Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПРОЕКТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИЧНОГО ГОРОДСКОГО НОЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ В СЕВЕРНЫХ СУБАРКТИЧЕСКИХ И АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Авторы:
Город:
Якутск
ВУЗ:
Дата:
22 февраля 2016г.

Робототехнические комплексы популярны как современные высокотехнологичные исследовательские инструменты в области теории автоматического управления и мехатроники. Их использование в образовательных целях позволяет реализовывать концепцию «обучение на проектах». Применение возможностей робототехнических комплексов в инженерном образовании даёт возможность одновременной отработки профессиональных  навыков  сразу  по   нескольким смежнымдисциплинам: механика,теорияуправления, схемотехника, программирование. Кроме того, участники проекта уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.

Суть нашего проекта заключается в управлении микроконтроллером уличными осветительными элементами на основании показаний датчиков (фоторезистора и инфракрасных датчиков) посредством программы на C/C++ . При наступлении темного времени суток, наша программа, основываясь на показании фоторезистора, плавно включает уличное освещение в дежурном режиме, подавая меньшую, чем номинальную мощность (в прототипе - напряжение) питания. Яркость дежурного освещения должна быть такой, чтобы пешеход или автомобилист могли без труда определить направление своего дальнейшего следования. При подходе пешехода или автомобилиста к столбу освещения на заданное расстояние инфракрасный датчик соответствующего направления оповещает микроконтроллер о движущемся объекте, и наша программа плавно включает освещение на полную мощность.

Подаваемая на осветительный элемент мощность (на прототипе - напряжение) питания увеличивается плавно от нуля до дежурного режима освещения, и так же плавно до полной мощности - для продления срока службы осветительного элемента. Также после прохода пешехода или автомобилиста яркость уменьшается очень плавно до дежурного режима во избежание временного ослепления людей из-за резкой смены освещенности.

Когда наступает светлое время суток, основываясь на показании фоторезистора, питание осветительного элемента плавно отключается. Состояние датчиков можно передавать на удаленный компьютер мониторинга через COM-порт, для своевременной их замены. В принципе можно передавать туда же и информацию о состоянии осветительного элемента. В данном проекте использован прототип экономного городского ночного освещения на базе платформы Arduino.Arduino - это открытая платформа, которая позволяет собирать всевозможные электронные устройства. Устройства могут работать как автономно, так и в связке с другими устройствами. Платформа состоит из аппаратной и программной частей; обе чрезвычайно гибки и просты в использовании. Для программирования используется упрощённая версия С/C++, известная так же как Wiring. Разработку можно вести как с использованием бесплатной среды Arduino IDE, так и с помощью произвольного C/C++ инструментария. Поддерживаются операционные системы Windows, MacOS X и Linux.

Платформа устойчиво работает при наличии (постоянного) напряжения от 7 до 12 В и оснащена 32 кб flash-памяти, 2 кб из которых отведено под так называемый bootloader. Это позволяет прошивать Arduino с обычного компьютера через USB. Память постоянна и не предназначена для изменения по ходу работы устройства, её предназначение — хранение программы и сопутствующих статичных ресурсов.Также имеется 2 кб SRAM-памяти, которые используются для хранения временных данных вроде переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. SRAM-память очищается при обесточивании; 1 кб EEPROM-памяти для долговременного хранения данных. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Arduino.

На платформе расположены 14 контактов (pins), которые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода. Какую роль исполняет каждый контакт, зависит от программы. Все они работают с напряжением 5 В, и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт имеет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20 - 50 кОм. Некоторые контакты обладают дополнительными ролями:

Serial: 0-й и 1-й. Используются для приёма и передачи данных по USB.

 Внешнее прерывание: 2-й и 3-й. Эти контакты могут быть настроены так, что они будут провоцировать вызов заданной функции при изменении входного сигнала.

PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й и 11-й. Могут являться выходами с широтно-импульсной модуляцией (pulse- width modulation) с 256 градациями.

LED: 13-й. К этому контакту подключен встроенный в плату светодиод. Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается; при нуле - светодиод гаснет.

Помимо контактов цифрового ввода/вывода на Arduino имеется 6 контактов аналогового ввода, каждый из которых предоставляет разрешение в 1024 градации. По умолчанию значение меряется между землёй и 5 В, однако возможно изменить верхнюю границу, подав напряжение требуемой величины на специальный контакт AREF.

Кроме этого на плате имеется входной контакт Reset. Его установка в логический ноль приводит к сбросу процессора. Это аналог кнопки Reset обычного компьютера.

ArduinoUno обладает несколькими способами общения с другими Arduino, микроконтроллерами и обычными компьютерами. Платформа позволяет установить последовательное (Serial UART TTL) соединение через контакты 0 (RX) и 1 (TX). Установленный на платформе чип ATmega16U2 транслирует это соединение через USB: на компьютере становится доступен виртуальный COM-порт. Программная часть Arduino включает утилиту, которая позволяет обмениваться текстовыми сообщениями по этому каналу.

Встроенные в плату светодиоды RX и TX светятся, когда идёт передача данных между чипом ATmega162U и  USB  компьютера.  Отдельная  библиотека  позволяет  организовать  последовательное  соединение  с использованием любых других контактов, не ограничиваясь штатными 0-м и 1-м.С помощью отдельных плат расширения становится возможной организация других способов взаимодействия, таких как ethernet-сеть, радиоканал, Wi-Fi. ArduinoUno обладает предохранителем, защищающим USB-порты вашего компьютера от перенапряжения и коротких замыканий. Хотя большинство компьютеров обладают собственными средствами защиты, предохранитель даёт дополнительную уверенность. Он разрывает соединение, если на USB-порт подаётся более 500 мА, и восстанавливает его после нормализации ситуации. Размер платы составляет 6,9× 5,3 см. Гнёзда для внешнего питания и USB выступают на пару миллиметров за обозначенные границы. На плате предусмотрены места для крепления на шурупы или винты. Расстояние между контактами составляет 0,1’’ (2,54 мм), но в случае 7-го и 8-го контакта - расстояние: 0,16’’.

В реальном проекте вместо аккумулятора возможно использование преобразователя напряжения с переменного 220 В на постоянное 12 В, вместо полевого транзистора тиристор или подходящую микросхему с радиаторным охлаждением.

Ночное освещение в городах всегда связано с определенной экономической неэффективностью, так как ночью на многих улицах снижается поток людей и машин. Большую часть темного времени суток освещение производится не совсем эффективно. Проблема энергосбережения особенно актуальна в арктических и субарктических климатических условиях Якутии, где зимой темное время суток сильно преобладает над светлым, и на многих улицах движение не очень плотное. Таким образом, проект имеет значимую целесообразность в данных климатических условиях ограниченности использования материальных и человеческих ресурсов.

 

Список литературы

1.     КМБ для начинающих ардуинщиков: http://robocraft.ru/blog/arduino/2873.html

2.     Образовательный набор RobotisBioloidBeginner : http://www.bogart.ru/xcat/51.html

3.     Motivating        Project-Based       Learning:        Sustaining        the        Doing,        Supporting        the        Learning." EducationalPsychologistVolume 26, Issue 3-4, 1991.