В ходе выполнения выпускной квалификационной работы студентами Горбуновым Александром Михайловичем, Капелинским Дмитрием Анатольевичем, Лазаренко Михаилом Олеговичем были достигнуты следующие результаты:

1) Горбунов Александр Михайлович:

a) обосновал выбор языков программирования для android-приложения и ТРИК контроллера;

b) создал современный дизайн приложения для смартфона под управление операционной системы Android и реализовал его с помощью инструментов разработчика в среде разработки приложений Android Studio;

c) разработал алгоритм передачи информационных команд от android-приложения ТРИК-контроллеру по wi-fi сети;

d) создал отдельные классы, реализующие корректные прием и обработку видеопотока, принимаемого по сети wi-fi с ТРИК-контроллера;

e) разработал и внедрил цифровой стик для управления направлением и скоростью передвижения роботизированной системы на базе ТРИК-контроллера;

f) спроектировал и реализовал настройки приложения для увеличения гибкости пользования;

g) разработал алгоритм обеспечения безопасности android-приложения;

h) протестировал итоговое программное обеспечение для android-смартфона на наличие недочетов и некорректной работы приложения.

i) программно реализовал алгоритм записи и воспроизведения маршрута роботизированной системы;

j) протестировал android-приложение на наличие ошибок в работе приложения.

2) Капелинский Дмитрий Анатольевич:

a) разработал алгоритм движения роботизированной системы по линии расположенной на горизонтальной поверхности с пропорционально-дифференциальным регулятором движения используя видеомодуль «Глаз».

b) разработал алгоритм обнаружения препятствий с помощью ультразвукового датчика с последующим использованием расчетов для определения препятствий, мешающих дальнейшему движению.

c) разработал алгоритм реакции роботизированной системы на поступающие сигналы с пульта управления.

d) протестировал разработанное программное обеспечение, для выявления ошибок в работе программного обеспечения для контроллера ТРИК.

3) Лазаренко Михаил Олегович:

a) разработал метод обнаружения линии на поверхности с помощью датчика линии;

b) разработал и реализовал алгоритм при срабатывании датчика касания;

c) разработал метод реализации передвижения для роботизированной системы на базе контроллера ТРИК;

d) протестировал разработанное программное обеспечение для контроллера ТРИК.

2. Обоснование выбора языков программирования

Возможность передачи команд по wi-fi сети - основная функция разрабатываемого приложения, которое создано для контроля роботизированной системы. Каждое действие, совершаемое пользователем, должно иметь свой отклик, т.е. формировать необходимую команду и отправлять ее на обработку и выполнение контроллеру ТРИК. Это сделает отдельный класс, специально спроектированный таким образом, чтобы принимать все внутренние действия с главного экрана, формировать команды по ранее спланированному стилю и отправлять на определенный IP-адрес роботизированной системы, заданный в настройках приложения.

Для написания данного класса необходимо вначале определить блок импортов, показанный на рис. 3.

Рис. 3. Блок импортов SenderService

Главный метод класса SenderService - private void connectAsync(), который запускает все необходимые зависимые функции. Также он делает всевозможные проверки, и, при появлении каких-либо ошибок, уведомляет пользователя. К тому же данный метод привязывает нужные lisner'ы. Результатом таких уведомлений является информационное сообщение слева вверху экрана. Это те случаи, когда выводится сообщение об успешном подключении (рис. 4) и о безуспешном (рис. 5).

Рис. 4. Экран приложения, когда соединение установлено

Рис. 5. Экран приложения, когда соединение не установлено

Далее, чтобы интерфейс будущего приложения не тормозил, надо запустить новый поток и выполнять все последующие команды в этом вновь созданном потоке, а не в UI-потоке. В этом потоке в основном теле мы вызываем новую функцию connectToTRIK(). Здесь создается новый сокет [10] для создания канала между контроллером ТРИК и смартфоном. Также данному сокету надо выставить необходимые приоритеты:

1. setTcpNoDelay - необходимый флаг, когда нужно передать маленький пакет через tcp соединение;

2. setKeepAlive - флаг, который не позволяет прервать соединение, когда нет пакетов данных;

3. setSoLinger - включение / отключение SO_LINGER с указанным временем задержки в секундах;

4. setTrafficClass - высокий приоритет трафика в системе android.

Далее идет структура try/catch, которая пытается на указанный IP-адрес через определенный в настройках порт соединения послать тестовое сообщение. Если соединение установлено, функция заканчивает свою работу, но если по какой-либо причине не удалось послать тестовое сообщение, то на экран пользователя будет выведено сообщение об ошибке.

Следующим важным методом класса является void send (final String command). Данный метод класса занимается непосредственной отправкой специальных команд контроллеру.

Работа метода начинается с проверки на null pointer exception потока вывода команды на контроллер. Если проверка пройдена, данная функция создает новый поток (asyncTask [11]) и пишет в этот исходный поток необходимую команду. Если произойдут ошибки при передаче, пользователь немедленно будет оповещен с уровнем уведомления 2 (error).

3.3 Прием и обработка видеопотока

Другой особенностью данной разработки является возможность передачи и приема видеопотока с ТРИК-контроллера на android-смартфон. Отображение видеопотока, захватываемого с видеомодуля «Глаз», поможет пользователю лучше ориентироваться на местности, а также даст пользователю возможность увидеть труднодоступные места. Чтобы реализовать данную возможность, необходимо разработать соответствующий алгоритм.

Для начала необходимо создать свой класс (MjpegView) для отрисовки полученных по сети wi-fi кадров. Данный класс наследуется от стандартного класса в системе android - SurfaceView. Для начала нам необходим конструктор по умолчанию, который запустит главный метод этого класса - init (context). Метод init (Context context) создает новый объект класса MjpegViewThread, принимает в локальные переменные размеры области, где будет располагаться отрисованный кадр и инициализирует объект класса Paint. Метод private void init (Context context) (рис. 6):

Рис. 6. Метод private void init (Context context)

Теперь необходимо написать новый класс MjpegViewThread, который подготовит рабочую поверхность к отрисовке первого и последующих кадров. Когда класс убедится в отсутствии ошибок, от запустит еще один поток MjpegRenderThread, который получает на вход битовую информацию о кадре (frame), обрабатывает ее и рисует стандартными методами на «холсте» рабочей поверхности (DrawToCanvas). Ниже представлен главный метод потока public void run() (рис. 7), который делает всевозможные проверки на отсутствие ошибок, а также запускает все необходимые подчиненные функции.

Рис. 7. метод public void run()

Ниже представлен метод private void DrawToCanvas (@NonNull Canvas canvas, @NonNull Rect destRect) (рис. 8), который отрисовывает на переданном «холсте» определенный bitmap [12].

Следующим шагом в реализации отображения видеопотока на дисплее android-смартфона - реализация своего класса MjpegInputStream, который будет унаследован от DataInputStream. Сначала, необходимо написать главный метод класса, а именно readMjpegFrame ().

Рис. 8. метод private void DrawToCanvas (@NonNull Canvas canvas, @NonNull Rect destRect)

Данный метод принимает на вход результат деятельности другого написанного нами функционального класса и делает необходимые проверки на целостность и точность пришедших по сети wi-fi данных, а также в случае обнаружения критических и иных ошибок выкидывает exception, сигнализирующий об обработанной ошибке (JPG stream is totally broken or this is extremely huge image), что означает, что данный jpg-последовательность символов имеет неправильную кодировку или слишком большая, чтобы ее обработать. Итогом работы данного разработанного класса является объект класса BoundedInputStream, который впоследствии будет кадром для отрисовки на холсте. Реализация отрисовки есть в вышеупомянутом классе. и И последний важный компонент в этом приложении для отображения видеопотока на экране смартфона представляет собой отдельный класс StartReadMjpegAsync, который является наследником AsyncTask. Это указывает на то, что данный наследованный класс является асинхронной задачей, т.е. программный код, написанный в этом классе будет выполняться в отдельном потоке, что положительно скажется на производительности и быстродействии приложения. Данный класс будет заниматься захватом видеопотока с определенного URL (в этом случае он указан в настройка приложения) с последующим его транспортировкой в другой класс для дальнейшей обработки и отображения на экране смартфона. В данном классе два главных метода: doInBackground и onPostExecute (рис. 9). В первом методе открывается http-соединение с ранее указанным URL, получаются необходимые данные и отправляются в onPostExecute. Во втором методе осуществляется перезапись результата в кеш видеопроигрывателя и запускается видеопоток.

Рис. 9. doInBackground и onPostExecute

На этом этапе закончена реализация отображения видеопотока на рабочей площади главного экрана приложения.

3.4 Разработка цифрового стика

Стик - устройство управления, предназначенное для контролирования направлением и скоростью перемещения управляемого объекта (в представленном проекте это роботизированная система).

В разработке создание цифрового стика является одной из приоритетных, так как основной функцией роботизированной системы является возможность передвижения по заданной траектории.

Для реализации данной функции разрабатываемой системы было принято решение использовать наработки сообщества по созданию каркаса самого стика, добавить функциональности и возможностей размещения.

В начале необходимо скачать с удаленного репозитория github.com библиотеку Damien Brun - virtual joystick android. Так как была выбрана среда разработки Android Studio, достаточно написать одну строчку в сборщике Gradle: compile 'io.github.controlwear:virtualjoystick:1.0.0'

Далее необходимо создать отдельный класс, который будет унаследован от класса JoystickView. Затем написать главный в этом классе метод init (). В этом методе происходит считывание положения указателя джойстика относительно центра. Метод setOnMoveListener (new JoystickView. OnMoveListener() класса JoystickView возвращает два значения - целочисленные значения угла и силы. Так как ТРИК-контроллер принимает значения x и y значение координаты, необходимо преобразовать полученные данные к правильному виду с помощью тригонометрических функций.

Функция get_quarter (int angle) (рис. 10) принимает на вход угол, на который был оттянут цифровой стик, а на выходе выдает целочисленное значение угла.

Рис. 10. Функция get_quarter (int angle)

Функция get_total_string_command (int quarter, int strength, int angle) (рис. 11) получает на вход результат работы предыдущей функции, т.е. номер четверти, где в данный момент располагается цифровой стик, а на выходе выдает результирующую строку, содержащую команду ТРИК-контроллеру.

Рис. 11 get_total_string_command (int quarter, int strength, int angle)

Последней значимой функцией является send (String command), которая принимает на вход команду, необходимую послать ТРИК-контроллеру и затем пересылает ее в специальный класс, занимающийся непосредственной отправкой сообщения.

В конце необходимо в конструкторе по умолчанию настроить запуск главного метода init().

В связи с ограниченностью функционала ТРИК-контроллера невозможно реализовать алгоритм отображения оповещения при возможном столкновении роботизированной системы с препятствием. ТРИК-контроллер может принимать команды по сети для дальнейших их исполнений, однако не имеет возможности передачи информации на управляющее устройство. Таким образом, ТРИК-контроллер не способен послать сообщение android-смартфону о возможном столкновении с препятствием.

3.5 Реализация настроек приложения

Чтобы повысить гибкость в интерфейсе приложения необходимо реализовать окно настроек этого приложения. Настройки приложения позволяют пользователю подстроить приложение под себя, через изменение размера и положения цифрового стика, цвета указателя и обрамления этого стика и т.д.

Для этого необходимо создать новый класс, унаследовать его от стандартного в android класса PreferenceActivity [13], и создать свой собственный xml-файл с разметкой будущих настроек. В этом xml-файле будет храниться необходимая информация о всех пунктах настроек и их значениях, а также занимаемое ими положение и разделение на категории. В данном программном продукте (android-приложение) реализованы категории, на которые поделены все пункты меню: основные настройки, настройки уведомления, настройки джойстика и настройки безопасности.

В основных настройках приведены все необходимые параметры для сопряжения android-приложения и ТРИК-контроллера, настройки уведомления несут в себе информацию о появившимся уведомлении. С помощью настроек джойстика можно кастомизировать параметры цифрового стика, а настройки безопасности предназначены для повышения защищенности данного приложения от третьих лиц.

Главные аспекты разрабатываемого xml-файла:

1. категория «Основные настройки»:

a. EditTextPreference - hostAddress;

b. EditTextPreference - hostPort;

c. EditTextPreference - videoURI;

2. категория «Настройки уведомления»:

a. EditTextPreference - timeout_alert_message;

b. ListPreference - alert_color;

3. категория «Настройки джойстика»:

a. EditTextPreference - joystick_size отвечает за размер джойстика;

b. ListPreference - joystick_position отвечает за положение джойстика;

c. ListPreference - joystick_pointer_color отвечает за цвет указателя джойстика;

d. ListPreference - joystick_border_color отвечает за цвет границы джойстика.

e. EditTextPreference - showPads;

4. категория «Настройки безопасности»:

a. CheckBoxPreference - chbx_password;

b. EditTextPreference - txt_password;

Подробное описание назначения каждого пункта меню приложения:

1. hostAddress: в данное поле записывается IP-адрес роботизированной системы в формате 192.168.xx.xx. На данный адрес android-приложение отправляет информационные команды, а также принимает видеопоток. Стандартное значение - 192.168.77.1;

2. hostPort: в данное поле записывается порт роботизированной системы, через который будет осуществляться коммуникация android-приложения и ТРИК-контроллера. Стандартное значение - 4444;

3. videoURI: данное поле отвечает за конечный путь, по которому android-приложение будет принимать видеопоток и обрабатывать. Стандартное значение - http:// 192.168.77.1:8080/? action=stream;

4. timeout_alert_message: данное поле предназначено для хранения переменной, отвечающей за время, через которое всплывающее уведомление будет убрано. Стандартное значение - 5;

5. alert_color: данное поле настроек хранит информацию о цвете всплывающего уведомления. Стандартное значение - желтый;

6. showPads: в данное поле записана степень прозрачности цифрового стика;

7. joystick_size: в данном поле записан размер джойстика. Стандартное значение - 900;

8. joystick_position: данная переменная отвечает за позицию джойстика, будет ли он находиться слева или справа. Также эта переменная отвечает за позицию группы кнопок (движение по датчику линии, по показания видеомодуля и др.). Если в меню выбрано положение цифрового стика справа, то группа функциональных кнопок будет располагаться слева таким образом, чтобы сам стик не перекрывал кнопки. И наоборот: если стик слева - кнопки справа. Стандартное значение - справа;

9. joystick_pointer_color: в данную переменную записывается выбранный цвет указателя джойстика из предварительно представленных. Возможные цвета:

a. желтый;

b. красный;

c. черный;

d. синий;

e. зеленый;

f. серый;

g. коричневый;

h. белый.

Стандартное значение - белый;

10. joystick_border_color: в данную переменную также записывается цвет, но уже границы самого цифрового стика. Предварительно выбранные цвета такие же, как и цвета указателя стика. Стандартное значение - белый;

11. chbx_password: данное поле отвечает за включение / отключение ввода пин-кода при запуске приложения. По умолчанию включен пин-код;

12. txt_password: данное поле хранит в себе информацию о пин-коде. Стандартное значение - 0000;

Открытие окна настроек будет осуществляться при нажатии на кнопку на главном экране, расположенную справа вверху экрана. Итоговый интерфейс окна настроек приложения приведен на рис. 12.

Рис. 12. Интерфейс настроек приложения

Чтобы в других классах получить значения переменных настроек приложения, необходимо сначала инициализировать объект класса SharedPreferences данными, полученными стандартный методом класса PreferenceManager - PreferenceManager.getDefaultSharedPreferences (getBaseContext()). Затем в соответствующие переменные (int, string, float, и другие) записать значения, полученные методами getInt(), getString(), getFloat и т.д. Например,

final String addr=sharedPreferences.getString (SettingsActivity.SK_HOST_ADDRESS, «192.168.77.1»).

После этого необходимо убедиться в корректности полученных данных, применив конструкцию try/catch (рис. 13). Например,

Рис. 13. Конструкцию try/catch

Настройки приложения - необходимый компонент современного адаптивного мобильного приложения, которые позволяют сделать использование приложения большее комфортным и повысить качество конечного продукта.

Разработанные настройки дают возможность пользователю гибко изменять стандартные настройки интерфейса, чтобы комфортнее и эффективнее взаимодействовать с роботизированной системой.

3.6 Разработка алгоритма обеспечения безопасности

Безопасность - полное отсутствие или минимально возможный риск при обеспечении работоспособности какой-либо системы. Обеспечение безопасности функционирования роботизированной системы - отсутствие или минимизация угроз извне, способных повлиять на работу самой системы в целом или воздействовать путем взаимодействия с системой управления роботизированной системы.

В данном android-приложении было решено использовать распространенный элемент безопасности - пин-код. Данное средство безопасности рассчитано на то, чтобы не дать третьим лицам взять на себя управление роботизированной системой.

Чтобы реализовать в приложении механизм проверки правильно введенного пин-кода с заранее сохраненным, был спроектирован следующий алгоритм:

1. открыть окно с десятью цифрами и полем ввода пин-кода, состоящего из четырех цифр;

2. сравнить введенный пин-код с заранее сохраненным в памяти устройства четырехзначным числом;

3. в зависимости от правильности введенного пароля запустить основное окно приложения или вывести сообщение о некорректном пин-коде.

Чтобы программно реализовать разработанный алгоритм, необходимо проделать несколько шагов. Сначала необходимо разработать интерфейс отдельного окна, расположив все необходимые элементы на переднем плане (иконка приложения вверху, под ним поле ввода пин-кода, далее десять кнопок в центре, отвечающих за набор цифр и всплывающее уведомление, сообщающее о правильности введенного пин-кода). Данную информацию необходимо представить в виде xml-разметки и поместить в xml-файл директории «layout». Когда интерфейс спроектирован и записан в соответствующий файл, необходимо создать новое активити для отображения готового интерфейса, а также вся остальная работа. Основной код написан в файле PinSplashScreen.java. Все объявления и инициализация переменных происходит в методе onCreate (final Bundle savedInstanceState). Здесь же происходит проверка, включил ли пользователь пин-код на входе в приложение или нет и на основании этих данных происходит либо запрос этого пин-кода или вызов основного окна приложения. Также написан метод verify_pincode (String code), который проверяет введенные четыре цифры с четырьмя цифрами, записанными во внутреннюю память устройства. Итоговый интерфейс окна ввода пин-кода изображен на рис. 14.

Рис. 14. окна ввода пин-кода

3.7 Алгоритм записи и воспроизведения маршрута роботизированной системы

Еще одной немаловажной функцией разрабатываемой роботизированной системы является возможность передвижения без вмешательства извне. Это может быть полезным в случаях, когда пользователь управляет роботизированной системой по одному и тому же маршруту. Чтобы избавить пользователя от многократного повторения одних и тех же действий, в разработатываемой системе присутствует алгоритм, позволяющий один раз записать требуемый маршрут и в дальнейшем воспроизводить его без участия самого пользователя по нажатию нескольких функциональных клавиш.

Алгоритм состоит из:

1. пользователь, будучи подключенным к ТРИК-контроллеру, нажимает кнопку начала записи маршрута;

2. проезжает весь маршрут от начальной точки до конечной;

3. нажимает кнопку окончания записи маршрута;

4. когда возникает необходимость проехать по заданному маршруту без помощи извне, пользователь нажимает кнопку воспроизведения маршрута.

Данный алгоритм программно реализуется путем написания методов в двух классах - основном MainActivity и классе джойстика MyJoystickView. MainActivity ждет, когда пользователь нажмет на кнопку начала записи маршрута (рис. 15) и передает данные в MyJoystickView.

Рис. 15. Кнопка начала записи маршрута

В свою очередь MyJoystickView, после пришедших данных, начинает записывать все действия пользователя в файл /storage/emulated/0/robotic_route.txt. Когда пользователь нажмет на кнопку остановки записи маршрута, MyJoystickView прекращает запись действий, и система будет готова воспроизвести его.

Первоначально необходимо вписать разрешение приложению использовать запись и чтение из файла:

<uses-permission android:name= «android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE»/>

<uses-permission android:name= «android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE»/>

Одним из основных методов алгоритма является set_writable (boolean b_write). Этот метод обрабатывает нажатия пользователем на кнопки начала и окончания записи маршрута, и запускает соответствующий метод. Когда пользователь нажал на кнопку начала записи маршрута, все действия пользователя записываются в предварительно созданный список private List<String> string_list = new LinkedList<String>(). Данные записываются как x- и y-координата положения джойстика относительно его центра и время в миллисекундах, которое он оставался в этом положении. Когда пользователь нажал на кнопку завершения записи маршрута, все элементы списка записываются в заранее созданный файл. Когда все данные запишутся в файл на внутреннем хранилище устройства, пользователю будет доступна кнопка воспроизведения маршрута (рис. 16).

Рис. 16. Кнопка воспроизведения маршрута

Robotic_route.setOnClickListener (new View. OnClickListener() {…}) занимается отслеживанием нажатия на кнопку воспроизведения маршрута и запускает механизм управления роботизированной системой без помощи пользователя. Для этого вначале скрывается цифровой стик, чтобы пользователь случайно не нажал на него, затем запускается новый поток, чтобы интерфейс приложения работал корректно и эффективно, в котором открывается файл с маршрутом на чтение, построчно считываются данные и далее, посылаются необходимые сигналы ТРИК-контроллеру через сеть wi-fi. После каждой отсылки команды поток, выполняющий данные действия, «засыпает» на определенное количество миллисекунд, определенное в файле маршрута (рис. 17).

После того, как роботизированная система проехала по заданному маршруту, пользователю возвращается возможность управления системой цифровым стиком.

Таким образом в приложении предоставлена пользователю возможность записать свой маршрут в файл и воспроизвести его, когда возникнет соответствующая необходимость.

Рис. 17. Файле маршрута

3.8 Тестирование android-приложения

Конечное программное обеспечение для android-смартфона было протестировано на наличие ошибок в работе. Тестирование проводилось на android-смартфоне Samsung galaxy s5 mini.

В ходе тестирования были выявлены следующие недочеты:

1. проблема с воспроизведением заранее записанного маршрут;

2. проблема с передачей на ТРИК-контроллер данных, не соответствующих требуемым;

3. проблема с передачей на ТРИК-контроллер данных, неправильно выведенных, используя тригонометрические функции.

Первая проблема заключалась в использовании в неправильном месте функции string_list.clear(). Из-за этого при записи нового маршрута в тот же файл, что и предыдущий, новый записывался к старому, из-за чего после нажатия кнопки воспроизведения маршрута воспроизводились сразу оба. Решение данной проблемы заключалось в постоянной очистке списка команд, записываемых в файл на внутреннем носителе устройства, при каждой последующей записи нового маршрута.

Вторая проблема заключалась в передаче команды в неправильном формате. Например, посылалась команда «pad 1 00», отображающее действие пользователя по остановке роботизированной системы. Однако, чтобы ТРИК-контроллер остановил систему, необходима команда «pad 1 0 0». Решением данной проблемы стало изменение функции формирования итоговой команды таким образом, чтобы между координатами отклонения цифрового стика ставился пробел.

Третья проблема заключалась в неправильном преобразовании отклонения указателя джойстика от центра в координаты отклонения. Решением данной проблемы стало усовершенствование ранее созданного алгоритма.

Также была протестирована скорость работы приложения, а также потребляемые ресурсы. За время работы приложения были получены следующие данные:

1. Использование процессора было на уровне 10%, что не превышает установленных значений. Были замечены кратковременные скачки до 25%;

2. Использование оперативной памяти было в пределах 22 мегабайт. Потребление оперативной памяти также находится на стандартном уровне;

3. Нагрузка на сеть была 10 килобайт в секунду отдача и 320 килобайт в секунду загрузка. Отдача обуславливается легковесными командами, отсылаемыми ТРИК-контроллеру, а загрузка - необходимо загружать 20 изображений в секунду, чтобы отобразить видеопоток.

4. Сборка и настройка роботизированной системы на базе контроллера ТРИК

5.1 Алгоритм движения по линии

Для реализации алгоритма движения по линии с пропорционально-дифференциальным регулятором, используя видеомодуль «Глаз», необходимо присоединить этот модуль так, чтобы сам модуль смотрел на поверхность движения перед роботизированной системой. Далее включить видеокамеру в режиме сенсора линии и с его помощью записывать отклонение от центра линии в переменную [16]. В зависимости от отклонения от центра, необходимо регулировать мощность силовых моторов пропорционально отклонению, т.е. чем больше отклонение, тем меньше скорость моторов и тем больше разность между скоростью правой и левой парой моторов. Это является пропорционально-дифференциальным регулятором (ПД-регулятор). ПД-регулятор - это параллельно соединенные пропорциональное и идеальное дифференцирующее звено [17]. Выходной сигнал ПД-регулятора зависит от ошибки регулирования и от скорости изменения ошибки.

5.2 Алгоритм обнаружения препятствий

Для реализации алгоритма обнаружения препятствий с помощью ультразвукового датчика и последующим использованием расчетов для определения препятствий, мешающих дальнейшему движению, необходимо подключить сам датчик к порту D1 и снимать с него показания расстояния до найденного препятствия. Работа программы заключается в том, чтобы посылать стоп сигнал на силовые моторы, когда расстояние будет равно половине корпуса роботизированной системы. Проблема заключается в том, что край корпуса роботизированной системы может столкнуться с препятствием из-за маленького угла измерения ультразвукового датчика [18]. Если препятствие находится так, что край роботизированной системы наезжает на это преграда, но угол измерения ультразвукового модуля не способен детектировать расстояние до объекта на всем протяжении движения, то при приближении робота к объекту, сенсор может потерять его из виду до минимального расстояния в половину корпуса и врезаться в объект. С помощью тригонометрической формулы можно рассчитать расстояние, при котором роботизированная система при вышеуказанных условиях столкнется с препятствием.

(2)

где X - двойное расстояние между препятствием и серединой роботизированной системы; D - расстояние до препятствия.

При условии, что X больше чем ширина роботизированной системы, она проедет, не задев препятствие.

5.3 Алгоритм движения по поступающим сигналам с пульта управления

Для реализации алгоритма обработки полученных сигналов требуется Android-устройство с установленным приложением, разработанным Горбуновым Александром TRIK joystick. Чтобы смартфон мог присоединиться к ТРИК-контроллеру необходимо включить точку доступа на контроллере и произвести подключение к сети «trik-6953ba». Чтобы подключение к контроллеру в приложении прошло успешно, необходимо ввести в настройках приложения локальный IP-адрес, который высвечивается при включении точки доступа на контроллере.

Также, чтобы на смартфоне воспроизводился видеопоток с видеомодуля, необходимо написать URI этого видео в настройках приложения. Далее, чтобы начать отправление видеопотока с модуля «Глаз» на смартфон, необходимо включить данный модуль и запустить два скрипта. Один из них отвечает за сохранение видеоряда в формате JPEG в fifo, а второй берет кадры из fifo, запускает http-сервер и на данный сервер посылает видеоряд с видеомодуля.

Для обработки нажатия на кнопки и джойстик было создано шесть параллельных потоков, каждый из которых отвечает за свою кнопку. Координаты положения джойстика с помощью разработанного алгоритма преобразовываются в мощность силовых моторов. Поворачивать данная роботизированная система может только одним способом: разностью подачи мощностей к моторам в правой и левой частях роботизированной системы. Соответственно, чтобы из координат нажатия на джойстик получить мощность моторов, необходимо на правую часть подать разность координат, а на левую часть силовых моторов подать сумму координат.

Различные действия будут происходить при нажатии на функциональные кнопки на пульте управления:

1. при нажатии на первую кнопку роботизированная система издает звуковой сигнал «beep.wav»;

2. при нажатии на вторую кнопку роботизированная система выполняет алгоритм движения по линии с помощью двух датчиков света;

3. при нажатии на третью кнопку роботизированная система выполняет алгоритм движения по линии с помощью видеомодуля «Глаз»;

4. при нажатии на пятую кнопку роботизированная система завершает выполнение программы.

5.4 Описание алгоритма датчика касания

Следующим пунктом разработки программного обеспечения является разработка алгоритма действий при срабатывании датчика касания.

Датчик касания (контактный, аналоговый) служит для формирования сигнала в случае прикосновения к предмету или препятствию. Широко применяется для конструирования роботов различного назначения.

При выполнении программы сначала происходит инициализация всех переменных и калибровка используемых датчиков. Далее начинается выполнение основной программы, в которой происходит управление и выполнение основных функций программной среды. В основной программе создается параллельный поток, в котором и происходит обработка информации, поступающей с контактного датчика касания, и реализация дополнительных действий.