Розміщено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИПЛОМНА РОБОТА

для одержання кваліфікації бакалавра

Система кондицiонування та вентиляції

ЗМІСТ

Вступ

Технічне завдання

Мета роботи

1 Загальна систем життєзабезпечення

1.1 Кондиціонування повітря

1.2 Класифікація систем кондиціонування

1.3 Вентиляція повітря

1.4 Класифікація систем вентиляції

1.5 Система озонування повітря

1.6 Датчики температури

1.7 Датчики вологості

1.8 Датчики швидкості потоку повітря

1.9 Датчики концентрації озону

2 Розробка структурної та принципової схем

2.1 Розробка структурної схеми

2.2 Розробка принципової схеми та електричні розрахунки

2.2.1 Розробка блоку мікроконтролера

2.2.2 Вибір датчика температури

2.2.3 Вибір датчика вологості

2.2.4 Вибір датчика швидкості потоку повітря

2.2.5 Вибір датчика концентрації озону

2.2.6 Розробка пристрою введення

2.2.7 Розробка пристрою індикації

2.2.8 Розробка схеми узгодження з виконавчим пристроєм

3 Розробка алгоритму роботи системи

4 Техніко-економічне обґрунтування робіт

4.1 Розрахунок собівартості одиниці виробу

4.2 Визначення крапки беззбитковості, побудова графіка беззбитковості

4.3 Висновки

5 Охорона праці та навколишнього середовища

5.1 Загальні питання охорони праці і навколишнього середовища

5.2 Небезпечні і шкідливі виробничі фактори

5.3 Міри безпеки

5.4 Пожежна безпека

5.5 Охорона навколишнього середовища

5.6 Висновки

Висновки

Перелік джерел інформації

Додаток А. Перелік елементів

ВСТУП

Розвиток електроніки й широке застосування її виробів у промисловому виробництві, у пристроях і системах керування найрізноманітнішими об'єктами й процесами є в цей час одним з основних напрямків науково-технічного прогресу.

За останні роки в мікроелектроніці бурхливий розвиток одержав напрямок, пов'язаний з випуском однокристальних мікроконтролерів, які призначені для «інтелектуалізації» устаткування різного призначення.

Останнім часом дуже популярні словосполучення «розумний дім» та «інтелектуальний будинок». Переклад «intelligent building», що з'явився на початку 80-х років, означає систему, що повинна розпізнавати конкретні ситуації, що відбуваються в будинку, і відповідним чином на них реагувати. Мозок такої системи - міні-комп'ютер (центральний контролер), обробляє вступників з пультів керування й зовнішні датчики сигнали й віддає команди виконавчим пристроям. У контролер уводиться програма, написана спеціально під конкретні потреби замовника. Вона і визначає поводження «інтелектуального будинку» у тій або іншій ситуації.

Управляти інженерними системами будинків - електроживленням, вентиляцією, опаленням, метеоконтролем, водопостачанням, аудио- і відеоапаратурою за допомогою однокристальних мікроконтролерів - просто, зручно та приємно.

Здоров'я, працездатність, самопочуття людини в значній мірі визначаються умовами мікроклімату та повітряного середовища в житлових і суспільних приміщеннях, де він проводить значну частину свого часу.

На основі досліджень в області клімату були отримані дані про вплив різних факторів на комфортний стан людини. Серед них можна виділити найважливіші, такі як:

- температура повітря;

- вологість повітря;

- рухливість;

- склад газу.

Причому для людей з різними індивідуальними даними (швидкість обміну речовин, комплекція та т.д.) комфортні параметри повітря будуть неоднаковими. Т.е. прохолоджувати приміщення необхідно по різному.

Клімат контроль дозволяє створювати індивідуальні запрограмовані «сценарії» (від 1 дня до 1 року) для керування температурою ы вологістю, як в окремій кімнаті, так і у всьому будинку. Створення "сценаріїв" здійснюється за допомогою панелі керування системою, після чого клімат у будь-якій кімнаті можна змінити одним натисканням кнопки або керуючим сигналом з мобільного або звичайного телефону.

Система клімат контролю (кондиціонування та вентиляції) дозволяє управляти такими параметрами як температура, вологість, приплив свіжого повітря індивідуально для кожної кімнати, включати/виключати систему фільтрації та вентиляції повітря.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

до дипломної роботи бакалавра

«Система кондиціонування та вентиляції»

1 Найменування та область застосування:

Система кондиціювання та вентиляції призначена для використання в побутових (житлових) та офісних приміщеннях.

2 Підстава для розробки:

Реальна необхідність.

3 Мета і призначення розробки:

Підготовка виробництва систем кондиціювання.

4 Технічні вимоги:

4.1 Джерело живлення - промислова мережа з напругою 220 В, частотою 50 Гц.

4.2 Діапазон робочих температур -10С +40С.

4.3 Мікроконтролер - ATmega8535.

4.4 Конструктивне виконання: придатний до перенесення

4.5 Режим роботи: тривалий

5 Економічні показники:

Основні техніко-економічні показники будуть визначені на стадії розробки техніко-економічного обґрунтування дипломної роботи бакалавра.

6 Стадії і етапи розробки:

Основні стадії і етапи розробки і терміни виконання приведені в бланку завдання на дипломну роботу.

МЕТА РОБОТИ

Метою дипломної роботи бакалавра є розробка електронної системи, здатної контролювати параметри мікроклімату в житлових будинках, зокрема в таких, що відносяться до типу «розумний дім». Автоматизація процесу регулювання параметрів повинна звести до мінімуму людське втручання.

Треба провести аналіз аналогічних технічних рішень, розробити агоритм функцiонування, розробити структурну і електричну принципову схеми системи кондицiонування.

Система кондицiонування та вентиляції зазвичай складається з таких основних частин: центральною керуючою ланкою схеми є мікроконтролер, датчики мікроклімату, пристрій введення; індикатор, а також органи керування.

Всi цi блоки виконують кожен окрему функцiю. Так, обробка повітря в примiщеннi виробляється внутрішнім блоком, який має кілька серій. Найбільш проста серія з можливістю роботи внутрішніх блоків тільки на охолодження або осушення. Iнша серiя - з можливістю роботи як на охолодження (осушення), так й у режимі теплового насоса. Всі внутрішні блоки однієї системи працюють або в режимі охолодження (осушення) чи в режимі обігріву. Та найбiльш складна - з можливістю одночасної роботи частини внутрішніх блоків на охолодження (осушення), а для інших приміщень - на обігрів у режимі теплового насоса.

Мікроконтролер повинен приймати сигнали з датчиків, обробляти їх та видавати сигнали керування для виконавчих пристроїв, які забезпечують необхідні значення параметрів мікроклімату житлового приміщення. Для більш ефективного регулювання параметрів всі датчики системи повинні мати високу чутливість до змін вимірюваних ними параметрів. Електронна система повинна бути якомого компактнішою, тому раціональним є використання інтегральних цифрових датчиків.

Результати проектування рекомендуються до впровадження у побутi та підприємствами промисловості різних форм власності.

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1.1 Кондиціонування повітря

Кондиціонування повітря - це створення й автоматична підтримка в закритих приміщеннях всіх або окремих параметрів (температури, вологості, чистоти, швидкості руху повітря) на певному рівні з метою забезпечення оптимальних метеорологічних умов, найбільш сприятливих для самопочуття людей або ведення технологічного процесу.

Кондиціонування повітря здійснюється комплексом технічних засобів, що зветься системою кондиціонування повітря (СКП). До складу СКП входять технічні засоби забору повітря, підготовки, тобто додання необхідних кондицій (фільтри, теплообмінники, зволожувачі або осушувачі повітря), переміщення (вентилятори) і його розподілу, а також засобу холодо- і теплопостачання, автоматики, дистанційного керування й контролю. СКП великих громадських, адміністративних і виробничих будинків обслуговуються комплексними автоматизованими системами керування. Автоматизована система кондиціонування підтримує заданий стан повітря в приміщенні незалежно від коливань параметрів навколишнього середовища (атмосферних умов).

Основне встаткування системи кондиціонування для підготовки й переміщення повітря компонується в єдиному корпусі в апарат, під назвою кондиціонер.

З огляду на область застосування, умовно кондиціонери можна розділити на побутові, напівпромислові й промислові. До першого відносять устаткування, потужністю до 7 квт, застосовуване для охолодження приміщень площею до 80 кв.м. Напівпромислові кондиціонери середньої потужності до 25 квт використовують як у побутових умовах, так й в офісах, і на підприємствах. Промислові, або центральні, системи кондиціонування використовують для охолодження приміщень та будинках великої площі.

1.2 Класифікація систем кондиціонування

кондицiонування вентиляція мікроклімат електрона система

Сучасні системи кондиціонування можуть бути класифіковані за наступними ознаками:

· за основним призначенням (об'єктом застосування): комфортні й технологічні;

· за принципом розташування кондиціонера по відношенню до обслуговуємого об'єкту: центральні й місцеві;

· за наявністю власного (в конструкції кондиціонера) джерела тепла й холоду: автономні й неавтономні;

· за принципом дії: прямоточні, рециркуляційні й комбіновані;

· по способу регулювання вихідних параметрів кондиціонованого повітря: з якісним (однотрубним) і кількісним (двотрубним) регулюванням;

· за ступеню забезпечення метеорологічних умов в обслуговуємому приміщенні: першого, другого й третього класу;

· за кількістю приміщень (локальних зон), що обслуговуються: однозональні й багатозональні;

· за тиском, що розвивається вентиляторами кондиціонерів: низького, середнього й високого тиску.

Крім наведених класифікацій, існують різноманітні системи кондиціонування, що обслуговують спеціальні технологічні процеси, включаючи системи зі зміненням у часі (за певною програмою) метеорологічних параметрів.

Комфортні СКП призначені для створення й автоматичної підтримки температури, відносної вологості, чистоти й швидкості руху повітря, що відповідають оптимальним санітарно-гігієнічним вимогам для житлових, суспільних й адміністративно-побутових будинків або приміщень.

Технологічні СКП призначені для забезпечення параметрів повітря, у максимальному ступені виробництва, що відповідають вимогам. Технологічне кондиціонування в приміщеннях, де перебувають люди, здійснюється з урахуванням санітарно-гігієнічних вимог до стану повітряного середовища.

Центральні СКП забезпечуються ззовні холодом (холодною водою або холодоагентом), теплом (гарячою водою, парою або електрикою) і електричною енергією для привода електродвигунів вентиляторів, насосів й ін. Центральні СКП розташовані поза приміщеннями, що обслуговують, і кондиціонують одне велике приміщення, кілька зон такого приміщення або багато окремих приміщень. Іноді кілька центральних кондиціонерів обслуговують одне приміщення великих розмірів (виробничий цех, театральний зал, закритий стадіон).

Незважаючи на велику кількість переваг центральних СКП, треба відзначити, що великі габарити й проведення складних монтажно-будівельних робіт з установки кондиціонерів, прокладці повітряходів і трубопроводів часто приводять до неможливості застосування цих систем в існуючих реконструйованих будинках.

Місцеві СКП розробляють на базі автономних і неавтономних кондиціонерів, які встановлюють безпосередньо в обслуговуваних приміщеннях. Перевагою місцевих СКП є простота установки й монтажу.

Автономні СКП забезпечуються ззовні тільки електричною енергією, наприклад, кондиціонери спліт-систем, шафові кондиціонери й т.п. Такі кондиціонери мають убудовані компресійні холодильні машини, що працюють, як правило, на фреоні-22.

Автономні системи прохолоджують й осушують повітря, для чого вентилятор продуває рециркуляційне повітря через поверхневі повітряохолоджувачі, якими є випарники холодильних машин, а в перехідний і зимовий час вони можуть робити підігрів повітря за допомогою електричних нагрівачів або шляхом реверсування роботи холодильної машини в циклі так званого «теплового насоса».

Неавтономні СКП підрозділяються на:

· повітряні, при використанні яких в приміщення подається тільки повітря (міні-центральні кондиціонери, центральні кондиціонери);

· водоповітряні, при використанні яких у кондиціонуєме приміщення підводять повітря й воду, що несуть тепло або холод, або те й інше разом (системи чиллерів-фанкойлов, центральні кондиціонери з місцевими довідчиками й т.п.).

Прямоточні СКП повністю працюють на зовнішньому повітрі, що обробляється в кондиціонері, а потім подається в приміщення.

Рециркуляційні СКП, навпаки, працюють без припливу або із частковою подачею (до 40%) свіжого зовнішнього повітря або на рециркуляційному повітрі (від 60 до 100%), що забирається із приміщення й після його обробки в кондиціонері знову подається в це ж приміщення.

СКП із якісним регулюванням метеорологічних параметрів являють собою широкий ряд найпоширеніших, так званих одноканальних систем, у яких все оброблене повітря при заданих кондиціях виходить із кондиціонера по одному каналі й надходить далі в одне або кілька приміщень. При цьому регулюючий сигнал від терморегулятора, встановленого в обслуговуємому приміщенні, надходить безпосередньо на центральний кондиціонер.

СКП із кількісним регулюванням подають в одне або кілька приміщень холодне й підігріте повітря по двох паралельних каналах. Температура в кожному приміщенні регулюється кімнатним терморегулятором, що впливає на місцеві змішувачі (повітряні клапани), які змінюють співвідношення витрат холодного й підігрітого повітря в подаваній суміші. Двоканальні системи використовуються дуже рідко через складність регулювання, хоча й мають деякі переваги, зокрема, відсутністю в обслуговуємих приміщеннях, теплообмінників, трубопроводів тепло-холодоносія; можливістю спільної роботи із системою опалення. Недоліком є підвищені витрати на теплову ізоляцію паралельних повітряходів, підводимих до кожного приміщення.

Кондиціонування повітря за ступенню забезпечення метеорологічних умов підрозділяються на три класи:

· перший клас - забезпечує необхідні для технологічного процесу параметри відповідно до нормативних документів;

· другий клас - забезпечує оптимальні санітарно-гігієнічні норми або необхідні технологічні норми;

· третій клас - забезпечує припустимі норми, якщо вони не можуть бути забезпечені вентиляцією в теплий період року без застосування штучного охолодження повітря.

Однозональні СКП застосовуються для обслуговування великих приміщень із відносно рівномірним розподілом тепла, вологовиділенням, наприклад, великих залів кінотеатрів, аудиторій і т.д. Такі СКП, як правило, комплектуються пристроями для утилізації тепла (теплоутилізаторами) або змішувальними камерами для використання в приміщеннях, що обслуговуються, рециркуляції повітря.

Багатозональні СКП застосовують для обслуговування великих приміщень, у яких устаткування розміщене нерівномірно, а також для обслуговування ряду порівняно невеликих приміщень. Такі системи більш економічні, ніж окремі системи для кожної зони або кожного приміщення. Однак з їхньою допомогою не може бути досягнутий такий же ступінь точності підтримки одного або двох заданих параметрів (вологості й температури), як автономними СКП (кондиціонерами спліт-систем і т.п.).

За тиском, створюваному вентиляторами центральних кондиціонерів, СКП підрозділяються на системи низького тиску (до 100 кг/м2), середнього тиску (від 100 до 300 кг/м2) і високий тиски (вище 300 кг/м2).

1.3 Вентиляція повітря

Вентиляція - обмін повітря в приміщеннях для видалення надлишків тепла, вологи, шкідливих речовин, що утворяться в зачиненому приміщенні (вуглекислого газу, пилу, та ін.) і припливу свіжого повітря з метою забезпечення припустимих метеорологічних умов і чистоти в приміщеннях і на робочих місцях.

Вентиляція є основним засобом забезпечення чистоти повітря у квартирах житлових будинків. Від якості й надійності роботи вентиляції залежить комфортність проживання, схоронність і довговічність конструкцій.

У житловому будівництві в Україні, як правило, застосовуються системи природної приточно-витяжної вентиляції. Приточне зовнішнє повітря надходить у квартири через нещільності у віконних плетіннях, кватирки, або відкриті вікна. Недоліками природної вентиляції є нестійкий повітряний режим квартир, викликаний значним впливом температури зовнішнього повітря й впливом вітру.

Висока герметичність сучасних вікон зробила практично непрацездатними системи природної вентиляції. У квартирах погіршилася комфортність проживання: має місце висока вологість і низька якість повітря, зростає ймовірність грибкових поразок конструкцій. Відкривання кватирок у герметичних вікнах не дозволяє забезпечувати необхідний мікроклімат у квартирах, значно знижує ефективність використання тепла, приведе до надлишкового провітрювання й охолодження приміщень узимку, викликає підвищений рівень шуму й пилу з вулиці.

Пристрій механічної приточно-витяжної вентиляції, у тому числі з утилізацією теплоти витяжного повітря, дозволяє нормалізувати повітряно-тепловий режим квартир, забезпечити нормативний повітрообмін, знизити витрати тепла на 10-15 %, а у випадку використання утилізації - на 20-25 % і знизити проникнення вуличного пилу й шуму у квартири.

Системи приточно-витяжної механічної вентиляції можуть бути обладнані установками для охолодження (кондиціонування) і зволоження повітря, їх рекомендується обладнати установками для утилізації тепла витяжного повітря.

Вентилятори - це механічні пристрої, що служать для переміщення повітря по повітряходам, або безпосередньої подачі або витяжки повітря із приміщення. Переміщення повітря відбувається через створення перепаду тиску між входом і виходом вентилятора.

1.4 Класифікація систем вентиляції

Системи вентиляції можна класифікувати за наступними характерними ознаками:

· за способом створення тиску для переміщення повітря: із природним і штучним (механічним) спонуканням.

· за призначенням: приточні й витяжні.

· за зоною обслуговування: місцеві й загальнообмінні.

· за конструктивним виконанням: канальні й безканальні.

Природна вентиляція - переміщення повітря в системах природної вентиляції внаслідок:

· різниці температур зовнішнього (атмосферного) повітря й повітря в приміщенні, так званої аерації;

· різниці тисків «повітряного стовпа» між нижнім рівнем (обслуговуваним приміщенням) і верхнім рівнем - витяжним пристроєм (дефлектором), установленим на покрівлі будинку;

· у результаті впливу так називаного вітрового тиску.

У приміщеннях з великими надлишками тепла повітря завжди тепліше зовнішнього. Більш важке зовнішнє повітря, надходячи в будинок, витісняє з нього менш щільне тепле повітря.

При цьому в замкнутому просторі приміщення виникає циркуляція повітря, викликувана джерелом тепла, подібну до тієї, яку викликає вентилятор.

У системах природної вентиляції, у яких переміщення повітря створюється за рахунок різниці тисків повітряного стовпа, мінімальний перепад по висоті між рівнем забору повітря із приміщення і його викидом через дефлектор повинен бути не менш 3 м. При цьому рекомендована довжина горизонтальних ділянок повітряходів не повинна бути більше 3 м, а швидкість повітря у повітряходах - не перевищувати 1 м/с.

Вплив вітрового тиску виражається в тому, що на навітряні (звернених до вітру) сторонах будинку утворюється підвищене, а на підветрених сторонах, а іноді й на покрівлі, - знижений тиск (розрідження).

Якщо в огородженнях будинку є прорізи, то з навітряної сторони атмосферне повітря надходить у приміщення, а із підвітряної - виходить із нього, причому швидкість руху повітря в прорізах залежить від швидкості вітру, що обдуває будинок, і, відповідно, від виникаючих різниць тисків.

Системи природної вентиляції прості й не вимагають складного встаткування й витрати електроенергії. У житлових будинках масової забудови присутня саме природна витяжна вентиляція - індивідуальні канали (повітряходи) від кожних витяжних ґрат з'єднуються із шахтою або збираються в загальний збірний канал на горищі. Ефективність такої системи залежить від багатьох змінних факторів (температури повітря, напрямки й швидкості вітру), тому вони не вважаються надійними.

У механічних системах вентиляції використаються встаткування й прилади (вентилятори, електродвигуни, повітронагрівачі, пиловловлювачі, автоматика й ін.), що дозволяють переміщати повітря на значні відстані. Витрати електроенергії на їхню роботу можуть бути досить більшими. Такі системи можуть подавати й видаляти повітря з локальних зон приміщення в необхідній кількості, незалежно від умов, що змінюються, навколишнього повітряного середовища. При необхідності повітря піддають різним видам обробки (очищенню, нагріванню, зволоженню й т.д.), що практично неможливо в системах із природним спонуканням.

У механічних системах штучної вентиляції використаються встаткування й прилади (вентилятори, електродвигуни, повітронагрівачі, пиловловлювачі), що дозволяють переміщати повітря на значні відстані. Системи штучної вентиляції можуть подавати й видаляти повітря в необхідних кількостях незалежно від умов, що змінюються, навколишнього середовища. Однак витрати на їхню роботу можуть бути досить великими.

На практиці часто передбачають так називану змішану вентиляцію, тобто одночасно природну й механічну вентиляцію.

Приточні системи служать для подачі у вентильовані приміщення чистого повітря замість вилученого. Приточне повітря в необхідних випадках піддається спеціальній обробці (очищенню, нагріванню, зволоженню й т.д.)

Витяжна вентиляція видаляє із приміщення (цеху, корпуса) забруднене або нагріте відпрацьоване повітря.

Як приточна, так і витяжна вентиляція може влаштовуватися на робочому місці (місцева) або для всього приміщення (загальнообмінна).

Місцевою вентиляцією називається така, при якій повітря подають на певні місця (місцева приточна вентиляція) і забруднене повітря видаляють тільки від місць утворення шкідливих виділень (місцева витяжна вентиляція).

До місцевої приточної вентиляції ставляться повітряні душі (зосереджений приплив повітря з підвищеною швидкістю), повітряні оазиси (ділянки приміщень, відгороджені від іншого приміщення пересувними перегородками висотою 2-2,5 м, у які нагнітається повітря зі зниженою температурою). Вони повинні подавати чисте повітря до постійних робочих місць, знижувати в їхній зоні температуру навколишнього повітря й обдувати робітників, що піддаються інтенсивному тепловому опроміненню.

Місцеву витяжну вентиляцію застосовують, коли місця шкідливих виділень у приміщенні локалізовані й можна не допустити їхнє поширення по всьому приміщенню. Місцева витяжна вентиляція у виробничих приміщеннях забезпечує вловлювання й відвід шкідливих виділень: газів, диму, пилу й частково, що виділяється від устаткування тепла.

При місцевій витяжній вентиляції для вловлювання пиловиділень повітря, що видаляється із цеху, перед викидом його в атмосферу, повинен бути попередньо очищений від пилу.

Система приточно-витяжної вентиляції ґрунтується на створенні двох зустрічних потоків. Така система може бути створена або на основі незалежних підсистем припливу й витяжки повітря - із власними вентиляторами, фільтрами й т.д., або на основі однієї відповідної установки, що працює як на приплив, так і на витяжку.

Загальобмінні системи вентиляції - як приточні, так і витяжні, призначені для здійснення вентиляції в приміщенні в цілому або в значній його частині. Загальнообмінні витяжні системи відносно рівномірно видаляють повітря із усього приміщення, що обслуговує, а загальнообмінні приточні системи подають повітря й розподіляють його по всьому обсязі вентильованого приміщення.

Загальнообмінна приточна вентиляція влаштовується для асиміляції надлишкового тепла й вологи, розведення шкідливих концентрацій пар і газів, не вилучених місцевою й загальнообмінною витяжною вентиляцією, а також для забезпечення розрахункових санітарно-гігієнічних норм і вільного подиху людини в робочій зоні.

При негативному тепловому балансі, тобто при недоліку тепла, загальнообмінну приточну вентиляцію влаштовують із механічним спонуканням і з підігрівом усього обсягу приточного повітря. Як правило, перед подачею повітря очищають від пилу. При надходженні шкідливих виділень у повітря цеху кількість приточного повітря повинне повністю компенсувати загальнообмінну й місцеву витяжну вентиляцію.

Найпростішим типом загальобмінної витяжної вентиляції є окремий вентилятор (звичайного осьового типу) з електродвигуном на одній осі, розташований у вікні або в отворі стіни. Така установка видаляє повітря з найближчої до вентилятора зони приміщення, здійснюючи лише загальний повітрообмін.

Основними характеристиками вентиляційних систем є:

· продуктивність за повітрям - від десятків до тисяч м³/ч.

· напір повітря або статичний тиск (кпа).

· потужність калорифера (необхідний у приточних вентиляційних установках для підігріву вуличного повітря в зимовий час) - від одиниць до сотні кВт.

· рівень шуму (дб).

1.5 Система озонування повітря

Озон (від грецького оzon - що пахне) - газ блакитного кольору з різким запахом, сильний окислювач. Молекулярна формула О_з. Важче кисню в 1,6 рази. Використовується для знезаражування води та повітря.

Озон утвориться з молекулярного кисню (О₂) при електричному розряді або під дією ультрафіолетового випромінювання. Особливо це відчутно в місцях, богатых киснем: у лісі, у приморській зоні або біля водоспаду.

Озонатор повітря - це апарат, призначений для генерації з кисню повітря озону та безперервної подачі в приміщення озоно-повітряної суміші за допомогою вентиляції. Принцип дії озонатора заснований на проходженні через повітря високовольтного електричного розряду в розрядній камері, у результаті чого з кисню повітря виробляється озон, що у зовнішнім середовищі розкладається на молекулу кисню О2 і атомарний кисень (синглетний атом кисню), що володіє унікальною здатністю, що окисляє. Атомарний кисень не здатний самостійно існувати при звичайних умовах і, переміщаючись під дією руху повітряних мас у приміщенні, вступає в реакції, окисляючи будь-які органічні сполуки й мікроорганізми. Таким чином, озон ефективний у боротьбі проти бактерій, вірусів, грибів що перебувають, у різних місцях доступних для проникнення повітря (за шафами, під піддонами, усередині картонного впакування).

Озон, з одного боку, володіє вираженим инактивирующим дією у відношенні всього спектра патогенної мікрофлори і є універсальним, екологічно чистим, найефективнішим і дешевим дезінфікуючим агентом, з іншого боку - є сильним окислювачем.

Відносно високі концентрації використовуються для дезінфекції, а більше низькі концентрації озону не ушкоджують білкові структури та сприяють загоєнню. В експериментах установлено, що газоподібний озон убиває практично всі види бактерій, вірусів, цвілевих і дрожжеподобных грибів і найпростіших. Озон реагує з більшістю органічних і неорганічних речовин. У процесі реакцій утвориться кисень, вода, оксиди вуглецю та вищі оксиди інших елементів. Всі ці продукти не забруднюють навколишнє середовище і не приводять до утворення концерагенных речовин на відміну від сполук хлору й фтору.

Після проходження повітря через кондиціонери та нагрівальні прилади в повітрі знижується зміст кисню і не знижується рівень токсичних компонентів повітря. До того ж, старі кондиціонери самі є джерелом забруднення та зараження, викликаючи «синдром закритих приміщень» - головний біль, утому, часті респіраторні захворювання. Озонування таких приміщень просто необхідно.

Концентрація залежить від об'єму приміщення, від місця розташування озонатора, від вологості повітря та температури. Безпечними вважаються концентрації озону в межах 0,5 - 2,5 Ррm (0,0001 мг/л).

Озон по своїх властивостях знищення бактерій і вірусів в 2,5-6 разів ефективніше ультрафіолетових променів і в 300-600 разів ефективніше хлору. При цьому на відміну від хлору озон знищує навіть цисти глистів і вірусу герпеса і туберкульозу.

Озонатори призначені для збагачення киснем, очищення й освіження повітря в житлових приміщеннях, на робочих місцях, у навчальних закладах, у поліклініках, лікарняних палатах, місцях відпочинку, спортивних залах, на всіх видах транспорту, у комп'ютерних кімнатах, на радіо й телестудіях, у холодильниках.

Озонатор, розташований у приміщенні, робить бактерицидна дія, знищує віруси, цвілеві грибки; розщеплює молекули неприємних заходів (гноячи, диму, косметики), у тому числі від свійських тварина; сприяє прискореному осіданню часток пилу, які постійно присутні в повітрі у зваженому стані; нейтралізує несприятливий вплив електричних і антенних сигналів, світлових вібрацій.

Діючи на організм людини, озонатор робить протизапальна, загальзміцнювальна дія на органи подиху, забезпечує більше повне постачання внутрішніх органів киснем, зменшує застійні явища в тканинах, прискорює загоєння ран і забитого місць, нормалізує сон, поліпшує загальне самопочуття, обмін речовин, поліпшує пам'ять, підвищує здатність до концентрації, працездатність, знижує чутливість до перепадів атмосферного тиску й погодних фронтів.

По оцінках екологів, домашнє повітря в 4-6 разів «брудніше» і в 8-10 разів токсичнее зовнішнього, а після проходження повітря через вентиляційні установки, фільтри або кондиціонери рівень змісту озону та негативних аэроионов у ньому знижується на 90%, і ми разом із прохолоддю одержуємо «мертве повітря», згубний для здоров'я.

Індустріальні озонатори дають більшу концентрацію озону, небезпечну для домашнього застосування. Медичні й побутові озонатори близькі по показниках продуктивності, але медичні розраховані на більший час безперервної роботи.

При роботі озонатора можливо задати концентрацію одержуваного озону залежно від поставленого завдання. При необхідності за допомогою озонатора може бути досягнута концентрація озону 40 мг/м³, при якій гинуть всі мікроорганізми і їхні суперечки.

Найкраще озонатор розмістити на стіні. При цьому варто пам'ятати, що озон важче повітря, тому бажано розташувати прилад досить високо.

1.6 Датчики температури

Існує безліч датчиків виміру температури, робота яких ґрунтується на різних фізичних властивостях матеріалів. Серед цієї безлічі можна виділити:

1. Резистивні детектори температури.

2. Термістори (терморезистори).

3. Термоелектричні датчики (термопари).

4. Інтегральні датчики температури.

Останні містять крім чуттєвого елемента інтегральну схему, що перетворює сигнал датчика.

У резистивних детекторах температури використовується зміна опору дроту чи плівки з платини для визначення температури. Звідси не випливає, що інші метали не можуть бути використані для виміру температури, однак найбільш часто в таких перетворювачах застосовуються платинові чуттєві елементи.

Чутливість резистивних температурних перетворювачів низька, а динамічна реакція - повільна (в силу конструктивних особливостей приладу). Вони піддані виходу зі строю при вібраціях і ударах.

Існують два основних типи платинових дротових резистивних перетворювачів: зонд, що занурюється в середовище і чуттєвий елемент, що монтується на поверхні. Дротові елементи зазвичай встановлюються на керамічній основі з мінімальним натягом і зазвичай покриваються захисним матеріалом, що захищає їх від впливу навколишнього середовища.

Перетворювачі з плівковими чуттєвими елементами, у яких застосовується металева фольга, розташована на ізолюючій підкладці, не настільки поширені, як дротові, хоча сфера їхнього використання постійно розширюється, оскільки вони мають малі розміри, поліпшену динамічну реакцію, більш високу чутливість і відносно низьку вартість.

Платинові резистивні перетворювачі зазвичай включаються в одне з пліч моста Уїнстона, за допомогою якого забезпечується висока точність вимірів. Невисокий опір приладу (близько 100 Ом) створює проблеми при його комутації з вимірювальною апаратурою, оскільки опір проводів, що з'єднують перетворювач із вимірювальною схемою, може бути порівняно близьким до опору перетворювача.

Термістор (терморезистор) являє собою власне кажучи напівпровідниковий резистивний прилад, опір якого залежить від температури. Такі прилади мають зазвичай зворотній температурний коефіцієнт, тобто їх опір падає зі збільшенням температури []. Термістори використовуються в діапазоні температур від -50 до +300°С, хоча за рахунок спеціальних интерфейсних рішень не виключений вимір температури і за зазначеними межами. Основною причиною настільки вузького температурного діапазону термісторів є істотна нелінійність їхніх характеристик (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Температурна характеристика терморезистора

Для виготовлення термісторів звичайно використовуються спеціальні напівпровідникові матеріали. Вони виготовляються у виді кульок, дисків, стриженів чи шайб, що потім містяться в капсули зі скла, пластику, металу. Невеликі розміри чуттєвих елементів забезпечують їх високу динамічну реакцію, а деякі мініатюрні типи елементів можуть мати динамічну реакцію в кілька мікросекунд.

Терморезистори, в залежності від призначення, можна класифікувати в такий засіб:

термометри опору (широкого застосування);

термокомпенсатори (температурна компенсація в електронній апаратурі);

терморезистори для теплового контролю (схеми контролю температури з точністю ±0,5 °С, сигналізація на основі релейного ефекту);

Вимірювальні терморезистори (вимір потужності випромінювання).

З відомих типів термісторів найбільш широке поширення одержали зонди і базові чуттєві елементи. По конструкції вони схожі на звичайні резистори, за винятком використовуваних матеріалів, опір яких залежить від температури. Термістори, як правило, не мають потребу в точній настройці интерфейсних схем, оскільки вони мають широкі допуски. Деякі типи термісторів мають допуски порядку ±0,2°С в межах установленого температурного діапазону, для забезпечення яких може знадобитися спеціальне підстроювання.

Чутливість термопари до температури грунтується на термоелектричному ефекті, при якому використовується з'єднання двох різнорідних матеріалів. Коли два з'єднання знаходяться при різних температурах, то в ланцюзі, що їх з'єднує, тече електричний струм.

Термопари виготовляються звичайно у виді зонда, але, оскільки в них потрібна наявність спаю з двох матеріалів, можливе виготовлення таких первинних вимірювальних перетворювачів, у яких чуттєвий елемент містить два дротики з термопарних матеріалів, спаяних разом на тонкому кінчику. Вони виконуються за допомогою зварювання, пайки твердим припоєм чи пайки срібним припоєм.

Кінчик спаяних дротиків може бути поміщений у зонд чи безпосередньо в середовище, температура якого вимірюється. Спаї виконуються заземленими чи незаземленими на захисний кожух. Не виключене застосування відкритих чи закритих спаїв. Третя форма термопар є спаєм фольги, змонтованої на деякій підложці. Фольга може являти собою магнітну плівку, що легко кріпиться до будь-якої феромагнітної поверхні, температура якої вимірюється. Термопари міцні й економічні, оскільки їхня точність ґрунтується на еталонних значеннях температури, вимоги до відтворення якої не є надмірно високими. Вони мають досить гарні динамічні властивості, тому що мають мініатюрний чуттєвий елемент і можуть бути використані в широкому діапазоні температур.

Характеристики транзисторів також змінюються в залежності від температури, і це дозволяє їх застосовувати для виміру температури.

Верхній діапазон вимірюваних температур обмежується струмом витоку напівпровідникових переходів. Останні використовуються для виміру температур у діапазоні від - 50 до + 150 °С.

Останнім часом широке поширення знайшли інтегральні датчики температури.

В якості чуттєвих елементів в інтегральних датчиках температури використовуються напівпровідникові р-n переходи (емітерні переходи транзисторів) і напівпровідникові терморезистори. По вихідним даним датчики можна віднести до наступних груп:

двополюсники - джерела струму (датчики AD590/592 та ін. Фірми Analog Devices) і джерела напруги (датчики LM135/235/335 фірми National Semiconductor), у яких джерела живлення "прикладені" до вихідних виводів;

датчики з роздільними виводами живлення і вихідного сигналу, що розрізняються видом перетворення і вихідним сигналом:

- з аналоговим потенційним виходом (датчики AD22100/103 та ін. фірми Analog Devices, датчики LM60 та ін. фірми National Semiconductor);

-з виходом импульсно-модульованого в часі сигналу (датчики ТМРО3/04 фірми Analog Devices);

- з виходом цифрового сигналу (датчик ADT33 фірми Analog Devices, датчик LM75 фірми National Semiconductor).

1.7 Датчики вологості

Методи виміру вологості можна розділити на два основних напрямки: 1. Вимір вологості твердих (сипучих) матеріалів;

2. Вимір вологості газів.

Вимір вологості сипучих матеріалів в основному роблять, вимірюючи електричну ємність, утворену електродами, між якими знаходиться матеріал, що досліджується. Цей метод базується на зміні діелектричної проникності матеріалу при зміні його вологості. Метод є досить простим і дозволяє визначати вологості твердих і сипучих матеріалів з високою точністю. Досить часто так само застосовується метод виміру вологості шляхом виміру опору досліджуваного матеріалу. Але даний метод має ряд недоліків зокрема мала точність. При використанні даного методу необхідне калібрування приладу, в ході якого береться на увагу хімічний склад води і досліджуваного матеріалу. Незважаючи на це цей метод одержав широке поширення в системах, що контролюють певний рівень вологості.

Вимір вологості газів неможливий тима ж способами, що і твердих тіл, тому що наявність вологи в них практично не змінює ні діелектричної проникності ні опору газового проміжку. Для виміру вологості газів застосовують методу, що базуються на гігроскопічності деяких матеріалів, а також методи, що базуються на протіканні хімічної реакції під дією вологи.

Використовується ряд чуттєвих елементів, в яких у залежності від вологості змінюються деякі властивості. Найпростіший чуттєвий елемент, виконується у виді гігроскопічного елемента (поглинаючого молекули води), щільно притиснутого пружинним пристроєм. Будь-яка абсорбція чи десорбція змінює довжину елемента, і кожна маркірована крапка пристрою переміщується в одному чи іншому напрямку в залежності від рівня абсорбції. Це переміщення потім сприймається приладом за допомогою одного з відомих принципів перетворення. Хоча найбільш розповсюдженими є неорганічні чуттєві елементи, іноді застосовуються й органічні, навіть людська шкіра.

У резистивних гігроскопічних елементах використовується їхня властивість змінювати свій опір при коливаннях вологості. Вони являють собою дротові елементи, покриті водяним розчином солі. Шар солі змінює свій опір у залежності від місцевої вологості. Можуть бути сконструйовані гігроскопічні елементи, у яких при коливаннях вологості варіюється поверхневий опір, наприклад, елемент Попі, що включає в себе полістерин, оброблений сірчаною кислотою.

Гігрометричні елементи на основі окису алюмінію зі зміною вологості змінюють не тільки свій опір, але і ємність. Конструктивно такий елемент являє собою алюмінієву підкладку, що формує одну обкладку конденсатора, із шаром окису алюмінію і тонким шаром золота (досить тонким, щоб мати пори), що формує іншу його обкладку. Структура окису алюмінію така, що цей шар є пористим і усмоктує пари води, у наслідку чого змінюється діелектрична постійна і, отже, ємність конденсатора.

Якщо кварцовий кристал покрити гігроскопічним матеріалом, то його резонансна частота буде залежати від вологості, оскільки вологість впливає на загальну масу кристала.

Також для виміру вологості повітря існує прибор, що отримав назву класичний психрометр. Цей прибор складається з двох термометрів «сухого» та «мокрого». Маючи значення показників цих термометрів, за допомогою спеціальної таблиці, легко можна визначити значення вологості повітря.

1.8 Датчики швидкості потоку повітря

Прилад для виміру швидкості потоку повітря має назву анемометр. Існує кілька видів анемометрів, що розрізнюються за принципом дії чи за видом крильчатки. Крильчатка приводить до руху механізм приладу на шкалі якого відображається значення швидкості руху повітря.

В електронному анемометрі поставлена задача електронним шляхом вимірювати швидкість обертання крильчатки. Принцип дії електронного анемометра полягає в перетворенні обертального руху вала в електричний сигнал (струм I, напругу U, частоту f). Розрізняють імпульсні тахометри і тахометричні генератори. Перші перетворюють обертальний рух вала в послідовність імпульсів, частота проходження яких пропорційна швидкості обертання, другі являють собою генератор (тахогенератор), що виробляє напругу, величина якої пропорційна швидкості обертання вала. При використанні іншого методу варто врахувати, що тахогенератор навантажує систему. Імпульсні тахометри можна класифікувати по фізиці дії датчиків, що в них використовуються. Найбільш розповсюдженим способом перетворення є такий, у якому приймальна катушка дозволяє визначати частоту обертання вала. Зазвичай такий вал виконується з виїмками чи виступами. Коли виступ чи виїмка проходить через прийомну котушку, змінюється вихідна напруга. Підрахунок змін вихідної напруги протягом визначеного тимчасового інтервалу і дає значення кутової швидкості.

В імпульсних тахометрах можуть бути використані, наприклад, ефект Холу, індуктивні вихрові струми, оптичні явища (у перетворювачах наближення).

Після вимірювання всіх параметрів мікроклімату задача електронної схеми полягає в тому, щоб перетворити електричну величину для подальшого використання в системах автоматичного регулювання (САР) і подальшій обробці і індикації.

1.9 Датчики концентрації озону

Перспективними приладами для виміру концентрації малих газових домішок атмосфери можуть стати газоаналізатори на основі напівпровідникових сенсорів (ППС).

При проведенні вимірів озону, особливо низьких концентрацій, актуальним є облік втрат озону на поверхні установок і комунікацій, що підводять, оскільки озон легко розпадається навіть на інертних матеріалах.

Для вирішення широкого кола завдань моніторингу навколишнього середовища, визначення мікроконцентрацій токсичних і вибухонебезпечних газових компонентів у різних технологіях і наукових дослідженнях значний інтерес представляють напівпровідникові металлооксидные газові сенсори резистивного типу на основі Sn₂, Zn, ТЮ2, Ni, WO3, In2O3 й ін.. Такі сенсорні системи володіють рядом переваг у порівнянні з іншими методами газового аналізу: високою чутливістю, швидкодією, компактністю, низькою вартістю, невеликою енергоємністю й можливістю інтеграції в сучасні інформаційні системи. Широкі можливості напівпровідникових сенсорів для детектирования різних газів і пар у повітрі або інертних середовищах забезпечуються більшою розмаїтістю оксидів металів й їхніх композицій, а також різними впливами на ці матеріали (легування, опромінення, додаткові електричні й магнітні поля, формування гетеросистем, температурні умови роботи).

Головною проблемою, що не дозволяє широко використати напівпровідникові сенсори в газовому аналізі, є їх недостатня селективність до обумовленого компонента й відсутність довгострокової стабільності электрофизических параметрів. Рішення проблем селективности йде по двох напрямках: по-перше, за допомогою модифікації вже відомих составів з одержанням складних гетеросистем, що підвищують вибірну чутливість

сенсора до газу, що цікавить, вибором температурного інтервалу детектирования, що дозволяє реєструвати певні частки, активні саме в цьому інтервалі, у те час як інші компоненти газової суміші в цій області температур ще (або вже) не мають достатню активність. По-друге, шляхом застосування многоэлементных матричних сенсорів з використанням при обробці сигналів різних модифікацій штучних нейронних мереж. Основним засобом підтримки стабільності сигналу на заданому рівні є періодична регенерація поверхні напівпровідника, що полягає в проведенні різних технологічних операцій: як нагрівання до температур, що перевищують робітники, обробка потоками різних газів і т.д. Сенсорні характеристики оксидів металів, поряд з їх хімічними й напівпровідниковими властивостями, залежать від технології одержання чутливих шарів. Обрана технологія визначає електронну й кристалічну структуру зразків, мікроструктуру й дефектність, товщину плівки й необхідний рівень электрофизических властивостей.

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ ТА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМ

2.1 Розробка структурної схеми

Відповідно до завдання розроблена структурна схема, яка відповідає радіальній схемі побудови мікропроцесорних приладів.

Структурна схема наведена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Структурна схема приладу

Основним керуючим елементом схеми є мікроконтролер (МК). У його пам'яті записана програма, згідно з якою він почергово опитує датчики температури (ДТ), вологості (ДВ), швидкості потоку повітря (ДШПП) та датчик концентрації озону (ДКО).

Пристрій введення (ПВ), або клавіатура, необхідний для введення в мікроконтролер бажаних параметрів мікроклімату, таких як: температура, відносна вологість та швидкість потоку повітря, концентрація озону.

Пристрій індикації (ПІ) відображає поточні значення параметрів мікроклімату.

З вихідних портів мікроконтролера знімаються керуючі сигнал, які через схему узгодження з виконавчими пристроями (СУВП) потрапляють до виконавчих пристроїв: кондиціонера (Конд), обігрівача (Об), зволожувача (Зв), вентилятора (Вент), озонатора (Озон).

2.2 Розробка принципової схеми та електричні розрахунки

2.2.1 Розробка блоку мікроконтролера

Для розробки пропоную використовувати восьмибітний високо-продуктивний мікроконтролер ATmega8535, що побудований на розширеній AVR RISC архітектурі [1].