка которых может осуществляться автоматизированным или механизированным способом, элементы, не требующие подготовки к монтажу.	Нмпэрэ	36
6)Количество операций контроля и настройки, которые могут осуществляться автоматизированным или механизированным способом.	Нмкн	2
7)Общее количество операций контроля и настройки.	Нкн	2
8)Общее количество типоразмеров ЭРЭ.	Нт.эрэ	3
9)Количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии.	Нт.ор.эрэ	0
10)Количество деталей в штуках, заготовки которых или сами детали получены прогрессивными методами формообразования.	Дпр	1
11)Общее количество деталей без нормализованного крепежа в изделии.	Д	1

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа К_ам рассчитывается по формуле

, (7.10)

где Н_ам - количество монтажных соединений, которые могут осуществляться или осуществляются механизированным или автоматизированным способом;

Н_м - общее количество монтажных соединений.

.

Коэффициент использования микросборок и микросхем К_имс рассчитывается по формуле

, (7.11)

где Н_мс - общее количество микросхем в изделии;

Н_эрэ -общее количество ЭРЭ.

.

Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу К_мпэрэ рассчитывается по формуле

, (7.12)

где Н_мпэрэ - количество ЭРЭ подготовка, которых к монтажу может осуществляться или осуществляется механизированным или автоматизированным способом;

Н_эрэ - общее количество ЭРЭ.

.

Коэффициент механизации контроля и настройки К_мкн рассчитывается по формуле

, (7.13)

где Н_мкн - количество операций контроля и настройки, которые могут, осуществляется механизированным или автоматизированным способом;

Н_кн - общее количество операции контроля и настройки.

.

Коэффициент повторяемости ЭРЭ К_{пов.эрэ} рассчитывается по формуле

, (7.14)

где Н_т.эрэ - общее количество типоразмеров ЭРЭ;

.

Коэффициент применяемости ЭРЭ К_п.эрэ рассчитывается по формуле

, (7.15)

где Н_т._ор._эрэ - количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии;

Н_эрэ - общее количество ЭРЭ.

.

Коэффициент прогрессивности ЭРЭ К_ф рассчитывается по формуле:

, (7.16)

где D_пр - количество деталей заготовки которых или сами детали получены прогрессивным методом формообразования;

D - общее количество деталей в изделии.

.

Основным показателем для оценки технологичности конструкции является комплексный показатель технологичности. Для его расчета необходим состав базовых показателей технологичности для электронных блоков, данные которых представлены в таблице 7.11.

Таблица 7.11 - Состав базовых показателей технологичности для электронных блоков

Показатели технологичности	Обозначение
Коэффициент использования микросхем и микросборок		1,000
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа		1,000
Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ		0,750
Коэффициент механизации контроля и настройки		0,500
Коэффициент повторяемости ЭРЭ		0,310
Коэффициент применяемости ЭРЭ		0,187
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей		0,110

Комплексный показатель технологичности К рассчитывается по формуле

, (7.17)

 

Таким образом, рассчитав показатель технологичности узла и узнав все нужные значения для работы печатной платы, установочное серийное производство равно 0,75, то есть соответствует значениям, представленным в таблице 7.9.

Уровень технологичности К_у рассчитывается по формуле

, (7.18)

где К_б - базовый показатель технологичности.

 

Так как уровень технологичности устройства больше 1, то делается вывод, что устройство технологично.

8. Экономический раздел

8.1 Расчет норм времени по операциям технического процесса и трудоемкости производственной программы

Рассчитать норму штучного времени на каждую операцию технологического процесса и трудоемкость производственной программы расчетно-аналитическим методом по исходным данным, сборочному чертежу радиоизделия, спецификации и техпроцессу сборки и монтажа (маршрутной карте).

Норма времени Н_вр - это время, необходимое на изготовление единицы продукции в минутах

, (8.1)

где Т_шт - норма штучного времени, мин;

Т _п/з- подготовительно-заключительное время, мин;

n- количество деталей в партии, шт.

В серийном и массовом производстве Т _п/з = 0, тогда Н _вр = Т _шт

Подготовительно - заключительное время Т_п/з - это время, необходимое для ознакомления с чертежами, на инструктаж мастера или технолога, на получение приспособлений и инструментов.

Норма штучного времени - оперативное время Т_оп, время основных и вспомогательных приемов операции Т_оп с учетом дополнительного времени Т_доп, времени на обслуживание оборудования Т_обс и отдых и личные надобности Т_олн

Т _шт = Т _оп + Т _{доп ,} (8.2)

где Т_оп- оперативное время, мин;

Т_доп - дополнительное время, мин.

Оперативное время Т_оп рассчитывается расчетно-аналитическим методом на основании справочника «Нормативы штучного времени на типовые технологические операции монтажа печатных плат и модулей» ОАО «Вектор».

Дополнительное время Т_доп рассчитывается по формуле

Т_доп = Т_обс + Т_{олн ,} (8.3)

где Т_обс- время обслуживания рабочего места, 5% от Т_оп, мин;

Т_олн - время на отдых и личные надобности, 3% от Т_оп, мин.

Расчет Т_шт производится по каждому переходу операции по формуле 8.2 в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Расчет по каждому переходу операции

№ операции	№ перехода	Наименование операции и перехода		Топ, мин	Тдоп, мин	Тшт		N штук	Т N час
						мин	час
1	2	3		4	5	6	7	8	9
050		Контрольная		2,072	0,166	2,238	0,037	15000	555
	1	Распаковать элементы		0,378
	2	Распаковать плату		0,029
	3	Входной контроль печатной платы на отсутствие дефектов		0,045
	4	Входной контроль элементов на отсутствие дефектов		1,53
010		Комплектовочная		8,28	0,662	8,94	0,15	15000	2250
	1	Скомплектовать подбор ЭРЭ на изделие		8,28
015		Формовочная		0,215	0,02	0,235	0,004	15000	60
	1	Формовать элементы поз. 2, 13 - 16		0,14
	2	Формовать элементы поз. 5 - 7		0,04
	3	Формовать элементы поз. 17		0,008
	4	Формовать элементы поз. 19	0,027
020		Лудильная	0,144		0,012	0,156	0,003	15000	45
	1	Лудить выводы элементов	0,144
025		Установочная	0,144		0,012	0,156	0,003	15000	45
	1	Установить элементы поз. 2, 13 - 16		0,068
	2	Установить элементы поз. 3, 4, 8 - 12		0,036
	3	Установить элементы поз. 5 - 7		0,02
	4	Установить элементы поз. 17		0,004
	5	Установить элементы поз. 18		0,004
	6	Установить элементы поз. 19		0,012
030		Монтажная		0,91	0,073	0,98	0,016	15000	240
	1	Нанести флюс на монтажные соединения		0,456
	2	Запаять выводы элементов		0,456
035		Отмывочная		0,61	0,05	0,66	0,011	15000	165
	1	Очистить печатный узел от остатков флюса		0,456
	2	Сушить печатную плату		0,15
040		Контрольная		8,62	0,69	9,31	0,15	15000	2400
	1	Проверить печатный узел на отсутствие дефектов пайки и на соответствие сборочному чертежу		8,57
	2	Поместить изделие в технологическую тару		0,05
		Итог			1,725	23,17	0,384	15000	5760

Пример расчета нормы времени на операцию 005 «Контрольная»

×0,029+6×0,005=0,348+0,03=0,378 мин,

1×0,029=0,029 мин,

1×0,045=0,045 мин,

36×0,045=1,62 мин,

,378+0,029+0,045+1,62=2,072 мин,

Т_доп =  = 0,166 мин,

Т_шт.мин= 2,072+0,166=2,238 мин,

Т_шт.час= 2,238/60 = 0,037час.

 

8.2 Расчет количества рабочих мест и производственных рабочих

На основании исходных данных и данных раздела 8.1 произвести:

расчет количества рабочих мест с построением графика загрузки;

расчет численности основных производственных рабочих.

В случае, когда поточная линия не применяется, то расчет количества рабочих мест С_рас определяется по формуле

, (8.4)

где Т_шт- норма штучного времени на операцию, в часах;- годовая программа, в штуках;

Ф_эф- эффективный фонд времени работы станка (рабочего места) за плановый период в 1 смену;

К_вн- коэффициент выполнения норм выработки;

T_N- трудоемкость производства программы, час.

Эффективный фонд времени работы станка (рабочего места) за плановый период в 1 смену Ф_эф определяется либо по соответствующей формуле, либо берется с базового предприятия. Эффективного фонда времени работы станка рассчитывается по формуле 8.5

Ф_эф.г = m × (t_см × Д_р -t_пр × Д_пр) × У, (8.5)

где m - количество смен;

t_cм- продолжительность одной смены, час. (8);

Д_р - число рабочих дней в году (в 2017 году - 247 дней);

_пр- время сокращения в предпраздничные дни, час. (1 час);

Д_пр - число предпраздничных дней (в 2017 году - 3 дней);

У - коэффициент, учитывающий потери на ремонт.

Коэффициент, учитывающий потери на ремонт рассчитывается по формуле

, (8.6)

где α - процент потерь рабочего времени на ремонт оборудования, %.

= 0,96.

Эффективный фонд времени станка рассчитывается по формуле 8.5

Ф_эф.г= 1 × (8 × 247 - 1 × 3) × 0,96 = 1894,1,

Годовой объем выпуска изготавливается за полугодие

Фэф.кв= 1894,1/2 = 947 час.

Если С_рас получилось дробным, его округляют до целого числа и называют количеством принятых рабочих мест С_пр.

Коэффициент загрузки рабочих мест по операциям К_заг рассчитывается по формуле

, (8.7)

Средний коэффициент загрузки рабочих мест К_{ср.загр} рассчитывается по формуле

, (8.8)

где∑С_р- сумма расчетных рабочих мест, в штуках;

∑С_пр- сумма принятых рабочих мест, в штуках.

В таблице8.2 представлены расчеты коэффициента загрузки рабочих мест.

Таблица 8.2 - Расчет коэффициента загрузки рабочих мест

№ операции	Наименование операции	Срас, шт.	Спр, шт.	Кзаг, % по операциям	Кср.заг , %
005	Контрольная	0,56	3	94,6	-
010	Комплектовочная	2,28			-
015	Формовочная	0,06	1	56,2%	-
020	Лудильная	0,046			-
025	Установочная	0,046			-
030	Монтажная	0,24			-
035	Отмывочная	0,17			-
040	Контрольная	2,4	3	80%	-
	Итого	5,8	7	-	83%

На основе таблицы 8.2 строится график загрузки рабочих мест представленный на рисунке 8.1.График загрузки рабочих мест строится следующим образом: по оси X откладываются рабочие места по видам; по оси У - % загрузки рабочих мест. Если загрузка рабочего места небольшая менее 70%, то рабочие места загружаются другой работой (присоединяют эту операцию к последующей или предыдущей операции). Если загрузка более 120%, то на этом рабочем месте образуется «чужое место», необходимо пересмотреть технологию и организацию рабочего места. Для расчета рабочих мест можно объединять некоторые операции, но в пределах разумного (объединение операций производится с последующей или предыдущей). Данные расчета заносят в таблицу 8.2.

Рисунок 8.1 - График загрузки рабочих мест

Численность основных производственных рабочих по операции Ч_рас рассчитывается по формуле

, (8.9)

где Т_шт -норма штучного времени на Ч_пр операцию, в часах;

N -годовая программа, в штуках;

Ф_д-действительный фонд времени работы одного производственного рабочего в год. Он рассчитан на основе баланса рабочего времени в таблице 2;

К_вн-коэффициент выполнения норм выработки;

TN -трудоемкость производства программы, час.

Таблица 8.3 - Баланс рабочего времени на 2017 год

№	Показатели	Плановые дни
1	2	3
1	Календарный фонд времени	365
2	Выходные и праздничные дни	120
3	Номинальный фонд времени	247
4	Не выходы на работу в рабочие дни, в том числе:
	4.1 Очередные и дополнительные отпуска	16,7
	4.2 Отпуска по беременности и родам	4,4
	4.3 Выполнение государственных и обязанностей	1,0
	4.4 Болезни	3,8
	4.5 По разрешению администрации	0,1	26,0
5	Полезный (явочный) фонд времени, одного рабочего	221
6	Потери рабочего времени в связи с сокращением длительности рабочего дня, в том числе:
	6.1 Перерывы для кормящих матерей (часы)	0,03
	6.2 Сокращенный день подростков (часы)	0,02
	6.3 ИТОГО потерь внутри рабочего дня	0,05
7	Средняя продолжительность рабочего дня (часы)	7,95
8	Действительный фонд времени одного рабочего (часы) - Фд	1756,95
9	Действительный фонд времени одного рабочего на 2 квартала (часы), Фд	878,475

Расчеты основных производственных рабочих представлены в таблицу 8.4.

Таблица 8.4 -Расчет количества основных производственных рабочих

№ операции	Наименование операции	Разряд	Чрас	Чпр
005	Контрольная	3	3,07	3
010	Комплектовочная	3
015	Формовочная	3	0,07	1
020	Лудильная	3	0,05
025	Установочная	3	0,05
030	Монтажная	3	0,26
035	Отмывочная	3	0,18
040	Контрольная	3	2,6	3
	Итого:		6,28	7

8.3 Расчет заработной платы и отчислений, расходов по обслуживанию и управлению производством

Используя исходные данные и данные разделов8.1 и 8.2 рассчитать:

прямую-сдельную заработную плату;

основную заработную плату на программу и на изделие;

дополнительную заработную плату на программу и на изделие;

среднемесячную заработную плату;

обязательные отчисления в фонды на программу и на изделие;

общепроизводственные и общехозяйственные расходы.

Заработная плата - это часть валового общественного продукта в денежном выражении, поступающая для культурных и материальных благ работников в соответствии с затраченным трудом. Различают виды, формы и системы оплаты труда:

виды: основная и дополнительная;

формы: сдельная и повременная. В основе повременной оплаты труда лежит тарифная ставка и отработанное время. В основе сдельной оплаты труда лежит расценка на изделие и объем выполненной работы;

системы. Формы оплаты труда имеют ряд систем оплаты труда: простая повременная (прямая), повременно - премиальная, индивидуально-сдельная или прямая-сдельная, сдельно - премиальная, сдельно - прогрессивная, косвенно - сдельная, аккордная.

Применяется сдельно-премиальная система оплата труда. При сдельно-премиальной системе оплаты труда заработок складывается по основным сдельным расценкам, начисленным по фактической выработке и премии за выполнение и перевыполнение установленных показателей премирования.

Расценка сдельная Р_сд - размер оплаты по установленным нормам за изготовление продукции (детали, узлы, изделия и др.) или выполнение определенной производственной операции. Расценки устанавливаются на определенную работу (операцию) исходя из тарифной ставки, соответствующей разряду работы и норм выработки или нормы времени на данную работу могут быть рассчитаны по формулам 8.10 и 8.11

, (8.10)

где Т_с - часовая тарифная ставка, час;

Н_{выр.час}- норма выработки - количество продукции, которая должна быть произведена в единицу времени, шт.

Р_сд = Т_с × Т_шт,(8.11)

гдеТ_с - тарифная ставка, в руб.;

Т _шт - установленная норма времени в часах;

Сдельная расценка рассчитывается по формуле 8.11, в таблице 8.6. Используются тарифные ставки, представленные в таблице 8.5 и часовые нормы штучного времени по операциям Т_шт из раздела 8.1.

Тарифные ставки для сдельной оплаты труда договорные приведены в таблице 1. Для их расчета примем, тарифную ставку первого разряда Т_с1 равной 80 руб. (Т_с1 принимать в пределах от 60 до 100 руб.). Тарифные ставки последующих разрядов определять с помощью тарифного коэффициента Т _коэф, показывает во сколько раз заработная плата более квалифицированного работника больше по сравнению с первым разрядом.

Таблица 8.5 -Тарифные ставки для сдельной оплаты труда

Разряд	1	2	3	4	5	6
Т коэф.	1,0	1,09	1,21	1,33	1,5	1,71
Тс руб./час	80	87,2	96,8	106,4	120	136,8

Таблица 8.6 - Определение сдельных расценок по операциям

№	Наименование операции	Разряд	Тс, руб.	Тшт (час)	Рсд (руб.)
1	2	3	4	5	6
005	Контрольная	3	96,8	0,037	3,58
010	Комплектовочная	3	96,8	0,15	14,52
015	Формовочная	3	96,8	0,004	0,39
020	Лудильная	3	96,8	0,003	0,29
025	Установочная	3	96,8	0,003	0,29
030	Монтажная	3	96,8	0,016	1,55
035	Отмывочная	3	96,8	0,011	1,1
040	Контрольная	3	96,8	0,16	15,5
	Итого(∑) сумма Рсд	-	-	-	37,22

Сдельная расценка рассчитывается по формуле 8.11

,8руб × 0,037час = 3,58руб.

Рассчитаем прямую - сдельную заработную плату по формуле 8.12

, (8.12)

где ∑Р_сд- сумма расценок сдельных, руб;

N - программа выпуска, шт.

ЗП_пр.сд. = 37,22руб × 15000шт = 558300 руб.

Рассчитаем основную заработную плату производственных рабочих по сдельно-премиальной системе

ЗП_осн = ЗП_пр._сд. + Премия, (8.13)

где ЗП_пр._сд.- прямая - сдельная заработная плата, руб.;

Премия - сумма премии, руб.

Премия рассчитывается по формуле

, (8.14)

где ЗП _пр.сд.- прямая - сдельная заработная плата, руб;

% премии - процент премии согласно задания.

Премия = = 139575 руб.

Основная заработная плата производственных рабочих по сдельно-премиальной системе рассчитывается по формуле 8.13

ЗП_осн. = 558300руб + 139575руб = 697875 руб.

Основная заработная плата на изделие рассчитывается по формуле

, (8.15)

руб.

Рассчитаем дополнительную заработную плату на программу и на изделие по формулам 8.16 и 8.17

, (8.16)

где ЗП_{осн.прог} - основная заработная плата на программу, руб;

%ЗП_доп- процент дополнительной заработной платы согласно задания.

руб.

, (8.17)

где ЗП _{осн.изд.} - основная заработная плата на изделие, руб;

%ЗП_доп- процент дополнительной заработной платы, согласно задания.

= 5,12 руб.

Рассчитаем общий фонд заработной платы (ОФЗП)на программу и на изделие по формулам 8.18 и 8.19

ОФЗП_прог = ЗП_{осн.прог} + ЗП_{доп.прог},(8.18)

где ЗП_{осн.прог} - основная заработная плата на программу, руб;

ЗП_{доп.прог}- дополнительная заработная плата на программу, руб.

ОФЗП_прог = 697875руб += 774641,3руб.

ОФЗП_изд = ЗП _{осн.изд} + ЗП _{доп.изд},(8.19)

гдеЗП_{осн.изд} - основная заработная плата на изделие, руб.;

ЗП_{доп.изд}- дополнительная заработная плата на изделие, руб.

ОФЗП_изд = 46,53 + 5,12 = 51,65руб.

Рассчитается среднемесячная заработная плата ЗП_ср.мес по формуле

, (8.20)

где ОФЗП_прог - общий фонд заработной платы на программу, руб.;

Ч_пр- принятое количество производственных рабочих, чел.;

n- количество месяцев, за которое выполняется программа.

руб.

Рассчитаются обязательные отчисления в фонды по формулам 8.21 и 8.22

, (8.21)

где ОФЗП_прог - общий фонд заработной платы на программу, руб;

% отчислений - процент отчислений согласно задания.

руб.

, (8.22)

где ОФЗП_наизд- общий фонд заработной платы на изделие, руб.;

% отчислений- процент отчислений согласно задания.

руб.

Таблица 8.7 - Расчет отчислений

№ п/п	Показатели (%)	На прогр, руб.	На изделие, руб.
1	Фонд социального страхования - 2,9	12 433,4	1,5
2	Пенсионный фонд - 22	94 322,68	11,36
3	Фонд обязательного медицинского страхования - 5,1	21 865,71	2,63
4	Налог на травматизм и проф. заболевания - 0,2	857,48	0,1
	Итого - 30,2	233941,7	15,6

Расчет расходов по обслуживанию и управлению производством. К данным видам расходов относятся: общепроизводственные расходы, общехозяйственные расходы, коммерческие расходы. Указанные виды расходов относятся к косвенным, включается в себестоимость изделия с помощью специальных расчетов. Общепроизводственные расходы и общехозяйственные расходы пропорциональны основной заработной плате. Коммерческие расходы пропорциональны производственной себестоимости.

Общепроизводственные расходы (ОПР) включаются пропорционально основной заработной плате в себестоимость изделия. Это расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования, с содержанием и ремонтом зданий, производственных помещений и т.д. (ОПР = 108%, согласно задания), рассчитываются по формулам 8.23 и 8.24

, (8.23)

где ЗП_{осн.прог} - основная заработная плата на программу, руб.;

% ОПР- процент общепроизводственных расходов согласно заданию.

руб.

, (8.24)

где ЗП_{осн.изд} - основная заработная плата на изделие, руб.;

% ОПР - процент общепроизводственных расходов согласно заданию.

Общехозяйственные расходы (ОХР) включаются пропорционально основной заработной плате (зарплата управленческого персонала, содержание зданий, сооружений непромышленного назначения, канцелярские расходы, почтовые и телеграфные расходы и т.д.). (ОХР = 100%согласно заданию), рассчитываются по формулам 8.25 и 8.26

, (8.25)

где ЗП_{осн.прог} - основная заработная плата на программу, руб.;

% ОХР- процент общехозяйственных расходов согласно заданию.

, (8.26)

где ЗП_{осн.изд} - основная заработная плата на изделие, руб.;

% ОХР - процент общехозяйственных расходов согласно заданию.

Коммерческие расходы (КР) - это расходы, связанные с реализацией продукции. Это затраты на тару, упаковку, транспортировку, рекламу, на получение консультации от специалистов, аудиторские услуги и т. д. (КР = 12%, согласно задания), рассчитываются по формулам 8.27 и 8.28

, (8.27)

Где С/С_{произ.прог} - производственная себестоимость на программу, руб.;

%КР - процент коммерческих расходов согласно заданию.

, (8.28)

где С/С_{произ на изд}- производственная себестоимость на изделие, руб.;

% КР - процент коммерческих расходов согласно заданию.

Коммерческие расходы на программу и на изделие рассчитываются в разделе 8.5 по указанным формулам.

8.4 Расчет стоимости материалов и комплектующих

Рассчитывается стоимость материалов и комплектующих изделий необходимых для монтажа радиоизделия. На используемые цены по материалам и комплектующим создать приложение с указанием предприятия-продавца и даты приобретения.

Расчет стоимости материалов и комплектующих изделий определяется на основе применяемости радиоэлементов на данное изделие и цен 2017 года.

Стоимость материалов, необходимых для изготовления изделия определяется на основе норм расхода материалов и цен на них по формуле

С_мат = Н_р × Ц, (8.29)

гдеН_р - норма расхода материала на одну пайку, кг, л и т. д.;

Ц - цена материала за один кг/руб., за один л/руб. и т. д.

Расчет стоимости материалов представлены в таблице 8.8.

Таблица 8.8 - Расчет стоимости материалов

№ п/п	Наименование материала	Норма на 1 пайку (кг)	Норма на изделие (кг) количество паек 114	Цена за 1 кг, руб.	Стоимость, руб.
					на издел.	на прог.
1	Припой ПОС-61 ГОСТ 21931 - 76	0,00012	0,014	2340	32,76	491400
2	Флюс ФКСп (л)	0,00001	0,00114	860	1,2	18000
3	Спирт этиловый ГОСТ Р 55878 - 2013 (л)	0,00005	0,0036	210	0,01	150
4	Ветошь (кг)	-	0,001	37,2	0,0372	558
5	Прокладка под кварцевый резонатор(шт)	-	1	1,46	1,46	21900
	Итого	-	-	-	35,47	532008
	ТЗР 7(%)	-	-	-	2,48	37240,56
	Итого с учетом ТЗР	-	-	-	37,95	569248,56

Расчет стоимости комплектующих на изделие производится по формуле 8.30, на программу выпуска по формуле 8.31

С_к.изд = Ц_к × Н_к,(8.30)

Н_к - количество комплектующих изделий, шт.

С_к.прог = С_к.изд × N, (8.31)

Где С_к.изд- стоимость комплектующих изделий на изделие, руб.;- программа выпуска, шт.

Например, определим стоимость. Стоимость компонентов представлена в приложении В. Стоимость других комплектующих изделий рассчитывается в таблице 8.9. Таблица 8.9 заполняется по спецификации изделия.

Таблица 8.9 - Расчет стоимости комплектующих изделий

№ п/п	Наименование комплектующих изделий	Тип изделия	Цена, руб.	Количество, шт.	Стоимость на 1 изд. На программу.
1	2	3	4	5	6
1	Плата	Печатная	12	1	12	180000
2	КД512Б	Диод	6,8	1	6,8	102000
3	BC56-12GWA	Индикатор	90	1	90	1350000
4	ТС - 0404	Кнопка	2,60	3	7,8	117000
5	К10-17А-М47 30пФ 10%	Конденсатор	8	2	16	240000
6	К10-17А-Н50 0,1мкФ 10%	Конденсатор	1,6	2	3,2	48000
7	К50-68-16В 47мкФ 10%	Конденсатор	2	1	2	30000
8	CD4511BE	Микросхема	14,5	1	14,5	217500
9	PIC16F84	Микросхема	160	1	160	2400000
10	B3B - ZR	Разъем	4	1	4	60000
11	PLS - 2R	Разъем	2	1	2	30000
12	MF - 2	Разъем	3,6	1	3,6	54000
13	С2-23-0,125 100Ом 10%	Резистор	0,46	3	1,38	20700
14	С2-23-0,125 220Ом 10%	Резистор	0,46	8	3,68	55200
15	C2-23-0.125 2,4кОм 10%	Резистор	0,46	3	1,38	20700
16	С2-23-0,125 4,7Ом 10%	Резистор	0,46	2	0,92	13800
17	HC49U	Резонатор	7	1	7	105000
18	V23026-A1001-B201	Реле	104	1	104	1560000
19	КТ315Б	Транзистор	3,7	3	11,1	166500
	Итого:	-	-	37	452,36	6785400
	Транспортно-заготовительные расходы 7(%)	-	-	-	31,67	475050
	ИТОГО с учетом ТЗР	-	-	-	484,04	7260450

 

8.5 Расчет полной себестоимости и цены изделия

Себестоимость продукции представляет выражение в денежной форме текущие затраты предприятий на производство и реализацию продукции (работ, услуг). Различают следующие виды себестоимости: цеховая, производственная и полная.

Цеховая себестоимость представляет собой затраты цеха, связанные с производством продукции.

Производственная себестоимость помимо затрат цехов включает общепроизводственные и общехозяйственные расходы.

Полная себестоимость отражает все затраты на производство и реализацию продукции; слагается из производственной себестоимости и внепроизводственных расходов (расходы на тару и упаковку, транспортировку продукции, прочие расходы).

Для исчисления себестоимости отдельных видов продукции, и затраты предприятия группируются по статьям калькуляции.

Основными положениями по планированию, учёту и калькулированию себестоимости продукции на промышленных предприятиях установлена типовая группировка затрат по статьям калькуляции, которую можно представить в следующем виде:

сырье и материалы;

возвратные расходы;

покупные изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера сторонних предприятий и организаций;

топливо и энергия на технологические цели;

заработная плата производственных рабочих;

отчисления на социальные нужды;

расходы на подготовку и освоение производства;

общепроизводственные расходы;

общехозяйственные расходы;

прочие производственные расходы;

коммерческие расходы.

Итог первых 10 статей образует производственную себестоимость продукции, итог всех 11 статей -полную себестоимость продукции.

Цена - это денежное выражение стоимости. Она включает в себя полную себестоимость, установленный размер прибыли, НДС, определяется по формуле

Ц_опр = С/С_пол + П + НДС, (8.32)

где С/Спол - полная себестоимость, руб;

П - прибыль, руб;

НДС - налог на добавленную стоимость, руб.

Расчет себестоимости по статьям калькуляции и цены изделия представлен в таблице 8.10.

Таблица 8.10 - Расчет себестоимости и цены изделия

№	СТАТЬИ ЗАТРАТ	Затраты
		На единицу, руб.	На прог. руб.	Доля, %
1	2	3	4	5
1	Основные материалы	37,95	569248,56	4,94
2	Покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия	484,04	7260450	63
3	Основная заработная плата производственных рабочих	46,53	697875	6,05
4	Дополнительная заработная плата производственных рабочих	5,12	76766,3	0,67
5	Отчисления	15,65	234716,3	3,04
6	Общепроизводственные расходы	50,25	753705	6,54
7	Общехозяйственные расходы	46,53	697875	6,06
	ИТОГО производственная себестоимость	670,4	10290636,16	-
8	Коммерческие расходы	10,71
	ИТОГО полная себестоимость	750,85	11525512,5	100
				67,8
	Прибыль 25(%)	187,71	2881378,13	16,4
	Цена без НДС	938,56	14406890,43	-
	НДС 18(%)	168,94	2593249,28	15,25
	ИТОГО цена изделия с НДС	1107,5	17000139,71	100

По данным таблицы 8.10 построим структурные диаграммы:

а) себестоимость изделия представлена на рисунке 8.2;

б) цена изделия представлена на рисунке 8.3.

Рисунок 8.2 - Диаграмма полной себестоимости изделия

Рисунок 8.3 - Диаграмма цены изделия

Несмотря на то, что прибыль является важнейшим экономическим показателем работы предприятия, она не характеризует эффективность его работы. Для определения эффективности работы предприятия необходимо сопоставить результаты (в данном случае прибыль) с затратами или ресурсами, которые обеспечили эти результаты.

Одним из важнейших показателей эффективности работы предприятия является рентабельность. Рентабельность - это относительная величина (комплексный интегральный показатель), выраженная в процентах (или коэффициентом) и характеризующая эффективность применения в производстве (авансированных) ресурсов овеществленного труда или текущих издержек производства. Предприятие, осуществляющее хозяйственную деятельность, заинтересовано не только в получении максимальной прибыли, но и в эффективности использования вложенных в производство средств, исчисляемых размером прибыли, полученной предприятием за определенный период времени (месяц, квартал, год), на одну денежную единицу производственных фондов, капитала, оборота (реализованной продукции) инвестиций, текущих издержек производства. При анализе хозяйственной деятельности предприятия и разработке планов развития производства различают показатели рентабельности капитала и продукции, инвестиций и оборота, рентабельность производства.

Рентабельность изделия Р_из можно определить по формуле

, (8.33)

где П - прибыль от реализации продукции, руб.;

С/С пол - полная себестоимость ее изготовления, руб.

.

9. Охрана труда

9.1 Требования к рабочим местам и персоналу

Требования к охране труда представлены ниже[13].

К сборочно-монтажным работам допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование и допущенные по состоянию здоровья, прошедшие обучения, стажировку и проверку знаний.

Рабочие, должны быть обеспеченны спецодеждой - халат, шапочка или косынка из антистатической ткани с удельным поверхностным сопротивлением 10⁷ Ом, средствами защиты от воздействия статического электричества, обувью на кожаной подошве, а также кремами и мазями для защиты кожи рук от вредного воздействия веществ, входящих в состав припоев и флюсов. Спецодежда должна своевременно подвергаться стирке и ремонту.

Рабочие места оборудуются антистатическими браслетами или кольцами, подключёнными к шине заземления через резистор сопротивления 1 МО±20% с помощью многожильного и прочного проводника.

На рабочих местах устанавливается заземление через резистор с сопротивлением 1 Ом±20%, металлический лист с размерами не менее 200×300 мм, на котором располагается инструмент, не имеющий питания от сети. Электропаяльники, ванны с припоем и другое оборудование, на котором может возникнуть статическое электричество должны быть заземлены через переходное сопротивление номиналом не более 5 Ом.

При проведении сборочно-монтажных работ разрешается применение припоев, флюсов и других химических веществ и материалов, прошедших государственную гигиеническую регламентацию и регистрацию. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в области рабочей зоны не должные превышаться.

Рабочее место должно быть освещено естественным или искусственным освещением. Для предупреждения снижения уровня освещённости систематически должна проводиться чистка светильников и стекол оконных проёмов в установленные сроки.

Материалы, используемые для выполнения монтажных работ, должны храниться на рабочем месте в небольшой герметичной таре. Для хранения на рабочем месте спирта, бензина, флюса необходимо пользоваться маленькими пузырьками с герметичной пробкой, имеющими надпись, информирующую о содержимом веществе.

Монтажные работы должны проводиться только при наличии местной вытяжной вентиляции. Вытяжные устройства должны обеспечивать удаления вредных химических веществ в непосредственной близости от места их образования. Конструкция и разводка вентиляционной системы должна обеспечивать возможность регулярной очистки воздуховодов от загрязнения припоями, флюсами.

Включать приборы, установки разрешено только в исправные розетки и штепсельные разъемы, и только исправными вилками. На вилках и розетках должно быть указано напряжение.

Лишний припой с жала паяльника удалять специальными салфетками.

Нагретый паяльник необходимо ставить на специальную подставку из несгораемого материала.

Производить проверку нагрева паяльного стержня путем касания его припоя или канифоли, флюса.

Личная гигиена при работе со свинцово-оловянными припоями:

необходимо раздельно хранить рабочую и личную одежду;

запрещается прием пищи, питьевой воды, курение в помещениях, где производиться пайка;

запрещается хранение работником, пищи, воды в помещениях, где производиться пайка;

запрещается вход в помещения для приема пищи, столовые, буфеты в рабочей одежде;

перед приёмом пищи обязательно мыть и полоскать рот.

Для предотвращения термических ожогов, и поражения электрическим током при проведении монтажно-сборочных работ запрещается:

убирать излишки припоя встряхиванием;

применять для соединения блоков и приборов провода с поврежденной изоляцией;

производить пайку и установку деталей в оборудование, находящееся под напряжением;

заменять предохранители во включенном оборудовании;

производить работы по пайке или распайке узлов изделий на рабочих местах, не оборудованных принудительной изоляцией;

хранить материалы, заготовки, детали и другие изделия в необорудованных для этих целей местах (на подоконниках, батареях центрального отопления и др.).

По окончанию монтажных работ:

обесточить и привести в порядок рабочее место, убрать в специальное отведенное место все материалы, детали, приспособления;

произвести уборку рабочего места влажным способом (использование ЛВЖ при уборке запрещается;

снять рабочую одежду и средства индивидуальной защиты, убрать их в специально отведенное место;

сообщить руководителю работ об окончании работ и обо всех замеченных во время работы неисправностях и недостатках;

выполнить правила личной гигиены.

9.2 Противопожарные мероприятия

Для предотвращения возникновения пожара на рабочем месте необходимо[13]:

использованные ветошь, тряпки и другие обтирочные материалы, горючие производственные отходы по мере их накопления убирать в металлические ящики с плотно закрывающимися крышками и по окончанию смены удалять из производственных помещений;

при случайном проливе легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) место разлива накрыть салфеткой и убрать в отведённое место;

горючие материалы, используемые при пайке, хранить в специальной таре и как можно дальше от нагревающихся частей паяльника;

сбор использованных салфеток от ЛВЖ и припоя производить раздельно.

Во избежание возникновения пожара на рабочем месте запрещается:

хранить материалы в количестве, превышающем сменную потребность;

оставлять по окончанию работы неубранную готовую продукцию, тару и другие материалы, а также приборы под напряжение;

работать на неисправном оборудовании, а также при неисправных или отключённых защитных приборах.

Во избежание пожара электрические паяльники и электрические обжигалки должны обеспечиваться специальными термостойкими диэлектрическими подставками.

Не пользоваться открытым огнём, курить только в специально отведённых для этого местах. Не хранить на рабочих местах легковоспламеняющиеся и горючие жидкости.

Для обеспечения пожарной защиты участок, где производится монтажно-сборочные операции, должен быть оборудован:

пожарной сигнализацией и системой извещения о пожаре;

огнетушителем порошковым, предназначенные для тушения пожаров и загорания нефтепродуктов, ЛВЖ и ГЖ, растворителей, твердых веществ, а также электроустановок под напряжением 1000В, (ОПУ-5);

огнетушителем углекислотным, предназначенным для тушения различных веществ и материалов на небольших площадях, двигателей внутреннего сгорания, горючих жидкостей, электроустановок под напряжением 1000В, запрещается тушить материалы, горение которых происходит без доступа воздуха, а также щелочных материалов (ОУ-2);

в непосредственной близости от места работ пожарным гидрантом;

противопожарными щитами (для указания местонахождения первичных средств пожаротушения использовать знаки по ГОСТ 12.4.026-80 ССБТ «Цвета сигнальные и знаки безопасности»), для размещения первичных средств пожаротушения;

запасными пожарными выходами и лестницами;

средствами индивидуальной защиты.

Действия работников при обнаружении пожара.

Рабочий обязан:

немедленно сообщить об этом в пожарную службу;

задействовать систему оповещения о пожаре.

Мастер обязан:

принять меры по эвакуации людей;

известить о пожаре руководство;

организовать встречу пожарного подразделения;

принять меры по ликвидации пожара имеющимися средствами.

Руководители и другие должностные лица обязаны:

проверить сообщено ли в пожарную службу о возникновении пожара;

организовать эвакуацию людей, принять меры по предотвращению паники;

выделить необходимое количество людей для обеспечения контроля и сопровождения эвакуирующихся;

удалить из опасной зоны всех работников и других лиц, не занятых в эвакуации людей и тушении пожара;

прекратить все работы, не связанные с эвакуацией людей и тушением пожара;

организовывать отключения отопления, газоснабжения и электроснабжения технологического оборудования, систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

организовывать эвакуацию материальных ценностей.

Заключение

В ходе дипломного проектирования осуществлена разработка блока терморегулятора инкубатора, предназначенного для поддержания температуры в инкубационной камере.

Выбрана и обоснована конструкция модуля первого уровня с учетом требований технического задания. Разработан сборочный чертеж и чертеж печатной платы.

Выполнены расчеты норм времени по операциям технологического процесса и трудоемкости производственной программы. Выполнен расчет количества рабочих мест и производственных рабочих. Выполнен расчет полной себестоимости и цены модуля первого уровня.

Описаны мероприятия по охране труда, технике безопасности и производственной санитарии на рабочем месте монтажника РЭА.

Список используемых источников

 

1. Яценков В.С. Микроконтроллеры Microchip. Практическое руководство - Москва: Горячая линия - Телеком, 2002.

. Предко М. Справочник по микроконтроллерам Пер. с англ. - М.: ДМК Пресс, 2002, ООО «Издательский дом Додэка - XXI», 2002.

. ГОСТ Р 53429 - 2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Платы печатные основные параметры конструкции. - Москва: Стандартинформ, 2009.

. Обеспечение надежности при проектировании РЭС: учебное пособие С. М. Бородин. - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 106 с

. ГОСТ 10316-78. Государственный комитет СССР по стандартам. Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. - Москва: Стандартинформ, 2010.

. ГОСТ 29137-91. Комитета стандартизации и метрологии СССР. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. - Москва: Издательство стандартов, 2004.

. ГОСТ 3.1119-83. Госстандарт СССР. Единая система технологической документации. Общие требования к комплектности и оформлению комплектов документов на единичные технологические процессы. - Москва: Стандартинформ, 2012.

. ГОСТ 7594-55. Госстандарт СССР. Лупы складные карманные. - Москва: Издательство стандартов, 1981.

. ГОСТ 21930-76. Государственный комитет СССР по стандартам. Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия. - Москва: Издательство стандартов, 1998.

. ГОСТ 10317-79. Госстандарт СССР. Платы печатные. Основные размеры - Москва: Издательство стандартов, 1979.

12. Интернет магазин электронных деталей ЧИП - ДИП [Электронный ресурс]. - Екатеринбург: - режим доступа: http:// www.chipdip.ru <http://www.chipdip.ru> (Дата обращения 28.05.2017).

13. Павлова С.П. Охрана труда в радио- и электронной промышленности: Учебник для техникумов. - 2-е изд. - М.: Радио и Связь, 2005.