Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Конкурс'
- закрепить знания учащейся молодёжи, полученные в ходе уроков пенсионной и социальной грамотности в рамках образовательного проекта Пенсионного фонд...полностью>>
'Документ'
Данный документ призван помочь разобраться с лицензионной политикой Майкрософт в рамках программ корпоративного лицензи­рования для настольных операц...полностью>>
'Документ'
Данный блок предназначен для использования в составе контрольно-проверочной аппаратуры для комплексов обработки телекоммуникационных сигналов в качес...полностью>>
'Конкурс'
Настоящая Методика разработана в соответствии с Федеральным законом от 27 мая 2003 года № 58-ФЗ «О системе государственной службы Российской Федераци...полностью>>

Выпускной работы

Главная > Реферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой № _____

_________________________ __________________________ ____________________________

должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

ВКРБ.44.230100.44. ПЗ

Вид выпускной работы

Бакалаврская работа в

(бакалаврский проект или бакалаврская работа)

Тема выпускной работы

____________________________ Иммобилизатор для автономных мобильных объектов d

____________________________ d

Подготовил Зац Кирилл Валерьевич d

(фамилия, имя, отчество студента)

Направление и профиль бакалаврской подготовки 230100 а

(код)

Информатика и вычислительная техника а

(наименование направления и профиля подготовки)

Утверждена

приказ №__________ от «_____» ______ г.

Руководитель выпускной работы

________________________ ____________________ ____________________

должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия

Cтудент группы № _____ ____________________ ____________________

подпись, дата инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень принятых сокращений и условных обозначений 4

1Обзор предметной области 7

1.1 Обзор применения иммобилизаторов и готовых устройств, присутствующих на рынке 7

1.2 Постановка задачи 15

2Разработка иммобилизатора 15

2.1Разработка структурной схемы 15

2.2Выбор элементной базы 17

2.3Выбор средств разработки 20

2.4Разработка электрической принципиальной схемы 23

2.5Разработка топологии печатной платы 25

2.6Разработка и отладка ПО для микроконтроллера 25

2.7Краткое руководство пользователя 34

2.8Экспериментальная проверка системы 34

3Предложения по дальнейшему усовершенствованию 37

Список использованных источников 39

ПРИЛОЖЕНИЕ А, Схема электрическая принципиальная УСО 41

Приложение Б, Печатная плата 43

Приложение В, Сборочный чертеж 45

Приложение Г, Спецификация 46

Приложение Д, Список макросов общего назначения 48

Приложение Е, Список специализированных макросов 51

Приложение Ж, Фрагмент основного модуля программы пульта управления 53

Приложение З, Фрагмент основного модуля программы приемно-исполнительного устройства 59

Перечень принятых сокращений и условных обозначений

ОСРВ – операционная система реального времени.

ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема.

САПР – система автоматизированного проектирования.

УСО – устройство сопряжения с объектом.

ЦСДУ-2 – цифровая система дистанционного управления – 2.

FIFO – принцип технической обработки или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен».

RX – фаза приема.

RSSI – Received Signal Strength Indicator, индикатор уровня радиосигнала.

TX – фаза передачи.

Введение

Робототехнические изделия находят в наши дни применение во всё большем количестве направлений: от детских игрушек до боевых машин. В том числе роботы применяются для борьбы с чрезвычайными ситуациями. Последнее время все больший научный и практический интерес представляют автономные роботы, способные выполнять задачи без участия человека.

Автономное функционирование этих роботов не обязательно отменяет необходимость ведения информационного обмена с ними. Многие роботы передают телеметрическую информацию в некоторый центр управления, откуда в свою очередь передаются команды управления. Таким образом осуществляется функциональный контроль, настройка и передача экстренных команд при возникновении нештатных ситуаций.

Настоящая работа выполнена в рамках студенческого исследовательского проекта Феникс-3. В рамках проекта проводится экспериментальное изучение возможностей встроенных систем управления на основе нейронных сетей с использованием автономного робота Феникс-3, представленного на рисунке 1 и детально описанного в работах [1-4].

Рисунок 1 – Внешний вид робота Феникс 3

Согласно легенде проекта автономный робот Феникс-3 предназначен для автономного патрулирования в заданном районе с целью обнаружения очагов возгорания. В случае обнаружения источника робот должен приблизиться к очагу возгорания и, используя бортовой огнетушитель, погасить огонь.

Постановка задачи экспериментального изучения подразумевает автономное функционирование робота в реальной обстановке, что создает потенциальную возможность нанесения ущерба как имуществу, так и людям. Для его предотвращения была поставлена задача создать устройство, дистанционно обездвиживающее (иммобилизирующее) робота.

В результате был разработан и изготовлен макет иммобилизатора. Был проведен эксперимент, в ходе которого выяснилось, что устройство не только соответствует заявленным техническим характеристикам, а даже превосходит их. Расстояние, на котором можно производить иммобилизацию, составило 15 метров, что на 5 метров больше требуемого.

Ряд результатов выполненной работы был доложен на 64-й международной студенческой научной конференции ГУАП, посвященной 70-летию Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения и 50-летию полета Ю.А. Гагарина и в настоящий момент готовится к публикации в сборнике докладов этой конференции.

  1. Обзор предметной области

  1. Обзор применения иммобилизаторов и готовых устройств, присутствующих на рынке

В настоящее время иммобилизаторы широко применяются в системах автомобильной сигнализации, однако в этом случае их задачей является предотвращение угона, а не экстренное обездвиживание автомобиля во избежание нанесения им ущерба. Поэтому их нельзя использовать в нашем случае без существенной переделки.

Можно утверждать, что иммобилизаторы являются неотъемлемой частью современных промышленных роботов. Базовой функцией системы является обездвиживание робота в случае возникновения нештатных ситуаций.

Рисунок 2 – робот ADEPTOne

Для иллюстрации рассмотрим устройство аварийной остановки робота ADEPTOne-MV [6]. Внешний вид робота представлен на рисунке 2.

Рисунок 3 – Устройство системы аварийной остановки робота ADEPTOne-MV

На рисунке 3 приведена структурная схема подсистемы аварийной остановки (иммобилизатора) робота ADEPTOne-MV. Подсистема имеет независимый источник питания и при повороте ручки «emergency stop» коммутирует цепь питания робота, что и приводит к его остановке. Рассмотренная выше система проста и надежна, однако, в более сложных промышленных роботах или на заводах, включающих в себя много роботов, это не лучшее решение.

В настоящее время имеется тенденция использовать специализированные сети безопасности, основанные на стандартных промышленных сетевых технологиях, интегрированных в системы управления оборудованием [5], что существенно расширяет функциональные возможности по сравнению со стандартной сигнализацией с прямым подключением.

Рисунок 4 иллюстрирует старый подход (слева), когда для каждого датчика и кнопки отключения используется отдельный провод и новый (справа), когда используются уже существующие высокоскоростные цифровые сети для передачи аварийных сигналов наряду с обычными данными. Такая архитектура подсистемы безопасности позволяет не только снижать расходы на установку и кабельные соединения, но и открывает возможности для использования новых методов диагностики.

Рисунок 4 – Сравнение подходов в организации промышленных систем безопасности

Дистанционные выключатели применяются для управления бытовым освещением. Их особенностью является то что они коммутируют переменное напряжение 220 В с помощью симисторов, поэтому их нельзя применить на роботе Феникс-3. В качестве примера можно привести дистанционный сенсорный выключатель-светорегулятор «Сапфир» [7], представленный на рисунке 5.

Рисунок 5 – Дистанционный сенсорный выключатель-светорегулятор «Сапфир»

Он имеет следующие технические характеристики:

Таблица 1 – Технические характеристики выключателя-светорегулятора «Сапфир»

Напряжение сети

220 В, 50 Гц

Мощность нагрузки

40–400 Вт

Тип нагрузки

Лампы накаливания и галогенные лампы 220 В

Диапазон рабочих температур

0…+40 °C

Существуют устройства для дистанционного управления различными нагрузками [8]. Примером может служить MP911 (Приемник для пульта ДУ 433 МГц (MP910)), представленный на рисунке 6. Технические характеристики представлены в таблице 1.1.2. Он работает вместе с пультом ДУ MP910 (Брелок для систем ДУ 433 МГц (MP911, MP912)), представленным на рисунке 7.

Рисунок 6 – MP911 – приемник для пульта ДУ 433 МГц (MP910)

Технические характеристики MP911 представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Технические характеристики приемника MP911

Напряжение питания, В

12

Ток потребления, мА

70

Макс. мощность нагрузки, Вт

1200

Частота, МГц

433,92

Чувствительность, мкВ

5

Габаритные размеры, ДхШхВ, мм

50х30х15

Рисунок 7 – MP910 – Брелок для систем ДУ 433 МГц (MP911, MP912)

Технические характеристики MP910 представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Технические характеристики передатчика MP910

Напряжение питания, В

12

Ток потребления, мА

4

Частота, МГц

433,92

Выходная мощность, мВт

10

Габаритные размеры, ДхШхВ, мм

50х30х15

Другим подобным устройством является выключатель дистанционный одноканальный CHR-1 на радиочастоте [9], представленный на рисунке 8.

Рисунок 8 – CHR-1 – выключатель дистанционный одноканальный

CHR-1 имеет следующие параметры:

Таблица 4 – Технические характеристики выключателя CHR-1

Количество каналов

1 канал

Коммутируемое напряжение

220В

Коммутируемый ток

Основа приемо-передающей части

Приёмник ZABR-01, дешифратор дистанционного управления PT2272M4

Режим управления

Удержание (реле замкнуто, пока нажата кнопка)

Возможность использования дополнительных пультов

Дополнительные пульты программируются путём запаивания перемычек

Также в качестве примера можно привести выключатель дистанционный 4-х канальный CHSL-DC4 на радиочастоте [9], представленный на рисунке 9.

Рисунок 9 – CHSL-DC4 – выключатель дистанционный 4-х канальный

CHR-1 имеет следующие параметры:

Таблица 5 – Технические характеристики выключателя CHSL-DC4

Количество каналов

4 канала

Коммутируемое напряжение

220В

Коммутируемый ток

Основа приемо-передающей части

Приёмник ZABR-01, дешифратор дистанционного управления SC2272-T4 или SC2272-М4

Режим управления

зависит от типа применяемой микросхемы: микросхема SC2272-T4 – режим фиксированный, микросхема SC2272-М4 – режим удержания

Возможность использования дополнительных пультов

Дополнительные пульты программируются путём запаивания перемычек

Все перечисленные устройства осуществляют коммутацию с помощью реле, что позволяет использовать их для коммутации цепей постоянного тока. Однако они имеют существенный недостаток: отсутствие обратной связи между приемником и передатчиком и контроля качества связи.

Обратная связь от приемника к передатчику, реализуемая с помощью более развитого протокола обмена с подтверждением необходима для работы с автономными мобильными объектами, так как оператор не всегда может визуально наблюдать результат иммобилизации (например, если робот находится за углом). Контроль качества связи также является важной функцией, при его наличии оператор сможет контролировать расстояние до мобильного объекта и, в случае достижения критической величины, принять соответствующие меры. Эту функцию можно реализовать путем периодической посылки информации об уровне радиосигнала от приемника к пульту ДУ, находящемуся у оператора.

Что касается автономных мобильных роботов, то они еще недостаточно распространены и в основном являются исследовательскими проектами. Как правило, у них вообще нет иммобилизатора. Принципиально важным требованиям для такого класса устройств является беспроводность и надежность работы в зашумленной обстановке.

Кроме этого набор базовых требований, предъявляемых к системе иммобилизатора автономного мобильного объекта, включает в себя: компактность, экономичность, энергонезависимость, наличие обратной связи между пультом ДУ и приемно-исполнительным устройством, контроль качества связи.

Данная работа ставила своей конечной целью создание беспроводного иммобилизатора для робота Феникс-3 в целях обеспечения безопасности проведения экспериментов.

Выполненный анализ рынка показал, что готовых решений удовлетворяющих в полной степени этому набору требований нет, что и предопределило актуальность выполненной разработки.

  1. Постановка задачи

Исходя из требований, предъявляемых к иммобилизатору, необходимо разработать устройство, имеющее следующие технические параметры (приведены в таблице 6).

Таблица 6 – Параметры иммобилизатора

Напряжения питания мобильного объекта

до 15 В

Количество коммутируемых каналов управления

2

Предельное расстояние дистанционного отключения

10 м

Время срабатывания

не более 1 сек

Время автономной работы

не менее 2 часов

Габариты не должны превышать

20*100*100 мм

Вес не более

0.1 кг

Тип разъемов для подключения коммутируемых каналов управления

WF-5/HU-5



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Выпускная работа. Предмет «Трудовое обучение». 3 класс Тема урока

    Урок
    Учитель демонстрирует на доске необходимые детали, выполненные из бумаги (каждая деталь приклеена к листу картона и крепится к доске с помощью магнитов).
  2. Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Магистрант кафедры международного туризма Ермолович Александра Александровна Руководители: к г. н., доцент Решетников Дмитрий Георгиевич старший преподаватель Воробьев Михаил Алексеевич

    Документ
    Туризм сегодня - это глобальный компьютеризированный бизнес, в котором участвуют крупнейшие авиакомпании, гостиничные цепочки и туристические корпорации всего мира.
  3. Тематика выпускных работ и рефератов для учителей русского языка и литературы

    Реферат
    Маранцман, В. Г. Содружество искусств на уроке литературы. В сб. "Искусство анализа художественного произведения" / В.Г. Маранцман ; под. ред.
  4. Методические указания по выполнению выпускных работ для студентов специальности 060400 «Финансы и кредит»

    Методические указания
    Студенту предоставляется право самостоятельно выбрать тему работы из предложенной кафедрой тематики. Тематика выпускных работ утверждается кафедрой. Студент может предложить и свою тему, но она обязательно должна быть согласована
  5. Методические рекомендации по выполнению выпускных работ

    Методические рекомендации
    Методические рекомендации по выполнению выпускных работ (для слушателей факультета повышения квалификации Института государственной службы) / Сост.: М.

Другие похожие документы..