Потребляемые токи элементов:

- ATMEGA8 - 2мА;

- светодиод - 20мА;

- резистор номиналом 300 Ом - (5-2)/300=10 мА.

- резистор номиналом 10 кОм - (5)/10000=0,5 мА.

Всего 65,5 мА. КР142ЕН5А - линейный стабилизатор напряжения, поэтому его рассеиваемая мощность определяется как:

(мВт), (23)

где Io, Uo - выходные ток и напряжение, Ui - входное напряжение.

Параметры микросхемы КР142ЕН5А:

Максимальная рассеиваемая мощность Pрасс макс =3 Вт;

Максимальный прямой ток IM, =100мА;

Максимальное входное напряжение UM =35 В;

Максимальная рабочая температура кристалла TJ =150?С;

Тепловое сопротивление кристалл-корпус RJC = 0.35?С/Вт;

Типичное тепловое сопротивление корпус-окр. Среда RCA=60?С/Вт.

Если микросхему устанавливать без дополнительного теплоотвода, то по приведенным параметрам можно приблизительно определить разницу между температурой кристалла и окружающим воздухом:

. (24)

При этом расчетная температура кристалла достигнет величины:

, (25)

где ТА - температура окружающего воздуха.

В нашем случае при рассеиваемой мощности 458,5 мВт разница в температуре составит 27?С. Так как корпус планируется сделать закрытым, и температура воздуха может достигать 50?С. При этом расчетная температура кристалла составит 101?С. Такая температура не выходит за границу допустимой и, следовательно, работа стабилизатора в таком режиме не приведет к его выходу из строя. Такой режим работы стабилизатора стабилен и имеет большой запас по превышению стабилизированного тока.

Аналогично, рассчитаем тепловыделение стабилизатора LM1085 и усилителя TDA2003. Эти элементы, как и КР142ЕН5А, выполнены в однотипном корпусе ТО220. Соответственно, можно принять температурные параметры этих элементов одинаковыми. Следовательно, расчет сводится к подстановке различных значений рассеиваемой мощности Pрасс.

В режиме передачи, GSM модуль потребляет <470 миллиампер, следовательно, рассчитаем мощность рассеивания

(мВт); (26)

Тогда разница в температуре составит

; (27)

При этом расчетная температура кристалла составит 273?С. Следовательно, при таких нагрузках кристалл может выйти из строя. Следовательно, необходимо использовать дополнительный теплоотвод от элемента. Рекомендуется использовать алюминиевый теплоотвод импортного производства FK301.

Рисунок 7.2 - Радиатор FK301

Рассчитаем тепловыделение микросхемы TDA2003:

В режиме максимальной нагрузки, выходная мощность TDA2003 составляет 4,5 Ватта. Будем считать, что КПД микросхемы составляет 75%, соответственно, микросхема рассеивает 1,5 Ватта.

Тогда разница в температуре составит

.

При этом расчетная температура кристалла составит 140 ?С. Такая температура не выходит за границу допустимой и, следовательно, работа стабилизатора в таком режиме не приведет к его выходу из строя. Но рекомендуется использовать радиатор FK301 для дополнительного охлаждения.

8. ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ

8.1 Постановка задачи

В программной части рассмотрим разработку управляющей программы микроконтроллера. Программа - набор инструкций, которые исполняет микроконтроллер. В зависимости от различных условий программа может ветвиться, то есть микроконтроллер выполняет те или иные инструкции в зависимости от этих условий. В свою очередь, микроконтроллер, исполняя заложенную в него программу, управляет всеми подключенными к нему устройствами (индикаторы, двигатели, реле и т.д.). Таким образом, на основе микроконтроллера можно сконструировать устройство практически любого уровня сложности. Залогом успеха подобной разработки будет четко продуманная и отлаженная программа прошивки микроконтроллера.

8.2 Определение цели разработки программы

Цели разрабатываемой программы следующие:

-- считывание кнопок;

-- управление GSM модулем в зависимости от нажатой кнопки;

-- управление звуковой сигнализацией;

8.3 Выбор языка программирования и кросс - средств

Программа предназначена для выполнения на процессоре ATMEGA8 фирмы ATMEL. Программа написана на языке C в среде CodevisionAVR.

CodevisionAVR - это условно бесплатная интегрированная среда разработки для микроконтроллеров фирмы ATMEL. Не стоит забывать, что производитель микроконтроллеров ATMEL выпускает бесплатную программу для написания и отладки кода AVRStudio. В среде разработки AVRStudio разработчик пишет код на языке ассемблера, который компилируется встроенным в программу компилятором. CodevisionAVR также позволяет писать, отлаживать и оптимизировать текст программы, включает в себя редактор текста, симулятор и менеджер проектов, поддерживает работу программаторов фирмы ATMEL и других отладочных средств фирмы. Кроме того CodevisionAVR обеспечивает разнообразные средства симуляции и эмуляции исполняемого кода для выявления логических ошибок

Есть большое разнообразие различных программаторов для продукции ATMEL, начиная от самодельных программаторов, таких как программатор Громова, и кончая промышленными программаторами, с возможностью внутрисхемной отладки JTAG, такими как AVR Dragon. Выбор программатора производится исходя из потребностей в дополнительных возможностях программатора, его стоимости. Для прошивки контроллера ATMEL ATMEGA8 используется программатор STK200. Данный программатор подключается к COM-порту персонального компьютера.

8.4 Определение структуры входных и выходных данных

Входными данными для программы являются нажатия на кнопки.

В бесконечном цикле программа микроконтроллера считывает состояние портов, к которым подключены три кнопки. (состояние портов - логический ноль или логическая единица). При просадке напряжения до напряжения логического нуля (нажатие кнопки) происходит обработка данного внешнего прерывания в микроконтроллере. Сама обработка внешнего прерывания заключается в следующем: как только возник логический ноль в порту, программа ждет 50 миллисекунд и снова проверяет, сохранилось ли состояние логического нуля на порту. Это так называемая защита от дребезга контактов, которая иногда возникает при случайном нажатии, или при проскоке электрической искры между контактами. Если состояние логического нуля сохранилось в порту, запускается функция, которая управляет GSM модулем в зависимости от того, какую кнопку нажали. То есть, есть три разных функции. Первая функция - вызов диспетчера, вторая - ответ на вызов диспетчера, третья - конец связи. Команды управления GSM модулем посылаются через универсальный последовательный асинхронный порт (UART). Скорость порта 9600 б/с, 8 бит данных, 1 стоп-бит. Четность отключена. Последовательный порт позволяет одновременно передавать и принимать данные. Но, в микроконтроллере предусмотрен лишь один регистр UDR как буфер для хранения данных последовательного порта. Следовательно, при попытке считать данные при одновременной передачи данных, может возникнуть ошибка и зависание микроконтроллера. Чтобы это избежать, передачу и прием данных производят последовательно, с промежуточной очисткой буфера UDR.

Выходными данными для программы является звуковые сигналы и команды управления GSM модулем.

8.5 Разбиение на модули (функции)

Разбиение программы на функции имеет несколько положительных сторон. Разбиение позволяет уменьшить объем занимаемой памяти в ПЗУ микроконтроллера, так как программа будет обращаться много раз к набору одних и тех же инструкций, которые будут в одной функции. Также, разбиение программы на функции позволяет визуально упростить код в среде разработки программы для микроконтроллера.

В разрабатываемой программе будут следующие функции:

Функция main - это самая главная функция, наличие которой в программе необходимо, так как без этой функции компилятор выдаст ошибку. В функции main имеется бесконечный цикл, который опрашивает порты на нажатие кнопки. В случае, если кнопка нажата, вызывается соответствующая функция: call, answer или call_end.

Функция call предназначена для вызова диспетчера. Она передает соответствующие команды GSM модулю, который, в свою очередь, звонит на пульт.

Аналогично функции call, функция answer отвечает на входящий вызов со стороны диспетчера, а функция call_end завершает разговор.

Функция beep издает звуковой сигнал определенной тональности и длительности с помощью широтно-импульсной модуляции.

Функция getchar считывает символ из последовательного порта.

Функция putchar записывает символ в последовательный порт.

8.6 Разработка текста программы

Для удобства в тексте будем использовать дополнительные комментарии строк кода после двойного слэша “//”.

Вначале необходимо подключить заголовки библиотечных файлов:

#include <mega8.h>

#include <delay.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

Команды, начинающиеся со знака “#”, являются командами препроцессора. Они никак не относятся к исполняемому коду, а лишь указывают компилятору инструкции компилирования. Файл “mega8.h” является заголовком библиотечного файла, в котором собрана информация о микроконтроллере ATMEGA8. Файл “delay.h” является заголовком библиотечного файла, содержащего функции задержки, такие как “delay_ms” и “delay_us”. Первая функция организует задержку в миллисекундах, а вторая в микросекундах. Это очень удобно использовать, например, для организации динамической индикации на семисегментных индикаторах, и для других потребностей. Файл “ stdio.h” является заголовком библиотечного файла, содержащего функции ввода-вывода через универсальный последовательный асинхронный порт UART. Файл “stdlib.h” является заголовком библиотечного файла, содержащего остальные стандартные библиотечные функции.

Команда препроцессора “#define x y” заставляет компилятор распознавать все символы и знаки у, встречающиеся в тексте программы, и заменять их на символы и знаки х. Данная команда препроцессора значительно облегчает читаемость текста программы, и увеличивает скорость разработки программы.

Для удобства, текст программы приложения З был разбит на блоки.

Блок 1 программы является наглядным примером использования функции “#define x y”. Данная часть программы произведене автоматическим генератором кода в среде разработки CodevisionAVR. Этот код предназначен для организации передачи данных по UART - интерфейсу.

#define sign1 PINB.0 // назначаем название порта первой кнопки

#define sign2 PINB.1 // назначаем название порта второй кнопки

#define sign3 PINB.2 // назначаем название порта третей кнопки

Как видим, код выше назначает имена портам ввода. Теперь, например, если в тексте программы встретится текст “sign1=0” компилятор поймет это как “PINB.0=0” и не выдаст ошибку компиляции.

#define LED1 PORTD.2 //назначаем название порта первого светодиода

#define LED2 PORTD.3 //назначаем название порта пьезоизлучателя

#define vol 100 //переменная задает уровень выходного //сигнала в процентах

Далее после команд препроцессора определяем глобальные переменные. Глобальные переменные - это переменные, которые могут изменяться в любой части программы. Локальные переменные - это переменные, которые существуют только в функциях, в которых они объявлены. То есть, если мы объявили переменную вещественного типа “var” в функции beep, то при попытке задать этой переменной новое значение в функции main компилятор выдаст ошибку компиляции.

unsigned int ms=0; // Переменная для счета миллисекунд

char u,m; // прочие переменные

Глобальные переменные объявляются в блоке 2 приложения З.

Далее после объявления глобальных переменных объявим функцию beep. Функция приведена в блоке 3 приложения З. Функция ничего не возвращает. Внутри функции объявляется локальная переменная “b”, c помощью которой организуется цикл управления портом LED2, к которому подключен пьезоизлучатель. Длительность звучания определяется как количество циклов умноженное на 424 микросекунды. В итоге получаем длительность звукового оповещения 0,9 секунды. Широтно - импульсная модуляция организована таким образом, что через каждые 212 микросекунд порт открывается или закрывается, следовательно период импульса составляет 424 микросекунды, а частота сигнала 1/0,000424=2360 Гц.

Блок 4 представляет собой обработчик по прерыванию на входящий символ последовательного порта, сгенерированный программой CodevisionAVR. Это означает, что контроллер переходит автоматически на обработку данного сегмента кода если поступил какой-либо символ через входящую линию порта UART.

В результате выполнения данного обработчика прерывания символьный массив rx_buffer заполняется символами, входящими из порта UART (универсального асинхронного приемо-передающего последовательного порта).

Код блока 5 приложения З отвечает за передачу исходящих данных в порт UART по линии передачи.

В приведенных выше функциях есть и другие инструкции препроцессора, которые начинаются с символа “#”. Например, инструкция “#asm("sei")

“#asm("sei") выполняет команду ассемблера, которая разрешает обработку программы по прерываниям (set enable interrupt).

В микроконтроллере ATMEGA8 предусмотрены таймеры-счетчики, которые могут настраиваться в зависимости от потребностей разработчиков. Очень широко используется функция прерывания по переполнению регистра таймера-счетчика. В результате, мы можем настроить прерывание в микроконтроллере на определенный временной интервал. В нашем случае, таймер - счетчик настроен таким образом, что прерывание происходит ровно через каждую 1/16 секунды. Обработчик прерывания сделан так, что каждую секунду (то есть после шестнадцати прерываний таймера-счетчика) происходит инверсия порта, к которому подключен светодиод. Таким образом, организовано мигание системного светодиода. В блоке 6 приложения З приведен код обработчика прерывания.

Выражение “num%2” применяется для получения остатка от деления переменной “num” на два. Так как переменная “num” увеличивается каждую секунду на один, соответственно остаток этой переменной от деления на два каждую секунду становится либо 1 либо 0, соответственно строчка “LED1= num%2” вводит порт в состояние логической единицы или логического нуля.

Далее в тексте программы в блоке 7 приложения З объявляются три функции: call,answer,call_end.

Далее объявляется основная функция main. Свою программу микроконтроллер начинает именно с этой функции. В начале любой функции идет объявления локальных переменных. В функции main таких переменных нет, следовательно, сразу идет настройка микроконтроллера - настройка параллельных и последовательных портов ввода-вывода, настройка таймеров-счетчиков.

Переменная “PORTx” выводит параллельный порт “x” в режим входа если “PORTx=0” и в режим выхода, если “PORTx=1”. Соответственно, порты B,C и D выставляются в режим входа.

В блоке 8 инициализация таймера-счетчика 0.

Инициализация остальных таймеров счетчиков отключает их работу. Блок 9 программы инициализирует таймер-счетчик 1.

Блок 10 инициализирует таймер-счетчик 2, отключаем функцию внешнего прерывания (MCUCR=0x00) и отключаем функцию аналогового компаратора, записывая соответствующие значения в системные регистры. Блок 11 программы приложения З настраиваеет универсальный последовательный асинхронный порт (UART) на скорость 9600 б/сек, 8 бит данных, один стоп-бит, четность отключена.

Инициализация GSM модуля описана в блоке 12 текста программы приложения З.

Включение модуля происходит по команде “AT+CFUN=1”. Как и все команды управления GSM модулем, эта команда посылается по последовательному порту UART при помощи функции printf, которая выходит в библиотеку с заголовочным файлом “stdio.h”.

Далее командой “AT+CHFA=1” делаем активным второй (микрофонный) аудиовход и второй аудиовыход. Командой “ AT+CLVL=70” задаем громкость аудиовыхода 70%. Командой “ AT+CMIC=1,9” задаем усиление микрофона +6дБ.

Блок 12 программы является бесконечным циклом опроса кнопок прибора контроля постовой охраны. Функция delay_ms(50) представляет собой задержку 50 миллисекунд и организована для защиты от дребезга контактов. Следовательно, чтобы программа приняла нажатие кнопки, требуется чтобы эта кнопка была зажата минимум на 50 мс.

9. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Организационно-экономический раздел включает в себя три основные части:

1. Сетевое планирование работ, в котором рассматривается состав и

порядок работ при подготовке дипломного проекта, а также

сроки их проведения;

2. Расчет затрат на проведение работ;

3. Анализ технико-экономической эффективности, где объясняется

целесообразность проекта.

9.1 Сетевое планирование

Планирование работ производится сетевым методом, так как он позволяет увидеть весь комплекс работ как единый процесс, определить наиболее трудоемкие виды работ, работы, которые могут выполняться одновременно, и спланировать их выполнение таким образом, чтобы обеспечить оптимальные сроки выполнения работ, более равномерную занятость персонала, а, следовательно, и лучшее качество выполнения работ. В результате это ведет к наиболее эффективному решению поставленной задачи. Конечной целью построения сетевого графика (СГ) является получение информации о плановых сроках выполнения работ, находящихся на критическом пути.

9.2 Построение сетевого графика

Ожидаемая продолжительность работы tij в СГ рассчитывается по двух оценочной методике, исходя из минимальной t ij мин и максимальной

t ij макс оценок продолжительности, определяемых по экспертным оценкам, основанным на личном опыте руководителя дипломного проекта.

Ожидаемая продолжительность каждой работы рассчитывается по формуле:

tож=0,6•tмин+0,4•tмакс, (28)

где tож - ожидаемая продолжительность работы, дн.;

tмин - минимальная продолжительность работы, дн.;

tмакс - максимальная продолжительность работы, дн.

С дальнейшим округлением до ближайшего целого числа. При этом предполагается, что минимальная оценка соответствует наиболее благоприятным условиям работы, а максимальная - наиболее неблагоприятным.

Среднеквадратическое отклонение продолжительности по двух оценочной методике рассчитывается по формуле:

?=0,2•(tмакс - tмин), (29)

Дисперсия определяется по формуле:

D=0,04•(tмакс - tмин)2, (30)

Все работы по проекту осуществляет группа в составе:

Руководитель - 1 человек; Техник - 1 человек; Инженер - 1 человек.

Описание работ, их продолжительности, необходимое количество исполнителей по каждой из них, а также среднеквадратичное отклонение и дисперсия приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Перечень и параметры работ сетевого графика

Код работы	Наименование работы	Продолжи- тельность, дн.	Исполнители, чел.
		мин	макс	ож	Руководитель	Инженер	Техник
0,1	Разработка и утверждение ТЗ на проектирование прибора контроля постовой охраны	4	5	4	1	1	0
1,2	Анализ ТЗ	3	5	4	1	1	0
2,3	Составление графика сетевого планирования	1	3	2	1	1	0
3,4	Сбор информации по существующим решениям	7	8	7	0	1	1
3,5	Подбор литературы по безопасности жизнедеятельности	4	6	5	0	1	1
3,6	Составление структурной схемы прибора	3	6	4	1	1	1
4,7	Расчет технико-экономических показателей	3	5	4	1	1	0
5,8	Расчёт показателей надёжности прибора	2	4	3	1	1	0
6,9	Разработка принципиальной электрической схемы	5	7	5	0	1	0
7, 10	Поиск готовых корпусов, и выбор	2	4	3	1	1	1
8, 10	Разработка схемы программы для микроконтроллера	4	4	5	0	1	0
9, 10	Компановка радиоэлементов на плате	7	10	8	1	1	1
10,11	Разработка рисунка печатной платы	3	4	3	1	1	0
10,12	Разработка монтажной схемы	3	4	3	1	1	1
11,13	Выбор GSM антенны	1	3	2	1	1	1
12,13	Доработка корпуса	1	2	3	0	1	1
13,14	Монтаж радиоэлементов	4	4	5	0	0	1
14,15	Разработка программы микроконтроллера	4	6	5	0	1	1
14,16	Разработка руководства оператора	5	8	6	1	1	1
15,19	Отладка программы пульта	3	5	4	0	1	1
16,17	Анализ полученных результатов	1	2	1	1	1	1
17,18	Оформление графической и текстовой документации	14	15	16	1	1	0
18,19	Защита проекта	1	1	1	0	1	0

9.3 Расчет параметров событий сетевого графика

Важнейшими параметрами любой сетевой модели являются ранние и поздние сроки наступления ее событий.

Ранний срок свершения исходного (нулевого) события СГ принимается равным нулю. Ранний срок свершения данного промежуточного события рассчитывается путем сравнения сумм, состоящих из раннего срока свершения события, непосредственно предшествующего данному и длительности работы.

Расчет раннего срока (Тpj) наступления события j ведется по следующей формуле:

Тpj = max { Тpi + tij } , j К , i H (j), (31)

где Н (j) - множество начальных событий тех работ, которые имеют своим

конечным событием одно и то же событие j ;

К - множество конечных событий сетевого графика, которое включает

все события сетевого графика, кроме исходного.

Рассчитанный таким способом ранний срок свершения завершающего события всего СГ принимается в качестве его же позднего срока свершения. Это означает, что завершающее событие СГ никаким резервом времени не располагает.

Поздний срок свершения данного промежуточного события определяется при просмотре СГ в обратном направлении. Для этого сопоставляются разности между поздним сроком свершения события, непосредственно следующего за данным, и продолжительности работы, соединяющей соответствующее событие с данным. Расчет позднего срока (Тпi) наступления события i ведется по следующей формуле:

Тпi = min { Тпj - tij } ,i H,j К (i) (32)

где К (i) - множество конечных событий тех работ, которые имеют своим начальным событием одно и то же событие i ;

H - множество во всех начальных событий сетевого графика, которое все события сетевого графика, кроме завершающего.

Резерв времени образуется у тех событий, для которых поздний срок свершения больше раннего, и он равен их разности. Результаты расчетов представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Параметры событий сетевого графика

№ события	Срок свершения	Резерв времени	№ события	Срок свершения	Резерв времени
	ранний	поздний			ранний	поздний
0	0	0	0	10	29	29	0
1	4	4	0	11	32	32	0
2	7	7	0	12	32	33	1
3	10	10	0	13	34	34	0
4	18	23	5	14	38	38	0
5	15	19	4	15	43	60	17
6	15	15	0	16	44	44	0
7	21	26	5	17	45	45	0
8	17	21	4	18	63	63	0
9	21	21	0	19	64	64	0

9.4 Расчет параметров работ сетевого графика

Важнейшими параметрами любой сетевой модели являются ранние и поздние сроки начала и окончания его работ, по которым определяем резервы времени: полный, частные 1-го и 2-го рода, свободный.

Ранний срок начала работы Трнij совпадает с ранним сроком свершения ее начального события:

Трнij=Tpj (33)

Поздний срок начала работы Тпнij равен разности между поздним сроком свершения ее конечного события и ожидаемой продолжительности работы:

Тпнij=Tпj - tij (34)

Ранний срок окончания работы Tpoij образуется прибавлением ее продолжительности к раннему сроку свершения ее начального события:

Tpoij= Tpij+ tij, (35)

Поздний срок окончания работы Тпоij совпадает с поздним сроком свершения ее конечного события:

Тпоij=Tпj, (36)

Работы, не лежащие на критическом пути, обладают резервами времени.

Полный резерв времени работы Rпij образуется вычитанием из позднего срока свершения ее конечного события раннего срока свершения ее начального события и ее ожидаемой продолжительности:

Rпij=Tпj - Tрi - tij, (37)

Частный резерв времени первого рода R1пij равен разности поздних сроков свершения ее конечного и начального событий за вычетом ее ожидаемой продолжительности:

R1пij=Tпj - Tпi - tij, (38)

Частный резерв времени второго рода R2пij равен разности ранних сроков свершения ее конечного и начального событий за вычетом ее ожидаемой продолжительности:

R2пij=Tрj - Tрi - tij, (39)

Свободный резерв времени работы Rcij образуется вычитанием из раннего срока свершения ее конечного события позднего срока свершения ее начального события и ее ожидаемой продолжительности:

Rcij=Tpj - Tпi - tij, (40)

Правильность расчета резервов времени работы проверяем по следующим соотношениям:

а) сумма полного и свободного резерва времени работы равна сумме двух частных ее резервов;

б) поздний и ранний сроки начала работы, а также поздний и ранний сроки отличаются на величину ее полного резерва.

Для работ, лежащих на критическом пути, никаких резервов нет и, следовательно, коэффициент напряженности Кнij таких работ равен единице. Если работа не лежит на критическом пути, она располагает резервами времени и ее коэффициент напряженности меньше единицы. Его величина подсчитывается как отношение суммы продолжительностей отрезков максимального пути, проходящего через данную работу, не совпадающих с критическим путем, к сумме продолжительностей отрезков критического пути, не совпадающих с максимальным путем, проходящим через эту работу.

В зависимости от коэффициента напряженности все работы попадают в одну из 3-х зон напряженности:

а) критическую Кнij > 0.8

б) промежуточную 0.5 Кнij 0.8

в) резервную Кнij < 0.5

Результаты расчетов параметров работ сетевого графика сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Параметры работ сетевого графика

Код работы	Ожид. прод-ть, дн.	Срок начала, дн.	Срок окончания, дн.	Резервы времени, дн	Коэфф. напр.
		ранний	позд-ний	ранний	позд-ний	пол-ный	част-ный 1-го рода	част-ный 2-го рода	свободный
0,1	4	0	0	4	4	0	0	0	0	1
1,2	3	4	4	7	7	0	0	0	0	1
2,3	3	7	7	7	10	0	0	0	0	1
3,4	8	10	15	18	23	5	0	0	-5	0,74
3,5	5	10	14	15	19	4	0	0	-4	0,79
3,6	5	10	10	15	15	0	0	0	0	1
4,7	3	18	23	21	26	5	0	0	-5	0,74
5,8	2	15	19	17	21	4	0	0	-4	0,79
8, 10	8	17	21	25	29	4	0	0	-4	0,79
6,9	6	15	15	21	21	0	0	0	0	1
7, 10	3	21	26	24	29	5	0	0	-5	0,74
9, 10	8	21	21	29	29	0	0	0	0	1
10,11	3	29	29	32	32	0	0	0	0	1
10,12	3	29	30	32	33	1	0	0	-1	0,8
11,13	2	32	32	34	34	0	0	0	0	1
12,13	1	32	33	33	34	1	0	0	-1	0,8
13,14	4	34	35	37	38	0	0	0	0	1
14,16	6	38	38	44	44	0	0	0	0	1
16,17	1	44	44	45	45	0	0	0	0	1
17,18	18	45	45	63	63	0	0	0	0	1
18,19	1	63	63	64	64	0	0	0	0	1

Количество событий nc=19

Количество работ np=24

Коэффициент сложности СГ, равный отношению количества работ к количеству событий в СГ - 1,26.

9.5 Расчет предпроизводственных затрат на реализацию мероприятий НИОКР

Для расчета сметы затрат по проведению НИОКР необходимо определить количество исполнителей, трудоемкость работ, материальные затраты и др. Согласно сетевому графику для выполнения работы требуется три человека. Для расчета предпроизводственных затрат на проведение НИР нужно рассчитать следующие статьи затртат:

Материалы;

Контрагентские расходы;

Покупные изделия, полуфабрикаты и специальное оборудование;

Заработная плата и отчисления с заработной платы;

Накладные расходы.

Затраты по статье «Материалы » сведены в таблицу 8.

Таблица 8 - Затраты по статье «Материалы»

Наименование	Единица измерения	Цена за единицу, руб.	Кол-во	Стоимость, руб.
Ручка	шт.	3,00	2	6,00
Тетрадь	шт.	10,00	1	10,00
Карандаш	шт.	3,00	2	6,00
Спирт гидролизный Б ГОСТ11299-71	кг	100,0	0,1	10
Ватман	шт.	6,00	10	60.00
Бумага писчая	упаковка	60,00	1	60,00
Бумага для принтера	упаковка	130,00	1	130,00
Стеклотекстолит СФ-2-35Г-1 ТУ 16-503.271-86	Лист	1200,00	0,1	120,00
Канифоль ОСТ81-07	Упаковка	20,00	1	20,00
Припой ПОС61 ГОСТ21931-76	кг	1000	0,1	100,00
Итого:	462

В статью «контрагентские расходы» включается стоимость работ, выполняемые сторонними организациями и предприятиями по заказу организации, проводящей НИР. В нашем случае такими расходами являются заказ изготовления печатных плат. В таблице 9 представлен расчет затрат по статье «Контрагентские расходы».

Таблица 9 - Контрагентские расходы

Наименование работы	Единицы измерения	Цена за единицу, руб.	Кол-во	Стоимость, руб.
Изготовление печатной платы	Штука	500	1	500
Итого:	500

Обычно в статью «Заработная плата» включается основная заработная плата (Зосн) научных и инженерно-технических работников, непосредственно участвующих в выполнении работ по данной теме. В эту же статью включается доплата по поясному коэффициенту (ЗПпк) 15% от основной заработной платы и премии (ЗПпр) - 20% от (Зосн+ ЗПпк). Величина расходов по заработной плате определяется, исходя из трудоемкости работ сетевого графика и действующей системы окладов и тарифных ставок. В нашем случае оплата производится на контрактной основе, поэтому в расчетах отсутствуют поясной коэффициент и премия.

Прямую заработную плату рассчитываем по формуле:

, (41)

где Ti - трудоемкость работ, челдн;

Si - часовая тарифная ставка, руб/час.

Расчет заработной платы представлен в таблице 10.

Таблица 10 - Расчет заработной платы

Исполнитель	Часовая тарифная ставка, руб.	Трудоемкость, чел./дн.	Зар.плата, руб.
Руководитель	120	65	7800
Техник	80	102	8160
Инженер	90	78	7020
Итого:	22980

Важной частью при расчете плановой себестоимости являются плановые отчисления на социальные нужды и в бюджет, которые представлены в таблице 11.

Таблица 11 - Затраты по статье «Отчисления с заработной платы»

Статья отчисления	% от заработной платы	Сумма, руб.
Отчисления на соцстрахование	34	5975

Расшифровка затрат по статье «Комплектующие» представлена в таблице 12.

Таблица 12 - Затраты по статье «Комплектующие»

Наименование изделий	Цена един,руб.	Количество, шт.	Сумма, руб.
ATMEGA8-8PU	140,0	1	140,0
SIM300DZ	1020	1	1020,0
TDA2003	20	1	20,0
BCR108	1.5	4	6,0
Чип-резисторы 1206	0,5	23	11,5
КР142ЕН5	15	1	15
LM1085	80	1	80
Кварцевый резонатор JTTCC-4МГц	5	1	5
LM358P	15	1	15
Конденсаторы	19	1,5	28,5
Корпус	150	1	150
ICA-501-006	15	1	15
ST-222	5	1	5
М3 ? 6.58.039	0,1	4	0,4
Итого:			1562

Затрат на спецоборудование для данных работ нет, так как спецоборудование для данной работы не приобреталось. Накладные расходы, включающие затраты на управление и хозяйственное обслуживание, которые не могут быть отнесены прямым счетом на конкретную тему составляют 5% от суммы затрат по предыдущим статьям. Смета затрат сведена в таблицу 13.

Таблица 13 - Затраты на НИОКР

Наименование статьи затрат	Сумма, руб.
Материалы	462
Контрагентские расходы	500
Заработная плата	22980
Отчисления на соцстрахование	5975
Комплектующие	1562
Накладные расходы	8185
Итого:	39664

9.6 Расчет текущих затрат на стадии единичного производства

Расчет текущих затрат будем производить для данного выпуска продукции. Планируется выпустить N=100 изделий.

Затраты на основные материалы и комплектующие рассчитаем по данным таблицам 8 и 12 умножением на программу выпуска продукции N=100 шт.

Расходы на топливо и энергию на технологические цели рассчитываем из условия, что в час на данном предприятии тратится в среднем 2 кВт электроэнергии, стоимость которой 3,94 руб. Умножив стоимость электроэнергии в час на время, затраченное на сборку и наладку всех изделий, получим необходимые затраты на электроэнергию.

Для реализации программы выпуска изделия на предприятии необходимо организовать одно рабочее место техника - сборщика. Часовая тарифная ставка рабочего составляет 80 руб./час. Сборка одного изделия занимает 2 часа. Прямая заработная плата равна произведению ставки рабочего на количество часов, затраченных на производство изделий.

Фонд основной заработной платы определяется как сумма прямой заработной платы, доплаты по поясному коэффициенту, премии. Доплаты по поясному коэффициенту составляют 15% от прямой заработной платы. Премии составляют 20% от суммы прямой заработной платы и доплаты по поясному коэффициенту. Дополнительная заработная плата производственных рабочих составляет 14,5% от фонда основной заработной платы.

Расходы на подготовку производства составляют 5% от фонда основной заработной платы. Износ инструмента и специальные расходы составляют 10% от фонда основной заработной платы. Цеховые расходы приняты исходя из опыта работы предприятия в размере 80% от основной заработной платы производственных рабочих. Общезаводские расходы составляют 65% от фонда основной заработной платы производственных рабочих. Прочие производственные расходы составляют 0,7% от основной заработной платы. Внепроизводственные расходы составляют 0,45% от величины производственной себестоимости.

Текущие затраты на стадии единичного производства сведены в таблицу 14.

Таблица 14 - Затраты на стадии единичного производства

Наименование	Обозн.	Сумма,руб.
Сырье и материалы	Рм	46200
Комплектующие изделия	Ркомпл	156200
Энергия на технологические цели	Рт.э	394
Основная заработная плата производственных рабочих	Зосн	20000
Дополнительная заработная плата производственных рабочих	Здоп	4002
Отчисления на социальные нужды	Ос.с	6240
Расходы на подготовку и освоение производства	Рподг	1350
Износ инструмента и приспособлений целевого назначения и специальные расходы	Иин	2760
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	Рсэо	13800
Общезаводские расходы	Роз	17940
Цеховые расходы	Рц	16000
Прочие производственные расходы	Рпроч	200
Производственная себестоимость	Спр	285086
Внепроизводственные расходы	Рвп	100
Итого полная себестоимость	Сполн	285186

Исходя из годовой себестоимости программы выпуска, найдем себестоимость одного изделия по формуле:

, (42)

где Сполн - полная себестоимость программы выпуска, руб.;

N - объем выпуска, шт.

Получим Сизд = 2852 руб.

Единовременных затрат на транспортировку изделий нет т.к. при продаже действует самовывоз.

Монтаж, наладка и пуск изделия осуществляется покупателем за свой счет.

9.7 Стоимостная оценка результатов мероприятия

Отпускная цена единицы продукции складывается из себестоимости изготовления и нормированной прибыли.

Стоимостная оценка результатов мероприятия в один год оценивается по формуле:

Pt=N (Сизд+0,3Сизд)=100(2852+856)=370800 руб. (43)

Экономический эффект мероприятия за время tРк рассчитывается по формуле:

(44)

где Pt - результаты мероприятия в году t;

Зt - затраты в году t; t - коэффициент дисконтирования;

Коэффициенты дисконтирования принимаются равными (1,00; 0,91; 0,83; 0,69; 0,58).

Рассчитаем экономический эффект производства сроком на пять лет. В первый год производится научно-техническая подготовка производства, после ее завершения начинается мелкосерийное производство, которое продолжается четыре года. Расчет экономического эффекта представлен в таблице 15.

Таблица 15 - Расчет экономического эффекта

Год цикла	2011	2012	2013	2014	2015
Стадии	НИОКР	Пр-во	Пр-во	Пр-во	Пр-во
Затраты при производстве	Един.	39664	0	0	0	0
	Текущие	0	285186	285186	285186	285186
Затраты на доп. услуги	0,0	0	0	0	0
Результаты	0,0	370800	370800	370800	370800
at	1	0,91	0,83	0,69	0,58
Результаты за вычетом затрат	Факт-кие	-39664	59496	59496	59496	59496
	Дискон-ные	-39664	59496	49382	41052	34507
	Накоп-ные	-39664	14477	63859	104911	139418

Экономический эффект за пять лет составляет 139418 рублей. Срок окупаемости вложений в разработку и освоение производства составляет два года.

Проведенное планирование работ позволило выполнить поставленную задачу в установленный срок. Экономические расчеты показали эффективность и целесообразность разработки и производства прибора контроля постовой охраны.

10. ОХРАНА ТРУДА

10.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов, источником которых является проектируемое устройство

Согласно ГОСТ 12.2.007.0-75 «Изделия электротехнические. Общие требования» блок прибора должен отвечать требованиям безопасности, которые предотвращают или уменьшают до допустимого уровня воздействие на человека: электрического тока; электрической дуги и искры; частей изделия, нагревающихся до высоких температур; опасных и вредных материалов, используемых в конструкции изделия, а также опасных и вредных веществ, выделяющихся при его эксплуатации.

А также должна отвечать требованиям, снижающим вероятность возникновения пожара от: электрической дуги и искры; частей изделия, нагревающихся до высоких температур; применение пожароопасных материалов, выделяющих опасные и вредные вещества при эксплуатации и хранении.

10.2 Анализ условий эксплуатации проектируемого устройства

Блок прибора контроля постовой охраны предназначен для работы в закрытых помещениях. Климатическое исполнение - У4.

Температура окружающей среды от 0 до +400С.

Относительная влажность воздуха не более 80% при 250С.

Атмосферное давление 100±4кПа (750±30 мм.рт.ст.).

В изделии используются:

рабочая изоляция токоведущих частей;

малое напряжение в электрических частях - 12В;

внешний пластмассовый корпус, предотвращающий возможность случайного прикосновения к токоведущим частям.

10.3 Соответствие проектируемого устройства требованиям безопасности

Прибор контроля постовой охраны относится к 0 классу электротехнических изделий по способу защиты человека от поражения электрическим током. К 0 классу относятся изделия, предназначенные для работы при безопасном низком напряжении (номинальное напряжение, которое не превышает 42В между отдельными проводниками или между проводником и землей, при этом без нагрузки напряжение не превышает 50В), имеющие, по крайней мере, рабочую изоляцию и не имеющие элементов для заземления.

Проектируемое устройство не является переносным и имеет отверстия для жесткого крепления к горизонтальным поверхностям. Устройство не является источником вибрации и шума, поэтому в конструкции прибора не предусматривается дополнительных средств шумо- и виброзащиты. Прибор предполагается эксплуатировать единично.

Внутри прибора располагаются красные светодиоды, изделие не является источником инфракрасного, теплового и рентгеновского излучения.

В процессе работы устройство может создавать электромагнитные поля, но они имеют малую мощность излучения в один Ватт, локализируются высокочастотной линией питания и не воздействуют на человека.

Электрическая схема изделия исключает возможность его самопроизвольного включения и отключения. Все соединения частей, а также их расположение и последовательность сборки выполнены с учетом удобства безопасности наблюдения за изделием при выполнении сборочных работ, проведение осмотра, испытаний и обслуживания.

Ввод проводов в корпус осуществляется через изоляционные детали. Конструкция и материал вводных устройств исключает возможность случайного прикосновения к токоведущим частям, электрических перекрытий, а также замыкания проводников на корпус и накоротко. Так как питание блока составляет 12В, никакие дополнительные требования к изоляции не предъявляются.

10.4 Эргономика

Работа с блоком микроконтроллера будет осуществляться стоя. Рабочее место оператора должно быть спроектировано согласно ГОСТ 12.2.033-78 (2001) ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.

Согласно ГОСТ рабочее место должно обеспечивать выполнение трудовых операций в пределах зоны досягаемости моторного поля. Частоту выполнения операций принимают редко - не более двух операций в 1 ч. Организация рабочего места и конструкция оборудования должны обеспечивать прямое и свободное положение корпуса тела работающего или наклон его вперед не более чем на 15°. Это осуществляется тем, что охранник подходит к прибору на любое удобное ему расстояние и выполняет операции с прибором. Так как невозможно осуществить регулирование высоты рабочей поверхности и подставки для ног, допускается проектировать и изготовлять оборудование с нерегулируемой высотой рабочей поверхности и подставки для ног. Вследствие того, что в блоке прибора располагаются звукоизлучающий динамик и микрофон, целесообразно разместить прибор на такой высоте, чтобы он располагался примерно напротив лица охранника. Следовательно, прибор будет располагаться в зоне для размещения редко используемых органов управления. По номограмме зависимости высоты расположения средств отображения информации от роста человека высота расположения прибора равна 1550 мм. Элементы управления (кнопки) распределены таким образом, что бы обеспечить свободный доступ к данным элементам.

Конструкция органов управления учитывает требуемую точность и скорость движений при осуществлении управления, а также частоту использования органов управления (кнопок). Места контактов органов управления с руками выполнены из нетоксичных нетеплопроводных электроизоляционных материалов. Для обозначения функционального назначения органов управления (кнопок) предназначены надписи, которые расположены на элементах конструкции рабочего места в непосредственной близости от органов управления. Также органы управления (кнопки) кодируются цветом.

В качестве элементов индикации используются красные светодиоды

Яркость элементов индикации не превышает допустимых пределов (яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м).

10.5 Защита от шума

Так как в приборе предусмотрен звукоизлучающий динамик, необходимо обеспечить уровень звукового давления динамиком, не превышающий допустимые нормы согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ. Допустимые уровни звукового давления представлены в таблице 16.

Таблица 16 - Предельно допустимые уровни звукового давления

№ пп	Вид трудовой деятельности, рабочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука (в дБА)
		31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	конструирование и проектирование, программирование. Рабочие места в помещениях проектно-конструкторских бюро, программистов вычислительных машин.	86	71	61	54	49	45	42	40	38	50

Согласно ГОСТ 12.1.036-81. Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях, допускается максимальный уровень звука в дБА от технического оборудования, расположенного в зданиях, промышленных и общественных помещений (внутри здания) на 10 дБА выше соответствующего допустимого эквивалентного уровня звука в тех же самых точках измерения, в которых определяют эквивалентный уровень звука.

В данном приборе используется динамик, максимальная мощность излучения которого составляет 40 Дб, что не превышает санитарных норм по уровню звукового давления. Также данная величина не противоречит ГОСТ 12.1.036-81 для эквивалентных уровней звука любых помещений.

Таким образом, проектируемый блок будет удобен в эксплуатации, не будет являться источником вредных производственных факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте была разработана прибор контроля постовой охраны: разработана конструкция блока, конструкция электрического узла, управляющая программа для микроконтроллера, вырабатывающего управляющий сигнал для GSM модуля в зависимости от нажатой кнопки. Создана трехмерная модель конструкции, на основе которой были получены чертежи деталей и сборочные чертежи изделия. Разработан комплект графического материала, который содержит: чертеж печатной платы, сборочные чертежи блока, печатного узла, чертеж корпусной детали. Также разработан комплект программной документации, в состав которого включен текст программы и руководство опертора.

Был произведен расчет надежности печатного узла. Наработка на отказ составила 27366 часов, что превышает заданное в техническом задании значение.

Экономический эффект разрабатываемого устройства за пять лет составил 139418 руб. Срок окупаемости вложений в разработку и освоение производства составляет два года. Экономические расчеты показали эффективность разработки и производства прибора контроля постовой охраны.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Проектирование и технология РЭС: Методические указания по дипломному проектированию / Составители: Б.В. Пермяков, В.Н. Степаненко; под ред. Б.В. Пермякова. - Челябинск: издательство ЮУрГУ, 2000. - 40 с.

2. Ревич Ю.В. Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера. - СПл.: БХВ-Петербург, 2011, -384 с.: ил.

3. Белов А.В. Микроконтроллеры AVR в радиолюбительской практике. - СПб.: Наука и Техника, 2007. -352 с.: ил.

4. Форум разработчиков электроники. - http://electronix.ru/forum/index.php?showforum=130

5. AVR. Учебный курс. - http://easyelectronics.ru/category/avr-uchebnyj-kurs

6. SimCom Wireless solutions. - http://wm.sim.com/Sim/FrontShow_en/service/document.aspx

7. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние. 1984. - 536 с., ил.

8. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры: Учебник для радиотехнич. спец. техникумов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 463 с.: ил.

9. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш.шк.,1990. - 432с.: ил.

10. Кудрин Л.П. Конструирование РЭС: Учебное пособие по курсовому проектированию. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2000. - 19 с.

11. Едренкин Э.Д., Березин В.М. Расчет надежности электронных средств: Учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. -18 с.

12. Сетевые методы планирования и управления: Методические указания к курсовому проекту для студентов приборостроительного факультета/Составители: В.С. Зинкевич, Л.А. Баев, Н.П. Мешковой. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 1998. - 22 с. [658.51(07) / З-633].

13. Организационно-экономический раздел дипломного проекта конструкторского направления: Учеб. Пособие для студентов приборостроительного факультета/ Мешковой Н.П., Закиров Р.Ш., Зинкевич В.С., Попов Г.С.; Под ред. Н.П. Мешкового. - Челябинск: ЧГТУ, 1990. - 53 с.

14. Методические указания по дипломному проектированию для студентов приборостроительного факультета. (Раздел «Безопасность жизнедеятельности») / Составители Н. В. Глотова, И. С. Окраинская; Под ред. А. И. Сидорова. Челябинск: ЮУрГУ, 1999. (658.382(07) Г548).

15. ГОСТ 12.2.007.0-75 «Изделия электротехнические. Общие требования»

16. Санитарные нормы СН 2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки"

17. ГОСТ 12.2.033-78 «Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования»

18. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989.- 448 с.: ил.

19. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению. СТП ЮУрГУ 04-2001/ Составители: Сырейщикова Н.В., Гузеев В.И., Суриков И.В., Винокурова Л.В.,-Челябинск: ЮУрГУ, 2001.- 49 с., ил.

20. ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам.- СТП ЮУрГУ 02-1995/ Составители: Сырейщикова Н.В., Винокурова Л.В., - Челябинск: ЮУрГУ, 1995. - 19с., ил.

Размещено на Allbest.ru