ВКР: Устройство для управления освещением в комнате с использованием датчиков окружающей среды

Техническое задание

Настоящее техническое задание распространяется на разработку системы комплексного мониторинга в помещении.

1. Основание для разработки.

Система разрабатывается на основании задания на ВКР.

Тема: «разработка устройства для управления освещением в комнате и использованием датчиков окружающей среды».

1. Источники разработки.

Система разрабатывается на основании схемы электрической принципиальной, разработанной студентом Лариным Русланом Владимировичем.

1. Технические требования.

   1. Технические параметры
      1. Питание - сеть постоянного тока напряжением (12В) питание РоЕ.
      2. Потребляемая мощность - не более 2.5 Вт.
      3. Напряжение питания блоков устройства: цифровой части – 3.3В;

аналоговой части – 12В.

блок питания для RGB ленты – 220В.

1. Требования к надежности
   1. Время безотказной работы – не менее 10000 ч.
2. Требования к конструктивному исполнению.
   1. Форма корпуса – прямоугольный параллелепипед.
   2. Габаритные размеры, мм не более - 160×120×49.
   3. Масса устройства, кг, не более - 0,5
3. Условия эксплуатации
   1. Климатическое исполнение - УХЛ-4
      • предельная рабочая температура, °С +45

-рабочие значения температур, °С +10…+40

• среднемесячная относительная влажность воздуха при температуре

+ 25 °С, %, - 80%.

1. Механические воздействия
   • частота вибрации, Гц 1 - 55
   • вибрационное ускорение, g до 5
   • ударные нагрузки, g до 1

1. Тип аппаратуры – стационарная.

2. Принцип работы устройства.

Проект представляет собой инновационное устройство, предназначенное для управления светодиодной лентой и использованием инфракрасного пульта и мобильного приложения. Кроме того, устройство оснащено комплексом датчиков, включая датчик движения, позволяющий автоматически включать освещение при обнаружении присутствия людей в помещении. Также предусмотрены датчики, измеряющие концентрацию углекислого газа (CO₂), температуру и уровень кислорода в помещении. Все собранные данные автоматически передаются на сервер для дальнейшей обработки и анализа.

Размещение устройства предусмотрено под потолком помещения, что обеспечивает удобство установки и подключения к сети Ethernet. Благодаря поддержке технологии Power over Ethernet (PoE), устройство получает электропитание напрямую через сетевой кабель Ethernet, что значительно упрощает процесс монтажа и снижает затраты на прокладку дополнительных проводов.

Особенностью данного решения является функция оперативного уведомления пользователей в случае превышения установленных нормативов по одному из контролируемых параметров. В такой ситуации система незамедлительно оповестит владельца через мобильное приложение, одновременно активируя встроенную звуковую сигнализацию и световой индикатор. Это позволяет своевременно реагировать на изменения в окружающей среде и поддерживать оптимальный микроклимат в помещении, обеспечивая высокий уровень комфорта и безопасности.

1. Требования безопасности.

Основные требования к безопасности соответствуют положениям ПУЭ ("Правил устройства электроустановок потребителей"), утверждённым Министерством энергетики СССР 01.08.1984 года, а также нормам безопасности при эксплуатации, изложенным в "Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителями", утверждённых Госэнергонадзором 10 декабря 1972 года.

1. Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению. Упаковка для перевозки и правила хранения оборудования разработаны таким образом, чтобы обеспечить сохранность изделия во время транспортировки и складирования согласно действующим стандартам, нормам и требованиям. Оборудование должно храниться в сухих закрытых помещениях, где исключено попадание влаги, а также отсутствует пыль и резкие перепады температур. В случае пребывания устройства при пониженной температуре, перед включением необходимо выдержать его не менее трех часов в нормальных условиях, избегая резких изменений температуры. Перевозка оборудования допускается любыми

видами транспорта исключительно в оригинальной упаковке производителя.

1. Экономические показатели.

Масштабность выпуска соответствует серийному производству.

1. Порядок испытаний.

Испытания осуществляются на заводе-изготовителе путем проверки соответствия технических характеристик изделия стандарту ГОСТ 16.962-79 "Изделия электронной техники. Механические и климатические воздействия. Требования и методы испытаний"

Аннотация

В выпускной квалификационной работе представлена разработка устройства для управления освещением в помещении с использованием датчиков окружающей среды. Были рассмотрены разные варианты конструкции, после чего выбран наилучший вариант. Проведены расчеты: надежность по внезапным отказам, тепловые, на вибропрочность, а также компоновочные расчеты. В технологической части оценена технологичность конструкции, разработан технологический процесс сборки устройства. Также был произведен расчет исходной стоимости устройства и проанализированы опасные факторы в процессе изготовления.

The summary

In the final qualification work, a device for controlling indoor lighting using environmental sensors is developed. Various design options were considered, after which the best option was selected. Calculations were performed: reliability against sudden failures, thermal, vibration resistance, as well as layout calculations. In the technological part, the manufacturability of the structure was assessed, and the assembly process of the device was developed. The initial cost of the device was also calculated, and dangerous factors in the manufacturing process were analyzed.

Список используемых сокращений

ЭРЭ – электрорадио элементы ТБ – техника безопасности ТУ – технические условия

ПП – печатная плата

РЭА – радиоэлектронная аппаратура

Содержание

Введение11

1. Теоретическая часть 13
   1. Обзор и анализ известных технических решений 13
   2. Анализ схемы электрической принципиальной14
   3. Анализ исходных данных 27
2. Конструкторская часть 30
   1. Разработка технических требований к конструкции изделия 30
   2. Выбор элементной базы изделия 34
   3. Разработка конструкции изделия 35
   4. Разработка функционального узла на печатной плате 38
   5. Разработка корпуса 40
      1. Разработка крышки 40
      2. Разработка основания 41
   6. Проработка вопросов упаковки, транспортировки и хранения 41
3. Расчетная часть 43
   1. Компоновочные расчеты 43
   2. Расчет на вибропрочность и ударопрочность 44
   3. Расчет теплового режима 49
   4. Расчет надежности по внезапным отказам 53
4. Технологическая часть 59
   1. Расчет показателей технологичности 59
   2. Разработка технологического процесса сборки изделия 63
   3. Экономическая часть 67
      1. Расчёт себестоимости изготовления изделия 67
      2. Формирование цены на изделие71
      3. Оценка конкурентоспособности изделия71
      4. Элементы маркетинговой политики фирмы по внедрению разрабатываемого изделия на рынок72
   4. 6. Безопасность жизнедеятельности 74
      1. Основные требования безопасности к технологическим процессам 74
      2. Охрана труда при обработке пластмасс и керамики 75
      3. Охрана труда при изготовлении печатных плат 76

Список используемой литературы79

Приложения81

Введение

Современные условия жизни требуют повышения уровня комфорта и безопасности в жилых и рабочих помещениях. Системы автоматизации освещения играют важную роль в создании благоприятной атмосферы и экономии энергоресурсов. Разработка устройств для управления освещением с использованием датчиков окружающей среды становится всё более актуальной задачей.

Целью данной выпускной квалификационной работы является создание устройства для управления освещением в помещении, включающегося при помощи датчика движения и управляемого с помощью пульта и мобильного приложения. Устройство должно собирать и передавать на сервер информацию о климатических условиях в помещении (температура, влажность, уровень CO₂ и др.), а также включать освещение определённого цвета, отправлять уведомления на телефон и подавать звуковой сигнал в случае превышения заданных параметров.

Основное внимание уделяется разработке конструкции, которая сочетает в себе высокую функциональность и доступность. Важно обеспечить удобство использования устройства, сохраняя при этом защиту от несанкционированного вмешательства.