Разработка системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Разработка системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн

Исполнитель:

Абдумаликула Магжан

2013 г.

Содержание

Введение

1. Тактико-техническое обоснование

1.1 Актуальность акустической разведки

1.2 Общая характеристика портативных средств акустической разведки

2. Анализ методов и средств передачи информации в акустическом диапазоне длин волн

3. Разработка системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн

3.1 Обоснование выбора устройства

3.2 Обоснование выбора схемы на микроконтроллере ICM 7555

3.3 Анализ элементной базы схемы на микроконтроллере ICM 7555

3.4 Разработка устройства

4. Технико-экономическое обоснование дипломной работы

4.1 Экономическая оценка разработки устройства

4.2 Оценка эффективности внедрения устройства управления

4.3 Расчет надежности

Заключение

Список использованных источников

Введение

В современном стремительно развивающемся мире функционирование и развитие Вооруженных Сил как Республики Беларусь, так и Республики Казахстан немыслимо без применения современных средств и технологий для передачи информации. Как показывают многочисленные войны и локальные конфликты, умелое применение средств разведки чрезвычайно необходимо. В этих условиях управление без применения данных средств и способов обработки информации, поступающих от них, не может быть эффективным.

Актуальной проблемой является качественная и оперативная передача информации, заключающейся в сборе, обработке и предоставлении результирующих данных в виде удобном как для восприятия человеком, так и машиной.

В настоящее время все большее значение приобретает разработка новых устройств разведки, на основе проведенных исследований, которые дает серьезные преимущества: управление боевыми действиями становится значительно более объективным, оперативным, и, в конечном счете - эффективным.

Получение разведывательных данных, особенно во время ведения различных боевых действий, всегда являлось важнейшей составляющей деятельности командира. Ведь на самом деле своевременное принятие и передача информации во время ведения боевых действий с противником, может повлиять на исход события.

При осуществлении мероприятий разведки, предусматривающих, в первую очередь, принятия и передачи информации, командование использует различного рода аппаратуры с излучением радиосигналов. Как показывает практика, обычные радио, передающие устройства, работающие по уже разработанным алгоритмам функционирования, не обеспечивают требуемый результат, что может приводить к людским и материальным потерям. В настоящее время происходит улучшение процесса по передачи и приему информации, связанной как с развитием электронно-вычислительной техники, так и усовершенствованием процесса обменом информации.

Вопрос о разработке и использовании рациональных методов и средств разведки всегда был и остается одним из основных вопросов военной науки. Опыт Великой Отечественной войны, современных военных конфликтов, вся военная история, современная наука и практика показывают, что снижение эффективности разведки может стать причиной многих потерь и поражений в боевых действиях. Современные достижения в разработке системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн предъявляют крайне высокие требования к оперативности и эффективности разведки. Разработка новых систем и устройств, передающих данные в акустическом диапазоне длин волн не позволит запилинговать и прослушать информацию.

Использование средств передачи информации в акустическом диапазоне длин волн позволит повысить защищенность передающей информации командирами, что приведет к повышению скорости и эффективности выполнения различных задач управления подразделениями вооруженных сил, а так же позволит снизить материальные и временные затраты.

Целью дипломной работы являлась разработка системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн.

Для решения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

- разработка устройства для обмена информации в акустическом диапазоне длин волн;

- создание макета устройства приема и передачи информации в акустическом диапазоне;

- исследование технических характеристик разработанного устройства.

1. Тактико-техническое обоснование

1.1 Актуальность акустической разведки

акустический информация микроконтроллер устройство

Акустическая разведка -- получение информации путём приема и анализа акустических сигналов, распространяющихся в воздушной среде от различных объектов. Акустическая разведка осуществляется перехватом производственных шумов объекта и перехватом речевой информации. В акустической разведке используются: пассивные методы перехвата; активные методы перехвата; контактные методы перехвата.

1.2 Общая характеристика портативных средств акустической разведки

В военной инженерно-космической академии им. Можайского производили характеристику портативных средств акустической разведки, Анализ доступной литературы показывает, что в ближайшие 10-15 лет "разведывательное сообщество" основное внимание будет уделять следующим проблемам: общественно-политической обстановке в государствах СНГ, осуществлению контроля за их ядерным потенциалом и другими вооружениями, пресечению распространения оружия массового поражения и связанных с ним технологии, контролю за распространением современных обычных вооружений. Кроме того, в число основных направлений деятельности "разведывательного сообщества" выдвинулись такие, как глобальная экономическая разведка, прежде всего промышленный шпионаж, контроль за научными исследованиями в мировом масштабе, прогнозирование запасов природных ресурсов. Решение этих задач невозможно без усиления агентурной разведки. Всесторонний анализ на основе различных критериев показал ее исключительное значение в добывании упреждающей достоверной информации. Агентурная разведка дает возможность установить истинные мотивы, определяющие деятельность или политику потенциальных противников США.

Финансовые затраты же на нее в конечном итоге значительно ниже, чем на другие виды разведки. Особенно наглядно это проявляется при сопоставлении с расходами на космические средства. Согласно оценкам экспертов США, каждый запуск космического аппарата обходится в сотни миллионов долларов, на которые можно длительное время содержать многие тысячи ценных агентов, Ведение научно-технической и экономической разведки без использования агентуры практически невозможно.

Эффективность деятельности агентуры в значительной степени зависит от ее технического оснащения. В арсенале разведслужб США и их союзников имеется значительное количество электронных портативных и миниатюрных средств разведки. Электронный агентурный шпионаж против стран СНГ ведется с целью получения такой информации, которую невозможно или трудно добыть с помощью других видов разведки. Имеется в виду информация о наших НИИ, ОКВ и предприятиях, работающих по оборонной тематике, о военных объектах страны, различных правительственных, гражданских и военных учреждениях, где обсуждается (обрабатывается) конфиденциальная информация. Разведчики иностранных спецслужб, действующие в нашей стране, не раз были уличены в шпионской деятельности с применением технических средств. Западная пресса периодически сообщает, что "...операции в Москве ведутся с применением самого совершенного электронного оборудования США для подслушивания". Особый интерес представляет речевая (акустическая) информация, обсуждаемая на закрытых мероприятиях. Для ее несанкционированного получения используются портативные средства акустической разведки. К техническим средствам акустической разведки относятся диктофоны, микрофоны с передачей информации по специально проложенным проводам, имеющимся коммуникациям, сетям питания, радиотрансляции, сигнализации и так далее, радиоканалу, оптическому каналу. Кроме того, используются полуактивные системы.

Диктофоны. Рассмотрим описанные средства разведки более подробно. В настоящее время очень широко распространены диктофоны самых различных типов. Многие из них оборудованы акустоматом (системой автоматического выключения при паузах в разюворе) и регулятором скорости движения ленты. Как правило, такие диктофоны (SONY, Panasonic и т.д.) используются для регистрации разговоров одним из собеседников. Наиболее простой операцией является использование специального малогабаритного микрофона (размером 7х5х2 мм) и специально проложенного провода. Она заключается в том, что скрытно размещенный в интересующем помещении микрофон соединяется проводом с пунктом прослушивания, где перехваченные разговоры записываются через усилитель на магнитофон либо прослушиваются. До появления микроэлектроники описанный способ применялся чрезвычайно широко. В более современных системах используются тончайшие (не толще волоса) оптические волокна, которые, например, возможно вплести в ковровое покрытие.

Разумеется, микрофон в его привычном понимании отсутствует, Главным недостатком является то, что по проводу можно обнаружить пункт прослушивания со всеми вытекающими отсюда неприятными для разведки последствиями. Гораздо более безопасным является использование выходящих за пределы помещения проводов сигнализации, радиотрансляции и т.д., а также металлоконструкцийтипа труб системы отопления, канализации, водоснабжения. Микрофон с предусилителем, скрытно установленный в интересующем помещении, подключается к подобным конструкциям, с которых информация снимается в пункте прослушивания. В данном случае требуется более совершенная аппаратура как для передачи, так и для приема акустических сигналов. Очень популярным средством съема информации являются системы, устанавливаемые в электророзетках, выключателях и т.д., передающие перехватываемые разговоры по проводам электросети 220 В. Этот способ очень удобен для включения и выключения передатчика, который имеет неограниченный источник энергопитания, но в данном случае осложняется вопрос размещения постов прослушивания, так как передаваемые по электропроводам сигналы не проходят через силовые трансформаторы.

Диапазон частот используемых сигналов - от 50 кГц до 300 кГц. При меньших значениях будут сильно сказываться сетевые низкочастотные помехи, а при больших значениях резко возрастает затухание в проводах, а также начинает усиливаться паразитное электромагнитное излучение, которое сводит на нет все преимущества по скрытности. Широкое распространение в последнее десятилетие за рубежом получили системы акустического прослушивания помещений через телефонную линию (на примере TELE- MONITOR). Радиомикрофоны или радиозакладки занимают лидирующее место среди используемых средств технического шпионажа. Простейшее устройство содержит три основных узла, определяющих технические возможности и методы их использования, микрофон, определяющий зону акустической чувствительности, радиопередатчик, определяющий дальность ее действия, источник питания, от которого зависит продолжительность ее непрерывной работы. На дальность и качество оказывают влияние также и характеристики приемников. Можно привести следующие обобщенные данные по радиозакладкам, стоящим на вооружении иностранных спецслужб:

- диапазон......................30...1300 МГц

- мощность.....................0.2...500 мВт

- ток потребления..........0.5...100 мА дальность

- действия.......... …...…10...1500 м (без ретранслятора) период

- активного............ ……4 часа...20 лет существования

Микрофоны направленного действия. Как правило, во всех системах используется широкополосная ЧМ и только в некоторых узкополосная. Габариты колеблются от нескольких миллиметров, до десятков сантиметров. Для повышения скрытности в последние годы стали использовать для передачи перехваченной микрофоном информации инфракрасный канал. В качестве передатчиков используются маломощные полупроводниковые лазеры и светодиоды. В качестве примера рассмотрим закладку ТRМ-1830. Дальность действия ее днем 150 м, ночью - 400 м. Ток потребления - 8 мА, время непрерывной работы - 20 часов. Габариты не превышают 2бх22х20 мм.

К недостаткам можно отнести необходимость прямой видимости междузакладкой и приемником и влияние фоновой засветки. Самым оригинальным, простейшим и малозаметным до сих пор считается полуактивный радиомикрофон, работающий на частоте 330 МГц, разработанный еще в середине 40-х дов. Он интересен тем, что в нем нет источника питания, ни передатчика, ни собственно микрофона. Основой его является цилиндрический объемный резонатор, на дно которого налит небольшой слой масла. В верхней части цилиндра имеется отверстие, через которое внутренний объем резонатора сообщается с воздухом помещения, в котором ведутся разговоры. Верхняя часть сделана из пластмассы и является радиопрозрачной для радиоволн, но препятствием для акустических колебаний. В указанное отверстие вставлена металлическая втулка, снабженная четвертьволновым вибратором, настроенным на частоту 330 МГц. Размеры резонатора и уровень жидкости в нем подобраны таким образом, чтобы вся система резонировала на внешнее излучение на частоте 330 МГц. При этом собственный четверть волновый вибратор внутри резонатора создает внешнее поле переизлучения. При ведении разговоров вблизи резонатора на поверхности масла появляются микроколебания, вызывающие изменение добротности и резонансной частоты резонатора. Этих изменений достаточно, чтобы влиять на поле переизлучения, создаваемого внутренним вибратором, которое становится модулированным по амплитуде и фазе акустическими колебаниями. Работать такой радиомикрофон может только тогда, когда он облучается мощным источником на частоте резонатора, то есть 330 МГц. Главным достоинством такого радиомикрофона является невозможность обнаружения ею при отсутствии внешнего облучения известными средствами поиска радиозакладок. Широкое распространение в последние двадцать лет получили стетоскопы, то есть устройства, предназначенные для прослушивания через прилегающую стену. В качестве примера рассмотрим изделие фирмы DTI. Оно состоит из вибродатчика с нанесенной на него мастикой для прикрепления к стене, блока усиления с регулятором громкости и головных телефонов. Размер датчика - 2.2х0.8 см, диапазон принимаемых частот - 300...3000 Гц вес - 126 грамм, коэффициент усиления - 20000.С помощью подобных устройств можно прослушивать через стены толщиной до 1 м. Кроме свойств вибродатчика, на качество приема влияют толщина и материал изготовления стен, уровень шумов и вибраций в обоих помещениях, правильное место выбора расположения датчика и так далее.

Иногда для передачи перехватываемой речевой информации используется радио или инфракрасный канал. В качестве примера рассмотрим инфракрасную систему подслушивания SIPE OPTO 2000. Состоит из миниатюрной закладки (ИК- передатчика) с линейными размерами примерно 20х30 мм со встроенным микрофоном - стетоскопом и чувствительного ИК-приемника, в состав которого входит зеркальный объектив с фокусным расстоянием 500 мм, телескопический визир и усилитель. Радиус действия передатчика -500 м. Его излучение характеризуется широкой диаграммой направленности, что позволяет вести прием сигналов с любого удобного места. Общим недостатком всех описанных средств акустической разведки является необходимость проникновения на интересующий объект в целях скрытной установки спецаппаратуры.

Проведение операций такого рода не всегда возможно и связано с риском потери агента. В связи с этим, в последние годы большое внимание увеличивается развитию так называемых "беззаходовых" методов съема информации в акустическом диапазоне. К таким средствам относится направленный микрофон. Обычные микрофоны динамического или электретного типа способны регистрировать голос человека с нормальной громкостью на расстоянии до 15 м, а ночью (в тихом месте) до 200 м. Для средств разведки это мало, так как в некоторых случаях требуется дальность действия примерно в десять раз больше. Существует несколько модификаций направленных микрофонов, воспринимающих и усиливающих звуки, идущие только из одного направления, и ослабляющих все остальные звуки. В простейших из них узкая диаграмма направленности формируется за счет использования длинной трубки. В более сложных конструкциях могут использоваться несколько трубок разной длины. Высокие параметры имеют также узконаправленные микрофоны, в которых диаграмма направленности создается параболическим концентратором звука. Главным недостатком направленных микрофонов является невозможность прослушивания разговоров, происходящих в помещении с закрытыми окнами. В целях преодоления этого недостатка была создана лазерная система акустической разведки. Лазерные системы акустической разведки (ЛСАР) позволят осуществлять перехват речевой информации (подслушивание), путем получения отраженного лазерного сигнала от обычного оконного стекла, представляющего собой своеобразную мембрану, которая колеблется со звуковой частотой, создавая фонограмму происходящего разговора.

Создание подобной техники началось в 60-е годы, а уже в 1970 году фирма "Хъюлетт-Паккард" приступила к продаже очень простого по конструкции лазерного измерителя механических микроперемещений, способном работать на длинных атмосферных трассах, когда в приемник возвращается всего несколько процентов света, отраженного от колеблющегося тела. Если учесть, что от стекла отражается порядка 4% света в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, то можно утверждать, что данный прибор, при соответствующей доработке, мог быть использован и для съема информации. На сегодняшний день создано целое семейство лазерных систем акустической разведки, общая характеристика которых приведена в таблице, приведенной ниже. В качестве примера можно привести систему SIPE LASER 3-DA SUPER. Данная модель состоит из источника излучения (гелий-неоновом лазера), приемника этого излучения с блоком фильтрации шумов, двух пар головных телефонов, аккумулятора питания и штатива. Наводка лазерного излучения на оконное стекло нужного помещения осуществляется с помощью телескопического визира. Используется оптическая насадка, позволяющая изменять угол расходимости выходящего пучка, и система автоматического регулирования, обеспечивающая высокую стабильность параметров. Система обеспечивает съем речевой информации с хорошим качеством с оконных рам с двойными стеклами на расстоянии до 250 метров.

Из печати известно, что такая разведывательная лазерная техника использовалась для шпионажа против сотрудников посольства и консульств стран СНГ в США, Подслушивались разговоры также в семьях их сотрудников по месту жительства. Можно полагать, что спецслужбы иностранных государств в состоянии скрытно применять такие лазерные устройства внутри нашей страны для подслушивания и перехвата разговоров сотрудников военных ведомств, оборонных предприятий, министерств, НИИ и ОКБ. Таким образом, в настоящее время в распоряжении разведслужб иностранных государств имеется значительное количество разнообразной техники, предназначенной для перехвата речевой информации.

2. Анализ методов и средств передачи информации в акустическом диапазоне длин волн

Анализ проведенных операций позволяет выделить в них общие элементы: определение цели захвата, состав специальных групп, сбор информации и др. Рассмотрим их.

Цель захвата -- задержать, изобличить. Захват можно определить как осуществляемую на законных основаниях специальную операцию по насильственному задержанию преступников либо лиц, подозреваемых в совершении преступлений, с помощью осуществления специфических организационных и тактических мероприятий с использованием различных технических средств. Помимо захвата необходимо получить улики, предотвратить уничтожение вещественных доказательств, освободить захваченные жертвы, пресечь попытки преступников скрыться от следствия и суда.

Состав группы захвата формируется из наиболее профессионально подготовленных сотрудников, имеющих большой опыт, способных провести такие операции, а также умеющих управлять такими группами, правильно осуществлять подбор и расстановку членов групп.

Особые (обязательные) навыки могут включать в себя:

- способность выполнения большой физической нагрузки;

- превосходное владение огнестрельным оружием и специальными средствами;

- владение приемами рукопашного боя;

- знание тактико-специальных элементов действия штурмовых групп;

- умение аналитически и нестандартно мыслить и т. д.

Остальные группы (прикрытия, оцепления, поддержки и т.д.) формируются, исходя из умения выполнять поставленные задачи.

Анализ сбора информации -- это успех проведения операции захвата, который во многом зависит от того, какое внимание было уделено сбору необходимой информации об объекте захвата

Для получения необходимых данных требуется следующее: провести разведку района; собрать все сведения об интересующих лицах; установить наблюдение для изучения привычек и идентификации лиц, посещающих данный район или здание.

Разведка района предполагает изучение строения (план и конструкцию здания), окружающей местности (особенности просмотра, передвижения, укрытия, наблюдения, подхода и отхода и др.), установление (наблюдение) появляющихся (прибывающих) лиц.

Сбор сведений об интересующих лицах предусматривает их идентификацию по внешности, привычкам, голосу, манерам, росту, особым приметам, национальности и т. д.; определение и установление личности, ее слабостей и достоинств, чтобы подключить максимум рычагов воздействия, как например, склонность их к отказу выполнить свои намерения путем определенных уступок, деморализовать преступников и подготовить их к сдаче или захвату.

Путем наблюдения за преступниками необходимо определить их расположение, взаимодействие, перемещения, внешние связи и др.

Планирование операции захвата -- одна из важнейших функций организации управления. О планировании операции (плана) должны знать только непосредственные ее участники (в части, их касающейся). Детали же захвата должны доводиться только до конкретных исполнителей. Завершается ознакомление инструктажем участников операции.

На оперативном совещании следует обращать внимание на следующие моменты: действия руководителя операции; ознакомление членов группы с обстановкой и вариантами действий; инструктаж с руководителями и исполнителями; инструктаж на карте-схеме; участники операции обязаны ознакомиться с объектом захвата и информацией на лиц; сохранность вещественных доказательств; оснащение преступников; сроки проведения операции (временные показатели); тактика проникновения; согласие хозяев собственности в случае возможного материального ущерба; необходимые задачи после проникновения на захватываемый объект.

Возможны особые обстоятельства, на которые необходимо обратить внимание: тайный агент в среде преступников, его опознание и поведение; осведомитель на месте преступления; обучение на спецоборудовании; связь, жесты, система подачи сигналов.

Особое внимание придается тому, какое снаряжение сотрудников, участвующих в операции захвата, применяется для защиты их жизни.

Каждая операция имеет свои особенности, обусловленные характером захвата, предполагаемым сопротивлением, методами проникновения в зону захвата и собранными оперативными сведениями.

Применение или демонстрация вооружения в соответствующий момент позволяют избежать жертв с обеих сторон. Если же преступник (преступники) убеждаются, то группа захвата хорошо организована и вооружена, может последовать отказ от сопротивления.

Исключительно важное значение имеет надежная связь между членами группы захвата. Технические средства связи должны быть мобильны, надежны и практичны. Параллельно связь отрабатывается жестами рук, головы, тела (в случае отказа техники). Для проникновения группы захвата необходимо иметь средства для преодоления препятствий (дверей, окон, люков): кувалды, кусачки, тараны, герметичные отсеки для личного состава, которые могут устанавливаться на спецтехнике (коленчатые и пневмоподъемники) и вталкиваться в оконные проемы и т.д.

Осуществление захвата -- наиболее ответственная часть операции. Он должен производиться сразу после окончательного инструктажа, но перед этим (последним этапом) должны предшествовать действия: инструктажи; скрытое выдвижение на позицию; ограничение контактов членов группы захвата с участниками операции (секретность); приведение в готовность всех транспортных средств (например, ключи в замке зажигания), специальных средств, специальной техники, специального оборудования и др.; анализ имеющейся информации.

Для выполнения специально таких задач существуют специальные Диверсионно-разведывательная группа (ДРГ).

Диверсионно-разведывательная группа (ДРГ) (малое подразделение) -- подразделение специального назначения, используемое для разведки и диверсий в тылу противника в военное и предвоенное время с целью дезорганизации тыловых учреждений, уничтожения или временного выведения из строя важнейших промышленных предприятий, военных объектов, транспорта, связи, а также сбора информации о противнике.

ДРГ, как правило, является штатным подразделением специального назначения армии и флота. Члены ДРГ проходят специальную подготовку по минно-подрывному делу, огневой, физической, психологической, парашютно-десантной, подводной, альпинистской подготовке, способны действовать автономно на территории противника длительное время.

В ходе выполнения поставленной задачи, ДРГ действует скрытно, способна в предельно сжатые сроки преодолевать большие расстояния. Небольшая, как правило, численность группы повышает её скрытность, маневренность и мобильность, что осложняет мероприятия по её поиску и ликвидации.

В ходе боевых действий диверсионная работа, в случае достижения желаемого результата, способна причинить урон противнику не меньше, чем боевые действия частей и соединений.

Задачи ДРГ

- Выведение из строя тыловых учреждений, военных объектов противника;

- Дезорганизация работы транспорта и связи противника;

- Распространение паники среди войск противника и мирного населения;

- Сбор разведданных о передвижении, дислокации, вооружении и количестве войск противника, его военно-экономическом потенциале, промышленных объектах военного значения, транспортных коммуникациях и коммуникациях связи.

Специально для таких групп и подразделении будет предназначена мое оборудование.

3. Разработка системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн

3.1 Обоснование выбора устройства

При защите выделенных помещений необходимо исходить из возможностей использования противником для перехвата речевой информации технических средств таких как прослушивания разговоров, ведущихся в них, посторонними лицами (посетителями, техническим персоналом) при их нахождении в коридорах и смежных с выделенным помещением.

Особенностью акустической (речевой) разведки является то, что анализ перехваченной с помощью средств разведки информации производит человек. Поэтому в качестве показателя оценки возможностей акустической речевой разведки используется словесная разборчивость речи Wс, под которой понимается относительное количество (в процентах) правильно понятых человеком слов из перехваченного разговора.

Словесная разборчивость речи отражает качественную область понятности, которая выражена в категориях подробности составляемой справки о перехваченном с помощью технических средств разведки разговоре.

Критерием эффективности моего устройства является защита информации, например: скрыть смысловое содержание ведущегося разговора, скрыть тематику ведущегося разговора или скрыть сам факт ведения переговоров.

Из практических соображений может быть установлена некоторая шкала оценок качества перехваченного речевого сообщения:

1. Перехваченное речевое сообщение содержит количество правильно понятых слов, достаточное для составления подробной справки о содержании перехваченного разговора.

2. Перехваченное речевое сообщение содержит количество правильно понятых слов, достаточное только для составления краткой справки-аннотации, отражающей предмет, проблему, цель и общий смысл перехваченного разговора.

3. Перехваченное речевое сообщение содержит отдельные правильно понятые слова, позволяющие установить, предмет разговора.

4. При прослушивании перехваченного речевого сообщения возможно

Таким образом, разработанное мной устройство позволит передавать и принимать информацию не по радио каналам а в акустическом диапазоне длин волн, тем самым позволит скрыть смысловое содержание ведущегося разговора, скрыть тематику ведущегося разговора или скрыть сам факт ведение переговоров.

3.2 Обоснование выбора схемы на микроконтроллере ICM 7555

Схема на микроконтроллере ICM7555

Описана простая схема ультразвукового контроля, она построена на микросхеме IC1 типа ICM7555. Как известно, это микросхема таймера, выполненная на МОП структурах. Этот тип был выбран из-за маленького потребления тока микросхемой. Если при повторении схемы возникнут трудности с ее приобретением, то можно использовать более распространенные таймеры серии 555. Их отечественным аналогом является микросхема КР1006ВИ1.

Частота генерации таймера порядка 40 кГц. Она может быть изменена при настройке при помощи построечного сопротивления Р1.

К выходу генератора подключена пара комплементарных транзисторов Т1 и Т2. Они возбуждают ультразвуковой излучатель, например, типа USR40.



Рисунок 1- Схема передатчика

Рисунок 2- Схема приемника

Ультразвуковой приемник, например, типа UST40, подключается к разъему К1. Две ступени усиления выполнены на IC1 -А и IC1 -В микросхемы типа LM324. В настоящее время эта микросхема имеется в продаже на всех крупных радиорынках по очень небольшой цене.

Общее усиление IC1-A и IC1-B порядка 1600. На выходе IC1-B включен диод D1. При приеме ультразвуковых колебаний приемником диод D1 отпирается и через резистор R7 снижает потенциал на инвертирующем входе компаратора - IC1-C. Потенциал неинвертирующего входа компаратора при настройке схемы выставляется подстроечным сопротивлением Р1 так, чтобы на выходе микросхемы IC1-C был низкий потенциал. При наличии сигнала на ее входе (вывод 9) компаратор переключается и на его выходе (вывод 8) появляется высокий потенциал. Состояние компаратора индицируется светодиодом LD2. Разъем КЗ - выходной разъем приемника.

Схема на микросхемах MRF49XA.

Одна применена в приемной части, другая- в передающей.

Рисунок 3- Схема передатчика

Состоит из управляющего контроллера и трансивера MRF49XA.

Рисунок 4 - Схема приемника

Собрана из тех же элементов, что и передатчик. Практически, отличие приемника от передатчика (не беря во внимание светодиоды и кнопки) состоит только в программной части.

MRF49XA - малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в трех частотных диапазонах.

- Низкочастотный диапазон

- Высокочастотный диапазон А

- Высокочастотный диапазон Б

Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц, предусмотренного производителем. С опорными кварцами 11 МГц устройства нормально работали на частоте 481 МГц. Детальные исследования на тему максимальной «затяжки» частоты относительно заявленной производителем не проводились. Предположительно она может быть не так широка, как в микросхеме ТХС101, поскольку в MRF49XA упоминается об уменьшенном фазовом шуме, одним из способов достижения которого является сужение диапазона перестройки ГУН.

Устройства имеют следующие технические характеристики :

Передатчик:

- Мощность - 10 мВт.

- Напряжение питания 2,2 - 3,8 В (согласно даташиту на мс, на практике нормально работает до 5 вольт).

- Ток, потребляемый в режиме передачи - 25 мА.

- Ток покоя - 25 мкА.

- Скорость данных - 1 кбит / сек.

Всегда передается целое количество пакетов данных.

Модуляция FSK.

Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.

Приемник:

- Чувствительность - 0,7 мкВ.

- Напряжение питания 2,2 - 3,8 В (согласно даташиту на мс, на практике нормально работает до 5 вольт).

- Постоянный потребляемый ток - 12 мА.

- Скорость данных до 2 кбит / сек. Ограничена программно.

Модуляция FSK.

Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.

Алгоритм работы.

Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов).

Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается - соответствующие светодиоды сразу же гаснут.

Тест режим.

И приемник и передатчик по факту подачи на них питания входят на 3 сек в тест режим.

И приемник и передатчик включаются в режим передачи несущей частоты, запрограммированной в EEPROM, на 1 сек 2 раза с паузой 1 сек (во время паузы передача выключается). Это удобно при программировании устройств. Далее оба устройства готовы к работе.

Программирование контроллеров.

EEPROM контроллера передатчика.

Все настройки EEPROM, упомянутые ниже, запишутся автоматически на свои места по факту подачи на контроллер питания после его прошивки.

В каждой из ячеек данные можно менять на свое усмотрение. Если в любую используемую для данных ячейку (кроме идентификатора) вписать FF, за следующим включением питания эта ячейка немедленно будет переписана данными по умолчанию.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер передатчика будет выглядеть так …

80 1F - (подиапазон 4хх МГц) - Config RG

AC 80 - (точное значение частоты 438 MГц) - Freg Setting RG

98 F0 - (максимальная мощность передатчика, девиация 240 кГц) - Tx Config RG

C4 00 - (АПЧ выключено) - AFG RG

82 39 - (передатчик включен) - Pow Management RG.

Первая ячейка памяти второй строки (адрес 10 h) - идентификатор.

По умолчанию здесь FF. Идентификатор может быть любой в пределах байта (0 … FF). Это индивидуальный номер (код) пульта.

Поэтому же адресу в памяти контроллера приемника находится его идентификатор. Они обязательно должны совпадать. Это дает возможность создавать разные пары приемник / передатчик.

EEPROM контроллера приемника. Все настройки EEPROM, упомянутые ниже, запишутся автоматически на свои места по факту подачи на контроллер питания после его прошивки. В каждой из ячеек данные можно менять на свое усмотрение. Если в любую используемую для данных ячейку (кроме идентификатора) вписать FF, за следующим включением питания эта ячейка немедленно будет переписана данными по умолчанию.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер приемника будет выглядеть так...

80 1F - (подиапазон 4хх МГц) - Config RG

AC 80 - (точное значение частоты 438 MГц) - Freg Setting RG

91 20 - (полоса приемника 400 кГц, чувствительность максимальная) - Rx Config RG

C6 94 - (скорость данных - не быстрее 2 кбит/сек) - Data Rate RG

C4 00 - (АПЧ выключено) - AFG RG

82 D9 - (приемник включен) - Pow Management RG.

Первая ячейка памяти второй строки (адрес 10 h) - идентификатор приемника.

Для корректного изменения содержимого регистров как приемника так и передатчика воспользуйтесь программой RFICDA, выбрав микросхему TRC102 (это клон MRF49XA).

Примечания:

Обратная сторона плат - сплошная масса (залуженная фольга).

Дальность уверенной работы в условиях прямой видимости - 200 м.

Количество витков катушек прм и прд - 6. Если воспользоваться опорным кварцем 11 МГц вместо 10 МГц, частота «уйдет» выше около 40 МГц. Максимальная мощность и чувствительность в этом случае будут при 5 витках контуров прм и прд.

Таким образом, рассмотрев две схемы акустического приемника и передатчика на микросхеме MRF49XA и на микроконтролере ICM7555, я решил реализовать свою дипломную работу на микроконтролере ICM7555 выбор данного микроконтролера я обосновываю из-за маленького потребления тока микросхемой. Если при повторении схемы возникнут трудности с ее приобретением, то можно использовать более распространенные таймеры серии 555. Их отечественным аналогом является микросхема КР1006ВИ1. Частота генерации таймера порядка 40 кГц.

3.3 Анализ элементной базы схемы на микроконтроллере ICM 7555

Элементная база передатчика построена на микросхеме IC1 типа ICM7555. Как известно, это микросхема таймера, выполненная на МОП структурах. Этот тип был выбран из-за маленького потребления тока микросхемой. Если при повторении схемы возникнут трудности с ее приобретением, то можно использовать более распространенные таймеры серии 555. Их отечественным аналогом является микросхема КР1006ВИ1.

Частота генерации таймера порядка 40 кГц. Она может быть изменена при настройке при помощи подстроечного сопротивления Р1.

К выходу генератора подключена пара комплементарных транзисторов Т1 и Т2. Они возбуждают ультразвуковой излучатель, например, типа USR40.

Элементная база приемника построена на ультразвуковом приемнике, типа мембраны подключенная к разъему К1. Две ступени усиления выполненные на IC1 -А и IC1 -В микросхемы типа LM324.

Общее усиление IC1-A и IC1-B порядка 1600. На выходе IC1-B включен диод D1. При приеме ультразвуковых колебаний приемником диод D1 отпирается и через резистор R7 снижает потенциал на инвертирующем входе компаратора - IC1-C. Потенциал неинвертирующего входа компаратора при настройке схемы выставляется подстроечным сопротивлением Р1 так, чтобы на выходе микросхемы IC1-C был низкий потенциал. При наличии сигнала на ее входе (вывод 9) компаратор переключается и на его выходе (вывод 8) появляется высокий потенциал. Состояние компаратора индицируется светодиодом LD2. Разъем КЗ - выходной разъем приемника.

3.4 Разработка устройства

Изготовление печатной платы и сборка устройства

1. Для начала необходимо распечатать "прототип" печатной платы на лазерном принтере в 100% масштабе. Для разработки проекта радиотехнической части будущего устройства я использовал программы P-CAD 2001 и PCB Layout Так, для разработки схемы будущего устройства используется программа P-CAD 2001:

Рисунок 5- Окно программы P-CAD 2001

В программе у меня имеется заготовленная библиотека символьных обозначений отдельных компонентов, которая при необходимости мною быстро пополняется.

Для разработки проекта самой печатной платы используется программа PCB Layout, для которой у меня также имеется собственная библиотека чертежей различных радиокомпонентов:



Рисунок 6- Вид печатной платы изготовленный в программе PCB Layout

Конечная цель разработки проекта печатной платы - получить чертеж "дорожек" платы, который можно распечатать на принтере.

Рисунок 7- Подготовка к распечатке на принтере печатной платы

Перевод распечатанной топологии печатной платы с листа бумаги на медную поверхность стеклотекстолита должна осуществляться предварительно нагретым утюгом. Лучше использовать утюг с ровной поверхностью. Уровень нагрева утюга можно выставить на максимум. Лист бумаги должен быть неподвижно закреплен. Утюгом равномерно проглаживают поверхность, после чего убирают его и прижимают бумагу ровной поверхностью (например, дощечкой) и сверху ставят груз (например, гантель). Это необходимо для того, чтобы тонер прилип к медной поверхности и чтобы не образовывались пузырьки воздуха между бумагой и стеклотекстолитом в местах где тонера нет. Далее изготавливаемой печатной плате необходимо дать остыть. Охлаждать под струей холодной воды также не стоит пока тонер окончательно не остыл.

Рисунок 8- Перевод распечатанной топологии печатной платы

2. Затем выбирается кусок текстолита подходящих размеров. Поверхность меди зачищается от оксидной пленки (потемневших участков) и обезжиривается. Распечатанная топология печатной платы прикладывается тонером к стеклотекстолиту и проглаживается утюгом. Тонер приклеивается к медной фольге.



Рисунок 9- Пластина стеклотекстолита после зачистки

3. После остывания бумагу отрывают, а дорожки черного тонера остаются на стеклотекстолите. Тонер не растворяется в хлорном железе и большинстве других соляных растворов, предназначенных для травления печатных плат. Он служит своеобразным защитным слоем, под которым дорожки меди не вытравливаются.

4. Поверхность текстолита очищается от остатков бумаги и помещается в раствор для вытравливания плат. Для вытравливания плат в основном используют раствор с хлористым железом. При отсутствии хлористого железа можно использовать медный купорос. Способ приготовления: 1 ложка медного купороса + две ложки пищевой соли на 100 гр. воды. Длительность вытравливания при использовании этой смеси до 1 суток. При этом раствор самовосстанавливается в отличие от хлористого железа. Расходным веществом в нём является соль. Медный купорос продаётся в магазинах «Для сада». Применяется на приусадебных участках для борьбы с вредителями.

Известен и такой рецепт для приготовления раствора. В одном литре холодной воды растворяют 20 - 25 таблеток гидроперита, а затем осторожно добавляют 100 мл концентрированной серной кислоты. Такой раствор довольно быстро вытравливает плату. Гидроперит можно приобрести в аптеке (таблетки).



Рисунок 10- Вытравливание платы в хлорном железе

5. По окончании процесса травления медного слоя тонер может быть снят с помощью лезвия от канцелярского ножа (механический метод), ацетона (химический метод) или стирательной резинки (тоже хороший, но кропотливый метод). Внимательно осматриваем нашу заготовку под яркой лампой, возможно с лупой, кому необходимо. Не исключено, что на изображении будут мелкие дефекты, часто в виде царапин или выеденных точек. Такие дефекты можно отредактировать (подкрасить) несмываемым водостойким маркером (например, маркером для подписывания CD/DVD-дисков).

6. Теперь обрезаем лишние "поля" (ведь при вырезании заготовки мы сделали ее с запасом по 5 мм с каждой стороны):

Рисунок 11- Вырезание заготовки

Края заготовки шлифуем на ровном точильном бруске под струей воды. Вода необходима для немедленного удаления пыли.

Получаем вытравленные заготовки плат:

Рисунок 12- Вытравленные заготовки плат

Далее, необходимо проделать отверстия под компоненты и крепеж. Как раз теперь нам очень пригодятся те самые вытравленные в меди точки в центрах контактных площадок, которые получились под изображениями отверстий на фотошаблоне диаметром 0.4 мм.

Для целей сверления отверстий использовал самодельный сверлильный станочек, сделанный на основе электромоторчика от видеомагнитофона «Электроника. На валу моторчика установлен цанговый патрон, в который зажимаются сверла разного диаметра.

Рисунок 13 - Станочек для сверления отверстий

Пыль сдуваем, и покрываем все медные "дорожки" по всей длине раствором канифоли в спирте. Канифоль защитит медь от окисления и сделают последующую пайку компонентов "легкой и непринужденной".

Далее напаиваю радиоэлектронные компоненты. После напайки компонентов проверяем монтаж (чтобы все компоненты были требуемого номинала и стояли на своих местах), включаем, налаживаем работу устройства. После наладки, когда к нашей плате более уже ничего не будет ни отпаиваться, ни припаиваться, промываем плату от канифоли ваткой с ацетоном или спиртом.

Рисунок 14 - Прямоугольный импульс отображаемый на экране осциллографа Tektonix

4. Технико-экономическое обоснование дипломной работы

4.1 Экономическая оценка разработки устройства

Стратегия развития экономики Республики Беларусь и Республики Казахстан - повышение эффективности общественного производства. Она предопределяет рациональное использование всех возможностей и богатств, которыми располагает национальная экономика. В условиях рыночной экономики, жестких бюджетных ограничений уровень боевой готовности войск все больше зависит не только от объема ресурсов, выделяемых на оборону и безопасность страны, но и от эффективности их использования.

Результат выполнения дипломной работы относится к научно-технической продукции. В условиях рыночных отношений научно-техническая продукция также является товаром. Учитывая характер дипломной работы можно ограничиться расчетом ориентировочной цены основного результата, базирующимся на укрупненной себестоимости и цены научно-технической продукции.

Расчет цены основного результата дипломной работы осуществляется в следующей последовательности:

а) Определяются материальные затраты на выполнение работ по теме, включая стоимость покупных комплектующих изделий и полуфабрикатов на изготовление макетов и опытных образцов. На все необходимые детали было потрачено 210000 Br.

б) Расчет затрат на топливно-энергетические ресурсы производятся по формуле (1):

P_эл = (1)

где - установочная мощность компьютера, на котором разрабатывалось программное обеспечение, кВт;

- время фактического использования компьютера, ч. Работа над темой началась с 5 марта 2013 года, поэтому расчет часов производится с указанной даты.

- тариф за 1 кВт/ч энергии, р.

Расчет представлен в табличной форме (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Расчет затрат на топливно-энергетические ресурсы

Наименование оборудования	Установочная мощность, кВт	Время использования, ч	Тариф за 1кВт/ч, Br	Сумма затрат
Ноутбук Lenovo/ Y560	0,25	778	202,6	39380,6
Паяльная станция АТР-1101	0,05	15	202,6	151,95
Всего	0,25	778	202,6	39532,5

в) Работа и услуги сторонних организаций (соисполнителей) включают расходы на предоставление услуг, выполняемой сторонней организацией. Не учитываются, так как все работы проводились самостоятельно и собственноручно.

г) Расходы на оплату труда научно-производственного персонала не рассчитываются, так как программный комплекс разрабатывался в рамках дипломной работы.

Таким образом, из вышеприведенных сведений видно, что сумма затрат на разработку системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн равна 249 тысяч 533 белорусских рубля.

4.2 Оценка эффективности внедрения устройства управления

Разработка и внедрение проектов любого программного обеспечения связаны с инвестициями, вложениями средств, затратами рабочего времени и труда. Денежные затраты на автоматизацию представляют собой капитальные затраты на разработку и внедрение проекта и эксплуатационные текущие расходы.

К затратам следует относить:

- стоимость проектных работ, расходы по постановке и алгоритмизации задач;

- затраты на приобретение технических средств, оборудования, инвентаря;

- затраты на монтаж, установку технических средств;

- стоимость внедрения;

- затраты на обучение.

Эксплуатационные текущие расходы включают в себя:

- затраты на электроэнергию;

- содержание помещений;

- сопровождение программного обеспечения (поддержание в работоспособном состоянии, обновление, замена версий);

- сопровождение информационной базы (восстановление целостности, архивирование и резервное копирование, антивирусная защита, управление доступом);

- затраты на ремонт и обслуживание технических средств;

- стоимость расходных (бумага, краска, картриджи для принтера) и прочих вспомогательных материалов.

Целесообразно учесть и затраты живого труда на выполнение перечисленных работ, особенно время работников, выполняющих их без дополнительной оплаты в свое рабочее время.

Экономию затрат на обработку информации с помощью программного обеспечения рассчитывают по формуле 2, сравнивая затраты на обработку информации при минимуме двух вариантах обработки информации:

С = С₁ - С₀ (2)

где С₁ -- затраты на обработку информации до внедрения программного комплекса;

С₀ -- затраты после внедрения.

С₁ можно оценить по фактическим показателям,

С₀ -- с помощью проектных, плановых, нормативных показателей. Затраты на монтаж, приобретение технических средств, оборудования, инвентаря, установку технических средств не учитываются, так как принимается во внимание тот факт, что боевой расчет, занимающиеся обменом информации в акустическом диапазоне длин волн с ДРГ, обеспечен персональными электронными вычислительными машинами.

В пункте несения дежурства для обработки сведений, получаемых от ДРГ, необходимо одно должностное лицо ? оператор который принимает и передает информацию от ДРГ, работающий с разведывательной информацией и знающий все параметры представления отчета. Данный оператор заступает на место несения боевого дежурства в составе расчета на 1 сутки.

В соответствии с Приказом № 571 от 18.06.2004 года «О применении нормативно-правовых актов по оплате труда» сумма оплаты лицу, заступающему на боевое дежурство, с выслугой 20% (4 года) и получением надбавки за службу в особых условиях, равна 15480 белорусских рублей.

Таким образом, С₁=1сут.*15480р.=17480р., С₀=3480р=2690р. С₁ оценено по фактическим показателям работы на месте несения боевого дежурства, C₀ было оценено по проекту.

С=17480-2690=14790р.

Срок окупаемости проекта рассчитывают путем деления суммы затрат на экономию затрат на обработку информации. Сумма затрат была рассчитана в разделе 4.1 и К=249533 белорусских рублей.

T_ПК = К / С (3)

где T_ПК -- срок окупаемости;

К -- сумма затрат;

С -- экономия затрат на обработку информации.

T_ПК= 249533/14790=17 сут.

Из значения, рассчитанного по формуле (3) можно сделать вывод, что программный система окупится за полмесяца боевых дежурства.

Полный эффект от внедрения системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн в денежном показателе выразить невозможно. Существует ряд косвенных показателей эффективности программного комплекса (ПК), которые отражаются на результатах производственной деятельности за счет повышения уровня управления, оперативности принимаемых решений, то есть косвенным путем.

Для оценки эффективности внедрения программного комплекса были использованы следующие критерии:

- время, затрачиваемое на обработку информации для формирования отчета;

- затраты на разработку программного продукта;

Выводы:

а) до внедрения системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн в работу на засекречивание информации тратилось на 30% больше времени, чем с внедрением;

б) затраты на разработку программного комплекса составили 249 тысяч 533 белорусских рублей. В то время как стоимость зарубежных аналогов, которые обладают теми же функциями составляет не менее 850 тысяч белорусских, что более чем в два раза больше. И если рассматривать тот факт, что данное устройство было разработано в рамках работы над дипломной работой, то для системы обмена информации в акустическом диапазоне длин волн боевым расчетом не потребуется никаких финансовых затрат;

в) для приведенного в разделе 4.2 примера оплаты одного часа работы должностного лица, занимающиеся обнаружением и распознаванием объектов, видно что затраты государства на оплату данного вида работы составят в семь раз меньше, чем затрачивается сейчас. В данном случае возможно предположение, что будет необходимость лишь в отдельном должностном лице для осуществления обнаружения движущихся объектов.

...