30126

Создание устройства для дистанционного мониторинга основных физиологических показателей человека, программного обеспечения для регистрации частоты сердечных сокращений и температуры тела

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство для дистанционного мониторинга физиологических показателей человека позволяет удалённо следить за температурой и частотой пульса пациента. Устройство закрепляется на внутренней стороне плеча, что позволяет точнее измерять температуру.

Русский

2013-08-23

3.2 MB

248 чел.

PAGE  7

ВВЕДЕНИЕ

Особое место в развитии медицинской диагностики занимает пульсометрия и термометрия тела. Это методы исследования, позволяющие  измерить и оценить частоту сердечных сокращений и температуру тела пациента. Метод пульсометрии основан на регистрации изменений светопроводимости сосудов, а метод термометрии на измерении напряжения на термосопротивлении.

В домашних условиях измерение температуры тела является одним из наиболее важных методов обследования больных и объективного контроля за их состоянием. Определение  частоты сердечных сокращений (пульса) - один из наиболее простых, доступных и достаточно информативных показателей функционального состояния кровообращения. Для данных методов характерна стационарность, т.е. необходимость находится рядом с пациентом во время измерения данных физиологических показателей. В связи с этим разработка устройства для дистанционного мониторинга физиологических показателей человека в настоящее время является актуальной проблемой.

Устройство для дистанционного мониторинга физиологических показателей человека позволяет удалённо следить за температурой и частотой пульса пациента. Устройство закрепляется на внутренней стороне плеча, что позволяет точнее измерять температуру.

Целью работы является исследований методов измерения температуры и пульса человека, а так же разработка устройства для дистанционного мониторинга данных показателей человека.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— проанализировать методы регистрации пульса и температуры тела;

— выполнить обзор существующих приборов-аналогов;

— выбрать принцип регистрации физиологических показателей;

— разработать функциональную схему на основе технических требований;

— разработать принципиальную схему устройства;

— описать логику работы прибора с разработкой алгоритмов;

— дать рекомендации по использованию прибора.

Так же в приборе должны быть использованы радиомодули для передачи измеренных данных по радиоканалу на достаточно большое расстояние.

Так как данное устройство предназначено для проведения медицинских исследований, связанных с человеком, то он должен обладать высокими требованиями к электробезопасности.

Таким образом, перед нами становится задача создания устройства для дистанционного мониторинга основных физиологических показателей человека, программного обеспечения для регистрации частоты сердечных сокращений и температуры тела.


1 МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

1.1 Обзор методов измерения пульса

1.1.1 Частота сердечных сокращений

Частота сердечных сокращений (ЧСС) — синхронное с сокращением сердца периодическое расширение кровеносных сосудов, видимое глазом и определяемое на ощупь. При каждом сердечном сокращении артерии пульсируют, когда кровь проталкивается через них. Пульс — волна колебаний, распространяющихся по стенкам аорты, и возникающих при сокращении левого желудочка сердца. Чаще всего пульс определяют нащупыванием тремя пальцами у основания кистей рук снаружи над лучевой костью или на основании височных костей. Обычно пульс считают в течение 6 или 10 секунд и умножают соответственно на 10 и 6 (счет в течение 6 секунд применяют на высоте нагрузки), но следует учитывать, что частота пульса меняется, из-за этого результат может отличаться, поэтому лучше отсчитать полную минуту. Пульс здорового нетренированного мужчины в состоянии покоя — 60-75 ударов в минуту, женщины — 75-80. При физической нагрузке, изменении эмоционального состояния, а также при связанных с дефицитом гемоглобина в крови и других заболеваниях частота пульса увеличивается, так как организм человека стандартно реагирует на требование органам и тканям повышенного кровоснабжения увеличением сердечных сокращений.

На частоту пульса влияет также рост (обратная зависимость — чем выше рост, тем меньше как правило количество сердечных сокращений в минуту), возраст (пульс новорожденного ребенка в состоянии покоя равен 120—140 ударам в минуту, и только к 15 годам достигает нормы), пол (у мужчин в среднем пульс несколько ниже, чем у женщин), натренированность организма (при подверженности организма постоянным активным физическим нагрузкам пульс в состоянии покоя уменьшается). У профессиональных спортсменов пульс до нагрузки — 40-50 ударов в минуту. После — 90-100. Тренированность также влияет на пульс. У нетренированных пульс после поднятия 7 кг гантелей 100—120 ударов в минуту. После непродолжительного бега 120—150 ударов в минуту. А после серьезного физического напряжения, такого, как длительный бег, сильная нагрузка на мышцы и т. п. пульс может достигать 150—205 ударов в минуту.

Для контроля качественных характеристик пульса и сатурации кислородом артериальной крови используют метод пульсоксиметрии. Так же для регистрации пульса используют пьезодатчики (сфигмография) или одно отведение  ЭКГ [1].

1.1.2 Сфигмография

Сфигмография – неинвазивный механокардиографический метод, направленный на изучение колебаний артериальной стенки, обусловленных выбросом ударного объема крови в артериальное русло. С каждым сокращением сердца увеличивается давление в артериях и имеет место прирост их поперечного сечения, затем происходит восстановление исходного состояния. Весь этот цикл превращений и получил название артериального пульса, а запись его в динамике – сфигмограммы. Различают сфигмограммы центрального пульса (запись производится на крупных артериях, близко расположенных к сердцу: подключичной, сонной) и периферического (регистрация осуществляется с более мелких артериальных сосудов).

В последние годы для регистрации сфигмограммы используют пьезоэлектрические датчики, что позволяет не только достаточно точно воспроизвести кривую пульса, но и измерить скорость распространения пульсовой волны [2].

Сфигмограмма имеет определенные опознавательные точки и при синхронной записи с ЭКГ и ФКГ позволяет анализировать фазы сердечного цикла раздельно для правого и левого желудочков. Технически записать сфигмограмму несложно. Обычно одновременно накладывают 2 и более пьезодатчиков или производят синхронную запись с электро- и фонокардиограммами. В первом случае исследование направлено на определение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типов (датчики накладывают над областью сонной, бедренной и лучевой артерий). Для получения кривых, годных к расшифровке, датчики следует располагать на переднешейной борозде на уровне верхнего края щитовидного хряща (сонная артерия), на середине пупартовой связки (бедренная артерия) и в зоне максимальной пульсации лучевой артерии. О синхронной записи сфигмограммы, электрокардиограммы и фонокардиограммы. Записывается сфигмограмма при скорости движения лентопротяжного механизма 50–100 мм/с. Морфология кривых, записанных с крупных и периферических сосудов, неодинакова. Более сложную структуру имеет кривая сонной артерии. Она начинается маленькой волной «а» (предсистолическая волна), за которой следует крутой подъем (анакрота «а–б»), соответствующий периоду быстрого изгнания крови из левого желудочка в аорту (запаздывание между открытием клапанов аорты и появлением пульса на сонной артерии равно приблизительно 0,02 с), затем на некоторых кривых видны мелкие осцилляции. В дальнейшем кривая резко опускается книзу (дикротическая волна «в–г»). Эта часть кривой отражает период медленного поступления крови в сосудистое русло (под меньшим давлением). В конце этой части кривой, соответствующей окончанию систолы, отчетливо регистрируется выемка (инцизура «д») – конец фазы изгнания. В ней можно отмерить короткий подъем («д1»), вызванный захлопыванием полулунных клапанов аорты, что соответствует моменту выравнивания давления в аорте и желудочке (по Н. Н. Савицкому), он четко совпадает со II тоном синхронно записанной фонокардиограммы. Затем кривая постепенно падает (пологий спуск), на спуске в большинстве случаев видно небольшое возвышение («е»). Эта часть кривой отражает диастолический период сердечной деятельности.

Морфология кривой периферического пульса менее сложна. В ней различают 2 колена: восходящее – анакрота «а» (обусловленное внезапным подъемом давления в исследуемой артерии) с добавочной дикротической волной «б» и нисходящее ( рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 —Электрические характеристики работы сердца

Анализ сфигмограммы центрального пульса может быть направлен на изучение временных характеристик сердечного цикла Е. Б. Бабский и В. Л. Карпман предложили такие уравнения для расчета систолы и диастолы:

S=0,324 С; S=0,183 C+0,142,

где S – продолжительность систолы, С – сердечный цикл.

Как известно, эти показатели коррелируют с ЧСС. Если при данной ЧСС регистрируется удлинение систолы на 0,02 с и более, то можно констатировать наличие увеличенного диастолического объема (повышенный венозный приток крови к сердцу или застойные явления в сердце в стадии компенсации). Укорочение систолы указывает на поражение миокарда (дистрофия и др.).

По морфологии кривой можно получить представление об особенностях изгнания крови из левого желудочка при различных патологических состояниях. Крутой подъем кривой (более чем в норме) с восходящим плато характерен для повышенного давления в аорте и периферических сосудах, а ранний пик с низкой систолической вершиной, переходящей в быстрое снижение с глубокой инцизурой, соответствует низкому давлению в аорте. Достаточно типичные кривые записываются при недостаточности аортальных клапанов (высокая начальная амплитуда и быстрое диастолическое падение), при аортальном стенозе (низкая амплитуда кривой с коротким начальным подъемом и резко выраженной анакротической инцизурой) и др.

Синхронная запись сфигмограмм сонной, бедренной и лучевой артерий позволяет определить скорость распространения пульсовой волны. Для расчета «времени запаздывания пульса» производят линейные измерения следующих расстояний: l1 – между точками расположения датчика пульса на сонной артерии и яремной вырезке грудины, l2 – от яремной вырезки грудины до пупка; l3 – от пупка до места наложения датчика пульса на бедренной артерии, l4 – от яремной вырезки грудины до места фиксации датчика на лучевой артерии при вытянутой под прямым углом к туловищу руке. Определение времени запаздывания начала подъема. 3аписанных сфигмограмм лежит в основе анализа скорости распространения пульсовой волны.

При определении разницы во времени появления подъема кривых сонной и бедренной артерий рассчитывается скорость распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа (Сэ):

Сэ = l2+l3 – l1/tэ,

где tэ – время запаздывания пульсовой волны от сонной до бедренной артерий.

Расчет скорости распространения пульсовой волны по сосудам мышечного типа производится по формуле: СМ =l2+l3 – l1/tМ, где tм – время запаздывания пульсовой волны от сонной до лучевой артерий.

Данные рассчитываются в 5–10 комплексах и выводятся средние величины в см/с. Отношение скорости распространения пульсовой волны по сосудам мышечного типа к скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа у здоровых людей находится в пределах 1,1–1,3. Скорость распространения пульсовой волны определяется упругими свойствами артериальной стенки и изменяется с возрастом – от 400 см/с у детей до 1000 см/с у лиц старше 65 лет (таблица 1.1) [3].

Таблица 1.1 — Зависимость скорости распространения пульсовой волны от возраста

Возраст, лет

Величина, см/с

15-19

20-24

25-35

36-44

45-54

55-56

470

520

620

785

930

1000

1.1.3 Электрокардиография

Электрокардиография — метод электрофизиологического исследования деятельности сердца в норме и патологии, основанный на регистрации и анализе электрической активности миокарда, распространяющейся по сердцу в течение сердечного цикла. Регистрация производится с помощью специальных приборов — электрокардиографов. Записываемая кривая — электрокардиограмма (ЭКГ) — отражает динамику в течение сердечного цикла разности потенциалов в двух точках электрического поля сердца, соответствующих местам наложения на теле обследуемого двух электродов, один из которых является положительным полюсом, другой — отрицательным (соединены соответственно с полюсами + и - электрокардиографа). Определенное взаимное расположение этих электродов называют электрокардиографическим отведением, а условную прямую линию между ними — осью данного отведения. На обычной ЭКГ величина электродвижущей силы (ЭДС) сердца и ее направление, меняющиеся в течение сердечного цикла, отражаются в виде динамики проекции вектора ЭДС на ось отведения, т.е. на линию, а не на плоскость, как это происходит при записи, отражающей пространственную динамику направления ЭДС сердца в проекции на плоскость. Чтобы с ее помощью получить пространственное представление об изменениях электрических процессов в сердце, необходимо ЭКГ снимать при различном положении электродов, т.е. в разных отведениях, оси которых не являются параллельными.

Теоретические основы электрокардиографии строятся на законах электродинамики, применяемых к электрическим процессам, происходящим в сердце в связи с ритмичной генерацией электрического импульса водителем ритма сердца и распространением электрического возбуждения по проводящей системе сердца и миокарду. После генерации импульса в синусном узле возбуждение распространяется вначале на правое, а через 0,02 с и на левое предсердие, затем после недлительной задержки в атриовентрикулярном узле переходит на перегородку и синхронно охватывает правый и левый желудочки сердца, вызывая их сокращение. Каждая возбужденная клетка становится элементарным диполем (двухполюсным генератором): сумма элементарных диполей в данный момент возбуждения составляет так называемый эквивалентный диполь. Распространение возбуждения по сердцу сопровождается возникновением в окружающем его объемном проводнике (теле) электрического поля. Изменение за сердечный цикл разности потенциалов в 2 точках этого поля воспринимается электродами электрокардиографа и регистрируется в виде зубцов ЭКГ, направленных от изоэлектрической линии вверх (положительные зубцы) или вниз (отрицательные зубцы) в зависимости от направления ЭДС между полюсами электродов. При этом амплитуда зубцов, измеряемая в милливольтах.

Основоположник ЭКГ голландский физиолог Эйнтховен (W. Einthoven) предложил регистрировать разность потенциалов во фронтальной плоскости тела в трех стандартных отведениях (рисунок 1.2) — как бы с вершин равностороннего треугольника, за которые он принял правую руку, левую руку и лонное сочленение (в практической Э. в качестве третьей вершины используется левая нога). Линии между этими вершинами, т.е. стороны треугольника, являются осями стандартных отведений.

Рисунок 1.2 — Три стандартные отведения ЭКГ

I стандартное отведение соответствует расположению регистрирующих электродов на правой и левой руках, II — на правой руке и левой ноге, III — на левой руке и левой ноге. Как бы в центр треугольника Эйнтховена проецируется интегральный вектор ЭДС, представляющий собой сумму множества элементарных векторов ЭДС клеток миокарда, на данный момент возбуждения сердца. Величина интегрального вектора ЭДС сердца и направление его в пространстве зависят от массы миокарда, расположения сердца в грудной клетке и от хода возбуждения по миокарду. Проекция интегрального вектора на треугольник Эйнтховена  представляет собой так называемую манифестирующую ось сердца, а ее проекция на каждую из сторон треугольника соответствует отраженной в трех стандартных отведениях скалярной величине ЭДС сердца, динамика которой на протяжении сердечного цикла и формирует ЭКГ. Величины проекции сердечного вектора на стороны треугольника Эйнтховена в каждый момент времени определяются уравнением: III = II + I, где I, II, III — алгебраическая сумма амплитуд сигналов, зарегистрированных соответственно в I, II и III стандартных отведениях. Указанное соотношение носит название правила Эйнтховена. Направление средней проекции интегрального вектора ЭДС желудочков сердца на фронтальную плоскость тела называют средней электрической осью сердца. Ее определяют по соотношению положительных и отрицательных зубцов комплекса QRS в I и III отведениях, зная, что положительные зубцы образуются, если вектор направлен в сторону положительного электрода, а отрицательные, если вектор направлен к отрицательному или к так называемому индифферентному (объединенному) электроду. Этот электрод используют для регистрации ЭКГ в однополюсных (униполярных) отведениях — от конечностей  и грудных, предназначенных для регистрации проекции вектора сердца на горизонтальную плоскость тела. При этом индифферентный электрод объединяет через смешивающие резисторы потенциалы обеих верхних и левой нижней конечностей. Воображаемые оси грудных однополюсных отведений соединяют точки наложения положительных электродов с центром сердца, который имеет потенциал, близкий к нулю. Таким образом, однополюсные отведения фактически являются двухполюсными (однополюсными их называют по традиции): полюса этих отведений лежат на одной оси с «электрическим центром» сердца (центр линии нулевого потенциала электрического поля).

1.2 Оптический метод пульсовой оксиметрии

 

1.2.1 Метод пульсовой оксиметрии

Пульсовая оксиметрия является наиболее доступным методом мониторинга больных во многих условиях, особенно при ограниченном финансировании. Она позволяет при определенном навыке оценивать несколько параметров состояния больного.  

После успешного внедрения в интенсивной терапии, палатах пробуждения и во время анестезии, метод начал использоваться и в других областях медицины, например, в общих отделениях, где персонал не проходил адекватного обучения по использованию пульсоксиметрии. Этот метод имеет свои недостатки и ограничения, а в руках необученного персонала возможны ситуации, угрожающие безопасности больного.

Пульсоксиметр измеряет насыщение артериального гемоглобина кислородом. Используемая технология сложна, но имеет два основных физических принципа. Во первых, поглощение гемоглобином света двух различных по длине волн меняется в зависимости от насыщения его кислородом. Во-вторых, световой сигнал, проходя через ткани, становится пульсирующим из-за изменения объема артериального русла при каждом сокращении сердца. Этот компонент может быть отделен микропроцессором от непульсирующего, идущего от вен, капилляров и тканей.

На работу пульсоксиметра влияют многие факторы. Это могут быть внешний свет, дрожь, патологический гемоглобин, частота и ритм пульса, вазоконстрикция и работа сердца. Пульсоксиметр не позволяет судить о качестве вентиляции, а показывает только степень оксигенации, что может дать ложное чувство безопасности при ингаляции кислорода. Например, возможна задержка появления симптомов гипоксии при обструкции дыхательных путей. И все же оксиметрия является очень полезным видом мониторинга кардиореспираторной системы, повышающим безопасность больного.

Пульсоксиметр измеряет:

А) Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом – среднее количество кислорода, связанное с каждой молекулой гемоглобина. Данные выдаются в виде процента насыщения и звукового сигнала, высота которого изменяется в зависимости от сатурации.

Б) Частота пульса – удары в минуту в среднем за 5-20 секунд.

Пульсоксиметр не дает информации о:

— содержании кислорода в крови;

— количестве растворенного в крови кислорода;

— дыхательном объеме, частоте дыхания;

— сердечном выбросе или артериальном давлении.

О систолическом артериальном давлении можно судить по появлению волны на плетизмограмме при сдувании манжетки для неинвазивного измерения давления [5].

1.2.2 Принципы современной пульсоксиметрии

Кислород транспортируется кровотоком главным образом в связанном с гемоглобином виде. Одна молекула гемоглобина может перенести 4 молекулы кислорода и в этом случае она будет насыщена на 100%. Средний процент насыщения популяции молекул гемоглобина в определенном объеме крови и является кислородной сатурацией крови. Очень небольшое количество кислорода переносится растворенным в крови, однако пульсоксиметром не измеряется.

Отношение между парциальным давлением кислорода в артериальной крови (РаО2) и сатурацией отражается в кривой диссоциации гемоглобина (рисунок 1.3). Сигмовидная форма кривой отражает разгрузку кислорода в периферических тканях, где РаО2 низкий. Кривая может сдвигаться влево или право при различных состояниях, например, после гемотрансфузии.

Современный цифровой пульсоксиметр состоит из периферического датчика, микропроцессора, дисплея, показывающего кривую пульса, значение сатурации и частоты пульса. Большинство аппаратов имеют звуковой сигнал определенного тона, высота которого пропорциональна сатурации, что очень полезно, если не виден дисплей пульсоксиметра. Датчик устанавливается в периферических отделах организма, например, на пальцах, мочке уха или крыле носа. В датчике находятся два светодиода, один из которых излучает видимый свет красного спектра (660 нм), другой – в инфракрасном спектре (940 нм). Свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации в них гемоглобина. Количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях. Микропроцессор способен выделить из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделить компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови.

Микропроцессоры последнего поколения способны уменьшить влияние рассеивания света на работу пульсоксиметра. Многократное разделение сигнала во времени выполняется с помощью цикличной работы светодиодов: включается красный, затем инфракрасный, затем оба отключаются, и так много раз в секунду, что позволяет устранить фоновый «шум». Новая возможность микропроцессоров это квадратичное многократное разделение, при котором красный и инфракрасный сигналы разделяются по фазам, а затем вновь комбинируются. При таком варианте могут быть устранены помехи от движения или электромагнитного излучения, т.к. они не могут возникать в одну и ту же фазу двух сигналов светодиодов.

Рисунок 1.3 — Кривая диссоциации оксигемоглобина, где

а — значение для артериальной крови

v — значение для смешанной венозной крови

р50 — Pa02 при сатурации 50%

Сатурация вычисляется в среднем за 5-20 секунд. Частота пульса рассчитывается по числу циклов светодиодов и уверенным пульсирующим сигналам за определенный промежуток времени.

По пропорции поглощенного света каждой из частот микропроцессор вычисляет их коэффициент. В памяти пульсоксиметра имеется серия значений насыщения кислородом, полученные в экспериментах на добровольцах с гипоксической газовой смесью. Микропроцессор сравнивает полученный коэффициент поглощения двух длин волн света с хранящимися в памяти значениями. Т.к. неэтично снижать насыщение кислородом у добровольцев ниже 70%, то необходимо признать, что значение сатурации ниже 70%, полученное по пульсоксиметру, не является надежным.

Отраженная пульсоксиметрия использует отраженный свет, поэтому может применяться проксимальнее (например, на предплечье или передней брюшной стенке), однако в этом случае будет трудно зафиксировать датчик. Принцип работы у такого пульсоксиметра тот же, что и у трансмиссионного [6].

1.2.3 Применение пульсоксиметрии

Пульсоксиметр - простой портативный монитор типа «все в одном», отслеживающий сатурацию, частоту пульса и регулярность ритма является наилучшим в «полевых условиях». Прибор является безопасным неинвазивным монитором кардио-респираторного статуса критических больных в отделении интенсивной терапии, а также при всех видах анестезии. Пульсоксиметр может использоваться при эндоскопии, когда больным проводится седация мидазоламом и для диагностики цианоз. Удобно использовать во время транспортировки больного,  в шумных условиях (в самолете, вертолете.). В этих условиях звуковой сигнал и тревога могут быть не услышаны, однако кривая пульсовой волны и значение сатурации дают общую информацию о кардио-респираторном статусе.

Данная методика используется для оценки жизнеспособности конечностей после пластических и ортопедических операций, протезирования сосудов. Пульсоксиметрия требует пульсирующего сигнала, и таким образом помогает определить, получает ли конечность кровь.

При помощи пульсоксиметрии можно уменьшить частоту взятия крови для исследования газового состава у больных в отделении интенсивной терапии, особенно в педиатрической практике.

Пульсоксиметрия так же даёт возможность ограничить у недоношенных младенцев вероятность развития повреждения легких и сетчатки кислородом (сатурацию поддерживают на уровне 90%). Хотя пульсоксиметры и калибруются по гемоглобину взрослых (HbA), спектр поглощения HbA и HbF в большинстве случаев идентичен, что делает методику столь же надежной и у младенцев.

Во время торакальной анестезии, когда одно из легких коллабируется, помогает определить эффективность оксигенации в оставшемся легком.

Оксиметрия плода – это развивающаяся методика. Используется отраженная оксиметрия, светодиоды с длиной волн 735 нм и 900 нм. Датчик помещается над виском или щекой плода. Датчик должен быть стерилизуемым. Его трудно закрепить, из-за этого, полученные данные не стабильны по физиологическим и техническим причинам [6].

1.3 Ограничение пульсоксиметрии

1.3.1 Недостатки пульсовой оксиметрии

Пульсоксиметрия даёт хорошую оценку оксигенации, но не даёт прямой информации о прогрессирующих нарушениях дыхания. Критические больные. У критических больных эффективность метода мала, так как перфузия тканей у них плохая и пульсоксиметр не может определить пульсирующий сигнал.

При попадании яркого внешнего света, наличии дрожи или  движения могут создавать пульсобразную кривую и значения сатурации без пульса.

Возникают ситуации, когда значения сатурации не действительные, это может произойти из-за аномальных типов гемоглобина (метгемоглобин при передозировки прилокаина), в этой ситации сатурация может быть на уровне 85%. Или карбоксигемоглобин, который проявляется при отравлении угарным газом может давать значения сатурации около 100%.

Неточность в измерения могут вносить вещества на поверхности тела человека: красители, лак для ногтей.

Принято считать значение сатурации ниже 70% не точным, т.к. нет контрольных значений для сравнения. Так же нарушение ритма сердца может нарушать восприятие пульсоксиметром пульсового сигнала.

Запаздывающий монитор - это значит, что парциальное давление кислорода в крови может снижаться гораздо быстрее, чем начнет снижаться сатурация. Если здоровый взрослый пациент будет дышать 100% кислородом в течение минуты, а затем вентиляция прекратится по каким-либо причинам, может пройти несколько минут, прежде чем сатурация начнет снижаться. Пульсоксиметр в этих условиях предупредит о потенциально фатальном осложнении лишь через несколько минут после того, как оно случилось.

Задержка реакции связана с тем, что сигнал усредненный. Это значит, что существует задержка 5-20 секунд между тем, как реальная кислородная сатурация начинает падать и изменяются значения на дисплее пульсоксиметра [6].

1.3.2 Особенности установки датчика пульса

Необходимо, чтобы обе части датчика находились симметрично, иначе путь между фотодетектором и светодиодами будет неравным и одна из длин волн будет «перегруженной». Изменение положения датчика часто приводит к внезапному «улучшению» сатурации. Этот эффект может быть связан с непостоянным кровотоком через пульсирующие кожные венулы. Следует обратите внимание, что форма волны при этом может быть нормальной, т.к. измерение проводится только по одной из длин волн [6].

Поскольку, разрабатываемый прибор должен обладать малыми весогабаритными показателями, быть применимым к детям, то для реализации поставленной задачи следует использовать оптический метод регистрации пульса.  Данный метод заключается в наложении оптического датчика, который находится на поверхности корпуса прибора, над сосудом. При использовании одного отведения Эйнтховена следует снимать потенциалы с кожи человека, а для этого нужны провода, что в свою очередь приносит неудобства, а использование метода сфигмографии, обязывает к использованию манжеты и миниатюрного электронасоса, что в свою очередь ведёт к увеличению габаритов прибора и его стоимости.

2 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

2.1 Обзор методов измерения температуры объектов

Термометр - устройство для измерения текущей температуры. Изобретателем термометра считают Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но известно, что уже в 1597 г. он создал некий прибор, напоминающий термометр. Схема прообраза термометра была следующей: это был сосуд с трубкой, содержащей воздух, отделенный от атмосферы столбиком воды; он изменял свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления (рисунок 2.1). В 18 веке воздушный термометр был усовершенствован. Современную форму термометру придал ученый Фаренгейт, который описал свой способ изготовления термометра в 1723 г. Первоначально свои трубки он наполнял спиртом и лишь в конце исследований перешел к ртути. Окончательно постоянные точки тающего льда и кипящей воды установил шведский физик Цельсий в 1742 г. Сохранившиеся экземпляры термометров Фаренгейта и Цельсия отличаются тщательностью исполнения.

Существует огромное количество видов термометров - электронные термометры, цифровые, термометры сопротивления, биметаллические термометры, инфракрасные термометры (ик термометры), дистанционные термометры, электроконтактные термометры. И, конечно же, наиболее популярные - спиртовые и ртутные термометры. Помимо непосредственно термометров в продаже широко представлены оправы к термометрам, манометрические термометры (термоманометры), портативные пирометры, гигрометры термометры, термометры барометры, тонометры термометры, термопары и другое оборудование [7].

Рисунок 2.1— Газовый термометр постоянного объема

1 — сосуд с газом, 2 — соединительные трубки,

3— манометр, 4 — постоянный уровень

2.1.1 Жидкостные термометры

Жидкостный термометр - это, как правило, термометр из стекла (стеклянный термометр), увидеть который можно практически везде. Жидкостные термометры бывают как бытовыми, так и техническими (термометр ттж - термометр технический жидкостный). Жидкостный термометр работает по простой схеме - объем жидкости внутри термометра изменяется при изменении температуры вокруг нее. Жидкость, находящаяся в термометре, занимает меньший объем капилляра при низкой температуре, а при высокой температуре жидкость в столбике термометра начинает увеличиваться в объеме, тем самым будет расширяться, и подниматься вверх. Обычно в жидкостных термометрах применяется либо спирт, либо ртуть. Температура, измеряемая жидкостным термометром, преобразуется в линейное перемещение жидкости, шкала наносится прямо на поверхность капилляра или прикрепляется к нему снаружи. Чувствительность термометра зависит от разности коэффициентов объемного расширения термометрической жидкости и стекла, от объема резервуара и диаметра капилляра. Чувствительность термометра обычно лежит в пределах 0,4…5 мм/оС (для некоторых специальных термометров 100…200 мм/°С). Технические жидкостные стеклянные термометры применяют для измерения температур от -30 до 600°С [8].

2.1.2 Манометрические термометры

Действие манометрических термометров основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и собственно манометра. В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые (термометр ТПГ, термометр ТДГ и др.), парожидкостные (термометр ТПП) и жидкостные (термометр ТПЖ, термометр ТДЖ и др.). Область измерения температур манометрическими термометрами колеблется в диапазоне от -60 до +600°С [8].

2.1.3 Резистивные датчики

Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. В металлических термометрах сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно. В полупроводниковых термометрах сопротивления оно наоборот, уменьшается. Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной или платиновой проволоки, помещенной в электроизоляционный корпус . Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров диапазон от -50 до +180 С, для платиновых диапазон от -200 до +750 С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления [8].

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления. Это объясняется тем, что градуированные характеристики термисторов значительно отличаются друг от друга, что затрудняет их взаимозаменяемость. Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом - электрическим сопротивлением, для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный сигнал. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока  [8].

2.1.4 Термоэлектрические датчики

Принцип действия термоэлектрических термометров основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу при нагревании места их соединения - спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство - термопарой. Величина термоэлектродвижущей силы термопары зависит от материала термоэлектродов и разности температур горячего спая и холодных спаев. Поэтому при измерении температуры горячего спая температуру холодных спаев стабилизируют или вводят поправку на ее изменение.

В промышленных условиях стабилизация температуры холодных спаев термопары затруднительна, поэтому обычно пользуются вторым способом - автоматически вводят поправку на температуру холодных спаев. Для этого применяют неуравновешенный мост, включаемый последовательно с термопарой. В одно плечо такого моста включен медный резистор, расположенный около холодных спаев. При изменении температуры холодных спаев термопары изменяется сопротивление резистора и выходное напряжение неуравновешенного моста. Мост подбирают таким образом, чтобы изменение напряжения было равно по величине и противоположно по знаку, изменению термоэлектродвижущей силы термопары вследствие колебаний температуры холодных спаев. Термопары являются первичными преобразователями температуры в термоэлектродвижущую силу - сигнал, удобный для дистанционной передачи. Поэтому в измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен измерительный прибор для измерения термоэлектродвижущей силы термопары. Обычно применяют автоматические потенциометры. Если термоэлектродвижущую силу термопары преобразуют в унифицированный сигнал промежуточным преобразователем, то компенсация температуры холодных спаев производится неуравновешенным мостом, который входит в состав преобразователя. Медный резистор размещают в потенциометре или промежуточном преобразователе. Следовательно, там же должны находиться и холодные спаи термопары. В этом случае длина термопары должна быть равна расстоянию от места измерения температуры до места установки прибора. Такое условие практически невыполнимо, так как термоэлектроды термопар (жесткая проволока) неудобны для монтажа. Поэтому для соединения термопары с прибором применяют специальные соединительные провода, подобные по термоэлектрическим свойствам термоэлектродам термопар. Такие провода называются компенсационными. С их помощью холодные спаи термопары переносятся к измерительному прибору или преобразователю. В промышленности применяют различные термопары, термоэлектроды которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов хрома и никеля (хромель), меди и никеля (копель), алюминия и никеля (алюмель), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения (вольфрамрений). Материалы термоэлектродов определяют предельное значение измеряемой температуры. Наиболее распространенные термоэлектродные пары образуют стандартные термопары: хромель-копель (предельная температура 600°С), хромель-алюмель (предельная температура 1000°С), платинородий-платина (предельная температура 1600°С) и вольфрамрений с 5% рения- вольфрамрений с 20% рения (предельная температура 2200°С). Промышленные термопары отличаются высокой стабильностью характеристик, что позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов измерительной цепи. Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в защитных чехлах, на которых указан тип термопары  [8].

2.1.5 Электроконтактные термометры

Электроконтактные термометры предназначены для сигнализации о заданной температуре и для включения или выключения соответствующего оборудования при достижении этой температуры. Электроконтактные термометры могут работать в системах для поддержания постоянной (заданной) температуры от -35 до +300°С в различных промышленных, лабораторных, энергетических и других установках. Изготавливаются данные приборы по техническим условиям предприятия. В общем случае электроконтактные термометры конструктивно подразделяются на 2 вида: термометры с переменной (устанавливаемой) температурой контактирования, термометры с постоянной (заданной) температурой контактирования (так называемые термоконтакторы). Электроконтактные термометры типа ТПК с переменным контактом изготавливаются с вложенной шкалой. Шкальная пластина из стекла молочного цвета с нанесенными на нее делениями шкалы и оцифровкой позволяет проводить визуальный контроль температурных режимов в установках. Термоконтакторы изготавливаются из массивной капиллярной трубки, имеют один или два рабочих контакта, т.е. одну или две фиксированные температуры контактирования. Применяются при погружении в измеряемую среду до соединительного (нижнего) контакта.
Термометры имеют магнитное устройство, с помощью которого рабочая точка контактирования изменяется в диа¬пазоне всего интервала температур.

Электроконтактные термометры и термоконтакторы работают в цепях постоянного и переменного тока в безыскровом режиме. Допускаемая электрическая нагрузка на контактах этих приборов не более 1 Вт при напряжении до 220 В и силе тока 0,04 А. Для включения в электроцепь термоконтакторы снабжены припаянными гибкими проводниками. Термометры подключаются к цепи с помощью контактов под съемной крышкой [8].

2.1.6 Цифровые термометры

Цифровые, как и любые другие термометры, - это приборы, предназначенные для измерения температуры. Достоинством цифровых термометров является то, что они обладают малыми размерами, широким диапазоном измеряемой температуры в зависимости от используемых внешних датчиков температуры. Внешние датчики температуры могут быть как термопары различных типов, так и термометры сопротивления, иметь различные формы и области применения. Например, имеются внешние датчики температуры для газообразных, жидких и твёрдых тел. Термометры цифровые представляют собой высокоточные, высокоскоростные приборы. В основе цифрового термометра лежит аналого-цифровой преобразователь, работающий по принципу модуляции. Параметры термометра в смысле погрешности измерений всецело определяются датчиками. Цифровые термометры могут применяться в бытовых целях и для контроля технологических процессов в строительстве, в том числе дорожном, а также в строительной индустрии, сельском хозяйстве, деревообрабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Цифровые термометры обладают памятью измерений и могут обеспечивать несколько режимов наблюдения [8].

2.1.7 Конденсационные термометры

Конденсационные термометры реализуют зависимость упругости насыщенных паров низкокипящей жидкости от температуры. Поскольку эти зависимости для используемых жидкостей (хлористый метил, этиловый эфир, хлористый этил, ацетон и др.) нелинейные, следовательно, и шкалы термометров неравномерны. Однако эти приборы обладают более высокой чувствительностью, чем, например, газовые жидкостные. В конденсационных термометрах измеряют давление насыщенного пара над поверхностью жидкости, неполно заполняющей термосистему, т.к. изменение давления происходит непропорционально - приборы имеют неравномерные шкалы. Пределы измерений от -25 до 300 С [8].

2.1.8 Газовые термометры

В основу принципа действия газового термометра положена зависимость между температурой и давлением термометрического (рабочего) вещества, лишенного возможности свободно расширяться при нагревании. Газовые манометрические термометры основаны на зависимости температуры и давления газа, заключенного в герметически замкнутой термосистеме. В газовых термометрах (обычно постоянного объема) изменение температуры прямо пропорционально давлению в диапазоне измеряемых температур от - 120 до 600 °С. На измерении температуры газовыми термометрами построены современные температурные шкалы. Процесс измерения заключается в приведении баллона с газом в состояние теплового равновесия с теплом, температуру которого измеряют, и в восстановлении первоначального объема газа. Газовый термометр высокой точности - довольно сложное устройство. Необходимо учитывать не идеальность газа, тепловое расширение баллона и соединительной трубки, изменение состава газа внутри баллона (сорбцию и диффузию газов), изменение температуры вдоль соединительной трубки.
Достоинства: шкала прибора практически равномерна. Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона
[8].

2.1.9 Спиртовые термометры

Термометр спиртовой относится к термометрам расширения и является подвидом жидкостного термометра. Принцип действия термометра спиртового основан на изменении объема жидкостей и твердых тел при измерении температуры. Таким образом, в данном термометре используется способность жидкости, заключенной в стеклянную колбочку, к расширению и сжатию. Обычно стеклянная капиллярная трубочка заканчивается шаровидным расширением, которое служит резервуаром для жидкости. Чувствительность такого термометра находится в обратной зависимости от площади поперечного сечения капилляра и в прямой - от объема резервуара и от разности коэффициентов расширения данной жидкости и стекла. Поэтому чувствительные термометры имеют большие резервуары и тонкие трубки, а используемые в них жидкости с увеличением температуры расширяются значительно быстрее, чем стекло. Этиловый спирт применяют в термометрах, предназначенных для измерения низких температур. Точность проверенного стандартного стеклянного спиртового термометра ± 0,05° С. Главная причина погрешности связана с постепенными необратимыми изменениями упругих свойств стекла. Они приводят к уменьшению объема стекла и повышению точки отсчета. Кроме того, ошибки могут возникать в результате неправильного считывания показаний или из-за размещения термометра в месте, где температура не соответствует истинной температуре воздуха.

Дополнительные ошибки могут возникать из-за сил сцепления между спиртом и стеклянными стенками трубки, поэтому при быстром понижении температуры часть жидкости удерживается на стенках. Кроме того, спирт на свету уменьшает свой объем.

2.1.10 Кварцевые термометры 

Кварцевые термометры основаны на температурной зависимости резонансной частоты пьезокварца. Датчик кварцевого термометра представляет собой кристаллический резонатор, выполненный в виде тонкого диска или линзы, помещенный в герметизирующий кожух, заполненный для лучшей теплопроводности гелием при давлении около 0,1 мм РТ. Ст. (диаметр кожуха составляет 7-10 мм). В центральной части линзы или диска нанесены золотые электроды возбуждения, а держатели (выводы)располагаются на периферии.

Точность и воспроизводимость показаний определяются главным образом изменением частоты и добротностью резонатора, понижающейся при эксплуатации вследствие развития микротрещин от периодического нагрева и охлаждения. Измеряемая схема кварцевого термометра состоит из датчика, включенного в цепь положительной обратной связи усилителя, и частотомера. Существенным недостатком кварцевых термометров является их инерционность, составляющая несколько секунд, и нестабильность работы при температурах выше 100оС из-за возрастающей невоспроизводимости.

Таким образом, из перечисленных способов измерения температуры можно выделить термометры сопротивления и прецизионные датчики температуры. Вторые обладают малыми габаритами, однако точность измерения (±0,5оС) не удовлетворяет медицинским требованиям, поэтому следует использовать термометр сопротивления. С изменением температуры сопротивление меняется линейно, что сокращает количество дополнительных элементов для построения схемы [8].

2.2 Особенности измерения температуры тела человека

Температура тела — комплексный показатель теплового состояния организма животных и человека. Известны физиологические колебания температуры тела в течение суток — суточные ритмы: разница между ранне-утренней и вечерней температурой тела у человека достигает 0,5-1,0 °С. Температурные различия между внутренними органами достигают нескольких десятых градуса. Разница между температурой внутренних органов, мышц и кожи может составлять до 5-10 °С, что затрудняет определение средней температуры тела, необходимой для определения термического состояния организма в целом.

Обычно измерение температуры тела проводится 2 раза в день (в 7-9 часов утра и в 17-19 часов вечера). Как правило, систематическое измерение температуры тела 2 раза в день даёт возможность получить представление об её суточных колебаниях, поэтому измерять температуру через более короткие промежутки (6-4-2 часа) нет необходимости.

Температура тела может повышаться по разным причинам. Например, микробы при попадании в организм выделяют токсины (яды), являющиеся белковыми веществами, чужеродный белок вызывает реакцию в организме, влияющую на выработку специфических веществ, которые действуют на температурный центр мозга, что, в свою очередь, изменяет температуру в сторону её повышения. Психосоматический скачек температуры тела является весьма распространённым явлением. Человек утверждён себя, что температура тела растет, и через какое-то время температура тела действительно завышается. Известны и случаи обратного эффекта. Внушение может быть как самостоятельным, так и со стороны. А так же температура способна подниматься в результате стресса, страха, ночных кошмаров, перегрузки мозговой деятельности.

Температуру тела можно измерять разными способами: в подмышечной впадине, в паховой складке, в ротовой полости, в ушном канале, в прямой кишке, во влагалище.

Результаты могут различаться: температура в ротовой полости обычно на 0,5 градуса ниже ректальной (измеренной в прямой кишке) и на 0,5 градуса выше температуры тела, измеренной под мышкой. Температура тела в ушном канале, равна или несколько выше ректальной. Температура тела, измеренная в паховой складке, близка температуре в полости рта.

Подмышечная ямка чаще всего используется для измерения температуры тела, так как это практически удобно. Но при этом следует знать, что измерение температуры тела в подмышечной ямке является ненадёжным, потому что при нём получаются наименее точные результаты, чем при измерении в других полостях.

Более того, температура может быть неодинаковой в левой и правой подмышечных впадинах (чаше слева на 0,1-0,30 С выше). Если при сравнительном измерении температуры разница больше 0,50 С, то это указывает на воспалительный процесс на той стороне, где наблюдаются более высокие цифры, или же на неточность измерения.

Перед установкой термометра в подмышечную впадину, необходимо протереть кожу салфеткой (особенно у потливых). Этим предупреждается охлаждение градусника во время измерения температуры вследствие испарения пота.

Устанавливать термометр надо так, чтобы весь температурный датчик со всех сторон соприкасался с телом в самой глубокой точке подмышечной впадине, никуда не смещаясь на протяжении всего времени измерения температуры тела.

Необходимо следить затем, чтобы воздух не попадал в подмышечную ямку, а термометр плотно прилегал к коже. Для этого надо прижать плечо и локоть к телу, чтобы подмышечная ямка была закрыта. При измерении температуры тела у маленьких детей и больных, находящихся в бессознательном состоянии необходимо дополнительно придерживать руку, пока не завершится измерение.

Время измерения температуры тела в подмышечной впадине: 1-2 минуты (при использовании ртутного термометра — не менее 10 минут).

Нормальная температура тела при измерении в подмышечной ямке: 36,3-36,90 С [9].


3 ОБЗОР ПРИБОРОВ АНАЛОГОВ  ДИСТАНЦИОННОГО И СТАЦИОНАРНОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПУЛЬСА ПАЦИЕНТА

Пульсометр цифровой NISSEI HR-40, внешний вид устройства приведен на рисунке 3, а основные технические характеристики, цена и гарантия в таблице 3.1.

Рисунок 3.1 — Пульсометр Nissei HR-40

Таблица 3.1 — Технические характеристики пульсометра Nissei HR-40

Метод измерения

Фотоэлектрический

Место наложения датчика

Кисть руки

Питание

3 В (литиевый элемент CR2032)

Вес,г

33

Габариты, мм

65 x 45 x 12

Фирма-изготовитель

Nihon Seimitsu Sokki Co., Ltd.

Страна производства

Япония

Гарантия

3 года

Цена

550 грн


Внешний вид пульсометра  
Beurer  PM15 изображен на рисунке 3.2, а в таблице 3.2 приведены его основные технические характеристики, цена и гарантия.

Рисунок 3.2 — Пульсометр PM15

Таблица 3.2 — Технические характеристики пульсометра PM15

Метод измерения

Фотоэлектрический

Место наложения датчика

Палец руки

Питание

3 В

Вес,г

28

Габариты, мм

40 x 35 x 10

Фирма-изготовитель

Beurer

Страна производства

Германия

Гарантия

1 год

Цена

250 грн


Цифровой градусник
Beurer FT-15. Внешний вид устройства приведен на рисунке 3.3. В таблице 3.3 находятся основные его технические характеристики, цена и гарантия.

Рисунок 3.3 — Цифровой градусник Beurer FT-15

Таблица 3.3 — Технические характеристики цифрового градусника Beurer FT-15

Длительность измерения

10 сек

Точность измерения +/-

0.1 0С

Питание

3 В

Особенности

Акустический сигнал в конце изме-рения температуры. Предупреждаю-щий сигнал при повышенной те-мпературе

Производство

Германия

Гарантия

1 год

Цена

100 грн


Внешний вид цифрового градусника
Microlife MT-3001 приведён на рисунке 3.4, а в таблице 3.4 находятся основные технические характеристики устройства, цена и гарантия.

Рисунок 3.4 — Цифровой градусник Microlife MT-3001

Таблица 3.4 — Технические характеристики цифрового градусника Microlife MT-3001

Длительность измерения

20 сек

Точность измерения +/-

0.1 0С

Питание

3 В

Особенности

Предупреждающий сигнал при повышенной температуре. Водонепроницаемый корпус.

Производство

Швейцария

Гарантия

2 год

Цена

180 грн

Электронный термометр Sanitas SFT41. Внешний вид устройства изображен на рисунке 3.5, а его основные технические характеристики, цена и гарантия находятся в таблице 3.5.

Рисунок 3.5  — Электронный термометр Sanitas SFT41

Таблица 3.5 — Техниечскиее харацктеристики эектронного термометра Sanitas SFT41

Длительность измерения

10 сек

Точность измерения +/-

0.3 0С

Питание

3 В

Особенности

Предупреждающий сигнал при по-вышенной температуре. Инфракрасный способ измерения. Часы и календарь. Переключение между °C и °F

Производство

Германия

Гарантия

1 год

Цена

400 грн


4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИБОРА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЧЕЛОВЕКА

4.1 Техническое задание

Разработать прибор для дистанционного мониторинга за основными физиологическими параметрами человека, такими как пульс и температура. Полученные результаты передаются по радиоканалу с измерителя на другое устройство, которое выводит результаты на ЖК индикатор.

Основные технические показатели прибора представлены в таблице 4.1.

Напряжение габариты время работы диапазон радиоволн диапазон измерения температуры пульса и точности

Таблица 4.1  — Основные технические характеристики прибора

Параметр

Требуемая величина

Габариты, мм (ДхШхГ)

40х35х6 (измеритель), 60х40х20 (приёмник)

Время работы, дней

200

Частота передач, МГц

433

Диапазон  измерения:

30 – 199  уд/с – пульса

35 – 45  ºС - температуры

Точность измерений

±0,1 ºС

4.2 Проектирование функциональной схемы прибора

Разрабатываемая система состоит из двух устройств: измерителя, который обеспечивает измерение частоты пульса и температуры и приёмника, который получает данные от измерителя и выводит их на дисплей. Функциональные схемы данных устройств, представлены на рисунке 4.1 и рисунке 4.2.

Функционально схема измерителя состоит из: инфракрасного датчика, находящегося над артерией на поверхности руки, который регистрирует сердечные сокращения; усилителя, который усиливает сигнал с датчика; и фильтра. Усиленный сигнал поступает на неинвертирующий вход аналогового компаратора МК. Схема измерения температуры основывается на использовании термосопротивления и усилителя, сигнал со схемы поступает на вход АЦП микроконтроллера. Измеренные данные посредством интерфейса SPI передаются через радиомодуль на устройство-индикатор.

На микроконтроллер устройства-индикатора по интерфейсу SPI с радиомодуля поступают измеренные данные и устройство выводит их на ЖК индикатор и динамик. С помощью управляющих кнопок происходит установка связи между двумя устройствами.

В обоих устройствах блок питания представляет собой 2 батарейки дискового типа по 3 вольта и стабилизатор напряжения.

Рисунок 4.1  — Функциональная схема измерителя

Рисунок 4.2  — Функциональная схема приёмника

4.3 Проектирование принципиальной схемы прибора

По разработанной функциональной схеме устройства, спроектирована схема электрическая принципиальная (приложение А).

4.3.1 Микропроцессорный блок монитора параметров температуры и пульса.

В современных малогабаритных цифровых приборах обычно в качестве устройства управления используют микроконтроллер. При этом стараются подобрать модель таким образом, чтобы его периферийные устройства использовались  в максимальной степени и наиболее полно замещали функциональные узлы, предусмотренные в разработанной структуре устройства. Немалую роль в выборе той или иной модели микроконтроллера играют такие характеристики, как быстродействие, энергопотребление, объем встроенной памяти программ и данных, его цена. Кроме того, немалое значение следует уделить наличию или доступности инструментальных средств, таких как трансляторы, отладчики, программаторы. Для решения поставленной задачи хорошим выбором являются микроконтроллеры ATtiny 2313 – для схемы индикации (контроллер А) и ATtiny 24 – для схемы измерителя (контроллер Б). Данные микроконтроллеры обладают всей необходимой периферией для реализации поставленной задачи и имеют малые весогабаритные показатели.

Микроконтроллеры семейства AVR, базируется на Гарвардской архитектуре, подразумевающей хранение программы и данных в раздельных адресных пространствах.

А) описание контроллера А –ATtiny 2313

flash-память программ емкостью 2 кбайт;

— ОЗУ данных емкостью 128 байт;

EEPROM-память данных емкостью 128 байт;

— один 16-битный и один 8-битный таймер-счетчик со схемами захвата и сравнения;

—последовательный синхронный асинхронный порт USART;

— последовательный интерфейс USI;

— аналоговый компаратор;

—программируемый сторожевой таймер;

— встроенная система сброса при включении питания  [13].

Расположение выводов микроконтроллера показано на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3   —Расположение выводов ATtiny 2313

Б) описание контроллера Б – ATtiny 24

flash-память программ емкостью 2 кБайт;

— ОЗУ данных емкостью 128 байт;

EEPROM-память данных емкостью 128 байт;

— один 16-битный и один 8-битный таймер-счетчик со схемами захвата и сравнения;

— 8-канальный 10-битный АЦП последовательного приближения;

— Универсальный последовательный интерфейс USI;

— аналоговый компаратор;

— программируемый сторожевой таймер;

— встроенная система сброса при включении питания  [14].

Расположение выводов микроконтроллера показано на рисунке 4.4 .

Рисунок 4.4  — Расположение выводов ATtiny 24

Для хранения программ используется flash-память, организованная как 1024 шестнадцатиразрядных слов и занимающая адресное пространство в диапазоне 0-$3FF. Младшие адреса в диапазоне от 0 до $10 используются как вектора прерывания. При включении питания управление передается на ячейку памяти с адресом 0 .

Память данных, в отличие от памяти программ, имеет разрядность 8 бит и делится на несколько областей. Адреса в диапазоне от 0 до $1F занимает регистровый файл, состоящий из 32-х рабочих регистров. В область памяти с адресами от $20 до $5F отображаются регистры, обслуживающие все периферийные устройства микроконтроллера. Адреса в диапазоне $60 – $DF используются для хранения данных. Здесь же располагается  и программный стек. Схематическое изображение распределения памяти данных приведено на  рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 — Распределение памяти данных

Аналого-цифровой преобразователь

Микроконтроллер ATtiny 24  содержит в своем составе 10- разрядный 8-канальный аналого-цифровой преобразователь. АЦП имеет встроенное устройство выборки-хранения (УВХ). Время преобразования АЦП программируется и должно находиться в пределах   65 – 260 μs.

АЦП может функционировать в двух различных режимах – однократного измерения и непрерывного измерения. В режиме однократного измерения на весь цикл преобразования тратится 14 внутренних тактов АЦП, для непрерывного преобразования требуется 13 тактов.  В режиме однократного измерения каждое преобразование должно инициироваться пользователем. В непрерывном режиме АЦП постоянно измеряет входное напряжение и автоматически заменяет выходной результирующий код.

Выходной код АЦП сохраняется в регистре результата ADC. Так как разрядность АЦП составляет 10 бит, доступ к регистру результата осуществляется через регистровую пару – ADCL – младший байт, и ADCH – старший байт. Эти регистры доступны только для чтения. Вычитывать эти регистры необходимо в порядке, принятом для всех регистровых пар: сначала читается младший байт, потом старший.

АЦП содержит 8-ми канальный аналоговый мультиплексор, входы которого совмещены с портом А. с помощью регистра ADMUX (ADC Multiplexer), содержащего три младших значащих бита,  производится выбор входного канала. Код, записываемый в регистр ADMUX, соответствует индексу выбранной линии порта  А – РА0..РА7.

Регистр ADCSRA (ADC Control and Status Register A) содержит управляющие биты, и биты индицирующие состояние АЦП.  

    Если АЦП находится в режиме непрерывного преобразования, следующее преобразование начинается сразу же после установки флага ADIF. Преобразование начинается с подключения канала, номер которого находится в регистре ADMUX, на вход УВХ и выборки мгновенного значения входного напряжения. Таки образом, в ответ на установку флага требования прерывания пользователь может изменить содержимое регистра ADMUX. При этом канала с выбранным номером будет обслужен в следующем цикле преобразования.

Для улучшения точности измерения входного напряжении в АЦП предусмотрен специальный метод измерения в малошумящем режиме, при котором производится одновременный запуск измерения и перевод микроконтроллера в режим ADC Noise Reduction. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий.

  1.  Убедиться, что АЦП включен и не занят текущим циклом преобразования, то есть  ADEN = 1, ADSC = 0.
  2.  Выбрать режим однократного преобразования и разрешить прерывания, то есть ADFR = 0, ADIE = 1.
  3.  Войти в режим ADC Noise Reduction пониженного потребления, что вызовет автоматический старт АЦП.

Прерывание, генерируемое по завершению преобразования, выведет процессор из режима ADC Noise Reduction[15].

Универсальный последовательный интерфейс (Universal Serial Interface-USI):

Универсальный последовательный интерфейс необходим для реализации аппаратного последовательного соединения, при минимальном программном обеспечении. Данный интерфейс позволяет реализовать высокоскоростной    синхронный обмен данными. Для меньшей загрузки процессора предусмотрены прерывания по старту передачи данных и при заполнении регистра – приёмника. Упрощенная блок-схема USI представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 — функциональная схема USI

Регистр данных USI Data Register содержит данные для отправки и принятые данные. Прочитать данные из регистра данных необходимо как можно быстрее, иначе существует риск «потерять» данные.

Универсальный последовательный интерфейс имеет режим «трёх проводов», который подобен SPI (Serial Peripheral interface), но в нём отсутствует возможность выбора ведомого (Slave SelectSS), однако данная функция при необходимости реализуется программно. Режим трёхпроводной передачи изображён на функциональной схеме на риснуке 4.7:

Рисунок 4.7 — функциональная схема подключения через USI

Рисунок 4.7 показывает работу USI в режиме «трёх проводов», в котором одно устройство Master другое Slave. Выход DO (Data Output) одного устройства необходимо соединить с DI (Data Input) другого устройства и на оборот DI с DO, контакты USCK соединяются между собой. Тактовый сигнал генерирует Master [16].

 

Внешние прерывания.

Внешнее прерывание осуществляется с помощью внешнего вывода INT0 или других выводов PCINT11:0. Определение режимов работы и обслуживание внешних прерываний обеспечиваются с помощью трёх регистров GIMSK, GIFR и MCUCR. Эти регистры доступны как для чтения, так и для записи.

В регистре GIMSK (Global Interrupt Mask), устанавливаются биты для разрешения внешних прерываний, а в регистре MCUCR (MicroController Unit Control Register) устанавливаются биты,  определяющие характер события, вызывающего внешнее прерывание, а именно ISC0,1. Комбинации состояния этих битов определяют следующие режимы внешнего прерывания INT0, приведены в таблице 4.2 [15].

Таблица 4.2 — Режимы внешнего прерывания

ISC01

ISC00

Режим прерывания

0

0

Запрос прерывания генерируется низким уровнем на INT0

0

1

Запрос прерывания генерируется любым изменением логического уровня

1

0

Запрос прерывания генерируется спадающим фронтом

1

1

Запрос прерывания генерируется нарастающим фронтом

 Режимы пониженного потребления энергии.

Данный режим работы необходим для уменьшения потребления энергии и обеспечивается путём отключения неиспользуемых модулей МК, таким образом, происходит сохранение энергии. МК семейства AVR обеспечивает несколько различных режимов сна,  которые позволяют пользователю уменьшить потребление энергии МК. В таблице 4.3 приведены возможные режимы «сна» для МК семейства AVR и источники «пробуждения».

Таблица 4.3 —  Режимы пониженного потребления

Режимы

Главное тактирование

Источники вывода из режима «сна»

INT0

SPM/EEPROM

ADC

Other I/O

WDT

Idle

X

X

X

X

X

X

ADC Noise Reduction

X

X

X

X

X

Power-down

X

X

Stand-by

X

X

Режим ADC Noise Reduction необходим для того, что бы избежать шумов во время преобразования АЦП. После старта преобразования, МК переходит режим ADC Noise Reduction, по окончанию преобразования МК автоматически выйдет из режима пониженного потребления.

В активном режиме (при тактовой частоте 1 МГц и напряжении 1,8 В) потребляется ток равный 300 мкА, а в режиме Power-down – 0,1 мкА. Таким образом, при использовании режима пониженного потребления энергии, потребление уменьшается примерно в 3000 раз [15].

 

4.3.2 Контактный датчик температуры

В основе схемы регистрации пульса лежит использования термометра сопротивления, чьё сопротивление изменяется линейно с изменением температуры. На рисунке 4.8 приведена зависимость сопротивления от температуры.

Рисунок 4.8 — Зависимость сопротивления от температуры

На рисунке 4.9 приведена схема измерения температуры тела.

Рисунок 4.9  — Схема измерения температуры тела

Схема состоит из двух основных частей: источника тока, который задаёт ток на терморезисторе и усилителя, который усиливает падение напряжение на терморезисторе. На выходе усилителя собран пассивный фильтр для фильтрации входного напряжения АЦП.

Источник тока:

На рисунке 4.10 приведена схема источника тока с заземлённой нагрузкой [18].

Рисунок 4.10 — Схема источника тока с заземлённой нагрузкой

Резисторы R3 и R8 представляют собой резистивный делитель. Напряжение в точке А определяется:

 В.

 В схеме обратная связь создает на резисторе R4 падение напряжения, равное Uп - UА, которое в свою очередь задаёт ток на нагрузке  равный:

 ;

 мА.

Усилитель представляет собой неинвертирующий усилитель на ОУ. Коэффициент усиления схемы  равен:

;

Ку = 3.

Таким образом напряжение на АЦП МК будет равно :

Iн · Rt · Ky = Uadc.

где Rt определяется по рисунку 4.8.

По рисунку 4.8 видно, что зависимость сопротивления от температуры линейно, а значит, уравнение прямой для такого графика будет равно:

Rt= k · T + b.

В результате, приравняв обе половины уравнения, получим формулу для определения температуры

.

Для упрощения вычисления значения температуры,  будет использоваться табличный метод перевода измеренного напряжения в значение температуры.

Работа схемы была промоделирована в пакете Work Bench и результат работы схемы приведён на рисунке 4.11. Симуляция работы схемы была произведена при минимальной температуре – 35оС, что соответствует сопротивлению 1,1 кОм.

Рисунок 4.11 — Результаты работы схемы измерения температуры

Для температуры 36,6 сопротивление будет равно 1052 Ом. Таким образом, зная ток (1мА), сопротивление (1052) и коэффициент усиления (3) получим напряжение на АЦП = 3,15 В. Подставив значения в формулу (5) получим:

.

Калибровка прибора:

Терморезистор, как и любой другой радиоэлемент, обладает погрешностью,  для компенсации погрешности предусмотрена калибровка на этапе производства прибора. Калибровка заключается в следующем: термометр помещается в среду со строго фиксированной температурой, для этой температуры соответствует расчетное напряжение на входе АЦП. Термометр произведёт измерение и полученное значение вычтет из расчётного, в результате получится поправочный коэффициент для измерения АЦП, который будет учитываться при каждом измерении.

4.3.3 Оптический датчик пульса

Ключевым элементом схемы регистрации пульса  является отражательный датчик фирмы HoneyWell HLC-1395-002. Данный датчик представляет собой инфракрасный светодиод и инфракрасный фототранзистор в одном корпусе, в котором катод светодиода и эмиттер фототранзистора объединены в общий провод. Для того, что бы избежать нежелательного света от светодиода, фототранзистор разделён от него светонепроницаемой перегородкой. Схема данного датчика представлена на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 — схема датчика HLC 1395-002

В качестве усилителя в данной схеме выступает операционный усилитель LM358D. В одном корпусе такой микросхемы находятся два усилителя, разработанные таким образом, чтобы работать от одного источника питания в широких диапазонах напряжений.

Принципиальная схема блока регистрации пульса приведена на рисунке 4.13

Рисунок 4.13 — Принципиальная схема регистрации пульса

Условно схему можно разделить на 3 части: оптический датчик, усилитель на ОУ и компаратор.

Ток светодиода задается резистором R9 и равен 10 мА.

;

Ом.

Коллектор фототранзистора через резистор подтянут к плюсу питания. Номинал резистора подобран экспериментально, чтобы потенциал коллектора был в середине напряжения питания.  

  На C10, R11, R16 и С11, R12, R15 собраны пассивные ВЧ фильтры для отсечки постоянной составляющей. Частота среза фильтров ~ 0,2 Гц

 На LM358 собран активный фильтр низких частот с неинвертирующим включением операционного усилителя. На рисунке___ приведена схема ФНЧ. Основными характеристиками фильтров являются: полоса пропускания, полоса подавления, крутизна в области подавления, а также амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазо-частотные характеристики (ФЧХ) [19].

Рисунок 4.14 — ФНЧ с неинвертирующим включением ОУ

В этой схеме входной сигнал подается  на неинвертирующий вход ОУ. Напряжение отрицательной обратной связи формируется резистивным делителем R12 и R9 с выхода ОУ. Коэффициент усиления схемы по напряжению  равен :

.

Коэффициент усиления схемы:

;

.

Чтобы получить выражение для АЧХ без  комплексного представления необходимо взять модуль k. Преобразуем выражение в виде действительной и мнимой части путем домножения числителя и знаменателя на сопряженное знаменателю выражение и получим:

;

.

Частота среза данного фильтра определяется по формуле:

Гц.

Амплитудно-частотные характеристики фильтров принято строить в полулогарифмическом масштабе.  Частота в логарифмическом, а  коэффициент передачи в линейном. Причем, коэффициент передачи часто пересчитывают в децибелы по формуле:

KдБ = 20 * log (Uвых / Uвх ).

Полоса пропускания фильтра может быть определена частотным диапазоном, в котором  коэффициент передачи уменьшается на 3дБ. Эта частота называется частотой среза. Частотная область, в которой коэффициент передачи уменьшается больше, чем на 3дБ будет полосой подавления. Крутизна в области подавления определяется порядком фильтра и для однозвенных фильтров  составляет – 6дБ на октаву, то есть при измерении частоты в два раза.

Работа данной схемы была промоделирована в среде Mathcad, в результате получил график АЧХ, изображенный на рисунке 4.15. Синей линией обозначена частота среза равная 25 Гц, на этой частоте коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ.

  Для моделирования работы схемы измерения пульса, была собрана схема в пакете Proteus, вместо пульсовой волны на вход схемы (в точке А, на рисунке 4.13) подключил генератор синусоидальных сигналов с частотой 1 Гц и напряжением 30 мВ (рисунок 4.16). В результате на выходе схемы, в точке В, получаем меандр, измерив количество прямоугольных импульсов, получим частоту сердечных сокращений (рисунок 4.17).

Рисунок 4.15 — амплитудно-частотная характеристика ФНЧ на ОУ

Рисунок 4.16 — Входной сигнал в точке А

Рисунок 4.17 — Выходной сигнал схемы, точка В

4.3.4 Стабилизатор напряжения

В качестве стабилизатора напряжения выбрана микросхема LT-1086-3.6, которая обеспечивает стабилизацию напряжения равную 3.6 вольтам при входном напряжении от 4.5 вольт до 18 вольт. Погрешность на выходе составляет ± 0.037В.

Схема включения стабилизатора представлена на рисунке4.18.

Рисунок 4.18 — схема стабилизатора напряжения на 3.6 В

4.3.5 Блок приемопередатчика

TRC102 - многоканальный, малопотребляющий радиочастотный приёмопередатчик, интегрированный в одну микросхему. Он подходит для приложений беспроводной связи с двусторонним обменом в не лицензируемой полосе частот 400...1000 МГц. Все необходимые радиочастотные функции интегрированы в микросхему, благодаря чему минимизировано число внешних компонентов (кварц на 10 МГц и микроконтроллер). Кроме того, TRC102 поддерживает различные режимы "сна", позволяющие уменьшить общее потребление и тем самым продлить время жизни батареи.

Характеристики устройства:

 Диапазон частот: 400 - 1000 МГц;

 Чувствительность: -112 дБ/м;

 Скорость передачи данных: до 256 Кбит/с;

 Потребление тока в режиме приёма: ~11 мА;

 Диапазон рабочего напряжения: 2.2 - 3.8 В;

 Ток в режиме ожидания: 0.3 мкА;

 Возможность программно задавать значение синхробайта;

 Встроенные схемы ФАПЧ (PLL), ПЧ (IF), немодулированной передачи (Baseband);

 Автоподстройка частоты (подстройка частот приёма/передачи);

—Возможность выбора аналогового/цифрового фильтра немодулированной передачи;

 Программируемая выходная мощность;

 Программируемое усиление входного малошумящего усилителя (LNA);

 Встроенное распознавание достоверности данных;

 FIFO-буфер для приёма/передачи;

 Стандартный интерфейс SPI;

 Линии ввода/вывода, совместимые с ТТЛ/КМОП;

 Программируемый выход тактовой частоты, для тактирования ведущего процессора.

 Автоматическая подстройка антенного контура;

 Возможность применять обычный кварцевый резонатор на 10 МГц;

 Встроенный программируемый детектор обнаружения разрядки батареи;

 Программируемый таймер пробуждения с возможностью настройки;

—Возможность выбора аналоговой/цифровой индикации уровня принимаемого сигнала (RSSI);

 Встроенный кварцевый генератор;

 Вывод прерывания внешнего процессора;

 Программируемая скорость передачи данных;

 Встроенное восстановление тактовой синхронизации и данных;

 Режим "сна" для энергосбережения, пробуждение по внешним событиям;

Данный радиомодуль используют для решения множества задач в различных областях человеческой деятельности, а именно: считывание данных с автоматизированных счётчиков, домашняя и промышленная автоматизация, системы безопасности,  удалённое открывание дверей, автомобильный блокиратор, медицинское оборудование, телеметрические системы, беспроводная сеть датчиков, беспроводные модули.

Расположение выводов:

Внешний вид микросхемы представлен на рисунке 4.19

Рисунок 4.19 — Внешний вид TRC 102

Таблица 4.4 - Описание выводов радиомодуля

№ вывода

Назначение

Описание

1

SDI

Вход данных SPI (SPI Data In)

2

SCK

Синхронизация данных SPI (SPI Data Clock)

3

nCS

Вход выбора микросхемы (Chip Select)

4

SDO

Выход данных SPI (SPI Data Output)

Продолжение таблицы 4.4

№ вывода

Назначение

Описание

5

nIRQ

Выход запроса прерывания (Interrupt Request Output)

6

Data/nFSel

Вход данных (Data In)

Выход данных (Data Out) 

Выбор FIFO (FIFO Select)

7

CR/FINT/FCAP

Выход восстановленной тактовой синхронизации (Recovered Clock Output)

Прерывание от FIFO (FIFO INT)

Внешний конденсатор фильтра данных (External Data Filter Capacitor)

8

CLKOUT

Дополнительный выход тактовой частоты для ведущего процессора.

9

Xtal/Ref

Xtal - вывод для подключения кварцевого резонатора с частотой 10 МГц.

Ext Ref - В качестве опорного источника частоты можно подключить внешний генератор.

10

RESET

Вход сброса (Reset Input)

11

GND

Общий минус (System Ground).

12

RF_P

Дифференциальный радиочастотный вывод ввода/вывода (RF Diff I/O)

13

RF_N

Дифференциальный радиочастотный вывод ввода/вывода (RF Diff I/O)

14

VDD

Напряжение питания (Supply Voltage)

15

RSSIA

Выход аналоговой индикации уровня принимаемого сигнала (Analog RSSI Output)

16

nINT/DDET

nINT - внешнее прерывание

Описание функциональных возможностей

TRC102 - это многоканальный приёмопередатчик с частотной модуляцией, предназначенный для использования в полосах частот 433, 868 и 916 МГц. Функциональные возможности:

 синтезатор ФАПЧ;

 усилитель мощности;

 малошумящий усилитель (LNA);

 I/Q-микшеры;

 I/Q-демодуляторы;

 фильтры немодулированной передачи;

 усилители немодулированной передачи;

 индикация уровня принимаемого сигнала;

 детектор разряда батареи;

 режим таймера пробуждения/рабочего цикла;

 обнаружение действительных данных/качества данных

Функциональная схема устройства изображена на рисунке4.20

Рисунок 4.20 — Функциональная схема TRC 102

Типичная схема подключения к радиомодулю антенной нагрузки к выходам Ref, рекомендованная производителем, приведена на рисунке 4.21 [20].

Рисунок 4.21 — типичная схема подключения антенной нагрузки

4.3.6 Блок индикации и блок управления

В качестве индикации используется звуковая (динамик) и визуальная (ЖК-дисплей). Звуковая индикация необходима для сигнализации, когда хотя бы один из физиологических показателей человека превышает норму или становится меньше нормы. Схема включения динамика приведена на рисунке 4.22.

Рисунок 4.22 — схема включения динамика

На ЖК-дисплей  будут выводиться значения физиологических показателей человека, в данном устройстве используется знакосинтезирующий ЖК-дисплей фирмы Winstar, в котором 2 строки по 8 символов в каждой. Описание выводов дисплея приведена в таблице 4.5.  

Таблица 4.5  — описание выводов LCD дисплея

№ п/п

Название вывода

Описание вывода

1

Vss

Земля

2

Vdd

Питание (+3В -  +5В)

3

Vo

Настройка контраста знакоместа

4

RS

Выбор регистра (запись команды «0» или данных «1»)

5

R/

Запись в память или чтение памяти

6

E

Тактирующий сигнал

7- 14

DB0-7

Шина данных

Схема подключения дисплея изображена на рисунке 4.23. На вывод Vo подаётся напряжение через подстроечный резистор  для установки контрастности знакомест, а вывод запись/чтение подключаем к земле, т.к. в память дисплея будет производиться только запись данных. Выводы RS , E подключаются к двум младшим битам МК, которые обеспечивают тактирование и выбор регистра команд или данных. Управление ЖК-дисплеем планируется по четырёхбитной шине данных. Такой режим управления дисплеем обеспечивает «экономию» свободных выводов микроконтроллера. При работе в четырёхбитном режиме используются старшие четыре бита шины данных дисплея [21].

Рисунок 4.23 — Схема подключения LCD дисплея

Дисплей должен отображать информацию о пульсе и температуре, формат выводимой информации изображен на рисунке 4.24.

Рисунок 4.24 — Формат выводимой информации на дисплей,

где ЧСС – частота сердечных сокращений, которая измеряется в ударах в минуту.

Тем – температура тела, в градусах Цельсия.


5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

5.1 Логика работы измерителя - передатчика

Логика работы измерителя  приведена на рисунке 5.1

Рисунок 5.1 — Логика работы измерителя

5.1.1 Установка fuse – битов и lock - битов микроконтроллера

Поскольку мы планируем производить массово данное устройство, необходимо защитить Flash-память микроконтроллера от последующей записи и чтения, для этого необходимо установить lock-биты Lb1 и Lb2.

В нашем схеме тактирование микроконтроллера предусмотрено от внешнего генератора с частотой 1 МГц. Низкая тактовая частота предназначена для экономии энергии батарейки. Время старта после подачи питания  равно 4.1 мс. Сторожевой таймер необходимо отключить. Таким образом fuse-биты для контроллера ATtiny 24 будут равны:

Fuse Low Byte = D0h

Fuse High Byte= DFh

Fuse-биты для контроллера ATtiny 2313 будут равны:

Fuse Low Byte = D0h

Fuse High Byte= DFh

5.1.2 Подпрограмма инициализации

ПП инициализации включает в себя настройку всех ключевых элементов схемы, а также периферии микроконтроллера.  Алгоритм инициализации изброжен на  рисунке 5.2

Настройка портов:

Устанавливаем на вывод PA4 и PA3, устанавливая в регистре DDRA соответствующие биты, а PA5 на ввод.

Настройка АЦП:

В регистре ADMUX  выбираем источник опорного напряжения, и выбираем канал, на котором будет происходить преобразование. В качестве опорного напряжение выбираем напряжение питания (Vcc) и исользуем седьмой канал АЦП. Таким образом в регистр ADMUX необходимо записать значение – 07h (MUX0=1 MUX1=1 MUX2=1). Тактовая частота АЦП должна находится в диапазоне 50-200 кГц, следовательно, используя предделитель (prescaler) разделим тактовую частоту микроконтроллера на 16:

В регистр ADCSRA необходимо записать 04h (ADPS2=1) для получения необходимой тактовой частоты. Таким образом время одного измерения составляет:

Настройка внешнего прерывания INT0:

Данное прерывание необходимо для вывода МК из режима пониженного потребления по прерыванию от радомодуля.

Для этого необходимо в регистр MCUCR записать число 03h (ISC00=1, ISC01=1).

Настройка USI:

Для общения МК с радиомодулем используется интерфейс SPI, но на контроллере ATtiny 24 отсутствует данный интерфейс, но есть USI, который может работать в режиме трёх проводов, подобном SPI. Для этого в регистр USICR записываем значение = 54h (USIOIE=1, USIWM0=1, USICS0=1), тактирование осуществляется от таймера Т0 Настройка таймера Т0:

Таймер Т0 необходим для тактирования USI МК.

Для этого выбираем  предделитель таймера 0 = 1, биты CS00=1, в регистре TCCR0.

Настройка компаратора:

Разрешаем прерывание компаратора по растущему фронту, для этого в регистре ACSR устанавливаем, биты ACIE, ACIS1, ACIS0.

Настройка радиомодуля TRC102:

В регистре конфигурации радиомодуля, разешаем использование FIFO буфера, выбираем диапазон передачи равный 433 МГц, нагрузочная ёмкость  16 пФ, код команды 805Fh.

В регистре автоматической подстройки частоты настраиваем поддержку смещения без ограничений независимо от состояния VDI, устанавливается высокоточный режим, включается регистр смещения частоты, код команды C4C9h.

Регистр настройки передачи используется для конфигурации полярности модуляции, полосы пропускания модуляции, выходной мощности передатчика. Код команды 9870h.

Регистр установки частоты задёт точную настройку передачи или приёма внутри выбранного диапазона. Код команды A1AEh.

В регистре управления приёмником устанавливаем среднее время отклика детектора действительных данных, диапазон частот немодулированной передачи приёмника равный 134 кГц, усиление МШУ приёмника равное 0 дБ, код команды будет равный 9340h.

Регистр фильтра немодулированной передачи настраивает управление фиксацией восстановления тактовой синхронизации , тип фильтра немодулированной передачи, порог детектора обнаружения качества данных. Код команды – C2A3h.

FIFO буфер настраивается на заполнение 15 битами, длина символа синхронизации равна 2 байтам. FIFO буфер начнёт заполняться только после того, как он распознает заданный шаблон синхронизации. Код команды – CAF3h.

Регистр настройки частоты передачи настраивает предделитель равный 1, скорость передачи данных равны 170 кб/с, код команды будет равным С6ACh.

Этот регистр управляет питанием цепи приёмника, цепи передатчика, схему немодулированной передачи, ФАПЧ, усилителем мощности, синтезатором, кварцевым генератором, таймером пробуждения, выходом тактового генератора.

В регистре обнаружения разрядки батареи устанавливается выходной делитель тактовой частоты равный 10. Код команды – С007h.

Регистр настройки ФАПЧ настраивает скорость нарастания сигнала буфера выходной тактовой частоты, время запуска кварцевого резонатора, полосу частот ФАПЧ. Код команды – СС45h.

Настраиваем Т1, предделитель = 0. Разрешаем прерывание от модуля сравнения A, и в регистр сравнения OCR1A записываем значение FB3Bh, что соответствует  1 секунде.

Разрешение глобальных прерываний – в регистре SREG устанавливаем флаг IGlobal Interrupt Enable.

Рисунок 5.2 — Алгоритм ПП инициализации

5.1.3  Установка соединения

При появлении внешнего прерывания на ножке МК PCINT7 от TRC 102, необходимо прочесть данные из регистра приёмника. Для обращения к регистру приёмника применяется команда  B0FFh, после которой  в линию SDO будут выдвигаться принятые данные, которые необходимо сдвинуть логически влево и переслать на приёмник. Однако что бы переслать сдвинутые данные, необходимо сформировать пакет данных, в который входит 2 байта преамбулы (AAAAh или 5555h), затем первый пользовательский синхробайт, и синхробайт D4h, после этого отправляются данные. Приёмник анализирует принятый байт, если он оказался сдвинут влево 1 раз, значит, связь установлена, и приёмник посылает данные, которые измеритель интерпретирует, как начало измерений. Если полученные данные приёмником не соответствуют ожидаемым, то он посылает запрос на соединение ещё раз. На рисунке 5.3 показан алгоритм установки соединения.

5.1.4 Измерения

Как только принимается  байт, означающий начало измерений, включаются АЦП, подготавливается таймер Т1, внешнее прерывание, аналоговый компаратор. АЦП измеряет напряжение на термосопротивлении, после окончания измерения АЦП, включается таймер 1, который отсчитывает 6 секунд, в этот момент времени происходит регистрация пульса при помощи компаратора.

Для включения АЦП, разрешаем прерывания по окончанию преобразования и устанавливаем, бит начала преобразования необходимо в регистре ADCSRA установить биты ADEN, ADIE, ADSC. На время преобразования необходимо войти в режим понижения шума от ядра МК. Что бы войти в этот режим в регистре MCUCR устанавливаются биты SEsleep enable и SM0. МК автоматически выйдет из этого режима по окончанию преобразования.

Полученный результат сохраняется в оперативную память МК и затем включается таймер Т1, в регистре TCCR1B устанавливаем следующие биты (CS12=1, CS12=0, CS12=1) и включаем аналоговый компаратор, сбросив бит ACD в регистре ACSR . При использовании встроенного компаратора возникает следующая проблема,  когда напряжения на инвертирующем и на неинвертирующем входах становятся почти равными, на выходе компаратора происходит дребезг. Для  того, чтобы избежать дребезг вводят положительную обратную связь, которая формирует петлю гистерезиса, но т.к. в схеме используется встроенный компаратор, введение ПОС невозможно. Таким образом, для решения данной проблемы необходимо обратится к рисунку ЭКГ. В данном случае интересует зубец Q-R-S, длительность которого составляет – 60-110 мс, при первом срабатывании компаратора произойдёт прерывание, которое необходимо запретить на 170-190 мс, сбросив бит ACIE в регистре ACSR, а затем обратно установить его. А по истечению 6 секунд полученный результат частоты пульса так же сохранится в оперативной памяти.

Далее необходимо данные отправить на устройство-приёмник с помощью радиомодуля, используя USI в режиме «трёх проводов». При использовании FIFO буфера радиомодуля, пакет данных будет состоять из двух байтов преамбулы, 2 синхробайтов и 3 байтов данных. Любой передаваемый пакет независимо от того, применяется шаблон синхронизации или нет, всегда должен начинаться с преамбулы - последовательности чередующихся единиц  и нулей. Это соответствует передаче значений 0xAA или 0x55. Преамбула может состоять из одного байта (быстрый режим восстановления синхронизации) или двух байтов (медленный режим восстановления синхронизации). Следующие один или два байта, в зависимости от заданной длины шаблона, представляют собой шаблон синхронизации. В этом случае данные начинаются сразу же за синхробайтом (synch byte). Все следующие далее байты трактуются как данные. TRC102 можно настроить на использования символа синхронизации для обозначения действительных входящих данных. Этот символ делится на два байта, SB1 и SB0. SB1 имеет фиксированное значение 2Dh, недоступное для программирования. SB0 задаётся пользователем. Байтовый символ использует только SB0, задаваемый пользователем. Это даёт преимущество при работе рядом с другими излучателями или для идентификации определённых передатчиков.

Рисунок 5.3 — Структура передаваемых данных

На рисунке 5.3 показан алгоритм преобразования величин и отправки на радиомодуль.

                          

Рисунок 5.5 — алгоритм установки связи

Рисунок 5.6 — алгоритм преобразований

                         

Рисунок 5.7 — Алгоритм обработки прерывания от АЦП

 

Рисунок 5.8 —Алгоритм обработки прерывания от аналогового компаратора

            

Рисунок 5.9 — Алгоритм обработки прерывания от Т1

5.1.5 Режим пониженного потребления

TRC 102 имеет внутренний таймер пробуждения, обладающий очень малым потреблением (1.5 мкА) с программируемым периодом от 1 мс до нескольких лет. возвращение в активный режим может инициироваться несколькими внешними событиями:

- Подача логического «0» на выход nINT;

- обнаружение пониженного напряжения питания;

- заполнение приёмного FIFO- буфера;

- запрос SPI.

Если возникают эти пробуждающие события, включая и таймер пробуждения, TRC 102  генерирует внешнее прерывание на выводе nIRQ, которое можно использовать в качестве пробуждающего сигнала ведущего процессора.

В регистре периода таймера пробуждения устанавливается интервал пробуждения. Вычислить период можно по формуле:

Где М[7..0]= десятичное значение от 0 до 255

R[4..0]= десятичное значение от 0 до 31

Twake= 255 · 231 =17 лет.

В регистре Power Manager в TRC 102 необходимо установить бит Wake-up Timer Period Register – включение таймера пробуждения.

После того, МК настроит режим пониженного потребления для радиомодуля, он сам переходит в режим пониженного потребления (Power Down), из которого выходит по прерыванию INT0. Для этого в регистре MCUCR устанавливаем биты SE и SM1, в результате потребление тока снижается до 1.3 мкА.

Ведущий процессор переходит в режим Power-Down, что сокращает потребление энергии в сотни раз.


5.2 Логика работы приёмника - индикатора

В задачу приёмника входит опрос измерителя 1 раз в минуту. Логика  работы приёмника представлена на рисунке 5.9 .

Рисунок 5.9 — Логика работы приёмника

5.2.1 Подпрограмма инициализации

ПП инициализации включает в себя настройку всех ключевых элементов схемы, а также периферии микроконтроллера.  Алгоритм инициализации изброжен на  рисунке 5.10

Рисунок 5.10 — Подпрограмма инициализации приёмника

ПП инициализации радиомодуля, таймера Т0, интерфейса USI аналогична измерителю. Однако в данной схеме используется ЖК индикатор, который необходимо настроить. Работа ЖКИ предусмотрена по 4-х битной шине данных. Вначале необходимо инициализировать ЖКИ, а затем настроить его.  На рисунке 5.11 приведен алгоритм подпрограммы инициализации ЖКИ.

Рисунок 5.11 — Подпрограмма инициализации ЖКИ

5.2.2 Подпрограмма инициализации дисплея

При настройке  ЖКИ включается дисплей, устанавливается инкремент указателя, отключается курсор, запрещается сдвиг экрана, при записи данных  сдвигается курсор влево, ширина шины данных – 4 бита, включается 2 строки и устанавливается начальный адрес  в памяти DDRAM.

Настройка портов:

В порту B бит 7, 6, 3, 2, 1, 0 настраиваются на вывод, а бит 5, на ввод. В порту D бит 0, 1, 5 на вывод, а 4, 3, 2 на ввод данных, и на этих линиях устанавливается подтягивающий резистор.

5.2.3 Отправка значений

Значения отправляются аналогично как и в измерителе – с помощью USI, т.е. сперва отправляется адрес передатчика, затем 2 байта преамбулы (AAh), 2 синхробайта, а затем данные. При установке соединения устройство индикатор отправляет запрос на соединение – шлёт байт данных и в  результате ожидает получить этот же байт, сдвинутый влево, если данные пришли правильные, приёмник – измеритель интерпретирует это как установленное соединение. Затем отправляет байт данных, сигнализирующий о начале измерений. После измерений устройство – индикатор получает измеренные данные.

5.2.4 Приём данных

Для чтения из радиомодуля ведущий процессор должен в USI выдвинуть адрес приёмника, а затем байт данных (FFh), одновременно с этим в линию SDO радиомодуля будут выдвигаться принятые данные. Принятые данные сохраняются в ОЗУ МК.

5.2.5 Обработка данных

Обработка данных заключается в переводе полученных данных в десятичный код. Данные о частоте пульса необходимо ещё умножить на 10. После этого  данные переводятся в десятичный код и выводятся на дисплей. Для определения температуры используется табличный метод, полученное значение температуры так же выводится на индикатор. Если значения температуры и пульса превышают или меньше положенного диапазона, будет подан сигнал, сигнализирующий об этом.

Кнопки управления:

Кнопки управления предназначены для немедленного запроса значений о температуре и пульсе, а так же для остановки сигнала предупреждения.

5.2.6 Режим пониженного потребления

В данном приборе предусмотрен рабочий цикл. Это значит, что после того, как ведущий МК и радиомодуль перейдут в режим пониженного потребления энергии, будет запущен таймер пробуждения радиомодуля. Таймер пробуждения настраивается на 1 минуту, т.е. после 1 минуты из режима сна выйдет сперва радиомодуль, затем МК. МК сформируют пакет для передачи запроса на соединение и измерения, таким образом, по приёму данных выйдет из режима сна  радиомодуль измерителя, а затем  МК измерителя.

Для настройки рабочего цикла, необходимо в регистр настройки периода таймера пробуждения записать значение E6FFh.

Данное значение получается из формулы:

.

Где М[7..0]= десятичное значение от 0 до 255

R[4..0]= десятичное значение от 0 до 31

Twake= 255 · 26 ~ 1000 мс.


6  ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

6.1 Маркетинговые исследования

Современный этап развития промышленности в частности одной из ведущих ее отраслей ─ электроники, характеризуется высоким уровнем технического потенциала, быстрыми темпами научно-технического прогресса, огромными масштабами производства, наличием большого числа предприятий, выпускающих тысячи наименований различной продукции. Электроника является основой технического прогресса в народном хозяйстве. Она обеспечивает развитие существующих и создание новых отраслей.

Важной чертой электронной промышленности является ее динамичность. Ежегодно в серийном производстве осваивается примерно 20% новых изделий. Это вызывается быстрым моральным старением электронной техники вследствие технического прогресса. Динамичность отрасли требует быстрой перестройки производства на выпуск новых изделий, то есть предопределяет гибкость, четкую организацию и структуру производства, что позволяет переходить на новые модели приборов в короткие сроки и с минимальными затратами.

Немаловажную роль при производстве того или иного нового прибора играет необходимость его на рынке. Для получения прибыли от производства надо на первом же этапе экономически обосновать необходимость его производства. Для этого требуется рассчитать и сопоставить затраты и доходы. Для уменьшения затрат следует организовать эффективное производство. Что невозможно без экономических обоснований всех инженерных решений.

6.1.1 Технические характеристики прибора

Система для дистанционного мониторинга физиологических параметров человека предназначена для удалённого наблюдения за температурой тела человека и частотой сердечных сокращений (ЧСС). Система состоит из двух устройств, одно из которых закрепляется на руке пациента и производит измерения, а другое находится у человека, который следит за показателями. Такие системы удобно использовать для эффективного контроля физиологических показателей человека (особенно для лежачих больных, находящихся на домашнем лечении и детей). Для измерения пульса используется оптический датчик, а для измерения температуры используется терморезистор. Каждое устройство питается от двух  батареек дискового типа, по 3 вольта каждая.

Проектируемая система – устройство, позволяющее удалённо, быстро и эффективно следить за физиологическими показателями человека.

Такие приборы компактны, имеют малый вес, автономность, низкое энергопотребление. Они достаточно надёжны, удобны, безопасны и просты в эксплуатации.

6.1.2 Функциональные свойства прибора

Данный прибор обеспечивает непрерывное измерение температуры тела человека, частоты сердечных сокращений и передачу измеренных параметров по радиоканалу на другое устройство, которое выводит на дисплей значение измеренных параметров.

При проведении измерения устройство закрепляется на внутренней стороне плеча, на обезжиренной коже.  После закрепления устройства оно сразу готово к измерениям.

6.1.3 Портрет потребителя

Данный прибор необходим для людей с заболеваниями сердечной сосудистой системы (ССС) и заболеваниями, для которых характерно повышение температуры. Причинами заболеваний ССС являются: возраст, пол, наследственность, эмоциональные перегрузки, курение, малоподвижный образ жизни и тд. Повышение температуры происходит при: инфекционных и воспалительных заболеваниях, опухолях, расстройства терморегуляции, приёме лекарственных препаратов и тд.

Проектируемая система наблюдения за основными физиологическими показателями человека – это универсальный прибор, который может использоваться в домашних условиях, в санаториях, а так же в специализированных спортивных клубах.

Следует отметить, что электронный способ измерения температуры является достаточно точным и безопасным в использовании, по сравнению с  ртутным термометрами, а значит можно без риска для здоровья детей измерять у них температуру.

6.1.4 Приборы аналоги

На рынке Украины аналога данному прибору нет, то есть подобные приборы в Украине не производят. Однако можно выделить похожие   по назначению приборы – цифровые пульсометры и цифровые термометры производства Германии, Швейцарии, Японии и Китая. Данные приборы измеряют те же показатели,  что и разрабатываемое устройство. Возможность удаленно следить за физиологическими показателями человека выделяют разрабатываемое устройство относительно приборов аналогов.

6.1.5 Физический и моральный износ прибора

Приборы электронной техники способны работать в течение нескольких лет. Все это время прибор будет безотказно работать, но спустя 1-2 года он устареет, так как на его смену придут более усовершенствованные. Это также надо учитывать, то есть мы должны продать разрабатываемое устройство в течение 2-3 лет и тогда получим максимальную прибыль.

6.1.6 Гарантийное обслуживание

Изготовитель обеспечивает 12-месячную гарантию работы прибора с последующим сервисным обслуживанием. При приобретении товара покупатель обязан самостоятельно проверить комплектность и физические повреждения товара, так как после приобретения претензии относительно комплектации и физических неисправностей фирмой не принимаются. В комплектацию входят  измеритель,  приёмник, резиновый ремешок, 4 батарейки, руководство по эксплуатации.

Гарантийный ремонт осуществляется путем бесплатной замены вышедшего из строя блока.

6.1.7 Оценка потенциального объёма рынка

Это возможный объём реализации товара, при определённом уровне цен, проданного или на определённой географической территории за единицу времени. Как правило объём рынка определяется на значительных по размеру географических территориях и на достаточно протяженных временных интервалах.

Поскольку разрабатываемое устройство может применяться в домашних условиях, санаториях и спортивных клубах, то, допустим, что в Севастополе будет продано 60 приборов. Таким образом количество проданных приборов на территории Украины будет равно:

шт.

6.1.8 Темпы роста рынка

Общий объём роста рынка растёт потенциально 5-5 % в год, тогда за 3 года объём продаж составит:

 шт,  к концу 3 года при 7 % в год.

С учетом финансового потенциала потребителя (70 %) можем вычислить количество необходимых для выпуска приборов:

 шт.

6.1.9 Жизненный цикл рынка

Период времени от начала создания товара до окончания. востребования на рынке и прекращения производства. Выделяют несколько этапов жизненного цикла изделия, для изделий электронной техники – 3 года, за 3 года мы должны продать 6223 прибора (рисунок 6.1). За первый год продадим 10 % приборов (622 шт.), за 2 год – 60 % (3734 шт.), за 3 год –       30 % (1867 шт.).

Рисунок 6.1 – этапы жизненного цикла изделия

6.1.10 Рекламирование

Для рекламирования разрабатываемого прибора целесообразно использовать наружную рекламу в специализированных местах (больницах, поликлиниках, медицинских центрах, санаториях). Наиболее удачной будет реклама на сетке, которую можно разместить на стенках специализированных мест или окнах. Также эффективной будет полиграфическая реклама. Например, брошюры или буклеты, которые можно распространить по кабинетам врачей [22].

6.2 Техническое задание

6.2.1 Принципиальная схема прибора

В приложении А изображена схема дистанционного монитора основных физиологических показателей человека электрическая принципиальная.

6.2.2  Технологический процесс изготовления прибора

В таблицах В.1 – В.5 приведён технологический процесс изготовления прибора. При этом нам надо учесть технологическую карту изготовления изделия, применяемые материалы (основные и вспомогательные) и оборудование.

6.3 Расчёт программы запуска и количества рабочих мест

6.3.1 Расчёт программы запуска

По результатам маркетинговых исследований мы определили количество приборов, которые могут быть реализованы на территории Украины за 3 года. Эта величина – норма выпуска. Норму запуска мы можем определить по формуле :

Nзап = Nвып · (1 + Nбр + З).

где Nзап – норма запуска;

Nвып = 6223 – норма выпуска;

Nбр = 1- 0,614 = 0,386.

N бр – норма технологического брака;

З = 0,09 – внешний брак;

Nзап = 6223 · (1 + 0,386 + 0,09) = 9185 шт.

6.3.2 Расчёт потребности в технологическом оборудовании

Для расчёта потребности в технологическом оборудовании необходимо рассчитать количество рабочих мест по формуле:

.

где  –  норма времени на i-ой операции;

– эффективный фонд рабочего времени;

=1 квартал =30120 мин.;

– коэффициент, учитывающий плановое выполнение норм выработки;

=1,12 – переработка на 12%;

.

  

  

            

  

  

  

  

  

Теперь рассчитываем принятое количество рабочих мест по следующим правилам:

– при  округляем в меньшую сторону;

– при  округляем в большую сторону;

                             

                     

                   

                 

                  

 

 

 

После расчета принятого и расчетного количества рабочих мест необходимо рассчитать коэффициент загрузки по формуле:

                      

                  

                  

                        

                   

             

 

 

После расчета коэффициента загрузки строим график регламента – таблица В.6.

6.4  Расчет потребности в оборудовании

Пример расчёта таблицы потребности в оборудовании.

Установка нарезки пластин Robus FSM/N.

Количество – 2 штуки, стоимость за 1 штуку – 141000 грн, суммарная стоимость будет равна 282000 грн. Стоимость оборудования с учетом монтажных работ 5-15 % от суммарной стоимости, берём 12 %.

282000 · 1,12 =  315840 грн

Расчитаем балансовую стоимость оборудования на коне 3-его года при норме амортизации На=24% в год

138880 · (1-0,24)3=60964,99 грн.

Аналогично рассчитываются остальные пункты таблицы, результаты заносятся в таблицу В.7.

Расчёт потребности в производственной площади.

При расчёте площади рабочего места необходимо учесть, если оборудование стоит на монтажном столе, то берётся площадь стола, а не оборудования.

Производственная площадь участка определяется по формуле:

,

где Sпр – производственная площадь;

     Spмi – производственная площадь на i-ой операции;

     Nрм – принятое количество работников на i-ой операции.

Пример расчёта производственной площади для первой технологической операции:

- Станок для нарезки пластик Robus  FSM/N – 1,3·1,48 м

- Стул – 0,5·0,5 м

- Принятое количество работников на 1-ой операции – 2

4,35 м2.

Аналогично рассчитывается площадь для каждой технологической операции. В результате производственная  площадь будет равна:

 м2.

Расчёт производственного объёма

Согласно ГОСТ высота производственного помещения не должна быть меньше 6 м. Среди нашего оборудования нет такого, которое превышало бы эту высоту, таким образом, hпр = 6 м.

Производственный объём рассчитывается по формуле:

Vпр = Sпр · h

Тогда производственный беем будет равен:

Vпр = 341,1 · 6 = 2046,35 м3.

  1.   Расчет стоимости производственных фондов (ОПФ)

Стоимость ОПФ приведено в таблице В.8.

Расчёт потребности в основных фондах. В соответствии с нормативами на приборостроительных предприятиях используются следующие соотношения основных производственных фондов.

Стоимость рабочих машин соответствует ранее рассчитанной стоимости оборудования с учетом монтажа. Эта стоимость составляет 39,5 % от общего итога.

100 % - Х грн;

39,5 % - 12452888 грн , следовательно Х = 31526298,7 грн.

Пример расчёта стоимости зданий и балансовой стоимости зданий за 3 года:

Сз = 31526298,7 · 0,459 = 14470571,1 грн;

Сз,а = 14470571,1 · (1 - 0,08) = 11268060,1 грн.

Аналогично рассчитываем остальные пункты в таблице.

Расчёт стоимости оборотных фондов

В соответствии с нормативами на предприятиях приборостроения соотношение между основными и оборотными фондами, составляет 65:35. Зная это и стоимость основных фондов можно рассчитать стоимость оборотных фондов.

грн.

Расчёт стоимости кубического метра производственного объёма. Для этого необходимо вычислить отношение стоимости здания к производственному объёму Vпр:

7071,41 грн.

Расчёт потребности в основных материалах.

Расчёта таблицы потребности в основных материалах:

При расчёте таблицы «Расход основных материалов», главным образом, используется таблица В.3 – Основные применяемые материалы. Из неё берутся данные о необходимом количестве каждого элемента схемы на 1 изделие.

Расход на продукцию равен произведению его количества на программу запуска Nзап.

9185 · 22 = 202070 шт.

Стоимость на готовую программу определяется как произведение расходов на готовую продукцию и стоимость единицы материала.

202070 · 0,05 = 10103,5 грн.

Стоимость с учетом транспортных расходов определяется как произведение стоимости на программу и на транспортные расходы, 4,7 % от готовой продукции.

10103,5 · 1,047 = 10578,36 грн.

Результаты расчетов заносятся в таблицу В.9.

Расчёт потребности в вспомогательных материалах.

Аналогично рассчитываются остальные пункты таблицы. Для

таблицы В.10 – «Расход вспомогательных материалов», исходной таблицей является таблица В.4 – «Вспомогательные применяемые материалы».

Расчёт численности промышленно-производственного персонала.

Основные производственные рабочие (ОПР) – это рабочие, принимающие непосредственное участие в производственном процессе:

К вспомогательным рабочим относятся:

— инженерно-технические рабочие (ИТР) – технолог, инженер

— счётно-контрольный персонал  (СКП) – экономист, бухгалтер

— младший обслуживающий персонал (МОП) – уборщик, грузчик

— вспомогательный персонал (ВР) – наладчик

— охрана

— ученики

В разделе 5.3.2 был произведён расчёт принятого количества рабочих мест, следовательно ОПР – сумма рабочих мест, будет равна 55. Далее через пропорцию определяем сколько всего будет рабочих мест.

76,1 % = 55

100 % = Х ,   Хч=73 ч.

Далее аналогично рассчитываем каждый пункт и заполняем таблицу В.11.

ИТР: 11,1 % = Хч

100 % = 73 , Хч = 9 ч.

6.6 Расчёт фонда оплаты труда

Основные производственные рабочие будут получать заработную плату по сдельной форме оплаты труда (тарифной сетке). Остальные рабочие получают оклад.

Прямая заработная плата основных производственных рабочих определяется по формуле:

Зnpi = Cчi · Tэфi · Np,

где Cчi – счётная тарифная ставка

Тэфi – время работы

Np – число рабочих

В соответствии с законом Украины о Госбюджете на 1 апреля 2011 г. минимальная З/П составляет 960 грн. Эта З/П соответствует первому разряду работ. Для третьего разряда поправочный коэффициент составляет 1.18, а для четвёртого 1,37. Надбавка за вредные условия труда доплачивается рабочему в размере 50% от З/П.

Расчет часовой тарифной ставки:

(грн/час);

(грн/час);

(грн/час).

Эффективное время работы определяется по формуле: Тэф = ti · Nзап. Для 1 операции: t1 = 5 мин, Nзап = 9185, следовательно Тэф= 64106 мин, переведём в часы и получим: Тэф=1068,43 часов. На первой операции работает 2 человека, 1 – 100% времени, 2 – 91% времени, таким образом, Тэф для 100% будет равно 559,39 часов, а для 91% - 509,4 часа.

Прямая заработная плата определяется как произведение эффективного рабочего времени и счётной тарифной ставки для 4 разряда – 7,86 грн/час.

Зп100 = 559,39 · 7,86 = 4396,80 грн;

Зп91 = 509,4 · 7,86 = 4001,09 грн.

Доплаты составляют 30 – 40 % от прямой заработной платы, в данном случае 35 %. Тогда:

Д100 = 4396,8 · 0,35 = 1538,88 (грн);

Д91 = 4001,09 · 0,35 = 1400,09 (грн).

Основная заработная плата определяется, как сумма доплат и прямой заработной платы:

Зосн100 = 4396,8 + 1538,88 = 5935,68 (грн);

Зосн91 = 4001,09 + 1400,09 = 5401,47 (грн).

Дополнительная заработная плата составляет 5 – 15 % процентов, от основной заработной платы, в данном случае 11,5 % и равна:

Зд100 = 5935,68 · 0.115 = 682,60 (грн);

Зд91 = 5401,47 · 0.115 = 621,17 (грн).

Суммарная заработная плата является суммой дополнительной и основной:

Зсум100 = 5935,68  + 682,60 = 6618,28 (грн);

Зсум91 = 5401,47  + 621,17 = 6022,64 (грн).

На суммарную заработную плату начисляются социальные налоги в размере 37,5 %:

Н100 = 6618,28 · 0,375 = 2481,86 (грн);

Н91 = 6022,64 · 0,375 = 2258,49 (грн).

Аналогично рассчитываются остальные пункты таблицы В.12

Расчёт заработной платы работника.

Обоснование выбора оклада:

Ученик получает заработную плату, исходя из минимальной – 960 грн.

Охранник будет получать – 1000 грн, наладчик – 1400 грн, уборщица и грузчик – 1200 грн.

Счётно-контрольный персонал получает заработную плату в размере 1900 грн. Наибольшую заработную плату получают инженерно-технические  работники в размере 2400 грн. Заработная плата увеличивается по мере повышения ответственности и степени интеллектуальных затрат. Данные заносятся в таблицу В.13

Заработная плата каждого работника рассчитывается аналогично, как и заработная плата для рабочих (таблица В.14).

Расчёт затрат энергии на обслуживание рабочих машин.

Пример расчёта таблицы В.15:

Расход электроэнергии на оборудование рассчитывается по формуле:

W1 = Kc · Pуст · Тэф · nc · Kз · Sэ,

где Кс – коэффициент спроса для оборудования (Кс=0,5)

Руст – мощность устройства

Тэф – время работы оборудования

hc – количество смен

Кз – коэффициент загрузки

Sэ – стоимость электроэнергии за 1 кВт – 0,487 коп

Расчёт затрат энергии на освещение.

Затраты энергии на освещение определяется по формуле:

W2 = nэ · Тос · Sэ · Sпрп;

W2 = 0,02 · 2100 · 0,487 · 341,1 = 6976, 86.

Расчёт сметы прямых затрат

Расчёт таблицы В.16:

Сырьё и материалы – это расход вспомогательных материалов 437429,99 грн.

Покупные изделия и полуфабрикаты – это расход основных материалов 1967575,8 грн.

Топливо и энергия на энергетические нужды 315148,71 грн.

Основная заработная плата ОПР – 276057,67 грн.

Дополнительная З/П ОПР - 31746,63 грн.

Начисление на фонд оплаты  труда ОПР - 136431,86 грн.

Расходы на подготовку и освоение производства – 249025,62 грн.

Расчёт сметы расходов на содержание и эксплуатацию оборудования.

Амортизация оборудования и транспортных средств составляет 24 % от балансовой стоимости.

0,24 · (1079498,17 + 35527,78) = 267606,23 грн

Эксплуатация оборудования включает в себя стоимость вспомогательных материалов и потребляемых видов энергии. Стоимость вспомогательных материалов 20-25 грн на 1 рабочего:

20 · 55 + 17270,47 = 18370,47 грн.

Текущий ремонт оборудования и транспортных средств составляет 4 – 5 %от суммы балансовых стоимостей оборудования и транспортных средств:

0,05 · (1079498,17 + 35527,78) = 44601,04 грн.

Внутризаводские перемещения грузов составляют 5 – 10 % от балансовой стоимости транспортных средств (7 %):

35527,78· 0,07 = 2486,94 грн

Затраты на износ малоценных быстроизнашивающихся предметов рассчитывается с учетом 100 – 150 грн на 1 рабочего:

130 · 55 = 7150 грн

Прочие расходы составляют 5-6 процентов от суммы первых пяти пунктов в данном случае 5 %. Полученные значения заносим в таблицу В.17

Расчёт сметы цеховых расходов

Расчёт таблицы В.18:

Затраты на содержание цехового персонала определяется, как заработная плата с начислениями всех сотрудников, кроме ОПР и ВР и составляет - 202542,677 грн.

Затраты на амортизацию зданий, сооружений и инвентаря равны сумме балансовых стоимостей этих фондов на 1 –й год работы, при норме амортизации для зданий и сооружений 8 %, для инвентаря 40 % на производственную программу:

225154,68 · 0,08 + 203608,92  · 0,08 + 18826,34 · 0,4 = 201831,62

Содержание зданий, сооружений, инвентаря определяется как 3 -4 % от суммы стоимостей этих фондов:

0,03 · (2857568,99 + 261476,9 + 87158,98) = 96186,14 грн.

На текущий ремонт зданий, сооружений, инвентаря затрачивается 2 – 5% от суммы балансовых стоимостей этих фондов (3,5 %).

0,035 · (11268060,1  + 1031064,32   + 95335,5274) = 48951,8 грн

Затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы составляет 15 – 30 грн на одного сотрудника:

75 · 17 = 1275 грн.

На охрану труда затрачивается 10 – 20 грн на одного человека ОПР, работающего в «холодных» условиях и 100 – 150 грн в «горячих» на 1 человека ОПР.

25 · 10 + 30 · 100 = 3250 грн.

Затраты на износ малоценных и быстроизнашивающихся предметов составляет10 – 20 грн на одного работающего кроме ОПР.

20 · 10 = 200 грн.

Прочие расходы составляют 1 – 2 % от суммы первых семи видов затрат (1 %).

Составление плановой калькуляции себестоимости прибора

Пример расчёта таблицы В.19.

Технологические потери рассчитываем по формулам:

;

шт;

.

где P – технологические потери;

С – производственная себестоимость партии.

грн.

Внепроизводственные расходы составляют 1,1% от производственной себестоимости.

грн.

Полная себестоимость составляет

3772741,46 + 1216642,37 + 41500,15 = 5030883,99 грн.

Себестоимость одного прибора составляет: 808,43 грн.

6.7 Оценка эффективности производства проектируемого прибора

Оценка эффективности проекта включает анализ интегрального экономического эффекта, периода возврата капитальных вложений, рентабельности.

Целью экономической оценки является определение динамики чистой текущей стоимости (ЧТС), т.е. суммы, ежегодно возвращающейся в виде отдачи от вложенных средств.

Себестоимость одного прибора составляет 808,43 грн.

Так как данный прибор по функциональности аналогичен зарубежному аналогу, то его цена может быть равной 860 грн.

Так как предполагается реализация или эксплуатация прибора в течение 3 лет, то определим объем реализации продукции за соответствующий год.

Рi=Ц * Чi,

где

Ц ─ цена одного прибора, грн.

Чi ─ количество приборов, выпускаемых в соответствующем году, штук.

Р1 = 860 · 622 = 534920 грн;

Р2 = 860 · 3734 = 3211240 грн;

Р3 = 860 · 1867= 1605620 грн.

Годовые издержки за соответствующий год составляют:

Иi = С * Чi,

где С ─ себестоимость одного прибора, грн

И1 = 808,43 · 622 = 502845,86 грн;

И2 = 808,43 · 3734 = 3018692,1 грн;

И3 = 808,43 · 1867 = 1509346 грн.

Определим чистый денежный поток за соответствующий год.

ЧДПii –(Кii),

где Рi ─ объем реализации в i-ом году (грн);

Кi ─ капитальные вложения i-ого года (грн);

Иi ─ издержки производства года i (грн);

ЧДП1 =534920  – (502845,86 + 249025,62) = -216951,5 грн;

ЧДП2= 3211240 - 3018692,1 = 192547,92 грн;

ЧДП3 =1605620  – 1509346 = 96273 грн.

Определим чистую текущую стоимость за период реализации проектируемого изделия.

n=1/(1+0.1),

где n – коэффициент приведения по фактору времени, где t=1, 2, 3 год.

1=1/(1+0.1) 1=0,9;

2=1/(1+0.1) 2=0,826;

3=1/(1+0.1) 3=0,75.

Найдем ЧТС:

ЧТС1 -216951,5  ·0,9 = -197228,63  грн;

ЧТС2  =192547,92 · 0,82 = -38098,11  грн;

ЧТС3  = = 96273 · 0,75 = 34233,94  грн.

Результат заносится в таблицу В.20 – Интегральный экономический эффект. По данным таблицы строится финансовый профиль проекта. [23]

Рисунок 6.2 — Финансовый профиль проекта

Заключение

В данном разделе дипломной работы была рассчитана экономическая эффективность проектируемого прибора ─ дистанционного монитора физиологических показателей человека.

На основе маркетинговых исследований была определена программа выпуска – 6223 штук, а с учётом производственного и внешнего брака была определена программа запуска ─ 9185 изделий.

Были рассчитаны численность основных производственных рабочих – 55 человек, и численность работников ─ 20 человек. Была рассчитана стоимость основных производственных фондов и оборотних. Была рассчитана производственная площадь ─ 341,05 м2.

По итогам всех расчётов был произведён расчёт себестоимости одного прибора, и далее определена его цена. Себестоимость прибора составила 808,43 гривен, установленная цена – 860 Гривен.

Произведён расчёт экономической эффективности производства: к концу 2011 года суммарный экономический эффект составит 34233,94 гривен, а капитальные вложения окупятся в 2013 году.

Произведённые расчёты и маркетинговые исследования совершенно объективно указывают на целесообразность проектирования и запуска в серийное производства предлагаемого прибора. 


7
ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

7.1 Вводная часть

В данном разделе дипломного проекта проведен анализ условий труда рабочих, в нашем случае монтажников, и их соответствие установленным санитарным нормам. Произведен расчет заземления отдельно стоящего молниеотвода.

Также в этом разделе приведены такие параметры как, характеристика помещения, эргономика и техническая эстетика, освещение, шум, вибрация, электробезопасность, пожаробезопасность, вредные излучения и травмоопасность и охрана окружающей среды.

7.2. Анализ условий труда в лаборатории

7.2.1. Краткое описание лаборатории

Монитор физиологических показателей человека относится к электронным устройствам, выпускаемым серийно на предприятиях электронной промышленности, которые специализируются на производстве медицинского оборудования. Производство данного устройства включает в себя все стандартные технологические операции для производства электронного оборудования от изготовления печатной платы и корпуса до сборки прибора и испытаний. На рисунке 6.1 приведён эскиз лабораторного помещения.

Лаборатория для сборки и наладки изделия представляет собой помещение площадью S=35 м2. Высота помещения составляет 3 м, оно имеет окна площадью по 3 м2. Также в лаборатории находится основное оборудование для контрольных измерений, монтажно-сборочный инструмент. Имеется также распределительный щит, огнетушитель порошковый и система освещения. Эскиз лаборатории, расположение приборов и рабочего места показаны на рисунке (6.1). Площадь и объем помещения составляют:

S=7·5=35 м2; V=35·3=105 м3.

Рисунок 6.1 — Эскиз лабораторного помещения

1 - стул; 2 - стол с дополнительным инструментом и приборами;

3 - стол для отладки и измерений; 4 - монтажный стол;

5 - раковина; 6 - электрический щит;

7 - огнетушитель; 8 - окно.

В соответствии с нормами указанными в документам СН - 245 - 71 необходимая площадь и объем на одного человека составляют не менее      4,5 м2 и 15 м3 соответственно. В нашем помещении мы получили площадь для одного рабочего 6 м2 и объем 18 м3. Таким образом, данное помещение соответствует нормам и пригодно для сборки и наладки изделия. 

7.2.2. Эргономические требования

В соответствии с ГОСТ 12.2.032-78 рабочее место и производственное оборудование каждого работающего должны отвечать антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям. В соответствии с требованиями высота стола монтажника составляет 800 мм, высота сидения - 450 мм, расстояние от сидения до нижнего края рабочей части поверхности стола - 345 мм, высота пространства для ног - 350 мм, глубина - 650 мм. Стул оснащен спинкой с регулируемым наклоном. Для удобства работающего измерительные приборы расположены перед оператором в пределах досягаемости из положения сидя. Конструкция рабочего стола и сидения, в соответствии с ГОСТ 12.2.049-80, выбраны таким образом, чтобы оператор мог свободно переходить из положения сидя в положение стоя и наоборот. Лампа местного освещения крепится к противоположной стене и находится выше уровня глаз оператора, причем ее механизм позволяет менять угол освещения рабочей поверхности стола. Поверхность стола имеет пластиковое покрытие, что предотвращает ее истирание и разрушение от нагрева, причем покрытие выбирается светлых тонов для лучшего различения деталей. Цветовая палитра оформления помещения выбирается также светлых тонов для лучшего рассеивания света и создания благоприятного микроклимата для работающих.

7.2.3 Освещение

Освещение в лаборатории должно  соответствовать ДБН В.2.5-28-2006, так как правильно выполненная система освещения имеет большое значение в снижении производственного травматизма, создает нормальные условия для работы органов зрения, повышает работоспособность организма. Поэтому к помещению лаборатории предъявляются следующие требования:

достаточная освещенность рабочего места и остальной территории лаборатории;

яркость освещения на рабочем месте должна распределяться равномерно, причем должны отсутствовать резкие тени;

в поле зрения работающего должны отсутствовать блики.

7.2.4. Шум и вибрация

Лаборатория расположена вдали от источников внешнего шума, а в самом помещении отсутствуют мощные источники звука.

В диапазоне среднегеометрических частот октавных полос (таблица 6.1) эквивалентный уровень звука не превышает 65 дБА, что удовлетворяет требованиям ДСН3.3.6.037-99. Источники вибрации в лаборатории отсутствуют, поэтому меры по борьбе с вибрацией не применяются и помещение соответствует требованиям. [24]

Таблица 7.1 — Уровни звукового давления по диапазонам среднегеометрических частот октавных полос

Частота октавных полос (Гц)

31.5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Уровни звукового давления (дБ)

96

83

74

68

63

60

57

55

54

7.2.5 Метеорологические условия

При сборке и наладке изделия работа производится в основном в положении сидя и не сопровождается перемещением тяжелых предметов, поэтому ее можно отнести к физическим работам средней тяжести, категория - 2а. Из источников избыточного тепла можно выделить паяльный инструмент и измерительную аппаратуру, рассеивающую избыточное тепло. В соответствии с этим, нормативные значения параметров метеоусловий для холодного времени года составляют: t=18...20oC, W=40...60%, Увозд =0,2 м/с; а для теплого времени года: t=21...23oC, W=40...60%, Увозд=0,9 м/с.

В соответствии со СНиП 2.04.05 - 84 данные параметры обеспечиваются с помощью центрального парового отопления в холодное время года и с помощью кондиционирования в летнее.

7.2.6 Травмоопасность

Наиболее вероятной причиной травм при монтаже и наладке изделий могут быть ожоги от прикосновений к нагретым частям деталей, а также поражение электрическим током. Поэтому, для предупреждения травматизма необходимо соблюдать правила техники безопасности, своевременно заменять устаревшее и вышедшее из строя оборудование и обеспечить качественное и надежное заземление.

7.2.7 Загрязнение помещения вредными веществами

Из вредных веществ, образующихся в лаборатории, можно назвать пары свинца, входящего в состав оловянно - свинцового припоя ПОС - 61 и продукты сгорания канифоли.

Процесс сборки цифрового монитора физиологических параметров человека включает в себя пайку, которая сопровождается загрязнением воздушной среды на рабочих местах, а также рабочих поверхностей и кожи рук, работающих парами и частицами флюса и припоя. Небольшие и непостоянные количества свинца, имеющегося в воздушной среде, а также поступающие в организм вследствие загрязнения кожи рук, могут вызвать у лиц, занятых пайкой, патологические изменения которые при продолжительной работе с припоями характеризуются начальными стадиями хронической свинцовой интоксикации. Проведение операции пайки требует выполнения комплекса защитных мероприятий. Вследствие чего у рабочего места, где выполняется операция пайки предусмотрена вытяжная вентиляция, обеспечивающая скорость движения воздуха непосредственно на месте пайки не менее 0,6 м/с. Эксплуатация или ввод в эксплуатацию участков пайки не оборудованных вентиляцией не допускается.

7.2.8 Вредные излучения

В производственном помещении возможно возникновение вредных электромагнитных излучений, например от работающих измерительных приборов. Для предупреждения профессиональных заболеваний устанавливаются допустимые нормы облучения, которые согласно              ГОСТ 12.1.006-84 не должны превышать следующих значений:                          по электрической составляющей – 5 В/м; по магнитной – 0,3 А/м.

Для достижения допустимых величин излучений применяется экранирование возможных источников излучений.

7.2.9 Электробезопасность

В рассматриваемом помещении влажность воздуха не превышает 75%, а температура в ней в течение года поддерживается на уровне комнатной (для поддержания температуры используются кондиционеры). Напольное покрытие в лаборатории не является токопроводящим. Согласно              ГОСТ 12.1.032 - 82 допустимые уровни напряжения и тока прикосновения не превышают 2 В и  0,3 А соответственно при продолжительности воздействия не более 10 минут в сутки. В помещении отсутствует возможность одновременного прикосновения человека к металлическим частям оборудования, находящегося под напряжением и заземлённым частям металлоконструкций здания. Таким образом, согласно ПУЭ, данное помещение относится к помещениям без повышенной опасности поражения электрическим током. Для питания электрооборудования помещения используется сеть переменного тока с параметрами: напряжение – 220 В, частота – 50 Гц.

В качестве организационно - технических мер обеспечения электробезопасности используются методы ориентации: маркировка частей электрооборудования, предупредительные сигналы, надписи и таблички, предупреждающие знаки, окраска токоведущих частей, расцветка изоляции и органов управления и световая сигнализация.

Для обеспечения электробезопасности, согласно ПУЭ, в помещении используется заземление, расчёт которого приводится ниже.

7.2.10 Пожаровзрывобезопасность

При сборке изделия и эксплуатации не применяются материалы, способные к возгоранию, но имеются предметы с повышенной температурой (паяльники,   расплавленный припой и т.п.).  Поэтому,    в   соответствии   со

ОНТП 24 - 86 помещение относится к категории Г. По классификации пожароопасных зон производственных помещений в соответствии с ПУЭ данная лаборатория относится к классу П - IIа.

Пожарная безопасность производственного объекта и взрывобезопасность технологического процесса обеспечивается за счет систем предотвращения пожаров, взрывов и систем пожаро- и взрывозащиты, определяемых ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность" и ГОСТ 12.1.010-91 "Взрывобезопасность".

Для предупреждения пожара в лаборатории применяются следующие организационно- технические меры:

проведение инструктажа работающих;

соблюдение правил пожарной безопасности при эксплуатации оборудования;

запрещение курения в не установленных местах;

изготовление стеллажей из негорючих материалов;

установка пожарной сигнализации;

установка огнетушителя;

схема эвакуации при пожаре.

При возникновении пожара сигнализация автоматически выдает сигнал на пост пожарной охраны, а тушение осуществляется порошковыми огнетушителями [25].

7.3. Расчет молииезащиты

7.3.1 Расчёт защитного заземления

Защитное заземление — это преднамеренное соединение с землей металлических конструктивных частей электрооборудования, в нормальных условиях не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановки.

В лаборатории по сборке и наладке изделия используется электрооборудование, питающееся от сети переменного тока напряжением

220 В и частотой 50 Гц. Грунт, на котором построено здание, в котором расположена лаборатория, является чернозем, с удельным сопротивлением:

ρизм =100 Ом·м, и находится оно в IV климатической зоне.

Удельное сопротивление грунта:

ρрасч = ρизм = 100·Ψ=100·1,4=140 Ом·м,

где ρизм - измеренное удельное сопротивление грунта, для грунта чернозём 100 Ом·м; коэффициент сезонности, для IV климатической зоны и горизонтально уложенных электродов на глубине 0,8 м равен 1,4.

Определение требуемого сопротивления растеканию тока.

В соответствии с данными ПУЭ допустимые значения сопротивления растеканию тока составляет (ток замыкания на землю Iз=10 А):

250/I3 ≤10 Ом;

250/I3 =250/10 = 10 Ом.

Следовательно, сопротивление растеканию тока не должно превышать  10 Ом.

В качестве заземляющего устройства возьмем выносной горизонтальный заземлитель выполненный из полосовой стали сечением 10·12 мм2 и заземлители длиной 3 м, уложенных на глубине 80 см. Расстояние между которыми 1 м.

;

Ом,

где Rn - сопротивление растеканию тока одной полосы, Ом;

1 - длина полосы, м;

b - глубина заложения полосы, м;

ρрасч - расчетное удельное сопротивление грунта Ом·м.

Количество заземлителей рассчитаем по формуле:

;

.

Сопротивление заземлителя:

;

Ом.

где Rn - сопротивление растеканию тока одной полосы, Ом; n - число параллельных полос, 6; ηпп - коэффициент экранирования параллельных полос, 0,65 это удовлетворяет условию Rз< 10 Ом.

Таким образом, в результате расчета защитного заземления установлены его параметры, а именно: вид электродов, их длина, количество и глубина заложения, суммарная глубина соединительной полосы, сопротивление растеканию тока соединительной полосы и электродов, общее сопротивление заземляющего устройства. Рассчитанное общее сопротивление заземляющего устройства составило 9,5 Ом, а согласно ПУЭ оно не должно превышать 10 Ом, т.о. устройство удовлетворяет требованиям.

В результате проведенных расчетов установлено, что лаборатория соответствует требованиям СН - 245 - 71 и пригодна для работы по сборке и наладке изделия. Выбранная система заземления, по результатам расчетов, позволяет обеспечить работу на электроустановках, находящейся в лаборатории.

Молниезащита - это комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молний.

Все здания и сооружения в зависимости от их назначения и от ожидаемого ежегодного количества поражений их молнией должны иметь молниезагщиту в соответствии с одной из трёх категорий устройств.

Так, взрывоопасные производственные здания и сооружения классов B-I и В-II должны иметь I категорию молниезащиты.

Для наружных технологических установок, содержащих взрывоопасные пары, газы, горючие ЛЖВ, относимых ПУЭ к классу B-I, должна предусматриваться молниезащита II категории.

Молниезащиту II категории должны иметь здания и сооружения классов П-I и П-II при условиях:

объекты расположены в местностях со средней грозовой деятельностью 20 грозовых часов в год и более;

—   ожидаемое количество поражений не менее 0,05 в год для зданий и сооружениях I и II степени огнестойкости;

 ожидаемое количество поражений не менее 0,01 в год для зданий и сооружениях III и IV степеней огнестойкости.

Ожидаемое количество поражений в год зданий и сооружений определяется по формуле:

N=(S+3·hx) · (L+3·hx) ·n·10-6.

где L и S - ширина и длина сооружения, м;

hx — высота здания по его боковым сторонам, м;

n - среднее число поражений молнией 1 км2 в год.

Для Крыма грозовая деятельность составляет 25 часов в год.

N=(7+3·8,5) ·(5+3·8,5) ·2,5·10-6 =2,5·10-3.

Для приема электрического разряда молнии и отвода ее токов в землю служат специальные устройства, называемые молниеотводами.

Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприёмника, токоотвода и заземлителя. Наиболее распространены стержневые и тросовые молниеотводы. Каждый молниеотвод создает определенную зону защиты — часть пространства, в пределах которого обеспечивается защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии.

При прохождении тока молнии через молниеотвод на почве вблизи заземлителей могут возникнуть опасные для людей потенциалы. Поэтому необходимо заземлители молниеотводов размещать в редко посещаемых местах в удалении на 5 м и более от проезжих и пешеходных дорог. Токоотводы следует располагать в отдалении от входов в здания.

Каждый молниеотвод в зависимости от его конструкции имеет определенную зону защиты. Так, для одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤60м зона защиты представляет собой конус с образующей в виде ломаной линии. Основание конуса имеет радиус r = 1,5 • h.

Рисунок 7.2 — Зона защиты стержневого молниеотвода

Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx представляет круг радиусом  rх (радиус защиты). Для графического построения образующей конуса зоны защиты необходимо соединить вершину молниеотвода с точками, расположенными на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии  обе стороны от него. Затем  точку   на   молниеотводе,  расположенную   на   высоте 0,8 • h, соединить с точками на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r = 1,5 • h в обе стороны от него. Радиус зоны защит на высоте hx определяется следующими соотношениями: [26]

rx = 1,5 · (h – 1,25· hx)

rx = 29м

7.4 Охрана окружающей среды

Для большинства крупных городов характерно чрезвычайно сильное и интенсивное загрязнение атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а их в городе насчитывается сотни, можно с уверенностью сказать, что они, как правило, превышают предельно допустимые концентрации. Более того, поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие множества загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться еще более значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением размеров города возрастает и концентрация различных загрязняющих веществ в его атмосфере. Однако в действительности, если рассчитывать среднюю концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением объемов выбросов, возрастающих пропорционально росту численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая и выравнивает средние концентрации загрязнения в атмосфере.

В настоящее время большие надежды в области охраны воздушного бассейна связываются с максимальной газификацией промышленности и топливно-энергетического комплекса, однако эффект газификации не следует преувеличивать. Дело в том, что перевод с твердого топлива на газ, конечно, резко снижает объемы серосодержащих выбросов, но увеличивает выбросы окислов азота, утилизация которых еще является технически проблематичной. Сходная ситуация складывается и при сокращении выбросов угарного газа, являющегося продуктом неполного сгорания топлива. Совершенствуя режимы горения, можно свести выбросы угарного газа до минимума, но одновременно с повышением температуры увеличивается и окисление атмосферного азота, приводящее к росту объемов окислов азота, сбрасываемых в атмосферу. В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений, производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере отдаления от транспортной магистрали, а при наличии достаточно высоких преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться более чем в 10 раз.

Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендациях.

Загрязнение атмосферного воздуха является самой серьезной экологической проблемой современного города, оно наносит значительный ущерб здоровью горожан, материально-техническим объектам, расположенным в городе (зданиям, объектам, сооружениям, промышленному и транспортному оборудованию, коммуникациям, промышленной продукции, сырью и полуфабрикатам) и зеленым насаждениям.

Легко заметить, что с удорожанием стоимости промышленного оборудования и промышленной продукции ущерб, наносимый загрязнением воздушного бассейна, будет неуклонно возрастать. Более того, оказывается, что уже сейчас целый ряд наиболее передовых отраслей промышленности, таких как электроника, точное машиностроение и приборостроение, испытывают серьезные затруднения в своем развитии на территории городов. Предприятиям этих отраслей приходится затрачивать немалые средства на очистку воздуха, поступающего в цеха, и, несмотря на это, на производствах, расположенных в крупных городах, нарушения технологии, вызванные загрязнением воздушного бассейна, учащаются с каждым годом. Но даже если в цехах при производстве высокоточной и высококондиционной продукции можно создать условия, близки к идеальным, то, выходя за пределы цеха, она начинает подвергаться разрушающему воздействию загрязняющих веществ и может быстро терять свое качество.

Таким образом, загрязнение воздушного бассейна становится реальным тормозом научно-технического прогресса в городах, действие которого будет постоянно усиливаться по мере повышения требований к чистоте технологий, росту точности промышленного оборудования и распространению микроминиатюризации.

  1.  
    РАЖДАНСКАЯ ЗАЩИТА

«Выявление и оценка радиационной обстановки в диагностическом центре при загрязнении радиоактивными веществами после аварии на атомной электростанции (АЭС)».

8.1 Вводная часть

Среди потенциально опасных производств особое место занимают радиационно-опасные объекты (РОО). Они представляют собой особую опасность для людей и окружающей среды и требуют постоянного контроля за их работой и защитой. Особенностью является то, что человек может определить наличие загрязнения среды только специальными приборами.

К радиационно-опасным объектам относятся:

— атомные электростанции (АЭС);

— научно-исследовательские и проектные организации, связанные с ядерным реактором;

— предприятия по производству и переработке ядерного топлива;

— ядерные энергетические установки на транспорте.

По количеству энергетических реакторов Украина занимает десятое место в мире и пятое в Европе. На Украине действуют 4 атомных электростанции с 15 энергоблоками, одна из которых, Запорожская АЭС с 6 энергоблоками общей мощностью 6000 МВт, является крупнейшей в Европе. В 2010 году вклад атомной энергетики составлял 48% от общего производства электричества в стране, общая мощность АЭС равнялась 13 835 МВт. Для проведения исследовательских работ функционируют 2 ядерных реактора. В Украине работает более 8 тысяч предприятий и организаций, которые используют различные радиоактивные вещества, а также хранят и перерабатывают радиоактивные отходы.

Развитие отечественной ядерной энергетики ведется на основе строительства реакторов на тепловых нейтронах, позволяющих использовать в качестве топлива слабообогощенный природный уран (U-238).

К таким реакторам относятся:

— реактор большой мощности, канальный (РБМК-1000, РБМК-1500). замедлителем в нем служит графит, а теплоносителем - кипящая вода, циркулирующая снизу вверх по вертикальным каналам, проходящим через активную зону. Он размещается в наземной шахте и содержит 192 т. слабообогощенной двуокиси урана-238, а под ним находится железобетонный бункер для сбора радиоактивных отходов при работе реактора.

— водоводяные энергетические реакторы (ВВЭР-600, ВВЭР-1000), в которых вода служит одновременно теплоносителем и замедлителем.

— предусмотрено строительство АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем, которые позволяют наиболее эффективно использовать запасы природного урана.

Главный недостаток АЭС — тяжелые последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими системами безопасности с многократными запасами и резервированием, обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае максимальной проектной аварии (местный полный поперечный разрыв трубопровода циркуляционного контура реактора). При аварии на АЭС с выбросом радионуклидов (ЧАЭС) необходимо быстро выявить радиационную обстановку методом прогнозирования, а затем уточнить ее по данным разведки.

В данной методике оценка радиационной обстановки производится методом прогнозирования.

При авариях на АЭС выделяются 5 зон радиоактивного заражения (рисунок 5.1). Зона радиационной опасности (М) - представляет собой участок загрязненной местности, в пределах которой доза излучения на открытой местности может составлять от 5 до 50 рад в год. На внешней границе этой зоны уровень радиации через 1 час после аварии составляет 0,014 рад/час.

В пределах зоны «М» целесообразно ограничить пребывание людей, не привлекаемых непосредственно к работам по ликвидации последствий радиационной аварии.

При ликвидации аварии в зоне «М» и во всех других зонах должны выполняться основные мероприятия: радиационный и дозиметрический контроль, защита органов дыхания, профилактический прием йодосодержащих препаратов, санитарная обработка людей, дезактивация обмундирования и техники.

Зона умеренного загрязнения (А) - представляет собой участок загрязненной местности, в пределах которой доза излучения может составлять от 50 до 500 рад в год. На внешней границе этой зоны уровень радиации через 1 час после аварии составляет 0,14 рад/час. Действия формирований в зоне «А» необходимо осуществлять в защитной технике с обязательной защитой органов дыхания.

В зоне сильного загрязнения (Б) - доза излучения составляет от 500 до 1500 рад в год. На внешней границе этой зоны уровень радиации через 1 час после аварии составляет 1,4 рад/час. Действия формирований необходимо осуществлять в защитной технике с размещением в защитных сооружениях.

В зоне опасного загрязнения (В) - доза излучения составляет от 1500 до 5000 рад в год. На внешней границе этой зоны уровень радиации через 1 час после аварии составляет 4,2 рад/час. Действия формирований возможно только в сильно защищенных объектах, техники. Время нахождения в зоне - несколько часов.

В зоне чрезвычайного опасного загрязнения (Г) - доза излучения может составлять больше 5000 рад в год. На внешней границе этой зоны уровень радиации через 1 час после аварии составляет 14 рад/час. В зоне нельзя находиться даже кратковременно.

Оценка радиационной обстановки при аварии на АЭС сводится к определению методом прогноза доз излучения и выработке оптимальных режимов деятельности людей при нахождении их в прогнозируемой зоне загрязнения.


8.2 Расчётная часть

Произведём оценку радиационной обстановки по методике изложенной в методических указаниях «Выявление и оценка радиационной обстановки в диагностическом центре  при загрязнении радиоактивными веществами после аварии на атомной электростанции (АЭС)» [27].

Исходные данные:

— тип реактора РБМК-1000;

— мощность реактора 1000МВт;

— количество аварийных реакторов - n = 1;

— доля выброса радиоактивных веществ в процентах – h = 50% ;

— время аварии - Тав. = 9.00 час;

— время начала работы - Тнач. = 16.00 час.;

— начало работы после аварии -Т = 7 час.;

— продолжительность работы - Траб. = 15 часов;

— коэффициент ослабления мощности дозы - Косл. = 1;

— скорость ветра на высоте 10 м - V10= 10 м/с; направление ветра - в сторону диагностического центра; облачность - средняя (4 балла);

— расстояние от диагностического центра до АЭС - Rx = 36 км.;

— допустимая доза облучения за время работы - Дуст = 5 бэр;

— обеспеченность убежищами (СИЗ) - 100%.


Решение

1. По таблице 1 определяем категорию устойчивости атмосферы, соответствующую погодным условиям и заданному времени суток. По условию: облачность средняя (4 б), скорость приземного ветра V10 = 10 м/с. Согласно таблице 1 категория устойчивости D (изотермия).

2. По таблице.2 определяем среднюю скорость ветра Vcp в слое распространения радиоактивного облака. Согласно таблицы для категории устойчивости D и скорость приземного ветра V10 = 10 м/с средняя скорость ветра Vcp = 10 м/с.

3. По таблице 5 для заданного типа ЯЭР (РБМК-1000), доли выброшенных РВ (h=50%) и Vcp = 10 м/с определяем размеры прогнозируемых зон загрязнения местности и наносим их в масштабе в виде правильных эллипсов:

М L= 619 км D=37 км  S= 28500 км2

А  L= 184 км D=8.71 км  S= 1260 км2

Б  L= 36 км  D=1.51 км  S= 42 км2

В  L= 17 км  D=0.59 км  S= 8.38  км2

Рисунок 8.1 — Зоны радиационного загрязнения

4. Исходя из заданного расстояния от диагностического центра (Rx=36км) до аварийного реактора с учетом образующихся зон загрязнения устанавливаем , что объект  оказался на внешней границе зоны «Б».

  1.  По таблице 7 определяем время начала формирования следа радиоактивного загрязнения (tф) после аварии (время начала выпадения радиоактивных осадков на территории диагностического центра).

Для Rx=36 км, категории устойчивости D и средней скорости ветра Vcp=10 м/с,  tф =0,9 часа.

Следовательно, диагностический центр через 0.9 часа после аварии окажется в зоне загрязнения, что потребует дополнительных мер по защите от рабочих и служащих.

  1.  По таблице 10 для зоны загрязнения «Б» с учётом времени начала работы после аварии (Тнач=7 часов) и продолжительности работы (Траб=15 часов) определим дозу облучения, которую получит персонал диагностического центра при открытом расположении в середине зоны «Б». Согласно таблице, Dзоны=  17.0 бэр.

Dобл= Dзоны*1/Косл*1/Кзоны

Dобл=17*1*1/1.7=10 бэр

Расчёт показывает, что персонал диагностического центра за 15 часов работы в зоне «Б» может превысить установленную дозу (Dуст=5бэр)

  1.  Используя данные таблицы 10, определяем допустимое время начала работы рабочих служащих диагностического центра после аварии на АЭС, при условии получения дозы не более Dуст = 5 бэр, по формуле:

D=Дуст*Косл*Кзоны

D=8.5 бэр

Согласно полученным результатам D=8.5 бэр (Dуст= 5 бэр) и Траб=15 часов по таблице определим Тнач = 3 суток, т.е. можно начинать работу только спустя 3 суток после аварии на АЭС и работать полную смену (Траб= 15 часов).

По исходным данным необходимо начать работу после аварии через 7 часов. Следовательно, по таблице 10 и времени Тнач= 7 часов и рассчитанной дозе D=8.5 бэр, находим продолжительность работы Траб= 6.5 часа.

Таблица 8.1 —  Расчётные данные

Категория устройчивости

атмосферы

Vcp,

м/с

Зона, место в зоне

tф, ч

Dз

Dобл

D

Режим

Дано: 1) tнач; D

2)tраб;D

Опред:

1)tраб

2)tнач

Д

10

Б, внешняя граница

0.9

17.0

10

8.5

1)при Тнач= 7 ч  Траб = 6.5 ч

2)при Траб= 15 ч, Тнач=3 суток

  1.  Выводы  

Диагностический центр окажется у внешней границы зоны сильного загрязнения «Б». Время начала формирования радиоактивного следа после аварии на АЭС   tф= 0.9 часа.  При работе в заданном режиме в помещении, при Косл = 1, рабочие могут получить дозу облучения Добл=10 бэр, что превышает установленную дозу Дуст=5 бэр.


Мероприятия по защите сотрудников диагностического центра

После получения оповещения о движении радиоактивного облака установить непрерывное радиационное наблюдение с переносными или стационарными дозиметрическими приборами.

При прохождении радиоактивного облака сотрудников укрыть в убежище или ПРУ.

По данным разведки уточнить прогнозируемую радиационную обстановку.

При уровнях радиации (Р>5 мР/ч) на открытой местности сотрудники должны находиться в респираторах или противогазах.

Во избежание переоблучения сотрудников диагностического центра необходимо организовать сменную работу с учетом допустимой дозы.

Для исключения заноса радиоактивных веществ внутрь помещений необходимо загерметизировать их.

v

—  После выпадания радиоактивных осадков и снижения загрязненности территории произвести дезактивационные работы последующим контролем степени загрязненности.

При больших уровнях загрязненности и невозможности работы сотрудникам объекта необходимо эвакуировать в незагрязненные районы.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы был спроектировано устройства для дистанционного мониторинга основных физиологических показателей человека. Его достоинствами являются простота в эксплуатации, неинвазивность, безвредность, возможно удалённо следить за показателями, низкая цена. Разработанный прибор измеряет частоту сердечных сокращений и температуру тела человека, передаёт данные  по радиоканалу и выводит данные на ЖКИ.

Были проанализированы методы регистрации пульса и температуры, разработана функциональная схема на основе технических требований, собрана принципиальная схема, которая была реализована на базе AVR микроконтроллеров фирмы ATMEL типа ATtiny 2313 и ATtiny 24. Использование данных микроконтроллеров имеет ряд преимуществ: исключительное быстродействие, чрезвычайно эффективный программный код, низкое потребление, мощный набор команд. Данные микроконтроллеры является многофункциональными, в их состав входят все необходимые нам функциональные блоки:  10 - битный АЦП со встроенным мультиплексором, таймеры, универсальный  последовательный интерфейс - USI - необходимый для поддержки протокола обмена данными между двумя  устройствами.

Были описаны логика работы прибора  с разработкой алгоритмов и определены параметры, регистрируемые прибором. Рассмотрены маркетинговые исследования предмета проектирования, рассчитаны затраты на изготовление и общая экономическая эффективность. Определены вредные производственные факторы, такие как: шум, возможность поражения электрическим током, недостаточное освещение. Произведена оценка обстановки и выработаны мероприятия по защите сотрудников диагностического центра в зоне радиоактивного загрязнения при аварии на АЭС.





ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА 




ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА 


ПРИЛОЖЕНИЕ  В

ТАБЛИЦЫ К ЭКОНОМИЧЕСКОМУ ОБОСНОВАНИЮ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ


Таблица П.В.1 —Технологическая карта

№п/п

Тех.операция

Профессия

Условия труда

Норма врем. на 1 изделие

%вых. Годных

Разряд работ.

Оборудование

Инструмент

тип,модель

кол-во

Наимен.

Кол-во

1

Нарезка пластин

Фрезеров-щик

Норм

7

98

4

Установка наре-зки Robus FSM/N, Стул ,

Светильник НП021

1

1

1

Перчатки х/б

Подставка для пластин

Халат х/б

1

1

1

2

Очистка пластин, шлифовка, хим. Обработка

Фрезеров-щик

Вред

13

96

4

Установка для мех. очистки wessero junior,

Стул,

Стол,

Светильник НП021

1

1

1

1

Пинцет

Секундомер

Очки защит.

Респиратор

Резин. перчатки

Прорез. Халат

1

1

1

1

1

1

3

Изготовление ФШ

Монтаж-ник

Норм

16

97

4

Фотоплоттер MIVA2812ESprinter

Стул

Светильник НП021

1

1

1

Резин. перчатки

Прорез. Халат

1

1

4

Ламинирова-ние ФР, экспо-нирование, проявление, травление меди

Травиль-щик

Вред

38

98

4

Лам-тор 1600SPC,

Уст. экспонир.

AP30CL,

Уст. травления

УТМ 450,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

1

1

Пинцет

Респиратор

Резин. перчатки

Прорез. Халат

1

11

1

5

Удаление ФР

Травиль-щик

Вред

6

99

3

Линия снятия ФР ЛМ5,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

Респиратор

Резин. перчатки

Прорез. Халат

1

1

1

6

Оптическое совмещение слоёв и сварка пакета для прессования

Оператор

Вред

9

98

4

Уст. бесштифтовой опт. сборки пакета МПП для прессован.

PRS 77Dis,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

Перчатки х/б

Очки защит.

Халат х/б

1

1

1

7

Сверление отверстий, шлифовка краёв

Оператор

Вред

12

95

4

Одношпиндель-ный станок для сврел. XL-24Lin Schmoll,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

Респиратор

Перчатки х/б

Сверла

Очки защит.

Халат х/б

11111

8

Флюсование, горяч. лужение

Оператор

Вред

11

96

4

Установка флюсования

Fluxer 604,

Уст. гор. лужения

HAL204,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

1

Респиратор

Резин. перчатки

Прорез. Халат

111

9

Оптический контроль

Оператор

Норм

7

99

3

Сист. авт. оптич. инспекции

Orion 828,

Стул,

Светильник НП021

1

1

1

Перчатки х/б

Халат х/б

11

Продолжение таблицы П.В.1

№п/п

Тех.операция

Профессия

Условия труда

Норма врем. на 1 изделие

%вых. Годных

Разряд работ.

Оборудование

Инструмент

тип,модель

кол-во

Наимен.

Кол-во

10

Установка элементов

Оператор

Норм

6

97

4

Линия поверхн. монтажа Samsung M1032,

Стул,

Светильник

111

Перчатки х/б

Халат х/б

11

11

Пайка

Оператор

Вред

12

96

4

Установка ATF 20,

Стул,

Светильник НП021

111

Перчатки х/б

Халат х/б

Респиратор

Защ. очки

1111

12

Нанесение маски марки-ровки, сушка

Оператор

Вред

16

98

4

Вакуумн. аппликатор SHIPLEY724N,

Цифр. принтер

Printar LGP-809,

Стул,

Светильник П021

1

1

11

Респиратор

Резин. перчатки

Пинцет

Халат х/б

1111

13

Проверка плат

Испыта-тель

Норм

11

97

3

Безадапторн. Тестер А-5 ATG,

Стол,

Стул,

Светильник НП021

1111

Пинцет,
рез. перчатки

Халат х/б

111

14

Настройка, калибровка

Испыта-тель

Норм

12

96

4

Безадаптерный тестер А5,

Стол,

Стул,

Светильник НП021

1111

Пинцет,
рез. перчатки

1

1

15

Форма заго-товки корпуса

Формов-щик

Вред

13

97

3

Уст. для формовки корпуса Siemens Siplace CS,

Стул,

Светильник НП021

111

Респиратор

Перчатки х/б

Халат х/б

111

16

Обработка корпуса

Оператор

Норм

8

98

3

Уст. авт. обработки корпуса LHMT,

Стул,

Светильник НП021

111

Перчатки х/б

Халат х/б

11

17

Сборка прибора

Сборщик

Норм

14

97

4

Стол,

Стул,

Светильник НП021

111

Подсветка для плат,

Отвертка,

Клей

Рез. перчатки

1

111


Таблица П.В.3 — Основные применяемые материалы

Наименование

Тип, марка

цена за 1 ед.,грн

ед. измерения

1

Резисторы

R1-R22

0,05

шт

2

Конденсаторы

С2,С4-С14, С16,С18-С25

0,05

шт

3

Конденсаторы

С1,С3,С15,С17

0,75

шт

4

Индуктивность

L1-L8

0,5

шт

5

Резонирующий кварц

ZQ1-ZQ2

3

шт

6

Транзисторы

IRLML6401

1,5

шт

KSP2222A

1

шт

7

Светодиоды

HL1-HL2

1

шт

8

Микросхемы

LT1086-3,6

6

шт

LM358

1,5

шт

Tiny24

12

шт

Tiny2313

14

шт

TRC102

25

шт

9

Терморезистор

СТ1-19-3.3k

6,5

шт

10

Индикатор

WH0802A-YYH-CTK

40

шт

11

Оптический датчик

HLC1395-002

25

шт

12

Динамик

МКЭ-84-1

2,5

шт

13

Кнопки

STJN-508N

0,5

шт

14

Элементы питания

CR2450

4,5

шт


Таблица П.В.4 — Вспомогательные применяемые материалы

Наименование

Марка, шифр

Ед.изм

Норма на одно

изделие

Цена материала за единицу, грн

1

Вода очищенная

ГОСТ 27 78-73

л

1

1,4

2

Канифоль

КС-13 ГОСТ 20824-81

кг

0,001

30

3

Спирт

ГОСТ 18300-72

л

0,05

12

4

Фильтры бумажные

ТЦ 6-09-1687

шт

1

0,27

5

Бязь отбеленная

ГОСТ 11680-65

м

0,02

2,8

6

Олово

-

кг

0,01

180

7

Фоторезист

ORDYL

л

0,002

200

8

Воздух осушенный

-

м3

24

0,08

9

Растворитель

-

л

0,01

20

10

Припой

-

кг

0,02

200

11

Марля

-

м

0,4

0,3

12

Спиртобензиновая смесь

-

л

0,05

15

13

Тугоплавкий пластик

ВРФ-452

кг

0,15

56

14

Лак

ЭП ГОСТ20824-81

кг

0,05

18

15

Маркировочные краски

-

л

0,001

30

16

Жидкие защитные паяльные маски

-

л

0,1

50

17

Хлорное железо

НХЖК2-12

л

0,05

48

18

Фольга

-

м2

0,1

2

19

Текстолит

ГОСТ 10316-78

м2

0,1

20

20

Фотопленка

-

м2

0,03

70

21

Тринатрий фосфат

-

л

0,003

65

Таблица П.В.5 — Применяемое оборудование

Наименование

оборудования

Стоимость

Занимаемая площадь

д*шир*выс

Потребляемая

Мощность, кВт

Масса, кг

1

Установка нарезки пластин Robus FSM/N

62000

1300*1480*1180

2.0

101

2

Установка для механической очистки wessero junior

9000

1100*500*600

7.3

90

3

Фотоплоттер MIVA2812ESprinter

15000

1380*1460*1485

1

1300

4

Автом. ламинатор  1600SPC/T

20000

1760*1730*1880

8.5

1000

5

Уст. Экспонир. АР30CL

23000

2350*1240*1830

2.3

800

6

Уст. травления УТМ

45000

1350*960*1100

6

170

7

Линия снятия ФР ЛМ5

55500

4460*1350*1150

4

1050

8

Уст. бесштифтовой опт.сборки  пакета

МПП для прессован.

PRS 77Dis Technolog

60000

1200*1400*1150

8

400

9

Одно-шпиндельный станок для сверл.

XL-24Lin SCHMOLL

12000

1300*1000*1730

0.9

1500

10

Уст. флюсования Fluxer 604

22000

1700*1500*1200

1

800

11

Уст. гор.лужения HAL204

34000

1300*1500*1100

2

700

12

Сист. Для автомат. Оптич. Инспекции Orion 828

33000

1600*1800*1650

2.5

830

13

Линия поверхн монтажа Samsung M1032

90000

1700*1700*1600

3.5

2000

14

Установка ATF

17000

1250*1100*1200

5

520

15

Вакуумн. Аплликатор

SHIPLEY724N

44000

2600*1500*1200

8

220

16

Цифр. Принтер для нанесения маркировки

Printar LGP-809

20000

1500*2000*2200

2

2200

17

Безадапторн. Тестер А-5 ATG

90000

2580*1500*2000

4

3000

18

Уст. для формировки корпуса Siemens Siplace CS

12000

3000*1500*2000

4

3000

Продолжение таблицы П.В.5—применяемое оборудование

Наименование

оборудования

Стоимость

Занимаемая площадь

д*шир*выс

Потребляемая

Мощность, кВт

Масса, кг

19

Ус-во авто обраб корпуса LHMT

6000

2800*3400*1500

3

2500

20

Стол

2000

1500*800*80

-

40

21

Стул

150

50*50*75

-

4

22

Светильник НП021

200

-

0.1

1

23

Пинцет Pro'sKit 1pk-125t

26

-

-

0.05

24

Очки защитные

18

-

-

0.1

25

Перчатки х/б

1.3

-

-

0.07

26

Перчатки резиновые

2

-

-

0.04

27

Халат х/б

48

-

-

1

28

Прорезиненный халат

100

-

-

2

Таблица П.В.6 — График регламента

Таблица П.В.7 — Стоимость оборудования

№п/п

Наименование,тип, марка

Стоимость, грн

Кол-во штук

Стоимость оборудования

Стоимость с учетом монта-жных работ

Балансовая стоимость

1

Установка нарезки пластин Robus  FSM/N

62000

2

124000

138880

60964,99

2

Уст. мех. очис. wessero junior

9000

4

36000

40320

17699,51

3

Фотоплоттер MIVA2812ESprinter

15000

5

75000

84000

36873,98

4

Автом. ламинатор  1600SPC/T

20000

1

20000

22400

9833,06

5

Уст. Экспонир. АР30CL

23000

1

23000

25760

11308,02

6

Уст. травления УТМ

45000

1

45000

50400

22124,39

7

Линия снятия ФР ЛМ5

55500

2

111000

124320

54573,50

8

Уст. бесштифтовой опт.сборки  PRS 77Dis 

60000

3

180000

201600

88497,56

9

Одно-шпиндельный станок XL-24Lin SCHMOLL

12000

4

48000

53760

23599,35

10

Уст. флюсования Fluxer 604

22000

3

66000

73920

32449,11

11

Уст. гор.лужения HAL204

34000

3

102000

114240

50148,62

12

Сист. Для автомат. Оптич. Инспекции Orion 828

33000

2

66000

73920

32449,11

13

Линия поверхн мон-тажа Samsung M1032

90000

2

180000

201600

88497,56

14

Установка ATF

17000

4

68000

76160

33432,41

15

Вакуумн. Аплликатор SHIPLEY724N

44000

5

220000

246400

108163,69

16

Цифр. Принтер Printar LGP-809

20000

5

100000

112000

49165,31

17

Безадапторн. Тестер А-5 ATG

90000

7

630000

705600

309741,47

18

Уст. для формировки корпуса Siemens Siplace CS

12000

3

36000

40320

17699,51

19

Ус-во авто обраб корпуса LHMT

6000

4

24000

26880

11799,67

20

Стол

2000

15

30000

33600

14749,59

21

Стул

150

55

8250

9240

4056,14

22

Светильник НП021

200

17

3400

3808

1671,62

 

Итого:

671850

 

2195650

2459128

1079498,17


Таблица П.В.8 — Основные производственные фонды

Виды фондов

Процент к итогу

Перво-начальная стоимость, грн

Балансо-вая стоимость, грн

Аморти-зация

Здания

45,9

2857568,99

2225154,68

8%

Сооружения

4,2

261476,901

203608,925

8%

Передаточные устройства

1,6

99610,2481

43726,5083

24%

Силовые машины

3,3

205446,137

90185,9233

24%

Рабочие машины (оборудование)

39,5

2459128

1079498,17

24%

Измерительные приборы и устройства

2,2

136964,091

29584,2437

40%

Транспортные средства

1,3

80933,3266

35527,788

24%

Инструменты

0,4

24902,562

5378,9534

40%

Инвентарь

1,4

87158,9671

18826,3369

40%

Прочее

0,2

12451,281

2689,4767

40%

Итого

100

6225640,51

3734181,01

 


Таблица П.В.9 — Расход основных материалов

Наименование

Тип, марка

Ед. измер.

Расходы на готовую продукцию

цена за 1 ед.,грн

Стоимость на готовую программу

Стоимость с учётом транспорт-ных расходов

1

Резисторы

R1-R22

шт

202070

0,05

10103,5

10578,36

2

Конденсаторы

С2,С4-С14, С16,С18-С25

шт

183700

0,05

9185

9616,70

3

Конденсаторы

С1,С3,С15,С17

шт

36740

0,75

27555

28850,09

4

Индуктивность

L1-L8

шт

73480

0,5

36740

38466,78

5

Резонирующий кварц

ZQ1-ZQ2

шт

18370

3

55110

57700,17

6

Транзисторы

IRLML6401

шт

9185

1,5

13777,5

14425,04

KSP2222A

шт

9185

1

9185

9616,70

7

Светодиоды

HL1-HL2

шт

18370

1

18370

19233,39

8

Микросхемы

LT1086-3,6

шт

18370

6

110220

115400,34

LM358

шт

18370

1,5

27555

28850,09

Tiny24

шт

9185

12

110220

115400,34

Tiny2313

шт

9185

14

128590

134633,73

TRC102

шт

18370

25

459250

480834,75

9

Терморезистор

СТ1-19-3.3k

шт

9185

6,5

59702,5

62508,52

10

Индикатор

WH0802A-YYH-CTK

шт

9185

40

367400

384667,80

11

Оптический датчик

HLC1395-002

шт

9185

25

229625

240417,38

12

Динамик

МКЭ-84-1

шт

9185

2,5

22962,5

24041,74

13

Кнопки

STJN-508N

шт

36740

0,5

18370

19233,39

14

Элементы питания

CR2450

шт

36740

4,5

165330

173100,51

 

Итого

 

 

 

 

1879251

1967575,80


Таблица П.В.10 — Расход вспомогательных материалов

Наименование

Ед.изм

Норма на одно изделие

Цена материала за единицу, грн

Расходы на готовую продукцию

Стоимость на  готовую программу

С учётом транс расходов

1

Вода очищенная

л

1

1,4

9185

12859

13463,373

2

Канифоль

кг

0,001

30

9,185

275,55

288,50085

3

Спирт

л

0,05

12

459,25

5511

5770,017

4

Фильтры бумажные

шт

1

0,27

9185

2479,95

2596,50765

5

Бязь отбеленная

м

0,02

2,8

183,7

514,36

538,53492

6

Олово

кг

0,01

180

91,85

16533

17310,051

7

Фоторезист

л

0,002

200

18,37

3674

3846,678

8

Воздух осушенный

м3

24

0,08

220440

17635,2

18464,0544

9

Растворитель

л

0,01

20

91,85

1837

1923,339

10

Припой

кг

0,02

200

183,7

36740

38466,78

11

Марля

м

0,4

0,3

3674

1102,2

1154,0034

12

Спиртобензиновая смесь

л

0,05

15

459,25

6888,75

7212,52125

13

Тугоплавкий пластик

кг

0,15

56

1377,75

77154

80780,238

14

Лак

кг

0,05

18

459,25

8266,5

8655,0255

15

Маркировочные краски

л

0,001

30

9,185

275,55

288,50085

16

Жидкие защитные паяльные маски

л

0,1

50

918,5

45925

48083,475

17

Хлорное железо

л

0,05

48

459,25

22044

23080,068

18

Фольга

м2

0,1

2

918,5

1837

1923,339

19

Текстолит

м2

0,1

20

918,5

18370

19233,39

20

Фотопленка

м2

0,03

70

275,55

19288,5

20195,0595

21

Тринатрийфосфат

л

0,003

65

27,555

1791,075

1875,255525

 

Итого

 

 

 

 

301001,635

315148,7118

Таблица П.В.11 — Численность промышленно-производственного персонала

ППП

%

Численность

ОПР

76,1

55

ИТР

11,1

9

СКП

3,9

3

МОП

1,5

2

ВР

3,9

3

Охрана

1,5

1

Ученики

1,5

2

Таблица П.В.12 — Фонд оплаты труда ОПР для каждого рабочего

Разряд работ

Заня-тость,%

Тэф, ч

Зпр,грн

Допл., грн

Осн. З.П.,грн

Доп. З.П., грн

З.П. сум, грн

Надб., грн

1

Фрез,4

100

559,39

4396,80

1538,88

5935,68

682,60

6618,28

2481,86

91

509,04

4001,09

1400,38

5401,47

621,17