* keys_control.h (интерпретация данных, получаемых с энкодера). Для реализации данной задачи используется программный опрос в совокупности с конечными автоматами;
* tft_code.h (отображение значений параметров и анализ полученных данных). Кроме непосредственного вывода модуль осуществляет анализ данных: отображает с помощью соответствующих иконок на экране предупреждение о выходе параметра текущей страницы за границы оптимальных значений и положение текущего значения параметра сенсора относительно оптимальных границ, отвечает за вывод дополнительной информации - вывод иконки установки игнорирования параметра (блокировка изменения параметра);
* ed.h (управление светодиодом в текущий момент времени). Для снижения нагрузки устройства произведена оптимизация работы светодиода в режиме «синусоида»: требуемые значения синуса были пересчитаны и занесены в массив, который впоследствии используется для реализации светодиода в данном режиме. Также, как и все самостоятельно разработанные модули, модуль led.h создан с использованием метода конечных автоматов. Кроме режима «синусоида» реализован режим «тревога»: в данном режиме светодиод работает в зависимости от получаемого из основной программы (модуля main) параметра уровня тревоги (количество параметров, вышедших за границы оптимальных значений);
* rus_words.h (передача в модуль tft_code.h строк в кодировке ANSI для отображения кириллицы). Функция возвращает строку символов кириллицы по полученному через параметр номеру строки. Тип возвращаемого значения функции - const char*, что важно при выводе данных средствами библиотеки TFT.h. Особенность данного модуля состоит в том, что его текст написан в кодировке ANSI. Именно благодаря кодировке данного модуля возможен вывод кириллицы средствами библиотеки TFT.h.
При разработке программного обеспечения периодически возникали трудности, связанные с некорректной обработкой данных, получаемых с датчиков, фиксацией состояний средств вывода, а также с ошибками в интерпретации информации от устройств управления. Ошибки решены путем добавления переменных и временных задержек.
Среди ошибок, возникших при отладке программно-аппаратной части в целом можно выделить, например, неисправность датчика DHT11, который имел более тонкие выводы, что приводило к потере контакта между соответствующим выводом и клеммой соединительного элемента. Решение - датчик был припаян непосредственно к шлейфу, сверху покрыт термоусадочной изоляцией.
Создание модели корпуса проводилось в программной среде SketchUp. Модель представлена на рисунках 3, 4.
Корпус выпилен из трехмиллиметровой фанеры с помощью лазера. Детали корпуса поставлялись в разобранном виде (рисунок 6), поэтому далее корпус был собран и склеен, задняя стенка корпуса сделана съемной, что позволяет заменять датчики или любую другую съемную часть устройства в случае поломки.
В конце сборки корпус имеет вид, показанный на рисунке 6.
Рис. 3. Внешний вид корпуса устройства, нарисованный в программе SketchUp
Рис. 4. Внешний вид корпуса устройства, нарисованный в программе SketchUp
Рис. 5. Детали корпуса устройства (3 мм фанера)
Рис. 6. Собранный корпус устройства (вид спереди)
Для эксплуатации устройства написано «Руководство пользователя». Экспериментальное тестирование было выполнено в различных помещениях, включая офисное пространство и три рабочих пространства в различных квартирах. В ходе эксплуатации устройства в двух квартирах было обнаружено превышение уровня CO2 (на 100-300 ppm), а также температуры (на 2-3 °С). В одной из квартир освещенность не являлась достаточной в вечернее время суток. Эти данные учтены, параметры рабочего пространства приведены к более оптимальным значениям - введен график проветривания помещений. Превышение значений параметра температуры требует более детальной проверки причин превышения, в квартире с недостаточной освещенностью принято решение поменять лампу накаливания на более мощную.
Перспективами развития устройства являются:
1. Добавление датчика шума в рабочем помещении;
2. Добавление управления активностью пользователя (рекомендации технологических перерывов, зарядка для глаз);
3. Добавление датчика давления воздуха;
4. Добавление работы с флэш-памятью (запись и хранение статистических данных). Полученные данные могут быть визуализированы и представлены в приложении для удобства анализа и управления рабочей средой.
В статье подробно рассмотрены этапы реализации прикладного исследования с использованием функционального подхода при построении цифрового устройства, т. е. устройство проектировалось исходя из его назначения с учетом свойств структурного базиса - набора различных элементов (датчиков, микроконтроллера, устройств вывода данных и т. п.), на основе которого строится устройство. Выбор всех элементов структурного базиса обоснован, создана структурная схема устройства. В соответствующих САПР разработаны принципиальная электрическая схема и печатная плата, корпус устройства. Изготовление устройства контроля параметров микроклимата выполнено по технологии ЛУТ. Печатная плата посредством припаянных разъёмов подключена к Arduino UNO. Корпус устройства выпилен лазером из трехмиллиметровой фанеры. Алгоритм управляющей программы реализован на языке Arduino. При разработке программного обеспечения использованы метод нисходящего проектирования, объектно-ориентированное программирование, метод конечных автоматов. Разработанное программное обеспечение содержит 4 готовые библиотеки и 4 библиотеки, написанные самостоятельно авторами работы. Выполнена отладка программного и аппаратного обеспечения, опытная эксплуатация в нескольких рабочих помещениях.
Таким образом, в результате прикладного исследования была решена конкретная практическая проблема - спроектировано и создано устройство индивидуального контроля рабочей среды, обеспечивающее измерение и анализ параметров офисного микроклимата и не имеющее прямых аналогов на рынке. Устройство введено в эксплуатацию в офисе компании «Неосистемы Северо-Запад ЛТД». Важным фактором является наличие перспективы развития устройства, что в последующем поможет более эффективно анализировать и управлять параметрами индивидуальной рабочей среды.
Примечания
1 О требованиях к микроклимату производственных помещении // Управление федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по республике Карелия [Электронный ресурс].
URL: https://10.rospotrebnadzor.ru/news/novosti/o trebovaniyakh k mikroklimatu proizvodstvennykh
pomeshcheniy/ (дата обращения: 17.05.2023)
2 Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (дата обращения: 18.05.2023)
3 Там же.
Список литературы
Губернский Ю.Д. Обоснование допустимого уровня содержания диоксида углерода в воздухе помещений жилых и общественных зданий / Ю.Д. Губернский, Н.В. Калинина, Е.Б. Гапонова, И.М. Банин // Гигиена и санитария. Т. 93. 2014. № 6. С. 37-41.
Дементьева В.И. Влияние влажности воздуха на жизнедеятельность человека // XLIX Огарёвские чтения. 2021. № 3. С. 984-988.
Килиба Н.А. Влажность воздуха и влияние её на здоровье человека / Н.А. Килиба, Н.П. Верчагина // Инновации в технологиях и образовании. 2019. Ч. 2. С. 158-162.
Кудряшов А.В. Влияние показателей световой среды на работу операторов [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования [Сетевое издание]. 2005. № 1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=131 (дата обращения: 07.04.2023).
Мансуров Р.Ш. Влияние концентрации углекислого газа на организм человека [Электронный ресурс] / Р.Ш. Мансуров, М.А. Гурин, Е.В. Рубель // Universum: Технические науки [Сетевое издание]. 2017. № 8(41). С. 20-23. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5045 (дата обращения: 28.05.2024).
Минаева В.В. Влияние шума на организм человека [Электронный ресурс] / В.В. Минаева, А.В. Гапоненко // Международный студенческий научный вестник [Сетевое издание]. 2015. № 3.
Ч. 1. URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12026
Митрофанова М.В. Влияние влажности воздуха в жилых помещениях на здоровье человека // Актуальные проблемы гигиены и экологической медицины. 2021. № 6. С. 253-258.
Менумеров Р.М. Пульсация освещенности как негативным* фактор световом* среды // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 16(68). С. 149-152.
References
Gubernskiy Yu.D., et al. Rationale for the permissible level of carbon dioxide in indoor air in residential and public buildings with the permanent human presence. Hygiene and Sanitation, Vol. 93, 2014, No. 6, pp. 37-41. (In Russ.)
Dementieva V.I. Influence of air humidity on human activity. XLIX Ogarev Readings, 2021, No. 3, pp. 984-988. (In Russ.)
Kiliba N.A., Verchagina N.P. Air humidity and its impact on human health. Innovations in technology and education, 2019, part 2, pp. 158-162. (In Russ.)
Kudryashov A.V. Influence of light environment indicators on the work of operators. Modern Problems of Science and Education, 2005, No. 1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view? id=131 (Accessed: 07.04.2023) (In Russ.)
Mansurov R., Gurin M., Rubel E. The effect of cardon dioxide concentration on the human body. Universum: Technical Sciences, 2017, No. 8(41), pp. 20-23. URL:
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5045 (Accessed: 28.05.2024). (In Russ.)
Minaeva V.V., Gaponenko A.V. The impact of noise on the human body. European Student Scientific Journal, 2015, No. 3, part 1. URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12026 (Accessed: 07.04.2023) (In Russ.)
Mitrofanova M.V. Influence of air humidity in residential premises on human health. Current problems of hygiene and ecological medicine, 2021, No. 6, pp. 253-258. (In Russ.)
Menumerov R.M. Pulsation of lighting as a negative light environment factor. Construction and Industrial Safety, 2019, No. 16(68), pp. 149-152. (In Russ.)