Сигнализатор утечки бытового газового вещества

Диплом.doc

Пояснительная записка дипломного проекта содержит
листов 14 рисунков 7 таблиц 18 наименований литературных источников.
Графическая часть дипломного проекта представлена на 5 листах формата
А1 и включает в себя: схему электрическую принципиальную сигнализатора
утечки бытового газового вещества (1 лист формата А1); чертеж общего вида
сигнализатора утечки бытового газового вещества (1 лист формата А1); плату
печатную сигнализатора утечки бытового газового вещества (1 лист формата
А1); плату монтажную сигнализатора утечки бытового газового вещества (1
лист формата А1); схему структурную сигнализатора утечки бытового газового
вещества (1 лист формата А1).
Пояснительная записка содержит ряд ключевых слов и словосочетаний
таких как СИГНАЛИЗАТОР ГАЗОВОЕ ВЕЩЕСТВО НОВИЗНА КОНСТРУКЦИИ.
Конструкторская часть содержит полный объём конструкторских расчётов
основных характеристик проектируемого сигнализатора утечки бытового
В технологической части даны рекомендации по изготовлению печатных
Пояснительная записка содержит также экономическую часть в которой
приводятся обоснование и соответствующие расчёты по организации
производства предлагаемого сигнализатора утечки бытового газового вещества.
Разрабатывается ряд мероприятий обеспечению безопасности жизнедеятельности.
Удобство применения газа в быту перевешивает опасности связанные с
утечкой газа из магистрали или газобалонного оборудования. В настоящее
время в связи с развитием технологий появилась возможность существенно
снизить вероятность утечки связанную с опасностью последующего возгорания.
При установке датчикаутечки газанеобходимо следовать следующим
рекомендациям от которых зависит эффективность обнаружения газа. На выбор
места установки влияет состав используемого газа. В случаемагистрального
газа где преобладающим компонентом является метан (газ легче воздуха)
установку производят под потолком на расстоянии 20-30 см от него. При
применении в бытупривозного (балонного) газа установку рекомендуется
производить вблизи пола на расстоянии 20-30 см то есть там где существует
вероятность скопления пропана (тяжелого газа доля которого в балонне
достигает 40% от объема).
Степень контроля условно можно разделить на три уровня по применяемому
Простой сигнализатор утечки газа
Сигнализатор с запорной газовой арматурой
Удаленный контроль за утечкой газа
Стоимость бытовых приборов варьирует в больших пределах в зависимости
от сложности конструкции и страны изготовителя. Наиболее дешевые
сигнализаторы стоят 20 а самые сложные и многофункциональные - до 300 .
Поскольку вопросы безопасности неотделимы от вопросов надежности
аппаратуры то надо рассматривать не только стоимость но и
ремонтопригодность гарантии проведения периодических поверок
долговременную стабильность газочувствительных сенсоров устойчивость
работы в реальных условиях российского климата.
Рынок газоаналитических систем безопасности в России бурно
развивается и будут постоянно появляться новые модели а для их
правильного функционирования необходимо сформулировать технические
требования к приборам этого класса на основе нормативных требований
здравого смысла и опыта работы уже существующих приборов.
Требования к функционированию бытовых сигнализаторов
Приборы бытового класса предназначены для обеспечения безопасности
жилища человека. Это стационарные приборы устанавливаемые в местах
возможного газовыделения. Приборы для контроля метана (СН4) который
преобладает в природном газе и легче воздуха устанавливают на кухнях
вблизи газовой плиты желательно под воздухозаборником или по ходу
воздушного потока от горелки плиты. Чем ближе к плите тем быстрее пройдет
сигнал но вблизи плиты много сажи копоти жирных паров которые отравляют
газочувствительный сенсор - значит надо соблюдать оптимум т.е. около 05-
метра от горелки и использовать пылезащитный фильтр на сенсорах.
Запитывается стационарный газосигнализатор от сетевого напряжения 220 В с
помощью понижающего трансформатора-адаптера. Крепление прибора к стене - на
шурупах а к кафельной плитке - на липкой ленте.
Приборы для контроля сжиженного газа который тяжелее воздуха
устанавливают в нижней зоне помещений но для сохранности их приподнимают
над полом до 05-1 метра т.к. приборы могут быть залиты водой при уборке
или поломаны при передвижении вещей (например сумкой или ведром).
Порог аварийного срабатывания прибора для горючих газов - это 10% или
% от нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР). У
метана (СН4) НКПР равен 5% объемных долей (% об.) следовательно 10 и 20%
- это 05 и 10% объема метана в воздухе. Соответственно для сжиженного
газа (пропан-бутановой смеси) НКПР равен 2% объема и пороги выбирают 02
или 04% объема. Иногда применяют второй предупреждающий порог. Величина
устанавливается произвольно: от 005% до 05% объема но логичнее сделать
предупреждающий порог на
уровне ниже предельно допустимой концентрации метана в воздухе (ПДК).
Бытовые газовые извещатели наличия горючих газов - это приборы
длительного пользования и необходимо периодически проверять их
работоспособность но газочувствительные сенсоры которые входят в состав
извещателей могут "стареть" и менять свою чувствительность поэтому
приборы должны предусматривать удобную конструкцию подачи эталонного газа
для проверки и легкую замену сенсоров. Можно сделать приборы настолько
дешевыми чтобы менять их целиком [2 3].
2. Обзор устройств и методов измерения газового вещества
2.1 Первичные преобразователи газовых веществ
Фирма Figaro Engineering Inc. (Япония) является одним из мировых
лидеров по производству первичных преобразователей газовых веществ
(датчиков) и определения концентрации газов и газовых примесей в составе
воздуха [4]. Весь производственный процесс включающий разработку новых
типов датчиков их изготовление и тестирование имеет международный
сертификат качества ISO 9001 который гарантирует потребителям хорошие
технические параметры датчиков а также их надежность и стабильность в
эксплуатации. На сегодняшний день Figaro производит 1 млн. датчиков в
месяц. Среди потребителей датчиков Figaro такие известные мировые компании
как BMW Mitsubishi Heavy Industries General Motors Daikin и др. Первое
место по потреблению датчиков Figaro на мировом рынке (более 40% объема
продаж) занимают бытовые детекторы утечки природного газа в домах
оборудованных газовыми плитами или газовыми системами отопления. В Японии
наличие подобных устройств закреплено законодательно в целях обеспечения
безопасности населения. И хотя в России принятие таких законодательных
актов даже не планируется тем не менее вопрос обеспечения безопасности
жилищ особенно актуален в нашей стране в связи с распространенностью газа в
быту и участившимися в последние годы случаями утечки и взрывов газа.
Второе место по потреблению датчиков Figaro (около 20%) занимает
производство воздухоочистителей кондиционеров и систем вентиляции
помещений. На третьем месте (15%) — приложения автомобильной электроники —
системы кондиционирования и климат-контроля салона детекторы взрывоопасных
газов для газовых двигателей и др. Это направление также представляется
перспективным для российского рынка.
2.2 Датчики на основе оксида олова
Принцип действия датчика основан на изменении электропроводности
полупроводниковой пленки вследствие адсорбции газа на ее поверхности [5].
На трубчатую подложку из оксида алюминия (см. рис. 1) нанесен тонкий слой
оксида олова (SnC02) легированного элементами обладающими каталитическими
свойствами (Pt Си Ni Pd)
Рисунок 1.2.2.1 Конструкция датчика на основе оксида олова
— керамическая трубка держателя; 2 — резистивный нагреватель; 3 —
электрод; 4 — зажимы; 5 — легированный оксид олова
чтобы обеспечить более высокую чувствительность полупроводника к
конкретному типу газа примеси. При нагреве сенсора до рабочей температуры
(около 400°С) при помощи нагревательного элемента выполненного в едином
конструктиве с датчиком на поверхности сенсора имеющей мелкозернистую
структуру происходит адсорбция содержащегося в воздухе кислорода.
Протекание адсорбции зависит от концентрации газа примеси. В результате
поверхностных эффектов изменяется электрическая проводимость сенсора.
Отклик датчика выражается изменением его сопротивления в зависимости от
концентрации газа влияющего на адсорбцию кислорода на материале сенсора.
Быстрота отклика зависит от модели датчика и конкретного газа примеси.
Соотношение между сопротивлением сенсора и концентрацией газа примеси
задается выражением:
R = А [С]-alpha (1.2.2.1)
где R — электрическое сопротивление сенсора А alpha — константы [С] —
концентрация газа примеси.
В соответствии с этой формулой зависимость сопротивления датчика от
концентрации газа примеси линейна в логарифмическом масштабе для рабочего
диапазона концентраций (от нескольких миллионных долей (ррт) до нескольких
тысяч ррт). Датчик проявляет чувствительность к различным типам газов
примеси одновременно но оптимальная селективность к определенному типу
обеспечивается во-первых путем ввода специальных легирующих добавок в
оксид олова на этапе изготовления и во-вторых выбором рабочей температуры
сенсора что достигается подачей на нагревательный элемент определенного
постоянного напряжения.
Поскольку принцип детектирования основан на химической адсорбции
газов на поверхности температура и влажность окружающей среды влияют на
скорость протекания химической реакции и как следствие — на
чувствительность датчика.
В настоящее время фирма Figaro выпускает два семейства датчиков на
основе оксида металла — «серию 8» и «серию 2000» отличающуюся от
предыдущей более современной технологией изготовления и конструкцией
нагревательного элемента.
2.3 Датчики на основе жидкого электролита
Чувствительным элементом кислородных датчиков является гальваническая
ячейка с раствором электролита. Обычно в качестве электролита используется
водный раствор щелочи калия (КОН) однако ему присущ ряд недостатков среди
которых малый срок годности и пониженная сопротивляемость присутствию в
газовой смеси [4]. В датчиках Figaro применяется многокомпонентный
Рисунок 1.2.3.1 Конструкция кислородного датчика:
— крышка (пластмасса); 2 — диск (пластмасса); 3 — кольцо; 4 —
анод (свинец); 5 — контакт катода; б — контакт анода; 7 —
резистор; 8 — термистор; 9 — электролит кислотного типа;10 — диск
из пористого материала; 11 — катод; 12 — мембрана (тефлон)
электролитический раствор кислоты созданный по оригинальной технологии
стойкий к воздействию газов (таких как СO2) легко вступающих в реакцию
окисления. Срок годности электролита кислотного типа в десять раз превышает
срок годности щелочных электролитов.
2.4 Датчик газового вещества на основе твердого электролита
Рисунок 1.2.4.1 Конструкция чувствительного элемента датчика на основе
твердого электролита
— нагревательный элемент (платина); 2 — контакты; 3 — герметизация
(стекло); 4 — измерительный электрод (анод); 5 — твердый электролит; 6 —
электрод сравнения (катод)
Датчик представляет собой гибридную структуру из чувствительного
элемента и внутреннего термистора [6]. Сенсор чувствительный к угарному
газу состоит из твердого электролита заключенного между двумя
электродами носителями заряда в котором являются катионы натрия (Na+) а
также нагревательного элемента выполненного в виде платиновой подложки.
Катод (электрод сравнения) изготавливается из карбоната лития и золота
анод (измерительный электрод) — из золота. Внутренний термистор служит для
компенсации температурной зависимости сенсора.
При использовании подобной схемы изменение выходной величины
происходит в соответствии с изменением концентрации угарного газа в среде.
Для того чтобы обеспечить максимальную
точность измерений фирма Figaro предлагает специально разработанный для
этих целей измерительный модуль содержащий микропроцессор цифровой
обработки сигнала. Датчик TGS2442 дает хорошую линейную зависимость
между выходным сигналом и концентрацией угарного газа.
3. Устройства измерения газового вещества
3.1. Газосигнализатор «МАК»
Рисунок 1.3.1.1 Газосигнализатор «МАК»
Индивидуальный газосигнализатор угарного газа (CO) «Мак» предназначен
персонала помещений и рабочих мест предприятий производственные
процессы которых связаны с возможностью возникновения избытка
угарного газа в атмосфере
коммунальных служб и систем коммуникаций
аварийно-спасательных бригад.
Принцип действия ИГС «Мак» основан на амперометрическом методе
измерения при котором
электрохимический сенсор преобразует значение концентрации газа в атмосфере
в электрический сигнал сила тока которого пропорциональна величине
концентрации газа. Нагрузкой сенсора являются усилитель и
двухпороговое устройство включения сигнализации.
Питание ИГС осуществляется от аккумуляторной или гальванической
батареи. Газосигнализатор «Мак» позволяет осуществлять непрерывный
автоматический контроль концентрации газа в атмосфере и оповещение об
опасных уровнях концентрации не требуя обслуживания и замены
элементов питания в течение 1 года. Пороги срабатывания сигнализации
ГС «Мак» установлены на уровнях 20 и 100 мгм3. Если концентрация CO
достигает 1-го порога включается прерывистая световая (желтый
светодиод) и звуковая сигнализация. При достижении 2-го порога
включается прерывистая звуковая сигнализация и начинает мигать
красный светодиод причём частота повторения тревожного сигнала
ИГС «Мак» может быть использован в качестве стационарного
энергонезависимого прибора управляющего
внешними средствами оповещения (включение звуковой иили световой
сигнализации) и защиты (включение вентиляции). Конструкция прибора
предусматривает возможность его использования в качестве
газоанализатора благодаря встроенному цифровому индикатору или
внешнему вольтметру-индикатору для определения численного значения
концентрации контролируемого газа.
Газосигнализатор является избирательным устройством и работает при
наличии в атмосфере примесных газов (однако нежелательным является
присутствие в атмосфере в высоких
концентрациях кислых и щелочных паров аэрогелей паров спирта и
органических растворителей). Устройство обладает встроенной системой
самоконтроля основанной на имитации сигнала от газо-чувствительного
Основные характеристики газосигнализатора угарного газа «МАК»
3.2. Анализатор АPI 300 E
Рисунок 1.3.2.1. Анализатор АPI 300 E
Газоанализатор API мод. 300Е предназначен для измерения концентрации
Принцип действия – ИК – оптический с корреляционным газовым фильтром.
Дополнительные особенности прибора
Прибор имеет встроенный насос для отбора пробы аэрозольный фильтр
для очистки пробы от взвешенных частиц.
Во встроенной памяти сохраняются измеренные значения а также широкий
набор расчетных и сервисных характеристик которые в любой момент могут
быть выведены на встроенный дисплей или переданы через серийный порт на
удаленный компьютер.
Обмен данными через серийный порт имеет двунаправленный характер что
позволяет управлять прибором с внешнего компьютера.
Прибор может иметь встроенное меню на русском языке.
Основные характеристики анализатор оксида углерода АPI 300 E
Диапазоны измерений от 0-150 мгм3
Относительная инструментальная15%
Аналоговый выход 0-01;0-1;0-5;0-10 В (выбирается
Цифровой выход RS – 232 (два порта)
Потребляемая мощность 250 Вт
Габаритные размеры 432х178х597 мм
При разработке дипломного проекта произведен анализ научной
литературы информации всемирной сети “Internet” который показал что
разработка сигнализатора утечки бытового газового вещества является
В силу чего возрастает вероятность увеличения источников опасных
газов и как следствие этого нарастающая опасность отравления. Это
приводит к необходимости контролировать их допустимые концентрации. Одним
из наиболее распространенных и опасных газов является угарный газ и
Для решения данных задач разрабатываются различные
компьютеризированные системы.
Такие системы довольно дороги и требуют квалифицированного
обслуживания как при установке так и при эксплуатации и как правило такие
системы отсутствуют даже в крупных гостиничных комплексах.
Предлагаемый сигнализатор утечки бытового газового вещества достаточно
Данная конструкция спроектирована и собрана на современной
отечественной и импортной недорогой базе и потому имеет хорошую
повторяемость ремонтопригодность и отсутствие дорогого оборудования как
для производства так и для ремонта. Производство данных систем возможно на
любом предприятии выпускающим бытовую либо промышленную радиотехнику.
Конструкторская часть
Согласно заданию в конструкторской части проекта содержатся следующие
разделы: разработка отдельных блоков сигнализатора утечки бытового газового
вещества и расчет основных элементов схемы.
1. Блок первичного преобразования
В качестве блока первичного преобразования выберем цифровой датчик
FSG-2442 фирмы Figaro Engineering Inc. Датчик FSG-2442 с цифровым
вводомвыводом обеспечивает погрешность измерений 2% [9]. При
использовании данные считываются через I2CSMBus последовательную шину в
дополнительном 9-битном коде. Для приложений требующих более высокого
разрешения пользователь может прочитать дополнительные регистры и
произвести простые арифметические действия чтобы достичь более чем 12-
битового разрешения. Выходные каскады линий SCL и SDA построены с открытым
коллектором поэтому к этим линиям необходимо подключить подтягивающие
Рисунок 2.1 – Технологическое исполнение датчика FSG-2442
Погрешность измерения – 2%
Диапазон измерений: 0-120 мгм3
-битовое разрешение расширяемое до 12-битового
Данные передаются через I2CSMBus последовательный интерфейс
Диапазон рабочего питающего напряжения от 2.7В до 5.5В
Диапазон рабочих температур: от -60 до 125 С0.
2. Микропроцессорное устройство
В качестве микропроцессора выберем микропроцессор фирмы MicroChip
Technolohy Inc [10]. Так как микропроцессоры данной фирмы крайне популярны
во всем мире у производителей электронной техники. Данные микропроцессоры
обеспечены мощной и продуманной поддержкой разработчиков со стороны фирмы
обладают низкой стоимостью микросхем. Кроме этого сам продукт обладает
целым рядом неоспоримых достоинств. Микроконтроллеры PIC фирмы MicroChip
объединили в себе все передовые технологии применяемые в производстве
микроконтроллеров: развитую RISC-архитектуру минимальное энергопотребление
при высоком быстродействии ППЗУ программируемое пользователем
функциональную законченность.
Микроконтроллеры PIC также интересны простотой освоения и применения
разработчик освобождается от непроизводительного труда направленного на
подбор и поиск подходящих компонентов разработку сложной схемотехники
реализованной на микросхем жесткой логики [11]. Значительно упрощается сама
конструкция устройства и повышается надежность.
Все микроконтроллеры серии PIC (Peripheral Interface Controller –
периферийный контроллер интерфейса) построены по так называемой Гарвардской
архитектуре когда используются раздельные области памяти и шины для данных
и команд. Это позволяет одновременно за один цикл получить доступ как к
памяти команд так и к данным. Кроме того существует двухступенчатый
конвейер который обеспечивает одновременное исполнение команды и выборку
следующей. Все команды кроме команд перехода выполняются за один машинный
цикл. Переходы включая возврат из подпрограмм выполняются за два цикла.
Система команд высокосимметрична т.е. позволяет выполнять любую
операцию над любым регистром с применением любого способа адресации. Такая
система команд значительно упрощает процесс программирования сокращает
объем программы и увеличивает производительность.
Память программ располагается на кристалле и снабжается битом защиты.
Микроконтроллеры выпускаются в отладочном однократно программируемом и
Отладочные кристаллы бывают как с электрически стираемой FLASH-
памятью так и с ультрафиолетовым стиранием.
Однократно программируемые контроллеры дешевле отладочных и позволяют
пользователю самому записать в них окончательную версию программ. Кроме
того некоторые однократно программируемые контроллеры дополнительно имеют
EEPROM (электрически перепрограммируемое ПЗУ) памяти данных что позволяет
даже после записи программы в кристалл изменять константы программы. Таким
образом осуществляется индивидуальная настройка устройства.
Масочно программируемые кристаллы имеют самую низкую стоимость и
программируются при изготовлении крупных партий на заводе фирмы MicroChip.
Некоторые микроконтроллеры обладают специальными функциями: встроенный
драйвер ЖКИ до 16-ти каналов АЦП контроль за напряжением питания USB
Остановимся на микроконтроллерах семейства PIC16 являющимся 8-
разрядными и обладающими наилучшим соотношением цена-качество простотой
программирования достаточно высоким быстродействием [11]. В качестве
реализации микроконтроллера PIC16 выберем PIC16C745 (рис 2.2).
Рисунок 2.2 Микроконтроллер PIC16C745
Структура микроконтроллера:
Ядро микроконтроллера – оно заставляет микроконтроллер работать. В
состав этой группы входит:
Центральный процессор;
Арифметико-логическое устройство;
Периферийные модули – особенности которые добавляются независимо
от центрального процессора. Периферийные модули позволяют
организовать интерфейс связи с внешней схемой (например
универсальные порты вводавывода драйверы ЖКИ входы АЦП) и
выполнять отсчет временных интервалов (таймеры).
Специальные особенности микроконтроллера – уникальные особенности
микроконтроллера позволяющие придать одно или более следующих
свойств конечному изделию:
Уменьшить стоимость устройства;
Увеличить надежность системы;
Предоставить дополнительную гибкость разработчикам при
проектировании устройства.
Рассмотрим USB модуль микропроцессора. Он в первую очередь
предназначен для подключения периферийных устройств к персональному
компьютеру. Интерфейс USB обеспечивает следующие характеристики:
Высокая скорость передачи данных;
Высокая помехозащищенность;
Подключение нескольких устройств на одну линию;
Автоматическое определение и настройка периферийного устройства;
Малое количество соединительных проводов;
Сеть USB строится по топологии звезда с шести уровневой древовидной
структурой. В USB может быть только одно «Master» устройство (компьютер) и
до 127 «Slave» периферийных устройств. Инициирует передачу только Master
Slave устройства не могут самостоятельно начать передачу в шину USB.
Основные электрические характеристики:
Диапазон рабочих температур -550С +1250С;
Напряжение питания – 5В;
Рассеиваемая мощность – 1Вт;
Максимальный ток вывода Vss – 300мА;
Максимальный ток вывода Vdd – 250мА.
Блок индикации реализуем на ЖК-индикаторе ИЖЦ21-47 [12]. Индикатор
представляет собой герметическую структуру в которой промежуток между
электродом подложки и электродом сегмента заполнен специальной рабочей
жидкостью молекулярные структуры которой способны вращаться в
электрическом поле. Для начала переориентации молекул достаточно очень
небольшой разности потенциалов обычно менее одного вольта.
Рис. 2.3 Схематическое строение простейшего ЖК-индикатора
Электроды подложки и сегментов стараются сделать
максимально прозрачными напыляя тончайший проводящий слой на стекло. Чаще
всего используются соединения титана и в последнее время проводящие
В исходном состоянии когда сегмент не активизирован свет проходит
через первую поляризующую пленку наклеенную на внешнюю поверхность стекла
и поляризуется. Далее он проходит через слой неактивной рабочей жидкости
которая разворачивает плоскость поляризации светового потока на 90°.
Благодаря тому что плоскость поляризации светового потока
развернулась он проходит через вторую поляризующую пленку отражается от
светоотражателя на задней стенке и возвращается обратно. Когда к электродам
приложено напряжение рабочая жидкость активируется. В этом случае свет
пройдя через первую поляризующую пленку поляризуется. Но при прохождении
через активированную рабочую жидкость плоскость поляризации светового
потока не разворачивается. Поэтому достигнув задней поляризующей пленки
свет не может через нее проникнуть и отразиться от отражателя. В этом месте
мы видим черный сегмент. Иначе говоря чтобы сегмент стал активным
почернел на него надо подать напряжение.
К сожалению в использовании ЖК-индикаторов есть важные ограничения
порождающие большие сложности. Самое главное из них состоит в том что
категорически запрещается прикладывать к электродам напряжение постоянной
полярности. В этом случае начнется электролитическая диссоциация рабочей
жидкости и в некоторых случаях разрушение напыленных проводников.
Индикатор очень быстро выйдет из строя. Поэтому применяют чередование
высокого и низкого уровней на подложке и электродах. При этом уровень на
активном сегменте меняется в противофазе к
уровню подложки благодаря чему постоянно инвертируется полярность
приложенного к электродам напряжения. На неактивном сегменте уровень
переключается синфазно с подложкой поэтому
для него разность потенциалов всегда равна нулю.
На частоту изменения уровней тоже есть ограничения. С одной стороны
частота не должна быть слишком маленькой чтобы за один полупериод не
успевала начаться диссоциация. С другой стороны рабочая жидкость обладает
инерционностью и при слишком высокой частоте ее молекулы не будут успевать
переориентироваться в электрическом поле. Обычно достаточно чтобы частота
переключений составляла 100 200 Гц. Для уменьшения числа выводов сегменты
соединяют в группы применяют несколько подложек иили подают на них
ступенчатое напряжение с несколькими уровнями. При этом напряжение на
сегментах также меняется ступенчато по достаточно сложному принципу
который невозможно реализовать простейшими методами. В этом случае
применяют либо микроконтроллеры со встроенными драйверами ЖКИ либо
специальные микросхемы контроллеров ЖКИ.
ЖК индикаторы нормально работают при подаче на выводы ТТЛ-уровней
поэтому выводы индикатора можно подключать прямо к выводам микросхем.
Количества выводов микроконтроллера PIC16C745 недостаточно для подключения
индикатора напрямую. Поэтому принято решение выводить данные в
последовательном виде и преобразовывать их в параллельный вид при помощи
последовательно-параллельных сдвиговых регистров КР1533ИР24. В этом случае
для вывода информации задействованы только два вывода микроконтроллера:
вывод данных и вывод строба. Еще один вывод используется для управления
уровнем на подложке индикатора.
Взаимное соответствие битов выходного кода и сегментов знакоместа
2.2. Расчет заработной платы
Основную заработную плату проектировщика вычисляют по формуле
где ТР = 23558 + 170 = 40558 – общая трудоемкость проектирования
конструкторской части разрабатываемого устройства час;
ТРМ = 170 – общая трудоемкость проектирования конструкторской части
разрабатываемого устройства на ПЭВМ час;
ОР = 3000 – оклад разработчика руб.;
FР = 168 – месячный эффективный фонд времени для проектировщика час;
FРМ =152 – месячный эффективный фонд времени для пользователя ПЭВМ
Таким образом получаем с использованием формулы (5.2)
Основная заработная плата при изготовлении разрабатываемого устройства
[pic] или [pic] (5.3)
где ОИ = 2100 рублей – оклад специалиста осуществляющего сборку и
монтаж разрабатываемого устройства;
ТИ = 20 – трудоемкость сборки и монтажа устройства час;
FИ =168 – месячный эффективный фонд времени специалиста час;
ЧИ – часовая тарифная сетка час.
Таким образом подставляя числовые значения в формулу (5.3) получим
[pic] рублей за единицу продукции
Дополнительную заработную плату вычисляют по формуле
где КД = 02 – коэффициент учитывающий дополнительную заработную плату на
предприятии. Тогда дополнительная заработная плата проектировщика в
соответствии с формулой (5.4)
Дополнительная заработная плата сборщика
Доплата по районному коэффициенту
Начисления на заработную плату
где К0 = 0356 – коэффициент учитывающий отчисления на социальные
Начисления на заработную плату для проектировщика
Начисления на заработную плату для сборщика
Обязательный налог на страхование от несчастных случаев
где К1 = 02 – коэффициент учитывающий налог на страхование от
Налог на заработную плату для проектировщика
Налог на заработную плату для сборщика
2.3. Расчет затрат на машинное время и материальные ресурсы
Затраты на машинное время рассчитываются по следующей формуле
где ЗПЭВМ = 5 руб. – стоимость одного часа работы на ПЭВМ для
Таким образом по формуле (4.8) получаем
Затраты на машинное время при разработке конструкторской
документации 850 рублей.
Для использования ПЭВМ в проектировании конструкции и оформлении
документации необходимо использовать дискеты и компакт-диски. Затраты на их
использование вычисляют по формуле
где NД = 5 – соответственно количество используемых дискет шт.;
СД = 10 – соответственно стоимость одной дискеты руб.;
NКД = 3 – количество используемых компакт-дисков шт.;
СКД = 50 – стоимость одного диска руб.
Подставив эти значения в формулу (5.9) находим
Затраты на листы и ватманы а также на канцелярские принадлежности
рассчитываются по формуле:
где СЛ = 03 руб. – цена одного листа;
NЛ = 110 – количество листов;
СВ = 8 руб. – цена одного ватмана;
NВ = 7 – количество ватманов;
Х = 200 руб. – непредвиденные расходы.
Итого на проектирование конструкторской документации требуется по
формулам (5.9) и (5.10) сумма
Сырьё основные материалы. Здесь учитывается затраты на основные
материалы пошедшие на изготовление продукции. Различают основные и
вспомогательные материалы. Основные – те которые непосредственно пойдут на
данную продукцию вспомогательные используются для обеспечения нормального
хода технологического процесса. Затраты на сырьё и основные материалы
рассчитываются по формуле 5.1.
где Зм – расходы на материалы
n – число видов основных материалов идущих на изготовление данной
Ри – расход материала i-го вида
Ци – цена материала i-го вида
На таблице 5.2. показано ведомость потребности основных и
вспомогательных материалов:
Наименование материала Единица Норма Цена (руб)Сумма
измерения расхода (руб)
Лак УР-231 кг 01 50 5
Припой ПОС-60 кг 0.04 50 2
Провод ПЭЛ –05 м 1 3 3
Гетинакс ГОСТ 2718-54 кг 01 300 30
Обмоточный провод ПЭВ-2 – 0.08 м 500 0.1 50
Сталь Э 41 кг 02 20 4
Клей БФ-2 кг 004 50 2
Комплектующие и полуфабрикаты. Расходы на покупаемые полуфабрикаты и
комплектующие пошедшие на изготовление данной продукции рассчитываются по
где Зк – расходы на материалы
К – число видов покупных полуфабрикатов и комплектующих
ni – число комплектов i-го вида
Цi – цена комплекта i-го вида.
Потребности на покупные изделия: 263 руб
Зобщ = Зм + Зк = 96+263=359руб. - Общие затраты на материалы.
2.4. Расчет накладных расходов и себестоимости блока
Накладные расходы составляют 10% от цены спроса
Распределение накладных расходов определяется по трудоемкости. Общее
время потраченное на производство устройства вычисляют по формуле:
где слагаемые соответственно время проектирования программирования и
Накладные расходы в зависимости от трудоемкости распределяются
На основании выполненных выше расчетов составляется таблица 5.3.
Затраты на проектирование
Наименование статей Затраты руб.
Проектир. Прогр.обеспеч.Изготовление
Затраты на материалы 389 100 359
Затраты на машинное время 850 - -
Основная ЗП 7562 - 250
Дополнительная ЗП 15124 - 50
Доплата по районному 146116 - 45
Начисления на ЗП 3715 - 12282
Налог на страхование от 208711 - 69
Накладные расходы 23825 - 1174
Итого 1781492 100 90756
Себестоимость разрабатываемого устройства вычисляют по формуле:
где Q = 1000 – объем спроса устройства шт.
2.5. Анализ цен и прибыли
ПЕРВОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦЕНЫ
Первое значение цены соответствует материальным затратам на
проектирование устройства программное обеспечение и изготовление без учета
ВТОРОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦЕНЫ
Во второе значение цены входят налоги ниже этой цены продавать
изделие нельзя так как оно будет приносить убытки. Налоги находятся
исходя из цены спроса которая составляет 2500 руб.
Материальные затраты на единицу изделия определяют по формуле
где МПР МПО и МИ – материальные затраты при проектировании на программное
обеспечение и при изготовлении; ОПР и ОПО – затраты на машинное время при
проектировании и программировании; Q – объем спроса;
Налог на добавленную стоимость вычисляют по формуле
Нахождение остальных размеров налогов исходит из цены спроса. Выручку
с единицы изделия вычисляют по формуле
Налог Н1 состоит из 1% от выручки и отчисляется в дорожный фонд. Налог
Н1 вычисляют по формуле
Налог Н2 состоит из 3% налога на содержание милиции [pic]
Сумма налогов без учета НДС составляет:
Значение второй цены равно
Третье значение цены
Третье значение цены соответствует цене спроса
Балансовую прибыль вычисляют по формуле
где В – выручка с единицы продукции;
Н – сумма налогов без учета НДС.
Прибыль предприятия вычисляют по формуле
Налог на прибыль вычисляют по формуле
четвертое значение цены
Четвертое значение цены определяется произведением цены аналога на
индекс технического уровня.
Значение налогов и прибыли определяется по второй и третьей цене.
Результаты расчетов приведены в таблице 5.8.
Пятое значение цены определяется с учетом инфляции
где МПР МПО и МИ – затраты материалов на проектирование программное
обеспечение и изготовление;
где OZПР OZПО и OZИ – общий фонд заработной платы на проектирование
программное обеспечение и производство соответственно; NПР NПО и NИ –
накладные расходы на проектирование программное обеспечение и производство
Значение налогов и прибыли определяют аналогично второй и третьей
цене. Результаты расчетов приведены в таблице 5.4.
Цена руб. Налог Н1 Налог Н2 НДС Налог на Прибыль
Рис. 5.1 Соотношение цена – прибыль
2.6. Критический объем производства
Критический объем для всех цен вычисляют по формуле
где T1 – затраты на проектирование конструкторской части;
Т2 – затраты на программное обеспечение;
Т3 – затраты на изготовление;
Т4 – материалы на изготовление;
S – сумма всех налогов;
Вывод: Выполнены расчеты цен. Минимальная цена составляет 92547руб.
Анализ цен показал что при возрастании цены спроса можно увеличить прибыль
и соотношение налогов и прибыли.
Величина критического объема в зависимости от цены и изменяется от
12 до 56 при минимальной и максимальной цене соответственно. При цене
00 рублей значение критического объема составляет 71. Это говорит о том
что продажа по третьей цене наиболее эффективна. При реализации
разработанного устройства по данной цене можно получить прибыль в размере
94 рублей с каждого блока. Таким образом наиболее выгодна цена
реализации 2500 рублей.
В данном дипломном проекте был разработан измеритель концентрации
угарного газа для гостиничных комплексов.
Обеспечение комплексной безопасности гостиниц и зон отдыха в
современном мегаполисе является новым перспективным направлением. Данный
вид технической безопасности подразумевает предотвращение
несанкционированного доступа злоумышленников (активного и пассивного
метода. Принимая во внимание тот факт что современное мировое сообщество
обеспокоено участившимися случаями террористических атак в зонах массового
скопления людей а гостиницы кемпинги зоны отдыха являются наиболее
уязвимыми в этом плане то существует острая необходимость создания
технических средств безопасности способных на ранних стадиях предотвратить
угрозы террористических (химических взрывоопасных и др.) атак
Кроме того увеличение источников опасных газов и как следствие
этого нарастающая опасность отравления привели к необходимости
контролировать их допустимые концентрации.
Основные параметры устройства:
Напряжение питания 5В;
Диапазон рабочих температур -300С +600С;
Диапазон измерений 0 – 120 мгм3;
Погрешность измерений не более 2%;
Возможность программного расширения свойств устройства.
основных характеристик проектируемого измерителя концентрации угарного
газа для гостиничных комплексов.
приводятся Выполнены расчеты цен. Минимальная цена составляет 92547руб.
Коросев И.Л. Опасные газы и их влияние. Под ред. Т.В. Шкиль. – Ростов
НД: Феникс 2000. – 396с.
Общие санитарно-гигиенические требование к воздуху.
Шило В.П. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-е изд.
исправленное. – М.: Радио и связь 1989 – 352с.
Справочные данные на микроконтроллеры серии PIC16C7xx –
Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. – М.:
Радио и связь 1990. – 496с.
Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. М.:
«Радио и связь» 1983.
Ильин В. А. Технология изготовления печатных плат.
Л."Машиностроение" 1984.
Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана
труда. П.П. Кукин В.Л. Лапин Н.Л. Понамарев и др.; Учебное пособие
для студентов средних спец. учебн. заведений. – М.: Высш. шк. - 2001.
Саборно Р.В. Селедцов В.Ф. Печковский В.И. Электробезопасность на
производстве. – Киев: Вища Школа 1978.
Левочкин Н.Н. Инженерные расчеты по охране труда. – Изд-во
Красноярского ун-та 1983.
Методические указания по оформлению “Экономической части” дипломного
проекта конструкторского направления.

пояснилка.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я З А П И С К А
к дипломному проекту
Сигнализатор утечки бытового газового вещества

Структурка.CDW

Сигнализатор утечки бытового

содержание.doc

1. Требования к функционированию бытовых сигнализаторов . 9
2. Обзор устройств и методов измерения газового вещества 10
3. Устройства измерения газового вещества .. . 15
1. Блок первичного преобразования .. . . 20
2. Микропроцессорное устройство .. 21
3. Блок индикации .. 25
4. Принцип работы устройства 29
5. Расчет блока питания 30
Технологическая часть 37
1. Производство печатных плат .. 37
2. Общие правила конструирования печатных плат . 39
3. Выбор технологического процесса 41
4. Выбор материалов печатной платы 42
5. Описание технологического процесса изготовления печатной
платы комбинированным позитивным способом . 45
6. Техника безопасности 63
Безопасность жизнедеятельности
1. Современное законодательство по вопросам охраны труда .. 64
2. Задачи решаемые службой охраны труда на предприятии .. 66
Состояние охраны труда на базовом предприятии
с анализом существующих ситуаций . 67
Теоретическая разработка раздела 72
Расчетная часть . 74
Выводы и рекомендации по проделанной работе 78
Организационно-экономическая часть .. 79
1. Общие положения . 80
2. Расчетная часть . 85
Список литературы .
П О Я С Н И Т Е Л Ь А Я

Задание.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
«Техники и технологии сервиса» «Машины аппараты приборы и технологии
0408.65 Бытовые машины и приборы
(код и название специальности)
к дипломному проекту
Срок сдачи студентом законченного проекта
Частота питающей сети:
Содержание расчетно-пояснительной записки
задание введение реферат обзор состояния вопроса конструкторская часть
технологическая часть БЖД экономическая часть заключение список
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных
Схема электрическая принципиальная
Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов
Обзор состояния вопроса
Технологическая часть
Задание принял к исполнению - студент __гр. МЗк-4

общий.cdw

Сигнализатор утечки бытового газового
бытового газового вещества

Чертеж.cdw

Сигнализатор утечки бытового
Схема электрическая принципиальная
Разъемы XS1.1 XS1.2 условно не показаны

спецификация 1.cdw

бытового газового вещества

печатка.cdw

1. Плату изготовить комбинированным методом.
Проводники условно обозначенные сплошными линиями
выполнять шириной 0.5 0.1 мм
Расстояние между проводниками не менее 0.3 мм.
*- размер для справки
Проводники покрыть слоем "Розе
Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79.
бытового газового вещества
СФ-2-35Г-15 ГОСТ 10316-78

Тит. лист нов.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»
на тему: «Сигнализатор утечки бытового газового вещества»
наименование темы дипломного проекта
Консультанты по разделам:
Название раздела уч. степень уч. звание консультанта подпись

Автореферат.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
«Техники и технологии сервиса» «Машины аппараты приборы и технологии
0408.65 Бытовые машины и приборы
(код и название специальности)
АВТОРЕФЕРАТ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Тема дипломного проекта: Сигнализатор утечки бытового газового вещества
Заведующий кафедрой Ураксеев М.А.
Руководитель дипломного проекта
Дата защиты дипломной проекта
Общая характеристика работы
Обоснование выбора темы и её актуальность
Воздух производственной среды постоянно подвергается воздействию
опасных и вредных факторов формируемых протекающими в этой среде
различными процессами. К этим факторам можно отнести выделение пыли жидких
и газообразных химических веществ перемещение воздушных масс.
Кроме того увеличение источников опасных газов и как следствие
этого нарастающая опасность отравления привели к необходимости
контролировать их допустимые концентрации. Одним из наиболее
распространенных и опасных газов является угарный газ или окись углерода.
В нашей стране существуют стандарты регламентирующие допустимые
концентрации отравляющих газов и для их соблюдения необходимы надежные и
доступные средства их контроля воздействию которых может подвергнуться
Цель и задачи исследования
Целью дипломного проекта является разработка измерителя концентрации
угарного газа для гостиничных комплексов с целью снижения себестоимости
повышения надежности устройства повышения информативности системы в
Разработанный измеритель концентрации угарного газа для гостиничных
комплексов спроектирован и собран на современной элементной базе имеет
хорошую повторяемость ремонтопригодность. Все характеристики и параметры
устройства были достигнуты благодаря применению современной элементной
Практическая ценность значимых результатов
Область применения данного устройства – контроль состояния воздушного
пространства гостиничных комплексов кемпингов и т.д. как в качестве
самостоятельного контролирующего и сигнализирующего устройства так и в
комбинации с другими существующими КИП и охранными устройствами.
Измеритель концентрации угарного газа для гостиничных комплексов допускает
его дальнейшую модификацию – увеличение количества контролируемых
объектов подключение дистанционных исполнительных устройств
взаимодействие со средствами связи и охранными системами.
Структура дипломной работы. Пояснительная записка - с. 105 рис. 14
табл. 7 графическая часть – 6 листов формата А1.
Основное содержание проекта
Дипломный проект содержит следующие основные части: аналитическая
часть конструкторская часть технологическая часть безопасность и охрана
труда экономическая часть.
В аналитической части изучены следующие вопросы:
произведен анализ существующих конструкций измерителей
концентрации угарного газа для гостиничных комплексов на основе
научно-технической литературы и сети Интернет;
предложена конструкция измерителя концентрации угарного газа
для гостиничных комплексов.
Конструкторская часть содержит полный объём конструкторских расчётов
основных характеристик проектируемой сигнализации.
В третьей главе приведён типовой технологический процесс по
производству печатных плат и монтажу радиоэлектронных устройств
рассмотрены выбор способа изготовления печатной платы и ее обработка
механическим и химическим путем.
При разработке печатной платы и принципиальной схемы сигнализации
применён пакет автоматизированного проектирования Аuto-CAD-2004.
Пояснительная записка содержит также экономическую часть в которой
приводятся обоснование и соответствующие расчёты по организации
производства предлагаемого охранной сигнализации. Разрабатывается ряд
мероприятий по охране труда и обеспечению безопасности человека.
В данном дипломном проекте разработанный измеритель концентрации
угарного газа для гостиничных комплексов который собран на современной
элементной базе имеет хорошую повторяемость ремонтопригодность. Все
характеристики и параметры устройства были достигнуты благодаря применению
современной элементной базы. Таким образом предложенное техническое
решение имеет актуальность и может внедряться в производство.

монтажка.cdw

1. Монтаж выполнить согласно 4031.527967.000 Э3
Установку элементов проводить по ОСТ4 ГО 010.030-81
Плату после сборки покрыть лаком НЦ-62 ОСТ 6-10-391-74.
Отверстия отпокрытия лаком предохранить
Припой ПОС61 ГОСТ 21931-76
Места маркировки элементов показаны условно
Печатные проводники условно не показаны
* - размеры для справок
бытового газового вещества