Ультразвуковой измеритель уровня жидкости



Рисунок 3.4 Расположение выводов микроконтроллера

Рисунок 3.5 Условное графическое обозначение PIC18F252

3.3 Расчет входного преобразователя

Выходной информационный сигнал датчика - постоянное напряжение +0ч10 В, а максимальное входное напряжение АЦП ОЭВМ PIC18F252 равно напряжению питания контроллера (), т.е. 5 В. Таким образом задача входного преобразователя - пропорционально уменьшить выходное напряжение датчика () в два раза. Лучше всего для реализации поставленной задачи подходит резисторный делитель напряжения. Схема входного преобразователя изображена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.6 Схема входного преобразователя

Найдем номиналы резисторов R1 и R2 из выражений 3.1 и 3.2

3.1

3.2

Выберем номиналы резисторов R1 и R2 по 100 кОм. Для обеспечения точности преобразования в данной схеме необходимо использовать прецизионные резисторы типа: C5-53Ф-0.125-100 кОм0.05

3.4 Расчет блока индикации

Блок индикации должен обеспечивать отображение информации об уровне наполнения резервуара в формате X,XX метров в виде десятичных цифр. Таким образом, исходя из поставленной задачи, необходимо использовать индикатор, состоящий из трех светодиодных семисегментных индикаторов с точкой. Индикация - динамическая.

На рисунке 3.7 приведена электрическая принципиальная схема блока индикации.

Рисунок 3.7 Схема блока индикации

Сегменты A-H светодиодных семисегментных индикаторов подключены соответственно к выводам RB7-RB0 порта В микроконтроллера, данные передаются в порты, обслуживающие дисплей, в упакованном BCD формате. Для реализации схемы блока индикации выберем светодиодные семисегментные индикаторы красного цвета свечения АЛС333А. Выбор именно светодиодных индикаторов обусловлен наличием у них ряда преимуществ в отличие от жидкокристаллических и вакуумных люминесцентных, таких как хорошая видимость индикаторов на достаточно большом расстоянии и в темноте, чего не могут обеспечить жидкокристаллические, а также более низкое энергопотребление в отличие от вакуумных люминесцентных индикаторов. АЛС333А имеет высоту знаков 12 мм, ток потребляемый каждым сегментом =20 мА, напряжение питания = 2 В. Порты микроконтроллера PIC18F252 имеют достаточно большую нагрузочную способность (=25мА), поэтому сегменты индикаторов подключаются непосредственно в выводам МК без каких-либо усилительных элементов. Резисторы R5-R13 задают требуемое = 2 В для каждого сегмента. Биполярные транзисторы VT1-VT3 используются в качестве ключей для выбора определенного индикатора по управляющему сигналу от портов RC0-RC2 МК, таким образом, осуществляется динамический режим индикации. Для реализации схемы выбираем транзисторы КТ814А. Рассчитаем номиналы резисторов R5-R13.

, (3.3)

где - напряжение логической единицы на выводе МК, - падение напряжения на резисторе, - падение напряжения на сегменте индикатора.

Из 3.4.1 получаем: =1 В

(3.4)

Где -ток потребляемый сегментом индикатора. Т.о. R = 50 Ом. Выбираем резистор C2-33-0.125-50 Ом1.

Резисторы в базовых цепях транзисторных ключей R14-R16 выберем номиналом 470 Ом, тип : C2-33-0.125-470 Ом1.

3.5 Расчет блока клавиатуры. Схема подключения МК

Блок клавиатуры состоит только из одной кнопки, при нажатии на которую производится установка нулевой точки (точки отсчета) уровня жидкости в резервуаре. На рисунке 3.8 изображен фрагмент электрической принципиальной схемы устройства.

Рисунок 3.8 Схема подключения МК и блок клавиатуры

Сигнал с кнопки поступает на порт RA4 микроконтроллера. Блок клавиатуры состоит из кнопки SB1 и резистора R3. Резистор R3 предотвращает замыкание цепи питания на «землю» при разомкнутом контакте кнопки SB1. Так как входное сопротивление порта микроконтроллера весьма высоко, то резистор можно выбрать достаточно большого сопротивления. Остановимся на резисторе номиналом 510 кОм, типа C2-33-0.125-510 кОм1.

Резистор R4 формирует цепь сброса микроконтроллера. Номинал данного резистора, рекомендуемый разработчиком микроконтроллеров составляет 4,7 кОм. Выберем резистор C2-33-0.125-4,7кОм1. Кварцевый резонатор имеет частоту 4 МГц. Конденсаторы С4 и С5 входят в состав типовой схемы включения микроконтроллера PIC и имеют рекомендованный изготовителем МК номинал 16 пФ. Выбираем конденсаторы К71-4-16 пФ-5 250В. Конденсатор С6 осуществляет фильтрацию высокочастотной составляющей в цепи питания микроконтроллера. Номинал его выбираем из ряда рекомендованных - 100 пФ, тип: К71-4-100пФ-5 250В.

3.6 Расчет блока связи с ПК

Блок связи с персональным компьютером обеспечивает возможность подключения устройства к персональному компьютеру или иному устройству через интерфейс RS-232. Микроконтроллер PIC18F252 имеет встроенную поддержку данного интерфейса, но уровни выходных сигналов Rx/Tx микроконтроллера не соответствуют уровням, которые оговаривает спецификация интерфейса RS-232. Для согласования уровней сигналов используется специальная микросхема многоканальный приемник/драйвер RS-232 - MAX232. Схема блока согласования с ПК приведена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 Схема блока согласования с ПК

Сигналы приема/предачи данных Rx/Tx по протоколу RS-232 с соответствующих выводов микроконтроллера передаются на COM порт компьютера через микросхему MAX232, которая осуществляет согласование уровней сигналов. Шинный драйвер/приемник MAX232 предназначен для реализации коммуникационного интерфейса RS-232, особенно, в приложениях, где питание +12 В недоступно. Данная ИС особенно полезны в приложениях с автономным питанием, поскольку, встроенный в ИС, режим shutdown, с малым энергопотреблением, снижает расход энергии до менее, чем 5 мкВт. В таблице 3.2 приведены основные характеристики микросхемы MAX232.

Таблица 3.2 Основные характеристики микросхем MAX232 и MAX232A

Тип	Напряжение питания	Приемники/передатчики	Емкость	SHDN и Three-State	Data Rate (kbps)
MAX232	+5	2/2	4x1.0	No	120
MAX232A	+5	2/2	4x1.0	No	200

На рисунке 3.9 приведен внешний вид корпуса и внутренняя схема ИС MAX232, MAX232А.

Рисунок 3.9 Внешний вид корпуса и внутренняя схема ИС MAX232, MAX232А

Микросхема MAX232А в отличие от MAX232 имеет более высокую пропускную способность, поэтому в проектируемом устройстве целесообразнее использовать ИС MAX23A производства компании Maxim.

Номинал конденсаторов С7-C10 рекомендован производителем и составляет 0,1 мкФ. Выбираем конденсаторы типа К50-3А- 0,1мкФ10 250В. Разъем XS1 - стандартный разъем RS-232 типа DB9F.

3.7 Расчет блока питания

В проектируемом устройстве используется два напряжения питания: стабилизированное +5В для питания цифровой части устройства и нестабилизированное +24В для питания ультразвукового датчика. Использование для питания датчика нестабилизированного напряжения обусловлено тем, что в датчике имеется встроенный стабилизатор напряжения. Электрическая принципиальная схема блока питания приведена на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 Электрическая принципиальная схема блока питания

Для выбора элементов блока питания определим ток, потребляемый элементами схемы, для удобства данные сведем в таблицу 3.3.

Таблица 4.1 Потребляемые токи ИМС на напряжение +5В

Позиция	Название	Кол-во (шт.)	Максимальный потребляемый ток (мА)
DD1	PIC18F252	1	2
DA2	MAX232A	1	10
HG	АЛС333А	1	160
Итого	172

Так как индикация динамическая в таблице 4.1 суммируется ток, потребляемый только одним семисегментным индикатором.

Максимальный ток, потребляемый ультразвуковым датчиком, составляет 50 мА.

Для стабилизации напряжения +5 В выбирает интегральный стабилизатор К142ЕН5А (DA1), которая выдерживает максимальный ток равный 3 А, можно использовать импортный налог LM7805. Для выпрямления переменного напряжения используем диодные мосты VD1-VD4, VD5-VD8 марки КЦ402А с максимальным прямым током Iпр=1А.

Емкость конденсаторов С1 и С2 выбираем 1500 мкФ, тип К50-18-1500 мкФ10 25В. Конденсатор C3 выбираем емкостью 1 мкФ, тип К50-3А- 1мкФ10 250В.

Выберем трансформатор:

напряжение вторичной обмотки для 5В: U2(+5)=9B

для 24В: U2(24)=24В

Трансформатор выбираем малогабаритный, ввиду низкого энергопотребления устройства с максимальным током вторичных обмоток не менее 300 мА.

3.8 Разработка программного обеспечения

На рисунке 3.11 приведена блок-схема алгоритмов основной программы микроконтроллера.

При запуске измерения инициируется запуск АЦП, после чего по прерыванию от таймера организуется запись BCD кода первой цифры значения уровня в соответствующий порт. После чего по окончании измерения (примерно 20 мс) производится обработка результатов измерения. Спустя 30 мс в соответствующий порт записывается BCD код второй цифры также по прерыванию от таймера. После чего проверяется нажата ли клавиша на клавиатуре, если да, то вызывается подпрограмма калибровки измерителя (рисунок 3.12), если нет, то ожидается окончание вывода цифры 2, после чего таким же образом выводится цифра 3 и программа возвращается к началу.

Обмен данными с персональным компьютером через интерфейс RS-232 осуществляется по прерыванию от порта. По приходу запроса на прерывание контроллер осуществляет обмен данными. Подпрограмма обработки прерывания от порта изображена на рисунке 3.13.

Листинг программы работы микроконтроллера приведен в приложении 2.

ультразвуковой датчик расстояние электрический

4. Экономическое обоснование дипломного проекта

4.1 Расчет затрат на производство устройства

4.1.1 Определение этапов выполнения научно-исследовательской работы и их трудоемкости

Научно-исследовательская работа включает в себя все стадии необходимые для разработки устройства, начиная с идеи и исходных данных и заканчивая созданием опытного образца и документации необходимой для производства изделия.

При разработке ультразвукового измерителя уровня жидкости были проведены следующие этапы работы:

- Подготовительный этап - подбор и изучение научно-технической литературы и других справочных материалов; обобщение опыта, анализ вопроса; составление, согласование и утверждение технического задания и календарного графика проведения работ по теме.

- Теоретическая проработка темы - разработка схем и теоретических обоснований, составление расчетов и проектов, изыскание новых материалов.

- Проектирование, изготовление макета и средств испытания.

- Экспериментальные работы и испытания - проведение экспериментальных работ и испытаний по теоретическим разработкам схемы.

- Доработка и корректировка схемы по результатам испытаний - внесение исправлений в разработанные схемы расчет по результатам проведенных испытаний.

- Технический отчёт - обобщение результатов работы, составление и представление технического отчета с определением экономической эффективности разрабатываемого изделия.

- Сдача опытного образца и технической документации - сдача готового изделия и всей технической документации.

Исходя из времени отведенного на разработку дипломного проекта - 2,5 - 3 месяца, рассчитаем эффективный фонд времени, затраченный на проектирование. Количество времени, необходимого для выполнения данных этапов НИР определяем исходя из эффективного годового фонда времени при работе в одну смену при восьмичасовом рабочем дне.

Исходя из времени отведенного на разработку дипломного проекта - 3,5 - 4 месяца, рассчитаем эффективный фонд времени, затраченный на проектирование. Количество времени, необходимого для выполнения данных этапов НИР определяем исходя из эффективного годового фонда времени при работе в одну смену при восьмичасовом рабочем дне:

=2015 час.

tСм = 8 час. - продолжительность смены

КСм = 1 - количество смен в сутки.

Тогда = (2015/12)*3,2 = 536 час.

- общее эффективное время, затраченное на выполнение работ по технологической подготовке производства. Определяем длительность этапов работ и строим сетевой график выполнения этих работ в табл. 4.1 Проектные работы будет выполнять инженер II категории (с тарифным разрядом 13, и тарифным коэффициентом 3.04

Таблица 4.1 Ленточный график НИP по разработке устройства

Этапы	Дни	Календарный период, дни
		5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70
1. Получение задания	1
2. Подбор и анализ литературы	10
3. Разработка структурной схемы	15
4. Расчет принципиальной схемы, элементной базы	12
5. Разработка программного обеспечения	8
6.Изготовление опытного образца	8
7. Анализ и доводка	4
8. Техническая документация	4
9.Экономическое обоснование проекта	4
10. Сдача проекта	1
Итого	67

Разработка длилась 67 рабочих дней.

Составим таблицу по трудоёмкости изготовления устройства (таб. 4.2).

Таблица 4.2 Трудоёмкость изготовления ультразвукового измерителя уровня

Наименование операции	Наименование изделия	Количество изделий, шт.	Норма времени на элемент, н/ч.	Норма времени на все элементы, н/ч.
1. Формовка выводов радиодеталей	резистор, конденсатор, диод, резонатор, транзистор	32	0,003	0,096
2. Лужение выводов радиодеталей	резистор, конденсатор, диод, резонатор, транзистор	32	0,003	0,096
3. Монтаж радиодеталей на плату	резистор, конденсатор, диод, резонатор, транзистор	32	0,003	0,096
	трансформатор	1	0,035	0,035
	микросхема	3	0,0025	0,0075
	индикатор	3	0,003	0,009
	кнопка	1	0,015	0,015
	разъем	1	0,02	0,02
4. Пайка элементов	резистор, конденсатор, диод, резонатор, транзистор	32	0,02	0,64
	трансформатор	1	0,08	0,08
	микросхема	3	0,062	0,186
	индикатор	3	0,04	0,12
	кнопка	1	0,015	0,015
	разъем	1	0,02	0,02
5. Промыв спиртом, покрытие лаком, сушка	плата	1	0,185	0,185
6. Сборка	устройство	1	0,44	0,44
7. ОТК	устройство	1	0,193	0,193
Итого:	2,25

4.2 Расчёт затрат при проектировании и изготовлении измерителя уровня

4.2.1 Определение расходов на оплату труда

В данном пункте оплата ведётся по фонду эффективного времени, затраченному на разработку устройства. Применим повременную форму оплаты труда. Количество разработчиков - 1, тарификация по 13-му разряду.

(4.1)

ДО - должностной оклад

(4.2)

С1 - ставка первого разряда(62000руб.)

КТ - тарифный коэффициент

КСТ - коэффициент стажа

КПР - коэффициент премирования

КСТ - коэффициент стажа

(руб.)

Узнаем заработную плату за 67 дней:

(руб.)

Дополнительная заработная плата составляет 12%: от основной заработной платы инженера на стадии НИР и равна:

(4.3)

Кдоп.зп - коэффициент дополнительной заработной платы

(руб.)

(4.4)

(руб.)

Отчисления на заработную плату инженера представлены в таблице 4.2

Таблица 4.2 Отчисления на зарплату инженера

Статьи отчисления	Отчисления, % от ЗП	Отчисления, руб.
Социальное страхование	35	321765
Чрезвычайный налог	3	27580
Фонд занятости	1	9193
ИТОГО:	39	358538

4.2.2 Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы по НИР

Перечень необходимых материалов для оформления технической документации и их количество сведён в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 Затраты по статье “Материалы”

Единица измерения	Единица измерения	Количество потребляемого	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
Бумага писчая	Лист	100	24	2400
Бумага чертежная формата А1	Лист	2	1000	2000
Распечатка листов формата А4	Лист	55	200	11000
Печать чертежей на плоттере	Лист	2	4000	8000
Итого (с учетом транспортно-заготовительных расходов 4 %):	24336

4.2.3 Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы, необходимые для изготовления устройства.

Затраты основные и вспомогательные материалы представлены в таблице 2.6.

Таблица 4.4 Затраты на основные и вспомогательные материалы

Наименование основных и вспомогательных материалов.	Ед. изм.	Норма расхода на 1 изделие	Цена за единицу руб.	Сумма затрат руб.
Основные:
корпус	шт.	1	2000	2000
гайки	шт.	8	10	80
болты	шт.	8	10	80
шайбы	шт.	8	5	40
Вспомогательные:
припой	кг	0,02	5000	100
лак	л	0,01	7300	73
текстолит	м.кв.	0,018	1000	18
флюс	кг	0,01	6700	67
Итого:	2458

Итого затраты на материалы (руб.)

4.2.4 Расчёт затрат на комплектующие изделия и п/ф, необходимые для изготовления устройства.

Таблица 4.5 Затраты на комплектующие

Наименование	Тип	Кол-во, шт.	Цена за единицу, руб.	Общая cтомость, руб.
Конденсаторы	К50-18- 1500 мкФ10 50В	2	150	300
	К50-3А- 1 мкФ10 250В	1	100	100
	К71-4-16 пФ-5 250В	2	50	100
	К71-4-100 пФ-5 250В	1	100	100
	К50-3А- 0,1мкФ10 250В	4	100	400
Микросхемы	PIC18F252	1	10000	10000
	КР142ЕН5А	1	500	500
	MAX232A	1	5000	5000
Резисторы	C5-53Ф-0.125-100 кОм0.05	2	70	140
	C2-33-0.125-510 кОм1	1	100	100
	C2-33-0.125-4,7 кОм1	1	100	100
	C2-33-0.125-50 Ом1	8	80	640
	C2-33-0.125-470 Ом1	3	50	150
Транзистор	КТ814А	3	100	300
Индикатор	АЛС333А	3	500	1500
Трансформатор	ТПП-297-127/220-50	1	1000	1000
Диоды	2Ц402А	2	200	400
Кнопка		1	50	50
Кварцевый резонатор	4МГц	1	2000	2000
Разъем	DB9F	1	1000	1000
Ультразвуковой датчик	LUC4	1	220000	220000
Итого:	243880

Итого затраты на комплектующие (руб.)

Общие материальные затраты вычисляем по формуле:

(4.5)

(руб.)

4.2.5 Расчёт затрат на электроэнергию, необходимую для изготовления устройства

Рассчитываем исходя из расхода электроэнергии по суммарной установленной мощности электродвигателей и оборудования, эффективного фонда времени работы оборудования (Fэф в часах), коэффициента спроса потребителей электроэнергии (Кс), стоимости одного кВт*час электроэнергии для производственных целей. Примем Кс=0.75.

Расход электроэнергии:

(4.6)

Wу - суммарная установленная мощность электродвигателей и оборудования, кВт;

nоб - количество единиц однотипного оборудования, шт;

Fэф - эффективный фонд времени;

Тогда затраты на расход электроэнергии однотипного оборудования будут равны:

(4.7)

Цэл - стоимость одного кВт*час электроэнергии для производственных целей, руб.- 150 руб./кВтч

Таблица 4.6 Затраты на электроэнергию для производственных целей

Наименование оборудования	Мощность кВт	Кс	Fэф, час	nоб, шт	Цэл, руб.	Рэл, кВт*ч	Зэл, руб.
Приспособление для формовки выводов радиоэлементов	0,1	0,75	0,096	1	150	0,0072	1,08
Ванна для лужения	0,6	0,75	0,096	1	150	0,0432	6,48
Полуавтомат укладки элементов на плату	0,6	0,75	0,1825	1	150	0,08213	12,3188
Установка пайки печатных плат.	0,6	0,75	1,061	1	150	0,47745	71,6175
Ванна для промывки печатных плат	0,5	0,75	0,185	1	150	0,06938	10,4063
Монтажный комплект	0,6	0,75	0,44	1	150	0,198	29,7
Специализированный стенд	0,12	0,75	0,193	1	150	0,01737	2,6055
Компьютер персональный	0,25	0,75	536	1	150	100,5	15075
ИТОГО:						101,3947	15209,2

4.2.6 Планирование затрат на транспортно-заготовительные расходы

Учитываются расходы (без НДС) по доставке сырья и вспомогательных материалов от поставщиков и снабженческих баз, уплаченные сторонним организациям, а также уплаченные снабженческо-сбытовые надбавки (наценки, затраты на приёмку и складирование). Эти расходы могут включаться отдельно по расчёту пропорционально израсходованному по нормам сырью или при поступлении сырья и материалов; сразу относятся на учётную стоимость основного сырья и вспомогательных материалов. Затраты по этой статье исчисляются в размере 4% от Змат.общ.

(4.8)

 (руб.)

4.2.7 Определение общепроизводственных расходов

К ним относятся расходы на оплату труда аппарата управления и прочего персонала, отчислениями на социальные нужды, амортизации, затраты на содержание, текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря, затраты на мероприятия по охране труда и другие расходы (без НДС), предусмотренные основными положениями по составу затрат.

Общепроизводственные расходы распределяются по видам выпускаемой продукции пропорционально расходам по оплате труда производственных рабочих или объёму произведённой продукции. По данной статье в данной работе общепроизводственные расходы составляют 20% от заработной платы рассчитанной в пункте 4.2.1.

(4.9)

(руб.)

4.2.8 Определение общехозяйственных расходов

В статью общехозяйственных расходов относятся затраты, связанные с управлением и организацией в целом: расходы на командировки, канцелярские расходы, расходы по противопожарной и сторожевой охране и других расходов (без НДС), предусмотренных основными положениями по составу затрат и особенностями затрат при разработке.

Также включаются налоги, сборы и отчисления в бюджет, государственные и целевые бюджетные фонды и другие отчисления, в соответствии с действующими нормативными актами.

Затраты по данной статье принимаем 100% от заработной платы рассчитанной в п. 4.2.1.

Общехозяйственные расходы составляют:

(руб.)

4.2.9 Расчет производственной себестоимости опытного образца.

(4.10)

Змат.общ. - затраты на комплектующие, основные и вспомогательные материалы с учетом транспортно-заготовительных расходов, руб.

Зэ - электроэнергия на производственные цели, руб.

Зопл.тр.- затраты на заработную плату с отчислениями на социальные нужды, руб.

Зо.п. - общепроизводственные расходы, руб.

Зо.х. - общехозяйственные расходы, руб.

24336+1277866+255570+1277866+9853+15209+246338=3107038 (руб.)

4.2.10 Планирование коммерческих расходов

К коммерческим затратам относятся затраты, связанные со сбытом (реализацией) продукции: упаковкой, хранением, погрузкой в транспортные средства, рекламой, включая участие в выставках, ярмарках, выставках-продажах и т.п., а также других расходах по сбыту продукции.

При этом затраты на рекламу и маркетинговые услуги включаются в себестоимость продукции (работ и услуг в пределах установленных норм).

Затраты по данной статье примем 6% от производственной себестоимости.

 (4.11)

руб.

Полная себестоимость.

(4.12)

(руб.)

4.2.11 Плановая калькуляция себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Калькуляция готовой продукции - это расчет затрат в денежном выражении, приходящихся на единицу продукции или на объем выполненных работ в разрезе статей калькуляции. Определение себестоимости единицы продукции необходимо для расчетов рентабельности отдельных ее видов, для установления цен на продукцию, для организации коммерческого расчета.

Калькуляции могут быть: сметные, плановые и отчетные.

Сметные составляются на новые виды продукции, на основе проектных норм расхода ресурсов. Плановые учитывают конкретные условия планового периода.

Отчетные калькуляции отражают фактические затраты на производство и реализацию продукции.

Плановая калькуляция стоимости изготовления опытного образца ультразвукового измерителя уровня отражена в таблице 4,7. Налог на прибыль вычисляется по формуле:

 (4.13)

Отчисления в республиканский бюджет вычисляется по формуле:

(4.14)

Таблица 4.7 Плановая калькуляция себестоимости изготовления опытного образца ультразвукового измерителя уровня

Наименование показателей	Значение на единицу продукции, руб.
1. Комплектующие материалы	246338
2. Электроэнергия на производственные цели	15209
3. Заработная плата с отчислениями на социальные нужды	1277866
4. ОПР	255570
5. ОХР	1277866
6. Производственная себестоимость	3107038
7. Коммерческие расходы	186422
8. Полная себестоимость	3293460
9. Прибыль	329346
10. Оптовая цена	3622806
11. Отчисления в республиканский бюджет	112045,5
12. Отпускная цена без НДС	3734852
13. НДС к уплате в бюджет (18%)	672273,4
14. Отпускная цена с НДС	4407130

4.3 Расчет затрат на стадии эксплуатации

В настоящее время потребителю электронной техники необходимо знать сумму годовых расходов на эксплуатацию, для того чтобы сравнить с имеющимися у него видами электронной техники и тем, что предлагает производитель. Произвести оценку экономической эффективности на данных видах расходов. В состав годовых эксплуатационных расходов входят следующие статьи затрат:

затраты на электроэнергию;

зарплата обслуживающего персонала;

амортизационные отчисления;

затраты на текущий ремонт и техобслуживание;

расходы на материалы, связанные с эксплуатацией.

4.3.1 Затраты на электроэнергию

(4.15)

М - потребляемая мощность прибора, кВт;

Цэл - стоимость 1 кВтМчас энергии, руб.;

Fэф - годовой эффективный фонд времени работы прибора, час.

Затраты на электроэнергию разрабатываемого устройства:

(руб.)

Затраты на электроэнергию аналога:

(руб.)

4.3.2 Зарплата обслуживающего персонала.

(4.16)

N - количество операторов, обслуживающих приборов, чел.

Lt - средняя часовая тарифная ставка работника, руб.

F0 -эффективный годовой фонд времени работы одного работника, час.

К - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и отчисления на социальные нужды.

Зарплата обслуживающего персонала для разрабатываемого устройства и аналога:

(руб.)

4.3.3 Амортизационные отчисления

(4.17)

Ц - цена прибора, руб.

На - норма амортизации, %. Для измерительных приборов равна 13,4%.

Разрабатываемое устройство:

(руб.)

Для аналога:

(руб.)

4.3.4 Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией

Берем в размере 1% от цены (без НДС).

Разрабатываемое устройство:

(руб.)

Для аналога:

(руб.)

4.3.5 Затраты на текущий ремонт и техобслуживание

(4.18)

tp - среднее время ремонта, час;

Stp - средняя часовая ставка работника, выполняющего ремонта, руб.;

Кучт - коэффициент доплаты и отчислений;

Цэл - средняя стоимость одного заменяющего элемента, руб;

tг - годовая наработка изделия, ч/год;

t0 - наработка на отказ, час

Для разрабатываемого устройства:

(руб.)

Для аналога:

(руб.)

4.3.6 Эксплуатационные расходы

Таблица 4.8 Эксплутационные расходы

Статьи затрат	Сумма затрат, разрабатываемое устройство, руб.	Сумма затрат, аналог, руб.
Затраты на электроэнергию	2970	5940
Зарплата обслуживающего персонала	22644	22644
Амортизационные отчисления	590554,8	710200
Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией		53000
Затраты на текущий ремонт и техобслуживание	4594	5826
Итого:	620763	797610

Условно-годовая экономия на эксплутационных расходах.

Эгод=Ээксп.дст.- Ээксп.пр.=620763-797610=176847 (руб.)

4.3.7 Сравнительный анализ технико-экономических показателей проектируемого устройства и аналога

Сравнительный анализ технико-экономических и эксплутационных показателей проектируемого устройства и аналога представлены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 Сравнительный анализ технико-экономических показателей

Характеристики	Ед. изм.	Проектируемое устройство	Аналог
Технические показатели:
Номинальные параметры электропитания измерителя (от блока питания БП-15 через блок БИС постоянным током):
- рабочее напряжение	В	12; 5	11..13
- потребляемый ток	мА	150	250
Относительная погрешность измерения уровня, приведенная к расстоянию между фланцем прибора и уровнем жидкости	%	0,1	0,5
Дискрет измерения уровня	см	1	1
Мертвая зона (неизмеряемое расстояние от фланца прибора до уровня жидкости),не более	м	0,3	0,5
Максимальное значение измеряемого уровня, не менее	м	5	5
Относительная погрешность измерения уровня, приведенная к расстоянию между фланцем прибора и уровнем жидкости	%	0,1	0,5
Напряжение питания	В	220	220
Температура окружающей среды	С	0 +40	5 +50
Экономические показатели:
Цена единицы продукции:
без НДС	руб.	3734852	250000
с НДС	руб.	4407130	5300000
Годовой расход на эксплуатацию изделия	руб.	620763	797610

Соотнесем технические показатели проектируемого устройства и аналога

Таблица 4.10 Сравнительный анализ технических показателей

Характеристики	Ед. изм.	Проектируемое устройство	Аналог
Относительная погрешность измерения уровня, приведенная к расстоянию между фланцем прибора и уровнем жидкости	%	0,5	0,8
Дискрет измерения уровня	см	1	1
Мертвая зона (неизмеряемое расстояние от фланца прибора до уровня жидкости),не более	м	0,3	0,5
Максимальное значение измеряемого уровня, не менее	м	5	5
- потребляемый ток	мА	150	250

Определим коэффициент технического уровня проектируемого прибора к аналогу по параметрам. Для этого значение показателей проектируемого устройства соотнесем к показателям аналога и полученные значения умножим на коэффициент весомости. Суммируя коэффициенты, вычисляем интегральный коэффициент качества:

4.3.8 Определение экономически эффективного варианта проектируемого устройства

Экономический эффект рассчитаем по формуле:

 (4.19)

Е=0,15

руб.

Из таблицы 4.9 видно, что использование разрабатываемого прибора с экономической точки зрения более целесообразно, чем применение аналога старой конструкции. Поскольку в новом приборе используются современные интегральные микросхемы, то это позволяет в конечном итоге значительно уменьшить потребляемую прибором мощность, а следовательно и затраты на электроэнергию во время эксплуатации. Так как вычислениями в новом приборе управляет ПЭВМ, то это позволило в значительной мере сократить элементную базу, а тем самым снизить цену прибора. Применение же микросхем вместо аналоговых приборов позволило увеличить надёжность прибора, уменьшить время на его ремонт и тем самым снизить затраты на ремонт во время эксплуатации прибора. Всё то позволяет сделать вывод о целесообразности внедрения разработки на производстве.

5. Охрана труда

5.1 Методы защиты от шума и вибрации

Шум как гигиенический фактор -- это совокупность звуков различной частоты и интенсивности, которые воспринимаются органами слуха человека и вызывают неприятное субъективное ощущение.

Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее обычно случайный характер.

Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участках или на территориях предприятий, который возникает во время производственного процесса.

Следствием вредного действия производственного шума могут быть профессиональные заболевания, повышение обшей заболеваемости, снижение работоспособности, повышение степени риска травм и несчастных случаев, связанных с нарушением восприятия предупредительных сигналов, нарушение слухового контроля функционирования технологического оборудования, снижение производительности труда.

По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий - (вызывает нервное напряжение и вследствие этого -- снижения работоспособности, общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на длительный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непосредственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония, туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические функции организма человека).

Характер производственного шума зависит от вида его источников. Механический шум возникает в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или конструкций в целом. Аэродинамический шум образуется при движении воздуха по трубопроводам, вентиляционным системам или вследствие стационарных или нестационарных процессов в газах. Шум электромагнитного происхождения возникает вследствие колебаний элементов электромеханических устройств (ротора, статора, сердечника, трансформатора и т. д.) под влиянием переменных магнитных полей. Гидродинамический шум возникает вследствие процессов, которые происходят в жидкостях (гидравлические удары, кавитация, турбулентность потока и т. д.).

Шум как физическое явление -- это колебание упругой среды. Он характеризуется звуковым давлением как функцией частоты и времени. С физиологической точки зрения шум определяется как ощущение, которое воспринимается органами слуха во время действия на них звуковых волн в диапазоне частот 16-20 000 Гц.

Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной, а область среды, в которой она распространяется -- звуковым полем.

Звуковыми волнами называют колебательные возмущения, которые распространяются от источника шума в окружающую среду.

Длина волны -- это расстояние, которое проходит звуковая волна в течение периода колебания (расстояние между двумя соседними слоями воздуха, которые имеют одинаковое звуковое давление, измеренное одновременно).

Звук, который распространяется в воздушной среде, называется воздушным звуком, в твердых телах -- структурным. Часть воздуха, охваченная колебательным процессом, называется звуковым полем. Свободным называется звуковое поле, в котором звуковые волны распространяются свободно, без препятствий (открытое пространство, акустические условия в специальной заглушенной камере, облицованной звукопоглощающим материалом).

Диффузным называется звуковое поле, в котором звуковые волны поступают в каждую точку пространства с одинаковой вероятностью со всех сторон (встречается в помещениях, внутренние поверхности которых, имеют высокие коэффициенты отражения звука).

В реальных условиях (помещение или территория предприятия) структура звукового поля может быть качественно близкой (или промежуточной) к предельным значениям свободного или диффузного звукового поля.

Воздушный звук распространяется в виде продольных волн, то есть волн, в которых колебания частичек воздуха совпадают с направлением движения звуковой волны. Наиболее распространена форма продольных звуковых колебаний -- сферическая волна. Ее излучает равномерно во все стороны источник звука, размеры которого малы по сравнению с длиной волны.

Структурный звук распространяется в виде продольных и поперечных волн. Поперечные волны отличаются от продольных тем, что колебания в них происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Движение звуковой волны в воздухе сопровождается периодическим повышением и понижением давления. Давление, которое превышает атмосферное, называется акустическим, или звуковым давлением. Чем большее звуковое давление, тем громче звук.

Мерой интенсивности звуковых волн в любой точке пространства является величина звукового давления -- избыточное давление в данной точке среды по сравнению с давлением при отсутствии звукового поля. Единица измерения звукового давления р, Н/м2; 1 Н/м2 = 1 Па (Паскаль). Существуют нижняя и верхняя границы слышимости. Нижняя граница слышимости называется порогом слышимости, верхняя -- болевым порогом. Порогом слышимости называется наименьшее изменение звукового давления, которое мы ощущаем. При частоте 1000 Гц (на этой частоте ухо имеет наибольшую чувствительность) порог слышимости составляет Р = 2-10 Н/м2. Порог слышимости воспринимает приблизительно 1 % людей.

Болевой порог -- это максимальное звуковое давление, которое воспринимается ухом как звук. Давление свыше болевого порога может вызывать повреждение органов слуха. При частоте 1000 Гц в качестве болевого порога принято звуковое давление Р - 20 Н/м2. Отношение звуковых давлений при болевом пороге и пороге слышимости составляет 106. Это диапазон звукового давления, который воспринимается ухом.

Для более полной характеристики источников шума введено понятие звуковой энергии, которая излучается источниками шума в окружающую среду за единицу времени.

Величина потока звуковой энергии, которая проходит в течение 1 с через площадь 1 м2 перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны, является мерой интенсивности звука или силы звука.

В связи с тем, что между слуховым восприятием и раздражением существует приблизительно логарифмическая зависимость, для измерения звукового давления, силы звука и звуковой мощности принята логарифмическая шкала. Это позволяет большой диапазон значений (по звуковому давлению -- 106, по силе звука -- 1012) вложить в сравнительно небольшой интервал логарифмических единиц. В логарифмической шкале каждая следующая степень этой шкалы больше предыдущей в 10 раз. Это условно считается единицей измерения 1 Бел (Б). В акустике используется более мелкая единица децибел (дБ), равная 0,1 Б.

Величина, выраженная в белах или децибелах, называется уровнем этой величины. Если сила одного звука больше другого в 100 раз, то равные силы звука отличаются на 2 Б, или 20 дБ.

Рисунок 5.1 Слуховое восприятие человека

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20--20 000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней. На рисунке 1 эти предельные значения уровней звукового давления изображены двумя кривыми. Нижняя кривая соответствует порогу (началу) слышимости. Уместно напомнить, что логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давления рд соответствует порогу слышимости (L = 0 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот - 800- 4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет; особенно заметно увеличения порога слышимости на низких частотах. По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).

Верхняя кривая на рисунке 5.1 соответствует порогу болевого ощущения (I = 120--130 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню этот порог, могут вызвать боли и повреждения в слуховом аппарате.

Область по частотной шкале, лежащая между этими кривыми, называется областью слухового восприятия.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

5.2 Действие шума на организм человека

Шум, даже когда он невелик (при уровне 50--60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека б момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30--40 дБА в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБА и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме.

Под воздействием шума, превышающего 85--90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этого шума не слышно сигналов -транспорта, автопогрузчиков и других машин.

Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20--30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом.

Если при невысоких уровнях передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на человека.

При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

5.3 Классификация методов защиты от шума

Средства защиты от шума подразделяют на средства коллективной и индивидуальной защиты.

Меры относительно снижения шума следует предусматривать на стадии проект...