Рисунок 3.3- Внешний вид ЖКИ индикатора

Таблица 3.3 - Технические характеристики ЖКИ

Характеристика	Значение
Габаритные размеры	80.0Ч36.0Ч8.8 мм
Видимая область	65.0Ч16.0
Размер знакоместа	2.96Ч5.56
Размер точки	0.56Ч0.66
Количество знакомест	2 строки по16 символов
Количество точек в знакоместе	8Ч5
Питание ЖКИ	+ 5В
Ток потребления	50 мА

На рисунке 3.4 приведена структурная схема ЖКИ.

Рисунок 3.4- Структурная схема ЖКИ

На рисунке 3.5 приведена схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру PIC18F2580.

Рисунок 3.5 - Схема подключения ЖКИ к микроконтроллеру

3.4 Подключение драйвера CAN интерфейса

В качестве приемопередатчика для CAN интерфейса используем микросхему TJA1050T.

На рисунке 3.6 приведена структурная схема приемопередатчика для CAN интерфейса TJA1050T

В таблице 3.4 показаны основные электрические параметры приемопередатчика TJA1050T.

Таблица 3.4 - Основные электрические параметры приемопередатчика TJA1050T

Параметр	Значение
Напряжение питания, В	4.75 … 5.25
Дифференциальное доминантное входное напряжение линии, В	1.5 … 3
Диапазон рабочих температур, град	-40 … +125
Максимальное время переключения, нс	250
Диапазон допустимых напряжений на линиях CANH и CANL, В	-27 … +40
Ток потребления при доминантном уровне на выходе, мА	50
Ток потребления при рецессивном уровне на выходе, мА	5
Входная емкость, пФ	5

Рисунок 3.6 - Структурная схема приемопередатчика TJA1050T

На рисунке 3.7 представлена схема подключения приемопередатчика TJA1050T к микроконтроллеру.

Рисунок 3.7- Схема подключения TJA1050T к микроконтроллеру

3.5 Подключение датчика давления

В качестве датчика применим датчик компании Motorola MPX5999D. Данный датчик относится к типу дифференциальных. Такой датчик состоит из двух основных частей: герметичного корпуса, обычно снабженного штуцерами, позволяющими подсоединять гибкие трубки, и очень необычного полупроводникового кристалла. На одной и той же кремниевой пластине выполнены и классические электронные компоненты, и струнные датчики натяжения. На рисунке 3.8 представлен внешний вид датчика.

Рисунок 3.8- Внешний вид датчика давления

Схема включения датчика, приведенная на рисунке 3.9, взята непосредственно из руководства по применению, разработанного компанией Motorola.

Рисунок 3.9- Схема включения датчика давления.

Для уменьшения помех используем ФНЧ с многопетлевой обратной связью. На рисунке 3.10 приведена типовая схема ФНЧ.



Рисунок 3.10 - Схема ФНЧ с МОС

Рассчитаем фильтр нижних частот с многопетлевой обратной связью для частоты среза 10Гц.

Определим круговую частоту среза:

Рассчитаем емкости фильтра.

Емкость С2 определяется из соотношения:

(3.1)

С2 - CC0805KRX7R9BB105-±5%

Рассчитаем максимальное значение емкости С1 из следующего соотношения:

(3.2)

где: В, С - безразмерные коэффициенты;

К - коэффициент усиления.

С1 - CC0805KRX7R9BB224-±5%

Рассчитаем номиналы сопротивлений R1,R2,R3:

(3.3)

(3.4)

(3.5)

Выберем значения резисторов из ряда Е96

R1 - RC0805FR-0733KL ± 1%.

R2 - RC0805FR-0733KL ± 1%.

R3 - RC0805FR-0734KL ± 1%.

В качестве операционного усилителя возьмем микросхему MCP601.

3.6 Разработка схемы питания

Для питания всех компонентов устройства нам необходимо напряжение бортовой сети 24В преобразовать в 5В. Что бы уменьшить потери мощности на стабилизаторе, применим микросхему импульсного преобразователя MC34063.

На рисунке 3.11 приведена типовая схема понижающего преобразователя до 5В при максимальном выходном токе 500мА на микросхеме MC34063.

Рисунок 3.11 - Схема понижающего импульсного преобразователя на микросхеме MC34063

4. Разработка программного обеспечения датчика давления

4.1 Общие сведения о CAN сетях

Локальная сеть контроллеров CAN это стандарт серийной шины, разработанный в 80-х годах Robert Bosch GmbH, для соединения электронных блоков управления. CAN был специально разработан для устойчивой работы в насыщенной помехами окружающей среде с применением разносторонне сбалансированной линии, такой как RS-485. Соединение может быть более устойчивым к помехам при использовании витой пары. Первоначально создавалась для автомобильного назначения, но в настоящее время используется в разнообразных системах управления, в т.ч. индустриальных, работающих в насыщенной помехами окружающей среде. Скорость обмена данными до 1Mbit/s возможна в сетях протяженностью не более 40м. Снижение скорости обмена позволяет увеличить протяженность сети, например - 250 Kbit/s при 250м.

CAN протокол связи стандартизирован согласно ISO 11898-1 (2003). Этот стандарт главным образом описывает слой обмена данными состоящий из подраздела логического контроля (LLC) и подраздела контроля доступа (MAC), и некоторых аспектов физического слоя ISO/OSI модели. Остальные слои протокола оставлены на усмотрение разработчика сети.

4.2 CAN сети и их разновидности

Существуют различные CAN сети. Например, в автомобилях CAN сети разделены на две категории, основанные на принципе передачи данных по сети. Сети контроля систем комфорта и удобств, с большим количеством идентификаторов информации, которые передаются без соблюдения определенного порядка или частоты. И сети контроля силовой установки, управляют информацией относящейся к двигателю и трансмиссии. Содержат меньшее количество информации, но информация передается организованно и быстро.

CAN система на серийной шине с мультифункциональными возможностями, все CAN узлы способны передавать данные и некоторые CAN узлы могут запрашивать шину одновременно. Передатчик передает сообщение всем CAN узлам. Каждый узел, на основании полученного идентификатора, определяет, следует ли ему обрабатывать сообщение или нет. Идентификатор так же определяет приоритет, который имеет сообщение при доступе к шине. Простота определяет стоимость оборудования и затраты на обучение персонала. CAN микросхемы могут быть относительно просто запрограммированы. Вводные курсы, функциональные библиотеки, наборы для начинающих, различные интерфейсы, I/O модули и инструменты в широком разнообразии представлены в открытой продаже по доступным ценам. С 1989 года CAN микросхемы могут быть свободно и просто соединены с микроконтроллерами. В настоящее время в наличии около 50 CAN микросхем для микроконтроллеров более чем 15 производителей.

CAN применяется в большинстве Европейских легковых автомобилях, а так же решение производителей грузовиков и внедорожников в дальнейшем применять CAN, определили развитие более чем на 10 лет. В других областях применения, таких как, бытовая сфера и индустриальный сектор наблюдается рост продаж CAN оборудования, и будет продолжаться в будущем. К весне 1997 года уже насчитывалось более чем 50 миллионов установленных CAN узлов. Одна из выдающихся особенностей CAN протокола высокая надежность обмена данными. CAN контроллер регистрирует ошибки и обрабатывает их статистически для проведения соответствующих измерений, CAN узел, являющийся источником неисправности, в результате будет отстранен от соединения.

Каждое CAN сообщение может содержать от 0 до 8 бит пользовательской информации. Конечно, возможна передача более продолжительных данных с применением фрагментации. Максимальная специфицированная скорость обмена 1 Mbit/s. Это возможно при протяженности сети не более 40м. Для более длинной коммуникации скорость обмена должна быть снижена. Для дистанции до 500 м скорость 125Kbit/s, и для передачи более чем на 1 км допускается скорость 50 Kbit/s.

CAN сети могут быть использованы как внедренные коммуникационные системы для микроконтроллеров так же как и открытые коммуникационные системы для интеллектуальных устройств. CAN система серийной шины, разработанная для применения в автомобилях, широко применяется в промышленных коммуникационных системах. Основные достоинства CAN сетей: низкая стоимость, способность функционировать в сложных условиях, продолжительная работоспособность и простота применения.

Некоторые пользователи, например, в области медицинской инженерии, предпочитают CAN потому, что необходимо соблюдать жесткие требования по безопасности. Подобные условия с повышенными требованиями по надежности и безопасности предъявляются и некоторым другим устройствам и оборудованию (т.е. роботы, подъемные и транспортные системы).

4.3 Основные стандарты CAN

Далее перечислены некоторые международные CAN стандарты CAN стандарты:

- ISO 11898-1 - CAN протокол;

- ISO 11898-2 - CAN высокоскоростная физическая структура;

- ISO 11898-3 - CAN низкоскоростная физическая структура совместимая с ошибками;

- ISO 11898-4 - CAN запуск;

- ISO 11898-5 - Высокоскоростное низковольтное устройство (в разработке);

- ISO 11519-2 - заменен на 11898-3;

- ISO 14230 - "Keyword Protocol 2000" - диагностический протокол использующий серийную линию, не CAN;

- ISO 15765 - Диагностический протокол по CAN bus - Keyword 2000 на CAN bus;

- J1939 - Основной CAN протокол для грузовиков и автобусов определенный SAE;

- ISO 11783 - J1939 и дополнение для сельхоз машин;

- ISO 11992 - определяет интерфейс тягачей и прицепов;

- NMEA 2000 - Протокол основанный на J1939 для судов, определен NMEA.

CAN протокол является стандартом ISO (ISO 11898) для последовательной передачи данных. Протокол разработан для приложений автомобильного применения. В настоящее время CAN системы широко распространены, и применяются в индустриальной автоматике, различных транспортных, специальных машинах и автомобилях

Преимущества CAN:

- Доступность для потребителя. CAN протокол успешно применяется на протяжении более 15 лет, с 1986 года. Существует богатый выбор CAN продуктов и устройств в открытой продаже.

- Реализация протокола на аппаратном уровне. Протокол базируется на аппаратном уровне. Это дает возможность комбинировать способность распознавать и контролировать ошибки со способностью высокоскоростной передачи данных.

- Примитивная линия передачи. Линия передачи данных, в большинстве случаев, витая пара. Но связь по CAN протоколу так же может осуществляться по одному проводу. В различных случаях возможно применение наиболее подходящих каналов связи, оптического или радио канала.

- Превосходная способность обнаружения ошибок и сбоев и локализация неисправностей. Способность обнаруживать ошибки и сбои является существенным преимуществом CAN протокола. Механизм определения ошибок построен на экстенсивном принципе, так же надежна и хорошо разработана система проверки и подтверждения ошибок и сбоев. Система определения неисправностей и повторная передача данных выполняется автоматически на аппаратном уровне.

- Система обнаружения и проверки неисправностей. Неисправный источник в системе способен дезорганизовать всю систему, т.е. занять все каналы связи. CAN протокол имеет встроенную возможность которая предохраняет систему от источника неисправности. Источник ошибки отстраняется от приема и передачи данных по CAN шине.

CAN протокол определен стандартом ISO 11898-1 и включает следующие основные сведения:

- На физическом уровне, сигнал передается, используя витую пару;

- Для контроля к доступу шины применяются правила арбитража;

- Блоки данных небольшие по размеру (в большинстве случаев 8 байт) и защищены чексуммой;

- Блоки данных не имеют адресации, вместо того каждый блок содержит числовое значение, которое определяет приоритет передачи по шине, так же может нести идентификатор содержания блока данных;

- Сложная схема обработки ошибок, она приводит к повторной передаче данных, которые должным образом не получены;

- Эффективные действия по изоляции неисправностей и отключение источника неисправности от шины.

4.4 Протоколы высшего порядка (HLP)

CAN протокол определяет безопасную передачу небольших пакетов данных из пункта А в пункт Б используя общую линию коммуникации. Протокол не содержит средств контроля потока, адресацию, не предоставляет передачу сообщений более чем 8 бит, не осуществляет установку соединения и т.д. Перечисленные свойства определяются HLP(Higher layer protocol) или Протокол Высшего Порядка. Условия HLP получены и состоят из семи порядков OSI модели.

Назначение HLP:

- Стандартизация процедур запуска и установка скорости передачи;

- Распределение адресации устройств и разновидности сообщений;

- Определение порядка сообщений;

- Обеспечивает механизм определения неисправностей системного уровня.

OSI модели (Open Systems Interconnect Model):

- CanKingdom;

- CANopen/CAL;

- DeviceNet;

- J1939;

- OSEK;

- SDS.

4.5 Описание протокола SAE J1939

J1939 высокоскоростная сетевая коммуникация класса С разработанная для поддержки функций управления в режиме реального времени между контроллерами, которые физически расположены в различных местах автомобиля.

J1708/J1587 предыдущий, широко распространенный тип сети класса B с возможность обмена простой информацией, включая диагностические данные, между контроллерами. J1939 обладает всеми свойствами J1708/J1587.

J1939 использует CAN протокол позволяет любому устройству передавать сообщение по сети в момент когда шина не загружена. Каждое сообщение включат в себя идентификатор, который определяет приоритет сообщения, информацию об отправителе данных, об информации, заключенной в сообщении. Конфликты избегаются благодаря механизму арбитража, который активизируется с передачей идентификатора (используется безопасная схема арбитража). Это позволяет сообщениям с наивысшим приоритетом передаваться с наименьшими задержками, по причине равного доступа к шине любым из устройств сети. J1939 организован из нескольких частей основанных на (Open Systems Interconnect (OSI) Model). OSI модель определяет семь коммуникационных порядков (слоев), каждый представляет различные функции. В то время как есть документ J1939, ассигнованный каждому слою, не все они явно определены в пределах J1939. Другие слои выполняют вторичные функции, описанные в другом месте. Физический Слой описывает электрический интерфейс коммуникаций (витая экранированная пара проводов, который может также быть упомянут как шина). Слой Канала связи описывает протокол или управляет структурой сообщения, получая доступ к шине, и обнаруживая ошибки передачи. Слой приложения определяет специфические данные, содержащиеся в каждом сообщении, посылаемом по сети. Полный комплект спецификации можно приобрести в SAE, ниже приведен перечень документов

J1939 дополняется следующими документами:

J1939 Практические рекомендации по Контролю серийной передачи и коммуникационная сеть транспортного средства;

J1939/11 Физический порядок (слой) - 250k bits/s, экранированная витая пара;

J1939/13 Диагностические разъемы;

J1939/21 Данные слоя связи;

J1939/31 Слой сети;

J1939/71 Слой приложений;

J1939/73 Диагностика;

J1939/81 Управление сетью.

Основной документ J1939 включает в себя общее описание стандарта, таблицу распределения адресов, содержимое данных и другие необходимые сведения. Профиль J1939/01 используется в грузовиках и автобусах, а J1939/02 применяется в строительной и сельскохозяйственной технике.

Рисунок 4.1 - Топология CAN шины, реализующая стандарт J1939

На рисунке 4.1 приведена топология CAN шины, реализующая стандарт физического уровня J1939/11. Он обладает следующими основными характеристиками:

- Физическая среда на основе экранированной скрученной пары с заземлением и терминальными резистороми на обоих концах;

- Сетевые соединители на основе 3-х контактных не экранированных разъемов. Контакты соответствуют сигналам CAN_H, CAN_L и экран;

- Физический уровень не отказоустойчивый;

- В сегменте сети может быть до 30 узлов.

На рисунке 4.2 приведен формат кадров канального уровня J1939/21.



Рисунок 4.2 - Формат кадров канального уровня J1939

J1939/21 основан на стандартном CAN кадре канального уровня с 29-битовым идентификатором. Формат этого кадра определен стандартом ISO 11898-1. А вот распределение отдельных бит идентификатора и правила заполнения поля данных относятся к ведению собственно стандарта J1939/21. Именно он определяет то, каким образом задается трех-битовый приоритет сообщения (P), выбор страницы данных (DP), адреса источника и получателя кадра и другие параметры CAN сообщения. Отображение данных в CAN кадры задается посредством номеров групп параметров, которые составляются из зарезервированного бита, бита выбора страницы, PF поля и параметра расширения группы PS - всего 18 бит. Из общего числа 8672 возможных значений содержимого данных определены 13 зависимых от получателя и 38 расширенных идентификатора, а также большая часть групп параметров, необходимых для систем грузовиков и автобусов.

Получение адреса.

В целом, большинство адресов заранее присвоены и используются сразу же после включения питания. Для обеспечения возможности подключения в J1939 новых устройств и функций, которые до сих пор не определены, процедура была определена для динамического назначения адресов. Каждое устройство должно объявить, какой адрес оно запрашивает. Это функция идентификация (требование адреса). Возможны два варианта:

1) Отправить сообщение о присвоении адреса.

Когда устройство отправляет сообщение о присвоении адреса, все устройства сравнивают этот адрес с недавно полученными адресами в своей таблице устройств сети. Если адрес уже взяло устройство с более высоким приоритетом, то устройство передает сообщение о том, что адрес уже используется. Имя, которое передается как данные в сообщении о присвоении адреса, определяет, какое устройство имеет более высокий приоритет.

2) Отправить запрос на получение адреса (Address Claim).

Когда устройство посылает запрос на получение адреса, все устройства отвечают посредством передачи их адреса. Это позволяет использовать отключаемые устройства (инструменты, прицепы и т. д.) или устройства которые долго находятся в спящем режиме, чтобы получить текущую таблицу адресов так, что доступный адрес может быть выбран и утвержден (см. рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Процедура получения адреса в J1939

Поддержка динамического назначения адреса не является обязательным, только те устройства, которые могут столкнуться с конфликтом адреса должны поддерживать эту возможность. Для устранения необходимости поддержки динамического назначения адресов и ускорения этого процесса, инициализации, большинство EBU связаны с предпочтительным адресом. Эти предпочтительные адреса, описаны в документе J1939/71. Если предпочитаемый адрес уже используется другим ECU, устройство может попытаться претендовать на другой адрес в случае поддержки самостоятельной конфигурации устройства.

4.6 Алгоритм работы основной программы микроконтроллера

При включении устройства происходит инициализация микроконтроллера и периферийных устройств, блок-схема алгоритма подпрограммы инициализации приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - Схема алгоритма подпрограммы инициализации

После инициализации на дисплей выводится сообщение о состоянии датчиков. Если все устройства правильно подключены и успешно прошли инициализацию, то происходит опрос датчиков давления, полученные значения давления передаются по CAN интерфейсу и отображаются на дисплее.

Рисунок 4.5- Схема алгоритма основной программы

5. Технико-экономическое обоснование проекта

Разработанное устройство предназначено для измерения давления воздуха в тормозной системе и передачи по CAN шине полученной информации в соответствии со стандартом SAE J1939.

5.1 Расчет затрат на стадии НИОКР

Одной из основных целей планирования НИР является определение общей продолжительности их проведения с помощью ленточного графика.

Продолжительность каждой работы Т_п определяется по формуле

, (5.1)

где Т_i - трудоемкость работ, чел.-дн.;

Ч_i - численность исполнителей, чел.

Для определения трудоемкости выполнения научно-исследовательских работ, составляем перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены. По каждому виду работ определяем исполнителя и его квалификационный уровень.

Ленточный график НИОКР представлен в таблице 5.1. Все работы выполняются инженером электроником 1-ой категории. Определим эффективный фонд рабочего времени инженера электроника.

В результате расчётов суммарная трудоёмкость проведения НИОКР составила фактически 75 человеко-дней. Рассчитаем плановую себестоимость НИОКР по статьям.

Затраты по статье «Материалы» определяются согласно таблицы 5.2.

Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы, комплектующие изделия, которые входят в состав изготовления единицы опытного образца произведен ниже в таблице 5.3. и таблице 5.4

Таблица 5.1 - Ленточный график НИОКР

Этапы

Исполнитель, чел

Трудоемкость, чел. дни

Рабочий период пятидневки, дни

1) получение задания, подбор и анализ литературы

Инженер-электроник 2-ой категории

5

2) составление обзора

10

3) выбор элементной базы, разработка структурной и функциональной схемы

15

4) разработка принципиальной схемы

10

5) изготовление опытного образца

5

6) разработка технической документации, правил ТБ и ОТ

10

7) технико-экономическое обоснование проекта

15

8) утверждение проекта

5

Итого

75

Таблица 5.2 - Затраты на покупные комплектующие изделия

Наименование комплектующих	Тип изделия	Кол. на ед. изделия, шт	Цена за ед. (без НДС), тыс.руб.	Сумма затрат, тыс.руб.
Микросхемы	PIC18F2580-I/SO	1	90	90
	TJA1050T	1	120	120
	MCP601	2	45	90
	MCP601	2	45	90
	MC34063	1	45	45
Конденсаторы	CC0805KRX7R9BB105	1	0,8	0,8
	CC0805KRX7R9BB224	2	0,8	1,6
	К52-11В-16В-100мкф ± 20%	1	1,2	1,2
	CC0805KRX7R9BB104	1	0,8	0,8
	CC0805JRNPO9BN471	1	0,8	0,8
	К52-11В-16В-470мкф ± 20%	1	1,2	1,2
	К10-17B-16B-22пФ-±5%	2	1,2	2,4
	CC0805KRX7R9BB104	2	0,8	1,6
Резисторы	RC0805FR-0733KL	2	0,5	1
	RC0805FR-0733KL	2	0,5	1
	RC0805FR-0734KL	2	0,5	1
	RC0805FR-073K6L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-071K2L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-07330L	1	0,5	0,5
	RC0805FR-074K7L	1	0,5	0,5
	3296W-1-103LF	1	1,2	1,2
	RC0805FR-0710KL	1	0,5	0,5
Прочее	MPX5999D	2	160	320
	WH0802-YYH-CP	1	130	130
	PLS-40-5	1	12	12
	OBDII 9-POL D-SVB	1	12	12
	HC-49U-16MHz	1	35	35
Итого:		34	661,8	871,1
С учетом ТЗР(4%)				905,94

Как видно из таблицы, затраты на покупные комплектующие изделия равны 905,94 тыс.руб.

Таблица 5.3 - Затраты на основные и вспомогательные материалы

Наименование	Ед. изм.	Н расх. на 1 изд.	Цена за ед. (без НДС), тыс.руб.	Сумма затрат, тыс.руб.
Корпус	шт	1	45	45,00
Гайки	шт	4	0,8	3,20
Болты	шт	4	0,8	3,20
Шайбы	шт	4	0,2	0,80
Припой	кг	0,01	120	1,20
Лак	л	0,01	240	2,40
Текстолит	м2	0,01	120	1,20
Канифоль	кг	0,01	180	1,80
Итого	-	-	-	58,80
С учетом ТЗР (4%)	-	-	-	61,15

Как видно из таблицы затраты на основные и вспомогательные материалы равны 61,15 тыс. руб.

Таблица 5.4 - Затраты на материалы

Материалы	Ед. изм.	Потреб. кол-во	Цена за ед., тыс.руб.	Сумма, тыс.руб.
Бумага писчая	упаковка	1	70	70,00
Бумага чертежная формата А1	лист	5	6	30,00
Письменные принадлежности:	набор	1	18	18,00
Чертёжные принадлежности:	набор	1	55	55,00
Итого:	173,00
С учетом ТЗР (Кт.з.р.=4%)	179,92

Как видно из таблицы затраты на материалы равны 179,92 тыс. руб.

Затраты на изготовление опытного образца равны

З_оп.обр = 905,94 + 61,15 = 967,92 тыс. руб.

Расчет затрат на электроэнергию при провидении НИОКР производим по формуле (5.2)

, (5.2)

где Ц_ЭЛ - тариф на электроэнергию;

Р_ЭЛ - расход электроэнергии, потребляемой оборудованием для проведения НИОКР;

Р_М - расход электроэнергии на местное освещение.

Тариф на электрическую энергию определяем по формуле, согласно Декларации об уровне тарифов на электрическую энергию, отпускаемую республиканскими унитарными предприятиями электроэнергетики ГПО "Белэнерго"

Тн = Тб•(0,11+0,89•Кн/Кб),

где Тн - тариф на электрическую энергию проиндексированный на изменение курса белорусского рубля к доллару США на день оформления платежного документа и день оплаты;

Тб - тариф на электрическую энергию, установленный декларацией

(Тб = 2519,7 руб./кВт*ч для промышленных и приравненных к ним потребителей с присоединенной мощностью до 750 кВА);

Кн и Кб - значение курса белорусского рубля по отношению к доллару США на день оформления платежного документа и день оплаты и при установлении тарифов на электрическую энергию соответственно

(Кн = 20550 бел. руб., Кб = 20461 бел. руб.).

Тн = 2519,7•(0,19+0,81•20550/20461) ? 2529 руб. /кВт*ч.

Расход электроэнергии, потребляемой оборудованием для проведения НИОКР, рассчитываем следующим образом:

, (5.3)

где W_ЭЛ - установленная мощность единицы электрооборудования;

Т_РАБ - продолжительность работы прибора или устройства, используемого при проведении НИОКР и потребляющего электроэнергию;

n - количество однотипного оборудования;

К_С - коэффициент спроса потребителей электроэнергии (принимаем К_С = 0,75, для осветительной нагрузки К_С =1,0).

Перечень необходимого электрооборудования для НИОКР и расчет расхода электроэнергии в соответствии с ленточным графиком НИОКР при 8-ми часовом рабочем дне приведен в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Расход электроэнергии при проведении НИОКР

Наименование оборудования	Потребляемая мощность, кВт	Этапы графика НИР	ТРАБ, дни	ТРАБ, час	Кол-во ед., шт.	КС	РЭЛ, кВт*ч
Компьютер	0,2	2,3,4,6,7	60	480	1		72
Электропаяльник	0,04	5	5	40	1	0,75	1,2
Вольтметр	0,05	5	5	40	1		1,5
Осциллограф	0,2	5	5	40	1		6
Итого:	80,7

Как видно из таблицы, расход электроэнергии при проведении НИОКР равен 80,7 кВт·ч.

Расход электроэнергии на местное освещение при проведении НИОКР рассчитывают следующим образом:

, (5.4)

где W_ОСВ - средняя мощность осветительных ламп на одном рабочем месте (принимаем W_ОСВ = 0,1 кВт);

щ_ПРИН - принятое число рабочих мест, нуждающихся в местном освещении, при проведении НИОКР.

Расход электроэнергии на местное освещении при проведении НИОКР определяется исходя из расчета на одно рабочее место (щ_ПРИН = 1) на весь период НИОКР (Т_РАБ = 75 дней). В соответствии с формулой (5.4), получаем:

В соответствии с формулой (5.2), сумма затрат по статье «Затраты на электроэнергию» для проведения НИОКР составит:

тыс.руб.

Расчет затрат по статье «Возвратные отходы» не производится, так как при проведении НИОКР возвратные отходы отсутствуют.

На статью «Спецоборудование для научных и экспериментальных работ» относятся затраты на приобретение или изготовление специальных приборов, стендов, аппаратов и другого специального оборудования, необходимого для проведения НИОКР.

Спецоборудование для научных и экспериментальных работ не приобретается, а предоставляется кафедрой «Промышленная электроника» и входит в состав основных фондов ГГТУ им. ПО Сухого, то расчет затрат по данной статье не производится, то расчет затрат по данной статье не производится.

Произведем расчет по статьям «Основная заработная плата», «Дополнительная заработная плата», «Отчисления на социальное страхование».

Рассчитаем основную заработную плату разработчика за весь период (75дней):

ЗП = С₁•K_т? •К_кор •K_стаж•(1+К_прем)•F_ниокр/F_пл.мес., (5.5)

где С₁= 298 тыс. руб. - ставка первого разряда,

К_прем= 0,35 - коэффициент премирования,

К_стаж=1,1- коэффициент, учитывающий стаж работы ,

F_ниокр = 75дней, F_пл.мес=21 день,

К_прев= 75/21 = 3,57, исходя из средней продолжительности рабочего месяца 21 рабочий день,

K_Т = 2,84 - тарифный коэффициент (тарифный разряд 12);

К_кор - корректирующий коэффициент, с 12-го до 13-го разряда установлен 1,456.

ЗП = 298•2,84•1,456•1,1•(1+0,35)•3,57 = 6532,67 тыс.руб.

Дополнительная заработная плата составляет 10% (К_доп.зп= 0,1) от основной

ЗП_доп= К_доп.зп • ЗП = 0,11•6532,67 = 653,27 тыс.руб. (5.6)

Отчисления на социальные нужды составляют 34% от фонда оплаты труда

О_тч = 0,34•(6532,67 + 653,27) = 2443,22 тыс.руб.

Отчисления на обязательное страхование определяются как 0,6% от заработной платы

О_{тч мед.ст} = 0,6•(6532,67 + 653,27)/100 = 43,12 тыс.руб.

На статью «Расходы на служебные командировки» относятся расходы на все виды служебных командировок работников, выполняющих задания по конкретной НИОКР. Так как при проектировании устройства в командировках не было необходимости, то расчет затрат по данной статье не производится.

На статью «Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями», относятся затраты по оплате всех видов работ, в том числе по изготовлению опытных образцов и макетов, выполняемых непосредственно для конкретной НИОКР сторонними организациями и предприятиями, а так же подчиненными научному учреждению опытными производствами, состоящими на самостоятельном балансе. Сторонние организации не привлекаются, поэтому расчет затрат по данной статье не производится.

На статью «Прочие прямые расходы» относятся расходы на приобретение и подготовку материалов специальной научно-технической информации, за использование средств телефонной и радиосвязи и другие расходы необходимые для проведения конкретной НИОКР. Так как при проектировании использовались материалы научно-технической информации из библиотечных фондов научного учреждения и телефонные разговоры не производились, то затраты будут составлять при печати 5 чертежей на плоттере по цене 10 тыс. руб. за единицу и 100 листов технической документации и пояснительной записки по цене 0,9 тыс.руб за лист:

З_печ = 5•10 + 100•0,9 = 140 тыс. руб.

На статью «Накладные расходы» включаются расходы на управление и хозяйственное обслуживание. Накладные расходы на управление и хозяйственное обслуживание составляют 30% от зарплаты разработчика:

Н_р = 0,3•6532,67 = 1959,80 тыс. руб.

Плановую калькуляцию себестоимости НИОКР сведем в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 - Плановая калькуляция себестоимости НИОКР

Статьи затрат	Сумма, тыс. руб.
Материалы	179,92
Затраты на изготовление опытного образца	967,09
Затраты на электроэнергию	355,83
Спецоборудование для научных работ	0
Заработная плата основная	6532,67
Заработная плата дополнительная	653,27
Отчисления на социальные нужды	2443,22
Отчисления на обязательное страхование	43,12
Расходы на служебные командировки	0
Затраты по работам, выполняемыми сторонними организациями	0
Прочие прямые расходы	140
Накладные расходы	1959,8
Плановая себестоимость	13274,92

Как видно из таблицы, себестоимость НИОКР составляет 13274,92тыс.руб.

5.2 Расчет затрат на стадии производства

Данный подраздел предполагает расчет отпускной цены продукции, в основу которой положена группировка затрат по статьям калькуляции на производство единицы продукции.

Затраты на комплектующие изделия, основные и вспомогательные материалы приведены в таблицах 5.2. и 5.3.

Для расчета заработной платы необходимо определить норму штучного времени на изготовление единицы продукции. Расчет норм времени по операциям технологического процесса представлен в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Расчет норм времени по операциям технологического процесса

Наименование операций	Наименование деталей	Кол. шт.	Норма времени. на 1 ед, мин.	Норма времени общ., мин.	Норма времени на операцию, н.мин.
1 Распаковка элементов	Микросхемы	5	0,008	0,04	0,272
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,096
	Конденсаторы	11		0,088
	Прочее	6		0,048
2 Рихтовка выводов пинцетом	Транзисторы	0	0,067	0	1,541
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,804
	Конденсаторы	11		0,737
3 Зачистка выводов	Транзисторы	0	0,083	0	1,909
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,996
	Конденсаторы	11		0,913
4 Лужение выводов микросхем	Микросхемы	5	0,09	0,45	0,450
5 Лужение выводов концов элементов	Транзисторы	0	0,033	0	0,759
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,396
	Конденсаторы	11		0,363
6 Формовка и обрезка выводов	Транзисторы	0	0,029	0	0,667
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		0,348
	Конденсаторы	11		0,319
7 Установка тр-ов, микросхем, конденсаторов на плату	Микросхемы	5	0,12	0,6	4,080
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		1,44
	Конденсаторы	11		1,32
	Прочее	6		0,72
8 Пайка	Микросхемы	5	0,22	1,1	7,480
	Транзисторы	0		0
	Диоды	0		0
	Резисторы	12		2,64
	Конденсаторы	11		2,42
	Прочее	6		1,32
9 Промывка плат после пайки	плата	1	0,33	0,33	0,330
10 Проверка на соответствие чертежу	плата	1	0,02	0,02	0,020
11 Установка платы в приспособление (сборка)	плата	1	0,079	0,079	0,079
12 ОТК	Прибор	1	5	5	5,000
Итого		203		22,587	22,587

Из таблицы видно, что норма времени на все операции составляет 22,587н.мин. При характеристике операций учтем, что время оперативной работы не учитывает все действия исполнителя. Поэтому в качестве продолжительности операции необходимо указывать штучное время.

Тшт=Топ+Тпз+Тобс+Тотл, (5.7)

где Топ - оперативное время;

Тпз - подготовительное время;

Тобс - время обслуживания;

Тотл - время на отдых и личные надобности.

Для мелкосерийного производства соотношение различных видов затрат рабочего времени и времени оперативной работы распределяется следующим образом:

Тпз = 2,9% от Топ, Тобс = 2,4 % от Топ, Тотл = 4,2 % от Топ.

Таким образом, штучное время превысит оперативное

Тшт=(100Топ +2,9•Топ +2,4•Топ +4,2•Топ)/100 = 1,095•Топ, мин.

Штучное время по операциям равно:

Тшт1= 1.095* 0,272 = 0,298 мин,

Тшт2= 1.095* 1,541 = 1,687 мин,

Тшт3= 1.095* 1,909 = 2,090 мин,

Тшт4= 1.095* 0,450 = 0,493 мин,

Тшт5= 1.095* 0,759 = 0,831 мин,

Тшт6= 1.095* 0,667 = 0,730 мин,

Тшт7= 1.095* 4,080 = 4,468 мин.

Тшт8= 1.095* 7,480 = 8,191 мин.

Тшт9= 1.095* 0,330 = 0,361 мин.

Тшт10= 1.095* 0,020 = 0,022 мин.

Тшт11= 1.095* 0,079 = 0,087 мин.

Тшт12= 1.095* 5,000 = 5,475 мин.

Заработная плата для i- го работы определяется по формуле

ЗП_{осн i} = С_{час i} Тшт_i• К_тех.р•(1+К_прем), (5.8)

где Тшт_i - норма штучного времени на выполнение i-й операции, ч,

К_прем= 0,35 - коэффициент премирования,

К_тех.р - коэффициент технол. работ, К_тех.р = 1,2,

С_{час i} - часовая ставка, соответствующая разряду работ на i-той операции, тыс. руб, равная

,

где С₁ - тарифная ставка первого разряда в месяц, принимаемая исходя из минимальной заработной платы равной 2300 тыс. руб.;

К _мес - количество месяцев в году, 12;

К_тi - тарифный коэффициент i-го разряда;

F = 2038 ч. - норма рабочего времени при 40-часовой рабочей неделе, согласно производственного календаря на 2016 г.

Дополнительная заработная плата составляет К_доп.зп = 10% от основной

З_доп = К_доп.зп •З_осн. (5.9)

Суммарная заработная плата равна

З_общ = З_осн+ З_доп (5.10)

Отчисления на социальные нужды для всех категорий работников составляют 34% . Результаты расчёта сведём в таблицу 5.8.

Для 1-ой строки таблицы

тыс.руб.,

Таблица 5.8 - Затраты на оплату труда основных производственных рабочих

Операция	Разряд	Тариф. коэф., Kt	Тшт, ч	Осн. зпл., тыс.руб.	Доп. зпл., тыс.руб.	Общ. зпл., тыс.руб.	Отчисл., тыс.руб
1	2	1,16	0,0050	0,13	0,01	0,14	0,05
2	2	1,16	0,0281	0,72	0,07	0,79	0,27
3	2	1,16	0,0348	0,89	0,09	0,98	0,33
4	3	1,35	0,0082	0,24	0,02	0,27	0,09
5	3	1,35	0,0139	0,41	0,04	0,45	0,15
6	3	1,35	0,0122	0,36	0,04	0,40	0,14
7	3	1,35	0,0745	2,21	0,22	2,43	0,83
8	4	1,57	0,1365	4,70	0,47	5,17	1,76
9	4	1,57	0,0060	0,21	0,02	0,23	0,08
10	4	1,57	0,0004	0,01	0,00	0,01	0,00
11	4	1,57	0,0015	0,05	0,01	0,06	0,02
12	4	1,57	0,0913	3,14	0,31	3,46	1,18
Итого:	-	-	-	13,06	1,31	14,39	4,90

Как видно из таблицы, суммарные затраты на оплату труда составляют 13,78 тыс. руб.

Примем коэффициент спроса 0,75. Затраты на электроэнергию:

З_эл= W_у• К_с • F_эф • n_об • Ц_э (5.11)

где W_у - установленная мощность единицы оборудования, кВт;

Кс - коэффициент спроса потребителей электроэнергии;

Fэф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч (принимаем равным T_{оп i} - штучной норме времени на i-ую операцию);

n_об - количество единиц однотипного оборудования, шт,

Цэ - стоимость 1кВтчас электроэнергии.

Таблица 5.9 - Затраты на электроэнергию для технологических целей

Наименование оборудования (№ - номер операции)	Установленная мощ. об., кВТ	кол-во ед., шт	Fэф, час	Кc	Цэл, тыс. руб.	Зэл, тыс. руб.
Установка для лужения (№ 4)	0,15	1	0,0082	0,75	2,529	0,002
Электропаяльник с подачей припоя (№5)	0,1	1	0,0139	0,75	2,529	0,003
Устройство для формовки и обрезки выводов (№6)	1,25	1	0,0122	0,75	2,529	0,029
Электропаяльник с подачей припоя (№8)	0,1	1	0,1365	0,75	2,529	0,026
Ванна для отмывки печатных плат (№9)	2,2	1	0,006	0,75	2,529	0,025
Вольтметр (№=12)	0,04	1	0,0913	0,75	2,529	0,007
Осциллограф (№=12)	0,12	1	0,0913	0,75	2,529	0,021
Итого:	-	-	-	-	-	0,113

Как видно из таблицы, затраты на электроэнергию для технологических целей составляют 0,113 тыс. руб.

«Затраты на разработку и подготовку производства» определяются исходя из затрат на НИОКР отнесенных на объем выпускаемой продукции за 2 последующих года с момента начала освоения новой продукции. Примем, что объем выпуска продукции по годам равномерный и равен 1000 устройств в год. Тогда затраты по данной статье калькуляции равны:

13274,92/(1000·2) = 12,92 тыс.руб.

Накладные расходы в себестоимости продукции определяются в статьях «Общепроизводственные расходы», «Общехозяйственные расходы» и «Коммерческие расходы». Из-за отсутствия исходных данных для расчета расходов по этим статьям принимаем их размер применительно к РУП ЗИП укрупнено в процентном отношении к базовому показателю : ОПР - 230% и ОХР - 260% от затрат на оплату труда производственных рабочих и КР - 5-8% от производственной себестоимости.

Расходы по статьям «Технологические потери», «Потери от брака» и «Прочие производственные расходы» в данном расчете не учитываются. Отчисления на обязательное страхование определяются как 0,6% от заработной платы.

Таблица 5.10 - Калькуляция себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Наименование показателей	Сумма затрат, тыс. руб.
Материалы основные и вспомогательные	61,15
Комплектующие изделия	905,94
Электроэнергия на технологические цели	0,113
Зарплата основных производственных рабочих	14,39
Отчисления в бюджет от средств на оплату труда	4,90
Отчисления на обязательное страхование (0,6%)	0,09
Затраты на подготовку и освоение производства	6,64
Общепроизводственные расходы	33,097
Общехозяйственные расходы	37,41
Производственная себестоимость	1063,73
Коммерческие расходы (6%)	63,82
Полная себестоимость	1127,55
Нормативная прибыль (15 %)	169,13
Цена предприятия-производителя	1296,68
НДС (20%)	259,34
Отпускная цена с НДС	1556,02

Как видно из таблицы, отпускная цена единицы продукции равна 1556,02тыс.руб.

5.3 Расчет годовых эксплуатационных расходов

В состав годовых эксплуатационных расходов входят следующие статьи:

- затраты на электроэнергию

З_эл = М•Ф•Цэ (5.12)

где М - потребляемая мощность прибора (за час работы),

Цэ - стоимость 1кВтчас энергии,

Ф = 2038 ч -годовой эффективный фонд времени _top работы, час.

З_эл = 0,003•2038•2,529 = 15,42 тыс.руб.

З_{эл аналога} = 0,005•2038•2,529 = 25,69 тыс.руб.

- износ МБП

З_ам = Ц •Н_н/100 (5.13)

где Ц - первоначальная стоимость прибора (цена + 10%), тыс.руб;

Н_н - норма амортизации МБП равная 16,7% при сроке службы 6 лет

З_ам =1,1•1556,02•0,167 = 285,84 тыс.руб.

З_{ам аналога} = 1,1•2400•0,167 = 440,88 тыс.руб.

- затраты на текущий ремонт и техобслуживание

З_рем = (t_p?С_р?K+Ц_эл^.N_эл) (1+К_прем) ^.t_г/t_о , (5.14)

где t_p = 24 ч - среднее время техобслуживания (техобслуживание - 2 ч в месяц),

С_р=(2300•12/2038)•1,57 = 21,26 тыс.руб - часовая тарифная ставка, соответствующая 4 разряду работ

К = 1,5 - коэффициент доплат и отчислений,

Ц_эл - средняя стоимость одного заменяемого элемента,

N_эл =2 шт. - количество элементов, заменяемых за один отказ изделия,

К_прем = 0,35 - коэффициент премирования,

t_г = 2032 ч/год - годовая наработка изделия,

t_о = 12000 ч - наработка на отказ,

З_рем = (24?21,26•1,5+26•2) (1+0,35)•2032/12000 = 187,4 тыс.руб.

З_{рем аналога} = (24?21,26?1,5+50•2) (1+0,35)•2032/12000 = 198,41 тыс.руб

Расчет затрат на заработную плату обслуживающего персонала не производим, так как устройство работает автономно.

Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией принимаем в размере 5% от отпускной цены устройства (с НДС).

Все расчеты сведем в таблицу 5.11.

Таблица 5.11 - Годовые эксплуатационные расходы

Статьи затрат	Сумма затрат, тыс.руб.	Сумма затрат, тыс.руб. (аналог)
Затраты на электроэнергию	15,42	25,69
Зарплата обслуживающего персонала	0	0
Амортизационные отчисления	285,84	440,88
Затраты на текущий ремонт и техобслуживание	187,4	198,41
Расходы на материалы, связанные с эксплуатацией	77,8	120
Итого	488,66	664,98

Экономия потребителя при эксплуатации при выборе нашего проектируемого устройства перед аналогом составит

З_эксп= З_{эксп.аналог} - З_эксп = 664,98 - 488,66 = 176,32 тыс. руб.

5.4 Определение экономически эффективного варианта устройства

Сопоставим разработанный модуль датчиков давления воздуха с аналогом - модулем измерения давления воздуха SCP1000. Он имеет то же назначение, что и разработанное устройство обработки и дальнейшей передаче показаний датчиков давления по CAN интерфейсу. При производстве аналога используются те же самые нормативы, что и при производстве разрабатываемого устройства. Исходные данные для сравниваемых вариантов приведены в таблице 5.12.

В качестве базового устройства принимаем модуль SCP1000, в качестве нового изделия принимаем разработанное устройство, в качестве эталона -модуль ввода-вывода MDI-081.

Таблица 5.12 - Технические параметры сравниваемых изделий

Показатели	Ед. изм.	Значение показателя
		Новое изделие	Базовое изделие	Изделие-эталон
Количество датчиков давления	шт	2	2	2
Частота опроса датчиков	Гц	100	70	100
Максимальное измеряемое давление	кПа	1000	800	1000

Определим коэффициент технического уровня параметров нового и базового изделий и коэффициента весомости. Расчет ведем по формуле (5.15) в табличной форме (таблица 5.13)

К^б_i = b^б_i/ b^э_i, К^н_i = b^н_i/ b^э_i, или K*^б_i = b^э_i/ b^б_i, K*^н_i = b^э_i/ b^н_i, (5.15)

где b^б_i, b^н_i, b^э_i - значение каждого i-го качества (параметра) сравниваемых базового, улучшенного и эталонного изделий.

В расчет принимается формула K_i или K^*_i , при которой увеличение относительного показателя отвечает улучшению качества продукции.

Например, увеличение частоты опроса ведет к улучшению качества продукции, поэтому используем формулу К^б_i

K^н_i = b^н_i/ b^э_i = 100/100 = 1,

K^б_i = b^б_i/ b^э_i = 70/100 = 0,7,

Результаты расчетов сведем в таблицу 5.13.

Таблица 5.13 - Расчет коэффициентов технического уровня и весомости параметров изделий

Показатели	Относительная величина параметра	Коэффициент весомости
	Новое изделие	Базовое изделие
Количество датчиков давления	1	1	0,33
Частота опроса датчиков	1	0,7	0,33
Максимальное измеряемое давление	1	0,8	0,33

Как видно из таблицы, с технической точки зрения разработанное устройство является предпочтительным в сравнении с аналогом.

Определим коэффициент технического уровня базового щ_б и нового щ_н изделий по формуле (5.16):

КП_{тех б} = a_i? К^б_i , КП_{тех н} = a_i? К^н_i, (5.16)

где a_i - коэффициент весомости каждого i-го показателя (параметра) качества (в сумме все коэффициенты равны единице).

КП_{тех н} = 0,33?1,0 +0,33?1,0 + 0,33?1,0 = 0,99,

КП_{тех б} = 0,33?1,0 + 0,33?0,7 + 0,33?0,8 = 0,825.

Определим коэффициент эквивалентности по формуле:

щ = КП_{тех н}/ КП_{тех б} = 0,99/0,825 = 1,2, (5.17)

Определим коэффициент учитывающий повышение надежности изделия по формуле

К_над = Т_н/ Т_б = 1, (5.18)

где Т_н = Т_б - наработка на отказ базового и нового изделия.

Определяем интегральный показатель качества

W= К_над? К_экв = 1•1,2 = 1,2. (5.19)

Определяем коэффициент конкурентоспособности разрабатываемого и базового устройств по формулам

;; (5.20)

, (5.21)

где КП_тех - комплексный показатель технического уровня устройства;

К_над - коэффициент, учитывающий надежность устройства (наработка на отказ).

,

;.

Определяем относительный показатель конкурентоспособности (ОП_к) по формуле:

, (5.22)

Рассчитаем экономический эффект за 6 лет эксплуатации разрабатываемого устройства, исходя из минимума затрат на производство и эксплуатацию устройства в течении всего жизненного цикла по формуле

Э = (Ц_баз + И_{баз год}/(r + E)) · W - (Ц_нов + И_{нов год}/(r + E)) (5.23)

где Е =0,15 - нормативный коэффициент экономической эффективности,

r= 0,114-коэффициент реновации,

Таким образом экономический эффект равен:

Э = (2400+664,98/(0,114+0,15)) ·1,2-(1556,02+488,66/(0,114+0,15)) ,

Э = 2495,63 тыс.руб.

Сравнительный анализ технико-экономических и эксплуатационных показателей проектируемого устройства и аналога представлен в табл. 5.14.

Таблица 5.14 - Технико-экономические показатели проекта

Показатели	Ед. изм.	Значение показателя
		Проектируемое устройство	Аналог
Технические показатели
Количество датчиков давления	шт	2	2
Частота опроса датчиков	Гц	100	70
Максимальное измеряемое давление	кПа	1000	800
Потребляемая мощность	кВт	0,003	0,005
Экономические показатели
Цена единицы продукции:
без НДС	тыс.руб.	1296,68	2000,00
с НДС	тыс.руб.	1556,02	2400,00
Эксплуатационные расходы, в том числе:-
- затраты на электроэнергию	тыс руб.	15,42	25,69
- зарплата обслуживающего персонала	тыс.руб.	0,00	0,00
- амортизационные отчисления	тыс.руб.	285,84	440,88
- затраты на текущий ремонт и техобслуживание	тыс.руб.	187,40	198,41
-расходы на материалы связанные с эксплуатацией	тыс.руб.	77,80	120,00
Экономический эффект в виде экономии на совокупных затратах потребителя за 6 лет	тыс.руб.	2495,63
Интегральный показатель качества	-	2,22
Относительный показатель конкурентоспособности	-	1,2

6. Раздел по ресурсо- и энергосбережению

Для обеспечения низкого энергопотребления в разрабатываемом устройстве используется современный микроконтроллер PIC18LF2520 c низким потреблением и наличием энергосберегающих режимов.

Энергопотребление всегда является важной характеристикой любой электрической системы. Применительно к микроконтроллерам, важно выделить две составляющие, которые влияют на потребления тока: ток потребления в активном (динамическом) режиме и статическом режиме (режиме ожидания).

Потребление в активном режиме обусловлено переключениями цифровой логики и зависит от частоты тактирования, напряжения питания и температуры. Преимущественное влияние имеет частота тактирования.

Статическое потребление тока имеет место при полной остановке тактирования ядра и состоит из токов утечки транзисторов, потребления супервизоров и тактирования схем, обеспечивающих дальнейшую работу контроллера. Преимущественное влияние на статическое потребление имеет напряжение питания и температура.

Напряжение питания существенно влияет на энергопотребление контроллера как в активном режиме, так и в режиме ожидания. Таким образом, существенную выгоду можно получить за счет пониженного питания ядра контроллера в сравнении с остальной схемой.

С 2003 года компания Microchip Technology Inc. начала выпуск контроллеров с энергосберегающей технологией nanoWatt.

Основным требованием к контроллерам технологии nanoWatt было энергопотребление в режиме ожидания (Sleep) порядка нВт. Также были добавлены следующие возможности по энергосбережению:

* Режим Idle.

* Встроенный высокоскоростной тактовый генератор (INTOSC) с PLL и программируемым делителем.

* Сторожевой таймер (WDT) с увеличенным временем ожидания.

* Сверхмалопотребляющий модуль пробуждения (ULPWU).

* Малопотребляющий Timer1 и второй осциллятор (SOSC, 32 кГц).

* Малопотребляющий программно-управляемый модуль сброса (BOR).

Сегодня Microchip расширяет энергосберегающие возможности PIC-контроллеров. Новая технология nanoWatt XLP, являющаяся расширением отлично себя зарекомендовавшей nanoWatt, включает ряд новых возможностей, таких как сверхмалопотребляющий модуль пробуждения (ULPWU), специальные малопотребляющие модуль сторожевого таймера (DSWDT) и детектор снижения напряжения (DSBOR), энергосберегающий режим «глубокого сна» Deep Sleep, а также меньший ток потребления в режимах, унаследованных от nanoWatt. В следующих режимах технология nanoWatt XLP обеспечивает ток потребления контроллера не более:

* 100 нА -- режим ожидания (Ipd);

* 800 нА -- сторожевой таймер (Iwdt);

* 800 нА -- часы реального времени с календарем (Irtcc).

В таблице 1 приведен перечень энергосберегающих режимов PIC-контроллеров.

Таблица 1- перечень энергосберегающих режимов

Режим работы	Активное тактирование	Активная периферия	Варианты пробуждения	Потребляемый ток	Типичное применение
Deep, Sleep	Timer1/SOSC INTRC/LPRC	RTCC DSWDT DSBOR INT0	RTCC DSWDT DSBOR INT0 MCLK	<50нА	Устройства с батарейным питанием, большую часть времени находящиеся в режиме Sleep
Sleep	Timer1/SOSC INTRC/LPRC A/S RC	RTCC WDT АЦП Компараторы CVref INTx HLVD BOR	Все источники пробуждения	50-100нА	Большинство критичных к энергопотреблению устройств
Idle	Timer1/SOSC INTRC/LPRC A/S RC	Вся переферия	Все источники пробуждения	25% тока потребления в активном режиме (Run)	Каждый раз, когда контроллер находится в ожидании
Run	Все источники тактирования	Вся переферия	-	250mA	Обычный режим работы

Режим Deep Sleep -- самый экономичный режим работы контроллера, когда все модули, которые могут остаться без питания -- ядро контроллера, встроенный стабилизатор напряжения, большая часть периферии, ОЗУ -- переводятся в энергосберегающий режим.

Режим Sleep имеют все PIC-контроллеры, выполненные по технологии nanoWatt. В режиме Sleep отключается тактирование ядра и большей части периферии. Потребление тока складывается из питания ОЗУ, SFR и программного счетчика.

Режим Idle занимает промежуточное положение между энергосберегающими режимами и основным (Run).В режиме Idle тактирование ядра приостановлено, но большая часть, а то и вся периферия сохраняет свою функциональность и может продолжать работать.

Также для реализации снижение потребления энергоресурсов в устройстве вместо линейных стабилизаторов используются импульсные стабилизаторы с высоким КПД.

Импульсные стабилизаторы, по сравнению с линейными, обладают рядом преимуществ. Их КПД заметно выше, так как в ключевом режиме работы транзистора, рассеиваемая на нем мощность оказывается существенно ниже, чем при работе в активном режиме. Высокое значение КПД сохраняется и в случае большой разницы между входным и выходным напряжениями. Малые тепловые потери позволяют во многих случаях либо отказаться от применения радиаторов, либо существенно уменьшить их габариты. Кроме того, наряду с обычным режимом понижения входного напряжения, импульсные стабилизаторы могут работать в режиме его повышения. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели.