Разработка автоматизированного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторных батарей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

автоматизированный зарядный аккумуляторный батарея

На данном этапе развития нашего общества, когда постоянно увеличивается количество транспортных средств и самоходных машин оснащенных аккумуляторными батареями, большая часть потребителей столкнется с необходимостью обслуживания и зарядки аккумуляторной батареи. Казалось бы, в настоящее время зарядные устройства достаточно распространены и не ощущается необходимость в разработке данного устройства. Однако при эксплуатации зарядного устройства в промышленных масштабах и необходимости производить зарядку аккумуляторов каждый день, использование простого бюджетного варианта не представляется возможным. Более того, современный мир и современная жизнь требуют автоматизации привычных нам процессов.

Под автоматизацией технологического процесса следует понимать некую совокупность средств и методов, позволяющих осуществлять контроль и выполнение технологического процесса без непосредственного участия человека.

Актуальность использования автоматизированных зарядных устройств в промышленных масштабах уже не вызывает сомнений.

Применение автоматизированных зарядных устройств дает целый ряд преимуществ, к которым можем отнести следующее:

-- снижение трудоёмкости процессов;

-- повышение производительности;

-- обеспечение промышленной безопасности при проведении работ;

-- эффективное использование рабочего времени.

Таким образом, объектом исследования можно обозначить технологии и средства разработки автоматизированных устройств. Предметом исследования является автоматизированное зарядное устройство. Исходя из этого, целью квалификационной работы является разработка автоматизированного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторных батарей соответствующее требованиям промышленной безопасности и эксплуатации в промышленных масштабах.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

Углубленно изучить методы разработки устройств на микроконтроллерах PIC;

Разработать функциональную и электрическую принципиальную схему устройства;

Произвести тестирование разработанного устройства;

Произвести расчет экономических затрат на разработку устройства;

Методы исследования и разработки проекта - сопоставительный и системный анализ данных, обобщение, разработка, тестирование устройства.

Практическая значимость проекта - разработанное автоматизированное зарядное устройство позволит Цеху эксплуатации и ремонта транспорта ОАО «ЧЭМК» значительно сократить затраты на обслуживание АКБ и более эффективно использовать рабочее время сотрудников автоматизировав операции по обслуживанию аккумуляторных батарей, а так же обезопасить их в связи с отсутствием необходимости в контроле за протеканием технологического процесса.

1. Автоматизированные зарядные устройства

1.1 Описание предметной области

Свинцово-кислотный аккумулятор - наиболее распространённый на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретён в 1859 году французским физиком Гастоном Планте.

Свинцово-кислотный аккумулятор - это электрохимический прибор, запасающий химическую энергию, которая преобразуется в электрическую, при подключении к его полюсам внешней нагрузки. Химическая энергия образуется при взаимодействии материалов, из которых изготовлены положительные и отрицательные пластины аккумулятора и электролит:

Губчатый свинец (Pb) - отрицательная пластина;

Двуокись свинца (PbO2) - положительная пластина;

Серная кислота (H2SO4) - электролит;

Химические реакции в свинцовом аккумуляторе описываются уравнением:

В токообразующих процессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца), PbO2 (окислитель) положительного электрода, губчатый свинец Pb (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (водный раствор серной кислоты H2SO4). Активные вещества электродов представляют собой жесткую пористую электроно проводящую массу с диаметром пор 1,5 мкм у PbO2 и 5-10 мкм у губчатого свинца. Объемная пористость активных веществ в заряженном состоянии - около 50%.

Часть серной кислоты в электролите диссоциирована на положительные ионы водорода H+ и отрицательные ионы кислотного остатка SO42-. При разряде аккумулятора губчатым свинцом в электролит выделяются положительные ионы двухвалентного свинца Pb2+. По внешнему участку замкнутой электрической цепи избыточные электроны отрицательного электрода перемещаются к положительному электроду, гда восстанавливают четырехвалентные ионы свинца Pb4+ до двухвалентного свинца Pb2+. Положительные ионы свинца Pb2+ соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка SO42-, образуя на обоих электродах сернокислый свинец PbSO4 (сульфат свинца).

При подключении аккумулятора к зарядному устройству электроны движутся к отрицательному электроду, нейтралезуя двухвалентные ионы свинца Pb2+. На электроде выделяется губчатый свинец Pb. Отдавая под влиянием напряжения внешнего источника тока по два электрона, двухвалентные ионы свинца Pb2+ у положительного электрода окисляются в четырехвалентные ионы Pb4+. Через промежуточные реакции ионы Pb4+ соединяются с двумя ионами кислорода и образуют двуокись свинца PbO2.

При подключении аккумуляторной батареи к зарядному устройству электроны движутся к отрицательному электроду, нейтрализуя двухвалентные ионы свинца Pb2+ у положительного электрода окисляются в четырехвалентные электроды Pb4+. Через промежуточные реакции ионы Рb4+ соединяются с двумя ионами кислорода и образуют двуокись свинца PbO2.

Плотность электролита измеряется количеством серной кислоты в электролите. Плотность полностью заряженной аккумуляторной батареи составляет 1.300 при температуре 26.7 градусов Цельсия. Это означает, что электролит полностью заряженной батареи в 1.3 раза тяжелее воды. Степень заряженности батареи в зависимости от плотности электролита:

Таблица 1 - относительная плотность электролита

Степень заряженности	Плотность электролита	Напряжение на полюсах
100%	1.300	12,84
75%	1.250	12,50
50%	1.200	12,20
25%	1.155	11,90
Полностью разряжена	1.120	11,00

По мере разрядки батареи плотность электролита уменьшается, так как его сульфатная часть уходит из электролита, образуя сульфат свинца, который осаждается на пластинах.

Итак, к моменту полной разрядки батареи электролит оказывается очень сильно разбавленным, т. к. кислота оседает на пластины в виде кристаллов сульфата свинца. Во время же зарядки батареи химическая реакция идет в обратном направлении. Большая часть серной кислоты восстанавливается из кристаллов сульфата свинца и возвращается в электролит. Однако некоторое количество сульфата свинца все же остается на пластинах, и оно постоянно растет с каждым циклом заряда-разряда батареи. С течением времени пластины оказываются покрытыми слоем неэлектропроводного сульфата свинца, а плотность электролита пониженной из-за потери кислоты оставшейся в этом сульфате свинца. Это препятствует движению зарядов в аккумуляторе и образованию электрического тока.

С течением времени отложения сульфата свинца на пластинах упрочняются и кристаллизуются. Пластины теряют способность к накоплению заряда при зарядке аккумулятора, а отложения сульфата свинца могут привести к короткому замыканию или другим механическим повреждениям пластин. Часто на пластинах появляются трещины, что вызывает внутренний обрыв цепи.

Во время разрядки или простоя аккумулятора на его пластинах формируется сульфат свинца. В течение короткого промежутка времени кристаллы сульфата свинца постепенно засоряют поверхность пластин до тех пор, пока батарея не потеряет способность заряжаться и удерживать заряд. Этот процесс, называемый сульфатацией, происходит во всех свинцово-кислотных аккумуляторных батареях, не зависимо от способа их применения. Это основная причина отказа аккумуляторов.

Батарея должна иметь чистые пластины и сильный электролит, чтобы принимать зарядный ток и выдавать разрядный. Батарея с чистыми пластинами имеет большую емкость, заряжается быстрее и имеет более длительный срок эксплуатации.[33]

В соответствии с данными теоретическими знаниями было разработано зарядное устройство, работающее по алгоритму, который обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора и правильную эксплуатацию.

В настоящее на рынке имеется огромное количество зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов с огромным множеством функций и различной ценовой категорией от 1000 (Электроприбор ЗУ-55А) до 75000 рублей (Telwin Energy 1500 start). Автоматизация устройств для выполнения задач возможна при использовании микроконтроллеров.

Микроконтроллер - это микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Обычный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции периферийных устройств, процессора и содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути микроконтроллер, это однокристальный компьютер направленный на выполнение простых задач. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, выпускаемых двумя десятками компаний. Наибольшей популярностью пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel. При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать баланс между размером и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для различных приложений оптимальное соотношение параметров может значительно отличаться. В микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, это значит в ОЗУ и ПЗУ данные и команды хранятся раздельно.[39]

В настоящий момент 8-разрядные процессоры были вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры широко используются в промышленности. Данный факт объясняется тем, что есть много направлений в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость.

Программирование микроконтроллеров в основном осуществляется на языке Assembler и С++. [2]

На рынке представлено много микроконтроллеров, отличительной особенностью PIC-контроллеров является хорошая преемственность различных семейств. 8-битные микроконтроллеры PIC представлены двумя базовыми архитектурами ядра: BASELINE и MID-RANGE.

Базовая архитектура (BASELINE) основываются на 12-и разрядной архитектуре слова программ и представлены контроллерами в корпусах от 6 до 28 выводов. Упрощение архитектуры базового семейства представляет наиболее дешевое решение из ныне предлагаемых на рынке. Широкий диапазон напряжений питания и возможность работы при низких напряжениях предоставляет возможность применения данных микроконтроллеров в батарейных устройствах.

Архитектура среднего семейства нашла своё применение в микроконтроллерах PIC12 и PIC16, и имеет ширину слова памяти программ 14 бит. Эти микроконтроллеры выпускаются в корпусах от 8 до 64 выводов. Эти микроконтроллеры с Flash памятью могут работать в диапазоне напряжений питания от 2.0 до 5.5В, имеют аппаратный стек, систему прерываний и энергозависимую память данных EEPROM, а так же богатый набор периферии.[36]

В более новых микроконтроллерах Microchip применяется улучшенная архитектура 8-битных PIC микроконтроллеров среднего семейства PIC12 и PIC16.[39]

При разработке автоматизированного зарядного устройства в качестве управляющего и контролирующего элемента был выбран 8-битный микроконтроллер базового семейства гарвардской архитектуры PIC16 с 20 выводами. В соответствии необходимыми теоретическими знаниями было разработано зарядное устройство, работающее по алгоритму, который обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора и правильную эксплуатацию.

1.2 Этапы разработки автоматизированного зарядного устройства

На начальной стадии разработки формируется структура устройства в соответствии с требованиями технического задания, требований пользователя и правилами техники безопасности. Определяется перечень деталей необходимых для сборки и осуществления мероприятий необходимых для работоспособности устройства. Так как необходимо автоматизировать процесс зарядки аккумуляторных батарей, в зарядном устройстве использован микроконтроллер PIC16. В дальнейшем разрабатывается принципиальная электрическая схема, учитывающая все элементы схемы и их расположение, функциональные узлы и требования технического задания.

Создание хорошо спланированного и продуманного зарядного устройства, которое отвечало бы всем требованиям, невозможно без учета этих принципов.

Одним из важнейших этапов разработки любого устройства является планирование его возможностей, тех, которые будут реально доступны по окончанию разработки, и тех, которые не получат реального воплощения. Для последних всегда должна существовать возможность их реализации в последующем. Такие возможности получили название потенциальных - их, по разным причинам, нет в подготовленной редакции продукта, но они могут появиться в будущем.[3]

1.3 Обзор устройств аналогичного направления

В настоящее время существует множество зарядных устройств с самым различными характеристиками и многообразным ценовым диапазоном. Рассмотрим примеры и основные характеристики устройств, которые сейчас представлены на рынке.

1.3.1 Электроприбор «ЗУ-55А»

Данная разработка представляет собой зарядное устройство, которое предназначено для зарядки автомобильных кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В и емкостью от 40 до 60 А/ч.

В корпусе данного зарядного устройства смонтированы: блок диодов, плата автомата отключения батареи, амперметр и трансформатор. На лицевой панели зарядного устройства размещен светодиод, сигнализирующий об отключении батареи. С заряжаемой аккумуляторной батареей устройство соединяется двумя многожильными проводами с наконечниками черного(-) и красного(+) цветов и зажимами типа «крокодил». К сети в 220В зарядное устройство подключается с помощью сетевого шнура с двойной изоляцией и формованной вилкой.

Данный прибор является трансформаторным зарядным устройством с потребляемой мощностью 75Вт и стрелочным индикатором тока заряда.

Достоинством устройства является низкая стоимость.

К недостаткам данного устройства можно отнести относительно не большой максимальный ток заряда, который составляет 4А и отсутствие регулировки тока заряда.



Рисунок 1 - Электроприбор «ЗУ-55А»

1.3.2 Wester CH15

Данный продукт в отличие от Электроприбор «ЗУ-55А» имеет возможность зарядки аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 24В.

Так же к достоинствам этого прибора можно отнести повышенный максимальный ток заряда в 11А. Имеется возможность выбора режима зарядки, защита от перегрева и амперметр, позволяющий контролировать фактическую величину зарядного тока.

Устройство Wester CH15 имеет возможность проведения зарядки аккумуляторных батарей емкостью от 25 до 105 А/ч, что мало для использования в промышленных масштабах.

Рисунок 2- Wester CH15

1.3.3 Ergus i-Charge 20

Ergus i-Charge 20 представляет собой полностью интеллектуальное, автоматическое, управляемое микропроцессором зарядное устройство. При потребляемой мощности в 300Вт и повышенном токе зарядки до 20А, данное устройство может производить зарядку аккумуляторных батарей емкостью от 20 до 140А/ч. Выбор тока заряда, индикация заряда батареи и сенсорное управление делают данный прибор интуитивно понятным и простым в использовании. Минусом устройство можно считать ток зарядки не соответствующий требованиям предприятия. Ergus i-Charge 20 способен заряжать АКБ только легковых автомобилей.

Рисунок 3 - Ergus i-Charge 20

1.3.4 BestWeld Autostar 1500

Данный прибор является пуско-зарядочным устройством служащим для помощи в запуске двигателей в разряженным аккумулятором, а так же для быстрой и нормальной зарядки батарей. Заряжает аккумуляторы с напряжение 12 или 24 вольт. Благодаря повышенному току зарядки в 1000А имеет возможность зарядки сразу нескольких АКБ. Устройство идеально подходит для использования в авторемонтных мастерских, постоянного обслуживания большого количества аккумуляторных батарей емкостью от 20 до 250 А/ч. Минусом зарядного устройства является большие габаритные размеры, вес, требования к напряжению сети и стоимость.



Рисунок 4 - BestWeld Autostar 1500

1.4 Выбор микроконтроллера

Выбран микроконтроллер PIC 16 фирмы Microchip. Это 8-разрядный микроконтроллер выпускающийся в корпусах от 8 до 28 выводов.

Название PIC является сокращением Peripheral Interface Controller, что означает «контроллер интерфейса периферии». Особенностью PIC-контроллеров является хорошая преемственность различных семейств. Это касается и программной совместимости и по периферии, по напряжениям питания, по средствам разработки, по библиотекам и стекам наиболее популярных коммуникационных протоколов. Данная номенклатура насчитывает более 500 различных модификаций микроконтроллеров со всевозможными вариациями периферии, памяти, производительностью, количеством выводов, диапазонами питания и температуры.[8]

Также этот микроконтроллер широко распространен за счёт низкой цены и высокой производительности, а так же его легко найти в продаже.

1.5 Выбор среды разработки программы-прошивки

Наиболее популярными 8-битными микроконтроллерами являются PIC-контроллеры и AVR-контроллеры. Язык написания программы - прошивки для них разный. Для PIC-контроллера это будет Assembler (MPLab, IcProg).

Assembler - язык низкого уровня, с командами, соответствующими командам машины, который может обеспечить дополнительные возможности вроде макрокоманд. Язык ассемблера - система обозначений, необходимая для представления в удобной для чтения форме программ, записанных в машинном коде. Язык ассемблера позволяет пользоваться алфавитными кодами операций, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрации ЭВМ, а также задавать удобные для себя схемы адресации.[15]

Достоинства:

1) Данный язык позволяет написать самый быстрый и компактный код, какой вообще возможен для данного процессора

2) Язык ассемблера часто применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы

3) Ассемблер используется для создания «прошивок» BIOS

Недостатки:

1) В силу машинной ориентации языка ассемблера человеку сложнее читать и понимать программу на нем по сравнению с языками высокого уровня, усложняются отладка и программирование, растет вероятность внесения ошибок и трудоемкость написания программы

2) Требуется повышенная квалификация программиста для получения качественного кода

Выбран PIC-контроллер, следовательно язык программирования - Assembler. Средой разработки была выбрана MPLab , в связи с удобством использования данной среды разработки для разработки программы-прошивки.

Проанализировав устройства для зарядки аккумуляторных батарей, можно выделить основные достоинства и недостатки таких устройств. К достоинствам относится то, что среди представленных устройств есть автоматизированные зарядные устройства, которые могут производить зарядку без участия и контроля человека.

Так же хотелось бы выделить устройства, которые благодаря повышенному току заряда позволяют производить зарядку аккумуляторных батарей большей емкости.

В некоторых устройствах процесс зарядки аккумуляторных батарей и организованы не достаточно надежно, что является существенным минусом. Большинство устройств поддерживают возможность зарядки аккумуляторов малой емкости.

В первой главе дано описание свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и о процессе преобразования химической энергии в электрическую. Описаны основные принципы построения автоматизированного зарядного устройства, а так же проведен анализ достоинств и недостатков устройств аналогичного направления. Обоснован выбор используемого микроконтроллера, языка написания программы прошивки и среды разработки. На основании полученных данных и сведений было разработано техническое задание и подготовлен план создания автоматизированного зарядного устройства для цеха эксплуатации и ремонта транспорта ОАО «ЧЭМК».

2. Разработка автоматизированного зарядного устройства

2.1 Техническое задание на разработку автоматизированного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов

Наименование работ: «Разработка автоматизированного зарядного устройства на микроконтроллере PIC16»

Заказчик: ОАО «ЧЭМК»

Исполнитель: Бычков Александр Сергеевич

Требования по составу изделия.

Опытный образец изделия состоит из:

- Платы, на которой установлены программируемый контроллер (PIC 16);

- программного обеспечения (ПО): Программы работы контроллера PIC 16;

Технические характеристики устройства.

- Напряжение питания -- 220В;

- Физическая среда реализации -микроконтроллер PIC 16.

Требования по назначению.

Устройство предназначено для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Требования эксплуатации.

Устройство не должно требовать при эксплуатации, работ по настройке и регулировке.

Организовать защиту от неправильного подключения к АКБ.

Устройство должно иметь возможность зарядки АКБ разных емкостей с номинальным напряжением до 24 В.

Требования по транспортабельности не предъявляются.

Требования по безопасности и экологической защите не предъявляются.

Требования по стандартизации и унификации.

Доработка, изготовление и испытания должны осуществляться на основе действующей нормативно-технической документации, государственных стандартов ЕСКД, ЕСПД.

Требования по проверке патентной чистоты не предъявляются.

Доработка устройства должна проводиться с учетом руководящих указаний Заказчика по конструированию.

Требования по технологичности.

Конструкция устройства должна быть технологически пригодной для мелкосерийного производства.

Требования к сырью, материалам и комплектующим изделиям межотраслевого применения.

Проект должен быть построен на базе микроконтроллера PIC 16.

2.2 Разработка функциональной схемы

Рисунок 5 - Функциональная схема зарядного устройства:

ИП - Импульсный преобразователь

БУ - Блок управления (микроконтроллер PIC 16)

С - Стабилизатор напряжения

Принцип работы по функциональной схеме.

Входное напряжение поступает на импульсный преобразователь, а затем на стабилизатор напряжения, где напряжение становится постоянным. Со стабилизатора напряжения поступает сигнал на блок управления с данными о выходном напряжении. В зависимости от выходного напряжения блок управления (микроконтроллер) задает режим работы импульсного преобразователя.

2.3 Разработка схемы электрической - принципиальной

Разработка схемы произведена в программе Microsoft Office Word. Благодаря дополнениям, данная программа содержит весь необходимый функционал для выпуска документации на проектируемое электрооборудование. Разработка документов проекта осуществляется с помощью панели инструментов для рисования электрических схем.

Рисунок 6 - Электрическая - принципиальная схема зарядного устройства

2.4 Описание работы устройства по схеме электрической - принципиальной

При включении в сеть сетевое напряжение поступает на выпрямитель диодный мост (представленный четырьмя диодами S3M)

Выпрямленное напряжение поступает на стабилизатор, который состоит из конденсаторов 470мкФ 200В и становиться постоянным напряжением приблизительно 308В (зависит от напряжения в сети), оно поступает на транзисторы MJE13009, которые являются силовыми ключами генератора импульсов.

Транзистор 2SC3150, резисторы 10кОм 10Вт; 100кОм 2Вт и стабилитроны BZX 85 5V1 представляют собой простейший параметрический стабилизатор напряжения на одном транзисторе его задача понизить напряжение 308В до 10,1В чтобы запитать высоко точный стабилизатор напряжения LP2950A-5.0 с входным напряжением не более 12В и выходным 5В которое необходимо для питания контролера PIC-16.

Резисторы 15кОм 0,125ВТ и 2кОм 0,125Вт представляют собой делитель напряжения сигнал с которого поступает на контроллер.

При включении устройства в сеть, на контроллер поступает сигнал о начале работы и загорается красный светодиод «Включен». Если АКБ подключен не правильно загорается красный светодиод «Переполюсовка». Контроллер замеряет напряжение на делителе и проверяет его, если на делитель поступает напряжение выше 12,8В контролер подаёт сигнал на зеленый светодиод «АКБ заряжен», что указывает на то что подключенный аккумулятор полностью заряжен, если же напряжение поступающее на делитель находиться в пределах от 11,8 до 12,8 вольт контролер подаёт сигнал на красный светодиод «5» и начинает выдавать меандр (последовательность импульсов амплитудой 5В и скважностью 50% и переменной частотой). Меандр необходим для задания режима работы генератора импульсов построенного на транзисторе КТ-503Е, микро-трансформаторе и диодах 1N4007 которые непосредственно и задают частоту переключения силовых транзисторов MJE13009. Чем выше частота создаваемых импульсов тем больше энергии передаётся через конденсаторы 4,7мкФ 400В на выходной диодный мост(состоящий из диодов IN4007) и поступает на аккумулятор. Конденсатор 1000икФ 50В необходим для сглаживания высокочастотных пульсаций на выходе.

2.5 Разработка программы прошивки микроконтроллера.

Прошивка была разработана в программе MPLab. MPLab -- представляет собой единую бесплатную интегрированную среду разработки для контроллеров производства Microchip, работающая в операционных системах Windows NT/2000/XP/Vista/7. MPLab содержит в себе менеджер проектов, редактор исходного кода, инструменты виртуальной симуляции и внутрисхемной отладки, позволяет писать программы на ассемблере или на C/C++.

#include <htc.h>

//#include <pic.h>

//#include <pic1687x.h>

__CONFIG (0x3D72);

#define _XTAL_FREQ 16000000

// настройка модуля АЦП

// 1 канал - AN0

// Опорное напряжение подключено к Vdd , GND = 5V

// до 5 МГц - Fosc/8

// правое выравнивание - 6 старших бит ADRESH = 0

// резервируем переменные в памяти

static volatile unsigned int adcP0 @ 0x20; // результат АЦП0

static volatile unsigned char adcP0L @ 0x20; // результат АЦП0 младший

static volatile unsigned char adcP0H @ 0x21; // результат АЦП0 старший

static volatile unsigned int imp @ 0x22; // (22,23)длительность импульса

static volatile unsigned char impL @ 0x22; // длительность импульса

static volatile unsigned char impH @ 0x23; // длительность импульса

void main(void)

{

// временные переменные

STATUS = 0b00000000; // состояние контроллера

OPTION = 0b00000011; // TMR0/WDT,RB0/INT,RportB

INTCON = 0b00000000; // прерывания

PIE1 = 0b00000000; // переферийные прерывания (устройства)

PIR1 = 0b00000000; // периферийные прерывания (модули)

PIE2 = 0b00000000;

PIR2 = 0b00000000;

PCON = 0b00000011; // источник сброса контроллера

TRISA = 0b00000001; // 1-Input 0-Output

TRISB = 0b00000000;

TRISC = 0b00000000;

PORTA = 0b00000000;

PORTB = 0b00000000;

PORTC = 0b00001001;

// модуль EEPROM

EEADR = 0b00000000;

EEADRH = 0b00000000;

EEDATA = 0b00000000;

EEDATH = 0b00000000;

EECON1 = 0b00000000;

// таймер 0

TMR0 = 0;

// таймер 1

TMR1H = 0b00000000;

TMR1L = 0b00000000;

T1CON = 0b00000000;

// таймер 2 -

TMR2 = 0;

PR2 = 0xFF;

T2CON = 0b00000000;

// CCP

CCPR1H = 0b00000000;

CCPR1L = 0b00000000;

CCPR2H = 0b00000000;

CCPR2L = 0b00000000;

CCP1CON= 0b00000000;

CCP2CON= 0b00000000;

// MSSP - I2C - i2c_std.c

// USART - далее

SPBRG = 12;

TXSTA = 0b00000110; // настройка передатчика

RCSTA = 0b00000000; // настройка приемника

// АЦП

ADCON0 = 0b01000000;

ADCON1 = 0b00001110;

ADRESH = 0b00000000;

ADRESL = 0b00000000;

GIE = 0; // глобальное разрешение прерываний

PR2 = 255;

CCPR1L = 0b10000000;

CCP1CON = 0b00001100;

T2CON = 0b00000100;

while(1)

{

// Измерение напряжения

ADCON0 = 0b10000001; // Канал 0, Включить модуль АЦП - ADCON0[0]

__delay_us(25); // Пауза для зарядки конд-ра АЦП (~25uSec)

ADCON0 = 0b10000101; // запуск преобразования АЦП

while (ADGO == 1) { } // ожидание завершения преобразования

adcP0H = ADRESH; // считываем количество шагов АЦП

//adcP0L = ADRESL; // считываем количество шагов АЦП

ADIF = 0;

ADCON0 = 0b10000000; // Выключить модуль АЦП - ADCON0[0]

// делим на 2 - 128 шагов

adcP0H >>= 1;

adcP0H += 79;

// частота

// PR2 = adcP0H; // ниже

// длительность импульса - меандр

impH = 0;

impL = adcP0H + 1; // (PR2+1)

imp <<= 1; // длительность импульса

// заполняем младшие биты

#asm

// CCP1CON.5

BCF 0x17,5; // сбросить бит

BTFSC 0x22,1; // если бит 1 =0, - пропускаем

BSF 0x17,5; // если бит 1 =1, - устанавливаем бит CCP1CON.5

// кратность 2 - убираем

// CCP1CON.4

//BCF 0x17,4; // сбросить бит

//BTFSC 0x22,0; // если бит 0 =0, - пропускаем

//BSF 0x17,4; // если бит 0 =1, - устанавливаем бит CCP1CON.4

#endasm

imp >>= 2;

CCPR1L = impL; // обновляем частоту

PR2 = adcP0H; // пауза 1/4 сек

__delay_ms(100);

} // while(1)

}

2.6 Описание разработанного устройства

Данная разработка представляет собой автоматизированное зарядное устройство, которое предназначено для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением от 12 до 24 В и емкостью от 50 до 225А/ч.

В корпусе данного зарядного устройства смонтированы: два блока диодов, стабилизатор, делитель напряжения, плата автомата отключения батареи, микроконтроллер. На лицевой панели зарядного устройства размещены элементы индикации, сигнализирующие о полной зарядке батареи, о не правильном подключении и процессе зарядки. С заряжаемой аккумуляторной батареей устройство соединяется двумя многожильными проводами с наконечниками черного(-) и красного(+) цветов и зажимами типа «крокодил». К сети в 220 В зарядное устройство подключается с помощью сетевого шнура с двойной изоляцией и формованной вилкой. Печатная плата с расположенными на ней элементами помещена в металлический корпус с габаритными размерами 200 x 120 x 30 мм.

Устройство выполнено в соответствии с требованиями технического задания, а так же с соблюдением правил охраны труда и промышленной безопасности.



Рисунок 5 - Общий вид разработанного устройства

Во второй главе выпускной квалификационной работы представлено техническое задание на разработку зарядного устройства. Показана функциональная схема зарядного устройства и описана структура работы.

В дальнейшем описывается разработка принципиальной электрической схемы устройства, необходимой для дальнейшей разработки устройства.

Так же излагается принцип работы устройства и каждого компонента в отдельности, определяется среда разработки программы прошивки, обосновывается сделанный выбор и приводится готовый текст написанной программы прошивки. Далее приводится полное описание устройства.

3. Экономическая часть

Целью дипломного проекта является разработка автоматизированного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов.

Таблица 3.1 Расчет затрат на оплату труда

№	Показатель	Ед. измерения	Величина затрат
1	Затраты времени на разработку исполнителя	дней (часов)	7 (56)
2	Затраты времени на разработку исполнителя	дней (часов)	14 (112)
3	Ставка дневной (часовой) заработной платы исполнителя (программист)	руб.	909 (114)
4	Ставка дневной (часовой) заработной платы исполнителя (радиомонтажник)	руб.	815 (102)
5	Величина заработной платы работника (программист) за выполнение разработки	руб.	6363
6	Величина заработной платы работника (радиомонтажник) за выполнение разработки	руб.	11410
7	Суммарная величина заработной платы испол.	руб.	17773
8	Ставка страх. взноса в Пенсионный фонд (ПФ)	%	22
9	Ставка страх. взносов в Фонд соц. страх.	%	2,9
10	Тариф страховых взносов в Федеральный фонд обязательного медиц. страхования (ФФОМС)	%	5,1

Таблица

11	Совокупный процент ставки страховых взносов	%	30
12	Величина страховых взносов	руб.	5332
13	Страховые тарифы на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний	%	0,2
14	Отчисления на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний	руб.	35
15	Общая сумма страховых взносов	руб.	5367
16	Суммарные затраты на оплату труда с учетом страховых взносов	руб.	23140

После формирования требований к устройству и оценки сложности создания проекта, общий срок на выполнение работы был определен как 14 дней.

Также было принято решение о том, что в разработке устройства будет участвовать два человека: программист и радиомонтажник. Расчет зарплат на оплату труда предоставлен в таблице 3.1. Один рабочий день равен восьми часам. В качестве среды разработки программы-прошивки разработчик выбрал MPLab. MPLab - это единая бесплатная интегрированная среда разработки для контроллеров производства Microchip.Программная оболочка MPLab обладает широкими возможностями для написания исходного кода программы, дальнейшей отладки теста с исправлением ошибок и предупреждений и финальной оптимизации проекта.

Таблица 3.2 Расчет затрат на приобретение материалов

№	Наименование материала	Ед. измерения	Колич.	Цена за ед., руб.	Сумма затрат, руб.
1	Паяльная станция SV-55331	шт.	1	741	741
2	Стеклотекстолит СТЭФ 0,5-0,8мм	кг	1	160	160
3	Резистор CF-100	шт.	2	1,2	2,4
4	Резистор С1-4	шт.	1	0,9	0,9
5	Резистор SQP	шт.	1	8,7	8,7
6	Резистор СПЗ-38а	шт.	3	3,7	11,1
7	Резистор СП5-3	шт.	1	26	26
8	Резистор С2-29В	шт.	3	2,5	7,5
9	Резистор SMD	шт.	2	0,9	1,8
10	Резистор С2-29	шт.	1	1,6	1,6
11	Резистор 0805	шт.	1	2	2
12	Резистор С2-33Н	шт.	1	3,4	3,4
13	Транзистор KT503E	шт.	1	12	12
14	Транзистор 2SC3150	шт.	1	32	32
15	Транзистор MJE13009	шт.	2	60	120
16	Диод IN4007	шт.	4	1,5	6
17	Диод S3M	шт.	4	9,9	39,6
18	Стабилитрон B2X855V1	шт.	2	17	34
19	Конденсатор К50-35 200В	шт.	2	32	64
20	Конденсатор К50-35 50В	шт.	1	12	12
21	Конденсатор К50-35 16В	шт.	1	4,1	4,1
22	Хлорное железо	кг.	1	25	25
Итого	1315,1

В расчет затрат, также определяющих цену договора, были включены амортизационные отчисления на используемую технику.

При разработке системы использовался один компьютер. Согласно «Общероссийскому классификатору основных фондов», электронно-вычислительная техника относится к имуществу со сроком полезного использование свыше 2 лет до 3 лет включительно.

Срок полезного использования компьютера составляет 3 года. Годовая амортизация при этом будет равна:

Ha = x 100% = 33, 33%,

месячная норма амортизации:

Ha = x 100% = 2, 78%,

Стоимость компьютера составляет 22000 руб. Сумма амортизационных отчислений составляет при этом в год:

Аотч. = = 7332 руб.,

в месяц:

Аотч. = = 611,60 руб.,

Время использования компьютера при разработке составило 7 дней. Размер амортизационных отчислений составил:

Аотч. = = 142,7 руб.

К статье косвенных расходов можно отнести:

1) Оплата коммунальных услуг. Составляет 4050 руб. в месяц. При длительности на разработки 14 дней, эта сумма составит 1890 руб.

2) Оплата Интернета. Составляет 600 руб. в месяц. При затрате на разработку 14 дней, эта сумма составит 600 руб.

Общая сумма косвенных расходов составляет 2490 руб.

В таблице 3.3 представлен расчет полной себестоимости.

Таблица 3.3 Полная себестоимость разработки

№	Наименование показателя	Условное обозначение	Единица измерения	Значение показателя
1	Заработная плата исполнителей проекта с учетом страховых взносов	ЗПисп.	Руб.	23140
2	Затраты на материалы	Змат.	Руб.	1315,1
3	Амортизационные отчисления	Аотч.	Руб.	142,7
4	Прочие прямые затраты	Зпр.	руб.	-
5	Управленческие и общехозяйственные расходы	Зн.	руб.	2490
6	Полная себестоимость проекта	Спр.	руб.	27087,8
7	Средний уровень прибыльности проектов разработки устройства	Р	%	25

Экономический эффект при разработке устройства составляет:

Э = 33859,75 - 27087,8 = 6771,95 руб.

Рентабельность проекта составляет:

Р = = 0,25 = 25%

Реализация: в Челябинской области имеется более 40 транспортных компаний и автомобильных мастерских, если продать им устройство стоимостью 2750 руб., то планируемая выручка составляет 110000 руб.

Применение устройства заказчиком позволяет получить следующие показатели экономической эффективности:

Кэф = = 3,24 руб.

То есть каждый рубль, вложенный в покупку разработанного устройства приносит выручку в размере 3,24 руб.

В таблице 3.4 приведены результаты расчета экономического эффекта и экономической эффективности разработки и применения устройства.

Таблица 3.4 Экономические эффекты и эффективность при разработке и использовании устройства

№	Наименование показателя	Условное обоз.	Единица измерения	Значение показателя
Разработчик программного продукта
Показатели эффекта
1	Прибыль	Э	руб.	6771,95
Показатели эффективности
1	Рентабельность	Р	%	25
Пользователь программного продукта
Показатели эффекта
1	Планируемая выручка	Впл	руб.	110000
Показатели эффективности
1	Коэффициент эффективности	Кэф	руб./руб.	3,24

Из приведенных в данной главе расчетов можно сделать вывод о целесообразности разработки и внедрения данного автоматизированного устройства. Внедрение устройства позволит значительно сократить расходы на техническое обслуживание и продлит срок полезной работы аккумуляторной батареи. Согласно расчёту видно, что данное устройство экономически эффективно и налаживание производства в больших масштабах рентабельно. Окупаемость разработки не превышает 1 года.

4. Охрана труда и техника безопасности

Охрана труда - это система обеспечения здоровья и безопасности жизни человека в промежуток времени применения его труда, выступает одной из условий хорошей жизни и обеспечения человека.

Охрана труда рабочих в различных учреждениях - это сфера государственного управления, цель которой заключается в реализации права человека на жизнь и здоровье непосредственно в процессе его трудовой деятельности. Охрана труда в России обеспечивается за счёт разработанных нормативно-правовых актов, главным из которых является Трудовой кодекс РФ, и организованных согласно им органов управления, которые осуществляют соответствующие надзорные и контрольные функции. Нормы права направлены также на регулирование отношений в сфере охраны труда между работодателем и работником. Все законодательные и правовые нормы подразделяются на три части: общая, особенная и специальная. Общая часть регламентирует все виды деятельности целиком, особенная часть устанавливает требования для отдельных видов деятельности, а специальная часть касается каждой организации индивидуально.[26]

Управление охраной труда рабочих в учреждениях - это неразрывная многоуровневая система, направленная на сохранение жизни и здоровья работника на рабочем месте. Она включает в себя ряд мероприятий призванных обезопасить жизнь и здоровье человека в трудовом процессе. Так можно выделить: правовые, организационные, социально-экономические, технические, профилактические, санитарно-гигиенические и другие мероприятия. Проверка по вопросам охраны труда осуществляется специальной комиссией и отвечает за условия труда инженер по охране труда. Журналы по охране труда хранятся у инженера по охране труда. При начале нового вида работ или прибытии новых сотрудников проводится вводный инструктаж по охране труда. Полное соблюдение всех требований системы охраны труда может в известной мере гарантировать безопасность всех работников на предприятии. Проверка знаний по охране труда должно войти в трудовое расписание каждого предприятия - когда все работники ответственно подходят к технике безопасности, на предприятии уровень безопасности на рабочем месте всегда будет на высоте. Охрана труда по профессиям прописана в инструкциям по технике безопасности почти для каждой профессии.

Первоначально охрана труда была далеко не приоритетным направлением развития как государственных, так и частных структур. Однако, радует тот факт, что сегодня охрана труда постепенно занимает надлежащее ей место в системе управления производством, ведь большинство руководителей всех форм собственности понимают, что охрана труда - это основное направление развития трудовых отношений в цивилизованном обществе.

Согласно Трудовому Кодексу сегодня стало необходимостью создавать службы или вводить должность специалиста по охране труда на предприятия, чья численность превышает пятьдесят человек. Современные требования охраны труда не ограничиваются банальной каской для строителя или резиновыми сапогами для электрика - разработаны инструкции практически для каждой профессии. В некоторых случаях руководитель лично принимает решение об организации такой службы и издает приказы по охране труда. Законодательно также допускается привлечение сторонних организаций, специализирующихся на услугах в области охраны труда. Нужно заметить, что приглашение сторонней организации сегодня начинает занимать лидирующие позиции, так как именно грамотный специалист с высоким уровнем подготовки и большим опытом работы в этом направлении способен разобраться во всех нюансах ведения охраны труда на предприятии.

Таким образом, охрана труда стала одной из молодых, развивающейся в сфере бизнеса. Не каждый предприниматель имеет возможность держать в своём штате сотрудника, занимающегося проблемами охраны труда, а несоблюдение установленных законом правил может привести к административной, а в некоторых случаях и уголовной ответственности. Программа по охране труда на предприятии позволяет в короткие сроки провести проверку всех нюансов конкретного вида работ, устранить нарушения и создать безопасную обстановку для сотрудников предприятия. Предприятия, оказывающие услуги по регулированию вопросов охраны труда рабочих подлежат обязательной аккредитации. Любая организация может заключить с ними договор обслуживания, и охрана труда будет полностью под их контролем. Им можно будет поручить ведение всей необходимой документации, разработку регламентов и положений, проведение инструктажа с работниками.

Дни, когда охрана труда бесплатно прилагалась в обязанности прораба закончились. Современный темп производства должен гарантировать безопасность труда не только с позиции гражданской ответственности, но и с точки зрения рационализации труда. На предприятии, где сотрудникам ничто не угрожает и их условия труда защищены сотрудники не получают травм, а следовательно общая производительность предприятия возрастает. Отпадает необходимость оплачивать больничные и другие издержки, которые могут быть связаны с травматизмом на предприятии, как частный случай.

Охрана труда - это огромный по масштабам и значению комплекс, который обеспечивает и контролирует уровень безопасности рабочего места каждого работника. Согласно действующему законодательству, мероприятия по охране туда не должны отличаются на крупных, средних и малых предприятиях. В практике же охрана труда имеет некоторую специфику в каждой компании, в зависимости от условий работы, занятости на вредных производствах и количества штатных работников.

Охрана труда, в соответствии с законодательными нормами, на предприятиях с численностью до 100 человек (малое предприятие), от 101 до 250 человек (среднее предприятие) и свыше 250 человек (крупное предприятие) отличаться не должна.

При этом охрана труда, согласно законодательству, на предприятиях с численностью сотрудников более 50 человек, должна осуществляться квалифицированным сотрудником. Если такая должность отсутствует, собственник предприятия, на которого возложена обязанность обеспечивать безопасные условия и охрану труда, должен заключить договор с предприятием или отдельным специалистом, для которых охрана труда - специализация и они оказывают услуги по ведению, контролю и обучению сотрудников нормам безопасности (аутсорцинг охраны труда).

В первую очередь при обеспечении гарантии надежных и безопасных условий трудовой деятельности охрана труда должна проводиться работодателем независимо от типа предприятия и количества работников.

При этом необходимо:

охрана труда должна сопровождаться, согласно трудовому законодательству, изучением и сдачей экзаменов по технике безопасности работы на производстве рабочими;

в зависимости от специфики деятельности компании, охрана труда должна соответствовать организационной форме предприятия с целью обеспечения безопасных условий работы;

охрана труда обеспечивается специалистом, обучение которого должна проводиться в специализированных учебных центрах, в которых обучают основам безопасности трудовой деятельности. Кроме того, руководство должно удостовериться в прохождении проверки знаний в этой области.

Охрана труда требует отдельного внимания и именно поэтому специальным приказом руководителя предприятия должен быть назначен человек, ответственный за пожарную безопасность, электрохозяйство, безопасность работы объектов с повышенной опасностью для здоровья. Работодатель должен определять работников, которые должны проходить медицинские осмотры и которым необходимо выдавать средства индивидуальной защиты. Таким сотрудникам законодательством гарантированы компенсации и дополнительные льготы.

Организация охраны труда на предприятиях включает в себя проведение обязательного социального страхования работников от несчастных случаев во время трудовой деятельности и профессиональных заболеваний.

Охрана жизни и здоровья работников во время их трудовой деятельности - одна из основных задач государства и первостепенная задача работодателя. Этот, в первую очередь, общечеловеческий принцип отвечает конвенциям Международной организации труда, Всеобщей декларации прав и свобод человека, а также Конституции Российской Федерации. Согласно последней право человека на труд в условиях, соответствующих требованиям безопасности, прописано как одно из основных прав гражданина. А охрана труда и здоровья людей является одним из приоритетных направлений социальной политики России.

Трудовой кодекс РФ, закрепляя эти конституционные принципы, обязывает обеспечить управление охраной труда в организации для создания безопасных условий независимо от её формы собственности и отрасли производства. Существующая система стандартов, межотраслевые и отраслевые правила, множественные нормативно-правовые акты регулируют вопросы, которые связанны с охраной труда.

На федеральном и региональном уровнях административный контроль в сфере охраны труда осуществляют Министерство труда и социального развития, Федеральная инспекция труда, Госэнергонадзор, Государственный пожарный надзор, а также другие надзорные органы и их подведомства. Управление охраной труда в организации и на предприятии осуществляются за счёт служб по охране труда, которые взаимодействуют с работодателями, профсоюзами и инспекциями по труду.

Законом закреплена обязанность предприятий, с численностью более пятидесяти сотрудников, создавать на предприятии службу охраны труда или утверждать единичную должность специалиста по охране труда. При численности, не превышающей пятьдесят работников, руководитель самостоятельно принимает решение о создании подобной структуры. Если же конкретная служба или специалист отсутствуют, то управление охраной труда в организации выполняет сам работодатель, в лице индивидуального предпринимателя или директора предприятия. Он должен пройти необходимую подготовку, сдать квалификационный экзамен и в дальнейшем, будет нести ответственность за возможные нарушения.

Структура службы охраны труда формируется в соответствии с Рекомендациями по организации работы службы охраны труда, принятыми постановлением №14 Министерства труда и социального развития РФ 8 февраля 2000 года. Рекомендации чётко прописывают задачи, функции службы, затрагивают особенности формирования и права её работников. В них содержится двадцать пунктов, что упрощает возможность ознакомления с ними заинтересованными лицами. Окончательное решение о численности, конкретной структуры и способах обеспечения должных условий для полноценного функционирования службы принимается руководителем с учётом разработанного Постановления.

Управление охраной труда в организации может быть оптимизировано за счёт разработки Системы управления охраной труда на конкретном предприятии. Основные требования к подобным системам управления закреплены ГОСТом Р 12.0.006-2002. Более того, система управления может оформляться в виде Стандарта предприятия. Как и любая другая система, Система управления охраной труда включает в себя ряд подсистем, уточнённый перечень которых формируется в процессе трудовой деятельности.

Как единая система, управление охраной труда в организации, призвана осуществлять следующие функции: организация работ по охране труда с их последующей координацией; планирование работ; контроль текущего состояния охраны труда, а также функционирования всей системы; учёт показателей состояния охраны труда, их анализ и оценка; разработка системы поощрений за работу по охране труда.

Создание Системы процесс сложный и трудоёмкий, не менее трудно заставить всю систему функционировать в бесперебойном режиме. Для этого службе охраны труда понадобится дополнительное обучение с последующим повышением квалификации, что для предприятия может означать серьёзные материальные затраты.

Трудовым кодексом предусматривается вариант, когда управление охраной труда в организации доверяется сторонней фирме, прошедшей обязательную аккредитацию. Она возьмёт на себя, все функции по охране труда на вашем предприятии, позволив вам, тем самым, полностью сосредоточиться на основной деятельности.

Влияние на человека, как правило, оказывают следующие факторы:

Физические

Химические

Генетические

Здравоохранение

Химические факторы: Факторы воздействия на здоровье человека данного вида воздействия, как правило, имеют сильное влияние на дальнейшее существование человека. Загрязнение нашей атмосферы напрямую взаимосвязано с ухудшением состояния здоровья, а, следовательно, и продолжительности жизни. Это всегда оставалось, и будет оставаться актуальным вопросом.

Наиболее вероятными факторами, которые сопутствуют химическому отравлению или заражению являются производственные предприятия, которые выбрасывают отходы в атмосферу, грунт и воду. В атмосферу, как правило, попадают вредные вещества - газы, которые могут оказывать как прямое воздействие на человека, то есть человек вдыхает вредные испарения вместе с воздухом, как и двоякое, то есть через воду или сушу. Так, при попадании в почву, вредные вещества могут впитываться растениями, которые затем человек употребляет в пищу. То же касается и воды. Человек использует воду в личных целях, даже не зная того, какие вредные вещества содержатся в ней, и чем они грозят. Так как большинство выбрасываемых в атмосферу газов, легко могут соединяться с водой, то районы с активной промышленностью имеют не только загрязненную атмосферу, но и загрязненную воду и грунт.