Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»

Факультет«Электронной техники и приборостроения»

Специальность«Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Кафедра«Системотехника»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Системы реального времени»

на тему «Макет АСУ ТП по выращиванию зерновых культур в фермерском хозяйстве»

Работу выполнили студенты группы АСУ-51 И.А. Ярославцев,

Е.Ю. Шеин, А.Г. Треков

Руководитель работы

к.т.н., доц. каф. СТ Д.Ю. Петров

Саратов - 2012

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»

факультет электронной техники и приборостроения

Кафедра «Системотехника»

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование

по дисциплине «Системы реального времени»

Студенту учебной группы АСУ-41 Факультета ЭТиП Ярославцеву Ивану Александровичу, Шеину Евгению Юрьевичу, Трекову Александру Геннадьевичу

ТЕМА РАБОТЫ

Макет АСУ ТП по выращиванию зерновых культур в фермерском хозяйстве

Начало проектирования «10» октября 2012 г.

Дата защиты « » декабря 2012 г.

Оценка защиты _______________

Асс. каф. СТ Е.С. Барышникова

ЦЕЛЕВАЯ УСТАНОВКА И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Целевая установка:

Необходимо разработать макет АСУ ТП выращивания зерна, состоящую из программного центра управления (АРМ диспетчера), системы навигации на основе технического зрения, макетов трактора и комбайна, управляемые дистанционно. Алгоритм управления макетом должен подходить также для автоматизации реального комбайна. В процессе автоматизации необходимо управлять движением макета, его рабочим органом, а также выдвижным шнеком для выгрузки зерна. Также, с макета должны передаваться данные по каналу дистанционного управления.

На главном экране АРМ диспетчера должно отображаться текущее состояние технологического процесса и его настройки.

На экране контроля технического зрения должны отображаться его настройки. сельскохозяйственный макет техника программа

Исходные данные:

Для управления должна использоваться плата Arduino Uno R3.

На макете комбайна должны быть установлены следующие датчики: ультразвуковой датчик расстояния, магнитный датчик Холла, датчик освещённости.

АРМ диспетчера должен обеспечивать настраиваемость процедур вспашки поля, посева и уборки зерна.

Система навигации на основе технического зрения должна использовать контурный анализ для распознавания образов, а также для получения визуальной информации - камеру Microsoft LiveCam.

№п/п	Перечень чертежей, подлежащих разработке	Формат	Количество
1.	Электронная схема макета комбайна	А4	1
2.	Электронная схема макета трактора	А4	1
3.	Алгоритм управления макетом комбайна	А4	1
№ п/п	Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке)	Консультанты
1.	Введение	Петров Д.Ю.
2.	Описание макета и управление макетом по каналу Wi-Fi	Петров Д.Ю.
3.	Электрическая схема макета	Петров Д.Ю.
4.	Таблица входных и выходных сигналов	Петров Д.Ю.
5.	Расчёт надёжности комплекса в системе «Арбитр»	Петров Д.Ю.
6.	Объектное моделирование макета на языке UML	Петров Д.Ю.
7.	Описание программы управления макетом	Петров Д.Ю.
8.	Организация беспроводной связи	Петров Д.Ю.
9.	Описание программы АРМ диспетчера	Петров Д.Ю.
10.	Навигация на основе технического зрения	Петров Д.Ю.

Основная рекомендуемая литература

Brian W. Evans, «Arduino programming notebook», CreativeBook, 2009

Румянцев Е., «Управление зерноуборочным комбайном», Колос, 1975

«Системы автоматического управления на основе программируемых логических контроллеров», Шнейдер Электрик, 2008

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Руководитель курсовой работы, к.т.н., доц. ____________________Д.Ю.Петров

( подпись)

Задание принял к исполнению «10» октября 2011 г.

Студент __________________________________И.А. Ярославцев

Студент ___________________________________________Е.Ю. Шеин

Студент ___________________________________________А.Г. Треков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формат	Зона	Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
		1	Пояснительная записка	Макет АСУ ТП выращивания	30	А4
				зерновых культур в
				фермерском хозяйстве
		2	Электронная версия		1
			(диск 700 Мб)

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 65 страниц, 6 таблиц, 12 рисунков, 38 страниц приложений.

Ключевые слова: СИСТЕМА, МОДЕЛЬ, УПРАВЛЕНИЕ, МАКЕТ, НАДЁЖНОСТЬ

Объектом автоматизации являются технологические процессы распашки поля, посева и уборки зерна. В работе реализуется управление макетом комбайна и трактора, на котором отрабатываются основные принципы автоматизации реального комбайна и трактора. Разрабатывается система управления, предназначенная для планирования и контроля управлением движением макета и его рабочими органами. Алгоритм управления макетом также подходит и для управления реальным комбайном и трактором. Управление производится при помощи Bluetooth из удалённого центра управления, а в качестве программируемого логического контроллера выступает плата управления Arduino Uno. Кроме управления макетом, в системе также присутствует обратная связь: передача статистических данных и телеметрии удалённому центру управления. Навигация осуществляется посредством технического зрения и распознавания образов на корпусах макетов сельскохозяйственной техники с помощью контурного анализа.

Система предназначена для моделирования и отладки алгоритма управления реальным комбайном на основе макета.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Теоретическая часть

1.1 Описание макетов сельскохозяйственной техники

1.2 Электрическая схема макетов сельскохозяйственной техники

1.3 Таблица входных и выходных сигналов для макетов сельхозтехники

1.4 Расчёт надёжности комплекса в системе «Арбитр»

1.5 Объектное моделирование макета на языке UML

1.6 Описание программы управления макетами сельскохозяйственной техники

1.7 Организация беспроводной связи

1.8 Программа АРМ диспетчера

1.9 Навигация на основе технического зрения

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Системы автоматизации сельскохозяйственной техники уже существуют, однако это разрозненные системы микроавтоматизации - системы автономного подруливания сельскохозяйственной техникой прямо на поле, системы разработки маршрута и слежения за движением, системы сбора статистических данных. Каждая из этих систем является максимально закрытой ввиду жесткой конкуренции фирм-разработчиков и минимально подходят для взаимной интеграции. Поэтому задачей первостепенной важности является построение системы, которая может решить задачу горизонтальной и вертикальной интеграции в технологическом процессе посева и уборки зерновых агрокультур.

Данная система реализует оперативное и стратегическое планирование для реализации технологического процесса, а также непосредственное управление макетами сельскохозяйственной техники.. Целью курсовой работы является разработка алгоритма автоматизированного удалённого управления комбайном итрактором и планирование их взаимных действий на поле для распашки поля, посева и уборки зерна. В процессе работы были разработаны сами макеты комбайна и трактора, программа управления каждым макетом, и программа контроля(являющаяся АРМ диспетчера), работающая на удалённой ЭВМ и передающая и принимающая данные по каналу Bluetooth, алгоритм управления макетами комбайна и трактора и управляющие коды для передачи сигналов управления. Алгоритм управления комбайном и управляющие коды могут быть применены без изменений при переносе системы на реальный объект автоматизации.

Масштаб макета составляет 1:16. Программный комплекс является системой реального времени, согласно требованиям к реальному объекту автоматизации.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание макетов сельскохозяйственной техники

В качестве основы для макета выбрана модель комбайна компании John Deere. Компания John Deere является мировым лидером на рынке сельскохозяйственной техники. Модель комбайна John Deere T670i позволяет продемонстрировать особенности современных комбайнов. В модели реализованы реалистичные детали, такие как открывающиеся двери кабины, многочисленные открывающиеся крышки, подвесная жатка с выравниванием, высокая маневренность комбайна, возможность перегрузки «зерна» из бункера выгрузным шнеком.

Модель комбайна John Deere T670i изготовлена из высококачественного пластика в масштабе 1:16 (рис.1). Она состоит из комбайна, съемной жатки и прицепа для перевозки жатки.

Рис.1. Общий вид модели комбайна John Deere T670i

Рис.2 - Общий вид модели трактора.

Модель трактора также обладает высокой копийностью, однако из-за недостатка внуутреннего объёма все электронные компоненты вынесены в его пирцеп, в остальном он в целом повторяет технологические решения комбайна.



Рис. 3. Внутренне устройство макета комбайна. Внутреннее устройство макета комбайна:

1) Мотор-редуктор Tamiya 70110

2) Серводвигатель для открытия/закрытия шнека

3) Плата управления Arduino Uno R3

4) Плата управления двигателями Arduino Motor Shield Rev3

5) Bluetooth модуль Bee

6) Аккамулятор GP6120

7) Мотор постоянного тока для вращения шнека

8) Серводвигатель для поднятия/опускания жатки

9) Серводвигатель для управления поворотом макета

Внутреннее устройство трактора в общем повторяет устройство комбайна, но в нём отсутствуют элементы управления шнеком, жаткой, а также внешние датчики.

В макетах использованы серводвигатели SM-S2309B. Данная модель серводвигателя выбрана ввиду ее высокой надежности и достаточного угла поворота(±60°). Всего для изготовления макета было использовано 3 серводвигателя. Для движения макетов используется мотор-редуктор Tamiya 70110 с передаточным отношением 441:1, что обеспечивает достаточный для движения макета крутящий момент.

В качестве источника питания был использован аккумулятор GP6120 с напряжением 6В.Данный аккумулятор обеспечивает надёжную бесперебойную работу макета в течение, как минимум тридцати минут. В качестве программируемого логического контроллера была использована плата Arduino Uno R3 с расширениями Arduino Motor Shield Rev3 и Bluetooth Bee.

Датчики установлены на внешней стороне жатки макета и соединены с контроллером посредством разъёма. В макете использованы следующие датчики: световой датчик - DFRobot Ambient Light Sensor, магнитный датчик Холла - DFR0033, ультразвуковой датчик расстояния - URM37 V3.2 Ultrasonic Sensor.

Рис.4 - Размещение датчиков в жатке. Размещение датчиков в жатке:

1) Жгут проводов для питания датчиков и передачи информации

2) Внешний монтаж ультразвукового датчика расстояния

Световой датчик расположен на внутренней части жатки, а датчик Холла - внутри ее корпуса. Информационные провода и провода питания собраны в единый разъём, подключаемый к макету комбайна.

Программирование платы Arduino производится через USB-B удлинитель, соединенный с разъёмом на самой плате. также на корпусе комбайна находится кнопка включения/выключения питания макета.

К плате Arduino можно подключиться к через разъем USB-B под боковой панелью для изменения программы управления, также можно получить доступ к модулю связи, для этого надо: подключиться к беспроводной сети комбайна.

1.2 Электрическая схема макетов сельскохозяйственной техники

Макет комбайна состоит из аккумулятора на 5В, управляющей платы Arduino UNO R3 и подключённых к ней устройств: трёх сервоприводов, двух моторов, датчиков освещённости, Холла, расстояния и Bluetooth-модуля. Плата Arduino состоит из базового модуля и моторшилда. Все подключения устройств происходят через моторшилд.

Управление серводвигателями происходит через восьмой, девятый и десятый пин дискретного выхода платы. Данные с ультразвукового датчика передаются через седьмой пин платы, а питается она от шестого пина платы. Bluetooth-модуль питается от пятого пина платы, а информация передаётся с помощью чётвёртого пина. Управление двигателями происходит с помощью ШИМ через аналоговый выход платы на шесть пинов. Получение информации с аналоговых датчиков Холла и освещённости происходит через аналоговый вход платы на шесть пинов. Управление двигателями осуществляется через микросхему l298 по интерфейсу направление/скорость, т.е. логический сигнал 0..1 задает направление двигателя и ШИМ сигнал 0..5 В задает скорость вращения.

Серводвигатели и аналоговые датчики получают питание от аккумулятора напрямую, остальные устройства питаются энергией через плату управления.

Рис.5 - Схема подключения дискретных устройств к плате управления макетом комбайна

Электрическая схема макета трактора схожа с электрической схемой комбайна, единственным отличием является отсутствие сервомоторов управления жаткой и шнеком, а также датчиков.



Рис.6 - Схема подключения дискретных устройств к плате управления макетом трактора

Полная электрическая схема макетов трактора и комбайна находятся в Приложениях 4 и 5.

1.3 Таблица входных и выходных сигналов для макетов сельхозтехники

Макет комбайна для связи с остальными частями программно-аппаратного комплекса использует Bluetooth-канал. По нему в двоичной форме передаются управляющие сигналы и информация с датчиков. В качестве входных сигналов используются стандартные ASCII-коды. Управляющие сигналы представлены в следующей таблице:

Таблица 1 - Таблица входных сигналов макета.

Номер сигнала	ASCII-код	Буква	Управляющие воздействие
1	#87	W	При движении вперёд остановить вращение оси мотора.
2	#119	w	Начать вращение оси мотора для движения вперёд.
3	#83	S	При движении назад остановить вращение оси мотора.
4	#115	s	Начать вращение мотора для движения назад.
5	#65	A	Если ось сервопривода управления направлением движения повёрнута против часовой стрелки на 45 градусов, вернуть ее в исходное положение
6	#97	a	Повернуть ось сервопривода управления направлением движения против часовой стрелки на 45 градусов
7	#68	D	Если ось сервопривода управления направлением движения повёрнута по часовой стрелке на 45 градусов, вернуть ее в исходное положение
8	#100	d	Повернуть ось сервопривода управления направлением движения по часовой стрелке на 45 градусов
9	#82	R	Если жатка поднята, опустить ее.
10	#114	r	Поднять жатку.
11	#69	E	Если шнек вращается, остановить его.
12	#101	e	Начать вращение шнека.
13	#76	L	Если жатка выдвинута, сложить ее обратно.
14	#108	l	Выдвинуть жатку.
15	#109	m	Передать значения с датчика Холла.
16	#113	q	Передать значения с датчика освещенности.
17	#117	u	Передать значения с ультразвукового датчика расстояния.

Выходными сигналами макета являются данные датчиков: ультразвуковой датчик расстояния, магнитный датчик Холла, датчик освещённости. Эти данные передаются в ответ на соответствующий входной сигнал. Данные передаются в виде двухбайтового бесзначного числа. Со времени передачи управляющего сигнала запроса до получения данных запрещена передача любых управляющих сигналов.

1.4 Расчёт надёжности комплекса в системе «Арбитр»

Проектная оценка надежности программно-аппаратного комплекса выполнена по методике, основанной на применении новой информационной технологии автоматизированного структурно-логического моделирования систем (АСМ), реализованной в программном комплексе АРБИТР. Выбор этой методики обусловлен следующим.

Практически все существующие методики проектной оценки надежности основываются на ручном построении расчетных аналитических или статистических моделей систем. Однако, построение расчетных моделей надежности современных сложных систем, к которым относится данная система, этими методиками практически невозможно из-за непреодолимой громоздкости и трудоемкости ручного применения всех известных методов моделирования. Приближенные аналитические модели надежности реальных систем, как правило, не удовлетворяют требованиям точности проектных расчетов надежности систем данного класса.

Выходом из этого положения является автоматизация самого процесса построения расчетных математических моделей свойств надежности проектируемых систем, создание соответствующих программных средств и разработка методик их практического применения в технологии автоматизированного моделирования. Одной из таких наиболее теоретически разработанных и практически реализованных технологий является автоматизированное структурно-логическое моделирование (АСМ) систем. В основе этой технологии лежит так называемый общий логико-вероятностный метод (ОЛВМ) системного анализа. В настоящее время технология АСМ обеспечивает практическую возможность автоматического построения четырех основных видов математических моделей структурно-сложных систем - аналитических, статистических, марковских и сетевых. Приведенная в настоящем отчете проектная оценка надежности выполнена на основе технологии аналитического АСМ, в котором автоматизирован процесс построения логических и точных многочленов расчетных вероятностных функций различных свойств надежности проектируемой системы.

Практическая реализация технологии автоматизированного структурно-логического моделирования и проектной оценки надежности осуществлена с помощью специальной методики, которая включает в себя следующие три последовательные этапа:

1) Первичное структурно-логическое моделирование системы. На этом этапе разрабатываются частные и общие структурные модели надежности программно-аппартного комплекса. Для этого используется специальный графический аппарат схем функциональной целостности (СФЦ). Задаются вероятностные параметры элементов и логические критерии работоспособности подсистем и МР в целом;

2)Автоматизированное моделирование и расчет системных показателей надежности. На этом этапе построение требуемых математических моделей и выполнение расчетов показателей надежности для всех 13 основных подсистем и МР в целом выполняется автоматически с помощью программного комплекса АРБИТР;

3)Анализ результатов, выработка и обоснование проектных решений. На этом этапе полученные с помощью комплекса АРБИТР результаты используются для содержательного анализа свойств надежности МР и обоснования их соответствия заданным требованиям.

Центральное место в автоматизированном структурно-логическом моделировании занимает построение структурных моделей надежности. Структурные модели в АСМ строятся с помощью специального аппарата СФЦ.

Структурно-логическая модель программно-аппаратного комплекса выглядит так:



Рис. 7 - Структурно-логическая модель программно-аппаратного комплекса. В данной модели узлы макета обозначены цифрами:1.Arduino Uno R3 - комбайн 2. Аккамулятор комбайна 3. Сервопроивод управления жаткой комбайна 4. Сервпривод управления движением комбайна 5. Сервопривод управления шнеком комбайна 6. Двигатель шнека комбайна 7. Двигатель комбайна 8. Ультразвуковой датчик расстояния комбайна 9. Датчик Холла комбайна 10. Датчик освещённости комбайна 15. Bluetooth-модуль комбайна 19. Arduino Uno R3 - трактор 20. Аккамулятор трактора 21. Сервпривод управления движением трактора 22. Двигатель трактора 28. Bluetooth-модуль трактора 29. Программа управления 30. Bluetooth-модуль центра управления 31. Навигационная программа 32. Видеокамера 35. Визуальная метка комбайна 36.Визуальная метка трактора. Также цифрами обозначены фиктивные вершины функций макета: 11. Функция получения данных с датчиков макета комбайна 12. Функция движения макета комбайна 13. Функция выгрузки «зерна» 14. Функция управления жаткой 18. Функция обмена данными между макетом комбайна и программой управления на ПК по Bluetooth 17. Функция общей работоспособности макета комбайна. 25. Функция обмена данными между макетом трактора и программой управления на ПК по Bluetooth 26. Функция общей работоспособности макета траткора 27. Функция движения макета трактора 37. Функция общей работоспособности системы.

Также в данной схеме рёбра между вершинами обозначают структурно-логическое отношение «обеспечивает». Ребро со стрелкой обозначает дизъюнктивное отношение, а с полукругом - конъюктивное.

Для узлов макета определены значения их надёжности. Значения надёжности определены из параметров, предоставленных производителями комплектующих макета. Значения находятся в таблице:

Таблица 2 - Надёжности элементов макета.

Элемент	Надёжность элемента
аrduino uno R3	0.95
аккамулятор	0.9
сервопривод управления шнеком	0.95
сервопривод управления движением	0.95
сервопривод управления жаткой	0.95
двигатель макета	0.95
двигатель шнека	0.9
ультразвуковой датчик расстояния	0.8
датчик Холла	0.85
датчик освещённости	0.9
Bluetooth-модуль	0.95
Программа управления	0.95
Bluetooth-модуль центра управления	0.95
Навигационная программа	0.95
Видеокамера	0.8
Визуальная метка комбайна	0.95
Визуальная метка трактора	0.95

Для функций работы макета были проведены расчёты и получены результаты, использованные для расчета функции общей работоспособности макета. Для неё были получены следующие результаты.

Параметры СФЦ:

Число вершин - N=33. Число элементов - H=22.

Вероятностная функция содержит 30 одночленов

Р=0.649894387317 - вероятность реализации критерия функционирования системы в целом.

Таблица 3 - Таблица характеристик элементов системы в целом

Номер элемента	Надёжность элемента	Значимость элемента	Отрицательный вклад	Положительный вклад
1	0.95	0.9	-0.855	0.045
2	0.9	0.95	-0.855	0.095
3	0.95	5.627	-8.3916	2.8135
4	0.95	8.8332	-1.7225	4.4166
5	0.95	1.8131	-8.3916	9.0657
6	0.95	8.8332	-5.3456	4.4166
7	0.9	5.9396	-5.3456	5.9396
8	0.8	4.5328	-0.01026	9.0657
9	0.85	6.0438	-5.1372	9.0657
10	0.9	9.0657	- 8.1591	9.0657
15	0.95	1.8131	-1.7225	9.0657
19	0.95	0.099122	-0.094166	0.0049561
20	0.95	0.099122	-0.094166	0.0049561
21	0.95	0.099122	-0.094166	0.0049561
22	0.95	0.10463	-0.094166	0.010463
28	0.95	0.099122	-0.094166	0.0049561
29	0.95	0.6841	-0.64989	0.034205
30	0.95	0.6841	-0.64989	0.034205
31	0.8	0.6841	-0.64989	0.034205
32	0.95	0.81237	-0.64989	0.16247
35	0.95	0.032576	-0.030947	0.0016288

Также для этой функции имеется диаграмма положительных вкладов элементов.

Рис. 8 - Диаграмма положительных вкладов элементов.

Диаграмма отрицательных вкладов элементов:

Рис. 9 - Диаграмма отрицательных вкладов элементов.

Таким образом, по полученным результатам, наиболее критичными узлами системы являются плата управления и аккумулятор макетов, а также программа управления комплексом и программа навигации. Если эти узлы не будут функционировать - не будет функционировать вся система. При дальнейшей разработке системы необходимо обеспечить резервирование данных элементов и тем самым повысить надёжность системы.

1.5 Объектное моделирование макета на языке UML

Unified Modeling Language (UML) - язык объектного моделирования третьего поколения, стандарт которого разработан консорциумом Object Management Group (OMG). Язык UML может использоваться для разработки систем и программного обеспечения, предназначенных для применения в самых разных областях. В настоящее время UML используется для проектирования различных информационных систем - начиная с ПО систем инвентаризации и заканчивая ПО систем управления летательными аппаратами. Всякий поддерживаемый стандарт со временем изменяется: в нем исправляются ошибки, реализуются новые идеи и исключаются неудачные элементы. В настоящее время UML используется в проектах по моделированию и созданию систем, весьма значительно различающихся по своему масштабу - от проектов, в которых участвует группа разработчиков из нескольких человек, до систем, в разработке которых участвует несколько тысяч человек. UML обладает всем необходимым для моделирования, своевременной обработки событий и управления ресурсами, которые характеризуют современные встраиваемые системы и системы реального времени.

В качестве средства разработки на UML был выбран Rhapsody Modeler ввиду его функциональности и открытой лицензии. В данной программе были разработаны объектная диаграмма, диаграмма использования макета внутри всей системы и структурная диаграмма макета.

Рис.10 - Объектная диаграмма работы макета на языке UML

На данной диаграмме показано, какие функции макета обеспечивают его работу их взаимная зависимость. Таким образом, вы видим, что основными функциями, обеспечивающими работу всех функций макета, являются функции работы программы управления макета в бесконечном цикле и исправной работа физической части макета.

Рис.11 - Диаграмма использования макета комбайна внутри комплекса в целом

На рисунке 5 показано положение макета системой автоматизированного управления комбайном в системе автоматизации технологических процессов распашки, посева и уборки зерна. Таким образом, в макете имеются следующие виртуальные информационные каналы:

канал управления, физически реализуемый Bluetooth-соединением, канал передачи данных с датчиков макета, физический реализуемый через тот же самый Bluetooth-канал и визуальный канал навигации, в котором по маркировке макета с помощью камеры и технического зрения определяется местоположение макета в рамках координат поля. Диаграмма использования макета в рамках системы в целом необходима, чтобы понять его структурное место в системе, а также, разделить функции на выполняющиеся внутри макета, выполняющиеся вне макета в системе и функции передачи данных другим компонентам системы и от них в макет.

Диаграмма использования макета и объектная диаграмма работы макета являются основой для разработки структурной диаграммы макета. Но в отличие, от диаграммы использования макета и диаграммы работы макета в структурной диаграмме отражены не функции макета и их связи, уровни подчинения, а его физическая структура с обобщённым распределением этих функций и связей на их реальные назначения. При разработке структурной диаграммы используется терминология объектно-ориентированного программирования, где система в целом рассматривается как приложение, макет комбайна - как класс системы, а функциональные блоки(компоненты) - как объекты внутри этого класса. Для связи между компонентами используется понятие порта передачи данных. В данном типе диаграмм порт является виртуальным понятием и может быть применён как к физическом порту, так и к программному, а также к любому другому каналу передачи данных, например, визуальном.

В структурной диаграмме макета отражено как реальное устройство макета, так и функциональное, причём можно проследить связь между функциями и их реальными исполнителями. Всего в структурной диаграмме можно выделить следующие типы связей между портами(каждой связи соответствует пара портов):

1) Питание напряжением 5В, стандартное для всего макета.

2) Канал передачи данных из контроллера устройствам(пара портов(O-I)

3) Канал передачи данных в контроллер от устройств (пара портов I-O)

4) USB для программирования микроконтроллера

5) Bluetooth канал для передача данных в контроллер и из контроллера

6) Канал визуального наблюдения камерой маркировки макета

Рис.12 - Структурная диаграмма макета

Таким образом, моделирование на языке UML позволяет наиболее полно разработать функциональную компоновку макета, привязав её к физической, и гарантировать функциональную интеграцию макета в программно-аппаратный комплекс в целом.

1.6 Описание программы управления макетами сельскохозяйственной техники

После включения питания и инициализации исполнительных устройств. Система управления макетом комбайна на базе платы Arduino Uno R3 начинает устанавливать связь через модуль Bluetooth с компьютером управления и при ее установлении ожидает команд от компьютера. На рис. 13 приведен алгоритм функционирования программы.

Рис.13 - Алгоритм функционирования программы.

Реализация алгоритма управления такова: после описания и инициализации переменных в разделе setup, запускается бесконечный цикл Loop, вкотором происходит постоянное определение пришедшего по Bluetooth-каналу ASCII-кода, и реализация действия в зависимости от него.

Пример функции управления:

switch (curByte) {

…

case 'L':

analogWrite(ELEV_SPEED, 0);

break;

…}

Листинг 1 - пример функции управления.

Мы определяемый входящий управляющий сигнал, и, если это “L”, то передаем значение «0» переменной, определяющей скорость вращения мотора шнека и с помощью команды «break» переходим на следующую итерацию цикла.

Реализация алгоритма для программы управления макетом трактора аналогична таковой для макета комбайна, с тем лишь отличием, что в ней не обрабатываются управляющие значения для навесного оборудования и датчиков.

Полный список управляющих значений доступен в разделе 1.3.

1.7 Организация беспроводной связи

Довольно важной задачей работы является организация беспроводной связи техники с центром управления. Подберём для нашего макета наиболее удовлетворяющий нашим требованиям канал передачи данных. Важными для нас критериями выбора будут являться:

· стабильная работа в помещениях,

· скорость передачи данных,

· питание и энергопотребление,

· масса,

· габариты устройства,

· стоимость.

Выделим и рассмотрим подробнее три варианта устройств беспроводной передачи данных:

Blooetooth модуль XBee,

Wi-Fi модуль RN-XV WiFly Module,

Радиомодем Невод-5.

XBee Shield.

Модули XBee Shield позволяют установить связь между несколькими модулями Arduino/Freeduino с помощью модулей XBee от компании Maxstream/BlueGiga ( стандарт ZigBee).

Рис. 14 - Плата Arduino с установленным модулем XBee Shield

Модули XBee являются достаточно развитыми устройствами и работают под управлением собственного микроконтроллера MC9S08. Производитель предлагает специальное ПО для гибкой конфигурации модулей, а также альтернативные прошивки управляющего микроконтроллера, и таким образом, функционал приемо-передатчика для Arduino лишь часть возможностей XBee.

Для обмена данными с Arduino модуль занимает последовательный порт (выводы 0 и 1), и в конфигурации по умолчанию работает со скоростью 9600 бит/сек. При этом все переданные (с помощью Serial.Write) байты передаются в эфир, а переданное в эфир другими модулями поступает в порт, и может быть прочитано с помощью Serial.Read.

В процессе работы модуль управляется AT-командами, позволяющими изменить такие параметры, как адрес в сети ZigBee, скорость работы с последовательным портом, управлять состоянием дополнительных выходов модуля, и многое другое.

Характеристики:

- возможность работы с платами в форм-факторе классической Arduino;

- возможность работы с платами в форм-факторе Arduino Nano;

- автоматический выбор питания (Arduino/USB);

- все выводы XBee выведены на контактные площадки с шагом 2,54 мм;

RN-XV WiFly Module

RN-VX модуль от Roving Networks это сертифицированное Wi-Fi решение специально спроектированное для пользователей, который хотят мигрировать с существующей 802.15.4 архитектуры на платформу базирующуюся на стандартном TCP/IP без изменения существующего аппаратного обеспечения. Другими словами, если ваш проект построен на XBee и вы хотите перевести его на стандартную WiFi сеть, вы можете вставить этот модуль в сокет XBee без добавления какого-либо дополнительного оборудования.

RX-VN основан на надежном RN-171 Wi-Fi модуле от Roving Networks и включает в себя 802.11 b/g, 32-битный процессор, TCP/IP стек, часы реального времени (RTC), крипто-акселератор, блок управления питанием и интерфейс аналогового сенсора. Модуль идет с препрошивкой от Roving для упрощения интеграции и минимизации времени разработки вашего приложения. В простейшей конфигурации необходимо только четыре вывода (Питание, Tx, Rx и земля) для построения беспроводного соединения.

Рис. 15- Модуль Wi-Fi RN-XV WiFly

Характеристики:

- построен на базе обычного 802.15.4 XBee разъема

- ультра низкое энергопотребление: 4мкА в спящем режиме, 38мА в активном

- встроенный TCP/IP стек, включающий в себя DHCP, UDP, DNS, ARP, ICMP, HTTP клиент, FTP клиент и TCP

- настраиваемая мощность передачи: от 0dBm до 12dBm

- аппаратный интерфейс: TTL UART

- скорость передачи через UART до 464 Кбайт/сек

- поддержка Adhoc и сетевую структуру

- 8 цифровых выводов для общих целей

- 3 аналоговых входа

- часы реального времени (RTC), режимы авто-засыпания и авто-пробуждения

- поддержка 3.3В регулируемого питания

- проводная антенна на борту

Радиомодем Невод-5 предназначен для передачи и приема цифровой информации при работе в составе распределенных сетей телеметрии, управления и автоматизации технологических процессов.

Рис.16 - Радиомодем Невод-5

Радиомодем Невод-5 представляет собой программно-управляемое приемно-передающее устройство, преобразующее сигналы стандартных последовательных интерфейсов RS-232 или RS-485 в радиочастотные посылки и обратно.

Конфигурирование радиомодема осуществляется через последовательный интерфейс набором команд. Радиомодем имеет колодку контактов для быстрого подключения кабелей питания и интерфейса, а так же светодиодные индикаторы для отображения состояния цепей изделия.

Прибор выполнен в пластмассовом корпусе для установки на DIN-рейку. Возможно исполнение во влагозащищенном корпусе (степень защиты IP65) для установки снаружи рядом с антенной.

Характеристики:

- Радиомодем для систем телеметрии

- Диапазон частот: 433 Мгц

- Скорость передачи данных: до 19200 бит/с

- Максимальная дальность связи: 8-10 км

- Цифровые интерфейсы RS-232/RS-485

- Разрешение на использование не требуется

- ПО для первоначальной настройки входит в комплект поставки

- В корпусе для монтажа на DIN-рейку

Сведём в таблицу некоторые характеристики устройств.

Таблица 4 - Сравнение технических характеристик рассматриваемых устройств.

	XBee Shield	RN-XV WiFly Module	Невод-5
Дальность связи, м	30	50	10000
Скорость передачи, Кбит/с	250	1000-11000	19,2
Питание, В	3,3	3,3	9-30
Масса, кг	0,01	0,005	0,2
Габариты, мм	26 х 19 х 4	27 x 18 x 3.1	118 х 70 х 50
Стоимость, руб	700	1000	10000

Все устройства подходят нам для использования в помещениях на небольших расстояниях. Скорости передачи хватит для передачи управляющих сигналов и приёма данных с датчиков устройств. Как видно из таблицы, радиомодем Невод-5 можно отнести несколько к иному классу устройств, более подходящем для установки на реальную технику (большие габариты и энергопотребление). Различия между Bluetooth и Wi-Fi модулями не столь критичны для нашей задачи (у Bluetooth модуля чуть худшие характеристике, но ниже стоимость устройства).

В связи с этим было принято решение об использовании в макете сельскохозяйственной техники модуля Bluetooth XBee Shield.

Организуем связь центра управления, установленного на компьютере, с микроконтроллером Arduino, находящемся внутри моделей техники, используя модуль XBee Shield. Для этого на компьютере должно быть устройство Bluetooth (встроенное или внешнее, подключенное в USB порт). Bluetooth адапторы определяются в системе как виртуальные COM порты, поэтому и работать предстоит как с COM портом. На примере операционной среды Windows 7 покажем, как организовать связь с удалёнными устройствами (моделями трактора и комбайна):

1. Включаем устройства Bluetooth на компьютере с установленным центром управления и на моделях трактора с комбайном.

2. Заходим в папку Пуск->Устройства и принтеры.

3. Нажимаем кнопку “Добавление устройства”.

4. Ждём, пока компьютер не определит два Bluetooth устройства под именем “Bluetooth V3”

5. Подключаемся к каждому из устройств, и если потребуется ввод пароля, то используем стандартный “1234”.

6. Заходим в свойства каждого из подключенных устройств, и находим информацию о номере порта (Например COM11 и COM14).

Связь установлена, теперь можно обращаться к виртуальным COM портам для приёма-передачи данных с моделей сельскохозяйственной техники.

Теперь перейдём к настройке центра управления. Нам потребуется передавать из приложения по интерфейсу Bluetooth строковые сообщения, которые после передачи обработаются программой на контроллере Arduino. В среде Visual Studio 2008 для работы с COM портами предусмотрен компонент serialPort. В нашем приложении их потребуется два, так как один компонент serialPort работает с одним подключенным устройством. Рассмотрим свойства компонента и проведём его настройку на примере подключения к комбайну:

Таблица 5 - Свойства COM порта.

Свойство	Описание	Значение
Name	Указывает имя, используемое в коде для идентификации объекта	serialPort1
BaudRate	Скорость для этого последовательного порта	9600
DataBits	Число битов данных на переданный/полученный байт	8
DiscardNull	Отбрасывать ли пустые биты, полученные портом, перед добавлением в последовательный буфер	False
Parity	Схема для проверки чётности каждого полученного байта и пометки каждого переданного байта	None
PortName	Имя порта связи, который надо открыть	COM11
ReadBufferSize	Размер буфера чтения в байтах. Это максимальное число считанных байтов, которые можно поместить в буфере	4096
StopBits	Число стоповых битов на переданный или принятый байт	One
WriteBufferSize	Размер буфера записи в байтах. Это максимальное число байтов, которые можно поместить в очередь для записи	2048

После завершения настройки порта произведём подключение к устройству командой serialPort1->Open();

В случае успешного открытия порта интерфейс программы отметит это сменившимся на зелёный цвет панели состояния порта, иначе панель останется красной. Отправка команды в порт производится командой

serialPort1->WriteLine(textBox_writecom1->Text);

Передадутся строковые данные из текстового поля компонента textBox. Также можно передавать константы, например serialPort1->WriteLine("D");

После работы с COM портом требуется его закрытие

serialPort1->Close();

Рис.17 - Часть интерфейса центра управления. Форма управления подключениями.

Опишем возможные передаваемые команды из центра упрвления. В случае передачи неподдерживаемой команды микроконтроллер установленный на моделях техники просто её проигнорирует. У модели комбайна имеется больше функций чем у трактора, поэтому в сначала укажем общие команды движения, а дальше специальные команды для комбайна

Таблица 6 - Команды управления для моделей трактора и комбайна.

Команда	Действие
`w'	Начать движение вперёд
`a'	Поворот колёс влево
`s'	Начать движение назад
`d'	Поворот колёс вправо
`W'	Прекратить движение вперёд
`A'	Выставить колёса прямо из левого положения
`S'	Прекратить движение назад
`D'	Выставить колёса прямо из правого положения

Таблица 7 - Команды управления для комбайна.

Команда	Действие
`e'	Открыть шнек
`E'	Закрыть шнек
`l'	Начать выгрузку зерна
`L'	Прекратить выгрузку зерна
`r'	Поднять жатку
`R'	Опустить жатку
`m'	Получить данные с магнитного датчика
`q'	Получить данные со светового датчика
`u'	Получить данные с ультразвукового датчика

1.8 Программа АРМ диспетчера

Центральной частью комплекса автоматизированного управления сельскохозяйственной техникой является программа для компьютера, связывающая различными интерфейсами все компоненты комплекса. Представим структурную схему комплекса, и покажем какую важную часть занимает в ней центр управления.

Рис. 18 - Структурная схема комплекса.

Опишем функции, состав и требования к АРМ диспетчера.

Таблица 8 - Функции, состав и требования к АРМ диспетчера.

№	Наименование функции	Перечень функциональных задач	Режим и регламент выполнения
	Стратегическое и оперативное планирование работы ТП	1.1. Анализ данных БД и выдача оператору совета по выбору типа и времени проведения следующего этапа, а также его параметров (носят реком...

Подобные документы

• Автоматизация фирмы по ремонту компьютерной техники

  Характеристика предметной области. Макеты входных и выходных документов. Реализация базы данных в среде MS Access: создание структуры таблиц, проектирование форм, запросов, отчётов и создание главной кнопочной формы. Тестирование программного комплекса.
  
  курсовая работа [5,5 M], добавлен 20.05.2015
  

• Расчёт на ЭВМ характеристик выходных сигналов электрических цепей

  Приведение выходного сигнала к аналитическому вид. Программа расчёта характеристик выходного сигнала электрической цепи. Таблица идентификаторов и описаний пользовательских подпрограмм. Построение графиков по массивам входного и выходного сигналов.
  
  контрольная работа [594,2 K], добавлен 28.09.2012
  

• Моделирование дозаправки 100 истребителей горючим в воздухе

  Построение концептуальной модели пункта дозаправки истребителей в воздухе тремя самолётами-заправщиками. Разработка временной диаграммы, Q-схемы системы и ее математического макета. Использование в моделировании прикладной программы на языке GPSS World.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.06.2011
  

• Разработка программы "ПК Сервис"

  Организация входных и выходных данных. Выбор состава технических и программных средств. Функционал для заполнения заявки для постоянно клиента. Форма вывода справки по программе. Таблица файлов, входящих в проект. Тестирование программы, ее листинг.
  
  курсовая работа [2,5 M], добавлен 25.05.2014
  

• Разработка цифрового автомата Мили, содержащий в качестве памяти D-триггер

  Общая схема D-триггера и цифрового автомата Мили. Построение входных и выходных преобразователей в соответствии с таблицами кодирования входных и выходных сигналов. Составление таблиц переходов и выхода состояния автомата Мили. Выбор серии микросхем.
  
  курсовая работа [525,4 K], добавлен 04.11.2012
  

• Полунатурное моделирование широкополосных радиолокационных сигналов для испытаний радиолокаторов с синтезированной апертурой

  Принцип радиолокационной съемки с синтезированной апертурой. Полунатурное моделирование зондирующих и отраженных сигналов. Способы генерации высокочастотных сигналов, модулированных сигналами произвольной формы. Этапы испытания макета фрагмента РСА.
  
  курсовая работа [3,9 M], добавлен 07.07.2012
  

• Новый подход к построению методов межпроцедурного анализа программ

  Обзор существующих методов межпроцедурного анализа. Получение входных и выходных данных подпрограмм с помощью графа алгоритма. Описание входных и выходных данных подпрограммы в терминах фактических параметров. Определение параллелизма по графу алгоритма.
  
  учебное пособие [77,5 K], добавлен 28.06.2009
  

• Создание буклета в Publisher

  Макеты для создания буклета в Publisher. Способы помещения текстового материала в публикацию. Работа с графическими объектами. Добавление таблиц в публикацию. Использование библиотеки макетов. Негативные факторы воздействия компьютера на здоровье.
  
  курсовая работа [4,7 M], добавлен 29.08.2014
  

• Программа расчета 2D макета фильтра средствами С# и MySQL

  Разработка программного продукта "2D-макет фильтра" для производства ООО ПК "ХимМаш". Назначение программы, требования к информационной и программной совместимости, параметрам технических средств. Проектирование архитектуры программного продукта.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.02.2016
  

• Система нечеткого вывода для решения задачи аппроксимации поверхности

  Решение задачи аппроксимации поверхности при помощи системы нечёткого вывода. Определение входных и выходных переменных, их термы; алгоритм Сугено. Подбор функций принадлежности, построение базы правил, необходимых для связи входных и выходных переменных.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 31.05.2014
  

• Имитационное моделирование динамических систем и процессов с использованием объектно-ориентированного подхода. "Производственная линия с пунктами технического контроля"

  Создание программного обеспечения - системы имитационного моделирования на тему "Производственная линия с пунктами технического контроля". Описание входных и выходных данных. Объектно-ориентированное программирование. Диаграммы модулей и процессов.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.01.2014
  

• Автоматизация предметной области

  Характеристика предметной области, входных и выходных документов, участников нормализации и алгоритма реализации базы данных. Описание таблиц, проектирование форм, запросов, отчётов, создание главной кнопочной формы. Тестирование программного комплекса.
  
  курсовая работа [5,8 M], добавлен 20.05.2015
  

• Имитационное моделирование на ЭВМ

  Моделирование информационной системы, представляющей собой узел коммутации сообщений, который состоит из входного буфера, процессора, двух выходных буферов и двух выходных линий. Организация экспериментов с данной моделью, оценка ее адекватности.
  
  курсовая работа [207,5 K], добавлен 15.02.2012
  

• Дизайн-проект макета детали. Прокладка

  Принципы работы и оценка возможностей программы AutoCAD 2014. Порядок построения чертежа детали "Прокладка", основные этапы данного процесса и требования к конечному результату. Нанесение необходимых размеров. Подготовка сертификата для печати макета.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.06.2014
  

• Создание программы на языке Delphi 7.0

  Создание программы с кодом на языке Delphi, которая ищет в тексте заглавные буквы, выдает сообщение о количестве и замене их на малые буквы. Описание переменных, вспомогательных процедур, входных и выходных данных, необходимых для реализации задачи.
  
  курсовая работа [540,4 K], добавлен 21.09.2010
  

• Обработка табличной информации

  Технические характеристики: постановка задачи, описание основных типов входных и выходных данных. Описание алгоритмов основной программы и процедур удаления и исправления данных в таблицах. Выбор языка программирования. Технико-экономические показатели.
  
  курсовая работа [478,1 K], добавлен 28.12.2012
  

• Моделирование дискретного автомата

  Содержание и особенности этапов синтеза дискретного автомата. Граф переходов-выходов автомата Мура, кодирование входных и выходных сигналов. Построение функциональной схемы автомата Мура на RS–триггерах и элементах И-НЕ в программе Electronic WorkBench.
  
  курсовая работа [964,2 K], добавлен 20.07.2015
  

• Программы в среде Turbo Pascal

  Разработана программа решения двух задач на языке программирования Turbo Pascal. Спецификация задания. Описание входных и выходных данных. Математическая постановка задачи. Алгоритм ее решения. Описание и блок-схема программы. Результаты тестирования.
  
  курсовая работа [275,8 K], добавлен 28.06.2008
  

• Создание базы данных

  Создание базы данных и таблиц. Определение таблиц и информации, которую они будут содержать. Определение индексированных полей и организации связи между ними. Создание формы в окне базы данных. Создание отчета "Список улиц". Выбор внешнего вида макета.
  
  контрольная работа [1,4 M], добавлен 11.04.2012
  

• Программа "Крестики-нолики 5 в ряд на неограниченном игровом поле"

  Разработка программы игры в крестики-нолики. Примеры игровой ситуации на игровом поле. Описание входных и выходных данных, переменных и функций программы. Реализация алгоритма работы программы на языке C++. Текст программы и примеры ее выполнения.
  
  курсовая работа [352,8 K], добавлен 14.04.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам