Система дистанционного контроля акустического окружения (шумомер) Відзив про роботу над дипломним проектом студента гр. ДЗ-92 ФЕЛ Булавка Дмитра Ігоровича на тему «Система дистанційного контролю акустичного оточення» Людина живе в середовищі, фактор шуму якої грає не останню роль у його житті. Дослідженнями доведено, що під впливом шуму, навіть помірної інтенсивності, погіршується працездатність, особливо для розумової праці. Негативний вплив шуму тим сильніше, чим вище його тональність, тривалість впливу й неоднорідність спектрального складу в результаті імпульсних складових й окремих включень чистого тону. Тривалий вплив сильного шуму з рівнем від 90 дБ і вище може викликати в людини порушення слуху, розлад нервової системи й сприяти захворюванням серцево-судинної системи. У процесі роботи над дипломним проектом був розроблений прилад, що на відміну від існуючих розробок порівняно невисокої вартості, що здійснюють фільтрацію, корекцію і аналіз аналоговим способом, у ній подібні функції реалізовані цифровим способом, що призводить до значного зниження вартості виробу і зменшення його габаритів. Також великою перевагою розробленого приладу є можливість функціонування у режимі інтелектуального датчика із підключенням до ЕОМ, що робить його універсальнім у користуванні та конкурентноздатним на ринку. У цілому, вважаю, що даний дипломний проект заслуговує оцінки "добре", а її автор Булавко Дмитро Ігорович заслуговує присвоєння йому кваліфікації спеціаліста за спеціальністю 7.092401 „Телекомунікаційні системи та мережі”. Керівник дипломного проекту проф. Пілінський В.В. Рецензія на дипломний проект студента гр. ДЗ-92 ФЕЛ Булавка Дмитра Ігоровича на тему «Система дистанційного контролю акустичного оточення» Представлений на рецензію дипломний проект студента Булавка Дмитра Ігоровича. на тему «Система дистанційного контролю акустичного оточення» складається з пояснювальної записки 84 сторінок формату А4 та 6 креслень формату А1. та є конструкторською документацією на розроблений прилад, що здійснює спектральний аналіз рівня звукового тиску з частотною корекцією та без неї. У першому розділі пояснювальної записки наведений аналітичній огляд існуючих аналогів, у другому розділі здійснений вибір оптимальної елементної бази, наведені алгоритми роботи пристрою на опис режимів його роботи. Третій розділ складається з розрахунків джерела живлення, часу роботи від елементу живлення, часу безвідмовної роботи та потужності схеми. У четвертому розділі здійснено розрахунок вартості науково-дослідної роботи, у п’ятому - розрахунок виробничого освітлення у приміщенні. На кресленнях наведені: принципові схеми пристрою, структурна схема, друкована плата та складальне креслення модулю індикації та загальній вид пристрою. Викладений матеріал демонструє теоретичні і практичні знання, отримані студентом. У цілому, вважаю, що даний дипломний заслуговує оцінки „відмінно", а її автор Булавко Дмитро Ігорович заслуговує присвоєння йому кваліфікації спеціаліста за спеціальністю 7.092401 „Телекомунікаційні системи та мережі”. Головний інженер ПП „Булавка Ігор Анатолійович” Білоус Олена Анатоліївна ANNOTATION The degree project is made out as an explanatory note containing sheets, tables, illustrations and a graphic part containing 6 sheets of А1 format. The degree project is devoted to development of the device for acoustic environment measuring. It functions as in autonomous mode as in intellectual sensor mode. what makes it multi-purpose. Using of a computer allows to make processing of the received information, and its storage with an effective utilization of storage devices. Development is executed with use of import element base. AUDIO-NOISE METER, NETWORK, SENSOR, NOISE, ACOUSTIC ENVIRONMENT, FAST FOURIER TRANSFORMATION, DECIBEL. УДК 621.398.4. Дипломний проект оформлений у вигляді пояснювальної записки, що містить аркушів, таблиць, ілюстрацій і графічної частини - 6 аркушів формату А1. Дипломний проект присвячений розробці пристрою для вимірювання характеристик акустичного оточення, що може працювати як і у автономному режимі, так і у режимі інтелектуального датчика, що робить його універсальним. Використання комп'ютера дозволяє робити обробку отриманої інформації, а також її зберігання з ефективним використанням запам'ятовувальних пристроїв. Розробка виконана з використанням імпортної елементної бази. ШУМОМІР, МЕРЕЖА, ДАТЧИК, ШУМ, АКУСТИЧНЕ СЕРЕДОВИЩЕ, ШВИДКЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ ФУР’Є, ДЕЦИБЕЛ. ЗМІСТ Перелік умoвниx позначень і скорочень…………………………………………………. Вступ……………………………………………………………………………… 1 Аналітична частина………………………………………………………. 1.1 Огляд існуючих аналогів........................................................................ 1.1.1 Аналізатори Bruel & Kjear................................................................... 1.1.2 Прецизійний шумомір й аналізатор спектру ОКТАВА 101А.......... 1.1.3 Вимірник шуму й вібрації ВШВ-003-М3............................................. 1.1.4 Апаратура акустичного контролю VTS................................................ 1.2 Основні параметри шуму……………………………………………….. 1.3 Основні типи звукових полів у практиці вимірювань шуму…………….. 1.4 Датчики шуму............................................................................................. 1.5 Основні методи і засоби обробки акустичних сигналів……………….. 1.6 Застосування частотної корекції............................................................... 2 Синтез принципової схеми.......................................................................... 2.1 Послідовний інтерфейс SPI....................................................................... 2.2 Вибір інтерфейсу підключення...................................................................... 2.3 Опис схеми модуля індикації...................................................................... 2.4 Опис схеми головного модуля................................................................... 2.5 Опис алгоритмів роботи пристрою............................................................ 2.6 Режими роботи пристрою.......................................................................... 3 Розрахункова частина..................................................................................... 3.1 Розрахунок потужності схеми................................................................... 3.2 Розрахунок джерела напруги...................................................................... 3.3 Розрахунок надійності схеми..................................................................... 3.4 Розрахунок часу автономної роботи виробу............................................... 3.5 Розрахунок елементів кварцового генератора.......................................... 4 Економічний розрахунок………………………………………………………. 4.1 Оцінка трудомісткості науково-дослідної роботи................................... 4.2 Визначення планової собівартості проведення НДР..................................... 5 Охорона праці................................................................................................. 5.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів на робочому місці оператора............................................................................. 5.2 Фізично небезпечні й шкідливі фактори................................................. 5.3 Психофізіологічно небезпечні й шкідливі фактори.................................... 5.4 Міри захисту від небезпечних і шкідливих виробничих факторів..... 5.5 Розрахунок виробничого освітлення............................................................. 5.7 Пожежна безпека ......................................................................................... 5.8 Висновки........................................................................................................ Висновки......................................................................................................... Література…………………………………………………………………….. Додаток А. Технічне завдання......................................................................... Додаток Б. Головний модуль. Перелік елементів........................................... Додаток В. Модуль індикації. Перелік елементів............................................ ПЕРЕЛІК УМOBHИX ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ АЦП – Аналогово-цифровий перетворювач; ДПФ – Дискретне перетворення Фур’є; ЕОМ – Електронно-обчислювальна машина; ДКР – Дослідницько-конструкторська робота; НДР – Науково-дослідна робота; ТЕО – Техніко-економічне обґрунтування; ЦАП – Цифро-аналоговий перетворювач; ШПФ – Швидке перетворення Фур’є; SCK – SPI Clock; SDI – Serial Data-In; SDO – Serial Data-Out; SPI – Serial Peripheral Interface; SS – Slave Select; ВСТУП Людина живе в середовищі, фактор шуму якої грає не останню роль у його житті. Дослідженнями доведено, що під впливом шуму, навіть помірної інтенсивності, погіршується працездатність, особливо при розумовій праці. Негативний вплив шуму тим сильніше, чим вище його тональність, тривалість впливу й неоднорідність спектрального складу в результаті імпульсних складових й окремих включень чистого тону. Тривалий вплив сильного шуму з рівнем від 90 дБ і вище може викликати в людини порушення слуху, розлад нервової системи й сприяти захворюванням серцево-судинної системи. В останні роки з'явився навіть спеціальний термін «шумова хвороба». Боротьба з усіма видами шумів - виробничими, вуличними, побутовими - представляє одну з найважливіших обов'язків органів санітарної інспекції й служби охорони праці на підприємствах. Виробництва, рівень шуму яких перевищує припустимі норми, віднесені до категорії шкідливих. Для вимірювання шумових характеристик застосовують спеціальні прилади - шумоміри. Шумомір представляє автономний переносний прилад, що дозволяє вимірювати безпосередньо в децибелах рівні інтенсивності звуку в широких межах щодо стандартних рівнів. Законом України „Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо захисту населення від впливу шуму” від 03.06.2004 [5] було значно посилено контроль і відповідальність за порушення вимог законодавчих та інших нормативно-правових актів щодо захисту населення від шкідливого впливу шуму, що потребує розробки портативного універсального пристрою для вимірювання параметрів акустичного шуму, що має невисоку вартість відносно аналогів, що найчастіше являють собою складні дорогі програмно-апаратні комплекси, що відрізняються високою точністю й надійністю. На підприємствах часто виникає питання щодо можливості контролю акустичного середовища у багатьох приміщеннях з метою оперативного реагування на відхилення від норми, подальшої обробки інформації та її зберігання, що потребує розробки апаратно програмного комплексу обробки інформації, в яких обчислення здійснює спеціалізований пристрій, сумісний з ЕОМ, а вторинну обробку отриманої інформації (накопичення, аналіз) – ЕОМ. Таким чином метою даної роботи є розробка універсального приладу для контролю акустичного оточення, що може працювати так і в автономному переносному режимі, так і у складі апаратно-програмного комплексу, повинен бути дешевший за аналоги і мати простий інтерфейс користувача з метою можливості швидкого навчання роботи з ним. 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 1.1 Огляд існуючих аналогів 1.1.1 Аналізатори Bruel & Kjear На сьогоднішній день існує велика кількість приладів, що служать для вимірювання рівня шуму й проведення його спектрального аналізу. Найчастіше ці прилади являють собою складні дорогі програмно-апаратні комплекси, що відрізняються високою точністю й надійністю. Очевидним лідером у виробництві приладів, що вимірюють рівень шуму є фірма Bruel & Kjear, прилади якої дуже відомі у світі та відрізняються великою надійністю і вартістю. Модель 2238 - високоякісний вимірник рівня звукового тиску 1го класу (рис 1.1). Прилад має змогу одночасно вимірювати середньоквадратичні і пікові значення за допомогою двох детекторів з незалежним частотним зважуванням. Прилад випускається з октавним й 1/3-октавним фільтром. 2238 виробляються в декількох модифікаціях - 2238А, 2238B, 2238С, 2238D, 2238E, 2238F, 2238G, 2238H. Рисунок 1.1 – Аналізатор моделі 2238 Застосування: вимірювання рівня шуму навколишнього середовища: скарги, моніторинг, оцінка; професійна оцінка шуму; вибір засобів захисту органів слуху; шумове зменшення; загальні вимірювання шуму в класі 1. Інтегруючий шумомір 1-го класу 2239А є вимірником рівня звуку 1го класу точності (рис 1.2). Він спроектований таким чином, щоб робити швидкі й легкі вимірювання навколишнього шуму й вимірів у приміщеннях, пов'язаних з охороною здоров'я. Результати вимірів відображаються на великому рідинокристалічному дисплеї, що містить квазіаналоговий рядок, що показує поточний рівень звукового тиску. Інструмент містить два паралельних незалежні детектори. Це дозволяє відображати одночасно як середньоквадратичні, так і пікові значення. Рисунок 1.2 - Інтегруючий шумомір 1-го класу 2239А Використання: контроль рівня шуму на робочому місці; вимір потужності звуку; спостереження за навколишнім шумом; Застосування: вимір рівнів звуку й рівнів звукового тиску. визначення еквівалентних рівнів з метою оцінки шкідливих та подразнюючих впливів шуму, для використання з метою охорони праці та санітарного надзору. оцінка шуму оточуючого середовища: від залізничних там автомобільних магістралей. вимір шумів, що створюються машинним устаткуванням. Особливості: зручне і просте калібрування наглядність відображення вимірюваних параметрів. два детектора, що працюють паралельно, з можливістю одночасного вимірювання середньоквадратичних та пікових значень. рідинокристалічний екран с підсвіткою вбудована пам’ять для зберігання 40 протоколів вимірювань. Діапазони: динамічний діапазон: 80 дБ; діапазон вимірів: від 26 дБ до 140 дБ. Екран: 4-х рядковий рідинокристалічний; швидкість відновлення даних на екрані: один раз у секунду; підсвічування; відображення вхідного рівня сигналу квазіаналоговим індикатором, що обновлюється 15 разів у секунду; індикація часу початку виміру; відображення частотних корекцій. Послідовний інтерфейс: швидкість обміну в бодах: 9600. Вага й габарити: 460 г (з батареями); 257 х 97 х 41 мм. 1.1.2 Прецизійний шумомір й аналізатор спектру ОКТАВА 101А Новий російський шумомір аналізатор спектра ОКТАВА-101А (рис. 1.3) відповідає всім сучасним вимогам до приладів даного типу й ні в чому не уступає закордонним аналогам. Прилад має два режими вимірів: „звук” й „інфразвук”. У режимі „звук” ОКТАВА-101А одночасно виконує функцію двох приладів: інтегруючого шумоміра 1 класу (МЭК 60651/60804) і аналізатора спектрів 1 класу (МЭК 1260). Рисунок 1.3 - Прецизійний шумомір й аналізатор спектру ОКТАВА 101А Одночасно в реальному часі виміряються загальні (Лін) і кореговані (А,С) рівні звуку й рівні звукового тиску в октавний й 1/3-октавних смугах частот 25 Гц - 16 кГц. У режимі „інфразвук” прилад дозволяє в реальному часі одночасно бачити на екрані октавний й 1/3 октавний спектр 1,6 Гц - 20 Гц. Результати вимірів можна зберегти в енергонезалежній пам'яті, а згодом видати знову на рідинокристалічний графічний індикатор або передати в комп'ютер по інтерфейсу RS-232. Живлення приладу здійснюється від убудованої акумуляторної батареї або від мережного блоку живлення. Для спеціальних додатків, що вимагають проведення вимірів вібрації, прилад ОКТАВА-101А може бути доукомплектований датчиком зі спеціальним перехідником. 1.1.3 Вимірник шуму й вібрації ВШВ-003-М3 Прилад ВШВ-003 М3 з 1/3 октавними фільтрами є малогабаритним, портативним вимірювальним приладом і призначений для виміру й аналізу шуму й вібрації в житлових і виробничих приміщеннях і використовується для визначення характеристик джерел і характеристик шуму й вібрації в місцях знаходження людей, при дослідженнях і випробуваннях машин і механізмів, при розробці й контролі якості виробів (рис 1.4). Рисунок 1.4 – Вимірник ВШВ-003 М3 Прилад ВШВ-003 М3 має убудовані фільтри із частотними характеристиками А, В, С, а також смугові фільтри: октавні й третинооктавні, що дозволяють проводити класифікацію, вимір і визначення нормованих параметрів і характеристик шуму й вібрації відповідно до вимог санітарних норм і стандартів безпеки праці. Прилад ВШВ-003 М3 поставляється в зручній для переносу сумці. Укомплектований п'єзоелектричними вимірювальними перетворювачами ДН-3-М1 і ДН-4- М1, що мають коефіцієнт перетворення відповідно 10 мВ см2/м й 1 мВ см2/м, конденсатором мікрофонним капсулем М-101, що має чутливість 50 мВ/Па, предпідсилювачем ВПМ-101, еквівалентами перетворювача й капсуля мікрофонного. 1.1.4 Апаратура акустичного контролю VTS Апаратура призначена для аудіоконтролю й аудіоохорони приміщень. Можлива побудова системи охорони об'єкта із застосуванням автоматичного запису акустичної обстановки того або іншого приміщення, у якому спрацював датчик охорони. Система аудіоконтролю приміщень складається з набору високочутливих мікрофонів "МК-1" (рис. 1.5) , "МК-2", "МК-3" і пульта оператора (рис 1.6). Рисунок 1.5 – Мікрофон МК-1 До пульту оператора входять: плата комутації віддалених мікрофонів з індикацією обраного каналу; мікрофонний попередній підсилювач і низькочастотний підсилювач потужності; акустичні колонки; схема узгодження з навушниками й входом магнітофона; блок живлення 220 В АС. Рисунок 1.6 - Пульт оператора Комплектація апаратур, у загальному випадку, здійснюється високочутливими мікрофонами "МК-1" або "МК-3", а для приміщень із низькочастотними шумами система аудіоконтроля комплектується мікрофонами  "МК-2". Віддалені мікрофони з'єднуються з пультом контролю по трьохпровідній лінії зв'язку. 1.2 Основні параметри шуму Механічні коливання з частотою від 20 Гц до 20 кГц, що виникають у пружному середовищі, називають звуком. Чіткої різниці між поняттями «звук» та «шум» немає. Зву­ками, як правило, називають регулярні періодичні коли­вання, а шумом — неперіодичні коливальні процеси. При проведенні робіт щодо забезпечення нормальних умов жит­тя людини шумом вважають будь-який небажаний звук незалежно від його характеру та природи виникнення. У цій книзі розглядається в основному промисловий шум, що виникає внаслідок роботи механізмів та устаткування. Найбільш важливими параметрами шуму є звуковий тиск, інтенсивність звука та звукова потужність. У інже­нерній практиці ці величини виражають у логарифмічних одиницях, що пояснюється двома причинами: реакція вуха людини на різну гучність має логарифмічний харак­тер; діапазон зміни цих параметрів надзвичайно широ­кий. Розглянемо зазначені параметри докладне Звуковий тиск — це різниця між миттєвим значенням повного тиску і статичним тиском у даній точці. Він харак­теризує зміну густини середовища в напрямі поширення коливань. Кількісною оцінкою звукового тиску є середньо-квадратичне значення , (1.1) де Т — час вимірювання; р(t) — миттєве значення звукового тиску. Значення р вимірюють на певній відстані від джерела шуму в заданій смузі частот. Рівень звукового тиску L, дБ, визначають відносно порогового середньоквадратичного значення звукового тиску р0 = 2 • 10-5 Па за формулою . (1.2) Звуковою потужністю називають потужність звука, який випромінюється джерелом в усіх напрямах простору, що оточує джерело. У цьому розумінні це інтегральна ха­рактеристика шуму, який створюється джерелом. Зазначи­мо, що джерело звука випромінює звукову потужність, а звуковий тиск є наслідком цього випромінювання. Слух лю­дини сприймає звуковий тиск, а причиною цього сприйман­ня є звукова потужність джерела. Рівень звукової потуж­ності LP, дБ, визначають відносно порогової потужності Р = 10-12 Вт за формулою (1.3) Звукова потужність є мірою швидкості випромінювання звукової енергії, тобто звуковою енергією, що віднесена до одиниці часу. Інтенсивність звука характеризує швидкість потоку зву­кової енергії в певній точці звукового поля. Рівень інтенсивності звука LI, дБ, визначають відносно порогового значення I0 = 10-12 Вт/м2 за формулою . (1.4) Зазначимо, що I0 = р02/ρс, де ρс — хвильовий опір повітря, який дорівнює 416 кг/(м2с). Звуковий тиск та інтенсивність звука є точковими харак­теристиками звукового поля. Вони залежать від розташу­вання точки вимірювання та умов поширення звукових хвиль. Звукова потужність не залежить від зазначених факторів, тому є унікальною мірою шумності даного джерела шуму. 1.3 Основні типи звукових полів у практиці