Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Информатика, ВТ, телекоммуникации
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

525,49 kb
Опубликовано:

2011-07-07

Все дипломные работы по информатике

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БРЕСТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «ЭВМ и Системы»

«К защите допускаю»

Заведующий кафедрой

________________ С.С. Дереченник

"____"___________ 2011 г.

Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

БрГТУ.007817.012 ПЗ

Заведующий кафедрой С. С. Дереченник

Руководитель И. В. Лешкевич

Консультант

по экономическому разделуО. П. Белоглазова

Выполнил В.И. Медведицин

Нормоконтроль Г. М. Монич

Рецензент

2011г.

Аннотация

В дипломном проекте разработан преобразователь программно аппаратный терминал с CAN-шиной. В результате выполнения проекта была разработана схема электрическая структурная и схема электрическая принципиальная программно-аппаратного терминала.

На этапе конструкторско-технологического проектирования была разработана схема топологии печатной программно-аппаратного терминала.

На этапе разработки программного обеспечения была разработана управляющая программа, осуществляющая преобразование информации, поступающей из линий RS232 в линии CAN-bus и наоборот и приложения для управления программно-аппаратным терминалом через ПЭВМ.

Выполнен расчет экономических показателей производства программно-аппаратного терминала.

Введение

Быстрое развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в различных сферах человеческой деятельности, в том числе и промышленности, а так же высочайшая степень сложности выполняемых ими функций являются одними из основных двигателей научно-технического прогресса.

Важное место среди цифровых интегральных микросхем занимают микроконтроллеры. Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов. Это универсальные приборы, их применение в электронных устройствах самого различного назначения постоянно расширяется. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости. Разработкой и производством МК занимаются многие фирмы, специализирующиеся в области полупроводниковой электроники. Среди них Microchip, Scinex, Atmel, Motorola, Zilog, Cypress, Texas Instruments, Philips и другие.

Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора <#"539116.files/image001.gif">

Рисунок 1.1 - Схема интерфейса RS232

Для соединения многих устройств достаточно минимального набора цепей интерфейса RS-232: RD, TD и Signal Ground. Схема соединения изображена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема соединения с минимальным набором цепей

В RS232 используются два уровня сигналов: логические 1 и 0. Логическую 1 иногда обозначают MARK, логический 0 - SPACE. Логической 1 соответствуют отрицательные уровни напряжения, а логическому 0 - положительные. Соответствующие значения напряжений представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Уровни сигналов данных

Уровень	Передатчик	Приемник
Логический 0	От +5 В до +15 В	От +3 В до +25 В
Логический 1	От-5 В до -15 В	От -3 В до -25 В
Не определен	От -3 В до +3 В

На рисунке 1.3 показана эквивалентная электрическая схема при обмене последовательными данными по стандарту RS-232C. Эта эквивалентная схема независима от того, где расположен генератор в DTE или DCE.

Характеристики сигнала обмена данными по стандарту RS-232C включены в международный стандарт ITU-T v.28.

Рисунок 1.3 - Эквивалентная электрическая схема RS-232

Идея создания Controller Area Network (CAN) появилась в конце 80-х у Роберта Боша. Идея заключалась в том, чтобы создать сетевое решение для распределённых систем, работающих в реальном времени. Соединение может быть более устойчивым к помехам при использовании витой пары. Первоначально создавалась для автомобильного назначения, но в настоящее время используется в разнообразных системах управления, в т.ч. индустриальных, работающих в насыщенной помехами окружающей среде.протокол связи стандартизирован согласно ISO 11898-1 (2003). Этот стандарт главным образом описывает слой обмена данными состоящий из подраздела логического контроля (LLC) и подраздела контроля доступа (MAC), и некоторых аспектов физического слоя ISO/OSI модели. Остальные слои протокола оставлены на усмотрение разработчика сети.- система на серийной шине приспособленная для организации сети интеллектуальных устройств, так же как датчиков и исполнительных устройств в системе или подсистеме.

Интерфейс CAN-bus обеспечивает высокий уровень защиты данных от повреждения даже при работе в сложных условиях (сильные помехи), при этом достигается достаточно большая скорость передачи данных (до 1 Mбит/с).

Высокая степень и надежности сети благодаря развитым механизмам обнаружения и исправления ошибок, самоизоляции неисправных узлов, нечувствительность к высокому уровню электромагнитных помех обеспечивает сети широчайшую сферу применения.

Шина CAN-bus представляет собой двухпроводной интерфейс, имеющий линейную сетевую структуру, к которому подключаются устройства. На концах линии установлены резисторы (терминаторы) сопротивлением 120 Ом в соответствии с рисунком 1.4. Сигнал передается по двум линиям can_high (CANH) и can_low (CANL). Логический 0 регистрируется когда на can_high сигнал выше чем на can_low. Логическая единица в обратном случае.

Рисунок 1.4 - Схема подключения к интерфейсу CAN-bus

Подключение устройств имеет структуру, показанную на рисунке 1.5. В его состав обязательно входит CAN контроллер, отвечающий за организацию интерфейса и CAN трансивер, отвечающий за прием и передачу данных. Обмен данными между трансивером и контроллером идет по последовательному интерфейсу (сигналы Tx, Rx).

Рисунок 1.5 - Внутренняя структура устройства

Дифференциальный режим передачи позволяет эффективно бороться с сильными электромагнитными помехами. Это достигается за счет того, что электромагнитный импульс воздействует на обе линии данных (CANH и CANL). Уровень сигнала в них меняется, но разница остается постоянной.

Быстродействие CAN сети достигается благодаря механизму недеструктивного арбитража шины посредством сравнения бит конкурирующих сообщений. Т.е. если случится так, что одновременно начнут передачу несколько контроллеров, то каждый из них сравнивает бит, который собирается передать на шину с битом, который пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов равны оба контроллера пытаются передать следующий бит. И так происходит до тех пор пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другой контроллер прервёт свою передачу до того времени пока шина вновь не освободится. Конечно, если шина в данный момент занята, то контроллер не начнет передачу до момента её освобождения.

Эта спецификация CAN исходит из предположения, что все CAN контроллеры принимают сигналы с шины одновременно. Т.е. в одно и то же время один и тот же бит принимается всеми контроллерами в сети. С одной стороны такое положение вещей делает возможным побитовый арбитраж, а с другой стороны ограничивает длину CAN-bus. Сигнал распространяется по CAN-bus с огромной, но конечной, скоростью и для правильной работы CAN нужно, чтобы все контроллеры "услышали" его почти одновременно. Почти, потому что каждый контроллер принимает бит в течение определённого промежутка времени, отсчитываемого системным часам. Таким образом, чем выше скорость передачи данных, тем меньшая длина CAN-bus возможна.

Стандартом регламентировано несколько значений для скорости передачи данных. Максимальная скорость сети CAN в соответствие с протоколом равна 1 Mбит/с. При скорости в 1 Mбит/c максимальная длина кабеля равна примерно 40 м. Ограничение на длину кабеля связано с конечной скоростью распространения сигнала и механизмом побитового арбитража (во время арбитража все узлы сети должны получать текущий бит передачи одновременно, т.е. сигнал должен успеть распространится по всему кабелю за единичный отсчет времени в сети).

Скорость шины, в свою очередь, определяет максимальное значение длины шины в соответствии с таблицей 1.2.

Таблица 1.2 - Соотношение скорости передачи и длины шины

Скорость передачи, кбит/с	Длина шины, м	Номинальная длительность бита, мкс
1000	30	1
800	50	1.25
500	100	2
250	250	4
125	500	8
62.5	1000	20
20	2500	50
10	5000	100

Данные значения скорости и длины шины достижимы с использованием стандартных кабелей и трансиверов и использование оптоволокна не обязательно.

В CAN не существует явной адресации сообщений и узлов, сообщения не имеют явной адресации приемника. Источник выставляет на шину свой идентификатор и данные, а приемник самостоятельно, исходя из решаемых задач, обрабатывает принятые данные от данного источника, либо игнорирует их.

Протокол CAN нигде не указывает, что поле арбитража должно использоваться как идентификатор сообщения или узла. Таким образом, идентификаторы сообщений и адреса узлов могут находиться в любом поле сообщения (в поле арбитража или в поле данных, или присутствовать и там, и там).

С другой стороны, стандарт протокола предусматривает возможность удаленного запроса данных (RTR). В отличие от предыдущего описания, приемник не ожидает появления необходимых данных, а запрашивает данные у необходимого узла.

Точно также протокол не запрещает использовать поле арбитража для передачи данных.

Стандарт CAN не регламентирует, каким образом конкретные приложения будут передавать специфичные для себя данные по сети CAN. Таким образом возникает потребность в использовании какого-нибудь протокола верхнего уровня. Можно придумать свой протокол, который позволял бы приложениям работать с CAN сетью просто и удобно, но едва ли стоит тратить на это силы, если уже существует множество высокоуровневых протоколов на основе CAN технологии. Причём это открытые протоколы, т.е. можно получить уже готовые спецификации и даже участвовать в дальнейшем развитии данных систем.протокол определяет безопасную передачу небольших пакетов данных из пункта А в пункт Б используя общую линию коммуникации. Протокол не содержит средств контроля потока, адресацию, не предоставляет передачу сообщений более чем 8 бит, не осуществляет установку соединения и т.д. Перечисленные свойства определяются HLP (Протоколами Высшего Порядка). Условия HLP получены и состоят из семи порядков:

- OSI модели (Open Systems Interconnect Model);

- CanKingdom;

- CANopen/CAL;

- DeviceNet;

- J1939;

- OSEK;

- SDS.обычно определяет:

- параметры запуска;

- распределение идентификатора сообщения среди различных устройств в системе;

- интерпретация содержимого блоков данных;

- статус взаимодействия в системе.

2 Структурное проектирование

На основе схемы электрической структурной при дальнейшем проектировании будет построена схема электрическая принципиальная, как детальная реализация схемы электрической структурной.

Структурная схема разрабатываемого устройства может быть представлена как совокупность функциональных блоков, соединённых между собой. Программно-аппаратный терминал с CAN-шиной предназначен для передачи информации, от компьютера по интерфейсу RS232, в память подключенного устройства по интерфейсу CAN-bus, и обратно.

Согласно техническому заданию, программно-аппаратный терминал выполнен в виде самостоятельного устройства, снабжённого микроконтроллером, осуществляющим связь между интерфейсами.

На рисунке 2.1 показана структурная схема разрабатываемого устройства.

В структуре преобразователя можно выделить следующие блоки:

- микроконтроллер;

- контроллер CAN-bus;

- приемопередатчик CAN-bus;

- подключенные устройства CAN-bus;

- приемопередатчики RS232;

- ПЭВМ;

- блок питания +5V.

Рисунок 2.1 - Структурная схема разрабатываемого устройства

Рассмотрим каждый из структурных блоков, входящих в состав системы, отдельно. ПЭВМ, к которой подключается разрабатываемый терминал, будет осуществлять передачу информации в подключенные устройства. К подключенным устройствам терминал подключается через интерфейс CAN-bus.

Контроллер CAN-bus необходим для связи приемопередатчика CAN-bus с микроконтроллером и наоборот. Сам контроллер CAN-bus соединен с микроконтроллером посредством шины SPI. Интерфейс SPI - синхронный последовательный интерфейс - предназначен для организации обмена между двумя устройствами, причем одно из них является инициатором обмена (master), второе - пассивное (slave ).

Основные характеристики SPI интерфейса:

- полнодуплексный 3-проводный синхронный обмен данными;

- режим работы ведущий или ведомый;

- обмен данными с передаваемыми первыми старшим или младшим битами;

- четыре программируемые скорости обмена данными;

- флаг прерывания по окончании передачи.

Структурная схема SPI интерфейса показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурная схема SPI интерфейса

Вывод PB1(SCK) является выходом тактового сигнала ведущего микроконтроллера и входом тактового сигнала ведомого. По записи ведущим CPU данных в SPI регистр начинает работать тактовый генератор SPI и записанные данные сдвигаются через вывод выхода PB2(MOSI) ведущего микроконтроллера на вывод входа PB2 (MOSI) ведомого микроконтроллера. После сдвига одного байта тактовый генератор SPI останавливается, устанавливая флаг окончания передачи (SPIF). Если в регистре SPCR будет установлен бит разрешения прерывания SPI (SPIE), то произойдет запрос прерывания. Вход выбора ведомого PB0(SS), для выбора индивидуального SPI устройства в качестве ведомого, устанавливается на низкий уровень. При установке высокого уровня на выводе PB0(SS) порт SPI деактивируется и вывод PB2(MOSI) может быть использован в качестве вывода входа. Режим ведущий/ведомый может быть установлен и программным способом установкой или очисткой бита MSTR в регистре управления SPI.

Два сдвиговых регистра ведущего и ведомого микроконтроллеров можно рассматривать как один разнесенный 16-разрядный циклический сдвиговый регистр. При сдвиге данных из ведущего микроконтроллера в ведомый одновременно происходит сдвиг данных из ведомого микроконтроллера в ведущий, т.е. в течение одного цикла сдвига происходит обмен данными между ведущим и ведомым микроконтроллерами.

Приемопередатчик CAN-bus необходим для преобразования последовательного потока данных от микроконтроллера в дифференциальный сигнал и наоборот. Структурная схема приемопередатчика CAN показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Структурная схема приемопередатчика CAN-bus

Приемопередатчик RS232 необходим для преобразования уровней сигнала последовательного потока данных микроконтроллера в сигнал интерфейса RS232 и наоборот.

Микроконтроллер является центральным звеном в устройстве. На него возложены задачи по реализации моста между интерфейсом CAN-bus и RS232. Микроконтроллер будет выполнять функции приема и передачи данных между двумя физическими интерфейсами, преобразуя форматы кадров и поддерживая протоколы передачи данных.

Для того чтобы минимизировать количество дополнительных элементов, нужно выбрать микроконтроллер, интегрирующий в себе как можно полнее запрашиваемые функции. Изучив номенклатуру предлагаемых микроконтроллеров, остановим свой выбор на микроконтроллере семейства AVR фирмы ATMEL.архитектура объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр-аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. 6 из 32-х регистров могут использоваться как три 16-разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 миллиона инструкций в секунду на каждый 1 МГц тактовой частоты. Встроенные аналоговый компаратор, сторожевой таймер, порты SPI и UART, таймеры/счетчики. Диапазон напряжений питания от 1,8 В до 6,0 В.

Блок питания будет обеспечивать напряжение питания +5В. Именно такое напряжение необходимо для питания большинства микросхем, используемых в данном устройстве.

Структурная схема разрабатываемого устройства изображена на чертеже БрГТУ.007817.012 Э1.

3 Схемотехническое проектирование

На стадии схемотехнического проектирования необходимо построить схему электрическую принципиальную блоков, изображенных на структурной схеме устройства, произвести выбор элементной базы.

В качестве активного управляющего элемента в программно-аппаратном терминале будет выступать микроконтроллер семейства AVR ATmega128. Данный микроконтроллер маломощный 8-разрядный КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия. содержит следующие элементы: 128 кБ внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кБ ЭСППЗУ, 4 кБ статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разрядный АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать [1].

УГО микроконтроллера изображено на рисунке 3.1, а его цоколевка на рисунке 3.2. Назначение выводов микроконтроллера ATmega128 представлено в таблице 3.1.

Рисунок 3.1 - УГО микроконтроллера ATmega128

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

Рисунок 3.2 - Цоколевка микроконтроллера ATmega128

Таблица 3.1 - Назначение выводов микроконтроллера ATmega128

Обозначение	Описание
XTAL1	Вход тактового генератора.
XTAL2	Выход тактового генератора.
#RESET	Вход сброса. При удержании на входе низкого уровня в течении 50 нс выполняется сброс устройства.
PA0-PA7	Порт A - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: AD0…AD7 : разряды шины адреса и шины данных внешнего интерфейса памяти.
PB0-PB7	Порт B - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PB7: OC2/OC1C выход компаратора и выход ШИМ таймера-счетчика 2 или выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB6: OC1B выход В компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB5: OC1A выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB4: OC0 Выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 0; PB3: MISO ввод для ведущей/вывод для подчиненой шины SPI; PB2: MOSI Вывод для ведущей/ввод для подчиненной шины SPI; PB1: SCK Синхронизация последовательной связи шины SPI; PB0: SS вход выбора подчиненного режима интерфейса SPI.
PC0-PC7	Порт C - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: A15…А8: разряды 15…8 шины адреса внешнего интерфейса памяти.
PD0-PD7	Порт D - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PD7: T2 вход синхронизации таймера-счетчика 2; PD6: T1 вход синхронизации таймера-счетчика 1; PD5: XCK1 вход/выход внешней синхронизации УСАПП1; PD4: IC1 вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 1; PD3: INT3/TXD1вход внешнего прерывания 3 или выход передачи УАПП1; PD2: INT2/RXD1 вход внешнего прерывания 2 или вход приема УАПП1; PD1: INT1/SDA вход внешнего прерывания 1 или ввод/вывод последовательных данных TWI; PD0: INT0/SCL вход внешнего прерывания 0 или синхронизация последовательной связи TWI.
Обозначение	Описание
PE0-PE7	Порт E - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PE7: INT7/IC3 вход внешнего прерывания 7 или вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 3; PE6: INT6/ T3 вход внешнего прерывания 6 или вход синхронизации таймера-счетчика 3; PE5: INT5/OC3C вход внешнего прерывания 5 или выход С компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE4: INT4/OC3B вход внешнего прерывания 4 или выход B компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE3: AIN1/OC3A инвертирующий вход аналогового компаратора или выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE2: AIN0/XCK0 неинвертирующий вход аналогового компаратора или вход/выход внешний синхронизации УСАПП0; PE1: PDO/TXD0 вывод программируемых данных или вывод передачи УАПП0; PE0: PDI/RXD0 ввод программируемых данных или вывод приема УАПП0.
PF0-PF7	Порт F действует как аналоговый ввод аналогово-цифрового преобразователя. Порт F также может использоваться как 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода, если АЦП не используется. Альтернативные функции описанные ниже: PF7: ADC7/TDI Вход канала 7 АЦП или ввод данных при JTAG тестировании; PF6: ADC6/TDO Вход канала 6 АЦП или вывод данных при JTAG тестировании; PF5: ADC5/TMS Вход канала 5 АЦП или выбор режима JTAG тестирования; PF4: ADC4/TCK Вход канала 4 АЦП или синхронизация JTAG тестирования; PF3: ADC3 Вход канала 3 АЦП; PF2: ADC2 Вход канала 2 АЦП; PF1: ADC1 Вход канала 1 АЦП; PF0: ADC0 Вход канала 0 АЦП.
PG0-PG4	Порт G - 5-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PG4: TOSC1 Генератор часов реального времени таймера-счетчика 0; PG3: TOSC2 Генератор часов реального времени таймера-
Обозначение	Описание
	счетчика 0; PG2: Разрешение фиксации адреса внешней памяти; PG1: RD Строб чтения внешней памяти; PG0: WR Строб записи внешней памяти.
AREF	Вход опорного напряжения для АЦП.
GND	Аналоговый общий вывод.
AVCC	Вывод источника питания АЦП.
GND	Общий вывод питания микросхемы.
VCC	Вывод источника питания.

Выходные буферы портов имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии портов будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы портов находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.

Конденсаторы С6, С9…С12, С15, С17 служат для уменьшения паразитных связей по питанию устройства, и их номинал 100нФ.

Связь микроконтроллера с контроллером CAN-bus будет осуществляться с помощью интерфейса SPI, т.е. через выводы PB0…PB3. Выводы PD0…PD3, PE7 управляют работой контроллера CAN-bus.

Связь микроконтроллера с приемопередатчиками RS232 будет осуществляться с помощью USART, встроенного в микроконтроллер ATmega128. Через выводы PE0, PE1 будет осуществляться прием и передача данных.

Задание тактовой частоты работы микроконтроллера осуществлено с помощью кварцевого резонатора ZQ2 с тактовой частотой 14,7456МГц. Резонатор следует располагать в непосредственной близости от соответствующих выводов микросхемы микроЭВМ с обеспечением минимального сопротивления соединяющих проводников. Конденсаторы С1, С3…С5 согласно типовой схеме подключения равны 15пФ.

Схема подключения микроконтроллера, составленная на основе типовой схемы подключения микроконтроллера, изображена на рисунке 3.3.

Для реализации контроллера CAN-bus выберем микросхему MCP2515.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.4, а ее цоколевка на рисунке 3.5. Назначение выводов микросхемы MCP2515 представлено в таблице 3.2.

Рисунок 3.3 - Схема подключения микроконтроллера ATmega128

Рисунок 3.4 - УГО микросхемы MCP2515

Рисунок 3.5 - Цоколевка микросхемы MCP2515

Таблица 3.2 - Назначение выводов микросхемы MCP2515

Обозначение	Описание
TXCAN	Вывод передачи данных в CAN-bus.
RXCAN	Вывод приема данных из CAN-bus.
CLKOUT	Вывод тактового генератора с программируемым делителем частоты.
#TX0RTS	Буфер передачи данных TXB0.
#TX1RTS	Буфер передачи данных TXB1.
#TX2RTS	Буфер передачи данных TXB2.
OSC2	Выход генератора.
OSC1	Вход генератора.
VSS	Общий вывод питания микросхемы.
#RX1BF	Буфер приема данных RXB1.
Обозначение	Описание
#RX0BF	Буфер приема данных RXB0.
#INT	Выход прерывания.
SCK	Вход тактового сигнала для SPI интерфейса.
SI	Вход данных модуля SPI.
SO	Выход данных модуля SPI.
#CS	Вход выбора устройства на шине SPI.
#RESET	Низкий активный вход сброса устройства.
VDD	Вход питания микросхемы.

Контроллер CAN-bus осуществляет взаимосвязь с микроконтроллером посредством интерфейса SPI, с помощью выводов CS, SO, SI, SCK. Взаимосвязь с приемопередатчиком CAN-bus осуществляется с помощью выводов RXCAN, TXCAN.

Задание тактовой частоты работы контроллера CAN-bus осуществлено с помощью кварцевого резонатора ZQ1 с тактовой частотой 16МГц. Конденсаторы С1, С3 согласно типовой схеме подключения равны 15пФ.

Схема подключения контроллера CAN-bus изображена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Схема подключения микросхемы MCP2515

Для реализации приемопередатчика CAN-bus выберем микросхему MCP2551. Это высокоскоростное устройство поддерживает скорость приема/передачи до 1Мбит/с. MCP2551 обеспечивает защиту от короткого замыкания до ±40 В и защиту от кратковременных напряжений до ±250 В. MCP2551 обеспечивает защиту от короткого замыкания до ±40 В и защиту от кратковременных напряжений до ±250 В.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.7, а ее цоколевка на рисунке 3.8. Назначение выводов микросхемы MCP2551 представлено в таблице 3.3.

Рисунок 3.7 - УГО микросхемы MCP2551

Рисунок 3.8 - Цоколевка микросхемы MCP2551

Таблица 3.3 - Назначение выводов микросхемы MCP2551

Обозначение	Описание
TXD	Вход передатчика.
VSS	Общий вывод питания микросхемы.
VDD	Вход питания микросхемы.
RXD	Выход приемника.
RS	Выход стабилизации общего режима.
CANL	Линия низкого уровня шины CAN-bus.
CANH	Линия высокого уровня шины CAN-bus.
VREF	Опорное выходное напряжение.

Выводы

TxD, RxD предназначены для обмена данными с контроллером CAN bus и поэтому в разрабатываемом преобразователе будут подключены непосредственно к контроллеру CAN-bus. Выводы CANH, CANL - это физический интерфейс CAN-bus. Эти выводы будут подключены к разъему, который будет подключаться к необходимым устройствам. Для минимизации отражения сигнала в шине используется оконечная нагрузка шины (bus termination). ISO-11898 требует, чтобы шина CAN имела номинальную характеристику входного полного сопротивления линии передачи в 120 Ом. Поэтому обычное значение согласующего резистора для каждого конца шины составляет 120 Ом.

Схема подключения приемопередатчика CAN-bus изображена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Схема подключения микросхемы MCP2551

Для реализации приемопередатчика интерфейса RS232 будет использоваться микросхема MAX232.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.10, а ее цоколевка на рисунке 3.11.

Назначение выводов микросхемы MAX232 представлено в таблице 3.4.

Рисунок 3.10 - УГО микросхемы MAX232

Рисунок 3.11 - Цоколевка микросхемы MAX232

Таблица 3.4 - Назначение выводов микросхемы MAX232

Обозначение	Описание
C1+, C1-	Подключение внешнего конденсатора удвоителя напряжения порядка 100нФ.
V+, V-	Выходное напряжение (положительное и отрицательное).
C2+, C2-	Подключение внешнего конденсатора инвертора напряжения порядка 100нФ.
T2out, T1out	Выходы передатчика RS232.
R2in, R1in	Входы приёмника RS232.
R2out, R1out	Выходы приёмника ТТЛ/КМОП.
T1in, T2in	Входы передатчика ТТЛ/КМОП.
GND	Общий вывод питания микросхемы.
VCC	Напряжение питания +5В.

Емкость применяемых конденсаторов C7, C8, C14, C16 указана в документации производителя и равна 1мкФ. Микроконтроллер подключается к выводам T1in-R1out. ПЭВМ подключена к паре T1out-R1in.

Схема подключения приемопередатчика интерфейса RS232 изображена на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - Схема подключения микросхемы MAX232

В качестве разъема для связи с ПЭВМ выберем стандартный, изображенный на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 - Разъем для подключения к ПЭВМ

Терминал будет работать от сети с напряжением 220В, а т.к. все микросхемы терминала рассчитаны на напряжение питания 5В, то будем использовать блок питания. Схема представлена на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Схема блока питания

Блок питания состоит из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя, в качестве которого используется диодный мост RS602, и стабилизатора L7805ACV со стандартной схемой обвязки.

Емкости конденсаторов, применяемых в обвязке стабилизатора, указаны производителем в документации: C18, С20 равны 100нФ, а C13 равны 10мкФ. Конденсатор С18 будет использоваться для сглаживания напряжения питания, конденсатор C13 используется для фильтрации низкочастотных помех, а конденсатор C20 используется для фильтрации высокочастотных помех.

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого устройства изображена на чертеже БрГТУ.007817.012 Э3.

4 Конструкторско-технологическое проектирование

.1 Разработка конструкции терминала

На этапе конструкторско-технологического проектирования необходимо, согласно заданию, произвести разработку печатной платы, определить материал для изготовления печатной платы, технологию изготовления печатной платы, её размеры.

Конструирование представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции устройства, знание современной технологии, схемотехники, теории надежности и других теоретических и прикладных дисциплин. От успешного решения задач конструирования зависят такие характеристики, как надежность, объем, вес, технологичность, удобство эксплуатации. Качество разработанной конструкции определяется степенью соответствия ее техническим требованиям. Неудачные конструкторские решения могут привести, например, к невозможности обеспечения работоспособности ЭВМ из-за несоблюдения теплового режима или к значительному снижению быстродействия.

Технология производства является совокупностью производственных процессов и документов для изготовления изделия, а также научное описание способов производства (способы изменения формы, размеров, физических и химических свойств, структуры и состава исходного материала). Также технология производства определяет все ресурсы, затраченные на производство изделия (временные, материальные и другие).

Основными задачами при разработке конструкции являются:

- обеспечение надёжности эксплуатации;

- обеспечение удобства использования;

- обеспечение герметичности и стойкости к агрессивным средам;

- обеспечение широкого температурного диапазона работы.

Таким образом, для обеспечения надёжности, герметичности, удобства и широкого температурного диапазона необходимо выбрать материал для разрабатываемого устройства. В качестве корпуса для терминала хорошо подойдёт полый параллелепипед из пластика. Пластмасса или пластик - это общий термин для широкого диапазона синтетических или полусинтетических изделий полимеризации. Они состоят из органического сгущения синтетической смолы или ступенчато-полимеризованных (аддитивных) полимеров и могут содержать другие вещества, чтобы улучшить износоустойчивость или экономичность. Пластмассы могут быть сформированы в пленки или волокна. Пластмасса может классифицироваться многими способами, но наиболее часто по основам полимера (поливинил хлорид, полиэтилен, метакрилат полиметила и другие акрилаты, силиконы, полиуретаны и т.д.).

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85-1,8 г/см³), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей.

Чтобы утилизировать пластик его нужно должным образом сжечь при высоких температурах, единственными произведенными химикалиями будут вода, углекислый газ и углеродистая зола. Если же его сжечь без достаточного количества кислорода или при более низких температурах он может произвести ядовитые пары и другие опасные побочные продукты. Пластик может быть переработан, и из переплавленного материала можно будет сделать скамейки для парка, игрушки и цветочные горшки.

Наличие корпуса у разрабатываемого устройства обеспечит надежность эксплуатации, удобство использования, герметичность и стойкость к агрессивным средам.

.2 Разработка печатной платы

Исходными данными к разработке топологии печатной платы является схема электрическая принципиальная, установочные размеры радиоэлементов узла и рекомендации по разработке монтажа для выбранной серии микросхем.

Печатные платы предназначены для электрического соединения элементов схемы между собой и в общем случае представляют вырезанный по размеру материал основания, содержащий необходимые отверстия и проводящий рисунок, который может быть выполнен как на поверхности, так и в объеме основания.

Печатные платы классифицируются по нескольким параметрам:

- по числу проводящих слоев (одно-, двух- и многослойные);

- по плотности проводников (свободные - ширина проводников и расстояние между ними 0,5 мм, уплотненные - 2,5 мм);

- по виду материала основы (органический диэлектрик - текстолит, керамические материалы или на основе металлов);

- по способу изготовления (химическое травление, электрохимическое осаждение);

- по способу нанесения проводников (обработка фольгированных диэлектриков, нанесение тонких токопроводящих слоев).

Многослойные печатные платы (МПП) обеспечивают существенно большую плотностью размещения печатных проводников, что приводит к уменьшению массы и габаритов готового изделия. То же самое относится и к уплотненным печатным платам.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

При разработке конструкции печатных плат решаются следующие задачи:

- схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация количества слоев;

- радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи;

- конструктивные - размещение элементов на печатной плате, контактирование;

- технологические - выбор метода изготовления, защита.

Высокая сложность современных схем приводит к необходимости автоматизации задач размещения, трассировки, расчета тепловых режимов, электромагнитного взаимодействия компонентов на печатной плате.

По существу, задача размещения и трассировки сводится к перебору (полному или частичному) возможных вариантов размещения соединяемых элементов и нахождения оптимального. Критерием оптимальности является минимальная сумма длин всех размещаемых на плате печатных проводников (либо более сложные целевые функции).

Разрабатываемая печатная плата должна иметь достаточно малые габариты, это определяется стремлением сделать программно-аппаратный терминал как можно меньших размеров без ухудшения его характеристик.

Для того, чтобы уменьшить размер печатной платы, необходимо применять радиоэлементы с маленькой установочной площадью. В качестве большинства таких элементов могут выступать малогабаритные SMD элементы.

Преимущество использования SMD элементов заключается не только в том, что они обладают малыми геометрическими размерами и, как правило, лучшими электрическими характеристиками, по сравнению с классическими выводными элементами, но и в том, что у этих элементов отсутствуют выводы, что позволяет уменьшить паразитные индуктивные и емкостные связи. Малогабаритный SMD элемент, как правило, обладает контактными площадками, которые занимают большой процент их общей площади, что улучшает теплоотведение от этих элементов. Малые размеры этих элементов приводят к тому, что они меньше греются.

SMD элементы на плату крепятся поверхностным монтажом и, как правило, полностью соприкасаются с печатной платой всей своей поверхностью, что обеспечивает лучшее теплоотведение [2]. Так же, малые размеры SMD элементов определяют то, что при изменении температуры окружающей температуры в больших пределах, они обладают малым коэффициентом температурной деформации, так как сами по себе они очень малы. Малая деформация элементов при изменении температуры значительно снижает нагрузку на паяное соединение и на сам элемент, что значительно увеличивает надежность устройства. Однако, вместе с тем, такие элементы очень чувствительны к деформации печатной платы, что порождает ещё одно требование к печатной плате. Печатная плата должна иметь достаточно большую жесткость, чтобы исключить порчу SMD элементов из-за принудительной деформации печатной платы.

Малогабаритные SMD элементы припаиваются на контактные площадки, расположенные со стороны установки элементов. Существует возможность использовать однослойную печатную плату, однако чтобы выполнить требования по обеспечению минимальной ширины печатного проводника и минимального расстояния между печатными проводниками, данные элементы необходимо было бы располагать на достаточно большом расстоянии друг от друга. Большую часть печатной платы занимали бы печатные проводники, которые осуществляют соединение припаиваемых элементов. Такой вариант изготовления печатной платы не приемлем, так как не позволит достичь малых габаритов платы, поэтому необходимо применять двухстороннюю печатную плату, а соединение между слоями осуществлять по средствам металлизированных отверстий.

Печатные проводники, расположенные на разных слоях печатной платы желательно располагать перпендикулярно друг другу либо под углом, так как параллельное размещение проводников на разных слоях приведет к повышению паразитных емкостей между ними, что может сказаться на работе устройства. Однако, не исключено, что на разных слоях платы проводники могут располагаться параллельно, в таком случае, необходимо их разносить на некоторые расстояния друг от друга, либо уменьшать участки, где проводники идут параллельно. Следует учитывать, что, к примеру, параллельное расположение какого либо сигнального печатного проводника и общего печатного проводника на плате не будет давать отрицательного результата, однако взаимное параллельное расположение сигнальных печатных проводников может сильно сказаться на качестве устройства[3].

Как уже говорилось ранее, устанавливаемые элементы имеют достаточно малые геометрические размеры и расстояния между выводами. Разрабатываемая печатная плата согласно ГОСТ 23.751-86 имеет третий класс точности.

Третий класс точности изготовления печатных плат имеет следующие характеристики:

- минимальная ширина печатного проводника: 0,25 мм;

- минимальное расстояние между краями соседних элементов разрабатываемого рисунка: 0,25 мм;

- минимальная гарантированная ширина пояска вокруг отверстия: 0,1 мм;

- отношение номинального значения диаметра наименьшего из отверстий, к толщине печатной платы: 0,33 мм.

Разводку печатной платы произведем при помощи САПР производства компании Altium P-CAD 2006. Система P-CAD 2006 представляет собой новейшую версию популярного пакета для сквозного проектирования аналоговых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых устройств и для автоматизированного проектирования печатных плат. В частности, она позволяет выполнять следующие операции:

- подбирать элементную базу в соответствии с техническим заданием;

- вести библиотеки символов, топологических посадочных мест и моделей компонентов;

- осуществлять графический ввод схемы и ее упаковку на печатную плату;

- выполнять трассировку в ручном, интерактивном и автоматическом режимах;

- проводить смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;

- выявлять ошибки в схеме и печатной плате, вплоть до анализа целостности сигналов и перекрестных искажений;

- выпускать полный комплект конструкторско-технологической документации для передачи на предприятие - изготовитель печатных плат.

В состав данного программного комплекса входит несколько тесно интегрированных между собой модулей.

Library Executive - диспетчер библиотек, значительно упрощающий процесс подбора элементной базы для конкретного проекта. Библиотеки P-CAD отличаются удобным интерфейсом и позволяют эффективно структурировать в табличной форме упаковочную информацию о нумерации и именовании выводов компонентов, логической эквивалентности выводов и прочих параметрах. Кроме того, они содержат обширную базу данных о продукции ведущих мировых производителей микроэлектроники (Motorola, Analog Devices, AMD, Texas Instr. и т. д.).

Symbol Editor - графический редактор для формирования условно-графических обозначений (УГО) библиотечных компонентов. Оснащен средствами для автоматизации разработки логических компонентов и для проверки правильности полученных символов.

Pattern Editor - графический редактор для формирования посадочных мест компонентов. В его состав входит программа-мастер Pattern Wizard, облегчающая процесс создания корпусов для типовых компонентов (например, интегральных микросхем).

Schematic - графический редактор для ввода принципиальных схем изделия. К числу его сильных сторон стоит отнести возможность получения многолистовых схем (в том числе с иерархической структурой), наличие средств для проверки проекта и для редактирования библиотек символов компонентов. Применение специально созданных шрифтов, удовлетворяющих требованиям российских ГОСТов и внедренных в систему проектирования, позволяет использовать на схеме и ПП надписи на русском языке.

РСВ - графический редактор, позволяющий пользователю самостоятельно или с помощью набора функций Visual Placement Area (VPA) разместить модули на монтажно-коммутационном поле и провести трассировку проводников в ручном, интерактивном или автоматическом режимах. Осуществляет контроль над соблюдением технологических норм и правил и дает возможность создавать на плате особые участки, в которых не действуют назначенные для всего проекта ограничения.

Document Toolbox - включенная в приложения РСВ и Schematic утилита, значительно облегчающая подготовку конструкторской документации. В частности, она предназначена для нанесения на чертежи вспомогательной информации: динамически обновляемых списков и отчетов, диаграмм и таблиц, технологических и учетных сведений, списков соединений, выводов подключения питания т.д.

Автотрассировщики - особые модули для автоматической прокладки проводников на печатной плате. Входящее в состав базового пакета приложение Quick Route позволяет вести трассировку на простых двухсторонних печатных платах по фиксированным сеткам. Для более сложных проектов, предусматривающих использование компонентов с большим числом выводов и малым расстоянием между ними, имеет смысл дополнительно приобрести сеточный трассировщик Pro Route или бессеточный трассировщик Situs.

Interroute Gold и Advanced Route - дополнительные наборы команд для РСВ, позволяющие в интерактивном режиме прокладывать проводники, автоматически раздвигая помехи. Существенно облегчают и ускоряют ручную и интерактивную трассировку.

Эти мини-программы извлекают данные из открытых проектов (схем или печатных плат), обрабатывают их, составляют отчеты или добавляют в проект атрибуты или геометрические объекты. В частности, российскими специалистами разработан комплект DBX-утилит для оформления документации, отвечающей требованиям национального стандарта ЕСКД, Справочник конструктора (Constructor Reference) и т.д.

InterPlace/PCS - многофункциональная DBX-утилита, облегчающая размещение компонентов. Входящий в ее состав инструмент PCS (Parametric Constraint Solver) позволяет на начальной стадии реализации проекта сформулировать набор правил проектирования, которыми впоследствии станут руководствоваться прочие модули системы.

Protel Advanced Sim - основанная на языке описания Spice 3f5 система цифрового, аналогового и цифро-аналогового моделирования. Обеспечивает возможность выполнять анализ по самым различным параметрам (постоянному току, частоте, спектральным характеристикам, шуму, температуре, переходным процессам), а также статистический анализ методом Монте-Карло, расчет передаточной функции, нулей и полюсов.

Signal Integrity - инструмент для анализа влияния конструкции печатной платы на условия распространения сигналов (задержка, потери, паразитные наводки, согласование с источниками и нагрузками).

В P-CAD 2006 используются принципы, отличающие ее от других пакетов для ПК. В частности, имеется возможность доступа ко всем элементам на более низких уровнях иерархии, например, при работе с печатной платой имеется возможность изменить расположение выводов и графику контактных площадок корпусов компонентов. В редакторе PCB существуют режимы ручной и продвинутой (полуавтоматической) трассировки проводников.

Количество элементов и схема электрическая принципиальная обуславливает выбор двухсторонней печатной платы. Так как слои будут соединены между собой при помощи металлизации отверстий, то плата должна быть изготовлена комбинированным методом.

Материал печатной платы выберем согласно ГОСТ 10316-78 c учетом требований к жесткости и стойкости при нагреве. Таким образом, был выбран стеклотекстолит марки СФ-2-35-1,5, представляющий собой стеклотекстолит фольгированный двухсторонний, нагревостойкий, с толщиной фольги 0,35 мм и имеющий толщину 1,5 мм.

Рисунок печатной платы изображен на чертеже БрГТУ.007817.012.

5 Разработка программного обеспечения

.1 Разработка программного обеспечения для микроконтроллера

Целью является разработка программного обеспечения (ПО) для микроконтроллера Atmega128 программно-аппаратного терминала. Для разработки программного обеспечения микроконтроллера используется язык программирования С, среда AVRStudio 4, компилятор WinAVR.

Во время разработки ПО будут использоваться протоколы передачи данных SPI, CAN 2.0, RS232.- последовательный протокол связи, который эффективно поддерживает распределенное управление в реальном масштабе времени с высоким уровнем безопасности.

Область применения - от высокоскоростных сетей до дешевых мультиплексных шин. В автоматике, устройствах управления, датчиках используется CAN со скоростью до 1 Mбит/с.

Задача данной спецификации состоит в том, чтобы достигнуть совместимости между любыми двумя реализациями CAN - систем. Однако, совместимость имеет различные аспекты относительно, например электрических элементов и интерпретации данных, которые будут передаваться.

Для достижения прозрачности проекта и гибкости реализации, CAN был подразделен на различные уровни согласно модели ISO/OSI:

- уровень передачи данных (Data Link Layer);

- подуровень логического управления линией (LLC);

- подуровень управления доступом к среде передачи (MAC);

- физический уровень (Physical Layer).

В предыдущих версиях спецификации CAN функции LLC и MAC подуровней, уровня передачи данных, были описаны в уровнях, обозначенных как объектный уровень и канальный уровень.

Область LLC подуровня:

- обеспечение сервиса для передачи данных и для удалённого запроса данных;

- решение, какие сообщения, полученные LLC подуровнем, должны быть фактически приняты;

- обеспечение средствами для управления восстановлением и уведомления о перегрузке.

Область MAC подуровня главным образом - протокол передачи, то есть: арбитраж, проверка на ошибки, сигнализация и типизация ошибок. Внутри MAC подуровня решается, является ли шина свободной для начала новой передачи или возможен только приём данных.

В MAC подуровень также включены некоторые элементы битовой синхронизации. Всё это находится внутри MAC подуровня и не имеет никакой возможности к модификации.

Область физического уровня - фактическая передача битов между различными узлами с соблюдением всех электрических правил.

Внутри одной сети, физический уровень одинаков для всех узлов.

Однако существует свобода в выборе физического уровня. Цель этой спецификации - определить MAC подуровень и небольшую часть LLC подуровня уровня передачи данных и описать действие протокола CAN на окружающие уровни

Основные характеристики:

- приоритетность сообщений;

- гарантированное время отклика;

- гибкость конфигурации;

- групповой прием с синхронизацией времени;

- система непротиворечивости данных;

- обнаружение ошибок и их сигнализация;

- автоматическая ретрансляция испорченных сообщений, как только шина снова станет свободной;

- различие между нерегулярными ошибками и постоянными отказами узлов и автономное выключения дефектных узлов.

Для достижения безопасности передачи данных, в каждом узле CAN имеются мощные средства самоконтроля, обнаружения и сообщения об ошибках.

Имеются два формата, которые отличаются по длине поля идентификатора:

- кадры с 11-разрядным идентификатором - называются стандартными кадрами;

- кадры, содержащие 29 разрядные идентификаторы, называются расширенными кадрами.

Кадр данных передает данные от передатчика приемнику. Кадр удаленного запроса данных передается узлом, чтобы запросить передачу кадра данных с тем же самым идентификатором.

Кадр ошибки передается любым узлом при обнаружении ошибки на шине.

Кадр перегрузки используется, чтобы обеспечить дополнительную задержку между предшествующим и последующим кадром данных или кадром удаленного запроса данных.

Кадры данных и кадры удаленного запроса данных могут использоваться и в стандартном и в расширенном формате; они отделяются от предшествующих кадров межкадровым пространством.

В таблице 5.1 представлена структура информационного пакета.

Таблица 5.1 - Формат информационного пакета

Поле данных	Название	Значение
1	Начало кадра	Это поле состоит из одиночного нулевого бита
2	Поле арбитража	В стандартном формате поле арбитража, состоит из 11 разрядного идентификатора и RTR-бита. Биты идентификатора обозначены. В расширенном формате поле арбитража состоит из 29 разрядного идентификатора, SRR-бита, IDE-бита, и RTR-бита
3	Поле управления	Поле управления состоит из шести бит: код длины данных (DLC), бит IDE, который передается нулевым уровнем (см. выше), и зарезервированный бит r0.
4	Поле данных	Поле данных состоит из данных, которые будут переданы внутри кадра данных. Оно может содержать от 0 до 8 байт, каждый содержит 8 бит, которые передаются, начиная с MSB.
5	Поле CRC	Содержит последовательность CRC и CRC - разделитель
6	Поле подтверждения	Поле подтверждения имеет длину два бита и содержит: "область подтверждения" и разделитель подтверждения.
7	Конец кадра	Каждый кадр данных и кадр удаленного запроса данных ограничен последовательностью флагов, состоящей, из семи единичных бит.

За реализацию данного протокола будет отвечать CAN-контроллер, который обеспечивает взаимодействие с сетью. Таким образом, протокол CAN реализуется на аппаратном уровне. Данные на CAN-контроллер будут передаваться через SPI интерфейс.

Интерфейс SPI позволяет осуществлять высокоскоростную синхронную передачу данных между микроконтроллером AVR и периферийными устройствами или между несколькими микроконтроллерами AVR. В большинстве случаев этот интерфейс имеет второе назначение - он используется для внутрисхемного программирования (ISP).

Взаимодействие между двумя устройствами SPI всегда осуществляется между устройством в режиме Master (далее по тексту «ведущий») и устройством в режиме Slave (далее по тексту «ведомый»). В отличие от некоторых периферийных устройств, таких как датчики, которые могут выступать только в роли ведомых, интерфейс SPI микроконтроллеров AVR может быть сконфигурирован как для работы в режиме ведущего, так и для работы в режиме ведомого. Режим работы интерфейса SPI микроконтроллера AVR определяется битом master (MSTR) регистра управления интерфейсом SPI (SPCR). Особое внимание следует уделить линии SS, подробнее о которой будет написано далее в разделе «Системы с несколькими ведомыми функционирование линии SS».содержит четыре сигнальных линии. Это линия генератора сдвига (SCK), линия «Выход ведущего вход ведомого» (Master Out Slave In или MOSI), линия «Вход ведущего выход ведомого» (Master In Slave Out или MISO) и линия выбора ведомого с низким активным уровнем (SS) [5]. Когда SPI включен, направление передачи данных на выводах SCK, MOSI, MISO и SS изменяется в соответствии с таблицей 5.2.

Таблица 5.2 - Направление выводов в режимах ведущего и ведомого

Вывод	Направление в режиме ведущего	Направление в режиме ведомого
MOSI	Определяется пользователем	Вход
MISO	Вход	Определяется пользователем
SCK	Определяется пользователем	Вход
__SS	Определяется пользователем	Вход

Из таблицы видно, что автоматически инициализируются только входные линии. Выходные линии должны быть явно инициализированы программой. Это сделано с целью избежать повреждения портов.- популярный протокол, применяемый для связи компьютеров с модемами и другими периферийными устройствами.

Скорость передачи информации по RS-232 измеряется в Бодах. Эта единица названа в честь Эмиля Бодо (Jean Maurice-Emile Baudot) (1845-1903), французского инженера по телеграфии, изобретателя первого печатающего устройства для телеграфа (телепринтера) , представленного на Международной Телеграфной конференции в 1927. Максимальная скорость согласно стандарту 20000 Бод. Однако современное оборудование может работать значительно быстрее. Не имеет значения, на сколько быстрое (медленное) ваше соединение - максимальное число чтения за секунду можно установить с помощью используемого программного обеспечения.

При передаче по последовательному каналу контроль четности может быть использован для обнаружения ошибок при передаче данных. При использовании контроля четности посылаются сообщения подсчитывающие число единиц в группе бит данных. В зависимости от результата устанавливается бит четности. Приемное устройство также подсчитывает число единиц и затем сверяет бит четности.

Для обеспечения контроля четности компьютер и устройство должны одинаково производить подсчет бита четности. То есть, определиться устанавливать бит при четном (even) или нечетном (odd) числе единиц. При контроле на четность биты данных и бит четности всегда должны содержать четное число единиц. В противоположном случае соответствует для контроля на нечетность.

Проверка на четность - это простейший способ обнаружения ошибок. Он может определить возникновение ошибок в одном бите, но при наличии ошибок в двух битах уже не заметит ошибок. Также такой контроль не отвечает на вопрос какой бит ошибочный. Другой механизм проверки включает в себя Старт и Стоп биты, циклические проверки на избыточность, которые часто применяются в соединениях Modbus.

В программе необходимо обрабатывать данные, поступающие от интерфейса RS232 и интерфейса CAN-bus.

Сначала необходимо проинициализировать микроконтроллер, для чего используются функция void usart_init(void) - инициализация USART. Так же необходима инициализация внутренних регистров микроконтроллера. USART проинициализируем таким образом: скорость передачи 9600 бод, данные передаются по 8 бит, бит паритета отсутствует, 1 стоповый бит.

Для приема/передачи данных через USART будут использоваться функции get_usart() и put_usart(), которые предназначены для посимвольного обмена данными.

После того, как принят информационный пакет из линии RS232, он анализируется на наличие ошибок (функция анализа ErrorAnalys()). Если все в порядке, то после конвертации информационного пакета происходит его передача в линии CAN-bus через SPI (функция передачи spi_transmit()). После этого происходит передача ответного информационного пакета из линии CAN-bus (ответный информационный пакет spi_receive()). После конвертации ответного информационного пакета происходит передача его в линии RS232.

Схема алгоритма работы разрабатываемого программно-аппаратного терминала изображена на чертеже БрГТУ.07817 - 12 90 00.

.2 Разработка программного обеспечения для ПЭВМ

Целью является разработка программного обеспечения (ПО) для ПЭВМ, выполняющего функцию управления программно-аппаратным терминалом. Для разработки программного обеспечения для ПЭВМ используется язык программирования С++, среда разработки С++ Builder 6.

C++Builder - одна из самых мощных систем, позволяющих на самом современном уровне создавать как отдельные прикладные программы Windows, так и разветвленные комплексы, предназначенные для работы в корпоративных сетях и в интернет.

Объектно-ориентированное программирование (сокращенно ООП) - это в наше время совершенно естественный подход к построению сложных (и не очень сложных) программ и систем. Когда вы открываете любую программу Windows, вы видите окно с множеством кнопок, разделов меню, окон редактирования, списков и т.п. Все это объекты. Причем сами по себе они ничего не делают. Они ждут каких-то событий - нажатия пользователем клавиш или кнопок мыши, перемещения курсора и т.д. Когда происходит подобное событие, объект получает сообщение об этом и как-то на него реагирует: выполняет некоторые вычисления, разворачивает список, заносит символ в окно редактирования. Такая программа Windows и есть объектно-ориентированная программа [6].

Приложение, построенное по принципам объектной ориентации - это не последовательность каких-то операторов, не некий жесткий алгоритм. Объектно-ориентрованная программа - это совокупность объектов и способов их взаимодействия. Отдельным (и главным) объектом при таком подходе во многих случаях можно считать пользователя программы. Он же служит и основным, но не единственным, источником событий, управляющих приложением.

В программе необходимо передавать данные через COM-порт и обрабатывать данные, поступающие от интерфейса RS232. Программа представляет собой приложение, с помощью которого пользователь сможет осуществлять управление работой программно-аппаратного терминала. Для этого пользователю будет предложено меню, посредством выбора пунктов которого он сможет выполнять какие-либо операции.

Для организации меню в программе мы воспользовались компонентов MainMenu. Главное меню представлено на рисунке 5.1 и содержит следующие пункты:

- пункт “Открыть” - вызов диалогового окна для выбора и подтверждения файла hex, который необходимо открыть (использовали компоненту OpenDialog) ;

- пункт “Сохранить” - вызов диалогового окна для указания места, в котором нужно сохранить текущий открытый файл, и его имени (использовали компоненту SaveDialog);

- пункт “Редактировать” - делает доступной опцию редактирования открытого файла;

- пункт “Передать” - начинает передачу данных, содержащихся в текущем файле;

- пункт “Выход” - закрывает приложение.

Рисунок 5.1 - Главное меню

Пункт “Печать” - позволяет настроить опции печати и выполнить печать.

Для реализации окна редактирования используется компонента Memo, которая является окном редактирования многострочного текста. Она снабжена множеством функций, свойственных большинству редакторов.

Для реализации передачи и приема данных через COM-порт использовали библиотеку TrComPort.lib. Функция TrComPortWriteAndRead() осуществляет непосредственно прием и передачу данных. Для побайтового считывания данных из файла будет использована стандартная функция ввода/вывода fscanf();

Схема алгоритма работы разрабатываемого приложения для программно-аппаратного терминала изображена на чертеже БрГТУ.07817.012 - 12 91 00.

6 Расчет экономических показателей

.1 Описание разрабатываемого устройства

В данном проекте разрабатывается аппаратная и программная часть программно-аппаратного терминала с CAN-шиной. Он представляет собой аппаратное устройство и программную прошивку микроконтроллера, являющуюся неотъемлемой частью устройства, а так же программное приложение на ПЭВМ.

Этот терминал будет предназначен для внутрисхемного программирования устройств по CAN-интерфейсу и будет состоять из аппаратной части, связывающей ПЭВМ и программируемое устройство, и программной оболочки.

Главным преимуществом технологии внутрисхемного программирования является возможность объединения процесса программирования и тестирования при производстве, исключив отдельную фазу программирования компонентов перед окончательной сборкой. Технология также позволяет производителям устройств обойтись без закупки заранее запрограммированных компонентов, выполняя программирование прямо в процессе производства. Это позволяет снизить стоимость производства и вносить изменения в программируемую часть устройства без остановки производства.

Устройства с CAN-интерфейсом используются во многих областях применения касающихся разнообразнейших сторон жизнедеятельности человека. Среди них можно выделить основные :

- транспорт - CAN был первоначально разработан для использования во внутренних автомобильных сетях;

- производство - CAN используется в различных отраслях производственной промышленности, в основном для управления встроенными устройствами контроля, а также для фабричной автоматизации, автоматизации процессов и производства энергии;

- строительство - CAN используется как внутренняя сеть во внедорожном транспорте (например, для строительства дорог), для автоматизации зданий, например, для управления лифтами, для встроенного контроля автоматических дверей, для контроля систем обогрева, вентиляции и кондиционирования;

- сельское хозяйство - CAN используется в стационарном сельскохозяйственном оборудовании, а также в сельскохозяйственных и лесохозяйственных транспортных средствах;

- медицина - CAN используется в качестве встроенной сети в медицинских приборах и оборудовании в операционных комнатах и на интенсивных станциях.

.2 Расчет экономических показателей при разработке терминала

К основным экономическим показателям относятся себестоимость продукции и отпускная цена.

Себестоимость - это стоимостная оценка используемых в процессе производства продукции (работ, услуг) природных ресурсов, сырья, материалов, топлива, энергии, основных фондов, трудовых ресурсов и других затрат на ее производство и реализацию.

Отпускная цена - цена на продукцию, отпускаемую заготовительными организациями.

Составим смету затрат на разработку программно-аппаратного терминала, которая рассчитывается по следующим статьям:

- материалы и комплектующие изделия;

- расходы на оплату труда;

- отчисление в фонд социальной защиты населения;

- командировочные расходы;

- услуги сторонних организаций;

- прочие расходы.

Расчет сметы производится с использованием реальных цен, взятых из интернет-магазинов. Расчет затрат по статье “Сырье и материалы” представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Расчет затрат на сырье и материалы

Наименование	Единица измерения	Норма расхода	Цена, руб.	Сумма, руб
Припой ПОС-61	кг	0,001405	270000	379
Провода	м	0,16	630	101
Флюс ФКТ	л	0,000102	75600	8
Итого:				488
Транспортно-заготовительные расходы ( =15%)73,2
Отходы(вычитаются)				24,4
Итого с транспортно-заготовительными расходами				536

Расчет затрат по статье “Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера” представлен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Расчет затрат на комплектующие изделия и покупные детали

Наименование материалов	Кол. на 1 изделие (шт.)	Стоимость единицы (руб.)	Общая стоимость изделий (руб.)
Плата печатная	1	2500	2500
Микроконтроллер ATmega128	1	38530	38530
Микросхема MCP2515	1	12360	12360
Микросхема MCP2551	1	8420	8420
Микросхема MAX232	1	6630	6630
Микросхема PESD1CAN	1	6650	6650
Микросхема L7805ACV	1	2870	2870
Кварцевый резонатор HC49S-SMD 14.7456МГц	1	3670	3670
Кварцевый резонатор HC49S-SMD 16МГц	1	3670	3670
Диодный мост RS602	1	6290	6290
Дроссель B82144A2104J000, 100uH 5%	1	3030	3030
Трансформатор 58-0050-024-S 50VA 230V 24V	1	63230	63230
Конденсатор в корпусе SMD 0805 (Ceramic)	15	2790	41850
Конденсатор в корпусе SMD Sizecode ”A” (Elko)	4	5640	22560
Конденсатор в корпусе SMD Sizecode ”B” (Elko)	2	2480	4960
Резистор в корпусе SMD 0805	3	860	2580
Разъем 0131 (2P+E 16A 220-250V~)	1	24230	24230
Разъем BLD-4	1	1630	1630
Разъем DB9	1	3080	3080
Итого:			258740
Транспортно-заготовительные расходы ( =15%)38811
Итого с транспортно-заготовительными расходами			297551

Следующий расчет - основная заработная плата рабочих, занятых монтажом, сбором и наладкой одного конструктивного элемента.

Величина основной зарплаты рассчитывается на основе трудоемкости работ, выполняемых рабочими разной квалификации, определяется по формуле (6.1):

З_O = Σg_J × r_J (6.1)

где gj - затраты труда рабочего j-разряда, при производстве единицы продукции (чел-час);

rj - часовая тарифная ставка j-разряда (принимается по единой тарифной сетке). Часовая тарифная ставка разряда рассчитывается исходя из месячной ставки 1 разряда, принятой на данном предприятии, тарифного коэффициента и определяется по формуле (6.2):

Ч^тарф= С¹× К^тар /176, (6.2)

где С¹ - месячная ставка 1 разряда (118000 руб.);

К^тар - тарифный коэффициент разряда;

часов - количество рабочих часов в месяц (22*8).

Результаты расчётов заносятся в таблицу 6.3.

Таблица 6.3 - Расчет основной заработной платы рабочих

Наименование вида операции	Разряд работы	Тарифные коэфф. разряда	Часовая тарифная ставка данного разряда, руб/ч	Норма времени по операции, нормо-час	Расценка, руб
Заготовительные	3	2,91735	1956	1	1956
Сборочные	4	2,94689	1976	1	1976
Наладочные	6	3,0343	2034	1,5	3051
Итого					6983
Премия					1396,6
Всего заработной платы					8380

Следующим пунктом расчёта будет расчёт себестоимости и отпускной цены продукции. Себестоимость продукции - это суммарные издержки производства и реализации ее. Все затраты приводятся к единому временному периоду (году).

Для расчета полной себестоимости продукции используется метод калькулирования затрат и включает следующие элементы затрат: сырье и материалы за вычетом возвратных отходов, покупные изделия, полуфабрикаты, топливо и энергия на технологические цели, основная зарплата производственных рабочих, дополнительная зарплата производственных рабочих, налоги и отчисления в бюджетные и внебюджетные фонды, расходы на подготовку и освоение производства, износ инструмента и приспособлений спецназначения, общепроизводственные расходы, общехозяйственные расходы, прочие производственные расходы, коммерческие расходы.

Отпускная цена продукции предприятия-изготовителя состоит из: полной себестоимости, плановой прибыли на единицу продукции, отчислений в республиканские фонды и налога на добавленную стоимость.

Расчет себестоимости и отпускной цены сведём в таблицу 6.4.

Таблица 6.4 - Расчет розничной цены

Наименование статьи затрат	Обозначение	Формулы расчетов	Значение, руб.

Материалы и сырье	Р_М	таблица 6.1	536,8
Покупные полуфабрикаты и комплектующие	Р_К	таблица 6.2	297551
Основная зарплата рабочих	З₀	8380
Дополнительная зарплата рабочих	З_Д	20% З₀	1676
Отчисления в фонд социальной защиты	Р_СОЦ	34% (З₀+З_Д)	3419,04
Износ инструментов и приспособлений целевого назначения	Р_ИЗ	5% З₀	838
Общепроизводственные расходы	Р_ОБП	150% З₀	15084
Общехозяйственные расходы	Р_ОБХ	150% З₀	16760
Прочие производственные расходы	Р_ПР	3% З₀	167,6
Производственная себестоимость	С_ПР	Р_М+Р_К+З₀+З_Д+Р_СОЦ++Р_ИЗ+Р_ОБП+Р_ОБХ+Р_ПР	344412,4
Коммерческие расходы	Р_КОМ	1% С_ПР	3444,124
Полная себестоимость	С_П	С_ПР+Р_КОМ	347857
Наименование статьи затрат	Обозначение	Формулы расчетов	Значение, руб.

Плановая прибыль на единицу продукции	П_ЕД	25% С_П	83485,68
Оптовая цена предприятия	Ц_ОПТ	С_П+П_ЕД	431343
Налог на добавленную стоимость	Н_ДС	20% Ц_ОПТ	86268,6
Отпускная цена	Ц_ОТП	Ц_ОПТ + Н_ДС	517611,6

Данный продукт при условии спроса конкретными предприятиями и организациями будет реализовываться на внутреннем и внешнем рынках РБ.

Итого получаем затраты равные сумме 517611,6 руб.

6.3 Расчет экономических показателей при разработке программного обеспечения

Разрабатываемое устройство функционирует в комплексе с программным обеспечением. В состав разрабатываемого программного обеспечения входят:

) программное обеспечение для микроконтроллера (далее первое ПО);

) программное обеспечение для управления терминалом с ПЭВМ (далее второе ПО).

Определение экономических показателей включает определение себестоимости и прогнозной цены программного обеспечения.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

) определение трудоемкости разработки ПО;

) определение эффективного фонда времени работы;

) определение численности разработчиков ПО;

) определение заработной платы разработчиков ПО;

) определение себестоимости ПО;

) определение прогнозной цены.

На трудоемкость разработки ПО влияют следующие факторы:

- объем функций ПО;

- новизна разрабатываемого ПО;

- сложность разрабатываемого ПО;

- использование стандартных модулей;

- средства разработки.

Дополнительные коэффициенты сложности для первого ПО К_сл1 = 0,08 (так как разрабатываемое программное средство вычислительной техники функционирует в расширенной операционной среде), К_сл2 = 0,18 (так как разрабатываемое программное обеспечение имеет в наличии одновременно нескольких характеристик по каталогу функций ПО).

Дополнительный коэффициент сложности для второго ПО К_сл1 = 0,08 (так как разрабатываемое программное средство вычислительной техники функционирует в расширенной операционной среде).

Первое и второе ПО обладают третьей категорией сложности.

Новизна разрабатываемого ПО определяется путем экспертной оценки данных, полученных при сравнении характеристик разрабатываемого ПО с имеющимися аналогами.

Если подобных аналогов нет, то ПО присваивается категория А. Степень новизны ПО категорий Б и В соответствует уровню имеющихся ПО. При установлении поправочного коэффициента новизны разрабатываемого ПО учитываются степень новизны ПО и предназначение его для новых или освоенных типов персональных компьютеров, для новых или освоенных операционных систем.

Первое и второе ПО являются развитием определенного параметрического ряда ПО, разработанных на ранее освоенных типах ПК и ОС, поэтому им присваивается группа новизны В. Коэффициент учитывающий новизну К_н = 0,63.

Объем программных средств определяется путем подбора аналогов на основании:

- классификации типов программных средств;

- каталога функций программных средств;

- каталога аналогов программных средств в разрезе функций.

Указанные классификации и каталоги постоянно обновляются и утверждаются в установленном порядке.

На основании информации о функциях разрабатываемого программного средства по каталогу функций определяется объем функций, затем по каталогу аналогов в разрезе функций уточняется объем функций.

Общий объем ПО рассчитывается по формуле (6.3):

(6.3)

где V₀ - общий объем ПО;

V_i - объем функций ПО;

n - общее число функций.

Расчет общего объема ПО (количества строк исходного кода (LOC)) предполагает определение объема по каждой функции. В том случае, когда на стадии технико-экономического обоснования проекта невозможно рассчитать точный объем функций, то данный объем может быть получен на основании ориентировочной (прогнозной) оценки имеющихся фактических данных по аналогичным проектам, выполненным ранее, или путем применения нормативов по каталогу функций.

Расчет объема для первого ПО сводится в таблицу 6.5, для второго - в таблицу 6.6.

Таблица 6.5 - Характеристика функций и их объем для первого ПО

Содержание функций	Объем функции строк исходного кода (LOC)
	По каталогу Vi	Уточненный Vуi
Организация ввода информации	110	100
Синтаксический и семантический анализ входного языка и генерация кодов команд	4900	550
Организация ввода/вывода информации с сети терминалов	2920	925
Формирование последовательного файла	560	256
Обработка файлов	800	285
Обработка ошибочных и сбойных ситуаций	1310	210
Итого	10600	2326

Таблица 6.6 - Характеристика функций и их объем для второго ПО

Содержание функций	Объем функции строк исходного кода (LOC)
	По каталогу Vi	Уточненный Vуi
Организация ввода информации	150	120
Синтаксический и семантический анализ входного языка и генерация кодов команд	5700	680
Организация ввода/вывода информации с сети терминалов	3200	945
Обработка ошибочных и сбойных ситуаций	1720	320
Обеспечение интерфейса между компонентами	1540	435
Итого	12310	2500

Нормативная трудоемкость (Т_н) определяется на основании общего объема программного средства. Нормативная трудоемкость устанавливается с учетом сложности программного средства.

Объему 2326 условных машинных команд (3 группа сложности программного средства) соответствует нормативная трудоемкость 105 человеко-дней. Объему 2500 условных машинных команд (3 группа сложности программного средства) соответствует нормативная трудоемкость 116 чел.-дн.

Далее определим общую трудоемкость разработки.

При создании программных средств выделяют следующие стадии разработки:

- техническое задание (ТЗ);

- эскизный проект (ЭП);

- технический проект (ТП);

- рабочий проект (РП);

- внедрение (ВН).

При решении сложных задач с длительным периодом разработки программного средства трудоемкость определяется по стадиям разработки с учетом новизны, степени использования типовых программ и удельного веса трудоемкости стадий разработки в общей трудоемкости разработки программного средства. Трудоемкость программного средства по стадиям определяется с учетом новизны и степени использования в разработке типовых программ и ПО.

Нормативная трудоемкость на различных стадиях определяется по формулам (6.4), (6.5), (6.6), (6.7), (6.8):

Т_нтз = Т_н× К_тз× К_с× К_н× К_ур,(6.4)

Т_нэп = Т_н× К_эп× К_с× К_н× К_ур,(6.5)

Т_нтп = Т_н× К_тп× К_с× К_н× К_ур(6.6)

Т_нрп =Т_н× К_рп× К_с× К_н× К_т× К_ур(6.7)

Т_нвн = Т_н× К_вн× К_с× К_н× К_ур,(6.8)

где К_тз, К_эп, К_тп, К_рп и К_вн - значения коэффициентов удельных весов трудоемкости стадий разработки ПО в общей трудоемкости ПО.

Разрабатываемое ПО должно пройти все стадии проектирования: техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, внедрение.

Коэффициенты удельных весов трудоёмкости стадии в общей трудоёмкости разработки ПС ВТ: ТЗ=0,100,10, ЭП=0,080,20, ТП=0,090,30, РП=0,580,30, ВН=0,150,10.

Коэффициент использования стандартных модулей для первого ПО K_T=0,90,55 (степень охвата реализуемых функций разрабатываемого ПО типовыми программами от 60% и выше).

Коэффициент использования стандартных модулей для второго ПО K_T=0,90,77 (степень охвата реализуемых функций разрабатываемого ПО типовыми программами от 20 до 40%).

Коэффицент учитывающий средства разработки для первого и второго ПО K_ур= 0,91 (процедурные языки высокого уровня).

Все расчеты для первого ПО сведены в таблице 6.7, для второго ПО - в таблице 6.8.

терминал аппаратный микроконтроллер преобразователь

Таблица 6.7 - Расчет общей трудоемкости для первого ПО

Показатели	Стадии					Итого
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Коэффициенты удельных весов трудоемкости стадии разработки ПО (К)	0,10	0,20	0,30	0,30	0,10	1,0
Распределение нормативной трудоемкости программного обеспечения (Т_н) по стадиям, чел.-дн.	11	21	31	31	11	105
Коэффициент сложности ПО (К_с)	1,26	1,26	1,26	1,26	1,26	-
Коэффициент, учитывающий ис-пользование стандартных модулей (К_т)				0,55		-
Коэффициент, учитывающий новизну ПО (К_н)	0,63	0,63	0,63	0,63	0,63	-
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,873	3,334	7,382	7,382	0,873	19,844

Таблица 6.8 - Расчет общей трудоемкости для второго ПО

Показатели	Стадии					Итого
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Коэффициенты удельных весов трудоемкости стадии разработки ПО (К)	0,10	0,20	0,30	0,30	0,10	1,0
Распределение нормативной трудоемкости программного обеспечения (Т_н) по стадиям, чел.-дн.	13	24	33	33	13	116
Коэффициент сложности ПО (К_с)	1,08	1,08	1,08	1,08	1,08	-
Коэффициент, учитывающий ис-пользование стандартных модулей (К_т)				0,77		-
Коэффициент, учитывающий новизну ПО (К_н)	0,63	0,63	0,63	0,63	0,63	-
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,885	3,266	6,736	6,736	0,885	18,508

Произведем расчет общей плановой численности разработчиков. Эффективный фонд времени работы одного работника (Ф_эф) рассчитывается по формуле (6.9):

Ф_эф = Д_г - Д_п -Д_в = 120 - 35 - 4 = 81 , (6.9)

где Дг - количество дней;

Дп - количество праздничных дней;

Дв - количество выходных;

До - количество дней отпуска.

Эффективный фонд времени одного работника определяется с использованием производственного календаря.

Общая плановая численность разработчиков (Ч_раз^об) рассчитывается на основании уточненной трудоемкости разработки программного средства (Т_ут) и установленного периода разработки (Т_пл) согласно формуле (6.10):

Ч_раз^об = , (6.10)

где Ч_раз^об - общая плановая численность разработчиков (чел.);

Т_пл - плановая продолжительность разработки программного средства и составляет 4 месяца или 0,33 года;

Ф_эф - эффективный фонд времени работы одного работника в течение четырех месяцев.

В разработке первого и второго ПО будут принимать участие по одному программисту согласно таблице 6.9 для первого программного обеспечения и таблице 6.10 для второго программного обеспечения.

Таблица 6.9 - Расчет численности разработчиков первого ПО

Показатели	Стадии разработки ПО					Всего
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Нормативная трудоемкость программного обеспечения (Т_н) по стадиям, чел.-дн.	11	21	31	31	11	105
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,873	3,334	7,382	7,382	0,873	19,844
Численность, чел.	0,032	0,121	0,268	0,268	0,032	0,721

Таблица 6.10 - Расчет численности разработчиков второго ПО

Показатели	Стадии разработки ПО					Всего
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Нормативная трудоемкость программного обеспечения (Т_н) по стадиям, чел.-дн.	13	24	33	33	13	116
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,885	3,266	6,736	6,736	0,885	18,508
Численность, чел.	0,032	0,119	0,245	0,245	0,032	0,672

Определение продолжительности участия разработчиков в создании первого ПО указано в таблице 6.11. Определение продолжительности участия разработчиков в создании второго ПО указано в таблице 6.12.

Таблица 6.11 - Определение продолжительности участия разработчиков в создании первого ПО

Показатели	Стадии разработки ПО					Всего
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,873	3,334	7,382	0,873	19,844
Продолжительность участия в разработке, дн
Программист	1	4	7	7	1	20

Таблица 6.12 - Определение продолжительности участия разработчиков в создании второго ПО

Показатели	Стадии разработки ПО					Всего
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Общая трудоемкость ПО (Т_о), чел.дн.	0,885	3,266	6,736	6,736	0,885	18,508
Продолжительность участия в разработке, дн
Программист	1	3	7	7	1	19

Определим заработную плату разработчиков.

Основная заработная плата исполнителей (ЗП_осн) определяется на основе численности специалистов, соответствующих тарифных ставок и фонда рабочего времени:

- по укрупненным нормам времени на разработку, сопровождение и адаптацию программного средства - в основном в крупных научно-технических организациях для решения сложных задач программного обеспечения;

- экспертным путем - в мелких и средних научно-технических организациях с использованием данных по базовым моделям.

Дополнительная заработная плата на конкретное программное средство (ЗП_доп) включает выплаты, предусмотренные законодательством о труде (оплата отпусков, льготных часов, времени выполнения государственных обязанностей и других выплат, не связанных с основной деятельностью исполнителей), определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате. В нашем случае не будем начислять дополнительную заработную плату, так как вышеуказанных действий исполнители проекта не выполняли.

Исходные данные

- тарифная ставка рабочего 1 разряда С_м1 = 118000 руб.

- продолжительность рабочего дня Т_р = 8 ч.;

- коэффициент премирования К_пр = 1,2;

- дополнительная заработная плата Н_д = 20%.

Для определения основной заработной платы необходимо рассчитать месячную тарифную ставку рабочего 10 разряда. Тарифная ставка рабочего 1 разряда умножается на тарифный (К_тар) и корректирующий (К_кор) коэффициенты согласно формуле (6.11).

(6.11)

где С_м1 - тарифная ставка рабочего 1 разряда;

К_тар- тарифный коэффициент;

К_кор- корректирующий коэффициент.

Определим часовую тарифную ставку. Расчетная норма рабочего времени при 40-часовой рабочей недели Н_вропределяется по производственному календарю и составляет 704 часов за 4 месяца.

Часовая тарифная ставка рассчитывается по формуле(6.12):

= , (6.12)

где С_м10 - месячная тарифная ставка рабочего 10 разряда;

П_рв-норма продолжительности рабочего времени в месяц.

Основная заработная плата исполнителей на первое и второе ПО определяется за фактически отработанное время по формуле(6.13):

(6.13)

где n - количество исполнителей, занятых разработкой конкретного программного обеспечения;

С_час_i- часовая тарифная ставка i-го исполнителя (руб.);

Ф_эф_i - эффективный фонд рабочего времени i-го исполнителя (дн.);

Т_р - количество часов работы в день (час.);

К_пр - коэффициент премирования.

Расчеты сводятся в таблицу 6.13.

Таблица 6.13 - Расчет основной заработной платы

Наименование должностей	, рубФ_эфК_прЗаработная плата(осн), руб.Заработная плата(доп), руб.Всего, руб.
Первое ПО
Программист	2120	20	1,2	407040	81408	488448
ИТОГО				407040	81408	488448
Второе ПО
Программист	2120	19	1,2	386688	77337,6	464025,6
ИТОГО				386688	77337,6	464025,6

Дополнительная заработная плата на конкретное программное средство (З_д) включает выплаты, предусмотренные законодательством о труде (оплата отпусков, льготных часов, времени выполнения государственных обязанностей и других выплат, не связанных с основной деятельностью) и определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате согласно формуле (6.14).

, (6.14)

где ЗП_доп - дополнительная заработная плата исполнителей на конкретное программное средство (тыс.руб.);

Н_д- норматив дополнительной заработной платы, Н_д= 20(%).

Составим смету затрат. Все исходные данные приведем в таблице 6.14.

Таблица 6.14 - Исходные данные для составления сметы затрат

Наименование показателей	Буквенные обозначения	Единица измерения	Количество
Норматив прочих затрат	Н_пр	%	12
Норматив накладных расходов	Н_нр	%	55
Норматив на сопровождение и адаптацию	Н_са	%	20
Фонд социальной защиты населения	С_соц	%	34

Отчисления в фонд социальной защиты населения (Ф_сзн) определяются в соответствии с действующими законодательными актами по нормативу в процентном отношении к фонду основной и дополнительной заработной платы исполнителей. Норматив отчислений составляет 34 %.

Цена одного машино-часа работы персонального компьютера (ПК) рассчитывается по формуле (6.15) исходя из часовой тарифной ставки работника, пользующегося данным компьютером, расходов на электроэнергию и амортизация ПК. Также в цену включается налог на прибыль, налог на добавленную стоимость.

(6.15)

где - часовая тарифная ставка разработчика;

Ц_кВт - цена за 1 кВт.час., руб.;

С_пк - стоимость ПК, руб.;

С_п - ставка налога на прибыль, выраженная в долях;

С_ндс- ставка налога на добавленную стоимость, выраженная в долях.

При определении себестоимости первого программного обеспечения все расчеты сведем в таблицу 6.15

Таблица 6.15 - Смета затрат первого ПО

Статьи затрат	Расчетная формула	Сумма, руб.
Материалы	348,9
Топливно-энергетические ресурсы		247818,4
Заработная плата	ЗП - расчёт в таблице 6.13	488448
Отчисления в бюджет, целевые бюджетные и внебюджетные фонды от средств на оплату труда научно-производственного персонала, в том числе:	О = Фсзн + Остр = 166072,3+1465,344	167537,7
Отчисления в фонд социальной защиты населения		166072,3
Отчисления по обязательному страхованию		1465,344
Научно-производственные командировки		97689,6
Прочие прямые расходы		58613,76
Накладные расходы		268646,4
Всего:		1081184

Полная себестоимость данного программного продукта равна 1081184 руб.

При определении себестоимости второго программного обеспечения все расчеты сведем в таблицу 6.16.

Таблица 6.16 - Смета затрат второго ПО

Статьи затрат	Расчетная формула	Сумма, руб.
Материалы	375
Статьи затрат	Расчетная формула	Сумма, руб.
Топливно-энергетические ресурсы		266356,8
Заработная плата	ЗП - расчёт в таблице 6.13	464025,6
Отчисления в бюджет, целевые бюджетные и внебюджетные фонды от средств на оплату труда научно-производственного персонала, в том числе:	О = Фсзн + Остр = 157768,7+1392,077	159160,8
Отчисления в фонд социальной защиты населения		157768,7
Отчисления по обязательному страхованию		1392,077
Научно-производственные командировки		92805,12
Прочие прямые расходы		55683,07
Накладные расходы		255214,1
Всего:		1027155

Полная себестоимость данного программного продукта равна 1027155 руб.

Суммарная себестоимость первого и второго программных продуктов равна 2108339 руб.

Вывод: общие затраты на создание программно-аппаратного терминала с CAN-шиной состоят из затрат на разработку программно-аппаратного терминала и затрат на создание программного обеспечения и составляют 2625950,6 руб.

7 Охрана труда и экологическая безопасность

.1 Охрана труда на производстве

Под охраной труда подразумевается комплекс мероприятий технического и организационного характера, направленных на создание безопасных условий труда и предотвращение несчастных случаев на производстве.

Охрана труда - система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая правовые, социально-экономические, организационные, технические, психофизиологические, санитарно-гигиенические, лечебно профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства.

Проверки предприятий и анализ материалов расследования несчастных случаев показывают, что свыше 70 % нарушений требований охраны труда происходит по организационным причинам, причем из них около 50 % - вследствие некомпетентности руководителей и специалистов, недисциплинированности и незнания персоналом элементарных требований охраны труда и техники безопасности при проведении работ с повышенной опасностью.

Важную роль в обеспечении здоровых и безопасных условий труда играют инструктажи и проверка знаний по вопросам охраны труда - в отдельных разделах собраны типовые и местные инструкции по охране труда по отдельным профессиям и видам работ.

На любом предприятии принимаются меры к тому, чтобы труд работающих был безопасным, и для осуществления этих целей выделяются большие средства. Управление охраной труда в организации осуществляет её руководитель, а в структурных подразделениях организации - руководители структурных подразделений. Для организации работы и осуществления контроля по охране труда руководитель организации создает службу охраны труда (вводит должность специалиста по охране труда) в соответствии с Типовым положением о службе охраны труда организации, утвержденным постановлением Министерства труда и социальной защиты Республики Беларусь от 24 мая 2002г. № 82. Отсутствие в организации службы охраны труда (специалиста по охране труда) не освобождает ее руководителя от обязанности обеспечивать организацию работы и контроль по охране труда.

В целях профилактики производственного травматизма и профессиональных заболеваний, улучшения условий и охраны труда работников в организации реали-зуются мероприятия по охране труда в соответствии с Положением о планировании и разработке мероприятий по охране труда, утвержденным постановлением Министерства труда Республики Беларусь от 23 октября 2000г. № 136.

Руководитель организации обеспечивает прохождение работниками медицинских осмотров в соответствии с Порядком проведения обязательных медицинских осмотров работников, утверждённым постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 8 августа 2000г. № 33.

Обучение, инструктаж и проверка знаний работников по вопросам охраны труда осуществляется в соответствии с Типовым положением об обучении, инструктаже и проверке знаний работников по вопросам охраны труда, утверждённым постановлением Министерства труда Республики Беларусь от 29 августа 1996г. № 62 и соответствующими отраслевыми техническими нормативными правовыми актами. Ответственность за организацию обучения, инструктажа и проверки знаний работников по вопросам охраны труда возлагается на руководителя организации, в структурных подразделениях организации - на руководителей структурных подразделений. Контроль за своевременным и качественным проведением обучения, инструктажа и проверки знаний работников организации по вопросам охраны труда осуществляет служба охраны труда (специалист по охране труда).

В организации перечень работ с повышенной опасностью, выполняемых по наряду-допуску, утверждается руководителем организации.

Перед допуском к работе ответственный руководитель работ знакомит работников с мероприятиями по безопасному производству работ, проводит целевой инструктаж с записью в наряде-допуске. Ответственный руководитель работ осу-ществляет контроль за выполнением предусмотренных в наряде-допуске мероприятий по обеспечению безопасного производства работ.

При возникновении опасности для жизни и здоровья работников уполно-моченное должностное лицо нанимателя, осуществляющее руководство работами, принимает меры по устранению этой опасности, при необходимости прекращает работы и обеспечивает эвакуацию работников из опасной зоны.

Руководитель организации обеспечивает соблюдение требований Положения о расследовании и учёте несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний, утвержденного постановлением-приказом Министерства труда Республики Беларусь и Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 17 мая 1999г. № 60/170.

Работники, обнаружившие нарушения правил, а также ситуаций, которые создают угрозу здоровью и жизни для работников и окружающих людей, обязаны немедленно сообщить об этом своему непосредственному руководителю, а в случае его отсутствия - вышестоящему руководителю.

На предприятиях систематически проводятся мероприятия, обеспечивающие снижение травматизма и устранение возможности возникновения несчастных случаев. Мероприятия эти сводятся в основном к следующему:

- улучшение конструкции действующего оборудования с целью предохранения работников от ранений;

- устройство новых и улучшение конструкции действующих защитных приспособлений к станкам, машинам и нагревательным установкам, устраняющим возможность травматизма;

- улучшение условий работы: обеспечение достаточной освещенности, хорошей вентиляции, отсосов пыли от мест обработки, своевременное удаление отходов производства, поддержание нормальной температуры в цехах, на рабочих местах и у теплоизлучающих агрегатов;

- устранение возможностей аварий при работе оборудования, разбрызгивания кислот, взрыва сосудов и магистралей, работающих под высоким давлением, выброса пламени или расплавленных металлов и солей из нагревательных устройств, внезапного включения электроустановок, поражения электрическим током и т.п.;

- организованное ознакомление всех поступающих на работу с правилами поведения на территории предприятия и основными правилами техники безопасности, систематическое обучение и проверка знания работающими правил безопасной работы;

- обеспечение работающих инструкциями по технике безопасности, а рабочих участков плакатами, наглядно показывающими опасные места на производстве и меры, предотвращающие несчастные случаи.

Однако в результате пренебрежительного отношения со стороны самих рабочих к технике безопасности возможны несчастные случаи. Чтобы уберечься от несчастного случая, нужно изучать правила техники безопасности и постоянно соблюдать их.

Общие требования техники безопасности на производстве перечислены далее.

) При получении новой (незнакомой) работы требовать от мастера дополнительного инструктажа по технике безопасности.

) При выполнении работы нужно быть внимательным, не отвлекаться посторонними делами и разговорами и не отвлекать других.

) На территории завода (во дворе, здании, на подъездных путях) выполнять следующие правила:

не ходить без надобности по другим цехам предприятия;

обходить места погрузки и выгрузки грузов;

не переходить в неустановленных местах, не заходить за ограждения;

не прикасаться к электрооборудованию, клеммам и электропроводам;

) В случае травмирования или недомогания прекратить работу, известить об этом мастера и обратиться в медпункт.

Специальные требования безопасности перед началом работы:

- привести в порядок свою рабочую одежду: застегнуть или обхватить широкой резинкой обшлаги рукавов; заправить одежду так, чтобы не было развевающихся концов одежды: убрать концы галстука, косынки или платка; надеть плотно облегающий головной убор и подобрать под него волосы;

- надеть рабочую обувь; работа в легкой обуви (тапочках, сандалиях, босоножках) запрещается ввиду возможности ранения ног;

- внимательно осмотреть рабочее место, привести его в порядок, убрать все загромождающие и мешающие работе предметы; инструмент, приспособления, необходимый материал и детали для работы расположить в удобном и безопасном для пользования порядке; убедиться в исправности рабочего инструмента и приспособлений;

- проверить, чтобы рабочее место было хорошо освещено;

- убедиться, что на рабочем месте пол в полной исправности, без выбоин, без скользких поверхностей и т.п., что вблизи нет оголенных электропроводов и все опасные места ограждены.

Инструктажи по охране труда на участке должны проводиться не реже, чем через три месяца с подписью инструктируемого в журнале регистрации инструктажа на рабочем месте.

Технологические процессы должны быть безопасными в течение всего времени их функционирования. Разработка, организация и проведение технологических процессов осуществляются в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.002-75 “Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности”, утвержденного Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР 25 апреля 1975г. № 1064, санитарных правил и норм СанПиН 11-09-94 “Санитарные правила организации технологических процессов и гигиенические требования к производственному оборудованию”, утвержденных Главным государственным санитарным врачом Республики Беларусь 27 января 1994г. и другими техническими нормативными правовыми актами, содержащими требования к разработке, организации и проведению конкретных видов технологических процессов.

При разработке технологических процессов предусматриваются: устранение воздействия на работников опасных и вредных производственных факторов; применение средств автоматизации и механизации, дистанционного управления технологическим процессом и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов; применение средств защиты работников.

Технологические процессы не должны сопровождаться загрязнением окружающей среды (воздуха, почвы, водоёмов) и распространением вредных факторов выше предельно допустимых норм, установленных техническими нормативными правовыми актами.

Части оборудования, представляющие опасность, и внутренние поверхности ограждений, открывающихся без применения инструмента, должны быть окрашены в сигнальные цвета и обозначены знаком безопасности по ГОCТ 12.4.026. При размещении оборудования должны быть обеспечены удобство и безопасность его обслуживания, безопасность эвакуации работников при возникновении аварийных ситуаций.

Рабочее место организуется с учётом эргономических требований и удобства выполнения работниками движений и действий при обслуживании оборудования. Конструкция, оснащение и организация рабочего места должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.061-81 “Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное.

Общие требования безопасности к рабочим местам”, утверждённого постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 11 ноября 1981г. № 4883, ГОСТ 12.2.032-78 “Система стандартов безопасности труда. Рабочее место при выполнении сидя. Общие эргономические требования”, утвержденного постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 26 апреля 1978 г. № 1102. Всё технологическое оборудование должно быть аттестовано.

При производстве аппаратно-программного терминала могут возникнуть следующие опасные и вредные производственные факторы: отравление химическими веществами, поражение электрическим током, возможность возникновения пожароопасной обстановки. Поэтому далее описываются основные требования по устранению вышеперечисленных производственных факторов.

К работам допускаются лица, достигшие восемнадцатилетнего возраста, прошедшие медицинский осмотр и не имеющие противопоказаний по результатам медицинского осмотра, прошедшие инструктаж по охране труда и пожарной безопасности на рабочем месте.

Все химические вещества, поступающие на участок, должны иметь гигиенический сертификат и паспорт безопасности вещества (материала) в соответствии с ГОСТ 30333-95 “Паспорт безопасности вещества (материала).

Основные положения. Информация по обеспечению безопасности при производстве, применении, хранении, транспортировании, утилизации”, принятым Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, протокол № 7-95 от 26 апреля 1995г., введенным в действие на территории Республики Беларусь с 1 марта 1999г. постановлением Государственного комитета по стандартизации, метрологии и сертификации Республики Беларусь от 22 июля 1998г. № 10.

При работе с химическими веществами необходимо соблюдать требования санитарных правил и норм СанПиН 11-19-94 “Перечень регламентированных в воздухе рабочей зоны вредных веществ”, утверждённых Главным государственным санитарным врачом Республики Беларусь 9 марта 1994г., нормативных правовых актов, технических нормативных правовых актов, содержащих требования безопасности обращения с химическими веществами.

Расфасовка химических веществ осуществляется в специальных помещениях, оборудованных местной вытяжной вентиляцией, а токсичных веществ - в вытяжном шкафу с применением соответствующих средств индивидуальной защиты.

Для вскрытия вручную барабанов с твердыми химическими веществами предусматриваются специальные ножи из материалов, не образующих искр. Вскрытие барабанов с твердыми химическими веществами производится в защитных очках, резиновых перчатках и респираторе.

Дробление твердых химических веществ выполняется в закрытых шкафах или камерах. Растворение твёрдых химических веществ осуществляется в сосудах, изготовленных из химически стойких материалов.

При применении химических веществ в технологических процессах производства металлических и неметаллических неорганических покрытий, наносимых электрохимическим, химическим, анодным окислением, горячим и металлозащищенным способами должны выполнять требования ГОСТ 12.3.008-75 “Система стандартов безопасности труда. Производство покрытий металлических и неметаллических неорганических. Общие требования безопасности”, утвержденного постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 4 сентября 1975г. № 2328.

Каждое химическое вещество хранят в соответствующей для данного вещества исправной таре или ячейках стеллажей на установленных для них местах. Бутыли с кислотами и щелочами устанавливают в плетеные корзины с прочными ручками, металлические обрешетки, выложенные внутри гибким пластиком, или в другую тару, гарантирующую сохранность бутылей, и размещают группами по наименованиям веществ. Ширина проходов должна быть не менее 1м. Бутыли с кислотами защищают от воздействия солнечных лучей. Места хранения кислот обозначаются.

Электроустановки должны находиться в технически исправном состоянии, обеспечивающем безопасные условия труда, и соответствовать требованиям Правил устройства электроустановок, утверждённых Министерством энергетики и электрификации СССР в 1986 году.

Эксплуатация электроустановок в организациях осуществляется в соответствии с правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными начальником Главного управления государственного энергетического надзора Министерства энергетики и электрификации СССР 21 декабря 1984г. Электроустановки должны быть укомплектованы испытанными, готовыми к использованию защитными средствами, а также средствами оказания первой медицинской помощи в соответствии с действующими правилами и нормами.

Безопасность работников и других лиц при эксплуатации электроустановок обеспечивается путем:

- применения надлежащей изоляции;

- применения двойной изоляции;

- соблюдения соответствующих расстояний до токоведущих частей или путем закрытия, ограждения токоведущих частей;

- применения блокировки аппаратов и ограждающих устройств для предотвра-щения ошибочных операций и доступа к токоведущим частям;

- надежного и быстродействующего автоматического отключения частей электрооборудования, случайно оказавшихся под напряжением и повреждённых участков сети, в том числе защитного отключения;

- заземления или зануления корпусов электрооборудования и элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции;

- выравнивания потенциалов;

- применения разделительных трансформаторов;

- применения предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов;

- применения устройств, снижающих напряженность электрических полей;

- использования средств защиты и приспособлений, в том числе для защиты от воздействия электрического поля в электроустановках, в которых его напряженность превышает допустимые нормы.

Защитное заземление и зануление электроустановок постоянного и переменного тока частотой до 400 Гц выполняются в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 “Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление”, утвержденным постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981г. № 2404.

В соответствии с Законом Республики Беларусь от 15 июня 1993г. “О пожарной безопасности” в редакции Закона Республики Беларусь от 11 января 2002г. руководители и другие должностные лица организаций обязаны:

- обеспечивать пожарную безопасность и противопожарный режим;

- предусматривать организационные и инженерно-технические мероприятия по пожарной безопасности в планах экономического и социального развития организаций, создавать при необходимости организационно-штатную структуру, разрабатывают обязанности и систему контроля, обеспечивающие пожарную безопасность во всех технологических звеньях и на этапах производственной деятельности;

- обеспечивать своевременное выполнение противопожарных мероприятий по предписаниям, заключениям и предупреждениям органов государственного пожарного надзора;

- внедрять научно-технические достижения в противопожарную защиту объектов, проводить работу по изобретательству и рационализации, направленную на обеспечение безопасности людей и снижение пожарной опасности технологических процессов производств;

- обеспечивать выполнение и соблюдение требований нормативных правовых актов системы противопожарного нормирования и стандартизации при проектировании, строительстве, реконструкции, техническом переоснащении и ремонте подведомственных им объектов, а также при изготовлении, транспортировке и использовании выпускаемых веществ, материалов, продукции, машин, приборов и оборудования;

- содержать в исправном состоянии пожарную технику, оборудование и инвентарь;

- организовать обучение работников правилам пожарной безопасности и обеспечивать их участие в предупреждении и тушении пожаров, не допускать к работе лиц, не прошедших противопожарный инструктаж;

- обеспечить разработку плана действий работников на случай возникновения пожара;

- представлять по требованию органов государственного пожарного надзора документы о пожарах и их последствиях, сведения, характеризующие состояние пожарной безопасности объектов и выпускаемой продукции;

- принимать меры к нарушителям противопожарных требований, взыскивать в установленном законодательством порядке материальный ущерб с виновников пожара.

7.2 Экологическая безопасность при утилизации электрооборудования

Поскольку электронные и электрические приборы используются повсеместно и товарооборот этого сегмента рынка очень большой, отходы также очень велики. Несколько уже принятых законов в этой области имеют своей целью уменьшение количества отходов за счет создания условий для их переработки и побуждения производителей к более внимательному выбору материалов для производства.

В ответ на тревогу по поводу токсинов, которыми опасно вышедшее из службы электрическое и электронное оборудование и по поводу все возрастающих объемов отходов от этих приборов - по прогнозам, количество их в три-пять раз превысит ежегодный объем городского мусора - в 2002 году Европейский Союз принял Директиву № 2002/96 ЕС от 27 января 2003 г. об отходах от электрического и электронного оборудования (ОЭЭО). Эта директива требует от всех европейских производителей оборудования и комплектующих брать на себя ответственность за сбор, утилизацию и переработку продукта, а также заботиться и о финансовой стороне вопроса.

Кроме того, производители электрического и электронного оборудования должны выполнять нормы утилизации и переработки - от 50% до 75% от общего веса продукта, в зависимости от его типа. Необходимо вынимать из оборудования, вышедшего из эксплуатации, печатные платы, батарейки, электронно-лучевые трубки и наружные кабели, а также любые детали из пластмассы, содержащей бромированные добавки.

Вышеназванная директива была опубликована Европейским Парламентом в январе 2003 года. Директива обязывала правительства стран-участников ЕС закрепить утвержденные нормы в национальном законодательстве к августу 2004 года, для того, чтобы создать систему сбора «отслуживших» продуктов и выработать технологию для производителей электрического и электронного оборудования, которая позволила бы им выполнить все обязательства по сбору, утилизации и переработке продуктов к августу 2005 года, достичь вышеупомянутых численных показателей по переработке и утилизации к январю 2007 года и установить новые к декабрю 2008 года.

Самое большое практическое значение Директивы состоит в том, что все затраты на продажу или поставки товаров на рынок Европейского Союза, сбор, переработку продуктов и их правильную утилизацию после 13 августа 2005 года должны были оплачиваться производителями. Законодательная цель состоит в том, чтобы заставить производителей, ответственных за «судьбу» «отслуживших» товаров принять разумное с точки зрения защиты окружающей среды решение. И это решение может заставить производителей переконструировать их оборудование, изменить процесс его переработки для вторичного использования, упростить состав материалов или изменить его конфигурацию.

8 Ресурсо- и энергосбережение

.1 Ресурсосбережение и государственные требования к ресурсосбережению

Ресурсосбережение - это есть снижение материалоемкости единицы продукции, увеличение выхода конечной продукции, сокращение потерь в производственном процессе путем применения достижений новейшей техники и технологии.

В Республике Беларусь действует Межгосударственный стандарт разработанный Межгосударственным Техническим комитетом по стандартизации МТК 111.

Настоящий стандарт является основополагающим и устанавливает цель, задачи, объекты, основные принципы, термины и классификацию групп требований рационального использования и экономного расходования материальных ресурсов на всех стадиях жизненного цикла веществ, материалов, изделий, продукции при проведении работ и оказании услуг юридическим и физическим лицам.

Целью стандартизации в области ресурсосбережения является создание организационно-методической и нормативной основы, необходимой и достаточной для проведения государственной технической политики, направленной на снижение ресурсоемкости получаемого дохода без ухудшения условий экономического развития страны при безусловном обеспечении высоких потребительских свойств продукции

Требования ресурсосбережения подразделяют на три группы:

- требования ресурсосодержания, определяющие совершенство процессов, продукции, работ и услуг, например по составу и количеству использованных материалов, массе, габаритам, объему изделия;

- требования ресурсоемкости (по технологичности), определяющие возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при изготовлении, ремонте и утилизации продукции, а также выполнении различных работ и оказании услуг с учетом требований экологической безопасности;

- требования ресурсоэкономичности изделия, определяющие возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при эксплуатации, ремонте и утилизации продукции, а также при выполнении работ и оказании услуг.

Указанные группы требований взаимосвязаны при:

- разработке продукции, планировании работ и услуг (устанавливают проектные требования ресурсосодержания и ресурсоэкономичности, рекомендации по ресурсоемкости);

- изготовлении продукции, выполнении работ и оказании услуг (устанавливают уточненные (контрольные) требования ресурсоемкости (по технологичности));

- эксплуатации продукции и выполнении работ и оказании услуг (устанавливают уточненные (контрольные) требования ресурсоэкономичности и ресурсоемкости);

- утилизации продукции (устанавливают требования ресурсоемкости и ресурсоэкономичности).

.2 Ресурсосбережение в радиоэлектронной промышленности

В процессе хозяйственной деятельности ресурсы предприятия занимают одно из центральных мест, поэтому вопрос ресурсосбережения и определения оптимального соотношения ресурсов на предприятии очень актуален в настоящее время. Финансовая политика в области ресурсов направлено воздействует на долговременное состояние предприятия, а так же определяет его текущее состояние. Она диктует тенденции экономического развития, перспективный уровень научно-технического прогресса, состояние производственных мощностей предприятия.

Актуальность данной темы помимо прочего заключается в том, что в процессе хозяйственной деятельности практически все белорусские предприятия сталкиваются с проблемой нехватки ресурсов для обеспечения нормальной работы.

Классификация ресурсов и их характеристика.

Производство различных благ и вся хозяйственная деятельность базируются на использовании различных экономических ресурсов. Под экономическими ресурсами понимают все виды ресурсов, используемые в процессе товаров и услуг. К ресурсам предприятия относятся:

- земля (природные ресурсы) - капитал предприятия;

- кадровый потенциал;

- предпринимательские способности.

Земля - во-первых, это вообще всякое место, где находится человек: живет, трудится, отдыхает, развлекается и т.п. Во-вторых, на земле как на территории также расположены производственные и другие предприятия. В-третьих, земля, имеющая биологические свойства плодородия, служит объектом сельского и лесного хозяйства. В-четвертых, она является также источником полезных ископаемых, водных и других ресурсов. Говоря о земле как о факторе производства, экономическая теория учитывает все функции природных факторов в хозяйстве.

Основные фонды - это часть производственных фондов, которая вещественно воплощена в средствах труда, сохраняет в течение длительного времени свою натуральную форму, переносит по частям стоимость продукции и возмещается только после проведения нескольких производственных циклов.

В зависимости от назначения основные фонды делятся на:

- основные производственные фонды;

- основные непроизводственные фонды.

К основным производственным относятся фонды, которые непосредственно участвуют в производственном процессе или создают условия для производственного процесса (производственные здания, трубопроводы и др.)

Основные непроизводственные фонды - это объекты бытового и культурного назначения, медицинские учреждения и др.

Оборотные средства - это совокупность денежных средств, авансируемых для создания оборотных производственных фондов и фондов обращения, обеспечивающих непрерывный кругооборот денежных средств.

Далее следует отметить, что к оборотным производственным фондам относятся предметы труда (сырье, основные материалы и полуфабрикаты, вспомогательные материалы, топливо, тара, запасные части, средства труда со сроком службы не более 1 года или стоимостью не более пятидесятикратного установленного минимального размера оплаты труда в месяц (МБП и инструменты), незавершенное производство и расходы будущих периодов.

К фондам обращения относятся средства предприятия, вложенные в запасы готовой продукции, товары отгруженные, но неоплаченные, а также средства в расчетах и денежные средства в кассе и на счетах.

Оборотные производственные фонды вступают в производство в своей натуральной форме и в процессе изготовления продукции целиком потребляются. Они переносят свою стоимость на создаваемый продукт.

Оборотные средства обеспечивают непрерывность производства и реализации продукции.

Фонды обращения связанные с обслуживанием процесса обращения товаров. Они не участвуют в образовании стоимости, а являются ее носителями. После изготовления продукции и ее реализации стоимость оборотных средств возмещается в составе выручки от реализации продукции, что создает возможность систематического возобновления процесса производства. Он осуществляется путем непрерывного кругооборота средств предприятия.

В своем движении оборотные средства проходят последовательно 3 стадии: денежную, производственную и товарную.

Эффективное использование ресурсов во многом зависит от принципов организации производства. Так ритмичность, слаженность и высокая результативность зависит от оптимальных размеров оборотных средств. Поэтому большое значение приобретает процесс нормирования оборотных средств, который относится к текущему финансовому планированию на предприятии. Для формирования оборотных средств предприятие использует собственные и приравненные к ним средства, а так же привлеченные и заемные пассивы. Источниками формирования оборотных средств могут быть: прибыль, кредиты, акционерный (уставный) капитал, паевые взносы, бюджетные средства, перераспределенные ресурсы, кредиторская задолженность и др.

Отдельно выделяется категория денежного капитала.

Финансовые ресурсы - это денежные средства, имеющиеся в распоряжении предприятия и предназначенные для осуществления текущих затрат по расширенному воспроизводству для выполнения финансовых обязательств и экономического стимулирования работающих. Финансовые ресурсы направляются так же на содержание и развитие объектов непроизводственной сферы, потребление, накопление в специальные резервные фонды и др.

Формирование финансовых ресурсов происходит за счет целого ряда источников. Первоначальное формирование финансовых ресурсов происходит в момент учреждения предприятия, когда образуется уставный капитал. В основном же финансовые ресурсы формируются за счет прибыли, а также перечисленных в выше изложенной схеме источников. Кадры или трудовые ресурсы предприятия - совокупность работников различных профессионально-квалификационных групп, занятых на предприятии и входящих в его списочный состав. Трудовые ресурсы приводят в движение материальные элементы производства, создают продукт, стоимость и прибавочный продукт в форме прибыли.

Отличие данного вида ресурсов от других заключается в том, что каждый наемный работник может отказаться от предложенных условий и потребовать изменения условий труда, переобучения другим профессиям, может уволиться с предприятия по собственному желанию. Кадровый состав предприятия и его изменения имеют определенные количественные, качественные и структурные характеристики, которые могут быть с меньшей или большей степенью достоверности изменены и отражены следующими абсолютными и относительными показателями:

- списочная и явочная численность работников предприятия и его внутренних подразделений отдельных категорий и групп на определенную дату;

- среднесписочная численность работников предприятия и его внутренних подразделений за определенный период;

- удельный вес работников отдельных подразделений в общей численности работников предприятия;

- темпы роста (прироста) численности работников предприятия за определенный период;

- средний разряд рабочих предприятия;

- удельный вес служащих, имеющих высшее или среднее специальное образование в общей численности служащих и работников предприятия;

- средний стаж работы по специальности руководителей и специалистов предприятия;

- текучесть кадров по приему и увольнению работников;

- фондовооруженность труда работников и рабочих на предприятии и др.

Совокупность перечисленных и ряда других показателей может дать представление о количественном, качественном и структурном состоянии персонала предприятия и тенденциях их изменения для целей управления персоналом, в том числе планирования, анализа и разработки мероприятий по повышению эффективности использования трудовых ресурсов предприятия.

Эффективность использования трудовых ресурсов предприятия характеризует производительность труда, которая определяется количеством продукции, произведенной в единицу рабочего времени, или затратами труда на единицу произведенной продукции или выполненной работы.

В современной рыночной экономике и жесткой конкуренции, в условиях переходного периода, в котором находится Россия сегодня, довольно актуальным стал вопрос об экономии и рациональном использовании ресурсов.

В последнее десятилетие проблема экономии ресурсов на предприятии особенно обострилась. Необходимо осуществлять техническое перевооружение или реконструкцию действующих предприятий -перевести их на ресурсосберегающие технологии.

Ресурсосбережение - это совокупность мер по экономному и эффективному использованию всех факторов производства, общее свойство которых состоит в потенциальной возможности их участия в производстве (производственные ресурсы) и в потреблении(потребительские ресурсы). Ресурсосбережение означает использование всех видов ресурсов (материальных, трудовых, природных, финансовых и других) для решения задач экономического и социального развития. Поскольку потребности людей и общества стремительно растут, а ресурсы ограничены и редки, то роль ресурсосбережения в решении коренной триединой проблемы: что, как, для кого производить все возрастает. Ресурсосбережение охватывает не только факторы производства, но и продукцию, поскольку продукция одной отрасли потребляется в другой, связанной с ней общественным разделением труда.

Ресурсосбережение предусматривает удовлетворение потребности народного хозяйства в их приросте преимущественно за счет экономии. Достигается это путем комплексного использования ресурсов, устранения потерь при добыче, транспортировке и хранении, сокращении отходов при переработке, более широкого вовлечения в хозяйственный оборот вторичных ресурсов и попутных продуктов, путем улавливания ценных продуктов из отходящих газов и водных стоков, утилизации отбросов и др. Оно должно обеспечиваться на всех стадиях производства: при добыче, транспортировке, хранении, погрузке - разгрузке, разделке, переработке и т.п.

Соблюдение ресурсосбережения - важная характеристика качества техники и технологии. Техника считается ресурсосберегающей, если она требует меньше расхода ресурсов на изготовление и эксплуатацию. Ресурсосберегающей технологией называют технологию малоотходную или безотходную. Необходимость ресурсосбережения вызвана дефицитом многих видов ресурсов, истощением их запасов в природе, значительным удорожанием добычи и другими факторами.

В связи с переходом к интенсивному ресурсосберегающему типу экономического роста, основанного на использовании достижений НТР, снижении фондоемкости и материалоемкости продукции, повышения производительности труда, улучшении технико-экономических показателей и качества продукции возрастают возможности ресурсосбережения. Важное значение в решении проблемы ресурсосбережения имеет научно-технический прогресс.

.3 Государственное регулирование в области энергосбережения

В целях укрепления экономической безопасности государства 14 июня 2007 года Президентом Республики Беларусь подписана Директива № 3 «Экономия и бережливость - главные факторы экономической безопасности государства».

Государственное регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности осуществляется путем установления:

- требований к обороту отдельных товаров, функциональное назначение которых предполагает использование энергетических ресурсов;

- запретов или ограничений производства и оборота в Республике Беларусь товаров, имеющих низкую энергетическую эффективность, при условии наличия в обороте или введения в оборот аналогичных по цели использования товаров, имеющих высокую энергетическую эффективность, в количестве, удовлетворяющем спрос потребителей;

- обязанности по учету используемых энергетических ресурсов;

- требований энергетической эффективности зданий, строений, сооружений;

- требований к энергетическому паспорту;

- обязанности проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в отношении общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме;

- требований энергетической эффективности товаров, работ, услуг, размещение заказов на которые осуществляется для государственных или муниципальных нужд;

- требований к региональным, муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

- требований к программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности организаций с участием государства или городского образования и организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности;

- основ функционирования государственной информационной системы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

- обязанности распространения информации в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

- обязанности реализации информационных программ и образовательных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

.4 Энергосбережение в радиоэлектронной промышленности

Энергосбережение (экономия электроэнергии) - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии Энергосбережение. Энергосбережение - важная задача по сохранению природных ресурсов.

Эффекты от мероприятий энергосбережения можно разделить на несколько групп:

- экономические эффекты у потребителей (снижение стоимости приобретаемых энергоресурсов);

- эффекты повышения конкурентоспособности (снижение потребления энергоресурсов на единицу производимой продукции, энергоэффективность производимой продукции при ее использовании);

- эффекты для электрической, тепловой, газовой сети (снижение пиковых нагрузок, минимизация инвестиций в расширение сети);

- экологические эффекты;

- связанные эффекты (внимание к проблемам энергосбережения приводит к повышению озабоченности проблемами общей эффективности системы - технологии, организации, логистики на производстве, системы взаимоотношений, платежей и ответственности в ЖКХ, отношения к домашнему бюджету у граждан).

Повышение энергоемкости производства, количества техники, задействованной в производственных процессах, а также постоянный рост цен на энергоносители является серьёзным фактором, увеличивающим важность вопроса об экономии электроэнергии. Универсальных способов экономить электроэнергию на данный момент не существует, но разработаны методики, технологии и устройства, помогающие вывести энергосбережение на качественно новый уровень.

Вопрос экономии электроэнергии многоплановый и нужен стратегический подход, для того чтобы максимально эффективно использовать все производственные мощности при минимально возможных энергетических затратах. Подход к экономии электроэнергии основан на использовании энергосберегающих технологий, которые призваны уменьшить потери электроэнергии. Существует немало устройств, которые позволяют добиться уменьшения потерь при работе оборудования, основными из которых являются конденсаторные установки и частотно-регулируемые приводы, при эксплуатации различных бытовых осветительных приборов и устройств охранной сигнализации, приборов таймерного типа, позволяющих автоматически отключать различные электроустановки при перерывах в работе и быстро их включать в нужный момент времени.

Применение устройств, подобных разрабатываемой сигнализации позволяет обеспечить значительную экономию электроэнергии за счёт введения режима ожидания, учитывая, что устройство работает круглосуточно. Экономия электроэнергии составляет более чем в 25 раз.

Как видим, использование энергосберегающего оборудования и энергосберегающих технологий ведет не только к прямому уменьшению потребления электроэнергии, но и обеспечивает дополнительные преимущества. Особо актуально использование энергосберегающего оборудования на предприятиях тяжелой промышленности и на крупных производственных комплексах, где нерациональное потребление электроэнергии ведёт к огромным финансовым потерям. Также разумным является использование энергосберегающих технологий в плане повышения качества электроэнергии, что положительно отражается на качестве работы оборудования, на сроке его службы.

Заключение

Согласно заданию к дипломному проекту необходимо было разработать программно-аппаратный терминал с CAN-шиной. При проектировании программно-аппаратного терминала с CAN-шиной необходимо было учитывать требования к конструкции терминала. Проектируемое устройство должно обеспечивать пыле- и влаго- защищенность, стойкость в внешней агрессивной среде, ударопрочность.

В разработанной программе для программно-аппаратного терминала были реализованы возможности преобразования и передача информации из интерфейса RS232 в интерфейс CAN-bus и наоборот. А так же было разработано приложение для управления работой терминала через ПЭВМ.

В результате проектирования был разработан программно-аппаратный терминал с CAN-шиной, который отвечал поставленным требованиям, а также были рассчитаны экономические показатели, такие как затраты на производство терминала и программного обеспечения.

Список использованных источников

1. 8 bit Microcontroller with 32K in system programmable Flash ATmega 128 - Corporation. http://www.atmel.com/dyn/products/product_parameters.asp, 2008 г.

2. Зарубежные микросхемы, транзисторы, тиристоры, диоды + SMD - Справочник - Наука и техника, 2008 год.

. Варакута С. А. Управление качеством продукции: Учебное пособие - М.: ИНФРА-М, 2001.

. А.П. Родан, А.А. Куприянов. Практический самоучитель P-CAD 2006. Система

проектирования печатных плат - Издательство: Наука и техника, 2009 г.

. Интерфейсы ПК: справочник - СПб: ЗАО «Издательство «Питер», 1999.

. Архангельский А. Я. Программирование в среде C++ Builder 6 - Москва, Издательство Бином, 2003 г.

Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной

Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной

Определим заработную плату разработчиков.

Составим смету затрат. Все исходные данные приведем в таблице 6.14.

Похожие работы на - Расчет преобразователя микроконтроллера с CAN-шиной