Автомат включения света на сцену

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Введение

Последние годы отмечены массовым наполнением рынка всевозможной автоматизированной аппаратурой самого различного назначения и самой различной сложности от пластиковой платежной карточки до холодильника, автомобиля и сложнейших установок. Это стало возможным благодаря микроконтроллерам (МК). Микроконтроллеры входят во все сферы жизнедеятельности человека, их насыщенность в нашем окружении растет из года в год. То что казалось нам 5 лет назад сказкой сейчас вполне возможно благодаря стремительному развитию технологии производства электронных компонентов. Да пять лет назад мы уже знали про суперкомпьютеры суперпроцессоры супер АЦП (аналого цифровой преобразователь) и т.д. Ну а что же сейчас а сейчас «ВСЕ В ОДНОМ КОРПУСЕ» и это жестокая правда. Раньше изобретателю электронных схем приходилось иметь дело с «кучей» электронных компонентов, размещая с огромным трудом все на печатной плате размером метр на метр и при испытании кипятить чайник на той же плате (это про расходуемую энергию), в наше время разработчику электронной аппаратуры не грозят выше указанные сложности, точнее, чем больше денег, тем меньше сложностей.

Средства разработки программного обеспечения для микроконтроллеров у каждой фирмы свое, а что касается языков программирования конечно ассемблер самый старый, добрый, вcем понятный, ну а что через год перечислим некоторые, «C, PASCAL, JAVA, DELPHI, C++, +TURBO, +VISUAL» опять можно продолжать бесконечно.

Вернемся к теме «в одном корпусе» раньше К155ХХ 50 штук, а сейчас PIC16F73 и просто в подарок ПЗУ, ОЗУ, таймер, система прерываний, аналогово-цифровой преобразователь, встроенный генератор, корпус с 28 ножками и т.д.

В данной работе будет рассмотрена тема «Автомат включения света на сцену». Её целью является спроектировать изделие, контролирующее, дистанционно, функцию включения приборов освещения. Задачами данной работы являются: разработать конструкторскую документацию на изделие «Автомат включения света на сцену», с минимальными габаритами, спроектировать микросборку для данного изделия, рассмотреть микроконтроллер и его программное обеспечение.



1. Общая часть

1.1 Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

Описание схемы электрической принципиальной «Программный автомат включения света на сцену»

Рисунок 1. Схема электрическая принципиальная

Схема электрическая принципиальная в полноразмерном виде представлена в документе АКТП 230101.089 Э3.

Умный выключатель предназначен как для дистанционного, так и местного управления (включение / выключение) светом. Внешне он выглядит как обычный одноклавишный выключатель для внутренней установки и не требует дополнительных проводов для подключения.

Технология позволяет регулировать уровень яркости освещения - от очень яркого до мягкого полумрака, в зависимости от Ваших предпочтений. При этом устройство запоминает установленную Вами яркость, чтобы использовать ее при следующем включении. Умным выключателем можно управлять на расстоянии любым пультом дистанционного управления от бытовой аудио-, видео-, телеаппаратуры. При этом управление устройством никак не влияет на нее.

Программный автомат включения света обладает уникальной системой плавного включения, которая компенсирует скачок тока электросети и тем самым предотвращает перегорание лампочек. Ваши лампочки будут работать очень долго.

Умный выключатель имеет режим работы, при котором свет включается и выключается через определенные промежутки времени, что создает иллюзию вашего присутствия в доме.

1.2 Описание архитектуры и структуры микроконтроллера

В работе используется микроконтроллер фирмы ATtiny2313-20SU

Технические параметры микроконтроллера:

· Ядро: AVR

· Разрядность: 8

· Частота: 15MHz

· Объем памяти ROM: 2K

· Объем памяти RAM: 128Byte

· АЦП, количество каналов: 18

· ЦАП, количество каналов: 18

· Диапазон напряжение питания: 2.7V…5.5V

· Температурный диапазон: от -40°C до 85°C

1.3 Особенности архитектуры и структуры

Как и подавляющее большинство современных 8-разрядных микроконтроллеров, AVR является типичным представителем архитектуры Гарвардского типа. Память программ и память данных в нем отделены друг от друга и находятся в различных адресных пространствах (см. рис. 2). ЦПУ имеет две независимые шины: 16-разрядную для обращения к ПЗУ и 8-разрядную для взаимодействия с ОЗУ. Длина слова команды у AVR кратна 16-ти битам и может составлять 2 или 4 байта.

Рисунок 2 - Разделение памяти программ и данных в Гарвардской архитектуре

Гарвардская архитектура дает возможность одновременно осуществлять выборку команд из ПЗУ и производить операции над переменными в ОЗУ, что дает существенный прирост производительности. В этом случае, однако, микроконтроллер может выполнять команды только из ПЗУ, но для большинства приложений, где предполагается его использование, это не имеет серьезного значения.

Рисунок 3 - Работа конвейера команд

В микроконтроллерах AVR реализован двухступенчатый конвейер команд (см. рис. 3). Во время выполнения текущей команды, происходит выборка и декодирование следующей инструкции. Функционирование конвейера нарушается только в те моменты, когда результат выполнения команды не определен. Это относится к командам типа Test&Skip (Проверка и пропуск) и аппаратным прерываниям. В первом случае происходит ветвление по условию, которое заранее неизвестно, а во втором - программный переход в неопределенный момент времени.

AVR имеют систему команд RISC (ReducedInstructSetComputers - компьютеры с сокращённым набором команд). Такая система подразумевает наличие небольшого, хорошо продуманного набора команд, большая часть из которых выполняется за одинаковый промежуток времени (машинный цикл). Машинный цикл ядра AVR - 1 период тактовой частоты системного генератора. Это означает, что производительность микроконтроллера составляет 1 MIPS (MillionsInstructionPerSecond) на 1 МГц (!) или 20 MIPS при наибольшей частоте 20 МГц.

Рисунок 4 - Внутреннее устройство микроконтроллеров семейства ATtiny



Внутренняя структура микроконтроллеров семейства ATtiny приведена на рис. 4.

МК AVR имеют развитую периферию:

· Многофункциональные, двунаправленные GPIO порты ввода / вывода со встроенными подтягивающими резисторами. Конфигурация портов в/в задаётся программно.

· В качестве источника тактовых импульсов может быть выбран:

· кварцевый резонатор;

· внешний тактовый сигнал;

· внутренний RC-генератор (частота 1, 2, 4, 8 МГц).

· Внутренняя Флеш-память команд до 256 KБ (не менее 10 000 циклов перезаписи).

· Отладка программ осуществляется с помощью интерфейсов JTAG или debugWIRE:

· сигналы JTAG (TMS, TDI, TDO, и TCK) мультиплексированы на порт ввода / вывода. Режим работы - JTAG или порт - задаётся соответствующим битом в регистре fuses. МК AVR поставляются с включённым интерфейсом JTAG.

· Внутреннее EEPROM данных до 4 КБ (100 000 циклов).

· Внутренняя SRAM до 8 KБ время доступа 1 такт.

· Внешняя память объёмом до 64 КБ (Mega8515 и Mega162).

· Таймеры c разрядностью 8, 16 бит.

· ШИМ-модулятор (PWM) 8-, 9-, 10-, 16-битный.

· Аналоговые компараторы.

· АЦП (ADC) с дифференциальными входами, разрядность 10 бит (12 для XMEGA AVR):

· программируемый коэффициент усиления перед АЦП 1, 10 и 200;

· опорное напряжение 2,56В.

· Различные последовательные интерфейсы, включая:

· двухпроводной интерфейс TWI, совместимый с IІC;

· универсальный синхронно / асинхронный приёмопередатчик UART/USART;

· синхронный последовательный порт SerialPeripheralInterface (SPI).

· USB серия AT90USBxxxx.

· CAN серия AT90CANxxx.

1.4 Программное обеспечение для программирования микроконтроллера

Для того что бы микроконтроллер работал в него необходимо «вдохнуть жизнь», т.е. записать программу для его работы. Для этого используют программаторы. Программатор - аппаратно-программное устройство, предназначенное для записи / считывания информации в постоянное запоминающее устройство (однократно записываемое, ПЗУ, внутреннюю память микроконтроллеров и ПЛК). Существует множество программаторов как покупных, так и схем для самостоятельного сбора. Для данного микроконтроллера, ATtiny2313-15, будем использовать программатор AVR910-USB. Для того чтобы использовать программатор необходимо установить драйвера для данного программатора.

Установка драйверов для программатора

Рассмотрим установку драйверов для ОС Windows XP. Для этого необходимо:

Подключить программатор к РС через свободный разъем USB. ОС найдет новое устройство - AVR910 USB Programmer, при предложении автоматически найти драйвер, отказаться, и указать путь к файлу prottoss.avr910.usb.inf (указать путь к данному диску). При предупреждении, что драйвер не имеет цифровой подписи, игнорировать. Номер созданного виртуального COM порта должен быть в диапазоне COM1-COM4, иначе, программа AVRProg v. 1.4 не сможет найти программатор. Если Windows присвоит другой номер порта то изменить его можно, если зайти в диспетчере устройств в: AVR910 USB Programmer> Свойства > Параметры порта > Дополнительно > Номер COM-порта. Ниже приведены скриншоты установки номера порта в диспетчере устройств. (рис. 5. рис. 6)

Рисунок 5

Рисунок 6

Выбор программатора в программах

В прилагаемом программном обеспечении Вы должны правильно установить тип устройства (программатора) - выбирайте AVR910 или AVRISP, а также номер организованного виртуально порта. Ниже приведены примеры установки этих параметров в программах ChipBlaster/ChipVisi (рис. 7)

Рисунок 7

Все программатор готов к использованию теперь можно преходить непосредственно к прошивке микроконтроллера.

Выбор программы и прошивка микроконтроллера

Популярными программами для записи программы в МК являются PonyProgиCodeVision AVR. Мы воспользуемся CodeVision AVR (CVAVR).

Для начала можете микроконтроллер поставить в панельку программатора, и подключить его к LPT порту, затем подавайте питание.

Запускаем программу CVAVR

Рисунок 8 - Запуск программы CVAVR

1) Сначала нам нужно настроить порт, заходим в меню Settings ->Programmer. (рис. 9)

Рисунок 9

Откроется окошко, все настройки выставляем как на рисунке 10

Рисунок 10

2) Нажимаем ОК, далее заходим в меню Tools ->ChipProgrammer рис. 11

Рисунок 11

Откроется окно такого вида (рис 12)

Рисунок 12

Ничего лишнего в этом окошке не трогаем, галочки не ставим и ничего не переключаем.

3) Выбираем нужный нам микроконтроллер из выпадающего меню, в нашем случае ATtiny2313-15.

4) Теперь нам нужно открыть файл прошивки, в окошке нажимаем File ->Load FLASH (рис 13)



Рисунок 13

5) Откроется окно, где нужно будет выбрать файл прошивки с расширением.hex, кстати, не забудьте внизу из выпадающего меню «Тип файлов» выбрать этот тип файла. (рис. 14)

Рисунок 14



6) Файл EEPROM выбираем точно так-же, для этого нажимаем меню File ->Load EEPROM, расширение этого файла.eep, если к вашему проекту такой файл не прилагается, значит нужно прошивать только FLASH т.е..hex.

Имейте ввиду, что процессы прошивки программы, фьюзов и ПЗУ (EEPROM) это самостоятельные отдельные процедуры. И рекомендуется шить сначала программу, затем ПЗУ, затем фьюзы, в принципе что у нас и происходит, когда мы загружаем все файлы для прошивки, и выставляем фьюзы в окошке.

7) Итак, файлы прошивки мы загрузили, теперь нам нужно выставить фьюзы, для моего проекта фьюзы следующие: BOOTSZ1, BOOTSZ0, SUT1, CKSEL3, CKSEL2, выставляем их. (рис. 15)

Рисунок 15



8) Затем ставим галочку ProgramFuseBit(s), если вы не поставите галочку - фьюзы не будут записываться.

Чтобы проверить, видит ли наша программа программатор, подключенный к LPT порту, нажимаем кнопку ResetChip, на программаторе должны мигнуть светодиоды чтения / записи.

9) Теперь можно прошить МК, нажимаем кнопку ProgramAll, и начнется процесс прошивки. (рис. 16)

Рисунок 16

Если вы загружали только файл прошивки FLASH.hex, то по ходу прошивки программа предложит загрузить файл EEPROM, жмем NO, т.е. НЕТ. Рис. 17

Рисунок 17

После чего пробегут еще 2 полоски и процесс прошивки завершится рис. 18



Рисунок 18

Все на этом прошивка микроконтроллера закончена, теперь он готов к работе.

1.5 Выбор операционной системы для условия программирования

Программирование МК происходит на системе Windows XP SP1

Windows XP (кодовое название при разработке - Whistler; внутренняя версия - Windows NT 5.1) - операционная система (ОС) семейства Windows NT корпорации Microsoft. Она была выпущена 25 октября 2001 годаи является развитием Windows 2000 Professional. Название XP происходит от англ. eXPerience (опыт).

В отличие от предыдущей системы Windows 2000, которая поставлялась как в серверном, так и в клиентском вариантах, Windows XP является исключительно клиентской системой. Её серверным аналогом является WindowsServer 2003. Хотя WindowsServer 2003 и построен на базе того же кода, что и Windows XP, почти всецело наследуя интерфейс её пользовательской части, WindowsServer 2003 всё же использует более новую и переработанную версию ядра NT 5.2; появившаяся позже Windows XP Professional x64 Edition имела то же ядро, что и WindowsServer 2003, и получала те же обновления безопасности, вследствие чего можно было говорить о том, что их развитие шло одинаково.

Пакет обновлений 1 (SP1) для Windows XP был выпущен 9 сентября 2002 года. Наиболее важными новшествами стали поддержка USB 2.0, возможность выбирать программы по умолчанию для просмотра Интернета, почты, обмена мгновенными сообщениями, а также различные реализации виртуальной машины Java. Шифрующая файловая система EFS получила возможность использовать алгоритм шифрования AES с 256-битным ключом. По умолчанию включена поддержка LBA-48, позволяющая операционной системе работать с жёсткими дисками ёмкостью более 137 Гб.

Пакет обновлений 1a был выпущен 3 февраля 2003 года и удалял виртуальную машину Java из системы. Корпорация Майкрософт не рекомендовала пользователям, уже установившим пакет обновлений SP1, устанавливать пакет SP1а.

1.6 Описание работы изделия и порядок настройки и регулировки

1. Назначение

Дистанционный выключатель регулятор «Сапфир-2503» предназначен для ручного и дистанционного управления освещением: включения, выключения, регулировки яркости освещения в жилых и служебных помещениях. «Сапфир-2503» рассчитан на работу с лампами накаливания и галогенными лампами на 220 В.

2. Технические характеристики

Напряжение сети 220 В, 50 Гц

Мощность нагрузки

минимальная 40 Вт

максимальная 500 Вт

Диапазон рабочих температур: 0…+40^оС

3. Комплектность

Выключатель 1 шт.

Запасной предохранитель 1 шт.

4. Техника безопасности

4.1. Запрещается пользоваться выключателем с повреждённым корпусом.

4.2. Установку выключателя, замену ламп и перегоревшего предохранителя производить при отключенном напряжении сети в помещении.

5. Дистанционное управление

- осуществляется любым пультом ДУ, направленным в сторону выключателя. Пульты от устаревших отечественных телевизоров 3-го и 4-го поколений могут не подойти.

5.1. Вхождение в режим ДУ - нажмите и удерживайте (2-3 сек.) любую кнопку пульта ДУ до подачи звукового сигнала.

5.2. Включение/выключение освещения - войдите в режим ДУ (см. п. 5.1.), затем отпустите и кратковременно (примерно на полсекунды) нажмите любую кнопку пульта.

5.3. Регулировка яркости освещения - войдите в режим ДУ (см. п. 5.1.), затем отпустите, нажмите и удерживайте любую кнопку пульта.

Если войдя в режим ДУ, вы не управляете выключателем дольше трёх секунд, выключатель подаст звуковой сигнал и выйдет из режима ДУ.

6. Имитация присутствия человека

В этом режиме выключатель периодически включает и выключает освещение случайным образом по специальной программе.

Дистанционное управление продолжает работать.

6.1. Включение/выключение режима имитации присутствия - многократно (9 раз) включайте и выключайте освещение до подачи звукового сигнала.

Режим имитации присутствия включён

- индикатор мигает.

Режим имитации присутствия выключен

- индикатор светится постоянно.

Внимание! Не забывайте выключать Режим имитации присутствия!

6. Монтаж (см. схему монтажа)

Внимание! Установку выключателя и замену ламп производить только при отключенном напряжении сети!

6.1. Снять клавишу-сенсор (1) САПФИРА, отжав ее от рамки (2) в указанных на рисунке местах

6.2. Фазный провод, выходящий из монтажной коробки, подключить к клемме «ФАЗА» (3)

6.3. Нулевой провод, выходящий из монтажной коробки, подключить к клемме «НОЛЬ» (4)

6.4. Вставить САПФИР в монтажную коробку и зафиксировать его с помощью лапок-распорок (6), закрутив винты

6.5. Защелкнуть клавишу-сенсор (1) в рамку (2)

6.6. При замене 2-клавишного выключателя провода от двух групп ламп объединить в одно клеммное отверстие.

7. Замена предохранителя

Внимание! Замену предохранителя производить только при отключенном напряжении сети!

Использовать предохранители, рассчитанные на ток 3 А (или 3, 15 А).

7.1. Выполнить пункт 6.1.

7.2. Вынуть из держателя неисправный предохранитель.

7.3. Вставить новый предохранитель номиналом 3 А (или 3, 15 А).

7.4. Выполнить пункт 6.5.

8. Возможные неисправности

Неисправность	Причина	Метод устранения
Не светится индикатор	Нет напряжения сети	Проверить наличие напряжения сети
	Перегорел предохранитель	Заменить предохранитель (см. п. 7.)
	Перегорела лампа	Заменить лампу
Самопроизвольно включается и выключается освещение	Включен режим имитации присутствия, индикатор мигает	Выключить режим имитации присутствия (см. п. 5.)
Отсутствует дистанционное управление	Разрядились батарейки пульта ДУ	Заменить батарейки в пульте ДУ
	Пульт старого типа	Использовать другой пульт



2. Специальная часть

2.1 Проектирование компоновки изделия

Компоновка производится на основании схемы электрической принципиальной АКТП.230101.089 ЭЗ, таблица 1, расчета габаритных размеров печатной платы и изображена на компоновочным эскизе.

Связанные элементы расположены в непосредственной близости друг от друга для уменьшения длины проводников, а, следовательно, и паразитных связей (смотри компоновочный эскиз).

Паразитные наводки изделия, не влияют на элементы схемы, поэтому нет необходимости разносить или экранировать ЭРЭ и все ЭРЭ находятся в непосредственной близости друг к другу.

Проводники в основном прямые, расположенные под углом 90^0, 45⁰ для удобства изготовления изделия автоматизированным способом и уменьшения времени изготовления платы, они проведены так, чтобы обеспечить их минимальную длину.

Компоновка производилась в основном по одному принципу, а именно принципу уменьшения габаритных размеров.

2.2 Осуществить расчет на надежность изделия

Определить величины:

- Интенсивность отказов изделия л_изд, 1/час;

- Среднее наработки до первого отказа Т_ср, час;

- Вероятность безотказной работы Р(t).

Данные для расчета

Расчет на надежность производят по окончательному варианту, то есть выбор Э.Р.Э. производится в зависимости от коэффициента нагрузки для Э.Р.Э. Кн=1. и от температуры окружающей среды плюс 35⁰С.

Интенсивность отказа изделия л_изд, 1/час определяется по формуле:

Л_изд =У л_издi*N, (1)

Где л_i - интенсивность отказов Э.Р.Э. данного наименования, 1/час;

Т - Число Э.Р.Э. данного наименования, шт.;

n - Число наименований Э.Р.Э в изделии.

Средняя наработка до первого отказа Тср, ч; определяется по формуле:

Тср=1/л_изд, (2)

- Вероятность безотказной работы Р(t) определяется по формуле:

Р(t)=e^Тр/Тср, (3)

Где е - основание натуральных логарифмов;

Т_ср - среднее время наработки до первого отказа, ч;

Т_р -время в течении которого изделие должно работать безотказно, ч.

Расчет на безотказность

Находим интенсивность отказов л_i*10^-3, 1/час, для каждого из наименований радиоэлентов при температуре нагретой зоны T^н.з=60⁰С. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты должны быть элементы размещенные на печатной плате то есть соответствовать таблицы один

Наименование ЭРЭ	Ni, шт.	Режимы работы	лi·10-3 1/час	Ni·лi·10-3 1/час	? лi 1/час	Тср час	Р(t)
		tн.з	Кн
1. Конденсаторы	5	30 0С	1	0,00001	0,00005	0,008241-3	121344,5	0,991788
2. Микросхемы	1			0,000001	0,00001
3. Катушка индуктивности	1			0,000002	0,000002
3. Диоды	2			0,00012	0,00024
4. Резисторы	9			0,000001	0,000009
5. Кварцевый резонатор	1			0,00001	0,00001
6. Транзисторы	2			0,0001	0,0002
7. Соединения пайкой	73			0,0001	0,0073
8. Разъём подключения к сети	2			0,0000001	0,0000002
9. Светодиод	1			0,00024	0,00024
10. Лампа накаливания	1			0,0001	0,0001
11. Предохранитель	1			0,00008	0,00008

(0,0005+0,00001+0,000002+0,00024+0,000009+0,00001+ +0,0004+0,0073+0,0000002+0,00024+0,0001+0,00008)*= 0,008241*10^-3

Тср = 1/0,008241*10^-3 = 121344,5

Р(t) = 2,72^{-1000/121344,5}= 2,72 ^-0,008241= 1/2,72^0,008241 = 1/1,00828= 0,991788?0,99

В процессе выполнения работы я получила искомые величины:

Интенсивность отказа изделия 0,008241*10^-3 , средняя наработка до первого отказа Т_ср = 121344,5, вероятность безотказной работы Р(t) = 0,99.

Анализ полученных данных говорит о том, что изделий надежно и выбор электрорадиоэлементов был верен.

2.3 Расчет на тепловое воздействия изделия

Задача расчета

Рассчитать:

- Длину нагретой зоны А_нз, мм;

- Ширину нагретой зоны В_нз, мм;

- температуру нагретой зоны t_нз, ⁰С;

- Высоту нагретой зоны Н_нз, мм.

Данные для расчета

- Общая мощность рассеивания ЭРЭ Р=5,4 Вт

- Толщина платы h= 1,5 мм;

- Длина изделия а=200 мм;

- Ширина изделия b=125 мм;

- Высота изделия Н=13 мм;

- Максимальная температура окружающей среды t_oc=25 ⁰C;

Общий объем ЭРЭ V=4723.05 мм³;

Условия расчета

Температура нагретой зоны t_нз, ⁰С, определяется по формуле:

t_нз=(Р?h/(а?в?л_рт)+t_ос (13)

Где Р - общая мощность рассеивания ЭРЭ, Вт;

H - толщина платы, мм;

А - длина изделия мм,

Ширина изделия мм;

лрт - теплопроводность стеклотекстолита равная 0,17?10^-3.

Длина нагретой зоны принимается равной длине изделия, а ширина нагретой зоны равной ширине изделия.

Объем изделия V_изд, мм³, определяется по формуле:

V_изд=а?в?Н (14)

Где Н - высота изделия.

Коэффициент заполнения Кз определяется по формуле:

К_з=V+(a?в?Н) (15)



Где V - объем всех ЭРЭ, мм³.

Высота нагретой зоны Ннз, мм, определяется по формуле:

Н_нз=Н?К_з (16)

Расчет

Температура нагретой зоны t_нз, мм определяется по формуле (13)

t_Н.З = (5,4 * 1,5 / 200 * 125 * 0,17 * 10^-3) + 25 = 25,19?С

Объем изделия Vизд определяется по формуле (14)

V_изд = 200 * 125 * 13 = 325000 мм³ = 0,0003 м³

Коэффициент заполнения Кз определяется по формуле (15)

К_З = (325000 + 4723,05) / 325000 = 1,01

Высота нагретой зоны Н_нз определяется в соответствии с

коэффициентом заполнения по формуле (16)

h_Н.З.= 13 * 1,01 = 13,13 мм

2.4 Расчет на технологичность

Чертеж «Макета регулировки конвейера» для расчета представлен на:

АКТП.2008 44.094 СБ Макет регулировки конвейера

АКТП.2008 44.094 Спецификация

Схема техпроцесса сборки и монтажа изделия, тип производства - серийный.

Таблица 4.1 - Технологический процесс сборки изделия

Наименование операции	Оборудование
1. Подготовка к монтажу ЭРЭ: А) Гибка: выводов VT1-VT2	А) Приспособление для гибки.
Б) Обрезка выводов: ZQ1, VT1-VT2	Б) Приспособление для обрезки. Ручная.
2. Установка ЭРЭ: согласно позициям сборочного чертежа, в количестве 51 штуки	Ручная.
3. Пайка: все ЭРЭ и сборочные единицы согласно ЭЗ и компоновочного эскиза в количестве 51 штук	Стол монтажника.
4. Настройка в составе изделия. Количество операций настройки и контроля - 2 операции	Ручная
6. Контроль.	ОТК

Задача расчета

Рассчитать комплексный коэффициент технологичности К_пов

Данные для расчета:

Таблица 4 - Данные для расчета

	Общее количество ЭРЭ	33
	Общее количество ЭРЭ, деталей, сборочных единиц	34
	Количество ЭРЭ подлежащих механической и автоматизированной формовки	9
	Количество элементов подлежащих механической и автоматизированной пайке (ручная)	33
	Количество ЭРЭ требующие настройки и регулировки	1
	Количество операций контроля и настройки, которые выполняются автоматизированным способом	___
	Общее число операций контроля и настройки	1
	Количество дискретных элементов замененных ИМС	0
	Количество деталей, сборочных единиц изготовляемых с применением типовых технологических процессов	31
	Общее число типовых деталей, сборочных единиц	31
	Общее количество стандартных деталей сборочных единиц	24

Условия расчета

Технологичность конструкции выражается комплексным показателем технологичности.

Расчет производится по следующим формулам:

Коэффициент повторяемости К_пов определяется по формуле:



(10)

Коэффициент механизированной и автоматизированной подготовки Э.Р.Э к монтажу К_мап определяется по формуле:

(11)

Коэффициент механизации и автоматизации монтажа К_амм определяется по формуле:

(12)

Коэффициент сложности сборки К_сб определяется по формуле:

(13)

Коэффициент автоматизации, механизации контроля и настройки К_маки определяется по формуле:

(14)

Коэффициент использования микросхем К_имс определяется по формуле:

(15)

16)



Коэффициент весомости ц_i определяется для каждого коэффициента технологичности К_i по формуле:

где n-весомость, 1,2,3,4,5,6,7

Коэффициент весомости ц_i, соответствует коэффициентам технологичности К_i, которые расставляются в соответствии с важностью, значимостью.

Комплексный коэффициент технологичности К определяется по формуле:

где К - коэффициент технологичности

ц_i, - коэффициент весомости

Расчет

Коэффициент повторяемости К_пов:

К_I = 1 - 31 / 34 = 0,08

б) Коэффициент механизированной и автоматизации подготовки к монтажу К_МП.ЭРЭ=К_II, рассчитываем по формуле (31)

К_II = 1 - 9 / 33 = 0,72

в) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа К_А.М.=К_III, определяем по формуле (32)

К_III = 1 - 33 / 33 = 0

г) Коэффициент сложности сборки, К_С.СБ.=К_IV, считаем по формуле (33)

K_IV = 1 - 1 / 33 = 0,96

д) Коэффициент автоматизации и механизации контроля и настройки, К_МК.Н.=К_V, считаем по формуле (34)

K_V = 1 - 0 / 33 = 1

е) Коэффициент использования микросхем К_МСХ.=К_VI, рассчитываем по формуле (35)

K_VI = 1 - 33 / 12750 = 0,99

ж) Коэффициент применяемости типовых технологических процессов, К_ПТП=К_VII, рассчитывается по формуле (36)

K_VII = 31 / 31 = 1

з) Коэффициент стандартизации, К_СТ=К_VIII, рассчитывается по формуле (37)

K_VIII = 9 / 31 = 0,29

Весомость коэффициентов технологичности, рассчитывается по формуле (38)

Таблица 7 - Весомость коэффициентов технологичности.

n	1	2	3	4	5	6	7
	KVII	KV	KVI	KIV	КIV	КII	КI	KIII

ц_I = 1 / 2^1-1 = 1

ц_II = 2 / 2^2-1 = 1

ц_III = 3 / 2^3-1 = 0,75

ц_IV = 4 / 2^4-1 = 0,5

ц_V = 5 / 2^5-1 = 0,3

ц_VI = 6 / 2^6-1 = 0,18

ц_VII = 7 / 2^7-1 = 0,10

ц_VIII = 8 / 2^8-1 = 0,0625

Комплексный показатель технологичности рассчитывается по формуле (39)

К = (0,08 * 1) + (0,72 * 1) + (0 * 0,75) + (0,96 * 0,5) + (1 * 0,3) + (0,99 * 0,18) + (1 * 0,1) + (0,29 * 0,625) / (0,08 + 0,72 + 0 + 0,96 + 1 + 0,99 + 1 + 0,29) = 2,03945 / 5,04 = 0,4

Коэффициент технологичности К=0,4

Изделие технологично, так как коэффициент технологичности меньше проектного комплексного коэффициента технологичности, К_ПР0,8.

Технологичность достигнута за cчёт применения механизированной подготовки электрорадиоэлементов к монтажу, применение стандартных изделий и типовых технологических процессов



3. Организация рабочего места специалиста ПО оператора ЭВМ

3.1 Внутренняя планировка и внутренняя функция рабочего места ЭВМ

Эффективность труда специалистов всех категорий независимо от характера условий их деятельности зависит от того, как устроено и оснащено рабочее место. Организация рабочего места включает в себя оснащение всем необходимым и создание удобств, комфортных условий работы, предотвращение вредного воздействия на человека неблагоприятных факторов внешней среды.

Работа оператора ЭВМ утомительна, так как связанна с постоянным статическим напряжением мышц и многими другими, раскрытыми выше, вредными для организма явлениями, возникающими из - за относительной неподвижности рабочей позы. К этому добавляется также постоянное нервное напряжение. Такой труд нуждается в облегчении и, прежде всего в рациональном устройстве рабочего места, в соответствии с общепринятыми стандартами.

Под рабочим местом оператора ЭВМ понимают зону трудовой деятельности, оснащенную всем техническим и вспомогательным оборудованием, необходимым для осуществления управлением ЭВМ. Организация рабочего места оператора ЭВМ должна удовлетворять следующим эргономическим и психологическим требованиям:

1. досягаемость - рациональная планировка рабочего места предполагает такое размещение всех технических средств и рабочих материалов, которое позволяет работать без лишних движений, приводящих к утомлению и лишним затратам времени. На этот счёт имеются нормативные данные, определяющие размеры зон досягаемости, в которых работа наименее утомительна, и максимальных рабочих зон, ограниченных вытянутыми руками. Зоны эти располагаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях и зависят от роста человека. Зная их размеры, можно приступать к решению вопроса о размещении отдельных приспособлений и материалов, сообразуясь с их назначением и частотой использования.

2. Обозримость - это требование организовать своё рабочее место так, чтобы все без исключения материалы в любой момент были видны. Хорошая обозримость в сочетании с постоянством мест хранения материалов, должна свести на нет потери времени на их поиск. Нормальной должна быть такая организация труда, при которой слово «искать» было бы вообще исключено из лексикона;

3. Изолированность - исследования показывают прямую зависимость между степенью изолированности рабочего места умственного труда и продуктивностью работы. Ликвидируется нервное напряжение, возникающее при необходимости работать на виду;

4. Достаточное рабочее пространство для оператора - условие, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения при эксплуатации машины;

5. Остаточные физические, зрительные и слуховые связи между оператором и оборудованием;

6. Оптимальное размещение оборудования, главным образом средств отображения информации и органов управления, благодаря которому обеспечивается удобное положение оператора при работе;

7. Четкое обозначение органов управления, элементов системы обозначения информации, других элементов оборудования, которые нужно находить опознавать, и которыми оператор должен манипулировать;

8. Необходимое естественное и искусственное освещение для выполнения оперативных задач и технического обслуживания оборудования;

9. Обеспечение комфорта в помещениях, где работают операторы (температурный режим, допустимый уровень акустических шумов, создаваемых оборудованием рабочего места);

10. Наличие необходимых инструкций и предупредительных знаков, предостерегающих об опасности и указывающих на необходимые меры предосторожности при работе.

Существует определенная совокупность санитар - гигиенических норм и требований, обеспечивающих комфортные условия труда и высокую работоспособность оператора ЭВМ.

Освещенность рабочего места является одним из основных факторов, оказывающих влияние на утомляемость и работоспособность. Отрицательные последствия может иметь как недостаточное, так и слишком сильное освещение. Принято, поэтому, для обеспечения благоприятных условий работы, нормировать минимальную освещенность на рабочем месте (освещенность на наиболее темном участке рабочей поверхности). Нормы освещенности определяются назначением помещения и характером выполняемых в нем работ. С учетом спецификации работы программиста, ее можно отнести ко 2-3 разряду работ, что подразумевает обеспечение на рабочем месте следующих величин освещенности:

- не меньше 5 - 7 Лк при верхнем и комбинированном естественном освещении;

- не меньше 1,5 - 2 Лк при боковом естественном освещении;

- не меньше 750-2000 Лк при системе комбинированного искусственного освещения;

- не меньше 300-500 Лк при системе общего искусственного освещения. Необходимо добавить, что естественное освещение положительно влияет не только на зрение, но также тонизирует организм человека в целом и оказывает благоприятное психологическое воздействие. В связи с этим все помещения в соответствии с санитарными нормами и правилами должны иметь естественное освещение.

Что касается планировки, то особое место в системе эргономических стандартов занимает стандарт. Он устанавливает требования к взаимному расположению пульта управления, средств отображения информации, органов управления, рабочего сиденья, основного и вспомогательного оборудования, организационно-технических средств на рабочем месте.

Планировка рабочего места оператора ЭВМ должна быть проведена таким образом, чтобы обеспечить комфортные условия работы при использовании рабочей площади помещения и соблюдения всех санитарно-гигиенических норм.

Управление ЭВМ осуществляется с помощью клавиатуры или манипулятора типа «мышь», в отдельных случаях возможно применение планшета или дигитайзера. Органы управления должны размещаться в пределах зоны обзора и не должны быть рассредоточены на рабочем месте, их следует группировать, обеспечивая обоснованную целостность в пространстве. Органы ручного управления следует располагать так, чтобы оператор мог манипулировать ими при согнутом локте под углом 90 - 135 градусов. Большинство органов ручного управления постоянного действия должно быть расположено на высоте на уровне локтя плюс-минус 0,1 м. Орган управления должен находиться не ближе 0,2 мм от оператора. Оптимальное расстояние между корпусом оператора и серединой клавиатуры 0,3-0,4 м. Высота стола, на котором размещается оборудование, должна быть такой, чтобы расстояние от пола до середины клавиатуры выдерживалось в пределах 0,65-0,7 м. На рабочем месте оператора ЭВМ предусматривается место для блокнота, с наклоном в сторону оператора 10-15?С.

Что касается рабочего места, то на нем в обязательном порядке должна быть размещен компьютер, периферийные устройства и другие необходимые устройства и принадлежности для обеспечения качественной и удобной работы оператора ЭВМ. Основные функции на рабочем месте оператора включают в себя следующие пункты:

1. Оператор ЭВМ должен вести процесс обработки информации на электронно-вычислительных машинах по рабочим инструкциям с пульта управления.

2. Вводить информацию в электронно-вычислительные машины (ЭВМ) с технических носителей информации и каналов связи и вывод ее из машины.

3. Передавать по каналам связи полученных на машинах расчетных данных на последующие операции.

4. Осуществлять подготовку технических носителей информации на устройствах подготовки данных.

5. Осуществлять запись, считывание и перезапись информации с одного вида носителей на другой.

6. Контролировать технические носителей информации.

7. Обеспечивать проведение вычислительного процесса в соответствии с рабочими программами.

8. Устанавливать причины сбоев в работе в процессе обработки информации.

9. Записывать сведения об использовании машинного времени и замеченных дефектах работы машин в журнал по учету машинного времени.

10. Оформлять результаты выполненных работ.

11. Содержать в надлежащем состоянии средства вычислительной и оргтехники, другого офисного оборудования закреплённого за ним или общего пользования и свое рабочее место.

Работая за компьютером, необходимо помнить, что по единым требованиям, расстояние до монитора должно быть достаточно большим. Минимальное расстояние для 15-и дюймового монитора 0,5 м, для 17-и дюймового - от 0,8 м. Если зрение не позволяет выдерживать это расстояние, тогда необходимо уменьшить разрешение изображения и увеличивайте шрифты. По высоте монитор надо располагать так, чтобы центр экрана был чуть ниже уровня глаз. Плоскость экрана надо повернуть так, чтобы от верхнего и нижнего края до глаз было примерно одинаковое расстояние. Монитор должен находиться прямо впереди посредине стола. Абсолютно неприемлемо расположение монитора на углу стола, когда пользователь сидит к нему вполоборота. Материал кресла и одежды тоже имеет значение при работе за компьютером: при возможности, необходимо избегать синтетических тканей, которые накапливают статическое электричество, которое вредно для техники. Недопустимо попадание прямого солнечного света на экран монитора - он вызывает блики и уменьшает контрастность изображения. Также недопустима полная темнота. Наилучший выход, это рассеянный полумрак созданный при помощи штор или жалюзей и дополнительное точечное освещение рабочего места. Оптимально сидеть лицом к дверям, чтобы за спиной было затемненное окно. Также свет может падать со стороны. Старайтесь в этом случае опять же избегать прямых солнечных лучей. Недопустимо когда за монитором находиться незатемненное окно. Очень неплохо, если между столом и стеной имеется расстояние. Это обеспечивает лучшую циркуляцию воздуха и охлаждение системного блока, а также более легкий доступ к подключенным кабелям.

Совокупность интересов и ценностных ориентации работников определяется многими из вышеназванных факторов. Прежде всего на них влияет уровень содержательности труда, его физической тяжести и нервно-психической напряженности, санитарно-гигиенические, эргономические и организационные условия труда. Будучи производными от указанных факторов, интересы и ценностные ориентации становятся самостоятельным фактором и определяют состояние отношений в коллективе, уровень его сплоченности, организованности и дисциплинированности. Работоспособность и профессионализм рабочего персонала, безусловно, имеет большое значение, но и не малую роль играют внешние факторы, которые оказывают достаточно большое влияние на работу служащих. Именно поэтому не стоит забывать о единых требованиях и стандартах.



3.2 Внешняя планировка и внешняя функция рабочего места ЭВМ

микроконтроллер программный себестоимость схема

Основные помещения вычислительного центра располагаются в непосредственной близости друг от друга. Их оборудуют общеобменной вентиляцией и искусственным освещением. К помещению машинного зала и хранения магнитных носителей информации предъявляются особые требования. Площадь машинного зала соответствует площади необходимой по заводским техническим условиям данного типа ЭВМ.

Высота зала над технологическим полом до подвесного потолка равна 3-3,5 м, что соответствует нормам. Расстояние подвесным и основным потолками при этом равно 0,5-0,8 м. Высоту подпольного пространства равна 0,2-0,6 м. Объем и площадь производственного помещения, которые должны приходиться на каждого работающего по санитарным нормам, должны быть не менее 15 куб. м. и 4.5 м², соответственно. Высота производственного помещения не должна быть менее 3,2 м. Стены и потолки должны быть выполнены из малотеплопроводных материалов, не 'задерживающих осаждение пыли. Полы должны быть теплыми, эластичными, ровными и нескользкими.

В вычислительном центре применяется боковое естественное освещение. Рабочие комнаты и кабинеты имеют естественное освещение. В остальных помещениях присуще искусственное освещение. В тех случаях, когда одного естественного освещения не хватает, устанавливается совмещенное освещение. При этом дополнительное искусственное освещение применяется не только в темное, но и в светлое время суток.

Рациональное цветовое оформление помещения направленно на улучшение санитарно-гигиенических условий труда, повышение его производительности и безопасности. Окраска помещений влияет на нервную систему человека, его настроение и, в конечном счете, на производительность труда. Поэтому, основные производственные помещения окрашены в соответствии с цветом технических средств. Освещение помещения и оборудования - «мягкое», без блеска.

Снижение шума, создаваемого на рабочих местах ВЦ внутренними источниками, а также шума проникающего извне, является очень важной задачей. Снижение шума в источнике обеспечивают применением упругих прокладок между основанием машины, прибора и опорной поверхностью. В качестве прокладок используются резина, войлок, пробка, различной конструкции амортизаторы. Под настольные шумящие аппараты подкладывают мягкие коврики из синтетических материалов, а под ножки столов, на которых они установлены, прокладки из мягкой резины, войлока, толщиной 6-8 мм. Крепление прокладок производится путем приклейки их к опорным частям. Согласно ГОСТ уровень шума в помещении программистов вычислительных машин не должен превышать 50 дБ. Согласно тому же ГОСТу, среднеквадратичное значение колебательной скорости для вибраций с частотами, близкими к 5 Гц, не должно превышав на рабочем месте значения 0,005 мм/с или 10дБ. Гигиенические исследования позволяют установить, что шум и вибрации ухудшают условия труда, оказывая вредное воздействие на организм человека. При длительном воздействии шума на организм человека происходят нежелательные явления: снижается острота зрения, слуха, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может быть причиной функциональных изменений сердечнососудистой и нервной систем. Вибрации также неблагоприятно воздействуют на организм человека: они могут быть причиной функциональных расстройств нервной и сердечно сосудистой систем, а также опорно-двигательного аппарата. При этом заболевание сопровождается головными болями, головокружением, онемением рук (при передаче вибраций на руки), повышенной утомляемостью. Особенно вредна вибрация с частотой около 5 Гц, то есть с частотой, близкой к собственной частоте человеческого тела.

Рациональная планировка помещения, размещения оборудования в вычислительном центре является важным фактором, позволяющим снизить шум при существующем оборудовании ЭВМ. Машинный зал и помещение для сервисной аппаратуры расположено в дали от шумящего и вибрирующего оборудования. Снижение уровня шума, проникающего в производственное помещение извне, достигнуто увеличением звукоизоляции ограждающих конструкций, уплотнением притворов окон и дверей.

Влияние температуры на работоспособность человека очень заметно. При 25°С начинается физическое утомление. При температуре 30°С и выше умственная деятельность ухудшается, замедляется реакция, возрастает число ошибок. Температура 11°С является минимальной, так как при дальнейшем ее понижении начинается замерзание. Наиболее благоприятным является интервал от 17°С до 22°С, который и рекомендуется для поддержания в производственном помещении.

Нормальная влажность воздух лежит в интервале от 60 до 70%. Подвижность воздуха в помещении облегчает испарение влаги с поверхности человеческого тела, что нормализует температурные режим таким образом ведет к повышению работоспособности. Согласно нормам производственных помещений скорость движения воздуха принимается не более 0,3 м/с.

Для плавного регулирования и поддержания в необходимых пределах температуры и влажности воздуха в производственном помещении рекомендуется установить бытовой кондиционер.

Служащим предприятия, занятым умственной работой, необходимо периодически связываться как друг с другом, так и непосредственно с начальством. Для того, чтобы осуществлять контакт на расстоянии, давольно давно используют локальную сеть. Локальная сеть - это группа связанных между собой компьютеров, серверов, принтеров, расположенных в пределах здания, офиса или комнаты. Локальная сеть дает возможность получать совместный доступ к общим папкам, файлам, оборудованию, различным программам. Использование ресурсов локальной сети дает возможность существенно снизить финансовые затраты предприятия, повысить уровень безопасности хранения важных данных, сократить временные затраты сотрудников компании на решение различного вида задач, а так же повышение общей эффективности работы.

Локальная сеть состоит из следующего оборудования и технологий:

- концентраторы (HUB) - соединяет сетевые кабели и обеспечивает взаимодействие между подключенными к ним устройствами (компьютеры, принт-серверы и т.д.);

- управляемый коммутатор - концентратор, который предоставляет возможности начального администрирования конфигурации локальной сети;

- принт-сервер - специальное устройство, которое обеспечивает подключение принтера к компьютерной сети и дает возможность печати всем пользователям локальной сети;

- файл-сервер - один компьютер локальной сети, предоставляющий дисковое пространство для хранения информации с возможностью непрерывного доступа к ней пользователям;

- устройство беспроводного доступа - радиосигнал, позволяющий соединять локальные сети, расположенные в пределах прямой видимости на расстоянии до 0,025 м;

- сервер авторизации и доступа - основной сервер локальной сети, на котором происходит регистрация всех пользователей сети и организация доступа к ресурсам. Сервер выполняет следующие задачи: хранение используемых данных, распределение доступа к ресурсам, обеспечение работы выхода в сеть Интернет, защита сети от внешних вторжений.

Локальная сеть малого офиса (до 15 рабочих мест) предполагает создание одной рабочей группы пользователей с подключением к сети Интернет. Сетевой принтер используется для печати. Основная функция такой локальной сети - авторизация пользователей для выхода в сеть Интернет, защита локальной сети от внешних атак, тарификация Интернет трафика.

Локальна сеть масштаба предприятия (20-50 рабочих мест) базируется на основе проведения сети малого офиса. В такой локальной сети реализуется решение разграничения доступа между пользователями разных подразделений компании. В каждом подразделении пользователи объединены в отдельную подсеть. Так же рабочая группа может иметь собственный сервер. Коммутатор контролирует возможность доступа пользователей одной подсети в другую. Здесь существует возможность использования компонентов волоконно-оптических систем.

Если учитывать все общепринятые требования и стандарты, которые созданы именно для предприятия и непосредственно для такой профессии, как оператор ЭВМ, то это, безусловно, обеспечит высокую работоспособность и, соответственно, повысит производительность и прибыль любого предприятия.

4. Экономическая часть

4.1 Технологические характеристики

Таблица 4.1 - «Технологические характеристики по изготовлению платы»

№ операции	Наименование операции	Оборудование	Профессия	Разряд рабочего	Штучное время, t шт., час.
020	Комплектование	Стол монтажный	Маркировщик	II	0,07
025	Пайка	Стол монтажный	Монтажник	III	0,11
030	Пайка	Стол монтажный	Монтажник	III	0,11
035	Пайка	Стол монтажный	Монтажник	III	0,13
040	Промывка	Стол монтажный	Монтажник	III	0,16
045	Регулировка, калибровка	Стол монтажный	Монтажник	III	0,17
	Итого:	0,75

4.2 Характеристика и расчет стоимости основных материалов

1. Расходы на сырье и материалы рассчитываются по формуле:

(4.1)

Где - норма расходов материала на единицу продукции, 0,834 кг;

Ц_м - стоимость одного килограмма, 600 руб.;

П_тэр - процент транспортно-заготовительных расходов (применяем П_тэр = 5%);

Q_отх - масса отходов, 0,01 кг;

Ц_отх - стоимость одного килограмма отходов, 100 руб.

С_м= 0,834 * 600 * (1 + 5 / 100) - 0,0417 * 100 = 521,25 руб.

Стоимость материалов и отходов принимаем по данным завода.

Норма отходов определяется по формуле:

Q_отх = Q_нр - 95% (4.2)

Q_отх = 0,834 / 100 * 95 = 0,0417 кг

4.3 Характеристика и расчет покупных полуфабрикатов изделия

Таблица 4.2 - «Характеристика деталей и их стоимость»

№	Название детали	Цена за единицу, руб	Общая цена, руб
1	Плата монтажная PCB	100	100
2	Резистор С6-4 - 0,125 - 10 кОм	8	64
3	Резистор С6-4-2 - 2,2 кОм	7	7
4	Конденсатор К10-17 - «B» - 22 мкФ	6	18
5	Конденсатор К10-17 - «B» - 100 нФ	3	9
6	Детектор инфракрасного излучения	30	30
7	Микроконтроллер	120	120

Рассмотренные изделия (полуфабрикаты) подвергаются первичной обработке, и нуждается в дальнейшей окончательной обработке, чтобы стать полноценным устройством, в нашем случае - устройство автоматического включения света. Общая сумма, затраченная на полуфабрикаты равна 500 руб.

4.4 Характеристика и расчет заработной платы основных рабочих

Для создания ленточного устройства автоматического включения света необходима качественная и четкая руч...