Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение 
 Кочкуровская СОШ имени Народного учителя СССР Дергачева С.И.

Творческий проект на тему:

Комплекс приборов « Страж »
термоконтроля зерна при его хранении

                                                                        
                                                                             Автор проекта: Самаркин Алексей,
                                         обучающийся  7 классаМБОУ 
                 Кочкуровская СОШ имени Народного учителя СССР Дергачева С.И.
                                                                Дубенского муниципального района,
                                                            Руководитель:   Павлинов Евгений Юрьевич
                                          учитель технологии  МБОУ 
                Кочкуровская СОШ имени Народного учителя СССР Дергачева С.И.
  
                                                                  

2022год
                                
Содержание.
Введение    3
Глава 1.  Разработка, сборка, технические  характеристики  приборов и компонентов  комплекса «СТРАЖ - М »    5
Глава 2. Порядок  установки, подключение и работа приборов   термоконтроля      комплекса  «СТРАЖ –М» 
Схема  установки  и  подключения  термоштанг  и  сигнализаторов  в  зернохранилищах                                         15    14
Выводы и заключение    16
Список использованной  литературы  и  источников    17
    

Введение.
Одной из важнейших задач всех сельскохозяйственных  предприятий является сохранение зерна, при хранении его на токах и зернохранилищах.                                        В число основных причин снижения качества зерна и роста его потерь можно отнести нарушение технологий его послеуборочной обработки и  хранения.  В течение этого времени зерно постоянно подвергается опасностям, которые обусловлены активностью насекомых и плесени, миграцией влаги. Одними из основных параметров, которыми определяется состояние зерновой массы и происходящих в ней процессов, являются температура и влажность зерна.
Особое внимание следует обратить на то, что всхожесть семенного зерна теряется значительнее быстрее, чем фуражного или  продовольственного.
Основной причиной, снижающей качественные показатели зерна при его хранении в зернохранилищах, является процесс самосогревания зерновой массы, который  возникает в результате закладки влажного  зерна, попадания и миграции влаги, воздействие микроорганизмов.
Своевременно, на начальной  стадии, необнаруженный процесс самосогревания зерна приводит не только к снижению его качественных показателей, к прорастанию зерен в значительном количестве в тех или иных участках насыпи (что при хранении совершенно недопустимо), но и к  существенному повышению температуры зерна (свыше 35°С) в зоне очага самосогревания.  
В том случае, когда очаг самосогревания своевременно не обнаружен, рост температуры продолжается,  происходит возгорание зерновой массы  и даже взрыв зерновой пыли которое, в конечном итоге, может привести к разрушению конструкций  зернохранилища.

Рис.1 Возгорание в зернохранилище
      Существует несколько методов, а также целый ряд приборов для определения данных параметров (термоподвески, термоштанги),  но стоимость этих приборов  очень высока и не каждый фермер, хозяйственник  может приобрести эти приборы.
Большинство фермеров дорабатывают и  хранят  зерно  на базе  своих хозяйств и проверяют температуру зерна  при  хранении  в зернохранилищах, амбарах  дедовским методом (проверяют рукой на ощупь температуру металлических  стержней  погруженных в зерновую насыпь), но это длительный и  не совсем  эффективный метод.
Исследовав и проанализировав страницы Интернета на наличие приборов, позволяющих контролировать температурный режим в зернохранилищах, я пришел к выводу, что можно самостоятельно разработать и собрать такой комплекс приборов.
   Цель работы: Изготовить  надежные  в  работе  приборы,  с  помощью  которых  можно  как  дистанционно, так  и  в  режиме реального  времени   контролировать  температурный  режим  зерновой  насыпи  в  зернохранилищах, зерноскладах.
Задачи:
Разработать схемы, подобрать нужные детали, собрать комплексный прибор для контроля температурного режима.
Протестировать прибор на практике.
Глава 1.  Разработка, сборка, технические  характеристики  приборов и компонентов  комплекса «СТРАЖ - М »
Исследовав и проанализировав страницы Интернета на наличие приборов, позволяющих контролировать температурный режим в зернохранилищах, мною был разработан и собран комплекс приборов «СТРАЖ - М», с помощью которого можно  легко и просто  как  дистанционно, так  и  в режиме реального времени  контролировать  температурный  режим  зерновой  насыпи  в зернохранилищах. 
Для  изготовления  комплекса  приборов «Страж – М» мне не  потребовалось дорогостоящих  деталей  и  приборов, он прост в изготовлении, но при этом очень надежен. Этот  комплекс  или  отдельные его приборы могут использоваться  также  для  определения  критической температуры  заложенного на хранение  сена,  соломы  и  других  сыпучих материалов,  где  необходим  контроль  за  температурой.   
В изготовленный  мною  комплекс  входят  следующие  приборы  и  компоненты:
1. Сигнализаторы;
2. Термометры;
3. Оповещатели;
4. Термоштанги;
5.Термодатчики;
6. Соединительные  кабели и провода.

Технические характеристики приборов и комплексов «Страж – М»
1.1. Сигнализаторы  «СТРАЖ - М ».
Для  изготовления  сигнализаторов  были использованы:
1.Транзисторы  p-n-p  9015, ( КТ- 502);
2.Транзисторы –n-p-n  9014, (КТ- 3102), КТ- 315;
3.Резисторы – 1кОм,1,5кОм, 2,2кОм, 3,3кОм,220кОм, 330кОм, 330Ом,4,7кОм;
4.Переменный резистор- 10кОм;
5.Термодатчики-В-3950- 10к;
6.Бузеры (зуммеры);
7.Светодиоды красного и зеленого цветов;
8.Диоды- Д-220, КД- 522;
9. Конденсаторы – 0,1 мкФ;
10.Реле- 5вольт, 
 Корпуса  сигнализаторов  изготовлены  на 3D принтере. Детали  крепления  на настольном токарном станке.
Сигнализатор  служит -  для  приёма  информации  от  термодатчиков , её обработки  и  выдачи  тревожного  светового  и   звукового  сигналов  на переднюю  стенку  сигнализатора  и  на  внешние  оповещатели, в  случае превышения  температуры  заданного  значения.
Представляет  собой   электрическую  схему,  помещенную  в  корпус.     

Рис.1.1.1. Схема сигнализаторов «Страж – М»
На передней  панели (рис. 1.1.2.)  корпуса  размещены:
1.Зеленый светодиод - (рабочий режим);
2.Бузер (зуммер) - (тревожный сигнал);
3.Два красных светодиода- (тревожный сигнал);
4.Ручка  потенциометра  установки заданной температуры;
5.Включатель.

Рис.1.1.2. Внешний вид передней панели комплекса «Страж – М»
     
На задней стенке (рис.1.1.3.)  установлены :
1.Батарейный отсек (три элемента питания- АА, 1,5в);
2.Гнезда для подключения  внешнего питания, датчиков и  оповещателей.
Прибор может  работать  как  от внешнего, так и внутреннего питания.
Схема собрана на монтажной плате из фольгинированного  текстолита.

Рис. 1.1.3. Внешний вид задней стенки прибора
                         
Основу  термосигнализатора  составляет схема контроля температуры на базе измерительного моста Уитстона. Задача измерительного моста преобразовать изменение температуры в сигнал напряжения изменяющейся полярности. 
  Напряжение с измерительного моста поступает на сравнивающее устройство. Задача сравнивающего устройства – выдать токовый сигнал только в том случае, если с измерительного моста получено напряжение нужной полярности. Токовый сигнал со сравнивающего устройства открывает силовой ключ, через который к источнику питания подключаются звуковой и световой сигнализаторы и электромагнитное реле.
  Терморезистор R1 используется как датчик температуры. При изменении температуры сопротивление  терморезистора (термодатчика)  меняется в широких пределах (от 10кОм  до 1кОм). 
   Конденсатор С1 подавляет помехи которые наводятся на идущие к датчику 
провода. 
  В состав измерительного моста входят два делителя напряжения R1, R2, R3 и R8, R9. При равенстве сопротивлений резисторов R8 и R9 напряжение в точке В равно половине напряжения источника питания. Аналогично при равенстве сопротивлений резистора R1и суммы сопротивлений R2 + R3 напряжение в точке А также равно половине напряжения источника питания. В итоге разность потенциалов между точками  А  и  В  оказывается равный нулю, и измерительный мост находится в состоянии равновесия. Вывести их из равновесия можно только либо вращая движок переменного резистора R3, либо меняя температуру терморезистора  R1 (термодатчика ). 
   Непосредственно к выходу измерительного моста подключено сравнивающее устройство, основными элементами которого являются транзисторы VT1 и VT2. Оно реагирует только на разность потенциалов между точками  А и В. Если напряжение в точке А больше напряжения в точке В, то транзистор  VT1 в этот  момент открыт и весь ток резистора R7 начинает течь через него. Транзистор VT2 в это время закрыт и ток не проводит. Часть тока коллектора открытого транзистора VT1 поступает на базу транзистора VT3 и открывает его. Ток коллектора транзистора VT3 включает звуковую и световую сигнализацию и включает реле. 
1.2. Термометр  «СТРАЖ -М »
Для изготовления термометра «Страж – М» был изготовлен корпус на 3D принтере, в который  я  вмонтировал  светодиодный  2- шкальный  термометр  DC-2-5. Термометр со шкалой измерений  - 40  +120 градусов  С. 
Термометр «Страж – М» предназначен  для  определения  точной  температуры  участка  зерна   при  срабатывании   сигнализатора,  для  измерения температуры зерна  в режиме реального времени,  а  также  для измерения  температуры  в помещении  зернохранилища.

Рис.1.2.1. Внешний вид передней панели термометра
На передней панели термометра (рис.1.2.1.) имеется двойной  светодиодный  дисплей. Верхняя  (красная) шкала - температура на датчиках термоштанг (температура  участка зерна),  нижняя (зеленая)  шкала  - температура  в  помещении  зернохранилища. Термометр  и  включатель  размещены  в  корпусе  на  передней  стенке.
На  задней  стенке (рис. 1.2.2.)  размещен  батарейный  отсек  (три элемента АА), гнезда  для  подключения  внешнего  питания  и  подключения  термодатчиков. Прибор  может  работать  как от внешнего, так и  от внутреннего  питания.

Рис.1.2.2. Внешний вид задней части корпуса термометра
Термометр используется для измерения температуры  зерна  и  температуры  в помещении зернохранилища. Он должен  находиться у специалиста (ответственного за хранение зерна).
1.3. Оповещатели «СТРАЖ –М».
Оповещатели «Страж – М» предназначены для оповещения лиц, ответственных за хранение  зерна, в случае превышения заданной температуры  о необходимости  принятия  экстренных   соответствующих  мер.

Рис.1.3.1. Внешний вид оповещателя «Страж – М»

     
Он представляет собой  корпус, на передней стенке которого расположены  два красных  светодиода,  бузер  (зуммер), включатель  бузера  (зуммера). На задней стенке  расположены  гнезда для  подключения.
Оповещатели  могут быть  расположены, как  в  помещении зернохранилища, или  в  кабинетах специалистов,  так и за их пределами  на  улице. Подключаются  к  сигнализаторам  проводными  соединениями.

1.4.  Термоштанги.
Термоштанги - составные,  изготовленые  из  трубок  из  алюминиевого  сплава (можно  другой  хорошо проводимый  тепло  материал), диаметром 16мм,  длинною 1 метр  каждое  звено.
Длина  штанг  определяется  в  зависимости  от  высоты  насыпи  зерна, длина  которых может  быть  увеличена  путем  стыковки  звеньев  трубок, специально  сделанными  переходниками  (вставками).
В  штангах  установлены  наконечники  и  вставки,  изготовленные  из алюминиевого  сплава,  в  которых  установлены  и  закреплены   термодатчики.  На  верхние  части  собранных  термоштанг  устанавливаются сигнализаторы.
Термоштанги  погружаются  в  зерновую  массу  на  все  время хранения зерна. Для  удобства  погружения  термоштанг в  зерновую  массу  я  изготовил  на  них приспособление  с  двумя  ручками  для  вращательных  движений  при  погружении.

Рис.1.4.1. Термоштанги

Были изготовлены  термоштанги  двух  видов:
Одноуровневые  термоштанги, которые применяются,  когда  насыпь  зерна  не  превышает -1,5 метра,  в  них  я  установил  по  одному  термодатчику.  Корпус  таких термоштанг  сделан  из  хорошо  проводимого  тепло  материала.
     Можно  использовать  такие  термоштанги  с  термометром  как  переносные.  Неудобство  работы  с  такими  термоштангами - частое  их  перемещение  с  одного  участка  измерения  на другое, что занимает  много  времени,  отнимает  много  сил  при  многоразовых   погружениях  их  в  зерновую  массу.
Многоуровневые  термоштанги,  в которых   установлено  два  и  более термодатчиков.  Корпус  этих термоштанг  можно делать  из  любого материала,  так  как  за  каждый  уровень  будет  отвечать  свой  термодатчик. Такие  термоштанги,  обычно  применяются  когда высота  насыпи  зерна  превышает -2 метра  и  более.
1.5. Термодатчики.
В  схеме  в  качестве  термодатчиков  я применил  терморезисторы  в  металлическом  корпусе, водонепроницаемые  В-3950- 10к, сопротивлением  10кОм. Термодатчики  устанавливаются  и  крепятся  в  наконечники термоштанг,  соединяются  с  сигнализаторами  термостойкими  проводами сечением  0,5мм,  через  герметичные  разъемы.
Наконечники  термоштанг,  переходники, вставки  и  все  детали  крепления  изготовлены  мною  из  алюминиевого  сплава  на  настольном  токарном   станке.

Рис.1.5.1 Термодатчики

Глава 2. Порядок  установки, подключение и работа приборов   термоконтроля      комплекса  «СТРАЖ –М»
Порядок установки и подключения приборов следующий:
1. Собрать термоштанги  необходимой  длины, определяемой  в  зависимости  от высоты насыпи зерновой массы.
2. Погрузить  термоштанги  в  зерновую  массу на  необходимую  глубину.  (Для удобства  сделаны  ручки,  с  помощью  которых  вращательными  движениями штанги  легко  погружаются  в  зерновую массу). Количество  термоштанг  определяется  в  зависимости  от  площади  засыпанного  на хранение  зерна. Штанги  должны  быть  установлены  на  расстоянии  не  более двух  метров  друг  от  друга  в  шахматном  порядке. (рис.2.1.)
3. Установить  на штанги  сигнализаторы,  подключив  к  ним  штекерные  разъемы  термодатчиков,  кабелелей  внешнего  питания  и   внешних оповещателей.  (Провода  и  кабели подключаются  согласно  цветовых  меток  на  гнездах  и  штекерах).
4. Установить необходимую температуру срабатывания сигнализаторов  путем вращения ручек  потенциометров на передних стенках сигнализаторов.
5. Все  включатели  на передних  стенках  приборов  установить  в положение «ВКЛ».     На  передних  стенках  сигнализаторов  загораются  зеленые  светодиоды,  которые  информируют   о  том,  что  комплекс  находится  в  рабочем  режиме ( ждущий  режим).
В  случае  отключения  электроэнергии  в  сети,  комплекс  может  работать  от  внутреннего  питания (контейнеры  с  элементами  питания АА), расположенными  на  задних  стенках  приборов.

2.1. Порядок установки термоштанг с сигнализаторами и схема их подключения

Выводы и заключение

          В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:
Разработаны схемы, подобраны нужные детали, собран надежный комплекс приборов «СТРАЖ – М», позволяющий проводить термоконтроль при хранении зерновых культур.
Собранный прибор прошел испытание на практике, показал хорошие результаты и получил одобренные  отзывы.
Данный комплекс приборов и отдельные его составляющие рекомендуется использовать  для контроля и определения  критической температуры  заложенного на хранение  зерна, сена,  соломы  и  других  сыпучих материалов,  где  необходим  контроль  за  температурой.   

Список  использованной литературы и источников

1. Большаков В,  Гукин  В.  Книга  начинающего  радиолюбителя.- М. ДОСААФ, 1990. 
2. Журналы: Радио. Радиолюбитель, Радиохобби,, Моделист-конструктор, 1985-2008 гг. 
 3. Пахомов В. Универсальный генератор на ИМС. – В помощь радиолюбителю. Сборник № 8. 1985.
4. Пестриков В.М. Энциклопедия радиолюбителя.- Санкт-Петербург: Наука и техника, 2007.  
5. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. - М. Радио и связь, 1983.
6.Бессонов В. В. Кружок радиоэлектроники. — М. : Просвещение, 1993.
7.Борисов В. Г., Партии Л. С. Введение в цифровую технику. — М.: Радио и связь, 1998.
8.Борисов В. Г. Юный радиолюбитель. 7-е изд. — М.: Радио и связь, 1986.
9.Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя. — М.: Просвещение, 1990.
10.Васильев В. А. Радиолюбителю о транзисторах. —М.: ДОСААФ, 1986.

Интернет-ресурсы:
1. http://eduvluki.ru/dop/upr/docss.php; 
2. http://it-n.ru/communities;
3. http://www.aucu.ru/files/docum...Shevtsov_progr_elektronika.pdf;
4. http://neobionika.ru;
5. http://dic.academic.ru;
6. http://mmorpgbb.ru;